115S传动轴配474发动机设计计算报告0618Word格式.docx
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五、参考文献9
一、校核目的
1、传动轴万向节夹角是否满足等速传动要求；
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。
——变速箱输出轴和轴管夹角；
——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474发动机）计算输入参数见表1
名称
数值
发动机最大转速nemaxr/min
6300
发动机最大力矩TemaxN.mm
102000
变速器一档速比ig1
4.425
变速器五档速比ig5
1
传动轴长度Lcmm
580
传动轴外径Dmm
50
传动轴内径dmm
46.4
满载质量Kg
1632
安全系数K
1.2～2.0
115S传动轴（配474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实际的夹角见表2，万向节许用夹角见表3。
状态
空载
1.39º
0.84º
下跳极限
6.97º
6.39º
上跳极限
10.3º
10.88º
表2万向节夹角
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——两轴夹角
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，输出轴与输入轴角速度波动曲线（
，ω3/ω1）如图1
图1空载状态下角速度波动曲线
下极限状态输出轴与输入轴角速度波动曲线（
，ω3/ω1）如图2。
图2下极限状态下角速度波动曲线
上极限状态输出轴与输入轴角速度波动曲线（
，ω3/ω1）如图3。
图3上极限状态下角速度波动曲线
空载状态下，输出轴与输入轴力矩波动曲线（
，T3/T1）如图4。
图4空载状态下力矩波动曲线
下极限状态下，输出轴与输入轴力矩波动曲线（
，T3/T1）如图5。
图5下极限状态下力矩波动曲线
上极限状态下，输出轴与输入轴力矩波动曲线（
，T3/T1）如图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）
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相关点坐标如表5所示，各具体位置如图7。
图7空载时的传动轴位置图
极限状态
X
Y
Z
花键理论中心Am
1735
23.4
27.1
万向节1中心Bm
1808.8
21.2
万向节2中心Cm
2385.7
20
-39
下跳
极限
1726.8
27.7
万向节1中心Cm
1800.6
21.8
2368.8
-94.5
Am移动量δ1
-8.2
1742.4
26.5
1816.2
20.6
2393.3
78.1
Am移动量δ2
7.4
表5各工况下相关坐标值（相对整车坐标系）
车轮下跳到极限位置时传动轴花键移动量δ1＝8.2mm<
<
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＝7.4mm<
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，传动轴在车轮上极限位置满足使用要求。
传动轴花键移动量δ＝δ1+δ2＝15.6mm。
4、传动轴临界转速校核
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=24332r/min。
驱动轴的实际最高转速：
ncmax＝
=6300
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=3.9。
《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。
5、传动轴强度校核
1）传动轴轴管强度校核
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×
=30.6>
16
由公式（9）可得：
=0。
性能系数
=0的汽车，动载系数Kd=1。
将表1参数带入公式8可得：
=71.2MPa。
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
=1.39°
=0.84°
Q1=2008.5N
Q2=2008.1N
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=8.8MPa
σ2=8.8MPa
1=4.3MPa
2=4.3MPa
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474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）
花键移动量δ
15.6
传动轴夹角β1（轴线与XY平面）
5.95º
传动轴夹角β2（轴线与ZX平面）
0.34º
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
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