1、本科毕业设计（论文）汽车底盘传动系设计学 院 机电工程_ 专 业 机械设计制造及其自动化 （车辆工程方向） 年级班别 03 级 1 班_ 学 号 学生姓名 指导教师 2007 年 6 月 8 日摘 要底盘传动系统的设计是影响汽车质量的关键。本文参考乐聘轿车的主要数据，对其重新进行底盘传动系的设计。该轿车属于市区代步的两厢车，因而传动系围绕该特点来进行设计。首先确定传动系总体参数，然后是对离合器、变速器、主减速器、差速器和驱动桥半轴、万向节的设计计算。设计方法以传统的汽车设计方法为主，主要是取经验值。设计中通过参考文献资料，对某些部件进行了调整变更。在设计所得到的数据结果上，利用软件 Pro/E
2、ngineer 绘制其三维模型，组装成总体装配图。关键词：车辆传动系统，传动系设计，三维建模AbstractThe design of the power train system is the key to the automobile design quality. In this paper, the power train system of certain vehicle will be re-designed. The reference data belongs to the Chevrolet Aveo, which will be re-design its power tr
3、ain system. This vehicle is a hatchback for urban transport., and the design of this power train is based on this characteristic.First we determine the overall parameters of the power train. And then comes the clutch, transmission, final drive, axle and universal joint design. The design method is b
4、ase on the traditional car design method, mainly by gaining the experience value. In this design a number of documents are referenced to, and some of the components are adjusted or changed.Using the data of this design result, a 3D model of this power train system is drawed by the software Pro/Engin
5、eer, and create the assembly drawing.Key words: vehicle power train system, design of the power train, 3D modeling目 录1 绪论 .12 汽车传动系参数的确定 .32.1 选用车型的底盘特点及基本参数 .32.2 各级传动比的计算 .32.2.1 传动比的确定方法 .32.2.2 确定传动比过程 .53 离合器设计 .73.1 初始数据及型式确定 .73.2 摩擦片设计 .73.2.1 基本参数 .73.2.2 参数核算 .83.3 膜片弹簧设计 .103.3.1 膜片弹簧尺寸 .
6、103.3.2 膜片弹簧强度校核 .123.4 减振器设计 .133.4.1 基本参数选定 .133.4.2 减振弹簧设计计算 .153.5 其它部件结构设计 .164 变速器设计 .184.1 结构与基本参数初定 .184.1.1 变速器结构 .184.1.2 基本参数选取 .184.2 各挡齿轮参数设计计算 .204.3 齿轮强度校核 .234.3.1 强度计算公式 .234.3.2 各挡齿轮强度计算 .244.4 输入轴结构及其轴承设计与校核 .274.4.1 轴尺寸计算 .284.4.2 轴强度刚度校核 .294.4.3 轴承选用与核算 .374.5 其他结构设计 .395 主减速器设
7、计 .405.1 减速齿轮形式与参数确定 .405.2 齿轮强度校核 .405.2.1 计算载荷 .405.2.2 齿轮弯曲强度核算 .425.2.3 齿轮接触强度计算 .435.3 变速器输出轴结构及其轴承设计与校核 .435.3.1 输出轴结构 .435.3.2 输出轴的强度刚度校核 .445.3.3 轴承选用与校核 .515.4 其它结构设计 .536 差速器设计 .546.1 形式与基本参数设计 .546.1.1 结构形式选择 .546.1.2 基本参数设计选择 .546.2 强度校核 .566.3 其它结构设计 .577 驱动桥半轴设计 .587.1 半轴总体结构 .587.2 万向
8、节设计 .587.3 半轴强度校核 .598 三维模型的建立 .62设计总结 .63参考文献 .64致 谢 .6511 绪论毋容置疑，汽车的功用是搭载人或货物进行运输，行驶是其本质属性。使汽车实现行驶的系统称为传动系统。传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给汽车的驱动车轮，产生驱动力，使汽车能在一定速度上行驶。传动系具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥（包括主减速器、差速器、半轴和桥壳等）组成。在越野车辆上，还设有分动器，负责将变速器的功
9、率分配给各驱动桥。离合器的基本作用是在特定情况下中断传动系统的动力传递；变速器的作用是实现汽车变速与倒向行驶；变速器与主减速器共同实现减速增矩，使汽车获得足够的驱动力；差速器是为了使两侧驱动轮具有差速作用；万向传动装置使传动轴可以在一定转角内自由摆动而持续传递动力。设计传动系，即是设计这几个总成的参数，使得各部分总成与发动机和整车协调匹配，且具有一定的寿命，以满足消费者对汽车性能的需求。机械式传动系常见布置型式主要与发动机的位置及汽车的驱动型式有关。可分为：1.前置前驱FR：即发动机前置、后轮驱动。这是一种传统的布置型式，国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车都采用这种型式。2.后置后驱RR：
10、即发动机后置、后轮驱动。在大型客车上多采用这种布置型式，少量微型、轻型轿车也采用这种型式。3.前置前驱FF：发动机前置、前轮驱动。这种型式操纵机构简单、发动机散热条件好。但上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。现在大多数轿车采取这种布置型式。4.越野汽车的传动系。越野汽车一般为全轮驱动，发动机前置，在变速箱后装有分动器将动力传递到全部车轮上。汽车底盘传动系统的设计本质上就是机械设计。传统机械设计方法有理论设计法、经验设计法和模型实验设计法；近几十年来发展起来了现代设计方法，常见的有计算机辅助设计、优化设计、
11、可靠性设计、并行设计、参数化设计等等。现代设计方法都2离不开计算机的帮助，特别是优化设计，其涉及到的优化方法就有好几类 1，每一类又都牵涉到不同的优化算法，这些算法若不借助计算机求解是极其艰难的。譬如，对于传动系来说，零件首先要满足强度要求才能传递发动机的转矩，这要求零件尺寸尽可能大；在空间有限且降低成本条件下零件尺寸又要求尽可能小；这对矛盾的解决就需通过优化设计才能达到一个最佳值。在国外一篇文献中 2，它提到了如何用计算机对轴与箱体进行疲劳仿真，以此来设计或校核零件。虽然现代设计方法是当今机械设计业的主流，但它都是从传统设计中发展出来的，懂得了传统的设计方法，才能学懂现代设计方法。因此，本文
12、所进行的传动系设计基本上是靠传统设计方法，仅在个别地方辅助利用了计算机。离合器一章中的膜片弹簧设计，里面的公式冗长复杂，用了 MATLAB 辅助计算，弹簧特性曲线也是用 MATLAB来绘制的。变速器轴承用 Excel 编了一个计算用表，大大简化了计算过程。差速器锥齿轮尺寸数据也是在 Excel 中计算而得的。最后的三维图绘制用的软件是 Pro/Engineer Wildfire，为了跟上企业设计的高效率设计理念，通用件是由标准库中提取出来的，省去了重新绘制的时间。32 汽车传动系参数的确定2.1 选用车型的底盘特点及基本参数底盘传动系设计需要知道车辆的一些基本参数，如质量、发动机特性、设计要求
13、的动力性、燃油经济性、汽车维修周期、汽车尺寸、轮胎尺寸等。知道了质量，才能正确确定所需的驱动力；有了动力性与燃油经济性标准，才能根据标准正确设计传动比；确定了维修周期，就等于确定了零件使用寿命；汽车的尺寸大小则限制了传动系的尺寸大小及布置；轮胎尺寸与汽车的动力性要求紧密相关。因此，我们需要先有辆样本汽车的数据，才能继续进行设计。在此，我们选取雪佛兰乐聘轿车。其属于市区小轿车系列，以经济舒适为主，动力性方面，设计最高车速为 160Km/h，爬坡度要达到30%（加速性不详） ；两厢车类别，且由于要强调好的操纵性，所以驱动类型跟随当代的潮流，前置前驱；整车尺寸不大， ，则设计的传动系需紧凑，才能38
14、961049满足布置要求，增大乘坐空间。乐聘装用的发动机最大功率 69kw/6000rpm，最大扭矩 128Nm/4000rpm。当发动机转速超过 6000rpm 时，其动力性与燃油经济性都会恶化，所以绝大多数情况下都不会使转速超过 6000rpm，即可将 6000rpm 定为最大转速（可适当超出少许） 。发动机为横向放置，则主减速器可采用圆柱齿轮传动。原装轮胎规格为 185/60R14，据此可计算其车轮自由半径。变速箱有手动与自动两种形式，选择手动形式，挡数为 5。2.2 各级传动比的计算因为传动系的离合器、变速器部分都涉及到传动比的计算，所以把变速器传动比与主减速器比放在设计初始处设计计算
15、。2.2.1 传动比的确定方法1、最小传动比的选择整车传动系最小传动比的选择，可根据最高车速及其功率平衡图来确定。图 2.1 以4三种不同传动比主减速器的功率平衡图来说明最小传动比与最高车速的关系。三种传动比 确定了三条功率曲线。其中 确定的功率曲线在最大功率点与常见阻01203ii02i力功率曲线相交，对应的车速为 ，驱动功率最大点对应的车速为 ，max2u 2pu； 确定的功率曲线在最大功率点右侧与常见阻力功率曲线相交，对应的max2pu01i车速为 ,驱动功率最大点对应的车速为 ， ；由 确定的功率曲线在a3 1pmax31pu03i最大功率点左侧与常见阻力功率曲线相交，对应的车速为 ,
16、驱动功率最大点对应的ax车速为 ， 。而且 ， ，因此，选择 可使汽车速1pumax1pumax3ax2max1202i度达到最大。2、最大传动比的选择最大传动比是汽车为 I 档时传动系的总传动比，因主减速器传动比是固定的，通常汽车没有分动器和轮边减速器，因此，只要确定 I 档传动比 即可。 1gi最大爬坡度、I 档动力因数、附着力和汽车最小稳定车速是最大传动比的制约因素。讨论最大爬坡度时，车速很低，近似等速，所以，空气阻力和加速阻力均可忽略,汽车行驶方程式可写为max10maxmaxcosintqgTiGfr图 2.1 最小传动比与最高车速的关系5即 maxax10(cosin)gtqTGf
17、ri（2.1）式中 最大爬坡角度， ；车轮滚动半径，m。r载货汽车要求的最大爬坡度约为 30%。 对于松软地面行走的越野汽车，最大传动比还要满足最低稳定车速的要求，即 （2.2）minmax0.37t ariu轿车的最大爬坡度常大于 30%，一般根据加速能力或参考同等级车型选取最大传动比。 最大传动比还应满足驱动轮的附着条件，检查附着条件是否满足上坡或加速的要求。3、各挡传动比的选择选定汽车的最小传动比 、最大传动比 及传动系的挡位数后，就要确定中间minmaxi各挡的传动比。汽车传动系各挡的传动比大体是按等比级数分配的，即有为常数，即各挡之间的公比123giq按等比级数分配的传动比，若每次发动机都是提高到转速 换挡，只要发动机都2n降到同一低转速 ，离合器就能无冲击地接合，除此之外主要目的还在于充分利用发1n动机提供的功率，提高汽车的动力性。实际上，对于挡位较少的变速器，各挡传动比之间的比值并不正好相等，不是正好按照等比级数来分配的。这主要是考虑到各挡利用率差别很大的缘故。汽车主要是用较高挡位行驶，所以较高挡位相邻两挡间的传动比的间隔应小些。所以，各挡传动比之间的关系是 12314gggniii（2.3）并且低档的比值比高挡的比值要大。
