轿车传动系统的设计计算.doc
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1、 安 徽 建 筑 工 业 学 院 毕 业 设 计(论 文) 专 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 班 级 0 6 机 械(4)班 学生姓名 张 立 芝 学 号 0 6 2 1 0 0 1 0 4 3 9 课 题 轿 车 传 动 系 统 的 设 计 计 算 指导教师 钱 德 猛 博 士 2010年5月28日 摘要汽车传动系统的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动车轮。组成 现代汽车普遍采用的是活塞式内燃机,与之相配用的传动系统大多数是采用机械式或液力机械式的。普通双轴货车或部分轿车的发动机纵向布置在汽车的前部,并且以后轮为驱动轮,其传动系统的组成和布置发动机发出的动力依次经过离合器
2、、变速器(或自动变速器)和由万向节与传动轴组成的万向传动装置,以及安装在驱动桥中的主减速器、差速器和半轴,最后传到驱动车轮。传动系统的首要任务是与发动机协同工作,以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶,并具有良好的动力性和燃油经济性。 关键词:离合器、变速器、万向节传动轴、 驱动桥、主减速器、差速器、半轴、驱动车轮 AbstractThe basic issue of Automotive driveline is to driving force from the engine to drive wheels. The modern Motor commonly used is the pis
3、ton-type internal combustion engine and usually use mechanical drive system or hydraulic mechanical drive system to match with it. The engine of General biaxial goods or part of the vertical layout are in the front of the car, and use the rear wheel for driving wheel, the composition of the drive sy
4、stem and arrangement of the engine power to issue the order after clutch、gearbox (or automatic transmission) and the drive shaft gear which make up of the universal section and the composition, and the main reducer which installed on the drive axle 、 differential and axle, and finally is the drive w
5、heels.The primary tasks of transmission is to work together with the engine for ensure that the use of motor vehicles to normal in different traffic conditions, and has good power and fuel economy. Key words: Clutch, transmission, drive shaft universal joints, drive axle, main reducer, differential,
6、 axle, drive wheels 目 录目 录4第1章 绪论51.1课题研究目的及意义51.2国内外研究现状61.3课题研究内容7第2章 汽车传动系统的构造及其工作原理72.1 机械式传动系统各部件的布置方案72.2汽车传动系统的各个零部件的简介82.2.1动力连接装置92.2.2变速机构142.2.3差速器162.2.4万向传动装置172.2.5驱动桥20第3章 汽车传动轴的匹配设计理论计算213.1引言213.2汽车传动轴匹配设计说明以及流程213.2.1 汽车传动轴匹配设计的相关说明213.2.2汽车传动轴的匹配设计计算流程图243.3汽车传动轴的匹配设计计算过程和结果243.3.
7、1传动轴的扭矩设计:243.3.2传动轴的花键设计计算273.4汽车传动轴设计与校核的程序开发313.4.1编辑程序的流程图313.4.2程序内容323.4.3程序运行结果:353.5汽车传动轴匹配设计计算的结论38第4章 总结与展望394.1总结394.2课题展望40参考文献41致 谢42附录一 英文科技文献翻译43附录二 毕业设计任务书55附录三 轿车传动系统装配图总成57轿车传动系统的设计计算机电学院 机械与电气工程系 机械制造及其自动化专业 06级 四班 张立芝指导老师 钱德猛博士第1章 绪论1.1课题研究目的及意义汽车是一种高效率的运输工具,它的运输效率高低很大程度上取决于汽车的传动
8、系统。汽车传动系的基本功能就是将发动机发出的动力传给驱动车轮。它的首要任务就是与汽车发动机协同工作,以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶,并具有良好的动力性和燃油经济性。动力性是指汽车在良好的路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车的动力性是汽车各种性能中最基本最重要的性能,它主要受控于汽车传动系统各个参数的选定。燃油经济性是指在保证动力的情况下,汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力,燃油经济性好,可以降低汽车的使用费用、减少国家对进口石油的依赖性、节省石油资源;同时降低了发动机产生有害气体的排放量,起到保护环境的作用。由于节约能源和环境保护是全球可持续发展的
9、重要内容所以对汽车传动系统的优化设计具有重大的意义。同时也受到各国政府和汽车制造业的重视。为此,我们设计汽车的传动系统不仅要具备以下的功能: 1、减速和变速 2、实现汽车倒驶 3、必要时中断传动 4、差速作用 良好的的动力性和燃油经济性也是重中之重。1.2国内外研究现状汽车在1898年以前,发动机动力输出后直接通过齿轮传给驱动轴,因而限制了发动机的安装位置只能紧靠驱动轮轴,使汽车的造型设计产生了困难。法国雷诺汽车公司的创始人路易斯雷诺,通过多年的苦心钻研和实验,终于试制出了万向节和差动轴齿轮,从而解决了发动机动力必须紧靠驱动轮轴安放的限制。1898年,雷诺将公司的雷诺Dion汽车由三轮改装成四
10、轮微型汽车,并将万向节和差动轴齿轮第一次装上汽车。正因为万向节的发明,才有了今天的前置后驱动,后置前驱动汽车,它标志着汽车传动技术走向成熟。经过一百多年的发展汽车传动技术已经非常的成熟它已经能够轻易的实现1、减速增矩;2、可以实现多极乃至无极变速;3、实现汽车的倒驶;4、必要时中断传动系统的动力传递;5、使两侧的车轮具有差速作用等功能。随着科技的不断进步汽车传动技术的不断提升,汽车传动系统的发展与应用前景越来越广阔。主要表现在以下几个方面:1.新产品研发:为适应汽车发动机的“个性化”需求,汽车链研发将向着小节距、高转速、多品种方向发展,而汽车发动机用滚子链、套筒链、齿形链三种结构型式的应用领域
11、将在“竞争”和“合作”当中不断发展、互相补充。新型的多功能张紧器、导向器及其附件的耐磨材料也将不断升级换代。2.先进制造技术:为满足主机厂对汽车链产品越来越高的可靠性要求,汽车链产品将不断地采用先进的设计技术、制造技术、装配技术、表面处理技术、强化技术、检验和试验技术。3.新的啮合机制:一种新型的数字化设计的内-外复合啮合机制的齿形链和一种具有非圆异形孔链板的内-外啮合有序交替排列的新型Hy-Vo链将越来越广泛地在汽车发动机上应用。4.高性能指标:主要研究汽车链产品的疲劳寿命分布规律、高可靠度下的耐磨性及其磨损失效机理、在高速区的多冲与胶合特性、严格的清洁度指标以及噪声频谱实时分析等。1.3课
12、题研究内容由于汽车的传动系统的组成有离合器、变速器、万向节、驱动桥、差速器、半轴、主减速器以及传动轴等等零部件。它的布置方案又分为机械式传动系统的布置方案和液力式传动系统的布置方案。这两个方案又各自分成不同的小的方案,每个小的方案也有自己不同的零件选择标标准和不同的布置方案方法。所以说汽车传动系统是一个很大的课题。本篇论文主要阐述汽车传动系统的工作原理、各个零部件的功能作用以及对轿车版中的设计计算。根据现有参数,对轿车驱动半轴进行扭矩,轴管的扭转应力,传动轴花键齿侧挤压应力的校核计算,包括:轴管直径选择、花键齿侧挤压应力校核、花键齿侧剪切应力校核、后球笼半轴总成图的绘制、C语言对部分计算过程的
13、编程。(申明本车传动轴设计不是传统载货车上从变速器到后驱动桥之间长轴传动设计,而是半轴传动设计。而且驱动轴材料采用高级优质合金钢,且热处理工艺性好,使驱动轴的静扭强度和疲劳强度大为提高,因此计算中许用应力按照半轴设计采用含铬合金钢,如40Cr、42CrMo、40MnB,其扭转屈服极限可达到784 N/mm2左右,轴端花键挤压应力可达到196 N/mm2。 第2章 汽车传动系统的构造及其工作原理2.1 机械式传动系统各部件的布置方案1.前置后驱: U最早期的汽车绝大部分采用FR布局,现在则主要应用在中、高级轿车中。FR的优点是:轴荷分配均匀,即整车的前后重量比较平衡,操控稳定性较好。缺点是:传动
14、部件多、传动系统质量大,贯穿乘坐舱的传动轴占据了舱内的地台空间。 2.前置前驱:是现代小、中型轿车普遍采用的布置方案。FF的优点是:降低了车厢地台,操控性有明显的转向不足特性,另外其抗侧滑的能力也比FR强。缺点是:上坡时驱动轮附着力会减小;前轮由于驱动兼转向,导致结构复杂、工作条件恶劣。3.中置后驱:发动机放置在前、后轴之间,同时采用后轮驱动,类似F1赛车的布置形式。还有一种“前中置发动机”,即发动机置于前轴之后、乘员之前,类似于FR,但能达到与MR一样的理想轴荷分配,从而提高操控性。MR的优点是:轴荷分配均匀,具有很中性的操控特性。缺点是:发动机占去了座舱的空间,降低了空间利用率和实用性,因
15、此MR大都是追求操控表现的跑车。4.后置后驱:早期广泛应用在微型车上,现在多应用在大客车上,轿车上已很少用,但保时捷911的“甩尾”则是因RR出名的。RR的优点是:结构紧凑,没有沉重的传动轴,也没有复杂的前轮转向兼驱动结构。缺点是:后轴荷较大,在操控性方面会产生与FF相反的转向过度倾向。5.四轮驱动:无论上面的哪种布局,都可以采用四轮驱动,以前越野车上应用的最多,但随着限滑差速器技术的发展和应用,四驱系统已能精确地调配扭矩在各轮之间分配,所以高性能跑车出于提高操控性考虑也越来越多采用四轮驱动。4WD的优点是:四个车轮均有动力,地面附着率最大,通过性和动力性好。2.2汽车传动系统的各个零部件的简
16、介在基本的传动系统中包含了负责动力连接的装置、改变力量大小的变速机构、克服车轮之间转速不同的差速器,和联结各个机构的传动轴,有了这四个主要的装置之后就能够把发动机的动力传送到轮子上了。其构造示意图如下:图2-1典型轿车构造示意图 1、动力连接装置1). 扭力转换器:这组机构被装置在发动机与自动变速箱之间,能够将发动机的动力平顺的传送到自动变速箱。在扭力转换器中含有一组离合器,以增加传动效率。2). 离合器:这组机构被装置在发动机与手动变速箱之间,负责将发动机的动力传送到手动变速箱。2、变速机构1). 手动变速机构:一般称为“手动变速箱”,以手动操作的方式进行换档。 2). 自动变速机构:一般称
17、为“自动变速箱”,利用油压的作用去改变档位。3、差速器当车辆在转向时,左、右二边的轮子会产生不同的转速,因此左、右二边的传动轴也会有不同的转速,于是利用差速器来解决左、右二边转速不同的问题。4、传动轴将经过变速系统传递出来的动力,传递至车轮进而产生驱动力的机构。 汽油发动机车辆在运行时,发动机需要持续运转。但是为了满足汽车行驶上的需求,车辆必须有停止、换档等功能,因此必须在发动机的外连动之处,加入一组机构,以视需求中断动力的传递,以在发动机持续运转的情形之下,达成让车辆静止或是进行换档的需求。这组机构,便是动力连接装置。一般在车辆上可以看到的动力连接装置有离合器与扭力转换器等两种。 2.2.1
18、动力连接装置1.力连接装置离合器离合器是手动变速系统的动力连接装置,以机械方式利用离合器片的摩擦力,达成动力连接的目的。示意图如下: 图2-2离合器 离合器这组机构被装置在发动机与手动变速箱之间,负责将发动机的动力传送到手动变速箱。如图所示,飞轮机构与发动机的输出轴固定在一起。在飞轮的外壳之中,以一圆盘状的弹簧连接压板,其间有一摩擦盘与变速箱输入轴连接。当离合器踏板释放时,飞轮内的压板利用弹簧的力量,紧紧压住摩擦板,使两者之间处于没有滑动的连动现象,达成连接的目的,而发动机的动力便可以通过这一机构,传递至变速箱,完成动力传递的工作。而当踩下踏板时,机构将向弹簧加压,使得弹簧的外围翘起,压皮便与
19、摩擦板脱离。此时摩擦板与飞轮之间已无法连动,即便发动机持续运转,动力并不会传递至变速箱及车轮,此时,驾驶者便可以进行换档以及停车等动作,而不会使得发动机熄火。摩擦离合器是应用得最广也是历史最久的一类离合器,它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传动动力的基本结构,而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。发动机飞轮是离合器的主动件,带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴(即变速器的主动轴)相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上,再由此经过从动轴和传动
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