四驱车传动轴系统设计

汽车设计课程设计说明书题目：四驱车辆传动轴系统的设计专业名称：车辆工程学号：姓名：覃振星指导教师：日期：2013.12.09TOC\o"1-5"\h\z原始数据 3计算各个轴启动转矩和附着转矩 3球笼式万向节的设计选用 4\o"CurrentDocument"3.1前轮驱动万向节的设计选用 63.2后轮驱动万向节的设计选用 83.3四轮驱动万向节的设计选用 11万向传动轴的选择 14\o"CurrentDocument"4.1传动轴管的选择 144.2伸缩花键的选择 14传动轴的计算和强度校核 15\o"CurrentDocument"5.1传动轴的临界转速 155.2传动轴计算转矩 155.3传动轴长度选择 155.4传动轴内外管径确定 16\o"CurrentDocument"5.5传动轴扭矩强度校核 16参考文献 171.原始数据:满载重量：G=18433N前轴 Gf=8925N 后轴 G广10138N驱动桥传动比 1f=4.11 r=4.55满载质心高度 h=0.52m静态滚动半径 Rstat=0.296m动态滚动半径 R办广0.301m轴距 1=2.576m发动机最大功率 Pemax=70KW/3800rpm发动机最大扭矩 Memax=173N.m/2200rpm分动箱速比 'max=2.522 'mix=1.095路面附着系数 二0.85振动系数 Ks=1.2承载系数 Kt=1.33各档匀速行驶时，发动机输出扭矩为发动机最大转矩的2/3各档利用率1-5档分别是1%、 6%、18%、30% 、45%基本要求：汽车传动轴系统至少应有100000Km的寿命2计算各轴的启动转矩ma和附着转矩mh用两者之间的最小值作为静态转矩选择万向节计算结果列入下表1。

启动转矩和附着转矩的计算表1起动转矩MA附着转矩MH所需万向节尺寸启动耐久1）前轮驱动4c 0.85x829*2.576八RF85（RF10M=1.2x0.5x173x3.6x4.11M=1.2x x0.296外侧）Amv 2（2.576-0.5x0.8577）7二1536.8N.m（半轴）=1075V•（半轴）VL85（内侧）VL1073073.6N.m（整轴2）后轮驱动RF95RF1074c0.85x1013*2.576八〜°M=1700N.m（半轴）M=1.2x x0.218VL91VL107A=3400N.m（整轴）传动轴hh 2（2.576-0.5x0.85）=1832.N•（半轴）（外侧和内侧）1.2x10138八… 〜MA=173x3.6=622.8N-mM= x0.296=791N•mH 4.55VL85VL853）四轮驱动前轴m 0.85x829*2.576八M=1.2x x0.296mv 2（2.576-0.5x0.8577）RF72（外4.11M^=0.475x173x3.6x——x1.2=107N•m（半轴）侧）RF91=729.5N・m（半轴）VL85（内VL91=1459N.m（整轴）后轴_ 「c0.85x10138<2.576八〜。侧）4.55M=0.525x173x3.6x——x1.22hh—•"2（2.576-0.5x0.85）（〜"VL91VL91A 2=892.6N-m（半轴）=1832.N•m（半轴）（外侧=1785.2N.m（整轴）传动轴_ 1.2x10138—和内侧）VL85VL85M.=0.525x173x3.6=327N-mM= x0.296=791N•mAH 4.553.球笼式万向节的设计选用3.1前轮驱动万向节的设计选用利用式七＜1000r利用式七＜1000r/min时，L25339（AM）3hn0.577⑺n〉1000,/min时，Lhx470756(AMV(h)计算前驱动轴万向节在各档位百万次循环寿命:25339(AM)3n0.577(Lhx470756(AMV(h)计算前驱动轴万向节在各档位百万次循环寿命:25339(AM)3n0.577(h)=11.7hL=Lh2hx25339(AM]3 n0.577lMJ(h)=34.3hLh3=LhxLh4=Lhx25339f*T(h)n0.577lMJ25339f梧"h)n0.577lMJ=105.4h=222.7hLh5=Lhx25339fAM)3n0.577x(h)=416.8h式中，Md查下表2，%查表1。前轮驱动时驱动半轴万向节寿命参数计算结果表2所用公式挡位123451挡位利用率气(%)161830452•••r°14.88.745.994.43.413n=n/i(r/min)148.6251.7367.3500645.24v=0.377R,n(km/h)16.928.641.756.773.25M=—^-ei(N-m)m=2x3mx853.5504345.4253.7196.66n<1000r/min时，25339fAM)3、=n0.577l#J(h)x x11.734.3105.4222.7416.8结合各档使用的气,百万次循环负荷条件下，该万向节的受用寿命满足下式:

TOC\o"1-5"\h\z1 al a2 a3 a4 a5 = + + + + L L L L L Lh hl h2 h3 h4 h5-四+睡+空+业+性-6.7385x10-311.734.3105.4222.7416.8L广148.4h平均行驶速度为vm=av+av+av+av+av11 22 33 44 55=0.01x16.9+0.06x28.6+0.18x41.7+0.3x56.7+0.45x73.2=60km/h安全行驶里程Ls=Lxv=148.4x60km=8901km由此可见，依据启动转矩选择的 RF85万向节还不能满足行驶里程要大于100000km的耐久性要求，因而，必须选择另一个大的万向节。利用行驶里程与转矩比值成三次方的关系，计算相同速度和轴间夹角下得万向节的耐久性。RF107万向节:Ls2(MLs2(MV=LJRJ=8901x =108298.5kmI200J只有RF107万向Mn=3290V・m，M/460N-m，满足要求的耐久性;VL107万向节的Mn=3300n-m,Md=522N-m，是伸缩式万向节，它只能以平均夹角3=4运转但承受Md较高。VL107的耐久性(0926x522V

L==8901x =194153.4kms2 I0.865x200J满足设计要求3.2后轮驱动万向节的设计选用3.2.1后半轴用球笼式万向节,选用表1中的VL91万向节表3后轮驱动后半轴万向节寿命参数计算结果所用公式挡位

所用公式挡位123451挡位利用率a,(%)161830452•••'广lsl016.49.676.634.873.773n=n/i(r/min)134.1227.5331.8451.7583.64v=0.377%n(km/h)15.225.837.751.366.25M=—^ei(N-m)m=2x3mx945.7557.6382.3280.8217.46n<1000r/min时，25339(AM，3Lx=n05771~m^(h)x x26.996.4240.5508.2944.6百万次寿命循环1 a1a2a3a4a5 = .+ + + +LLLLLLh h1h2h3h4h50.010.060.180.30.45= + + + + 26.996.4204.5508.2944.6匕=340h平均行驶速度为v=av+av+av+av+avm11 22 33 44 55=0.01x15.2+0.06k25.阱0.1&37.7+0.3x51齐0.4夕66.2=53.7km/h安全行驶里程Ls=Lxv=340x53.7km=18258km显然，VL91万向节的耐久性不够。选择大一号的万向节计算耐久性VL107万向节：V=8901x(MV=8901x(M2kM1)显然满足耐久性要求3.2.2传动轴与后驱动桥的连接，发动机转矩乘以变速器的传动比就是传动轴所传递的转矩。此外，它的速度比半轴速度高出4.11倍。根据起动转矩选择VL91万向节，查表得：(460V=108298.5km选用球笼式万向节。Mn=220CN•m,Md=267N•m计算结果如下表4后轮驱动时传动轴上万向节寿命参数计算结果表4所用公式挡位123451挡位利用率气（%）161830452••‘广ls3.62.1251.4581.0710.8293n=n/i(r/min)6111035.31508.92054.22653.84v=0.377%n(km/h)69.3117.5171.2233.1301.15M=—^ei(N•m)x3mx415.2245.1168.2123.595.66n<1000r, 25339/min时，'amL—一~d(h)、Mxr/min时'AMT(h)IMxJ55.5196.2416.5772.51289.7Lhxn0.577Xn>1000, 470756hx nx

百万次寿命循环a3 a4 a5+++匕匕L0.18 0.3 0.45+ 1 a3 a4 a5+++匕匕L0.18 0.3 0.45+ =+-L…20.010.06= + + +55.5196.2416.5772.51289.7Lh=604h平均行驶速度为v=av+av+av+av+avm11 22 33 44 55=0.01x69.3^0.06k117.5f0.1&171.2f0.3x233.N0.45<301.1=244饥/h安全行驶里程Ls=Lhxv=604x244km=147376km显然，满足耐久性要求。用于前半轴的球笼式万向节，前桥输入转矩是前桥驱动的47.5%，计算结果如下表5所示。3.3四轮驱动时万向节的设计选用前半轴万向节寿命参数计算结果表5所用公式挡位123451挡位利用率a,（%）161830452•••14.88.745.994.43.413n=n/i(r/min)148.6251.7367.3500645.24v=0.377Ryn(km/h)16.928.641.756.773.2

5…2M.…-M-0.36x3x―i(N-m)m=2405.4239.4164120.593.46n<1000尸/min时，25339fAM丫匕=n0.577[~M^)(h)X X109.2320983.5207.83889.1百万次寿命循环1 al a2 a3 a4 a5 = + + + + L L L L L Lhhl h2 h3 h4h50.010.06 + 109.23200.010.06 + 109.23200.18+ +983.50.3 0.45 +

20783889.1Lh=1385h平均行驶速度为v=av+av+av+av+avm11 22 33 44 55=0.01x16.9+0.06<28.6+0.1&41.7+0.3x56.7+0.45x73.2=60km/h安全行驶里程Ls=Lxv=1385x60km=83100km显然，RF85万向节的耐久性不够。选择大一号的万向节计算耐久性RF91万向节：IM]IM]1

显然满足耐久性要求。3=83100xf〔I200)3=182571km用于后半轴的球笼式万向节，输入的转矩是后桥驱动转矩的52.5%计算结果如下表6四驱时后驱动轴球笼式万向节参数计算结果表6所用公式挡位123451挡位利用率a*（%）16183045

2•••「%16.49.676.634.873.773n=n/i(r/min)134.1227.5331.8451.7583.64v=0.377Ryn(km/h)15.225.837.751.366.25…2M.…-M=0.64x—x―i(N-m)m=2496.5292.7200.7147.4114.16n<1000r/min时，L=癸竺fAMhh)hn0.577IM)185.3666.71663.33514.16535百万次寿命循环1 a1a2a3 a4a5——= .+ + + + LLLLLLh h1h2h3 h4h5120.010.060.180.3 0.45+ + + + L=2460.6h185.3666.71663.33514.16535h,平均行驶速度为v=av+av+av+av+avm11 22 33 44 55=0.01x15.2+0.06x25.8+0.18x37.7+0.3x51.3+0.45x66.2=53.7km/h安全行驶里程Ls="v=2460.6x53.7km=132134km显然，VL91万向节Mn=2200N•m，Md=267N•m满足耐久性要求。传动轴上的球笼式万向节。对于四轮驱动，与后桥连接的传动轴只承受发动机转矩的52.5%。因此选择VL85万向节，计算结果如下表7四驱驱动时传动轴上球笼万向节寿命参数计算结果

3n=n/i(r/min)6111035.31508.92054.22653.84v=0.377Ryn(km/h)69.3117.5171.2233.1301.15M=—^ei(N•m)x3mx218128.788.364.850.26n<1000rL=竺哭hxn0.577n>1000, 470756L= hx nx/min时，AM[(h)、Mx)r/min时'AMT(h)lMx)383.51355.82878.35338.58912.7百万次寿命循环1 a1a2 a3 a4a5——=—+ + + .+ LLLLLLh h1h2 h3 h4h50.010.06 0.180.30.45= + + -+ + 383.51355.81663.32878.38912.7匕=4174.5h平均行驶速度为v=av+av+av+av+avm11 22 33 44 55=0.01x63.9+0.06x117.务0.18x171.2^0.3x233.H0.45x301.6=244S/h安全行驶里程Ls=«xv=4174.5x244饥=1018567km显然，VL85万向节mn=1200v•mMd=200N-m,满足耐久性要求。4万向传动轴的选择4.11传动轴管的选择传动轴的长度和夹角及它们的变化范围，由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与花键轴有足够的配合长度；而在长度处于最小时，两者不顶死。传动轴夹角大小会影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动效率和十字轴的不均匀性。变化范围为3。传动轴经常处于高速旋转状态下，所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi，适用于很重要的轴，具有较高的扭转强度。传动轴管由低碳钢板制壁厚均匀、壁薄(1.5〜3.0mm)、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度高、适用高速旋转的电焊钢管制成。3.2伸缩花键的选择选择矩形花键，用于补偿由于汽车行驶时传动轴两端万向节之间的长度变化。为减小阻力及磨损，对花键齿磷化处理或喷涂尼龙，外层设有防尘罩，间隙小一些，以免引起传动轴的震动。花键齿与键槽按对应标记装配，以保持传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由电焊在轴管外的平衡片补偿。装车时传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器，减小其轴向阻力和磨损。其结构图如下：2图5-1万向传动轴一花键轴结构简图1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-伸缩套;7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管传动轴的计算与强度校核5.1传动轴的临界转速长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的

临界转速。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速七（r/min），安全系数K取1.2,适用于一般精度的伸缩花键k则有nMax=nw=2200r/min（nw为发动机转速）（6.1）安全系数kk=nk,nMax=1-2 （6.2）nk-1-2nM[ax=2640r/min5.2传动轴计算转矩T=[小=327X4.55X90%=1339N （6.3）=13395.3传动轴长度选根据轴距2576mm，初选传动轴支承长度Lc为（1790二3.6）mm，花键轴长度应小于支承长度，满足万向节与传动轴的间隙要求，取花键轴长度为（