115S传动轴配466发动机设计计算报告0618.docx

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115S传动轴配466发动机设计计算报告0618

编号:

115S-PD-DP-003

传动轴设计计算报告

项目名称：

115S

编制:

日期:

校对:

日期:

审核:

日期:

批准:

日期:

重庆迪科汽车研究有限公司

2009年3月

一、校核目的

1、传动轴万向节夹角是否满足等速传动的要求；

2、传动轴上下跳动到极限位置时的最大夹角；

3、传动轴花键的滑移量，检查传动轴花键是否可能脱开或顶死；

4、传动轴稳定性校核；

5、传动轴强度校核。

二、概述

115S传动轴属于十字轴万向节式传动轴，具体结构为后驱、单段式、双十字轴万向节式传动轴。

布置设计时需保证传动轴万向节叉在同一平面内，尽量使万向节的夹角

，以减少传动的不等速性。

——变速箱输出轴和传动轴轴管夹角；

——传动轴轴管和主减速器输入轴夹角。

三、校核

1、输入参数

115S传动轴（配466发动机）计算输入参数见表1。

名称

数值

发动机最大转速nemax（r/min）

6300

发动机最大力矩Temax（N.mm）

87000

变速器一档速比ig1

4.425

变速器五档速比ig5

1

传动轴长度Lc（mm）

680

传动轴外径D（mm）

51

传动轴内径d（mm）

47.4

满载质量（Kg）

1632

安全系数K

1.2～2.0

表1115S传动轴（配466发动机）计算输入参数

2、等速传动校核

空载和上下极限工况下万向节夹角见表2。

万向节夹角α的允许范围见表3。

状态

空载

3.82º

1.65º

下跳极限

8.59º

6.41º

上跳极限

6.09º

8.27º

表2万向节夹角

状态

万向节夹角α不大于

汽车静止

6º

行驶中极限夹角

15º～20º

表3十字轴万向节夹角α的允许范围

从表2和表3可知，汽车在空载和上下极限工况下万向节夹角都满足要求。

单个十字轴万向节主、从动叉轴转角βa、βb间的关系为：

tanβa=tanβb×cosα

（1）

式中，βa——主动叉轴转角

βb——与βa相对应的从动叉轴转角

α——主、从动叉夹角

公式1又可以写为:

βb=arctan（tanβa/cosα）

（2）

若夹角不变，将公式2两边对时间求导数，整理后得：

ωb=ωa[cosα/（1－sin2αcos2βa）]（3）

式中，ωa——主动叉轴角速度

　ωb——从动叉轴角速度

整理上式，消去传动轴的角速度得：

（4）

（5）

式中，ω1——变速箱输出轴角速度

ω3——主减速器输入轴角速度

——变速箱输出轴与传动轴夹角

——传动轴与主减速器输入轴夹角

——变速箱输出轴输入角度

——主减速器输入轴输出角度

忽略传动机构各处摩擦产生的影响，根据瞬时功率相等的原理，后桥输入轴上的力矩为：

（6）

式中，T1——变速箱输出轴力矩

T3——主减速器输入轴力矩

空载状态下角速度波动曲线（

，ω3/ω1）见图1。

图1空载状态下角速度波动曲线

下跳极限状态下角速度波动曲线（

，ω3/ω1）见图2。

图2下跳极限状态下角速度波动曲线

上跳极限状态下角速度波动曲线（

，ω3/ω1）见图3。

图3上跳极限状态下角速度波动曲线

空载状态下力矩波动曲线（

，T3/T1）见图4。

图4空载状态下力矩波动曲线

下极限状态下力矩波动曲线（

，T3/T1）见图5。

图5下极限状态下力矩波动曲线

上极限状态下力矩波动曲线（

，T3/T1）见图6。

图6上极限状态下力矩波动曲线

经分析，传动轴的力矩和角速度波动范围非常小，小于10%，可视为等速传动。

3、传动轴上下跳动的极限位置及工作夹角校核

由整车设计状态，得出后悬架的跳动行程，后悬架跳动行程如表4所示。

序号

车辆状态

挠度f（mm）

1

空载至下跳极限

54

2

空载至上跳极限

116.5

表4后车轮极限跳动状态

根据后悬架、后桥和传动轴结构关系分别求出三种状态下传动轴点坐标如表5所示（相对整车坐标系），各具体位置如图7。

图7空载时的传动轴位置

极限状态

X

Y

Z

空载时

花键理论中心Am

1637.6

22.1

45.6

万向节1中心Bm

1710.5

21.1

41.7

万向节2中心Cm

2385.7

20

-39.0

下跳

极限

花键理论中心Am

1629.8

22.1

46.0

万向节1中心Cm

1702.7

21.1

42.2

万向节2中心Cm

2368.8

20

-94.4

Am移动量δ1

-7.8

上跳极限

花键理论中心Am

1641.4

22.1

45.4

万向节1中心Cm

1714.3

22.1

41.5

万向节2中心Cm

2393.3

20

78.1

Am移动量δ2

3.9

表5各工况下传动轴坐标值

车轮下跳到极限位置时传动轴花键移动量δ1＝-7.8mm<<40（花键长度的L/2），花键向内移动量很小，因此传动轴不会顶死，传动轴在车轮下跳到极限位置时满足使用要求。

车轮上跳到极限位置时传动轴花键移动量δ2＝3.9mm<<40（花键长度的L/2），花键向外移动量很小，因此传动轴不会脱落，传动轴在车轮上跳到极限位置时满足使用要求。

传动轴花键移动量δ＝δ1+δ2＝11.7mm。

传动轴临界速度：

（7）

其中，D——传动轴外径

d——传动轴内径

Lc——传动轴长度

将表1数据带入公式7可得：

nc=18068（r/min）。

驱动轴的实际最高转速：

ncmax＝

=6300（r/min）

式中，nemax——发动机的最高转速（r/min）

ig5——变速器最高档传动比

因此安全系数K=nc/nmax=2.9。

《汽车设计》推荐一般汽车K的取值为1.2～2.0。

所以传动轴的临界转速满足要求，且余量比较大。

5、传动轴强度校核

1）传动轴轴管强度校核

传动轴轴管扭转应力：

（8）

其中，Temax——发动机最大扭矩

——驱动轴的动载系数

——变速箱1档传动比

驱动轴的动载系数

的确定：

（9）

式中，ma——整车满载质量

0.195×

=35.8>16

由公式（9）可得：

=0。

因为性能系数

=0的汽车，所以动载系数Kd=1。

将表1参数带入公式8可得：

=55.6MPa。

一般汽车的传动轴轴管许用应力[

]=125MPa。

可见传动轴轴管强度满足使用要求。

2）十字轴万向节强度校核

十字轴轴颈所受最大垂向力

（10）

其中，R——力作用点至十字轴中心距离25.4mm

α——万向节主、从动叉轴的夹角

空载状态下

=3.82°

=1.65°

Q1=1716.4N

Q2=1713.3N

十字轴轴颈所受弯曲应力：

（11）

十字轴轴颈所受剪切应力：

（12）

其中，S——力作用点至十字轴轴颈根部距离（6.7mm）

d1——十字轴轴颈直径（Φ25mm）

d2——十字轴轴颈油道孔直径（Φ5.5mm）

由公式11、12可得空载状态下前、后十字轴万向节十字轴轴颈所受弯曲应力、剪切应力为：

σ1=7.51MPa

σ2=7.5MPa

1=3.68MPa

2=3.67MPa

推荐十字轴万向节弯曲许用应力[σ]=250MPa,剪切许用应力[

]=80MPa。

因此十字轴的强度满足设计要求。

四、总结

综上校核计算，115S（配466发动机）传动轴主要布置技术参数如表6所示，传动轴满足使用要求。

传动轴理论长度（两万向节中心）

680mm

花键移动量δ

11.7mm

传动轴夹角β1（轴线与XY平面）

6.82º

传动轴夹角β2（轴线与ZX平面）

0.18º

表6传动轴主要布置参数

五、参考文献

1.汽车设计（第3版）王望予机械工业出版社2000

2.汽车工程手册（设计篇）机械工业出版社2001