机械毕业设计论文东风轻载货车传动系统及主要部件设计论文管理资料.docx

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机械毕业设计论文东风轻载货车传动系统及主要部件设计论文管理资料

东风轻载货车传动系统和主要部件设计

摘要

本文以东风轻载货车为背景，通过对汽车主传动系统各个部件的结构分析，结合货车行驶的实际情况，设计出了一套轻载货车的主传动系统，实现了动力的传递，保证了汽车的驱动。

在满足既定开发目标的前提下，借鉴前人的技术成果，从汽车传动系统的总体方案设计开始，首先对传动方案进行整体分析，然后对传动系统的各个部分，包括离合器、变速器、万向传动轴、后驱动桥等进行了结构设计。

其中，主要对变速器和后驱动桥做了详细的设计计算，完成了驱动桥单级主减速器及差速器结构三维设计，并对设计中的各主要部件进行了校核计算。

关键词：

汽车主传动系统，离合器，变速器，传动轴，后驱动桥

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Dongfenglighttrucktransmissionsystemandmajorcomponentdesign

ABSTRACT

Thisfine,dongfenglighttruckofthebackgroundofthemaindrivethroughthevariouspartsofthecarstructure,combiningwiththeactualsituationofgoodsvehicles,designedalighttruck'smaindrive,toachieveapowertransfer,toensurethecardrive.

Inmeetingthedevelopmentgoalsestablishedunderthepremise,referenceprevioustechnologicalachievements,theoveralltransmissionsystemfromthecardesignbeganwithanoverallanalysisofthetransmissionscheme,thenallpartsofthetransmissionsystem,includingtheclutch,transmission,universaldriveaxis,afterthedrivebridgesforstructuraldesign.Amongthem,themaintransmissionandreardriveaxleonadetaileddesigncalculations,completedadriveaxlesingle-stagemaingearboxanddifferentialstructureofthree-dimensionaldesign,anddesignthemaincomponentsofthecheckingcalculation.

KEYWORDS:

AutomotiveMainTransmissionSystem,Clutch,Transmission,Driveshaft,RearDriveAxle

第1章绪论

汽车产业的发展和现状

随着社会经济发展，国内对汽车需求增加促进了中国汽车工业以极快的速度发展。

在2006年，，成为仅次于日本和美国的世界汽车第三大生产国；，成为仅次于美国的世界汽车第二大消费市场；，历史上首次超过当年进口数量。

我国汽车市场的巨大潜力，吸引跨国汽车公司和国内资本纷纷投资汽车工业，使得我国汽车行业在经过一个短暂的供不应求阶段后即进入激烈竞争阶段，并显现出产能过剩的隐忧。

在应对国内竞争的同时，我国汽车企业开始参与国际竞标。

世界汽车工业格局变化对中国汽车工业发展影响是汽车企业参与全球竞争时应该考虑的重要因素。

如何在国际竞争中拥有竞争力，是中国汽车工业的重大难题。

在中国汽车快速发展的二十年左右的时间里，中外合资企业成了中国汽车工业的中心。

中国的人力、劳力加上外国的技术与资金，注定了中国不能获得核心竞争力——自主研发能力。

回顾我国汽车工业发展的历史，台资企业生产的汽车长期在需求短缺的市场中占绝对优势，只要使用外方提供的现成产品和技术就完全可以获取丰厚的利润。

一汽大众、上海大众仅凭捷达、桑塔纳两款车型就能长期占据国内相当可观的市场份额。

在这种形势下，合资企业自然缺乏自主研发的动力。

现在．自主品牌企业逐渐崛起使这种形势发生了变化。

中国自主品牌汽车正在迅速崛起，尽管目前尚未形成左右时局之势，但其发展势头足以令所有国际同行不敢小瞧。

中国自主品牌企业已经成为合资企业在中国不可忽视的竞争对手。

为了在中国汽车市场占据一席之地，合资企业必然会加大其研发能力。

这也是一个非常好的机会，来让我们获得更多的先进技术。

国内外轻载货车的发展与趋势

我国轻型载货汽车工业初始于50年代末，但是直到90年代，才取得了较快的发展。

从发展阶段来看，50—70年代属于起步形成时期，主导产品基本为国产NJl30、BJl30和BJ2120轻型载货汽车，产量规模到70年代末约为4—5万辆；80～90年代属于缓慢发展时期，车型品种取得了较大的突破，引进了国外轻型载货汽车的先进技术，和国产车型一起形成了我国轻型载货汽车的主力车型，到90年代末期产量规模达到38万辆，全国生产能力在60万辆左右。

轻型载货汽车经过前几年的调整和平稳过渡之后，1999年轻型载货汽车总量跃上了一个新的台阶，产销量都有很大的突破。

随着中国进入WTO进程的加快，汽车进口关税税率的大幅降低，以及放松进口许可证的发放限制。

允许外商直接进行投资、建厂、汽车生产和销售，这对幼稚的中国汽车工业肯定会产生一定的冲击。

但我们应当看到，在加入WTO初期，还存在着一定的保护措施，外商大规模进入中国市场的可能性不大。

对价格本来就大大低于国际市场价格的轻型载货汽车而言，这些汽车的价格仅是国际市场同类型产品价格的40％～85％，而同类型的进口汽车在交了增值税和关税后，在价格上很难与这些国产车竞争；到汽车工业保护期结束后，我国轻型载货汽车工业经过几年的技术引进和进步，产品技术应当和国外技术相差关不大，市场也相应规范和成熟了，即使到时外商大举进入，对其影响也是有限的。

因此，汽车进口关税税率的下降主要将对高于国际市场价格的各类轿车和高档载客、载货汽车造成冲击，对轻型载货汽车市场的冲击不是很大。

但对国内种类相对单一的轻载货汽车市场，必然会向着种类的多样化发展。

轻型载货汽车需求品种将呈现如下结构：

①适应两极发展趋势。

一方面随着国家公路条件的改善，适应高速公路发展，高速、舒适性能好的轻型载货汽车所占的比例越来越大；另一方面，为适应城镇周边地区和农村市场用车的需求，廉价适用的轻型载货汽车高速发展。

②为适应市场细分的需要，产品品种逐步实现专用化。

PICKUP车、厢式轻型载货汽车、MPV、工具车等专用汽车市场份额逐步扩大。

③为适应环保、节能、安全性等要求，轻型载货汽车用发动机档次提高，整车技术含量增加，高科技广泛应用于轻型载货汽车（如ABS、复合材料、防撞气囊等）。

设计的内容及要求

本次设计的题目是：

东风轻载货车传动系统和主要部件的设计，并且要求其使用的发动机为柴油发动机。

汽车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。

而传动系的组成和布置形式是随发动机的类型、安装位置，以及汽车用途的不同而变化的。

因此任何传动系统都必须具有如下功能：

①实现汽车减速增矩；②实现汽车变速；③实现汽车倒车；④必要时中断传动系统的动力传动；⑤应使车轮具有差速功能。

而要实现这些功能，不可能只由一个不见来完成。

在现代主流汽车中，主要是由以下几个部件组合来完成的：

离合器、变速器、传动轴、驱动桥（包括主减速器和差速器）等。

因此本次设计的主要内容就是对这些部件的设计。

目的及意义

到现在为止，世界汽车产业已经走过了100多年的历史了。

作为一个产业，汽车工业依次经历了四个发展阶段，即产品发明、产品发展、产出迅速扩大和以更新需求为主的市场成熟阶段。

从整体上讲，从90年代开始，世界汽车工业已经步入以更新需求为主的成熟市场阶段。

也就是说，汽车的主传动系统已经是一个成熟的产品了。

但我们同时也发现在同类汽车中使用的主传动系统也不尽相同。

汽车主传动系统的设计，是一项复杂、细致的创造性劳动。

在设计中，既不能盲目抄袭，又不能闭门造车。

在科技飞速发展的今天，设计过程中必须借鉴前人成功的经验，改进其缺点。

从具体的设计任务出发，充分运用已有的知识和资料，进行科学、先进的设计。

汽车的主传动系统是汽车设计的一个主要部分。

经过多年的发展，很多汽车公司都已经开发了属于他们的成熟的汽车主传动系统。

因此我们设计的目的就是借鉴目前已经投入使用的成熟的汽车主传动系统，把它本土化。

通过一些结构的改变，让它更加的适应我们需要它使用的环境。

把各个传动系统的优点集合起来，为我所用。

第2章总体方案

传动系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。

因此传动系的选择，不但要考虑汽车的自身基本参数，还要考虑发动机的选择。

驱动形式及参数

驱动形式

汽车机械式传动系统的布置方案可以归纳为以下几种：

①发动机前置后轮驱动（FR）方案。

其结构简单，工作可靠，前后轮的质量分配比较理想。

主要用于轻、中型载货汽车上。

②发动机前置前轮驱动（FF）方案。

其操纵结构简单，有助于提高汽车高速行驶时的操纵稳定性。

主要应用于微型和中级轿车上，在高级轿车上也日渐增多。

③发动机后置后轮驱动（RR）方案。

其更容易做到汽车总质量在前后车轴直接按的合理分配，而且具有车厢内噪声低，空间利用率高等优点。

主要用于大、中型客车。

④发动机中置后轮驱动（MR）方案。

其有利于实现前后轮较为理想的质量分配。

普遍用于赛车。

⑤全轮驱动（NWD）方案。

其可以获得尽可能大的驱动力。

主要用于越野车。

本设计的汽车是普通的商用货车，因此选择4×2发动机前置后桥驱动。

它有如下主要优点：

维修发动机方便；离合器、变速器等操纵机构简单；货箱地板高度低；可以采用直列发动机、V型发动机或卧式发动机；发现发动机故障容易等。

主要参数

对于东风EQ1090E有如下参数：

汽车总质量ma=9290kg；

汽车最高时速vamax=90km/h；

汽车正面投影面积A=；

车轮半径r=；

发动机的选择

发动机形式的选择

目前汽车上使用的发动机主要都是汽油发动机和柴油发动机。

对于中型及以下的货车一般采用直列式柴油发动机。

发动机主要性能指标的选择

（1）发动机最大功率pemax和相应转速np

（）

其中：

ηT为传动系效率，对驱动桥用单级主减速器的4×2汽车可取为90%；

ma为汽车总重量，对于EQ1090E，其ma=9290kg；

fr为滚动阻力系数，对于货车fr=；

CD为空气阻力系数，对于货车CD=；

vemax为最高车速，对于EQ1090E，最高车速vemax=90km/h；

A为汽车正面投影面积，对于EQ1090E，面积A=。

故，

=（kw）

（2）发动机最大转矩Temax和相应转速nT

（）

其中，

α为转矩适应性系数，~；

pemax为发动机的最大功率；

np为最大功率转速，取np=3500r/min。

故，计算得：

Temax=·m≈330n·m

np/~，

则，nT=1750r/min。

所选发动机的型号及主要性能参数

由以上的参数可以选取EQ6102-1型发动机。

发动机形式为：

六缸直列水冷四冲程柴油发动机。

具体参数如下：

缸径×行程：

102×115；发动机工作容积：

；压缩比:

17；最大功率：

（KW）/2800（r/min）；最大扭矩：

343（N·m）/（1500~1800）（r/min）；百公里耗油：

21L。

传动系统的布置

汽车传动系统的组成及其在汽车上的布置形式，取决于发动机的形式和性能、汽车总体结构形式、汽车行驶系及传动系本身的结构形式等许多因素。

目前广泛应用于普通双轴货车上，并与活塞式内燃机配用的机械式传动系统的组成及布置形式一般为4×2发动机前置后桥驱动的布置方式。

东风轻载货车传动系统的总体设计方案如下：

汽车传动系统采用4×2发动机前置后桥驱动的布置方式。

由于发动机、离合器、变速器装成一体，所以在发动机位置确定后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成位置也随之而确定。

驱动桥的位置取决于驱动轮的位置。

同时为了使左右半轴通用差速器壳体中心线应与汽车中心线重合。

为满足万向节传动轴两端夹角相等，而且在满载静止时不大于4°，最大不得大于7°的要求，常将后桥主减速器的轴向上翘起。

其总体方案如图2-1所示：

图2-1传动系统的总体布置方案图

1-离合器；2-变速箱；3-万向传动装置；4-后驱动桥

第3章离合器的设计

离合器的概述

离合器位于发动机与变速器之间，是汽车传动系中直接与发动机相联系的总成，用来切断和实现发动机对传动系的动力传递。

离合器安装在发动机与变速器之间，用来分离或接合前后两者之间动力联系。

其功用为：

①传转距；②保证汽车平稳起步；③中断给传动系的动力，便于换档；④防止传动系过载。

离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质（液力偶合器），或是用磁力传动（电磁离合器）来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。

为了使离合器的主动部分和从动部分可以暂时分离又可以逐渐接合，并且在传动过程中还可能相对运动。

因此其主动部分和从动部分不可能采用刚性联接，而是借助两者间的摩擦力或者液力或者电磁力来传递转矩。

从而将汽车离合器分为摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。

目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器（简称为摩擦离合器）。

离合器应能满足的基本要求：

①保证能传递发动机发出的最大转矩，并且还有一定的传递转矩余力；②能作到分离时，迅速彻底分离，接合时柔和，便与换档和保证汽车平稳起步，并具有良好的散热能力；③从动部分的转动惯量尽量小一些，以减轻换档时齿轮间冲击；④具有缓和转动方向冲击，衰减该方向振动的能力，且噪音小；⑤操纵省力，维修保养方便。

离合器由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。

摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。

目前与手动变速器相配合的绝大多数为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单片式、双片式和多片式等几种。

湿式摩擦式离合器一般为多片式的，浸在油中以便于散热。

离合器采用的形式及其主要参数

采用的形式

在这里，我选择的离合器形式是单盘膜片弹簧离合器。

膜片弹簧离合器是目前汽车上应用最多的一类离合器。

它的压紧性元件是膜片弹簧，同时膜片弹簧还起到分离杠杆机构的作用，结构非常简单。

但它仍然包含主动部分、从动部分、压紧装置、分离机构和操纵机构五大组成部分，其常规结构如图3-1所示。

图3-1膜片弹簧离合器的构造

1－从动盘2－离合器盖和压盘3－分离轴承4－卡环

5―分离叉6－分离套筒7－飞轮

膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点：

①膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性；

②膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；

③高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；

④膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀；

⑤易于实现良好的通风散热，使用寿命长；

⑥膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。

主要参数选择

主要性能参数有后备系数β，摩擦系数μ，单位压力p0，尺寸参数D、d和摩擦片厚度b以及结构参数，摩擦面数Z，离合器间隙Δt和摩擦因数f。

（1）后备因数β

对于载货车，β=~；取β=。

（2）摩擦系数μ

摩擦片材料选择石棉基摩擦材料，其对偶材料为铸铁或钢。

因此μ=~，现取μ=。

（3）摩擦片外径D

（）

其中Temax=330N·m，K=36；

故可得，D≈307mm；

取D=325mm,故其对应的摩擦片内径d=190mm，摩擦片厚度b=。

离合器的结构设计

从动盘总成

选择带扭转减振器的从动盘，可以避免汽车传动系的共振，缓和冲击，减少噪声，提高传动系零件的寿命，改善汽车行驶的舒适性，并使汽车启动平稳，而且这一从动盘已被广泛的采用。

从动盘由从动盘钢片、摩擦片和从动盘毂3个基本部分组成。

从动盘钢片和从动盘毂之间通过减振弹簧弹性地连接在一起。

（1）从动盘钢片

从动盘钢片有整体式、分开式和组合式三种形式。

在这里我选择了整体式。

对于从动盘的结构有两个方面的要求：

①尽量小的转动惯量；②具有轴向弹性结构。

（2）从动盘毂

从动盘毂有两个主要的尺寸：

①弹簧装配窗孔半径（在结构允许范围内，应尽量大些）；②花键相关尺寸（齿侧定心花键，花键副为间隙配合）。

（3）从动盘摩擦片

对于从动盘摩擦片的结构很简单，主要就是内外半径以及其厚度，这在之前已经计算出。

而从动盘摩擦片所用的材料为石棉基摩擦材料。

压盘和离合器盖

在离合器的主动部分中，压盘是通过离合器盖（或飞轮）驱动的，并应能做一定量的轴向移动，但在移动过程中不允许产生径向位移，这就是压盘的传力、导向和定心问题。

这个问题由压盘与离合器盖（或飞轮）的连接方式解决。

离合器常用的连接方式有传动片式、凸台式、传动销式、键连接式等，如图3-2所示。

本文我选择的是凸台式连接方式。

凸台式连接方式也有它的缺点，即传力件之间有间隙（）。

这样，在传力开始的一瞬间，将产生冲击和噪声。

并且，随着接触部分磨损的增加而越加严重，这有可能使凸台根部出现裂纹而造成零件的早期损坏，还降低离合器操纵部分的传动效率；但传递的转矩比较大，正反向特性相同。

图3-2离合器常用的连接方式

a-凸台式b-传动销式c-键连接式

小结

在这一章里，我主要选择了离合器的总体方案，选择了单盘式膜片弹簧离合器；然后对离合器的从动盘，压盘和离合器盖做了设计。

对于这些结构的设计主要包括其结构的主要尺寸、材料以及它们的具体结构。

设计结果基本达到设计目的。

第4章机械式变速器设计

设置变速器目的：

为了解决了活塞式内燃机转矩和转速变化范围较小而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化的矛盾。

变速器的功能：

在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。

此外，应保证汽车能倒退行驶和在滑行时或停车时使发动机和传动系保持分离。

需要时还应有动力输出的功能。

对变速器的基本要求：

具有正确的档数和传动比，保证汽车有需要的动力性和经济性指标；有空档和倒档，使发动机可以与驱动轮长期分离，使汽车能倒车；换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性；（自动、半自动和电子操纵机构）工作可靠。

汽车行驶中，变速器不得跳档、乱档以及换档冲击等现象发生应设置动力输出装置，以便必要时进行功率输出；效率高、噪声低、体积小，重量轻，便于制造，成本低。

变速器的分类，按传动比的变化方式划分为：

变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。

①有级式变速器：

有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。

又可分为：

齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮（行星齿轮）轴线旋转的行星齿轮变速器两种。

②无级式变速器:

传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机械式和电力式等。

③综合式变速器：

由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。

按操纵方式划分为：

变速器可以分为强制操纵式，自动操纵式和半自动操纵式三种。

①强制操纵式变速器：

靠驾驶员直接操纵变速杆换档。

②自动操纵式变速器：

传动比的选择和换档是自动进行的。

驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换。

③半自动操纵式变速器：

可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动（强制）换档；另一类是预先用按钮选定档位，在采下离合器踏板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。

传动方案

作为一辆前置后轮驱动的货车，毫无疑问的应该选用中间轴式多档位机械式变速器。

中间轴式变速器传动方案的共同特点如下:

①没有直接档；②1档有较大的传动比；③档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮可以采用或不采用常啮合齿轮传动；④除1档以外，其他档位采用同步器或啮合套换挡；⑤除直接档以外，其他档位工作时的传动效率略低。

传动方案的初步确定:

①变速器第1轴后端与常啮合主动齿轮做成一体，第2轴前端经轴承支承在第1轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一条轴线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档。

档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，1档采用滑动直齿齿轮传动。

②倒档利用率不高，而且都是停车后在挂入倒档，一次可以采用支持滑动齿轮作为换挡的方式。

倒档齿轮采用联体齿轮，避免中间齿轮在最不利的正负交替堆成变化的弯曲应力状态下工作，提高寿命，并使倒档传动比有所增加，装在靠近支承处的中间轴1档齿轮。

本文所采用的变速器传动方案为中间轴式五档机械式变速器，其原理如图4-1所示，

图4-1变速器的传动原理图

1-第一轴；2-第一轴常啮合齿轮；3-第一轴齿轮接合齿圈；4-接合套；5-四档齿轮接合齿圈；6-第二轴回档齿轮；7-第二轴三档齿轮；8-三档齿轮接合齿圈；9-接合套；10-二档齿轮接合齿圈；11-第二轴二档齿轮；12-第二轴一、倒档滑动齿轮；13-变速器壳体；14-第二轴；15-中间轴；16-倒档轴；17-倒档齿轮；18-中间轴一、倒档齿轮；19-倒档齿轮；20-中间轴二档齿轮；21-中间轴但当齿轮；22-中间轴四档齿轮；23-中间轴常啮合齿轮；24-花键毂；25-花键毂

零部件结构设计

主要参数

（1）最小传动比

（）

其中：

是传动系最小传动比；

变速器最小传动比

主减速器传动比

（）

故有

其中：

=90km/h

r=

n=2800r/min

计算得：

itmin=

各个档位的传动比及初选中心距

（1）各档的传动比确定

增加变速器的档位数能够改善汽车的动力性与经济性。

但档位数越多，变速器的结构越复杂，使轮廓尺寸和质量加大，而且在使用时换挡也频繁。

在最低档传动比不变的条件下，增加变速器的档位数会使变速器相邻的低档与高档之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。

在确定汽车最大和最小传动比之后，应该确定中间各档的传动比。

实际上，汽车传动系各档传动比大体上是按照等比级数分配的。

因此，确定各档传动比大致为：

一档：

ig1=

二档：

ig2=

三档：

ig3=

四档：

ig4=

五档：

ig5=1

倒档：

iR=

（2）中心距初选

对于中间轴式变速器，中间轴与第2轴之间的距离成为变速器中心距A。

变速器中心距是一个基本参数，对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、齿轮的接触强度有影响。

中心距越小，出论的接触应力越大，齿轮寿命越短。

因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。

初选中心距A时，可根据下面的经验公式计算，

（）

式中：

KA为中心距系数，货车为KA=～，取为KA=；

Temax为发动机最大转矩，Temax=330N·mm；