本田雅閣2.0汽車傳動系統(tǒng)設計【汽車發(fā)動機傳動系統(tǒng)及差速器的設計】,汽車發(fā)動機傳動系統(tǒng)及差速器的設計,本田雅閣2.0汽車傳動系統(tǒng)設計【汽車發(fā)動機傳動系統(tǒng)及差速器的設計】,本田,汽車,傳動系統(tǒng),設計,汽車發(fā)動機,差速器 東 北 林 業(yè) 大 學 2015屆 本 科 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 設 計 題 目： 本田雅閣Accord 2.0 汽車傳動系統(tǒng)設計 學 生： 指 導 教 師： 教授 專 業(yè)： 學 院： 機電工程學院 2014年 12月31日 選題依據(jù)（選題經過，國內外動態(tài)，初步設想及創(chuàng)新點等）及可行性論述。 一、設計內容 本次設計本田雅閣Accord 2.0汽車的傳動系統(tǒng)。 傳動系統(tǒng)指汽車發(fā)動機與驅動輪之間的動力傳遞裝置。它應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)調變化等功能，使汽車具有良好的動力性和燃油經濟性；還應保證汽車能倒車，以及左、右驅動輪能適應差速要求，并使動力傳遞能根據(jù)需要而平穩(wěn)地結合或徹底、迅速地分離。傳動系包括變速器、傳動軸、差速器及半軸等部分。 二、國內外動態(tài) 1、離合器 車用起步裝置目前分為摩擦離合器裝置和液力傳遞裝置。摩擦離合器裝置分為兩種：一種是與手動變速器組合使用的干式離合器；另一種是在潤滑油環(huán)境中使用的濕式離合器。 2、變速器 目前，隨著車輛操縱自動化的快速發(fā)展，汽車自動變速器正呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢?，F(xiàn) 在主流汽車自動變速器有液力機械式自動變速器(Automatic Transmission，AT)，無級變速器(Continuously Variable Transmission，CVT)，以及國內外正在花大力氣研究的電控機械式自動變速器(Automated Manual Transmission，AMT)。因為電控機械式自動變速器具有目前汽車工業(yè)發(fā)展所要求的高燃油經濟性、低排放和保護現(xiàn)有手動變速器生產投資的優(yōu)點，正受到各大汽車廠的重視。 3、四輪驅動裝置 四輪驅動方式目前分為分時式（切換時）、全時式（全時四驅式）和電動式。 4、主減速裝置 目前，主減速裝置型號較多，有鼓式、組合式、獨立懸架式、特殊式等。 三、初步設想 變速器設計 總傳動軸設計 減速裝置設計 總傳動軸設計 選題依據(jù)（選題經過，國內外動態(tài)，初步設想及創(chuàng)新點等）及可行性論述。 汽車傳動系統(tǒng)構造圖 四、可行性分析 本科學過機械制造、機械原理、機械制圖、機械精度設計、理論力學、材料力學及各種CAD軟件，加上本人對汽車的熱愛，相信通過信息采集整理及向老師請教，結合學過的知識，我會很好地完成本次設計任務。 設計撰寫過程中擬采取的設計方案、方法、手段 由于受實地調研及實驗的限制，本設計設計撰寫主要是采用資料采集整理方法及向相關專業(yè)老師請教。 總體方案設計計劃運用Auto CAD、Solid-works等軟件。 計 劃 進 度 及 其 內 容 一、課題，選題論證。 （2014年11月19日——2014年12月31日） 二、實習調研階段（收集整理資料、實地 （2015年 3 月9日—— 2015年3月23日） 考察等） 三、方案論證（總體方案設計） （2015年 3月23日——2015年4月6日） 四、結構設計、完成機械圖紙繪制 （2015年 4月6日—— 2015年6月1日） 五、總結答辯階段、審核修改 （2015年 6月1日—— 2015年6月20日）  寫 作 提 綱 一、前言 1.1 概述 1.2 國內外技術現(xiàn)狀 1.3 設計任務 二、總體方案設計 2.1 動力系統(tǒng) 2.2 傳動系統(tǒng)總體設計 2.3 執(zhí)行機構 2.4 支承系統(tǒng) 三、主要技術部件參數(shù)確定及校核 3.1 變速器計算、校核 3.2 主傳動軸計算、校核 3.3 其他零件選擇 四、結構設計 4.1 變速器設計 4.2 傳動軸設計 結論 參考文獻 指導教師 意 見 簽名： 年 月 日 專業(yè) 意見 簽名： 年 月 日 畢 業(yè) 設 計 本田雅閣2.0汽車傳動系統(tǒng)設計 學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 教授 學 院： 機電工程學院 2015年6月  本田雅閣2.0汽車傳動系統(tǒng)設計 摘要 汽車發(fā)動機與驅動車輪之間的動力傳遞裝置稱為汽車的傳動系。它應能使汽車具有在任何行駛條件下所必需的牽引力、車速，以及他們之間協(xié)調變化等功能，使汽車具有良好的動力性和燃油經濟性。本次畢業(yè)設計，通過參考本田雅閣汽車的傳動系，對傳動系各組成部分的結構和功能進行剖析。比較汽車發(fā)動機、變速器與其他種類電動機、變速器的區(qū)別。其中傳動軸、萬向節(jié)、減速器等作為重點設計對象。以行業(yè)標準為準則，對其進行詳細計算以及結構設計。最后將各部分結合，匯成總裝圖。 關鍵詞　汽車；傳動系統(tǒng)；設計  Honda accord 2.0 transmission system design Abstract The system between car’s engine and wheels is called power transfer system.It should make car have necessary force and speed of a motor vehicle when the car travel in any condition.And they can change well.Also it makes car have good power and economic oil. My education design consult Honda accord car’s transmission.I will analyze every part of the system and compare its’ engine and gear box with others.Transmission shaft,universal joint and reducer will be design in detail.Finally I will combine any part and make an assembly drawing. Keywords　Car ; Transmission system ; Design 目錄 摘要 Abstract 1 前言 1 1.1 概述 1 1.2 國內外技術現(xiàn)狀 1 1.3 設計研究的目的意義 3 1.4 設計研究內容及任務 4 2 總體方案設計 5 2.1 動力源選擇 5 2.1.1 發(fā)動機的選擇 5 2.1.2 系統(tǒng)傳動比分配 5 2.2 傳動系統(tǒng)總體設計 6 2.2.1 離合器設計 6 2.2.2 變速器選擇 6 2.2.3 差速器設計 7 2.2.4 傳動軸設計 7 2.2.5 萬向節(jié)選用 8 2.2.6 驅動橋 9 2.3 支承系統(tǒng) 9 3 主要技術部件的計算及校核 10 3.1 萬向傳動軸的設計計算 10 3.1.1 計算傳動軸的動載荷 10 3.1.2 十字萬向節(jié)設計 11 3.1.3 傳動軸強度校核 12 3.1.4 傳動軸的轉速校核及安全系數(shù) 13 3.2 差速器齒輪的設計 15 3.2.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 15 3.2.2 差速器齒輪的強度計算 16 4 結構設計 17 4.1 系統(tǒng)整體結構設計 17 4.2 離合器結構設計 17 4.3 傳動軸結構設計 18 4.4 萬向節(jié)結構設計 19 4.5 差速器結構設計 20 結論 21 參考文獻 22 致謝 23 結構設計 1 前言 1.1 概述 本次設計參照本田雅閣Accord 2.0 EX進行汽車的傳動系統(tǒng)的設計。 傳動系統(tǒng)指汽車發(fā)動機與驅動輪之間的動力傳遞裝置。不同駕駛條件下應保證汽車有必要的牽引力量,速度,并保證牽引和速度變化之間的協(xié)調,和其他功能,汽車具有良好的動力性能和燃料經濟性;還應保證汽車能扭轉和左、右驅動車輪能夠適應差要求,并可根據(jù)需要進行分離和組合的力量或完全順利。傳動系包括變速器、傳動軸、差速器及半軸等部分。 其特點，采用本田高科技水準的VTEC技術，并擁有廢氣循環(huán)、環(huán)境保護的特質，且使燃油經濟性較普通轎車提高百分之三。通過“G-Design Shift”控制技術，快速應對駕駛者的需求。真正實現(xiàn)安全駕駛、高效運輸?shù)那疤嵯?，提高車主的滿意程度［1］。 1.2 國內外技術現(xiàn)狀 雅閣（Accord）作為本田“創(chuàng)新”精神和全球領先技術的體現(xiàn)者，持續(xù)創(chuàng)造新價值，贏得全球1900萬用戶信賴。1999年，第六代雅閣進入中國，第一次在中國汽車市場同步引進世界最新最先進的車型。進入中國15年來，雅閣一直堅持垂直換代并不斷進化，并贏得超過150萬中國車主的信賴。 第九代雅閣于2013年9月震撼亮世，集本田全球領先汽車技術，其理念為夢想動力科技、極致駕悅科技以及豪華座艙科技三大創(chuàng)世科技，以此來展現(xiàn)“科技全武裝”座駕的超凡創(chuàng)意，以高品味進化的綜合高段位強勢提高行業(yè)標準。本田近年來不斷加大對顧客的售后服務力度及調查，提高了品牌知名度及信譽度，讓顧客感到賓至如歸以及汽車帶來的品質生活［2］。 在1898年之前，汽車發(fā)動機多采用前輪驅動，故而發(fā)動機安裝位置有很大局限性，使制造加工工藝性得不到保障及困難呢。法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯·雷諾，通過多年的苦心鉆研和實驗，終于試制出了萬向節(jié)和差動軸齒輪，從而解決了發(fā)動機動力必須緊靠驅動輪軸安放的限制。1898年，雷諾將公司的雷諾Dion汽車由三輪改裝成四輪微型汽車，并將萬向節(jié)和差動軸齒輪第一次裝上汽車［3］。萬向節(jié)的問世，導致了前置后驅動的跟進，以及后置前驅動汽車的流行，其意味著人們對這一技術領域的不斷開拓。經過一百多年的發(fā)展汽車傳動技術已經非常的成熟它已經能夠輕易的實現(xiàn)：減速增矩；可以實現(xiàn)多極乃至無極變速；實現(xiàn)汽車的倒駛；必要時中斷傳動系統(tǒng)的動力傳遞；轉彎具有差速調節(jié)等功能。 我們可以預言汽車傳動系統(tǒng)的市場與應用前景會不斷提升因為伴著科學技術的不斷提高以及汽車傳動技術的不斷開拓。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1.離合器 主流離合器分為電磁、磁粉、摩擦式、液力四種離合器。 （1）電磁離合器 靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。 電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉差式電磁離合器等。 電磁離合器工作方式又可分為：通電結合和斷電結合。 干式單片電磁離合器：通路狀態(tài)，電生磁，“銜鐵”片靠磁性相吸，離合器處于接通情況；線圈斷電時“銜鐵”彈回，離合器處于分離狀態(tài)。 （2）磁粉離合器 原理是通電時，磁粉結合，主動件帶動從動件同時轉動，之前在主動與從動件之間放置磁性材料，不通電時磁粉處于散亂狀態(tài)。優(yōu)點：可通過調節(jié)電流來調節(jié)轉矩，允許較大滑差。缺點：較大滑差時溫升較大，相對價格高。 磁場強度和轉速差決定著扭矩大小，如果勵磁電流保持不變，那么轉速隨轉矩增加會急劇下降；轉矩保持不變，勵磁電流減少，轉速減少得更加嚴重。 轉差式電磁離合器相當于無接觸的兩部分，因而少了磨損消耗等，這是它的一個特點。該離合器的主要缺點是轉子中的渦流會產生熱量，該熱量與轉速差成正比。低速運轉時的效率很低，效率值為主、從動軸的轉速比，即。 主動件與從動件之間處于分離狀態(tài)時，主動件轉動，從動件靜止；主動件與從動件之間處于接合狀態(tài)，主動間帶去從動件轉動。 廣泛適用于機床、包裝、印刷、紡織、輕工、及辦公設備中。 電磁離合器一般用于環(huán)境溫度為零下20~50℃，無易燃易爆的介質中，其線圈電壓范圍不超過額定電壓的±5%。 （3）摩擦離合器 摩擦離合器是最廣泛使用的是最古老的一種離合器,它基本上是由主動部分和驅動部分,壓實機理和運行機制四部分組成。主要和次要部分和壓實機理是確保離合器在一份聯(lián)合狀態(tài)和可以驅動電源的基本結構,以及離合器操作機構主要是使離合器裝置。分離軸承后復位彈簧的作用下,產生自由間隙,離合器結合。 （4）液力離合器 液力離合器用流體（一般用油）作傳動介質，與機械式離合器相比，除傳動特性有各種變化以外，還主要吸收因主動軸和從動軸轉動而產生的振動和沖擊。 液力離合器的結構包括一個輸入軸，具有一個增速齒輪系；一個工作液流腔，由一個葉輪、一個從動輪和一個葉輪殼構成；一個輸出軸，帶有從動輪，并且從動輪與葉輪可以操作地組合在一起；一般葉輪殼和葉輪由具有小比重和大應力承受范圍的材料構成，以減小離心應力。 車用起步裝置目前分為摩擦離合器裝置和液力傳遞裝置。摩擦離合器裝置有與手動變速器組合使用的干式離合器和在潤滑油環(huán)境中使用的濕式離合器［4］。 2.變速器 變速器分類： （1）有級式變速器 有級式變速器是使用最廣的一種。它采用齒輪傳動,具有一定數(shù)量的定值比率。軸根據(jù)不同輪系類型有一個固定軸傳動(正常傳輸)和旋轉傳輸(行星齒輪傳動)兩種。轎車和輕型和中型卡車傳動比通常是3 ~5個前進擋和一個倒擋,重型卡車的傳播相結合,有更多的裝備。所謂變速器檔數(shù)即指其前進檔位數(shù)。 （2）無級式變速器 無級變速是指可以連續(xù)獲得變速范圍內任何傳動比的變速系統(tǒng)。通過無級變速可以得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配。常見的無級變速器有液力機械式無級變速器和金屬帶式無級變速器（VDT-CVT）。 （3）綜合式變速器 綜合式變速器是指通過液力變矩器和齒輪的速度液壓機械傳動,傳動比可以幾個不連續(xù)面之間的最大和最小范圍無級變化,目前應用更多。 目前,車輛控制自動化的快速發(fā)展,汽車自動變速器百家爭鳴。目前世界正生產的自動變速器有液力機械式自動變速器(AT)，無級變速器(CVT)，以及中外專家研究的電控機械式自動變速器(AMT)［5］。 3.四輪驅動裝置 四輪驅動方式目前分為分時式（切換時）、全時式（全時四驅式）和電動式。 4.主減速裝置 目前，主減速裝置型號較多，有鼓式、組合式、獨立懸架式、特殊式等。 按參加減速傳動的齒輪副數(shù)目分，可分為單級式主減速器和雙級式主減速器。目前一些要求大傳動比的卡車采用2級主減速器外，大部分小型車基本采用單級主減速器。 （1）雙級減速器 可以分為整體式和分開式兩種： A、整體式主減速器。雙級主減速器中的兩級減速機構裝在一個殼體內稱整體式主減速器。 B、分開式主減速器。當?shù)谝患壷鳒p速器安裝在汽車左、右輪中部時稱中央減速器。 當主減速器傳動比較大,為了確保汽車從地面有足夠的間隙,然后需要采用雙級主減速器。兩級減速機齒輪之間的過渡,主動錐齒輪左側齒輪嚙合齒輪,傘齒輪同軸小直徑直齒輪,齒輪與從動齒輪嚙合。這樣中間齒輪向后轉，從動齒輪向前轉動。中間有兩級減速過程。 雙級減速由于使車橋體積增大，過去主要用在發(fā)動機功率偏低的車輛匹配上，現(xiàn)在主要用于低速高扭矩的工程機械方面。 這樣作的好處是可以減小半軸所傳遞的轉矩，有利于減小半軸的尺寸和質量。輪邊減速器可以是行星齒輪式的，也可以由一對圓柱齒輪副構成。這種車橋稱為門式車橋，常用于對車橋高低位置有特殊要求的汽車。 （2）單級減速器 單級椎齒輪減速器,工作原理是錐齒輪傳動,學名盆角齒,椎齒輪主動齒帶動傳動軸傳動,正方形旋轉,右錐齒輪作為驅動軸,導致與輪轂方向一致。由于主動錐齒輪直徑小，從動傘齒輪直徑大，達到減速的功能［6］。 1.3 設計研究的目的意義 我們現(xiàn)正處于21世紀的開端，積極進行高等教育改革，建立適應新世紀經濟、社會和科學技術發(fā)展需要的新的教育質量觀念，并通過各項改革措施，全面提高人才培養(yǎng)質量，是高等學校面臨的一項重大課題，也是高等教育要完成的重要任務之一。高等工程教育歷來十分重視實踐性教學環(huán)節(jié)的加強與拓寬，畢業(yè)設計無疑是培養(yǎng)本科生知識、能力、素質提高的關鍵性環(huán)節(jié)，可以為未來工程師接受終身的繼續(xù)教育奠定一個必要的基礎。圍繞當前影響高等學校人才培養(yǎng)質量的突出環(huán)節(jié)─—畢業(yè)設計。積極進行改革探索，對于培養(yǎng)適應新世紀需要的高級建設技術人才具有重要意義。 高等工科院校的畢業(yè)設計是完成教學計劃達到本科生培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)。它通過深入實踐、了解社會、完成畢業(yè)設計任務或撰寫論文等諸環(huán)節(jié)，著重培養(yǎng)學生綜合分析和解決問題的能力和獨立工作能力、組織管理和社交能力；同時，對學生的思想品德，工作態(tài)度及作風等諸方面都會有很大影響。對于增強事業(yè)心和責任感，提高畢業(yè)生全面素質具有重要意義。是學生在校期間的昀后學習和綜合訓練階段；是學習深化、拓寬、綜合運用所學知識的重要過程；是學生學習、研究與實踐成果的全面總結；是學生綜合素質與工程實踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗；是實現(xiàn)學生從學校學習到崗位工作的過渡環(huán)節(jié)；是學生畢業(yè)及學位資格認定的重要依據(jù)；是衡量高等教育質量和辦學效益的重要評價內容。 1.4 設計研究內容及任務 1.研究內容 汽車的傳動系統(tǒng)的組成有離合器、變速器、萬向節(jié)、驅動橋、差速器、半軸、等零部件。它的布置方案又分為機械式傳動系統(tǒng)的布置方案和液力式傳動系統(tǒng)的布置方案。這兩個方案又各自分成不同的小的方案，每個小的方案也有自己不同的零件選擇標標準和不同的布置方案方法。所以說汽車傳動系統(tǒng)是一個很大的課題。本篇論文主要闡述汽車傳動系統(tǒng)的工作原理、各個零部件的功能作用以及對傳動軸的設計計算。 2.設計任務 （1）編寫計算說明書 A.前言 B.總體方案設計 C.主要技術部件參數(shù)確定及校核 D.結構設計 E.結論、參考文獻 （2）設計圖紙 完成4張A0圖紙，包括總裝配圖，主要零部件圖。 2 總體方案設計 總體方案設計包括動力源選擇、傳動系統(tǒng)總體設計、變速器設計、差速器設計、半軸設計等。 2.1 動力源選擇 汽油機還是柴油機是汽車動力源即發(fā)動機的兩個主要選擇，然后是氣缸的排列型式，最后確定發(fā)動機的冷卻方式。 汽車應用最廣的發(fā)動機分為汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機。汽油發(fā)動機又包括二沖程、四沖程和轉子發(fā)動機。柴油發(fā)動機包括二沖程和四沖程發(fā)動機。目前，考慮到石油資源的有限性，一些新能源發(fā)動機也應運而生。比如，液化石油氣發(fā)動機，天然氣發(fā)動機等等［8］。 2.1.1 發(fā)動機的選擇 所設計汽車總重量為，驅動形式為后輪驅動。汽車最高時速為≥200km/h.發(fā)動機最大轉矩220Nm/4000rpm。 由以上數(shù)據(jù)，查閱資料，發(fā)動機類型確定為2.0升——直列四缸——16氣門——單片機控制燃油噴射——DOHC雙頂置凸輪軸，參數(shù)如表： 表2-1 所選發(fā)動機參數(shù)表 車型 2.0 i-VTEC 排氣量（） 1998 壓縮比 9.8:1 最大功率（kW/rpm） 110/6000 最大扭矩（N/rpm） 186/4500 2.1.2 系統(tǒng)傳動比分配 汽車傳動系主要包括離合器、變速箱、傳動軸、驅動橋等。在整個傳動系中，有減速功能的部分為：變速箱、驅動橋。 擋數(shù)選擇原則： 1.相鄰擋位之間的傳動比比值在1.8以下。 2.。 具體如表2-2： 表2-2 傳動比分配表 最小傳動比 0.6 最大傳動比 8 表2-3 變速箱傳動比表 1擋 2擋 3擋 4擋 5擋 6擋 倒擋 7.370 4.218 2.637 1.646 1.000 0.845 7.118 2.2 傳動系統(tǒng)總體設計 2.2.1 離合器設計 液力式、摩擦式、電磁式和綜合式四種離合器區(qū)別在于傳遞轉矩方式不同。在機械式傳動系統(tǒng)中，以摩擦式離合器的應用最為廣泛。 盤式離合器按從動盤的數(shù)目可分為單片、雙片和多片三類。 離合器的結構型式多種多樣，根據(jù)本次課程設計的數(shù)據(jù)要求以及查資料得，對于輕型汽車離合器，發(fā)現(xiàn)單片式離合器應用較多，這說明摩擦材料性能已能滿足輕型汽車離合器的需要，所以可以首先考慮采用單片式離合器［9］，其結構如圖2-1所示。 圖2-1 離合器總成結構圖 2.2.2 變速器選擇 汽車變速器和機床變速器工作原理相同，通過撥叉干等操作機構使不同齒輪副搭檔來改變傳動比從而“變速”。汽車駕駛員通過換擋來實現(xiàn)上述操作。目前汽車手動擋都有操作桿，上面寫著擋位，通過撥弄桿就可以實現(xiàn)變速箱內部齒輪副不同搭配嚙合。從而改變車速滿足不同路況需求。 為了保證轎車具有良好的動力性、經濟性和行駛安全性，需要提高變速器傳動比的范圍并增加檔位數(shù)?？紤]機械加工工藝性，合理性，采用組合式機械變速器［10］。 選其型號為廣州本田雅閣2.0L/2.3LMAXA自動變速器。 2.2.3 差速器設計 汽車動力系統(tǒng)的動力經離合器傳給變速器、經過傳動軸，在驅動橋里左右分配給半軸驅動車輪，驅動橋是這條動力傳遞路線最后一個總成，它主要由減速器和差速器組成。減速器功能是可以減速和加大扭矩，原理和變速器相同，也是通過齒輪嚙合來實現(xiàn)，相對來說不復雜。汽車差速器則是驅動轎的主要部件。其功能是在向左右驅動半軸傳遞動力的同時，允許左右半軸以差速狀態(tài)旋轉，使左右車輪盡量以純滾動的形式，作不等距旋轉，降低輪胎摩擦帶來的損害。轉彎時車輪的軌跡是圓弧，如汽車左轉彎，則圓弧的中點在左邊，一個單位時間，右輪跑的路線比左側輪子長，為了補償路線長度差，就需要左邊輪子轉動速度慢，右邊輪子轉速快，通過速度差來彌補距離的不同。差速器的問世，令人們欣慰，因為它很好地解決了這個問題。行星齒輪、行星輪架（差速器殼）、半軸齒輪等零件組成差速器。動力源的動力傳給差速器錐齒，行星齒輪從動，帶動左右兩輪轂旋轉完成動力傳遞。這里需滿足（左半軸轉速+右半軸轉速）=2（行星輪架轉速）。汽車行駛路況為直路，兩輪轂與行星齒輪三者的角速度相等，差速器處于平衡狀態(tài)。遇到彎路，三者平衡狀態(tài)會被破壞，使離“圓心”的車輪線速度變小，另一個車輪速度變大。汽車自動調整，這里涉及到“最小能耗原理”，即世界上所有物體都趨于最小能耗的狀態(tài)。當出現(xiàn)彎路時，轎車也會和上文一樣，趨于低能狀態(tài)［11］。示意圖如圖2-2： 圖2-2 差速器示意圖 2.2.4 傳動軸設計 發(fā)動機的驅動力從變速器通過主減速裝置，最終由輪胎傳遞給路面?？倐鲃虞S的功能是在這中間過程中進行相隔兩點之間的動力傳遞。根據(jù)其傳遞部位，總傳動軸又分為傳動軸和驅動軸。 1.傳動軸 傳動軸是將驅動力從變速器傳遞給主減速器的旋轉軸，由等速萬向節(jié)（該等速萬向節(jié)可適應變速器和主減速器相對位置的變化，當軸交叉角變化時，也可傳遞驅動力）和可軸向伸縮的花鍵以及軸管構成［12］。 圖2-3 傳動軸示意圖 2.驅動軸 驅動軸好比支架，是減速器和輪轂之間的連接軸，分為前驅動軸和后驅動軸。 A、前驅動軸 B、后驅動軸 圖2-4 驅動軸示意圖 1.蓋子；2.蓋板；3.蓋墊；4.萬向節(jié)叉；5.加油嘴；6.伸縮套；7.滑動花鍵槽；8.油封；9.油封蓋；10.傳動軸套 圖2-5 傳動軸結構圖 2.2.5 萬向節(jié)選用 選用虎克式萬向節(jié)（也叫做萬向聯(lián)軸節(jié)），是由輸入側萬向節(jié)叉、輸出側萬向節(jié)叉以及連接它們的十字軸構成得到。十字軸頭裝在萬向節(jié)叉里，通過滾柱軸承來減小阻力，通過封入的潤滑脂進行潤滑。 固定軸承的方法有很多，但是常見的有彈性卡環(huán)式、鉚上萬向節(jié)叉固定軸承的INA式和使用齒形防松墊圈的NADELLA式等。本設計選用彈性卡環(huán)式［13］。 2.2.6 驅動橋 驅動橋是“支路”的大腦，主要由主減速器、差速器、半軸等幾部分組成，其原理是將動力源傳來的轉矩傳給驅動車輪，來降速、提高轉矩。示意圖如圖2-6： 1.后橋殼；2.差速器殼；3.差速器行星齒輪；4.差速器半軸齒輪；5.半軸；6.主減速器從動齒輪齒圖；7.主減速器主動小齒輪 圖2-6 驅動橋示意圖 2.3 支承系統(tǒng) 由于本設計為傳動系統(tǒng)，涉及支承系統(tǒng)的結構屬于底盤設計，這里不作設計。 3 主要技術部件的計算及校核 本設計選主要零部件進行校核計算。 3.1 萬向傳動軸的設計計算 萬向傳動軸一般是由萬向節(jié)、傳動軸和中間支承組成。萬向傳動軸設計應滿足如下基本要求： 1.保證所連接的兩根軸相對位置在預計范圍內變動時，能可靠地傳遞動力。 2.保證所連接兩軸盡可能等速運轉。 3.由于萬向節(jié)夾角而產生的附加載荷、振動和噪聲應在允許范圍內。 4.傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便，維修容易等。 變速器或分動器輸出軸與驅動橋輸入軸之間普遍采用十字軸萬向傳動軸。在轉向驅動橋中，多采用等速萬向傳動軸。當后驅動橋為獨立的彈性，采用萬向傳動軸。 臨界轉速公式為為 （3-1） 式中：為傳動軸長度（mm），即兩萬向節(jié)中心之間的距離； 和分別為傳動軸軸管的內、外徑（mm)； 為傳動中軸的最高轉速。 但傳動軸長度大于時，為了提高以及工藝性的問題，需要將傳動軸變?yōu)閮筛蛉?，萬向節(jié)用三個或四個，采用花鍵軸[14]。 軸管的扭轉切應力應滿足； （3-2） 式中：為許用扭轉切應力，為300Mpa。 3.1.1 計算傳動軸的動載荷 動載荷，取發(fā)動機一檔傳動比和最大轉矩來代入公式 （3-3） （3-4）式中：發(fā)動機最大轉矩； 驅動橋數(shù)； 發(fā)動機到萬向節(jié)傳動軸之間的傳動效率； 滿載狀態(tài)下一個轉向驅動橋上的靜載荷 ； 發(fā)動機最大加速度的前軸轉移系數(shù)； 輪胎與路面間的附著系數(shù)； 車輪滾動半徑； 變速器一檔傳動比； 主減速器從動齒輪到車輪之間傳動比； 主減速器主動齒輪到車輪之間傳動效率； ，所以離合器所產生的動載系數(shù)； 主減速比。 所以得： 取最小值 3.1.2 十字萬向節(jié)設計 1.設作用于十字軸軸頸的中點的力為F，則 2.十字軸軸頸根部的彎曲應力和切應力應滿足 （3-5） （3-6） 式中：十字軸軸頸直徑； 油道孔直徑； 合力作用點到軸頸作點用的的距離； 是彎曲應力許用值，為250-350Mpa； 是切應力許用值，為 故十字軸軸頸根部的彎曲應力和切應力滿足校核條件。 3.十字軸滾針的接觸應力應滿足 （3-7） 式中：取滾針直徑； 滾針工作長度； 在合力F作用下一個滾針所受的最大載荷 當滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時，許用接觸應力為3000-3200Mpa 所以十字軸滾針軸承的接觸應力校核滿足。 4.萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F作用下產生支撐反力。十字軸軸孔中心線成的位置，彎矩與扭矩加載在萬向節(jié)上，彎曲應力以及扭轉應力需符合下列公式： （3-8） （3-9） 式中：??； ； 查表，取，，； 彎曲應力的許用值為50-80Mpa； 扭轉許用應力的許用值為80-160Mpa。 得： 故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉載荷校核滿足要求 5.十字軸萬向節(jié)的和兩軸的夾角，與十字軸的材料，工藝和裝配精度以及潤滑環(huán)境等有關。 當時，如下式計算（?。? 3.1.3 傳動軸強度校核 按扭轉強度條件 （3-10） 式中：軸傳遞的功率分別為傳動軸的外內直徑； 查表得為 所以傳動軸的強度符合要求。 3.1.4 傳動軸的轉速校核及安全系數(shù) 1.傳動軸的臨界轉速為 （3-11） 式中：傳動軸的支撐長度分別為傳動軸管的內外直徑。 在設計傳動軸時，取安全系數(shù) 故符合要求 2.傳動軸直徑除應滿足臨界轉速要求以外，還需有符合校核的扭矩。 3.軸管的扭轉應力 （3-12） 式中： 所以軸管的扭轉應力校核符合要求 4.對于傳動軸上的花鍵軸，通常以底徑計算其扭轉應力。許用應力一般按安全系數(shù)2~3確定 式中：外徑， 5.傳動軸花鍵的齒側擠壓應力應滿足 （3-13） 式中：花鍵轉矩分布不均勻系數(shù)； 花鍵的有效工作長度； 花鍵齒數(shù)； 許用擠壓應力。 所以傳動軸花鍵的齒側擠壓應力滿足要求。 6.受力分析圖 （1）水平受力分析如圖3-1 圖3-1 水平面內受力分析圖 （2）當量彎矩如圖3-2 圖3-2 當量彎矩圖 因汽車傳動軸雙向回轉，視扭矩為脈動循環(huán) 最大危險處為C點處，其當量彎矩 彎曲應力 由表查得，對于45號鋼 故軸的強度足夠。 3.2 差速器齒輪的設計 3.2.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 差速器有錐齒輪、行星齒輪等，所以確定尺寸需要考慮安裝、外輪廓尺寸等工藝性問題。 1.行星齒輪的選擇 行星齒輪數(shù)目根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取2個。反之如貨車取4個。本設計取2個。 2.行星齒輪球面半徑的確定 球面半徑由經驗公式確定： 式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.5~2.99，本設計取2.5。 ——上文3.1計算轉矩 取整 確定后，即可根據(jù)以下公式預選節(jié)錐距： 在此取 3.行星齒輪與半軸齒輪的選擇 我們希望齒輪強度足夠高，方法是使齒數(shù)變少，原則不少于10.驅動軸齒輪齒取15，半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比，在的范圍內。本畢業(yè)設計這里星系齒輪齒數(shù)，半軸齒輪齒。 應滿足下列公式： 式中：左齒數(shù)與右齒數(shù)相等； ——行星齒輪數(shù)目； ——任意整數(shù)。 所以，，滿足要求。 （1） 差速器圓錐齒輪模數(shù)、半軸齒輪節(jié)圓直徑查表 （2） 首先初步求出行星齒輪與半軸的節(jié)錐角 再由下式初步求出圓錐齒輪的大端面端面模數(shù)m 標準值取3mm，于是可得齒輪節(jié)圓直徑。 4.壓力角 取目前汽車差速器通用數(shù)值22.5°。 5.行星齒輪安裝孔的直徑及其深度 行星齒輪安裝孔直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，由下列公式得： 式中：——差速器傳遞的轉矩，； ——行星齒輪數(shù)； ——行星齒輪支撐面中點到錐頂?shù)木嚯x， ——支撐面的許用擠壓應力，在此取為39Mpa。 計算得 所以行星齒輪安裝孔直徑為17mm，深度為19mm。 3.2.2 差速器齒輪的強度計算 差速器齒輪主要受彎矩，所以疲勞壽命不涉及計算。 彎曲應力計算公式為 （3-14） 式中：——差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉矩，其計算公式， ——端面模數(shù)，； ——動載系數(shù)，取值為1； ——尺寸系數(shù)，取值為0.59； ——載荷分配系數(shù)，； ——質量系數(shù)，取1.0； ——齒輪齒面寬； ——彎曲應力綜合系數(shù)，查得 得： 所以，差速器齒輪滿足彎曲輕度要求。 4 結構設計 根據(jù)工作原理及工藝性進行結構設計，尺寸計算與繪圖穿插進行。 4.1 系統(tǒng)整體結構設計 1.傳動系統(tǒng)設計如圖4-1 圖4-1 系統(tǒng)整體設計結構圖 2.部分工作原理 發(fā)動機動力通過離合器傳給變速器，變速器通過齒輪鏈接將動力傳給主傳動軸。 變速箱工作原理為齒輪傳動改變實現(xiàn)變速。同其他變速箱一樣，通過“撥叉干”類似操縱機構使不同齒輪副嚙合，改變傳動比來變速。目前自動擋轎車車內有實現(xiàn)變速機構，操作方面[15]。 4.2 離合器結構設計 1.離合器工作原理 在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機向變速器輸入的動力。離合器是機械傳動中的常用部件，可將傳動系統(tǒng)隨時分離或接合[16]。 離合器分為三個工作狀態(tài)，即踩下離合器的不連動，不踩下離合器的全連動，以及部分踩下離合器的半聯(lián)動。 汽車在運作行駛時，離合器壓盤處于連接狀態(tài)，里面無運作。而離合器的分離是通過踩離合器踏板來控制的。 因為發(fā)動機是一直運作的，所以當汽車需要短時間停止時，發(fā)動機與變速器之間需要主動斷開，離合器相當于一個開關。目的在于防止發(fā)動機熄火不好再開動，以及提高燃油經濟性方面。其結構設計如圖4-2. 圖4-2 離合器結構圖 4.3 傳動軸結構設計 1.工作原理 主傳動軸前端采用花鍵軸及軸套鏈接，補償溫度變化以及安裝帶來的長度誤差。 傳動軸是由軸管、伸縮套和萬向節(jié)組成。后面驅動橋整體上的懸架，有彈性，保證汽車運行中路面不平產生跳動。 在發(fā)動機前置后驅的汽車中，連接變速器與驅動橋之間的傳動軸總成一般由傳動軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向叉等組成。傳動軸過長時，固有頻率會降低，容易產生共振，故將其分為兩段，并加設中間支承。前段稱為中間傳動軸，后端稱為主傳動軸。 該型傳動軸在凸緣花鍵軸外增加了一個管形密封保護套，在該保護套端設置了兩道聚氨酯橡膠油封，使伸縮套內形成了一個完全密封的空間，使伸縮花鍵軸不受外界沙塵的浸蝕，不僅防塵而且防銹。因此在裝配時，在花鍵軸與套內一次性涂抹潤滑脂，就完全可以滿足使用要求，不需要油嘴潤滑，減少了保養(yǎng)內容[17]。 其結構傳動軸如圖4-3。 圖4-3傳動軸結構圖 4.4 萬向節(jié)結構設計 1.萬向節(jié)工作原理 萬向節(jié)結構設計如圖4-5。萬向節(jié)結構簡單、傳動效率高、強度可靠。是實現(xiàn)變角度動力傳遞的機件，用于需要改變傳動軸線方向的位置，它是汽車驅動系統(tǒng)的萬向傳動裝置的 “關節(jié)”部件。 萬向節(jié)與傳動軸組合，稱為萬向節(jié)傳動裝置。兩軸之間允許彎曲夾角為。但夾角越大，轉角差越大，萬向節(jié)承受的外在越大，穩(wěn)定性降低。萬向節(jié)的結構和作用有點像人體四肢上的關節(jié)，它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內變化。為滿足動力傳遞、適應轉向和汽車運行時所產生的上下跳動所造成的角度變化，前驅動汽車的驅動橋，半軸與輪軸之間常用萬向節(jié)相連。但由于受軸向尺寸的限制，要求偏角又比較大，單個的萬向節(jié)不能使輸出軸與軸入軸的瞬時角速度相等，容易造成振動，加劇部件的損壞，并產生很大的噪音，所以廣泛采用各式各樣的等速萬向節(jié)[18]。 十字軸式剛性萬向節(jié)具有結構簡單，傳動效率高的優(yōu)點，但在兩軸夾角α不為零的情況下，不能傳遞等角速轉動。 圖4-4萬向節(jié)結構設計圖 4.5 差速器結構設計 1.差速器工作原理 差速器設計如圖4-5。汽車差速器能夠使左、右（或前、后）驅動輪實現(xiàn)以不同轉速轉動的機構。主要由左右半軸齒輪、兩個行星齒輪及齒輪架組成。功用是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右車輪以不同轉速滾動，即保證兩側驅動車輪作純滾動運動。差速器是為了調整左右輪的轉速差而裝置的。 普通差速器由行星齒輪、行星輪架（差速器殼）、半軸齒輪等零件組成。發(fā)動機的動力經傳動軸進入差速器，直接驅動行星輪架，再由行星輪帶動左、右兩條半軸，分別驅動左、右車輪。差速器的設計要求滿足：（左半軸轉速）+（右半軸轉速）=2（行星輪架轉速）。當汽車直行時，左、右車輪與行星輪架三者的轉速相等處于平衡狀態(tài)，而在汽車轉彎時三者平衡狀態(tài)被破壞，導致內側輪轉速減小，外側輪轉速增加。動力從主傳動軸傳來，由傳動軸上的錐齒輪傳遞給差速器外錐齒，外錐齒帶動從動盤上小錐齒旋轉。小錐齒和行星齒輪嚙合，將動力轉矩傳遞給另一側半軸，使兩邊車輪都可以旋轉，并自動調節(jié)差速效果[19]。 轉彎時車輪的軌跡是圓弧，如汽車左轉彎，則圓弧的中點在左邊，一個單位時間，右輪跑的路線比左側輪子長，為了補償路線長度差，就需要左邊輪子轉動速度慢，右邊輪子轉速快，通過速度差來彌補距離的不同。 差速器殼不能有任何性質的裂紋，殼體與行星齒輪墊片,差速器半軸齒輪之間的接觸，應光滑無溝槽；若有輕微溝槽或磨損,可修磨后繼續(xù)使用，否則應予更換或予以修理[20]。 圖4-5 差速器結構設計圖 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y論”以前的所有正文內容都要編寫在此行之前。 - 23 - 附錄 結論 本設計以本田雅閣九代汽車傳動系統(tǒng)為原型。在給定主要技術參數(shù)基礎上，著重設計了汽車傳動系統(tǒng)中的離合器、傳動軸及差速器。進行了結構設計、繪出相應裝配圖和零件圖。對于連接部件萬向節(jié)進行了計算及結構設計。傳動軸及差速器齒輪，本設計進行了詳細計算及校核，理論上滿足設計要求。所做工作如下： 1. 明確設計要求，規(guī)劃功能結構，并確定汽車運行過程，初步確定出傳動系統(tǒng)總體方案設計。 2. 進行傳動系統(tǒng)設計，包括離合器、傳動軸、齒輪傳動的各參數(shù)確定及校核。 3. 用CAD完成總量為四張A0圖紙的繪圖，包括總裝圖一張，部件圖三張，及其他零件圖等。 其優(yōu)點為力求在滿足設計要求基礎上提高整體性能，包括減輕質量及提高燃油經濟性。還有就是減少制造成本。 缺點為部分部件安裝工藝性欠缺考慮，所以可能會給安裝帶來不便。 參考文獻 [1] 馮健璋.汽車發(fā)動機原理與汽車理論[M].機械工業(yè)出版社，2009.1. 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