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基于摩擦傳動的高分辨率和大沖程的微量進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)
哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院劉海濤，盧澤生
摘要
在摩擦傳動原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種通過壓電陶瓷結(jié)合螺桿軸和氣體靜壓引導(dǎo)的方式驅(qū)動的長沖程和高分辨率的微量進(jìn)給系統(tǒng)。設(shè)計(jì)用來使加載裝置可以靈活的起落。利用有限元方法對柔性連接裝置對它的靜態(tài)特性進(jìn)行分析。對這種微量進(jìn)給系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
關(guān)鍵詞： 摩擦傳動 壓電傳動裝置 柔性鉸鏈 有限元
1.簡介
光學(xué)在航空、航天、國防等領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用的行業(yè)。然而,生產(chǎn)的大型光學(xué)鏡面面臨著巨大的困難,效率較低、成本較高、增加在工藝設(shè)備的要求等。為了獲得更高的精度，高微位移分辨率超-先進(jìn)精密機(jī)床有待進(jìn)一步深入,以補(bǔ)償加工誤差。因此,微量進(jìn)給機(jī)制的設(shè)計(jì)已成為其關(guān)鍵技術(shù)之一。壓電陶瓷是一種近年來發(fā)展起來的新型的微量進(jìn)給機(jī)制。它所擁有的優(yōu)勢,比如體積小、功率大、分辨率高和高頻率響應(yīng),恒溫,不反彈，無粘性。因此它廣泛使用在微量進(jìn)給機(jī)制。如今,摩擦傳動機(jī)制逐步被獲得和使用。
2．微量進(jìn)給機(jī)制的結(jié)構(gòu)和工作原理
微量進(jìn)給機(jī)制是由三個(gè)部分組成:摩擦傳動裝置、滾珠螺桿及靜態(tài)壓力空氣軸承引導(dǎo)的方式。采用壓電陶瓷微量進(jìn)給機(jī)制阻滯,這些摩擦傳動扭曲向上套筒和驅(qū)動器
滾珠絲杠,從而帶動空氣軸承引導(dǎo)地實(shí)現(xiàn)了微量進(jìn)給運(yùn)動。 結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1， 軸承支架，2.活塞，3、活塞缸，4.精壓力空氣軸承導(dǎo)軌，5.滾珠絲杠，6. 壓電陶瓷底座，7.壓電陶瓷底座
圖一：進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
按照圖2所示的進(jìn)給系統(tǒng)工作原理是,套筒連接著球摩擦傳動螺桿、四個(gè)模塊是放置的兩側(cè)對稱的軸套。每一塊由相應(yīng)的壓電陶瓷用于驅(qū)動,這種機(jī)制由于是由壓電陶瓷驅(qū)動，適用于夾持產(chǎn)生夾力。進(jìn)給機(jī)制的運(yùn)作,壓電陶瓷適用于夾持在同一陣營的摩擦傳動驅(qū)動都工作在特定塊整齊,從而使摩擦傳動套筒連續(xù)的傳動。
圖1:(b)進(jìn)給系統(tǒng)圖片
圖2:進(jìn)料機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理
3．結(jié)合設(shè)計(jì)的可調(diào)機(jī)制
擰緊調(diào)節(jié)機(jī)制是一個(gè)需要在摩擦傳動機(jī)構(gòu)，它必須有足夠的 預(yù)緊力。典型的方法是鋼板彈簧預(yù)緊預(yù)緊機(jī)制，螺旋預(yù)緊 機(jī)制，氣壓預(yù)緊機(jī)制等。該擰緊機(jī)制本文設(shè)計(jì)的 靈活的平行四桿機(jī)構(gòu)。這是由壓電陶瓷droved供應(yīng)預(yù)緊力。該 預(yù)緊力可以改變控制的壓電陶瓷輸入電壓。 如圖3所示，利用有限元軟件分析的靜態(tài)特性。當(dāng)驅(qū)動力的 壓電陶瓷是在最大500N的，靈活安排四桿機(jī)構(gòu)剛度，有限元分析 軟件，是K =24.15N/μm，以及最大應(yīng)力彈性鉸鏈?zhǔn)? 32.7Mpa。如果沒有靈活失真 四桿機(jī)構(gòu)（即當(dāng)摩擦傳動板塊跟硬性），輸出力的壓電 陶瓷將完全轉(zhuǎn)化為預(yù)緊通過靈活的四桿機(jī)構(gòu)的力量。
4．驅(qū)動特性分析的機(jī)制
學(xué)習(xí)和掌握輻射源驅(qū)動特性的機(jī)制以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以改善整體性能，并提供了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
4.1驅(qū)動力矩
當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，有一個(gè)初步的轉(zhuǎn)動慣量作為零件的質(zhì)量存在問題的結(jié)果。為了研究驅(qū)動力矩，選擇摩擦傳動套筒為主體的影響。根據(jù)該理論認(rèn)為，動力學(xué)傳動裝置的能量是一樣的火車前和轉(zhuǎn)換后，各部分的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)化為摩擦套。正因?yàn)槿绱?，我們可以得到轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)動慣量。
圖三:計(jì)劃的靜態(tài)特性分析結(jié)合的機(jī)制
P:導(dǎo)程，m
R：套筒半徑，m
Ms：滾珠螺桿質(zhì)量，kg
Mt：套筒質(zhì)量，kg
通過以上分析,我們得到的等效轉(zhuǎn)動慣量的摩擦的袖子。現(xiàn)在我們選擇摩擦的袖子一樣對象來討論這個(gè)驅(qū)動力矩(動力),是需要裝置時(shí)開始及其影響因素。下列方程裝置時(shí)開始工作：
J：等效轉(zhuǎn)動慣量，kg。m2
R：摩擦套筒半徑，m
：套筒摩擦角加速度，rad/s2
M：驅(qū)動力矩，n。m
F：驅(qū)動力（摩擦片與套筒之間的摩擦力），n
當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，一個(gè)適宜的驅(qū)動器偏轉(zhuǎn)組應(yīng)該被應(yīng)用于摩擦套，以使該套可以有一定的角加速度。該驅(qū)動器偏轉(zhuǎn)組所產(chǎn)生的壓電輸出力陶瓷。由式2我們可以得到的等效轉(zhuǎn)動慣量的系統(tǒng)，半徑套的摩擦和驅(qū)動器對壓電陶瓷（爆發(fā)摩擦塊之間的摩擦和摩擦套），是影響力機(jī)制啟動的因素，所以我們應(yīng)該考慮各因素，以確保機(jī)制正常啟動。
4.2驅(qū)動剛性
剛性的驅(qū)動是其中的重要驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特征之一?，F(xiàn)在我們將分析駕駛進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛度詳細(xì)的證明。不靈活的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的級聯(lián)連接剛度的飼料的每一個(gè)片段的機(jī)制,這種機(jī)制有計(jì)算公式如下:
K：進(jìn)刀機(jī)構(gòu)總體硬度
Ky：壓電陶瓷剛度
Kf：接觸剛度之間的接觸摩擦表面的摩擦剛性塊體和壓電陶瓷套筒
Ks：導(dǎo)螺桿軸向剛度
Ks'：從軸向剛度改變導(dǎo)螺桿的扭轉(zhuǎn)剛度
Kn：螺母剛度
Kb：軸向載荷
Kh：軸承座機(jī)軸承架螺母的剛度
Kd：螺母連接塊軸向剛度
這是部分的分析和計(jì)算的剛性。
4.2.1壓電陶瓷剛度
本文用壓電陶瓷微定位是打印的WTYD0808055陶瓷生產(chǎn)的中國電子科技集團(tuán)公司先研究所。通過它的剛度測量實(shí)驗(yàn)15.15N /μm,如圖4
4.2.2接觸表面的接觸剛度、摩擦塊之間的套筒
兩個(gè)物體互相接觸將在以前的某些行動切向相對滑移過渡切向外部力量，這被稱為預(yù)位移。力和位移之間的比例關(guān)系，實(shí)際上反映了一個(gè)剛性的特點(diǎn)。相應(yīng)的剛性現(xiàn)在是：
K：常數(shù)
N：正壓力
R：對摩擦半徑的理想化的球體表面
很明顯的,特殊摩擦方程出發(fā),得到了齒輪傳動系統(tǒng)、鉀是由實(shí)驗(yàn),r是常量,唯一的影響
動人的剛性因素常壓N .很明顯,更大的N、較大的接觸剛度K。
圖4:剛度曲線的壓電陶瓷
4.2.3 軸向剛度的改變,從扭轉(zhuǎn)剛度的導(dǎo)螺桿
傳動鏈方面的需要進(jìn)行改造時(shí)統(tǒng)一計(jì)算它的剛性。因此，扭轉(zhuǎn)剛性必須轉(zhuǎn)換成下面的公式軸向剛度：
是螺旋上升的鉛角，（°）;
D是絲桿直徑，mm;
F是絲桿軸向力,N;
M是絲桿輸入時(shí)刻，N·mm;
是在絲桿和螺母之間的摩擦角，（°）;
是對絲杠扭轉(zhuǎn)剛度，Nmm/rad;
是絲杠扭轉(zhuǎn)，rad
P是絲桿長度，mm;
G是絲桿剪切彈性模量，Mpa;
是截面慣性矩，mm
L是兩個(gè)推力軸承的距離，mm
螺母連接的剛性塊軸向可以得到的有限元分析。螺母支架的剛度和軸承塊是非常大的，可以予以辭退。其他部分可以得到剛性通過查找表和計(jì)算?？傊ㄟ^演繹著驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛性方程，我們已經(jīng)找到了影響因素每一次駕駛駕駛部分，它提供了有關(guān)駕駛特性研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步造成剛性。
5.進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究
5.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)
如圖5所示，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由送料機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)，壓電陶瓷驅(qū)動器其電源供應(yīng)器及電感測微儀。
圖5:基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
本文采用一種基于平均控制曲線模型建立開環(huán)控制模型。首先,實(shí)驗(yàn)曲線測量壓電陶瓷控制電壓之間的關(guān)系和滑動運(yùn)輸距離。利用Matlab軟件以適應(yīng)線,以三次代數(shù)多項(xiàng)式擬合線,線擬合誤差,是一樣的顯示在圖6,由此我們得到相應(yīng)的關(guān)系表達(dá)式的控制電壓和距離和因此控制距離的進(jìn)給機(jī)制。
圖6:適合以三次代數(shù)多項(xiàng)式
控制電壓和距離的關(guān)系式公式7所示
x是輸出的距離,μm;
u控制電壓,V。
5.2實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)分辨率
如圖7,壓電陶瓷具有一定的伸長。就在這個(gè)時(shí)候,距離工作表微0.15μm。 然后一步拉伸逐漸在此基礎(chǔ)上,保持1.5在每一時(shí)刻。采樣時(shí)間是控寄存器。這分辨率曲線可以獲得實(shí)踐的距離,通過測量微進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用的電感測微儀。
圖7:距離分辨率曲線的進(jìn)給機(jī)制
6．結(jié)論
微進(jìn)給機(jī)構(gòu)一步用長征、高分辨率的設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上從以下結(jié)論分析得出:
1.結(jié)合機(jī)理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了壓電陶瓷靈活的鐵鉸鏈和分析了它靜態(tài)特性,采用有限元分析軟件;
2.分析了起動轉(zhuǎn)矩的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算;分析了駕駛剛度特性的微進(jìn)給機(jī)構(gòu),發(fā)現(xiàn)其影響因素;
3. 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以達(dá)到300mm，分辨率小于0.05μm少。
參考文獻(xiàn)
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東 北 林 業(yè) 大 學(xué) 2015屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
開 題 報(bào) 告
設(shè) 計(jì) 題 目： 本田雅閣Accord 2.0 汽車傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指 導(dǎo) 教 師： 教授
專 業(yè)：
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
2014年 12月31日
選題依據(jù)（選題經(jīng)過，國內(nèi)外動態(tài)，初步設(shè)想及創(chuàng)新點(diǎn)等）及可行性論述。
一、設(shè)計(jì)內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)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(jī)與驅(qū)動輪之間的動力傳遞裝置。它應(yīng)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(diào)變化等功能，使汽車具有良好的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性；還應(yīng)保證汽車能倒車，以及左、右驅(qū)動輪能適應(yīng)差速要求，并使動力傳遞能根據(jù)需要而平穩(wěn)地結(jié)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(nèi)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(jī)械式自動變速器(Automatic Transmission，AT)，無級變速器(Continuously Variable Transmission，CVT)，以及國內(nèi)外正在花大力氣研究的電控機(jī)械式自動變速器(Automated Manual Transmission，AMT)。因?yàn)殡娍貦C(jī)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(jīng)濟(jì)性、低排放和保護(hù)現(xiàn)有手動變速器生產(chǎn)投資的優(yōu)點(diǎn)，正受到各大汽車廠的重視。
3、四輪驅(qū)動裝置
四輪驅(qū)動方式目前分為分時(shí)式（切換時(shí)）、全時(shí)式（全時(shí)四驅(qū)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(dú)立懸架式、特殊式等。
三、初步設(shè)想
變速器設(shè)計(jì)
總傳動軸設(shè)計(jì)
減速裝置設(shè)計(jì)
總傳動軸設(shè)計(jì)
選題依據(jù)（選題經(jīng)過，國內(nèi)外動態(tài)，初步設(shè)想及創(chuàng)新點(diǎn)等）及可行性論述。
汽車傳動系統(tǒng)構(gòu)造圖
四、可行性分析
本科學(xué)過機(jī)械制造、機(jī)械原理、機(jī)械制圖、機(jī)械精度設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)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(jié)合學(xué)過的知識，我會很好地完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。
設(shè)計(jì)撰寫過程中擬采取的設(shè)計(jì)方案、方法、手段
由于受實(shí)地調(diào)研及實(shí)驗(yàn)的限制，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)撰寫主要是采用資料采集整理方法及向相關(guān)專業(yè)老師請教。
總體方案設(shè)計(jì)計(jì)劃運(yùn)用Auto CAD、Solid-works等軟件。
計(jì)
劃
進(jìn)
度
及
其
內(nèi)
容
一、課題，選題論證。 （2014年11月19日——2014年12月31日）
二、實(shí)習(xí)調(diào)研階段（收集整理資料、實(shí)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(shè)計(jì)） （2015年 3月23日——2015年4月6日）
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、完成機(jī)械圖紙繪制 （2015年 4月6日—— 2015年6月1日）
五、總結(jié)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(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀
1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)
二、總體方案設(shè)計(jì)
2.1 動力系統(tǒng)
2.2 傳動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
2.4 支承系統(tǒng)
三、主要技術(shù)部件參數(shù)確定及校核
3.1 變速器計(jì)算、校核
3.2 主傳動軸計(jì)算、校核
3.3 其他零件選擇
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 變速器設(shè)計(jì)
4.2 傳動軸設(shè)計(jì)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
指導(dǎo)教師
意 見
簽名：
年 月 日
專業(yè)
意見
簽名：
年 月 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
本田雅閣2.0汽車傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
專業(yè)班級：
指導(dǎo)教師：
教授
學(xué) 院：
機(jī)電工程學(xué)院
2015年6月
本田雅閣2.0汽車傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要
汽車發(fā)動機(jī)與驅(qū)動車輪之間的動力傳遞裝置稱為汽車的傳動系。它應(yīng)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(diào)變化等功能，使汽車具有良好的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行剖析。比較汽車發(fā)動機(jī)、變速器與其他種類電動機(jī)、變速器的區(qū)別。其中傳動軸、萬向節(jié)、減速器等作為重點(diǎn)設(shè)計(jì)對象。以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，對其進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后將各部分結(jié)合，匯成總裝圖。
關(guān)鍵詞 汽車；傳動系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
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(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 1
1.3 設(shè)計(jì)研究的目的意義 3
1.4 設(shè)計(jì)研究內(nèi)容及任務(wù) 4
2 總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 動力源選擇 5
2.1.1 發(fā)動機(jī)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(shè)計(jì) 6
2.2.1 離合器設(shè)計(jì) 6
2.2.2 變速器選擇 6
2.2.3 差速器設(shè)計(jì) 7
2.2.4 傳動軸設(shè)計(jì) 7
2.2.5 萬向節(jié)選用 8
2.2.6 驅(qū)動橋 9
2.3 支承系統(tǒng) 9
3 主要技術(shù)部件的計(jì)算及校核 10
3.1 萬向傳動軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
3.1.1 計(jì)算傳動軸的動載荷 10
3.1.2 十字萬向節(jié)設(shè)計(jì) 11
3.1.3 傳動軸強(qiáng)度校核 12
3.1.4 傳動軸的轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù) 13
3.2 差速器齒輪的設(shè)計(jì) 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(qiáng)度計(jì)算 16
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.2 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.3 傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
4.4 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.5 差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
結(jié)論 21
參考文獻(xiàn) 22
致謝 23
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 前言
1.1 概述
本次設(shè)計(jì)參照本田雅閣Accord 2.0 EX進(jìn)行汽車的傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
傳動系統(tǒng)指汽車發(fā)動機(jī)與驅(qū)動輪之間的動力傳遞裝置。不同駕駛條件下應(yīng)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(diào),和其他功能,汽車具有良好的動力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性;還應(yīng)保證汽車能扭轉(zhuǎn)和左、右驅(qū)動車輪能夠適應(yīng)差要求,并可根據(jù)需要進(jìn)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(diǎn)，采用本田高科技水準(zhǔn)的VTEC技術(shù)，并擁有廢氣循環(huán)、環(huán)境保護(hù)的特質(zhì)，且使燃油經(jīng)濟(jì)性較普通轎車提高百分之三。通過“G-Design Shift”控制技術(shù)，快速應(yīng)對駕駛者的需求。真正實(shí)現(xiàn)安全駕駛、高效運(yùn)輸?shù)那疤嵯?，提高車主的滿意程度［1］。
1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀
雅閣（Accord）作為本田“創(chuàng)新”精神和全球領(lǐng)先技術(shù)的體現(xiàn)者，持續(xù)創(chuàng)造新價(jià)值，贏得全球1900萬用戶信賴。1999年，第六代雅閣進(jìn)入中國，第一次在中國汽車市場同步引進(jìn)世界最新最先進(jìn)的車型。進(jìn)入中國15年來，雅閣一直堅(jiān)持垂直換代并不斷進(jìn)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(lǐng)先汽車技術(shù)，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(jìn)化的綜合高段位強(qiáng)勢提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本田近年來不斷加大對顧客的售后服務(wù)力度及調(diào)查，提高了品牌知名度及信譽(yù)度，讓顧客感到賓至如歸以及汽車帶來的品質(zhì)生活［2］。
在1898年之前，汽車發(fā)動機(jī)多采用前輪驅(qū)動，故而發(fā)動機(jī)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(shí)驗(yàn)，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(jī)動力必須緊靠驅(qū)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(dǎo)致了前置后驅(qū)動的跟進(jìn)，以及后置前驅(qū)動汽車的流行，其意味著人們對這一技術(shù)領(lǐng)域的不斷開拓。經(jīng)過一百多年的發(fā)展汽車傳動技術(shù)已經(jīng)非常的成熟它已經(jīng)能夠輕易的實(shí)現(xiàn)：減速增矩；可以實(shí)現(xiàn)多極乃至無極變速；實(shí)現(xiàn)汽車的倒駛；必要時(shí)中斷傳動系統(tǒng)的動力傳遞；轉(zhuǎn)彎具有差速調(diào)節(jié)等功能。
我們可以預(yù)言汽車傳動系統(tǒng)的市場與應(yīng)用前景會不斷提升因?yàn)榘橹茖W(xué)技術(shù)的不斷提高以及汽車傳動技術(shù)的不斷開拓。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(zhuǎn)差式電磁離合器等。
電磁離合器工作方式又可分為：通電結(jié)合和斷電結(jié)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(shí)“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(shí)，磁粉結(jié)合，主動件帶動從動件同時(shí)轉(zhuǎn)動，之前在主動與從動件之間放置磁性材料，不通電時(shí)磁粉處于散亂狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：可通過調(diào)節(jié)電流來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，允許較大滑差。缺點(diǎn)：較大滑差時(shí)溫升較大，相對價(jià)格高。
磁場強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速差決定著扭矩大小，如果勵(lì)磁電流保持不變，那么轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增加會急劇下降；轉(zhuǎn)矩保持不變，勵(lì)磁電流減少，轉(zhuǎn)速減少得更加嚴(yán)重。
轉(zhuǎn)差式電磁離合器相當(dāng)于無接觸的兩部分，因而少了磨損消耗等，這是它的一個(gè)特點(diǎn)。該離合器的主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子中的渦流會產(chǎn)生熱量，該熱量與轉(zhuǎn)速差成正比。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的效率很低，效率值為主、從動軸的轉(zhuǎn)速比，即。
主動件與從動件之間處于分離狀態(tài)時(shí)，主動件轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。
廣泛適用于機(jī)床、包裝、印刷、紡織、輕工、及辦公設(shè)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(zhì)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(qū)動部分,壓實(shí)機(jī)理和運(yùn)行機(jī)制四部分組成。主要和次要部分和壓實(shí)機(jī)理是確保離合器在一份聯(lián)合狀態(tài)和可以驅(qū)動電源的基本結(jié)構(gòu),以及離合器操作機(jī)構(gòu)主要是使離合器裝置。分離軸承后復(fù)位彈簧的作用下,產(chǎn)生自由間隙,離合器結(jié)合。
（4）液力離合器
液力離合器用流體（一般用油）作傳動介質(zhì)，與機(jī)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(zhuǎn)動而產(chǎn)生的振動和沖擊。
液力離合器的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)輸入軸，具有一個(gè)增速齒輪系；一個(gè)工作液流腔，由一個(gè)葉輪、一個(gè)從動輪和一個(gè)葉輪殼構(gòu)成；一個(gè)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(yīng)力承受范圍的材料構(gòu)成，以減小離心應(yīng)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(gè)固定軸傳動(正常傳輸)和旋轉(zhuǎn)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(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋,重型卡車的傳播相結(jié)合,有更多的裝備。所謂變速器檔數(shù)即指其前進(jìn)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(nèi)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(jī)工況的最佳匹配。常見的無級變速器有液力機(jī)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(jī)械傳動,傳動比可以幾個(gè)不連續(xù)面之間的最大和最小范圍無級變化,目前應(yīng)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(chǎn)的自動變速器有液力機(jī)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(jī)械式自動變速器(AMT)［5］。
3.四輪驅(qū)動裝置
四輪驅(qū)動方式目前分為分時(shí)式（切換時(shí)）、全時(shí)式（全時(shí)四驅(qū)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(dú)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(jī)構(gòu)裝在一個(gè)殼體內(nèi)稱整體式主減速器。
B、分開式主減速器。當(dāng)?shù)谝患壷鳒p速器安裝在汽車左、右輪中部時(shí)稱中央減速器。
當(dāng)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(jī)齒輪之間的過渡,主動錐齒輪左側(cè)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(zhuǎn)，從動齒輪向前轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)械方面。
這樣作的好處是可以減小半軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，有利于減小半軸的尺寸和質(zhì)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(gòu)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(xué)名盆角齒,椎齒輪主動齒帶動傳動軸傳動,正方形旋轉(zhuǎn),右錐齒輪作為驅(qū)動軸,導(dǎo)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(dá)到減速的功能［6］。
1.3 設(shè)計(jì)研究的目的意義
我們現(xiàn)正處于21世紀(jì)的開端，積極進(jìn)行高等教育改革，建立適應(yīng)新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)、社會和科學(xué)技術(shù)發(fā)展需要的新的教育質(zhì)量觀念，并通過各項(xiàng)改革措施，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，是高等學(xué)校面臨的一項(xiàng)重大課題，也是高等教育要完成的重要任務(wù)之一。高等工程教育歷來十分重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的加強(qiáng)與拓寬，畢業(yè)設(shè)計(jì)無疑是培養(yǎng)本科生知識、能力、素質(zhì)提高的關(guān)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(gè)必要的基礎(chǔ)。圍繞當(dāng)前影響高等學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量的突出環(huán)節(jié)─—畢業(yè)設(shè)計(jì)。積極進(jìn)行改革探索，對于培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)需要的高級建設(shè)技術(shù)人才具有重要意義。
高等工科院校的畢業(yè)設(shè)計(jì)是完成教學(xué)計(jì)劃達(dá)到本科生培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。它通過深入實(shí)踐、了解社會、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)或撰寫論文等諸環(huán)節(jié)，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力和獨(dú)立工作能力、組織管理和社交能力；同時(shí)，對學(xué)生的思想品德，工作態(tài)度及作風(fēng)等諸方面都會有很大影響。對于增強(qiáng)事業(yè)心和責(zé)任感，提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有重要意義。是學(xué)生在校期間的昀后學(xué)習(xí)和綜合訓(xùn)練階段；是學(xué)習(xí)深化、拓寬、綜合運(yùn)用所學(xué)知識的重要過程；是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)；是學(xué)生綜合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)；是實(shí)現(xiàn)學(xué)生從學(xué)校學(xué)習(xí)到崗位工作的過渡環(huán)節(jié)；是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)定的重要依據(jù)；是衡量高等教育質(zhì)量和辦學(xué)效益的重要評價(jià)內(nèi)容。
1.4 設(shè)計(jì)研究內(nèi)容及任務(wù)
1.研究內(nèi)容
汽車的傳動系統(tǒng)的組成有離合器、變速器、萬向節(jié)、驅(qū)動橋、差速器、半軸、等零部件。它的布置方案又分為機(jī)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(gè)方案又各自分成不同的小的方案，每個(gè)小的方案也有自己不同的零件選擇標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和不同的布置方案方法。所以說汽車傳動系統(tǒng)是一個(gè)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(gè)零部件的功能作用以及對傳動軸的設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.設(shè)計(jì)任務(wù)
（1）編寫計(jì)算說明書
A.前言
B.總體方案設(shè)計(jì)
C.主要技術(shù)部件參數(shù)確定及校核
D.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
E.結(jié)論、參考文獻(xiàn)
（2）設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)
總體方案設(shè)計(jì)包括動力源選擇、傳動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、變速器設(shè)計(jì)、差速器設(shè)計(jì)、半軸設(shè)計(jì)等。
2.1 動力源選擇
汽油機(jī)還是柴油機(jī)是汽車動力源即發(fā)動機(jī)的兩個(gè)主要選擇，然后是氣缸的排列型式，最后確定發(fā)動機(jī)的冷卻方式。
汽車應(yīng)用最廣的發(fā)動機(jī)分為汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)。汽油發(fā)動機(jī)又包括二沖程、四沖程和轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。柴油發(fā)動機(jī)包括二沖程和四沖程發(fā)動機(jī)。目前，考慮到石油資源的有限性，一些新能源發(fā)動機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生。比如，液化石油氣發(fā)動機(jī)，天然氣發(fā)動機(jī)等等［8］。
2.1.1 發(fā)動機(jī)的選擇
所設(shè)計(jì)汽車總重量為，驅(qū)動形式為后輪驅(qū)動。汽車最高時(shí)速為≥200km/h.發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩220Nm/4000rpm。
由以上數(shù)據(jù)，查閱資料，發(fā)動機(jī)類型確定為2.0升——直列四缸——16氣門——單片機(jī)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(jī)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(qū)動橋等。在整個(gè)傳動系中，有減速功能的部分為：變速箱、驅(qū)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(shè)計(jì)
2.2.1 離合器設(shè)計(jì)
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(zhuǎn)矩方式不同。在機(jī)械式傳動系統(tǒng)中，以摩擦式離合器的應(yīng)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(jié)構(gòu)型式多種多樣，根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)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(yīng)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(jié)構(gòu)如圖2-1所示。
圖2-1 離合器總成結(jié)構(gòu)圖
2.2.2 變速器選擇
汽車變速器和機(jī)床變速器工作原理相同，通過撥叉干等操作機(jī)構(gòu)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(shí)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(shí)現(xiàn)變速箱內(nèi)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(jīng)濟(jì)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(jī)械加工工藝性，合理性，采用組合式機(jī)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(shè)計(jì)
汽車動力系統(tǒng)的動力經(jīng)離合器傳給變速器、經(jīng)過傳動軸，在驅(qū)動橋里左右分配給半軸驅(qū)動車輪，驅(qū)動橋是這條動力傳遞路線最后一個(gè)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(shí)現(xiàn)，相對來說不復(fù)雜。汽車差速器則是驅(qū)動轎的主要部件。其功能是在向左右驅(qū)動半軸傳遞動力的同時(shí)，允許左右半軸以差速狀態(tài)旋轉(zhuǎn)，使左右車輪盡量以純滾動的形式，作不等距旋轉(zhuǎn)，降低輪胎摩擦帶來的損害。轉(zhuǎn)彎時(shí)車輪的軌跡是圓弧，如汽車左轉(zhuǎn)彎，則圓弧的中點(diǎn)在左邊，一個(gè)單位時(shí)間，右輪跑的路線比左側(cè)輪子長，為了補(bǔ)償路線長度差，就需要左邊輪子轉(zhuǎn)動速度慢，右邊輪子轉(zhuǎn)速快，通過速度差來彌補(bǔ)距離的不同。差速器的問世，令人們欣慰，因?yàn)樗芎玫亟鉀Q了這個(gè)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(zhuǎn)完成動力傳遞。這里需滿足（左半軸轉(zhuǎn)速+右半軸轉(zhuǎn)速）=2（行星輪架轉(zhuǎn)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(gè)車輪速度變大。汽車自動調(diào)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(dāng)出現(xiàn)彎路時(shí)，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(shè)計(jì)
發(fā)動機(jī)的驅(qū)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(jìn)行相隔兩點(diǎn)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(qū)動軸。
1.傳動軸
傳動軸是將驅(qū)動力從變速器傳遞給主減速器的旋轉(zhuǎn)軸，由等速萬向節(jié)（該等速萬向節(jié)可適應(yīng)變速器和主減速器相對位置的變化，當(dāng)軸交叉角變化時(shí)，也可傳遞驅(qū)動力）和可軸向伸縮的花鍵以及軸管構(gòu)成［12］。
圖2-3 傳動軸示意圖
2.驅(qū)動軸
驅(qū)動軸好比支架，是減速器和輪轂之間的連接軸，分為前驅(qū)動軸和后驅(qū)動軸。
A、前驅(qū)動軸 B、后驅(qū)動軸
圖2-4 驅(qū)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(jié)構(gòu)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(cè)萬向節(jié)叉、輸出側(cè)萬向節(jié)叉以及連接它們的十字軸構(gòu)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(jìn)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(shè)計(jì)選用彈性卡環(huán)式［13］。
2.2.6 驅(qū)動橋
驅(qū)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(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動車輪，來降速、提高轉(zhuǎn)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(qū)動橋示意圖
2.3 支承系統(tǒng)
由于本設(shè)計(jì)為傳動系統(tǒng)，涉及支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)屬于底盤設(shè)計(jì)，這里不作設(shè)計(jì)。
3 主要技術(shù)部件的計(jì)算及校核
本設(shè)計(jì)選主要零部件進(jìn)行校核計(jì)算。
3.1 萬向傳動軸的設(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求：
1.保證所連接的兩根軸相對位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動時(shí)，能可靠地傳遞動力。
2.保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。
4.傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等。
變速器或分動器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸之間普遍采用十字軸萬向傳動軸。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，多采用等速萬向傳動軸。當(dāng)后驅(qū)動橋?yàn)楠?dú)立的彈性，采用萬向傳動軸。
臨界轉(zhuǎn)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(nèi)、外徑（mm)；
為傳動中軸的最高轉(zhuǎn)速。
但傳動軸長度大于時(shí)，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(gè)或四個(gè)，采用花鍵軸[14]。
軸管的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力應(yīng)滿足；
（3-2）
式中：為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，為300Mpa。
3.1.1 計(jì)算傳動軸的動載荷
動載荷，取發(fā)動機(jī)一檔傳動比和最大轉(zhuǎn)矩來代入公式
（3-3）
（3-4）式中：發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
驅(qū)動橋數(shù)；
發(fā)動機(jī)到萬向節(jié)傳動軸之間的傳動效率；
滿載狀態(tài)下一個(gè)轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋上的靜載荷
；
發(fā)動機(jī)最大加速度的前軸轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shè)計(jì)
1.設(shè)作用于十字軸軸頸的中點(diǎn)的力為F，則
2.十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力應(yīng)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(diǎn)到軸頸作點(diǎn)用的的距離；
是彎曲應(yīng)力許用值，為250-350Mpa；
是切應(yīng)力許用值，為
故十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力滿足校核條件。
3.十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)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(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷
當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為3000-3200Mpa
所以十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)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(chǎn)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(yīng)力以及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力需符合下列公式：
（3-8）
（3-9）
式中：??；
；
查表，取，，；
彎曲應(yīng)力的許用值為50-80Mpa；
扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力的許用值為80-160Mpa。
得：
故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)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(guān)。
當(dāng)時(shí)，如下式計(jì)算（?。?
3.1.3 傳動軸強(qiáng)度校核
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件
（3-10）
式中：軸傳遞的功率分別為傳動軸的外內(nèi)直徑；
查表得為
所以傳動軸的強(qiáng)度符合要求。
3.1.4 傳動軸的轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù)
1.傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速為
（3-11）
式中：傳動軸的支撐長度分別為傳動軸管的內(nèi)外直徑。
在設(shè)計(jì)傳動軸時(shí)，取安全系數(shù)
故符合要求
2.傳動軸直徑除應(yīng)滿足臨界轉(zhuǎn)速要求以外，還需有符合校核的扭矩。
3.軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
（3-12）
式中：
所以軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核符合要求
4.對于傳動軸上的花鍵軸，通常以底徑計(jì)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。許用應(yīng)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(cè)擠壓應(yīng)力應(yīng)滿足
（3-13）
式中：花鍵轉(zhuǎn)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(yīng)力。
所以傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)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(nèi)受力分析圖
（2）當(dāng)量彎矩如圖3-2
圖3-2 當(dāng)量彎矩圖
因汽車傳動軸雙向回轉(zhuǎn)，視扭矩為脈動循環(huán)
最大危險(xiǎn)處為C點(diǎn)處，其當(dāng)量彎矩
彎曲應(yīng)力
由表查得，對于45號鋼
故軸的強(qiáng)度足夠。
3.2 差速器齒輪的設(shè)計(jì)
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(gè)。反之如貨車取4個(gè)。本設(shè)計(jì)取2個(gè)。
2.行星齒輪球面半徑的確定
球面半徑由經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)取2.5。
——上文3.1計(jì)算轉(zhuǎn)矩
取整
確定后，即可根據(jù)以下公式預(yù)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(qiáng)度足夠高，方法是使齒數(shù)變少，原則不少于10.驅(qū)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(nèi)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)這里星系齒輪齒數(shù)，半軸齒輪齒。
應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)矩，；
——行星齒輪數(shù)；
——行星齒輪支撐面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x，
——支撐面的許用擠壓應(yīng)力，在此取為39Mpa。
計(jì)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(qiáng)度計(jì)算
差速器齒輪主要受彎矩，所以疲勞壽命不涉及計(jì)算。
彎曲應(yīng)力計(jì)算公式為
（3-14）
式中：——差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算公式，
——端面模數(shù)，；
——?jiǎng)虞d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(zhì)量系數(shù)，取1.0；
——齒輪齒面寬；
——彎曲應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)工作原理及工藝性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尺寸計(jì)算與繪圖穿插進(jìn)行。
4.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4-1
圖4-1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖
2.部分工作原理
發(fā)動機(jī)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(shí)現(xiàn)變速。同其他變速箱一樣，通過“撥叉干”類似操縱機(jī)構(gòu)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(nèi)有實(shí)現(xiàn)變速機(jī)構(gòu)，操作方面[15]。
4.2 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(jī)與變速箱暫時(shí)分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機(jī)向變速器輸入的動力。離合器是機(jī)械傳動中的常用部件，可將傳動系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合[16]。
離合器分為三個(gè)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(yùn)作行駛時(shí)，離合器壓盤處于連接狀態(tài)，里面無運(yùn)作。而離合器的分離是通過踩離合器踏板來控制的。
因?yàn)榘l(fā)動機(jī)是一直運(yùn)作的，所以當(dāng)汽車需要短時(shí)間停止時(shí)，發(fā)動機(jī)與變速器之間需要主動斷開，離合器相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。目的在于防止發(fā)動機(jī)熄火不好再開動，以及提高燃油經(jīng)濟(jì)性方面。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-2.
圖4-2 離合器結(jié)構(gòu)圖
4.3 傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.工作原理
主傳動軸前端采用花鍵軸及軸套鏈接，補(bǔ)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(qū)動橋整體上的懸架，有彈性，保證汽車運(yùn)行中路面不平產(chǎn)生跳動。
在發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)的汽車中，連接變速器與驅(qū)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(shí)，固有頻率會降低，容易產(chǎn)生共振，故將其分為兩段，并加設(shè)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(gè)管形密封保護(hù)套，在該保護(hù)套端設(shè)置了兩道聚氨酯橡膠油封，使伸縮套內(nèi)形成了一個(gè)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(shí)，在花鍵軸與套內(nèi)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(nèi)容[17]。
其結(jié)構(gòu)傳動軸如圖4-3。
圖4-3傳動軸結(jié)構(gòu)圖
4.4 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.萬向節(jié)工作原理
萬向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-5。萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、強(qiáng)度可靠。是實(shí)現(xiàn)變角度動力傳遞的機(jī)件，用于需要改變傳動軸線方向的位置，它是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的萬向傳動裝置的 “關(guān)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)和作用有點(diǎn)像人體四肢上的關(guān)節(jié)，它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內(nèi)變化。為滿足動力傳遞、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的上下跳動所造成的角度變化，前驅(qū)動汽車的驅(qū)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(gè)的萬向節(jié)不能使輸出軸與軸入軸的瞬時(shí)角速度相等，容易造成振動，加劇部件的損壞，并產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高的優(yōu)點(diǎn)，但在兩軸夾角α不為零的情況下，不能傳遞等角速轉(zhuǎn)動。
圖4-4萬向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
4.5 差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.差速器工作原理
差速器設(shè)計(jì)如圖4-5。汽車差速器能夠使左、右（或前、后）驅(qū)動輪實(shí)現(xiàn)以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)。主要由左右半軸齒輪、兩個(gè)行星齒輪及齒輪架組成。功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右車輪以不同轉(zhuǎn)速滾動，即保證兩側(cè)驅(qū)動車輪作純滾動運(yùn)動。差速器是為了調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)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(jī)的動力經(jīng)傳動軸進(jìn)入差速器，直接驅(qū)動行星輪架，再由行星輪帶動左、右兩條半軸，分別驅(qū)動左、右車輪。差速器的設(shè)計(jì)要求滿足：（左半軸轉(zhuǎn)速）+（右半軸轉(zhuǎn)速）=2（行星輪架轉(zhuǎn)速）。當(dāng)汽車直行時(shí)，左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處于平衡狀態(tài)，而在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)三者平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。小錐齒和行星齒輪嚙合，將動力轉(zhuǎn)矩傳遞給另一側(cè)半軸，使兩邊車輪都可以旋轉(zhuǎn)，并自動調(diào)節(jié)差速效果[19]。
轉(zhuǎn)彎時(shí)車輪的軌跡是圓弧，如汽車左轉(zhuǎn)彎，則圓弧的中點(diǎn)在左邊，一個(gè)單位時(shí)間，右輪跑的路線比左側(cè)輪子長，為了補(bǔ)償路線長度差，就需要左邊輪子轉(zhuǎn)動速度慢，右邊輪子轉(zhuǎn)速快，通過速度差來彌補(bǔ)距離的不同。
差速器殼不能有任何性質(zhì)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(yīng)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(yīng)予更換或予以修理[20]。
圖4-5 差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。
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附錄
結(jié)論
本設(shè)計(jì)以本田雅閣九代汽車傳動系統(tǒng)為原型。在給定主要技術(shù)參數(shù)基礎(chǔ)上，著重設(shè)計(jì)了汽車傳動系統(tǒng)中的離合器、傳動軸及差速器。進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪出相應(yīng)裝配圖和零件圖。對于連接部件萬向節(jié)進(jìn)行了計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。傳動軸及差速器齒輪，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算及校核，理論上滿足設(shè)計(jì)要求。所做工作如下：
1. 明確設(shè)計(jì)要求，規(guī)劃功能結(jié)構(gòu)，并確定汽車運(yùn)行過程，初步確定出傳動系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。
2. 進(jìn)行傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(diǎn)為力求在滿足設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上提高整體性能，包括減輕質(zhì)量及提高燃油經(jīng)濟(jì)性。還有就是減少制造成本。
缺點(diǎn)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。
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致謝
衷心感謝xx老師對本人的精心指導(dǎo)。從開題到畢業(yè)答辯老師每次開會都盡責(zé)務(wù)細(xì)心講解。她的言傳身教將使我終生受益。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，承蒙xx老師熱心指導(dǎo)與幫助，不勝感激。
還有，要感謝同學(xué)和學(xué)校，給我們學(xué)習(xí)的機(jī)會、場所、良好的環(huán)境以及對我們的悉心照顧。讓我們有了立足社會的基礎(chǔ)。祝母校日益輝煌。
★注意：僅填寫評審意見表的前兩行。小四號宋體。