JC工程車動力傳動系統(tǒng)設(shè)計

第 0 頁 共 38 頁淮陰工學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）1 緒論1.1 課題的研究目的與意義近年來，隨著世界經(jīng)濟的高速穩(wěn)定發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢商娲慕煌üぞ?。從事民用航空的飛機逐年增多，機場內(nèi)部的飛機，車輛和人員以驚人的速度增長。機場場面變得越來越復(fù)雜，繁忙。機場行李牽引車這時候就派上用場了，它能夠快速并有序的將行李貨物送至飛機及指定車輛。本課題是對機場行李牽引車動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計，了解傳動系部件中的發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、驅(qū)動橋、液力變矩器、輪胎的工作原理及基本特性。動力傳動系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，主要是將發(fā)動機發(fā)出的動力傳遞給驅(qū)動輪，使得牽引車能在一定車速下牽引足夠的貨物，進行運輸。本文將通過牽引車的基本參數(shù)計算傳動系部件所需要的參數(shù)，選擇適合本設(shè)計的發(fā)動機，離合器，變速器等并進行匹配計算是否滿足牽引車的功率和牽引力。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀人類對車輛研究由來已早，可以追溯到四千多面前。那時期的車輛一直以人力和畜力驅(qū)動。直到十八世紀的工業(yè)革命出現(xiàn)了以動力機械驅(qū)動的機動車。1976年法國炮兵工程師尼古拉斯古諾將蒸汽機裝在木制三輪車上，制成了最早的機動車，此后人們開始了對汽車的探索和研究。最早的牽引車是由聯(lián)邦德國生產(chǎn)一款(66)牽引車，這種型號的牽引車是在伊維科麥吉魯斯越野車輛基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由此，因牽引車具有廣泛的需求量，故得到了迅速的發(fā)展。但在中國卻沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的牽引車。發(fā)動機的發(fā)展史就是汽車的發(fā)展史。18世紀中葉，瓦特發(fā)明了蒸氣機，法國的居紐是第一個將蒸汽機裝到車子上的人，他在1770年制作了一輛三輪蒸汽機車。1858年，定居在法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機。1892年，德國工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機。第一輛汽車的發(fā)動機是一輛“三輪奔馳”搭載的臥式單缸二沖程汽油發(fā)動機。而第一個將四沖程發(fā)動機裝上汽車的人是提戴姆勒，他協(xié)助奧托研制四沖程發(fā)動機，這無疑是發(fā)動機發(fā)展史上的一大突破。1892年德國工程師狄塞爾(RudolfDiesel)發(fā)明了壓燃式發(fā)動機(即柴油機)，實現(xiàn)了內(nèi)燃機歷史上的第二次重大突破。1971年，第一臺熱氣發(fā)動機的公共汽車已開始運行。第 37 頁 共 38 頁淮陰工學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）近年來，因為具有更好的的燃油經(jīng)濟性，和降低了發(fā)動機噪音，柴油機的轎車在歐洲迅速發(fā)展。而在國內(nèi)雖然還沒有足夠先進的技術(shù)，但也已近可以研發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的發(fā)動機了。離合器汽車傳動系統(tǒng)中直接與發(fā)動機相聯(lián)系的重要部件，在1889年，戴姆勒的鋼輪汽車已使用這種設(shè)計原理的基本形式：配備了一個錐形/斜面摩擦離合器。而后，在1920年代，錐盤離合器一直占主流地位，為了解決散熱，磨損這些系統(tǒng)性的不足，在1936年，通用汽車的研究實驗室里，膜片彈簧離合器誕生了。由于膜片彈簧離合器能夠均衡、對稱地轉(zhuǎn)動，而不受發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響，所以在1960年代獲得了巨大的成功。踏板力通過連接桿或軸來傳遞，所以長時間操縱離合器易產(chǎn)生疲勞。隨著1930年代離合器拉線和1950年代液壓分離機構(gòu)的應(yīng)用，駕駛舒適性得到了很大的提高。變速器從誕生至今幾乎與汽車年齡相近。世界上第一臺變速器誕生于1889年，由法國標致研制開發(fā)，可以通過一個撥桿來改變傳動速比，且結(jié)構(gòu)簡單僅由齒輪和軸組成。自動變速器比手動變速器晚了19年的時間，第一輛使用自動變速器的汽車是福特T型車，只有兩個速比，而正真意義上的自動變速器是1940年由美國通用開發(fā)產(chǎn)生，直到1948年，這種液力變矩器與其他部件結(jié)合成為液力變矩器而定型成為現(xiàn)在的變速器。目前國內(nèi)變速器技術(shù)基本來自國外，國內(nèi)變速器的研究設(shè)計還在發(fā)展階段。驅(qū)動橋在汽車運行工作狀態(tài)中有著重要地位。目前，在國內(nèi)的驅(qū)動橋發(fā)展還是很樂觀的，總體上能滿足產(chǎn)業(yè)的要求。其性能和質(zhì)量基本上能夠滿足國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機械和工程機械的使用需求，呈現(xiàn)了明顯的產(chǎn)業(yè)特點：由進口國外產(chǎn)品向國產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端產(chǎn)品向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進國外技術(shù)向自主研發(fā)發(fā)展。在技術(shù)方面，通過不斷提高自身鑄鍛造技術(shù)及工藝水平來保證研發(fā)產(chǎn)品制造質(zhì)量；通過利用先進科學的設(shè)計輔助手段來達到設(shè)計優(yōu)化的目的；通過不斷學習吸收國外先進的技術(shù)逐步實現(xiàn)技術(shù)與國際接軌的目標，從而提高產(chǎn)品的核心競爭力；通過運用先進的技術(shù)及方法來提高產(chǎn)品的性能，滿足市場需求，推進機電一體化進程。1.3 本課題的主要內(nèi)容 汽車發(fā)動機與驅(qū)動輪之間的動力傳遞裝置稱為汽車的傳動系。它應(yīng)保證汽車具有在各種行駛條件下所必需的牽引力、車速，以及保證牽引力與車速之間協(xié)調(diào)變化等功能。它包括離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動軸、主減速器、差速器和半軸等，發(fā)動機發(fā)出的動力經(jīng)過傳統(tǒng)系統(tǒng)傳給驅(qū)動輪，驅(qū)動汽車行駛。本課題內(nèi)容如下：（1）完成JC工程車的動力系統(tǒng)的設(shè)計。首先對發(fā)動機的型式、主要性能指標做出選擇，然后確定發(fā)動機的懸置方式與發(fā)動機的型號。（2）完成傳動系各總成的設(shè)計。首先是要進行離合器、變速器及輪胎的選型設(shè)計，然后對萬向傳動軸進行詳細的設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)方案的選擇和對萬向傳動軸的相關(guān)計算。再對驅(qū)動橋進行選型設(shè)計，包括對驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案的分析，對主減速器、差速器和半軸的選擇，最后確定驅(qū)動橋的參數(shù)。（3）對液力傳動系統(tǒng)進行動力匹配計算。 （4）對動力傳動系的典型零件進行2D、3D建模以及虛擬裝配。2 JC工程車動力系統(tǒng)的設(shè)計2.1 發(fā)動機型式的選擇 發(fā)動機以內(nèi)燃機為主，它分為汽油機、柴油機兩類。 柴油機具有較好的燃油經(jīng)濟性，成本低，可以設(shè)置容積小些的油箱。柴油機壓縮高，熱效率高，工作可靠，壽命長，排污少，但是加工精度要求較高，結(jié)構(gòu)強度要求較高，尺寸和質(zhì)量較大，振動與噪聲大。主要用于貨車、大型客車上。根據(jù)發(fā)動機氣缸排列形式不同，發(fā)動機有直列、水平對置和V型三種。直列式排列結(jié)構(gòu)簡單、寬度窄、方便布置，適用于6缸以下的發(fā)動機。V型發(fā)動機優(yōu)點是曲軸剛度得到提高，高度尺寸小，發(fā)動機系列多。其主要缺點是布置在平頭車時較為困難，造價高。主要用于中、高級和高級轎車以及重型貨車上。 水平對置式發(fā)動機的主要優(yōu)點是平衡好，高度低。水平對置式發(fā)動機在少量大客車上得到應(yīng)用。 根據(jù)發(fā)動機冷卻方式不同，發(fā)動機分為水冷與風冷兩種。水冷發(fā)動機較廣泛，其具有冷卻均勻可靠、散熱良好、噪聲小和效率高等優(yōu)點，其主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜；使用與維修不方便；性能受環(huán)境溫度影響較大，在室外存放時，易凍壞氣缸缸體和散熱器。 本設(shè)計根據(jù)牽引車具體工作情況當選用尺寸和質(zhì)量小的發(fā)動機。2.2 主要性能指標的選擇要選擇發(fā)動機的型號，就要先計算發(fā)動機的主要性能指標，具體參數(shù)見下表。表2.1主要參數(shù)技術(shù)參數(shù)數(shù)值單位長寬高298914401460mm整機重量（空載）4070kg額定載質(zhì)量36000kg額定功率48/2600kw/rpm最大牽引重量54000kg滾動摩擦系數(shù)0.02地面附著系數(shù)0.85最大爬坡度（空載）45%最高車速31Km/h一檔，二檔，倒檔15，31，15Km/h （1）發(fā)動機最大功率和相應(yīng)轉(zhuǎn)速 根據(jù)所設(shè)計汽車應(yīng)達到的最高車速vamax(km/h)，用下列公式估算發(fā)動機最大功率： 式（2.1）式中，Pemax是發(fā)動機最大功率(kW)；T是傳動系效率，對于采用單級主減速器驅(qū)動橋的42汽車可取為90；ma是汽車的總質(zhì)量(kg)，取36000；g是重力加速度(m/s2)，取9.8；fr是滾動阻力系數(shù)，對于貨車而言一般取0.02；CD是空氣阻力系數(shù)，貨車為0.801.00，這里取0.9。A是汽車正面投影面積14401460，為2.10（m2）；vamax是最高車速(km/h)，這里取31。 將這些數(shù)據(jù)代入式（2.1）,得:Pemax=68.332 kw 最大功率轉(zhuǎn)速的范圍如下：柴油機的最大轉(zhuǎn)速值在18004000rmin之間。乘用車和總質(zhì)量小些的貨車用高速柴油機，取值在32004000rmin之間，總質(zhì)量比較大的貨車的柴油機的最大轉(zhuǎn)速值取得低。這里最大功率下相應(yīng)轉(zhuǎn)速np為2600rmin （2）發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Temax及相應(yīng)轉(zhuǎn)速nT用下式計算確定Temax： 式（2.2）式中，Temax 為最大轉(zhuǎn)矩(Nm)；是轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，一般為1.11.3之間，這里取1.1；Pemax是發(fā)動機最大功率(kW)，代入 ；np是最大功率轉(zhuǎn)速(rmin)，代入 。將這些數(shù)據(jù)代入式（2.2）中，得：Temax =276.059 根據(jù)要求nP,nT之間有一定的差值，如果很接近會導(dǎo)致直接檔的最低穩(wěn)定車速偏高,因此要求nP/nT在1.42.0之間選取，所以nT為1600。2.3 發(fā)動機的懸置發(fā)動機懸置元件的設(shè)計要滿足以下幾個條件：剛度較大、具有良好的隔振效果、具有較好的減震降音的能力、滿足耐機械疲勞，具有熱穩(wěn)定性、抗腐蝕的能力，同時要求懸置裝置工作在低頻大振幅工作狀態(tài)下能提供足夠的阻尼特性，而在高頻低幅振動的工作狀態(tài)下提供相對較低的動剛度特性。傳統(tǒng)的橡膠懸置一般是由金屬板和橡膠組成的。方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但變頻性差。液壓懸置具有很強的變頻特性。轎車上更為廣泛應(yīng)用。發(fā)動機懸置的點應(yīng)當盡可能的布置在動力總成質(zhì)心的附近，而支座應(yīng)當盡可能的布置得寬一些并且布置在排氣管的前面。本設(shè)計選擇更適宜牽引車的傳統(tǒng)的橡膠懸置方式。2.4 發(fā)動機型號的確定根據(jù)已知的和計算出的數(shù)據(jù)，結(jié)合同類型汽車的發(fā)動機型號，我們將該車型的發(fā)動機型號定為：柴油機CUMMINS B3.3-85 。這款發(fā)動機的主要性能參數(shù)見表2.2。表2.2：發(fā)動機CUMMINS B3.3-85主要性能參數(shù)額定轉(zhuǎn)速下的功率（KW/r/min）最大扭矩（N.m/r/min）進氣方式排放85/2600292/1600渦輪增壓式Tier2 康明斯B系列3.3升小型工程機械柴油機以可靠性高使用成本低著稱，適用于各種小型工程機械，性能可靠性價比高，噪音低，更環(huán)保，燃油經(jīng)濟性好。3 傳動系各總成的設(shè)計3.1 離合器的選型設(shè)計離合器是汽車傳動系統(tǒng)中直接與發(fā)動機相聯(lián)系的部件。主要是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機向動力系統(tǒng)傳遞動力。離合器的主要作用是保證汽車能平穩(wěn)起步，變速換擋時減輕變速齒輪的沖擊載荷并防止傳動系過載。在機械式傳動系統(tǒng)中，應(yīng)用的最為廣泛的是摩擦片式離合器。分為有盤式、片式以及錐式。盤式離合器按從動盤的數(shù)目又可分為單片離合器、雙片離合器和多片離合器三類。設(shè)計時，可以根據(jù)車型、使用條件和制造條件等選擇合理的離合器的結(jié)構(gòu)布置方案。這里我們根據(jù)已選定的發(fā)動機的基本參數(shù)選擇所需離合器，綜合考慮經(jīng)濟性、適用性后，選擇離合器型號為CKF-A30102。這種型號重量少，尺寸也較小，滿足所設(shè)計的牽引車。圖3.1 不同型號離合器的基本參數(shù)額定扭矩Nm超越極限轉(zhuǎn)速r/min外形尺寸mm重量kg內(nèi)環(huán)外環(huán)d(H7)D(H7)E(H7)FGCBAn-d1bntnCKF-A2090140875600020906678423535256-6.662.81.50CKF-A2595190825600025957082463535256-6.683.31.60CKF-A301023407806000301027587514040306-6.683.31.80CKF-A351104257406000351108296584040306-6.6103.32.10CKF-A4012562572050004012592108684040308-6.6123.32.90CKF-A4513071566550004513094112704040308-9.0143.83.10CKF-A501501120610400050150114132904040308-9.0143.84.70CKF-A551601300600400055160116138864545348-9.0164.35.40CKF-A601751500490320060175135155957060478-11184.48.50CKF-A70190225048032007019014016510070604712-11204.910CKF-A80210300045024008021016018512080704812-11225.4143.2 變速器的選型設(shè)計變速器是用來改變發(fā)動機傳遞到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，其目的是使汽車各種不同的工況下行駛時，獲得不同的牽引力和速度在最優(yōu)的工況下行駛。（1）變速器類型的選擇本設(shè)計對JC工程車機設(shè)計，發(fā)動機選擇前置后驅(qū)形式，應(yīng)采用兩個檔位中間軸式變速器的形式。 (2)倒檔形式選擇倒檔使用頻率不高，為了簡化機構(gòu)，降低成本。本設(shè)計采用軸向滑動直齒齒輪換擋的方案。 (3)齒輪型式選擇變速器采用的齒輪有直齒圓柱齒輪以及斜齒圓柱齒輪兩種，兩者相比較，斜齒圓柱齒輪使用壽命長、噪聲低，但工藝復(fù)雜，有軸向力。倒檔利用率不高，本設(shè)計采用支持滑動齒輪作為換擋方式。(4)軸的結(jié)構(gòu)分析變速器第一軸后端與常嚙合主動齒輪做成一體，第二軸做成階梯式，有利于齒輪的安裝，受力均勻，能夠合理利用材料。倒擋齒輪采用聯(lián)體齒輪，提高壽命。(5) 軸承型式 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動軸套等，多采用滾動軸承。變速器第1軸、第2軸的后部軸承以及中間軸前、后軸承，一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。前端采用圓柱滾子軸承承受徑向力。高檔區(qū)域同步器換擋的第2軸齒輪和第2軸的連接，在不影響齒輪結(jié)構(gòu)的情況下，應(yīng)盡量使用滾針軸承。(6) 換擋機構(gòu)形式此變速器換擋機構(gòu)有直齒滑動齒輪、移動嚙合套換擋和同步器換擋三種形式。移動嚙合套壽命高，但換擋沖擊大，噪聲大，而同步器能保證換擋迅速、無沖擊、無噪聲，得到廣泛應(yīng)用。雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大，但為了降低駕駛員工作強度，降低操作難度，2擋以上都采用同步器換擋。倒檔采用軸向滑動直齒齒輪換擋。根據(jù)牽引車對牽引力的需求，需選擇具有液力變矩器的變速箱。通過調(diào)查市場相似類型叉車以及牽引車所選用的變速箱，綜合考慮后，初步選各項參數(shù)，具體見表3.2。表3.2 變速器技術(shù)參數(shù)I檔傳動比3.45II檔傳動比1.75后退檔速比3.45液力變矩器最大變矩比2.7液力變矩器效率1 根據(jù)數(shù)據(jù)選擇中南YB65669自動變速箱。3.3 萬向傳動軸的設(shè)計 萬向傳動裝置是連接不在同一直線上的變速器輸出軸和主減速器輸入軸。用于發(fā)動機前置后軸驅(qū)動的變速器與驅(qū)動橋之間。它主要由萬向節(jié)、傳動軸和中間支承組成。安裝時必須使傳動軸兩端的萬向節(jié)叉處于同一平面。3.3.1 結(jié)構(gòu)方案選擇 十字軸式剛性萬向節(jié)在汽車傳動系中應(yīng)用最為廣泛，主要由主動叉，從動叉，十字軸萬向節(jié)，滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、強度高、生產(chǎn)成本低、使用維護方便，適合牽引車的使用。圖3.1十字軸式萬向節(jié) 本設(shè)計的JC工程車選擇雙十字軸式。即一根傳動軸與兩個萬向節(jié)共同構(gòu)成整個傳動軸，如圖。 圖3.2 雙萬向節(jié)傳動布置圖3.3.2 萬向傳動軸的相關(guān)計算（1）載荷的計算按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來確定 式(3.1)按驅(qū)動輪打滑來確定 式(3.2)式中，Temax發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；驅(qū)動橋數(shù)n=1；i1為變速器一檔傳動比；if分動器傳動比，見表3.3，if=1.75， n=1；發(fā)動機到萬向傳動軸之的傳動效率=0.89；液力變矩器變矩系數(shù)k=(k0 -1）/2+1=1（k0為最大變矩系數(shù)）；因為kd猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù),液力自動變速器：kd=1；具有手動操作的機械變速器的高性能賽車：kd=3；性能系數(shù)fj=0的汽車：kd=1；fj0的汽車：kd=2或有經(jīng)驗選定。性能系數(shù)由下式計算： 當時當時故kd取1。G2為滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載（N），G2=65%mag=229320N；m2是發(fā)動機最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù)；乘用車為1.21.4，商用車為1.11.2，m2取1.2。輪胎與路面間的附著系數(shù)=0.85；rr車輪滾動半徑為0.286m；主減速i0=6.61，im主減速器從動齒輪到車輪之間傳動比為1；m主減速器主動齒輪到車輪之間傳動效率1。表3.3 n與if選取表車型高檔傳動比ifg與抵擋傳動比ifd的關(guān)系ifn44ifgifd/2ifg1ifgifd/2igd266Ifg/2ifd/3ifg2Ifg/2ifd/3igd3將數(shù)據(jù)代入式（3.1）、式（3.2），得:Tse1=1483.369Tse2=10596.874 對萬向節(jié)傳動軸進行靜強度計算時，計算載荷取和的最小值，即，T1取Tse1，Tse2的最小值，即T1=minTse1，Tse2=1483.369,安全系數(shù)一般取2.53.0。當對萬向傳動軸進行疲勞壽命計算時，計算載荷T1取Tsf1（2） 萬向節(jié)的設(shè)計 設(shè)作用于十字軸軸頸中點的力為F，則 式(3.3)式中：r為合力F作用線到十字軸中心之間的距離，為50mm；為主、從動叉軸的最大夾角，是4度。將數(shù)據(jù)代入式（3.3）,得：F=14869.912十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力w和切應(yīng)力應(yīng)滿足： 式（3.4） 式（3.5）式中：d1取十字軸軸頸直徑為38.2mm；d2十字軸油道孔直徑10mm；合力F作用線到軸頸根部的距離13.5mm；為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350；為切應(yīng)力的許用值，為80-120 。將數(shù)據(jù)代入式（3.4）、式（3.5），得:w=36.874Mpa w= 13.936Mpa 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力滿足校核條件。十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足 式(3.6)式中：取滾針直徑d0=2mm；滾針工作長度Lb=27mm；在合力F作用下一個滾針所受的最大載荷Fn=4.6F/iZ其中i為滾針列數(shù)，取為1，Z為每列滾針數(shù)，取為44,Fn=1554.582，；當滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時，許用接觸應(yīng)力為3000-3200 Mpa。 將數(shù)據(jù)代入式（3.6），得：j=0.661MPaj十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足。萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F的作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線成45的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力w和扭應(yīng)力b應(yīng)滿足 式 (3.7) 式 (3.8)式中，取a=40m、e=80mm、b=35mm、h=70mm；查表，取k=0.246, , k是與有關(guān)的系數(shù)，見表3.2；W=2.8610-5,Wt=2.1110-5彎曲應(yīng)力的許用值w為50-80Mpa，扭應(yīng)力的許用值b為80-160Mpa 。將數(shù)據(jù)代入式（3.7）、式（3.8），得：w =41.594 wb =28.189b萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷校核滿足要求。表3.4：系數(shù)k的選取h/b1.01.51.752.02.53.04.010k0.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2820.312十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角，十字軸的支承結(jié)構(gòu)和材料，加工和裝配精度以及潤滑條件等有關(guān)。當25時，可按下式計算（取=15） 式(3.9)式中：0為十字軸萬向節(jié)傳動效率；f為軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滾動軸承取0.050.10,f取0.08。將這些數(shù)據(jù)代入式（3.9），得：0=98.95%通常情況下十字軸萬向節(jié)傳動效率約為97%99%（3）傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 1傳動軸應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強度。軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力: 式(3.12) 式中：式中c=300Mpa。將數(shù)據(jù)代入式（3.12），得：c=72.253Mpa故軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核符合要求。2對于傳動軸上的花鍵軸，通常以底徑計算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，許用應(yīng)力一般按安全系數(shù)23確定。 式(3.13)式中,取花鍵軸的花鍵內(nèi)徑dh=70mm，外徑Dh=80mm。將數(shù)據(jù)代入式（3.13），得:h=22.037Mpa3傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力y應(yīng)滿足 式(3.14) 式中,取花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)K=1.31.4,取K=1.35；Lh花鍵的有效工作長度=60mm；花鍵齒數(shù)n0=18；當花鍵的齒面硬度大于35HRC時：許用擠壓應(yīng)力y=25-50Mpa。將數(shù)據(jù)代入式（3.14），得：y=9.889y故傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力滿足要求。3.4 驅(qū)動橋的選型設(shè)計 汽車的驅(qū)動橋位于傳動系的末端，一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼等組成，其基本作用是增矩、降速，使左、右驅(qū)動車輪具有差速功能，同時還承受作用于路面和車架或車身之間的力。3.4.1 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案分析驅(qū)動橋按其總體布置分為兩大類，斷開式和非斷開式驅(qū)動橋。非斷開式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，易維修調(diào)整，但通過性不完全且驅(qū)動橋殼質(zhì)量較大。斷開式驅(qū)動橋主要廣泛應(yīng)用于轎車和越野車。牽引車采用獨立懸架，故選用斷開式驅(qū)動橋。3.4.2 主減速器的分析主減速器性能反映了了汽車的平穩(wěn)性、噪音、異響等問題。其功用是將傳動軸輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。因此主減速器的設(shè)計非常關(guān)鍵，設(shè)計時要考慮自身的強度、剛度以及整車的通過性。主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。主減速器一般根據(jù)所采用的齒輪型式、主動和從動齒輪的裝置方法以及減速型式。錐齒輪的特點可承受較大的載荷，工作平穩(wěn)，噪聲震動小，但對嚙合精度很敏感，稍不吻合就會使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲變大。雙曲面齒輪傳動的特點是具有更大的傳動比；具有較大的直徑和較高的強度；有更大的離地間隙；此外還具有更高的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性；齒面間的接觸應(yīng)力更小；壽命更長。圓柱齒輪傳動承載能力高噪聲低，廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置的前置前驅(qū)動的乘用車。速蝸桿-蝸輪傳動，具有傳動平穩(wěn)，體積小，噪聲低，抗沖擊承受能力強，比較常用的。主減速器的減速型式可以分為單級減速、雙級減速、雙速減速等。由于單級主減速器由于結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉，廣泛應(yīng)用于主減速比i07.6的各種中、小型汽車上。綜合考慮了牽引車的動力要求及經(jīng)濟性的要求后，選擇結(jié)構(gòu)單級主減速器，并采用跨置式支承方案。3.4.3 差速器的分析 差速器是用來保證驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度而左右車輪具有差速而不會因為外因?qū)е缕囀Ш?，滿足了汽車行駛運動學要求。汽車上廣泛采用的是對稱錐齒輪式差速器，這種差速器結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強鎖止式差速器等。普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便，廣泛用于各類車輛上，但在泥濘或冰雪路面上打滑時，無法發(fā)揮潛在的牽引力。摩擦片式差速器鎖緊系數(shù)高，結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，可明顯提高汽車通過性，國外越野車普遍使用。強鎖止式差速器的可充分利用原差速器機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單操作方便。根據(jù)JC工程車的工作地點和工作狀況，我們選擇強鎖止式差速器。3.4.4 半軸的分析對于斷開式驅(qū)動橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，驅(qū)動車輪的傳動裝置為萬向傳動裝置；對于非斷開式驅(qū)動橋，驅(qū)動車輪傳動裝置的主要零件為半軸。半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式，3/4浮式和全浮式三種形式。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡單，所受載荷較大，只用于乘用車和質(zhì)量較小的商用車。3/4浮式半軸載荷相對有所減輕，一般用在乘用車和總質(zhì)量較小的商用車。全浮式主要用于質(zhì)量較大的商用車，根據(jù)JC牽引車所牽引的重量我們選擇全浮式半軸。3.4.5 驅(qū)動橋及參數(shù)的確定根據(jù)JC工程車的牽引要求，選擇一款驅(qū)動橋，主減速比為6.61，即可滿足牽引需求。所以選擇漢德13噸雙聯(lián)驅(qū)動橋。表3.5萬向節(jié)型號型號形式額定載荷/kg制動器尺寸速比13噸雙聯(lián)驅(qū)動橋輪邊減速13000420*185/410*2204.42/4.8/5.73/6.72/7.49/8.4/9.4916噸雙聯(lián)驅(qū)動橋輪邊減速16000410*2203.712/3.866/4.266/4.578/4.769/5.262/5.920/6.733/8.880425雙聯(lián)驅(qū)動橋輪邊減速11500410*2203.083/3.364/3.7/4.111/4.625/5.286/5.571/ 5.857/6.143漢德469雙聯(lián)驅(qū)動橋輪邊減速13000410*2203.083/3.364/3.7/4.111/4.625/5.286/5.571/ 5.857/6.143485驅(qū)動后橋輪邊減速13000410*2203.083/3.364/3.7/4.111/4.625/5.2863.5 輪胎的選擇輪胎及車輪部件應(yīng)滿足下述基本要求：足夠的負荷能力和速度能力，具有較小的滾動阻力和行駛噪聲，良好的附著性和質(zhì)量平衡，耐磨損、耐刺扎、耐老化和良好的氣密性，質(zhì)量小、價格低、拆裝方便、互換性好。經(jīng)過對本車各項參數(shù)計算和分析，本行李牽引車的前后輪輪胎選擇如下表3.6。表3.6 普通斷面斜交輪胎規(guī)格SIZEPLYDESIGNPSIMAX MEASMAX LOADSWODDRIVE TIPEROTATION TIREOTHER10MPH15MPH15MPH20MPH5MPH15MPH20MPH30MPH6.50-10105.001157.0023.5042253805321028253210236522002030121257.0023.5045624110346830533469255723782195141457.0023.50497644833783333037842789259423947.00-12125.001257.5726.8859955395455540054555335531152875141457.5726.8865355885497043654970366034003140161507.5726.88663959815052443950563723346031986.50-1685.00907.0029.5049604460378033203780278025802380101507.0029.50525547254008352240112591274025287.00-15125.501258.0030.0068706185522045905220141508.0030.0074956745569550055695161508.0030.00762268665799509658047.50-15126.001158.4531.8276906920584551355845430540003690141258.4531.8280377273614353986148453042103884161458.4531.8288057932669958876705494045924236Psi,是具體單位“1b/in2”即“磅/平方英寸”1bar14.5psi 1psi=6.895kpa=0.00689476Mpa前輪選擇：7.00-12-12PR的普通斷面斜交輪胎，其中6.50為輪胎名義斷面寬度，12為輪輞名義直徑，12PR表示12層級。后輪（驅(qū)動輪）選擇：7.00-12-16PR的普通斷面斜交輪胎，其中7.00為輪胎名義斷面寬度，12為輪輞名義直徑，15PR表示15層級。自由直徑=輪輞直徑+胎高2，所以自由直徑d=1225.4+268.8552=600.4mm，因計算常數(shù)F=2.99(斜交輪胎F=2.99),故滾動半徑=0.286m4 液力傳動系統(tǒng)的動力匹配計算 在牽引車輛設(shè)計中，液力機械變速器的性能對整車的性能有重要影響，由于液力傳動裝置的動力特性各有差異，需對動力傳動裝置進行匹配計算，以使牽引車的動力配置達到最佳性能，對整個傳動系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化具有重要的意義。正確擬和發(fā)動機和液力變矩器的特性曲線，是求解發(fā)動機和液力變矩器共同工作點的前提。4.1 液力變矩器的工作原理液力變矩器的作用一是傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩、二是使發(fā)動機和自動變速箱之間的連接成為非剛性的以方便自動變速箱自動換擋。液力變矩器以液體作為介質(zhì)，傳遞和增大來自發(fā)動機的扭矩液力變矩器由可轉(zhuǎn)動的泵輪和渦輪，以及固定不動的導(dǎo)輪三元件構(gòu)成。各件用鋁合金精密鑄造或用鋼板沖壓焊接而成。與液力耦合器一樣，液力變矩器在正常工作時，能將轉(zhuǎn)矩從泵輪傳到渦輪上。但是變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩，而且能在泵輪轉(zhuǎn)矩不變的情況下，隨著渦輪的轉(zhuǎn)速（反映汽車行駛速度）不同而改變渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩數(shù)值。圖4.1 液力變矩器剖視圖液力變矩器的特性可用幾個外界負荷有關(guān)的特性參數(shù)或特性曲線來評價。描述液力變矩器的特性參數(shù)主要有轉(zhuǎn)數(shù)比、泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)、變矩系數(shù)、效率和穿透性等。描述液力變矩器的特性曲線主要有外特性曲線、原始特性曲線和輸入性曲線等。4.2 液力傳動系統(tǒng)的匹配計算為提高動力匹配的準確性, 結(jié)合實際的運行條件，將半掛牽引車分為兩類：高速運輸型：大多時間在高速公路上高速行駛的長途運輸牽引車。 低速運輸型： 大多時間在惡劣路段低速行駛的半掛牽引車。 本文主要研究的是第二種情況。4.2.1 匹配原則最理想的匹配，是能滿足車輛動力性能和經(jīng)濟性能的要求，同時還應(yīng)考慮到一些特殊的要求，如發(fā)熱和噪聲等。根據(jù)整機傳動系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)。即：(1)充分發(fā)揮柴油機功率：利用變矩器的最高效率工況，傳遞發(fā)動機的額定功率，使整車獲得最大的平均速度。(2)發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，油耗低：利用變矩器的最高效率工況，傳遞油耗最低時的發(fā)動機最高效率和扭矩，使整車具有良好的經(jīng)濟性。(3)滿足整車工作及速度要求：利用變矩器的最高變矩比工況，傳遞發(fā)動機的最大扭矩，使整車具有較大的牽引力。4.2.2 匹配計算過程（1）發(fā)動機的特性發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩與其速度的變化關(guān)系，即為發(fā)動機的速度特性。發(fā)動機的速度特性是指發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗率b以及發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系。表4.1：發(fā)動機性能原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)速（n）1000120014001600180020002200240026002800轉(zhuǎn)矩（N.M）178206210214209201194186178功率（KW）18.625.930.835.939.442.144.746.748.5圖4.1 發(fā)動機特性曲線圖（2）液力變矩器特性原始特性在表示液力變矩器性能中，最常用的就是原始特性。原始特性能夠確切的表示一系列不同轉(zhuǎn)速、不同尺寸而幾何相似的液力變矩器的基本性能。原始特性是指扭矩系數(shù)、變矩比、效率隨轉(zhuǎn)速比變化的關(guān)系。表4.2：液力變矩器性能原始數(shù)據(jù)速比00.10.20.3040.50.60.70.80.9扭矩比32.72.32.01.71.51.31.21.01.0轉(zhuǎn)矩比3.43.43.53.63.63.53.33.02.61.633343535353432302515效率026.846.760.469.775.779.580.679.288.5圖4.2 液力變矩器原始參數(shù)特性曲線圖輸入(負載)特性輸入(負載)特性是指泵輪公稱扭矩與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。由變矩器的原始特性可得出某變矩器泵輪轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速比變化的曲線,該曲線是通過原點的拋物線,，當變化時又可以得到隨變化的一簇拋物線。 式（4.1）式中， B是變矩系數(shù)，nB2是轉(zhuǎn)速。圖4.3 液力變矩器的輸入特性曲線（3）發(fā)動機與變矩器的匹配發(fā)動機與液力變矩器共同工作特性是指發(fā)動機與液力變矩器共同工作輸入、輸出特性的變化規(guī)律。它的確定是進行液力傳動車輛性能計算的基礎(chǔ)，是液力傳動車輛動力傳動系匹配及其優(yōu)化設(shè)計的前提，確定發(fā)動機與液力變矩器共同工作性能是根據(jù)發(fā)動機的特性和液力變矩器的原始特性，確定共同工作的輸入特性、共同工作區(qū)域及其輸出特性。匹配輸入特性由于發(fā)動機的輸出軸與變矩器的輸入軸(泵輪)直接相連，所以發(fā)動機與變矩器的共同工作條件是：發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速與變矩器泵輪的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速分別相等，即ne=nb ,T=Mbg,其中，ne為發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速( r/ min)；nb為變矩器泵輪轉(zhuǎn)速(r/ min)；T 為發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩即凈轉(zhuǎn)矩(N. m)；Mbg為泵輪的輸入轉(zhuǎn)矩 (N. m)。圖4.4 發(fā)動機與變矩器匹配特性曲線圖匹配輸出特性 式（4.2） 式中，Mt 為發(fā)動機轉(zhuǎn)矩(N. m)，Me為渦輪輸出轉(zhuǎn)矩(N.m)。 式（4.3） 式中，P為發(fā)動機凈功率(kW)，P t為渦輪輸出功率(kW)。 式（4.4） 式中，ne為發(fā)動機轉(zhuǎn)速( r/ min)，nt為渦輪輸出轉(zhuǎn)速( r/ min)。 式（4.5） 式中，Ge為每小時油耗量(kg/h)，be為油耗率。（4）各檔牽引特性計算表4.2：變速器性能原始參數(shù)檔位一檔二檔變速器速比3.451.75理想車速為：(km/h) 式（4.6）實際車速為：(km/h) 式（4.7）發(fā)動機驅(qū)動力為：(KN) 式（4.8）牽引車的滾動阻力為：(KN) 式（4.9）牽引力為： (KN) 式（4.10）牽引功率為：(KW) 式（4.11）牽引效率為： 式（4.12）式中，n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速；r為車輪最小轉(zhuǎn)彎半徑為0.35；ig為差速器傳動比；i0為變速器傳動比為6.61；為行駛阻力系數(shù)普通路面為0.0494；T是傳動系機械傳動效率；m0整車總質(zhì)量；f是滾動阻力系數(shù)取0.02；F為牽引力；為理想牽引功率。（5）整車性能分析在最大牽引總質(zhì)量 36t的狀況時（汽車以一檔速度行駛），需要的牽引力為：=0.03360009.8=10.587KN根據(jù)上述公式,一檔時的車速為15（km/h），牽引功率為39.63kw，牽引效率為75.7%，滿足最大牽引車速的要求。二檔時汽車的最高車速為31(km/h)，滿足最大速度要求。最大牽引力為F=29.4kN，滿足最大牽引力的要求。5 JC工程車動力傳動系典型零部件的2D、3D建模與虛擬裝配5.1 Pro/E軟件簡介Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者。在目前的三維軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當今世界機機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)如今主流的機械CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/Engineer的功能包括實體與曲面的設(shè)計、零件組裝、二維繪圖制作、管路設(shè)計、文件格式處理、動態(tài)機構(gòu)仿真、有限元分析、鈑金設(shè)計、模具設(shè)計、電路設(shè)計、NC機械加工制造和刀具路徑仿真、逆向工程、同步工程等，涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)制造設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出到生產(chǎn)加工成成品的全過程，是目前工業(yè)界擁有用戶最多、應(yīng)用最廣的三維軟件。該軟件廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機械、家電、通訊等行業(yè)，已成為廣大工程技術(shù)人員的有力工具。5.2 萬象傳動軸的三維建模三維建模主要完成以下幾個建模：1. 傳動桿2. 滑動叉3. 十字軸與萬向節(jié)叉4. 花鍵防塵塞5. 軸承蓋，螺釘，套筒，注油嘴，溢流閥，油封，滾針軸承。6. 裝配具體步驟如下：（a）新建零件圖文件。單擊“新建”按鈕，新建零件圖，在彈出的對話框中“零件”單擊按鈕，在“名稱”文本框中輸入文件名稱。設(shè)置公制單位。取消選中的“缺省模板”復(fù)選框，單擊“確定”按鈕，進入零件繪制環(huán)境。（b）在菜單欄中的“插入”中選擇“拉伸”按鈕，也可以在旁邊的工具欄中直接選擇“拉伸”按鈕，出現(xiàn)“拉伸”操控板。 (c)單擊“草繪”按鈕后，界面就進入草繪平面，出現(xiàn)“草繪”對話框，選擇基準面FRONT為草繪平面，基準面RIGHT為參照面，方向為右，單擊“草繪”按鈕進入草繪模式。繪制所需截面，單擊按鈕后系統(tǒng)推出草繪模式。單擊拉伸操控板的按鈕，系統(tǒng)重新進入拉伸特征操作模式。在操控板中進行設(shè)置，拉伸深度為70，然后單擊按鈕，完成拉伸操作。 圖5.1拉伸（d）在工具欄中選擇“孔”特征，進入孔特征的操控板，單擊操控板里的設(shè)置按鈕，選擇曲面F6。設(shè)置直徑為46.2，圓心到RIGHT面的距離為23.1，到FRONT面的距離為35。設(shè)置完以后，單擊按鈕，完成孔的特征操作,如圖。圖5.2 孔（e）在旁邊的工具欄中選擇倒圓角的特征按鈕，出現(xiàn)倒圓角特征操控板，將半徑設(shè)置為5，選中需要倒角的邊即可，然后單擊按鈕，完成倒圓角，,如圖5.3。圖5.3 倒角（f