車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)15汽車差速器及半軸設(shè)計(jì)

汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 1 - 目 錄 第一部分 差速器設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì) 1 車型數(shù)據(jù) 3 2 普通圓錐齒輪差速器設(shè)計(jì) 4 2.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 4 2.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器 的結(jié)構(gòu) . 6 2.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 . 6 2.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 . 6 2.3.2 差速 器齒輪的幾何計(jì)算 . 10 2.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 . 12 2.3.4差速器齒輪的材料 . 13 3 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 14 3.1 半浮式半軸桿部半徑的確定 . 14 3.2 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 . 16 3.3 半軸其他主要參數(shù)的選擇 . 17 3.4 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料 與熱處理 . 17 第二部分 6109客車 總體設(shè)計(jì)要求 19 1. 6109客車車型數(shù)據(jù) 19 1.1尺寸參數(shù) 19 1.2質(zhì)量參數(shù) 19 1.3發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù) 19 1.3傳動(dòng)系的傳動(dòng)比 19 1.5輪胎和輪輞規(guī)格 20 2. 動(dòng)力性計(jì)算 20 2.1發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性 20 2.2車輪滾動(dòng)半徑 20 2.3滾動(dòng)阻力系數(shù) f 20 2.4空氣阻力系數(shù)和 空氣阻力 20 2.5機(jī)械效率 20 2.6計(jì)算動(dòng)力因數(shù) 20 2.7確定最高車速 22 2.8確定最大爬坡度 22 2.9確定加速時(shí)間 23 3.燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算 23 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 2 - 4.制動(dòng)性能計(jì)算 23 4.1最大減速度 23 4.2制動(dòng)距離 S 23 4.3上坡路上的駐坡坡度 i1max： 24 4.4下坡路上的駐坡坡度 i2max： 24 5. 穩(wěn)定性計(jì)算 24 5.1縱向傾覆坡度： 24 5.2橫向傾覆坡度 24 N 結(jié)束語(yǔ) 24 參考文獻(xiàn) 26 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 3 - 第一部分 差速器設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì) 1 車型數(shù)據(jù) 1.1 參數(shù)表 參數(shù)名稱 數(shù)值 單位 汽 車布置方式 前置后驅(qū) 總長(zhǎng) 4320 mm 總寬 1750 mm 軸距 2620 mm 前輪距 1455 mm 后輪距 1430 mm 整備質(zhì)量 1480 kg 總質(zhì)量 2100 kg 發(fā)動(dòng)機(jī)型式 汽油 直列 四缸 排量 1.993 L 最大功率 76.0/5200 KW 最大轉(zhuǎn)矩 158/4000 NM 壓縮比 8.7:1 離合器 摩擦式離合器 變速器檔數(shù) 五檔 手動(dòng) 輪胎類型與規(guī)格 185R14 km/h 轉(zhuǎn)向器 液壓助力轉(zhuǎn)向 前輪制動(dòng)器 盤(pán) 后輪制動(dòng)器 鼓 前懸架類型 雙叉骨獨(dú)立懸架 后懸架類型 螺旋彈簧 最高車速 140 km/h 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 4 - 2 普通圓錐齒輪差速器設(shè)計(jì) 汽車 在行駛過(guò)程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過(guò)的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面 上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過(guò)的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會(huì)加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。 差速 器用來(lái)在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。 2.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 圖 2-1 差速器差速原理 如圖 2-1 所示，對(duì)稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼 3 與行星齒輪軸 5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪 6 固連在一起，汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 5 - 固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為0； 半軸齒輪 1 和 2 為從動(dòng)件，其角速度為 1 和 2 。A、 B兩點(diǎn)分別為行星齒輪 4與半軸齒輪 1和 2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為 C，A、 B、 C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為 r 。 當(dāng) 行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑 r上的 A、 B、 C三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖 2-1），其值為0 r。于是 1 = 2 =0，即 差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼 3的角速度。 當(dāng)行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5 以角速度 4 自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合點(diǎn) A的圓周速度為 1 r =0 r+ 4 r ，嚙合點(diǎn) B的圓周速度為 2 r =0 r- 4 r 。于是 1 r + 2 r =（ 0 r + 4 r ） +( 0 r - 4 r ) 即 1 + 2 =20（ 2-1） 若 角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n 表示，則 021 2nnn （ 2-2） 式（ 2-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速 器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。 有式 2-2）還可以得知： 當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍； 當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 6 - 2.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖 3-2 所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。 圖 2-2 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器 1， 12-軸承； 2-螺母； 3， 14-鎖止墊片； 4-差速器左殼； 5， 13-螺栓； 6-半軸齒輪墊片； 7-半軸齒輪； 8-行星齒輪軸； 9-行星齒輪； 10-行星齒輪墊片； 11-差速器右殼 2.3 對(duì)稱式圓錐行 星齒輪差速器的 設(shè)計(jì)和計(jì)算 由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制 。 2.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 1.行星齒輪數(shù)目的選擇 載貨汽車采用 2個(gè)行星齒輪。 2.行星齒輪球面半徑 BR 的確定 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 7 - 圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑BR ，它就是行星齒輪的安裝尺 寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑 BR 可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： 3 TKR BB mm 12(2-3) 式中： BK 行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取 2.52 2.99，對(duì)于有 2 個(gè)行星齒輪的載貨汽車取小值； T 計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 取 Tce和 Tcs的較小值， N m. 計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 rp0a m a x g hrni = 0 .3 7 7vi（ 2-4） 式中r 車輪的滾動(dòng)半徑， r=0.398m igh 變速器量高檔傳動(dòng)比。 igh =1 根據(jù)所選定的主減速比 i0值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級(jí)、雙級(jí)等以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車總布置所要 求的離地間隙相適應(yīng)。 把 nn=5200r/n , amaxv=140km/h , rr =0.398m , igh=1代入（ 2-4） 計(jì)算出 i0=5.91 從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tce niiikTkT fedce01m a x （ 2-5） 式中： Tce 計(jì)算轉(zhuǎn)矩， Nm； Temax 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； Temax =158 Nm n 計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)， 1； if 變速器傳動(dòng)比， if=3.704； i0 主減速器傳動(dòng)比， I 0=5.91； 變速器傳動(dòng)效率， =0.96； k 液力變矩器變矩系數(shù)， K=1； 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 8 - Kd 由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)， Kd=1； i1 變速器最低擋傳動(dòng)比， i1=1； 代入式（ 2-5），有： Tce=3320.4 Nm 主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T=896.4Nm 根據(jù)上式 BR =2.73 4.3320 =40mm 所 以預(yù)選其節(jié)錐距 A0 =40mm 3.行星齒輪與半軸齒輪的選擇 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于 10。半軸齒輪的齒數(shù)采用 14 25，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 1z /2z 在 1.5 2.0的范圍內(nèi)。 差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器 中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù) Lz2 ， Rz2 之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無(wú)法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： In zz RL 22 (2-6) 式中： Lz2 ， Rz2 左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來(lái)說(shuō)，Lz2 = Rz2 n 行星齒輪數(shù)目； I 任意整數(shù)。 在此 1z =12， 2z =20 滿足以上要求。 4.差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 9 - 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 1 ， 2 211 arctan zz=1810arctan=30.96 1 =90-2 =59.03 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m m=11 0 sin2 zA = 220 sin2 zA = 96.30s in12 27.402 =3.35 查閱文獻(xiàn) 3 取 m=4mm 得 12411 mzd =48mm 22 mzd =4 20=80mm 5.壓力角 目前，汽車差速器的齒輪大都采用 22.5的壓力角，齒高系數(shù)為 0.8。最小齒數(shù)可減少到 10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為 20的 少， 故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選 22.5的壓力角。 6. 行星齒輪安裝孔的直徑 及其深度 L 行星齒輪的安裝孔的直徑 與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常?。?1.1L nlTL c 302 101.1 nlT c 1.1 1030 式中： 0T 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩， N m；在此取 3320.4N m n 行星齒輪的數(shù)目；在此為 4 l 行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x， mm， l 0.5d2 ， d2 為半軸齒汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 10 - 輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而 d2 0.8 2d ； c 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa 根據(jù)上式 808.02 d =64mm l =0.5 64=32mm 324691.1104.3320 3 18.4mm 4.181.1 L 20mm 2.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 表 3-1汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) 1z 10，應(yīng)盡量取最小值 1z =12 2 半軸齒輪齒數(shù) 2z =14 25，且需滿足式（ 1-4） 2z =20 3 模數(shù) m m =4mm 4 齒面寬 b=(0.25 0.30)A0 ;b 10m 20mm 續(xù)表 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 5 工作齒高 mhg 6.1 gh =6.4mm 6 全齒高 051.0788.1 mh 7.203 7 壓力角 22.5 8 軸交角 =90 9 節(jié)圓直徑 11 mzd ； 22 mzd 481d 802 d 10 節(jié)錐角 211 arctan zz ， 12 90 1 =30.96， 03.592 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 11 - 11 節(jié)錐距 22110 s in2s in2 ddA 0A =40mm 12 周節(jié) t =3.1416m t =12.56mm 13 齒頂高 21 aga hhh ; mzzh a 212237.043.0 1ah =4.14mm 2ah =2.25mm 14 齒根高 1fh =1.788m - 1ah ; 2fh =1.788m - 2ah 1fh =3.012mm; 2fh =4.9mm 15 徑向間隙 c =h - gh =0.188m +0.051 c =0.803mm 16 齒根角 1 =01arctan Ahf ;022 arctan Ah f 1 =4.32; 2 =6.98 17 面錐角 211 o ； 122 o 1o =35.28 2o =66.01 18 根錐角 111 R ； 222 R 1R =26.64 2R =52.05 19 外圓直徑 1111 c o s2 ao hdd ；22202 c o s2 ahdd 1.5501d mm 23.822 d mm 20 節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 11201 sin2 hd 22102 sin2 hd 68.3901 mm 72.2302 mm 續(xù)表 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 21 理論弧齒厚 21 sts mhhts ta n2 212 1s =5.92 mm 2s =6.63 mm 22 齒側(cè)間隙 B =0.245 0.330 mm B =0.250mm 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 12 - 23 弦齒厚 26 23 BdssSiiii 1S =5.269mm 2S =6.49mm 24 弦齒高 iiiii dshh 4c o s2 1h =4.29mm 2h =2.32mm 2.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核 。輪齒彎曲強(qiáng)度 w 為 3222 10smwvnT k kk m b d J MPa (3-6) 式中： T 差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式nTT 6.00 在此 T 為 498.06N m； n 差速器的行星齒輪數(shù)； 2z 半軸齒輪齒數(shù)； sK 尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)， 當(dāng) 6.1 時(shí)，4 4.25mKs ，在此4 4.254sK 0.629 mK 載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承 型式時(shí)， mK 1.001.1； 其他方式支承時(shí)取 1.10 1.25。支承剛度大時(shí)取最小值。 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 13 - vK 質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向 跳動(dòng)精度高時(shí)，可取 1.0; J 計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)， 由圖 1-1 可查得J =0.225 圖 1-2 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) 根據(jù)上式 w =2 2 5.0802020 6 2 9.01.106.4 9 81023 =478.6MPa 980 MPa 所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 此節(jié)內(nèi)容圖表參考了 著作文獻(xiàn) 1中差速器設(shè)計(jì)一節(jié)。 2.3.4 差速器齒輪的材料 差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為 20CrMnTi、 20CrMoTi、 22CrMnMo和 20CrMo 等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被 廣泛應(yīng)用。 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 14 - 3 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)半軸位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對(duì)于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，車輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸；對(duì)于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，車輪傳動(dòng)裝置為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)見(jiàn)第四章，以下僅講述半軸的設(shè)計(jì)。 2.1 結(jié)構(gòu)形式分析 根據(jù)課題要求確定半軸采用半浮式半軸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)采用以突緣直接與車輪輪盤(pán)及制動(dòng)鼓相聯(lián)接 參考文獻(xiàn) 1圖 9-99（ b） 。 半浮式半軸 (圖 5 28a)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對(duì)車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所受載荷較大，只用于轎車和輕型貨車及輕型客車上。 3.1 半 浮式半軸 桿部半徑 的確定 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。 半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： （ 1）縱向力 X2 最大時(shí) (X2 Z2 )，附著系數(shù) 預(yù) 取 0.8，沒(méi)有側(cè)向力作用； （ 2）側(cè) 向力 Y2 最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為 Z21中，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù) 1 ，在計(jì)算中取 1.0，沒(méi)有縱向力作用； 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 15 - （ 3）垂向力 Z2 最大時(shí)，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過(guò)不平路面時(shí)，其值為 (Z2-gw)kd， kd 是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒(méi)有縱向力和側(cè)向力的作用。 由于車輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即 22222 YXZ 故縱向力 X2最大時(shí)不會(huì)有側(cè)向力作用 ，而側(cè)向力 Y2最大時(shí)也不會(huì)有縱向力作用。 初步確定半軸直徑在 0.040m 該值參考 文獻(xiàn) 2 半浮式半軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下三種載荷工況： (1) 縱向力2xF最大，側(cè)向力2yF為 0：此時(shí)垂向力 2/222 GmF z ， 2G取 10500N 縱向力最大值 2/2222 GmFF xx ，計(jì)算時(shí) 2m 可取1 2， 取 0 8。 得2xF=6300N 2yF=5040N 半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 為 32322221632drFdFFarxzx式中， a 為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離， a 取 0.06m = 77.08mpa = 199.63mpa 合成應(yīng)力 = 4 22 =406mpa (2)側(cè)向力2yF最大，縱向力2xF=0，此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑：外輪上的垂直反力ozF2。和內(nèi)輪上的垂直反力izF2分別為 )( 0 .5GFF-GF122z2 0z2 o2z2 iBh g 式中，gh為汽車質(zhì)心高度 參考一般計(jì)算方法取 738.56mm； 2B 為輪距 2B =1430mm； 1 為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí) 可取 1 0。 外輪上側(cè)向力oyF2和內(nèi)輪上側(cè)向力iyF2分別為 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 16 - 12z2012z2iFF ozizFF 內(nèi)、外車輪上的總側(cè)向力2yF為 12G 。 這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力0和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力i分別為 3223220)(32)(32daFrFdaFrFizriyiozroy0= 565.1mpa i=666.4 mpa (3)汽車通過(guò)不平路面，垂向力 2zF 最大，縱向力 02xF，側(cè)向力02yF：此時(shí)垂直力最大值 2zF 為： 22 21 kGF r 式中，是為動(dòng)載系數(shù)，轎車： 75.1k ，貨車： 0.2k ，越野車： 5.2k 。 半軸彎曲應(yīng)力，為 3 2321632 d akGd aF z =87.7mpa 故校核半徑取 0.040m滿足合成應(yīng)力在 600mpa -750mpa范圍 3.2 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 在計(jì) 算半 軸在 承受最大 轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該 校核其花 鍵 的剪切 應(yīng) 力和 擠壓應(yīng) 力。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為 bzLdDTpABs 410 3 （ 3-1） 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 2/)(4/)(10 3ABABpc dDdDLzT（ 3-1） 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 17 - 式中 T 半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩， T=3320.4Nm； DB 半軸花鍵 (軸 )外徑， DB=44mm； dA 相配的花鍵孔內(nèi)徑， dA=40mm； z 花鍵齒數(shù)，在此取 20； Lp 花鍵工作長(zhǎng)度， Lp=55mm； b 花鍵齒寬， b=3.75 mm； 載荷 分布的不均勻系數(shù)，取 0.75。 將數(shù)據(jù)帶入式（ 3-1）、（ 3-2）得： b=51.1MPa c=95.8 MPa 根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力 s不應(yīng)超過(guò) 71.05 MPa，擠壓應(yīng)力 c不應(yīng)超過(guò) 196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。 上述花鍵部分主要參考著作圖書(shū)文獻(xiàn) 3表 4-3 3.3 半軸其他主要參數(shù)的選擇 花鍵參數(shù)：齒數(shù)： 20 齒， 模數(shù)： 1.5, 油封外圓直徑： 60,65 半軸長(zhǎng)度： 744.5 參考 文獻(xiàn)（ 2） 第四章第三節(jié) 法蘭參數(shù)： 5-16.2B10,分布圓 120 十孔位置度 0.2 上述 參數(shù)主要參考網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)（ 1） ： 3. 4 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取 10齒 (轎車半軸 )至 18齒 (載貨汽車半軸 )。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破 壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量增大各過(guò)渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很大，當(dāng)無(wú)較大鍛造設(shè)備時(shí)可采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡(jiǎn)化工藝。在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開(kāi)線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如 40Cr， 40CrMnMo， 40CrMnSi， 40CrMoA，35CrMnSi， 35CrMnTi 等。 40MnB是我國(guó)研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 18 - 半軸的熱處理過(guò)去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為 HB388444(突緣部分可降至 HB248)。近年來(lái)采用高頻、中頻感應(yīng)淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá) HRC52 63，硬化層深約為其半徑的 1 3，心部硬度可定為 HRC30 35；不淬火區(qū) (突緣等 )的硬度可定在 HB248 277 范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強(qiáng)度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過(guò)渡圓角等工藝，使半軸的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高得十分顯著。由于這些先進(jìn)工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳 (40號(hào)、 45號(hào) )鋼的半軸也日益增多。 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 19 - 第二部分 6109 客車 總體 設(shè)計(jì)要求 1. 6109 客車 車型數(shù)據(jù) 1.1 尺寸參數(shù)： 見(jiàn)表 1 表 1 6108 客車整車尺寸參數(shù) 尺寸類型 項(xiàng)目 參數(shù)值 整車外形尺寸（ mm） 總長(zhǎng) LB 9000 總寬 BB 2470 總高 HB 3300 車廂內(nèi)部尺寸（ mm） 長(zhǎng) LB 8100 寬 BB 2300 高 HB 1930 底盤(pán)布置尺寸（ mm） 軸距 L 4300 前后輪距 B1/B2 1930/1790 通過(guò)性參數(shù) （整車整備靜態(tài)） 最小離地間隙 hmin（ mm） 230 接近角 （） 9 離去角（） 8.5 1.2 質(zhì)量 參數(shù)： 見(jiàn)表 2 表 2 6108 客車質(zhì)量參數(shù)表 類別 項(xiàng)目 參數(shù)值 質(zhì)量參數(shù) 整車整備質(zhì)量 me（ kg） 8100 乘員數(shù) 30(座 )+15(立 )+1 人 最大總質(zhì)量 ma (kg) 10500 最大軸載質(zhì)量（ kg） 前軸 G1 5775 后軸 G2 4725 1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù) 參數(shù)： 見(jiàn)表 3 表 3 PE6T 發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù) 型號(hào) PE6T 額定功率 Pe (kw) 135 額定功率轉(zhuǎn)速 ne (rpm) 2500 最大轉(zhuǎn) 矩 Ttq (nm) 710 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 nt (rpm) 1650 全負(fù)荷最低燃油消耗量 b (kwh) 220 1.3 傳動(dòng)系的傳動(dòng)比 ： 見(jiàn)表 4 表 4 變速器和主減速器的傳動(dòng)比 檔位 檔 檔 檔 檔 檔 倒檔 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 20 - (ig1) (ig2) (ig3) (ig4) (ig5) 速比 6.93 4.03 2.365 1.40 1.00 6.93 主減速器傳動(dòng)比ig0 6.123 1.5 輪胎和輪輞規(guī)格 ： 輪胎： 9R22.5 2. 動(dòng)力性計(jì)算 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特 性 ： 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)廠提供的外特性曲線列成表 5 表 5 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)表 Ne（ rpm） 600 900 1200 1500 1800 2100 Pe（ kw） 52.60 81.47 110.92 141.50 168.09 192.10 Ttq（ Nm） 837.2 864.5 882.7 900.9 891.8 873.6 B (g/ kwh) 224 220 217 215 215 217 2.2 車輪滾動(dòng)半徑： 輪胎 ： 9R22.5 rr 0.495m 2.3 滾動(dòng)阻力系數(shù) f： 為 計(jì)算 方便，近似取 0.015 2.4 空氣阻力系數(shù)和空氣阻力： 本車的 空氣阻力系數(shù) CD=0.7 迎風(fēng)面積 A BBHB=2.47 3.3=8.151(m2) 式中： BB 為汽車總寬 2470mm； HB 為汽車總高 3300mm 2.5 機(jī)械效率： T= 變 * 主 * 傳 式中： 變 為變速器傳動(dòng)效率，近似取 95% 主 為主減速器傳動(dòng)效率，取 96% 傳 為萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率，單個(gè)萬(wàn)向節(jié)取 98%，兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)取 96% T =95%*96%*96%=87.6% 2.6 計(jì)算動(dòng)力因數(shù)： 各檔動(dòng)力因數(shù)的計(jì)算按下列公式計(jì)算 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 21 - )/(iirn0 . 3 7 7Uag0re hkm )(rTFr0tqt Nii tg )(2 1 . 1 5CF DW NUUA aa )(GF wt NFD 式中： ig 各檔傳動(dòng)比 G 汽車總重 Ua 車速 Ft 驅(qū)動(dòng)力 Fw 空氣阻力 D 動(dòng)力因數(shù) 各檔的動(dòng)力因數(shù)見(jiàn)表 6 表 10 表 6 檔的計(jì)算結(jié)果 Ua（ km/h） 2.61 3.96 5.28 6.6 7.92 9.24 Ft（ N） 49050 50649.83 51681.5 52788 52255 51188 Fw（ N） 1.823 4.23 7.52 11.76 16.93 23.05 D 0.476 0.492 0.502 0.512 0.507 0.497 表 7 檔的計(jì)算結(jié)果 Ua（ km/h） 4.25 6.3 8.4 10.5 12.6 14.7 Ft（ N） 28524 29454 30075 30695 30385 29765 Fw（ N） 4.87 10.7 19.05 29.7 42.8 58.3 D 0.277 0.286 0.292 0.298 0.294 0.288 表 8 檔的計(jì)算結(jié)果 Ua（ km/h） 7.7 11.52 15.3 19.2 23 26.8 Ft（ N） 16734 17280 17644 18008 17826 17462 Fw（ N） 16.0 35.7 63.2 99.53 142.8 193.9 D 0.162 0.167 0.170 0.174 0.171 0.167 表 9 檔的計(jì)算結(jié)果 Ua（ km/h） 13.02 19.53 26.04 32.5 39.06 54.5 Ft（ N） 9909 10232 10447 10662 10553 10339 Fw（ N） 45.77 102.9 183.08 285.1 411.9 568.8 D 0.095 0.098 0.099 0.100 0.098 0.094 表 10 檔的計(jì)算結(jié)果 Ua（ km/h） 1832820.6 27.36 36.48 45.6 54.72 63.8 Ft（ N） 7078 7298 7451 7605 7528 7375 Fw（ N） 90.22 202.1 359.3 561.4 808.4 1099 D 0.068 0.070 0.069 0.068 0.065 0.061 表 11 各檔的最大動(dòng)力因數(shù)表 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 22 - 檔位 檔 檔 檔 檔 檔 最大動(dòng)力因數(shù) Dmax 0.461 0.282 0.165 0.101 0.071 動(dòng)力特性圖00.050.40 10 20 30 40 50 60 70 80Ua(km/h)D圖 1 6117 客車的動(dòng)力特性圖 2.7 確定最高車速 ： 最高車速由下式求得： dtUadgD 式中 ： 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù) =f（ cos +sin ） 該車在良好水平面上達(dá)到最高車速時(shí) =0 dua/dt=0 故 D=f 最高車速為發(fā)動(dòng)機(jī)給定的最大轉(zhuǎn)速 2100r/min 時(shí)所對(duì)應(yīng)的最高車速，其計(jì)算式為： ua=0.377*2100*0.495/（ 1*6.123） =64（ km/h） 2.8 確定最大爬坡度 ： 9.29015.01 015.0512.01015.0512.0a r c s i n1 1a r c s i n 2 22222m ax1m ax1m a x1 ffDfD汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 23 - I1max=tg 1ma=tg29.9=0.575=57.5% 同理可算出其余各檔的 最大爬坡度，見(jiàn)表 12 檔位 檔 檔 檔 檔 檔 最大爬坡度 57.5% 29.5% 16.1% 8.5% 5.5% 2.9 確定加速時(shí)間 ： 直接檔 的加速時(shí)間由下式確定 gf Da 式中： a 加速度 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，直接檔為 1.06 采用直接檔由穩(wěn)定車速 30km/h 加速到 65km/h 所需時(shí)間由下式積分得到： ）)(59.28da16.3 1t a6530 sU 3.