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1、大學生方程式賽車設計（傳動及最終傳動系統(tǒng)設計） 摘 要 汽車傳動系統(tǒng)的基本功用是將發(fā)動機輸出的動力傳遞給驅動車輪，傳動系統(tǒng)對整車的動力性和設計中一個重要的組成部分。本文主要研究的是FSAE方程式賽車傳動系統(tǒng)的燃油經濟性有很大的影響，故傳動系統(tǒng)參數的確定是汽車設計，基于我院LS Racing車隊三年來的比賽經驗和設計理念，對賽車的傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化和改造。本賽車選用的是鈴木CBRR600四缸發(fā)動機，差速器是選用德雷克斯勒限滑差速器（Drexler），根據發(fā)動機的特性參數、檔位比和差速器的工作原理，選擇合適的鏈傳動比，計算鏈條的參數，設計差速器固定支架，合理的布置整個傳動系統(tǒng)。針對傳動系統(tǒng)各組成

2、部件，采用ANSYS有限元分析軟件對零部件進行強度校核，優(yōu)化結構使其達到質量輕、強度高的目標。 關鍵字：FSAE，差速器選型，德雷克斯勒限滑差速器，傳動系 I Formula SAE of china (transmission and final drive system) ABSTRACT The basic function of auto transmission system is transfer engine power to drive wheels .The transmission system has a great influence in d

3、ynamic performance .So the parameter of drive system is one of the important part in automobile design .The article mainly research is drive system design of FSAE racing car. The car drive system optimization and transformation is based on LS Racing team competition experience and design concept in

4、the past three years .The racing car engine is choose SUZUKI GSX-R600 have four cylinder engine .The differential is choose Drexler limited slip differential. According to the characteristics of the engine parameters, gear ratio and differential working principle ,that choose the right chain transmi

5、ssion ratio, calculation chain parameters, design the differential fixed bracket, reasonable arrangement of the drive system. Aimed at the transmission system components, use the ANSYS finite element analysis to check intensity of the parts, that optimize structure enables it to achieve light weight

6、, high strength goal. KEY WORD： FSAE, Differential selection, Drexler limited slip differential, the ANSYS finite element analysis 29 目 錄 第一章 大賽背景及發(fā)展現狀 1 1.1 賽事背景 1 1.2 國外情況 2 1.3 國內情況 2 第二章 緒論 4 2.1 傳動系統(tǒng)的組成 4 2.2 傳動系統(tǒng)的功能實現 4 2.3 FSAE大學生方程式賽車傳動系統(tǒng)的特點 5 2.4 中國大學生方程式汽車大賽（FSC）傳動規(guī)則和要求 6

7、 2.5 本次傳動系統(tǒng)設計任務 6 第三章 賽車動力總成的選擇與布置 7 3.1 整車參數與主要結構 7 3.2 賽車動力性計算 9 3.2.1 主減速比確定 9 3.2.2 賽車驅動力的計算 9 3.3 賽車動力性的驗證與優(yōu)化 11 3.3.1 擬合外特性曲線圖 11 3.3.2 驅動力-行駛阻力平衡圖 12 3.3.3 發(fā)動機功率-行駛阻力功率平衡圖 12 3.3.4加速度特性曲線 13 3.3.5 動力因數圖 14 3.4 傳動方式確定 14 第四章 動力總成與車架的連接及與驅動輪的傳動設計 17 4.1 差速器固定 17 4.2 車輪法蘭設計 19 4.

8、3 大小鏈輪的設計 20 4.3.1 鏈輪齒數 、 和傳動比i的計算與確定 20 4.3.2齒數的選取原則 20 4.3.3 傳動比的確定 20 4.3.4 鏈輪的計算與選取 20 4.4 差速器的設計與選擇 25 4.4.1 差速器原理 25 4.4.2 差速器的分類 26 4.4.3 方程式賽車的差速器結構選擇 30 4.4.4 差速器選用說明 31 4.5 萬向節(jié)的選擇 31 4.5.1 萬向節(jié)的工作原理 32 4.5.2 等速萬向節(jié)的分類 32 4.6 此次設計選用的萬向節(jié)類型 35 參考文獻 37 結束語 38 第一章 大賽

9、背景及發(fā)展現狀 隨著我國汽車工業(yè)的崛起，賽車文化日益蓬勃發(fā)展，同時為號召十二五時期黨中央提出的科技強國口號，在這樣一個背景下，2010年首屆中國大學生方程式汽車大賽在上海國際賽車場隆重舉辦。隨后的第二屆中國大學生方程式汽車大賽的引擎在此轟鳴在上海國際賽車場，規(guī)模比前一屆擴大將近一倍，吸引了包括一支海外車隊——慕尼黑工業(yè)大學在內的一共34支隊伍參加。在此，我選擇FSAE賽車動力及傳動總成布置設計為我畢業(yè)設計的題目，希望通過此次設計優(yōu)化讓我校的賽車馳騁在2012年上海賽車場。 1.1 賽事背景 Formula SAE，是由各國SAE，即汽車工程師協(xié)會舉辦的面向在讀或畢業(yè)7個月以內的本科生或研

10、究生舉辦的一項學生方程式賽車比 賽，要求在一年的時間內制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現并且足夠穩(wěn)定耐久，能夠成功完成規(guī)則中列舉的所有項目業(yè)余休閑賽車。自1981年創(chuàng)辦以來，FSAE已發(fā)展成為每年由7個國家舉辦的9場賽事所組成，并有數百支來自全球頂級高校的車隊參與的青年工程師盛會。 SAE方程式（Formula SAE）系列賽源于1978年。第一次比賽于1979年在美國波斯頓舉行，13支隊伍中有11支完賽。當時的規(guī)則是制作一臺5馬力的木制賽車。SAE方程式（Formula SAE）系列賽將挑戰(zhàn)本科生、研究生團隊構思、設計與制造小型具有越野性能的方程式賽車的能力。為給車隊最大的設

11、計彈性和自我表達創(chuàng)意和想象力的空間，在整車設計方面將會限制很少。賽前車隊通常用8至12個月組的時間設計、建造、測試和準備賽車。在與來自世界各地的大學代表隊的比較中，賽事給了車隊證明和展示其創(chuàng)造力和工程技術能力的機會。 為了達到比賽的目的、學生可以把自己假想設計人員。某一制造公司聘請他們?yōu)槠湓O計、制造和論證一輛用來評估該公司某一量產項目的原型車。預期的銷售市場是周末業(yè)余汽車比賽。因此，該車必須在加速，制動和操控性能方面表現出色。該車必須成本低廉、易于維修、可靠性好。此外，考慮到市場銷售的因素，該車需美觀、舒適，零部件也需要有通用性。制造企業(yè)計劃每天生產四輛該型車,并要求原型車實際耗資應低于2.

12、5萬美元（該規(guī)則09年已經取消）。設計小組受到的挑戰(zhàn)是設計和組裝一輛滿足各種要求的車。各個設計環(huán)節(jié)將作為競賽比較和評判的內容。 1.2 國外情況 目前FSAE在美國，巴西，日本，英國，德國，匈牙利，澳大利亞等國均有比賽。日本在10年前開始舉辦該項賽事，目前已成為亞洲FSAE頂級比賽，每年吸引包括斯圖加特，格拉斯，DUT，RIT等大學車隊參加，同時日本本土強隊上智大學索菲亞車隊也是每年固定參與的強隊之一。世界各國前對匯聚在此，彼此交流心得，相互競爭切磋，相互學習，共同提高。第九屆日本FSAE盛況如下圖： 圖1-1 2011年第九屆日本FSAE大賽 1.3 國內情況 FSAE中國賽的

13、中文名稱為中國大學生方程式汽車大賽，英文名稱為Formula Student China（簡稱FSC），目前已舉辦兩屆。兩屆FSC賽事均在上海國際賽車場舉辦，在2011年舉辦的第二屆中國大學生方程式汽車大賽中，北京理工大學方程式車隊擊敗了包括慕尼黑工業(yè)大學TUfast車隊，同濟大學方程式車隊，湖南大學方程式車隊，吉林大學急速車隊等強隊，蟬聯(lián)了總冠軍。 同國外比賽一樣，比賽分為動態(tài)項目與靜態(tài)項目兩個大項。其中靜態(tài)項目包括：營銷報告（Presentation 75分）、設計報告（Design 150分）、成本分析報告（Cost 100分）；動態(tài)項目包括：75米加速（Acceleration

14、 75分）、八字繞環(huán)（Skid-Pad 50分）、高速避障（Autocross 150分）、耐久性（Endurance 350分）、燃油經濟性（Fuel Economy 50分），總共1000分。 第二章 緒論 2.1 傳動系統(tǒng)的組成 汽車發(fā)動機與驅動輪之間的動力傳遞裝置稱為汽車的傳動系。它應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)調變化等功能，使汽車具有良好的動力性和燃油經濟性；還應保證汽車能倒車，以及左、右驅動輪能適應差速要求，并使動力傳遞能格局需要而平穩(wěn)地結合或徹底、迅速地分離。傳動系包括離合器、變速器、傳動軸、主減速器、及半軸等

15、部分。 2.2 傳動系統(tǒng)的功能實現 傳動系統(tǒng)的首要任務是與發(fā)動機協(xié)同工作，以保證汽車在各種行駛條件下正常行駛所必需的驅動力與車速，并使汽車具有良好的動力性和燃油經濟性。為此，任何形式的傳動系統(tǒng)都必須具有以下功能。 1、實現減速增扭 只有當作用在驅動輪上的驅動力足以克服外界對汽車的阻力時，汽車方能起步并正常行駛。假如將發(fā)動機與驅動輪之間直接連接，則汽車速度很大，這樣高的車速既不實用，又不可能實現（因為相應的驅動力太小，汽車根本無法起步）。為解決這一矛盾，必須使傳動系統(tǒng)具有減速增扭的作用，亦既使驅動輪的轉速降為發(fā)動機轉速的若干分之一，相應的驅動輪所得到的扭矩則增大到發(fā)動機轉矩的若干倍；

16、2、實現汽車變速汽車的使用條件在很大范圍內不斷變化，這就要求汽車的驅動力和速度也有相當大的變化范圍； 3、實現汽車倒駛汽車在某些情況下需要倒向行駛； 4、必要時中斷傳動系統(tǒng)的動力傳遞發(fā)動機只能在無負荷情況下啟動，而且啟動后的轉速必須保持在最低穩(wěn)定轉速之上，否則可能會熄火。所以，在汽車起步之前，必須將發(fā)動機到驅動輪的動力傳遞路線切斷，以便啟動發(fā)動機； 5、應使兩側驅動車輪具有差速作用差速器使左右兩驅動輪可以以不同的角速度旋轉。此外，由于發(fā)動機、離合器和變速器固定在車架上，而驅動橋和驅動輪一般是通過彈性懸架與車架聯(lián)系的，因此在汽車行駛過程中，變速器與驅動輪之間常有相對運動。在此情況下，兩者之

17、間不能用簡單的整體傳動軸傳動，而應采用由萬向節(jié)和傳動軸組成的萬向傳動裝置。汽車傳動系統(tǒng)的組成及其在汽車上的布置形式，取決于發(fā)動機的形式和性能、汽車總體結構形式、汽車行駛系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)本身的結構形式等許多因素。 2.3 FSAE大學生方程式賽車傳動系統(tǒng)的特點 1、FSAE方程式賽車發(fā)動機的布置與傳動系統(tǒng)的設計 FSAE方程式賽車一般采用發(fā)動機中置后輪驅動的MR方案。MR方案是將發(fā)動機置于駕駛室后面的汽車中部，后輪驅動。該方案布置有利于實現前、后軸較為理想的軸荷分配。MR方案中發(fā)動機發(fā)出的動力經過離合器、變速器、由萬向節(jié)和傳動軸組成的萬向傳動裝置以及安裝在驅動橋的主減速器、差速器和半軸，最后

18、傳到驅動車輪。因此，傳動系的設計中應考慮到這一點。 2、與發(fā)動機性能的匹配 此次賽車整體制造設計時選用了CBR600發(fā)動機，依據大賽規(guī)則，需要在節(jié)氣門前面加裝內徑20mm的限流閥。由于CBR600發(fā)動機屬于高轉速引擎，加裝限流閥后最大扭矩點約在7000~8000轉，約為50nm左右，功率點約在9000~10000轉，約為45kw。由于原廠發(fā)動機中自帶離合器、變速器與一級主減速器，則根據大賽規(guī)則，車輛實際動力參數，賽道特性等需要計算設計傳動二級主線速比，與發(fā)動機性能特性匹配，充分發(fā)揮發(fā)動機的特性，在賽道上取得理想成績。 3、差速器的選用 由于賽車通常在極限狀態(tài)下駕駛，在賽車出彎時由于賽車

19、的側傾，內側車輪負載明顯小于外側車輪，甚至離開地面。這導致在出彎時，賽車由于大功率的輸出，導致內側車輪與地面打滑，不但影響操縱穩(wěn)定性，還損失了出彎動力，導致下一段直道速度的減慢，嚴重影響單圈成績。因此，在資金充裕的情況下應盡量選用限滑差速器。 4、傳動方式的選擇 目前，商用車與乘用車用，普遍應用軸傳動，也基本上只有軸傳動能滿足載荷功率要求。但此次設計的FSAE方程式賽車與一般生活中應用到的汽車有著截然不同的要求，性能，質量以及目前各校FSAE車隊的傳動方式的選擇上幾乎全部為鏈傳動，這是與一般汽車一個不同的地方。 2.4 中國大學生方程式汽車大賽（FSAE）傳動規(guī)則和要求 大賽有關傳動部

20、分規(guī)則(摘要)如下： 1、變速器及傳動可以使用任何傳動變速裝置； 2、傳動系統(tǒng)防護罩及保護裝置； 3、暴露在外的高速運轉部件，如變矩器、離合器、帶傳動、離合器傳動，都必須裝安防護罩以防失效； 4、鏈和帶的防護罩不允許用有穿孔的材料； 5、鏈傳動——防護罩必須使用2.66mm （0.105 英寸）厚的鋼板（不允許有其他的替代尺寸），并且必須是所用鏈條寬度的三倍寬； 6、帶傳動——安全罩必須用至少3.0mm （0.120 英寸）的鋁合金6061-T6，并且最小寬度必須比帶寬度兩邊各多35%的寬度（即帶寬的1.7 倍）； 7、連接處的緊固——所有安全罩的連接必須至少使用6mm、級別M8

21、.8螺栓； 8、安全罩必須在任何情況下在橫向上與鏈或帶保持平行； 9、護指——使用輕質材料制作護指。 2.5 本次傳動系統(tǒng)設計任務 1、了解汽車總體設計的基本知識； 2、掌握客FSAE賽車底盤設計的基本要求； 3、學習用已學過的知識進行起FSAE賽車動力總成布置設計； 4、學會查找有關汽車資料。 第三章 賽車動力總成的選擇與布置 3.1 整車參數與主要結構 軸距1680mm 輪距 前輪距：1199mm,后輪距：1149mm， 前懸/后懸 最小離地間隙：40mm 總質量280kg 整備質量220kg 發(fā)動機：排量/功率(ml/ps)589.9/90 扭矩 66

22、nm 3.1.2 動力總成設計參數與形式 發(fā)動機采用本田摩托車CBR600F4I的電噴發(fā)動機，排量599CC，在未限流情況下的最高功率為86KW，最高轉速將近13000r/min。但由于大賽規(guī)則發(fā)動機節(jié)氣門后需要安裝內徑20mm的限流閥，故其最大功率，最大扭矩與原廠發(fā)動機有較大出入。 1、加裝限流閥后的發(fā)動機參數 表3-2 CBR600F4I發(fā)動機動力試驗參數 發(fā)動機型號 最大功率 最大扭矩 CBR600F4 44.1kw9500r/min 46.3Nm7500r/min 表3-3 CBR600F4I發(fā)動機外特性試驗參數 N（r/min） 3500 4500 55

23、00 6500 7500 8500 9500 10500 Pe（kw） 11.3 17.5 23.7 30.3 36.4 41.1 44.1 42.7 Te(Nm) 30.8 37.1 41.1 44.5 46.3 46.2 44.3 38.8 以上發(fā)動機轉速與對應的功率是根據原有外特性曲線，在考慮了比賽要求需要加裝20mm的限流閥的情況下其他同型號發(fā)動機通過臺架測試得到的。但每臺發(fā)動機的工況不盡相同，標定也千差萬別，進排氣改進等其他的方面也都不相同，此數據可能與實際可能存在一定的出入。因為在此計算之時發(fā)動機未進行改裝，無法得到確切的數據。但通過

24、全國其他各學校FSAE車隊設計的成果來看，該數據仍然有較高的參考價值。 2、CBR600變速箱參數 變速箱參數見表3-4 表3-4 變速箱參數 發(fā)動機一級減速器傳動比 1.822 一檔速比 2.666 二檔速比 1.937 三檔速比 1.611 四檔傳動比 1.409 五檔傳動比 1.261 六檔傳動比 1.166 3、車輪參數 中國大學生方程式汽車大賽中規(guī)則規(guī)定需選用至少8寸輪輞的輪胎。但鑒于尺寸的大小與輕量化程度成反比，與賽車的布置難易程度成正比。FSAE賽車中基本選擇10寸與13寸為主流。我校車隊此次選用13寸輪胎，通過官網查

25、的此款輪胎的數據，如下圖 圖3-1 輪胎數據 由于價格，規(guī)格等因素，選用上述中型號43101的干胎，OD為輪胎外徑尺寸，由于此數據采用英制單位，通過計算轉化為國標標準單位，18.1寸約為0.23m。故車輪的半徑R=0.23m。 3.2 賽車動力性計算 賽車的動力性指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。運輸效率之高低在很大程度上取決于汽車的動力性，所以動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。 動力性評價指標主要有三個： 1、汽車的最高車速Uamax；FSAE賽車通常受到賽道的限制無法達到最高車速； 2、汽車的加速性能（加速時間t）；

26、 3、汽車的爬坡性能（最大爬坡度imax）：對FSAE賽車而言不需要考慮爬坡度這一項。 3.2.1 主減速比確定 由變速器輸出軸鏈輪齒數 z1=15，變速器6檔的傳動比1.166，發(fā)動機內部減速器傳動比1.822，發(fā)動機處于最大扭矩時，轉速約為9000rpm，車輪直徑為 0.23m。有動力性部分的驅動力平衡圖可知，在150Km/h速度時候，驅動力大于阻力，所以發(fā)動機最高轉速下的功率可以滿足最高車速，即六擋情況下發(fā)動機轉速10500rpm達到最大車速，設定最高車速為 150 Km/h。 根據公式（3-1）： （3-1） 式中： =汽車最高行駛速度 n—發(fā)動機最

27、高轉速，取10500； —發(fā)動機內一級主減速比，取1.822； —發(fā)動機六檔傳動比，1.166； —所需計算的傳動系主減速比，； 代入式（3-1）得到主減速比=3.066 3.2.2 賽車驅動力的計算 1、賽車驅動力計算公式（3-2） （3-2） 式中： —發(fā)動機轉矩50Nm； —變速器傳動比，取一檔2.666； —主減速器減速比3.066 —發(fā)動機內減速比1.822； —傳動效率，取0.9； —滾動半徑0.23m； 代入式（3-2）得到Ft=3000N 2、賽車行駛速度公式（3-3）（在驅動輪不打滑的情況下）

28、 （3-3） 式中： —汽車行駛速度； —發(fā)動機轉速10500r/min； —滾動半徑0.25m； 代入式（3-3）得到=162km/h 3、滾動阻力系數公式（3-4） （3-4） 式中： —滾動阻力系數； —汽車行駛速度，取最高km/h； 代入式（3-4）得到f=4 4、空氣阻力公式（3-5） （3-5） 式中： -空氣阻力；

29、—迎風面積，取1； —空氣阻力系數，取0.5； —汽車行駛速度，取最高km/h； 5、動力因數公式（3-6） （3-6） 式中： —動力因數； —賽車驅動力； —空氣阻力； 6、滾動阻力公式（3-7） （3-7） —整備質量或滿載質量； 7、加速度計算汽車旋轉質量換算系數按照經驗值取取1.2 3.3 賽車動力性的驗證與優(yōu)化 通過上一節(jié)計算得到了

30、一些基本的動力性計算結果，在這一節(jié)中，利用Matlab軟件對上述計算結果進行程序分析運算，得出曲線圖，進一步說明賽車的動力性。 3.3.1 擬合外特性曲線圖 根據表大致得到發(fā)動機外特性曲線如下： 圖3-1 加裝限流閥后的CBR600外特性曲線 3.3.2 驅動力-行駛阻力平衡圖 圖3-2 驅動力-行駛阻力平衡圖 上圖為驅動力-行駛阻力平衡圖，從圖中可以得到FSAE賽車的最高車速Vmax為 162.1326KM/H。而比賽之中速度一般不會超過100KM/H，所以最高車速對于該賽車的設計而言不是特別有參考價值。 3.3.3 發(fā)動機功率-行駛阻力功率平衡圖 圖3-3

31、發(fā)動機功率-行駛阻力功率平衡圖 從上述功率平衡圖可以從另一個方面看到賽車可達到的最高時速，并且在最高時速是發(fā)動機仍有向外做功的能力，即仍然擁有爬坡能力。 3.3.4加速度特性曲線 圖3-4 加速度特性曲線 從上圖中可以明顯得看到，在一檔時賽車的最高加速度達到將近。根據去年我校車隊去年在單圈為1.234km的上海國際賽車場卡丁車賽道上最快成績?yōu)?分15秒，平均時速約為60km/h，在一些長直道末端可能回達道110km/h的極端，但大部分時候，賽車基本上不會超過90km/h，根據賽車傳動比的一些經驗：(1)盡量在連續(xù)彎中不頻繁在兩個檔位跳動；(2)盡量不要在直道末端將要進彎的時候不

32、得不升檔等原則，以上傳動比的選取幾乎完全符合要求。大部分使用二檔行駛，在某幾個直道末端會使用三檔，可見理論上，該賽車應具有良好的動力性。 3.3.5 動力因數圖 圖3-5 動力因數圖 該圖中可以看到賽車的動力性比較大，具有較高的加速性。通過計算可以得到最大爬坡度imax，此賽車雖在實際中無需考慮爬坡性能，但計算得到的結果可作為賽車動力性的一個參考數據。 3.4 傳動方式確定 賽車傳動系統(tǒng)的動力由發(fā)動機輸出。已確定賽車使用CBR600型號發(fā)動機。目前發(fā)動機確定布置方式為橫置，即發(fā)動機輸出軸與賽車的行駛方向垂直，與車輪的轉動平面平行?？蛇x用軸傳動，鏈傳動，帶傳動這三種布置方式，隨后動

33、力傳入至差速器，差速器通過將轉矩配位到兩側的半軸，半軸與立柱由萬向節(jié)、花鍵相連，最后動力被傳遞到車輪驅動賽車行駛。方程式賽車傳動總成圖示如下： 圖3-6 賽車傳動系 車傳動系統(tǒng)的動力由發(fā)動機輸出。我們初步計劃賽車使用的CBR600發(fā)動機總成外形尺寸較大，而車架布置空間有限，因此發(fā)動機在車架上的布置情況對傳動系統(tǒng)設計有重大影響。發(fā)動機圖示如下： 圖3-7 CBR600發(fā)動機簡圖 賽車車身體積狹小，所以傳動系統(tǒng)方案布置緊湊。在有限的空間內實現傳動系統(tǒng)設計目標，系統(tǒng)設計可選方案有二：鏈傳動和軸傳動。 方案一：傳動系統(tǒng)為鏈傳動，發(fā)動機總成橫置 優(yōu)點：發(fā)動機總成輸出軸轉動方向

34、和驅動輪轉動方向一致，不需要換向機構； 缺點：發(fā)動機總成橫置后輸出軸過于偏離車架中軸線，基本緊貼車架外壁內側，這樣后橋左右半軸長短懸殊，不利于車輛行駛穩(wěn)定。 方案二：傳動系統(tǒng)為軸傳動，此方案發(fā)動機總成縱置。 優(yōu)點：發(fā)動機總成輸出軸軸線可以與車架中軸線重合，左右半軸長度接近；主減速器同時實現動力換向和減速增扭兩大功能。 缺點：因密封和潤滑要求，主減速器和差速器需要外罩一個箱體。箱體體積較大，后橋布置較為擁擠。軸傳動系統(tǒng)重量較鏈傳動大。 考慮發(fā)動機總成在車架上的布置情況和后續(xù)設計難易程度，傳動組在仔細分析了以上兩種傳動方案的布置情況后，最后選擇鏈傳動-發(fā)動機總成橫置形式。 傳動系統(tǒng)初步

35、布置如下： 傳動鏈傳遞發(fā)動機輸出的動力和扭矩，主減速器連接傳動鏈和差速器。后懸架獨立懸架，所以后橋有左右半軸兩根傳動軸，左右半軸由差速器連接。綜上，傳動系統(tǒng)初始方案為：發(fā)動機總成-傳動鏈-主減速器-左右半軸-左右驅動輪，如下圖： 圖3-8 傳動系方案 第四章 動力總成與車架的連接及與驅動輪的傳動設計 4.1 差速器固定 由于沒有驅動橋殼，所以差速器需要單獨固定，因此設計差速器固定吊耳來固定差速器，在行駛過程中由于震動的原因傳動鏈會產生松動，需要張緊裝置對鏈條進行張緊。 差速器固定設計兩套方案 方案一：通過吊耳將差速器總成固定在車架上，吊耳形狀如圖4-1 圖4-1 吊耳

36、 將吊耳一端直接固定在車架上，另一端通過調整裝置與車架連接，張緊裝置是帶有正反螺紋的套筒螺母，通過調整螺母進行張緊。結構如圖4-2 圖4-2 方案一 優(yōu)點：結構簡單，加工工藝簡單，加工成本低，質量小。 缺點：穩(wěn)定性不好，大小鏈輪對中困難。 方案二：將固定板與差速器固定，再通過固定板與差速器連接在車架上，固定方式如圖4-3 圖4-3 方案二 通過調整固定板的位置對鏈條進行張緊，結構如圖4-4 圖4-4 固定板 優(yōu)點：差速器穩(wěn)定性好，滑道固定方式簡單，不用焊接，拆卸維修方便，大小鏈輪對中行好。 缺點：結構復雜，加工成本高，質量大。 4.2 車輪法蘭設計

37、發(fā)動機動力由差速器傳到半軸，半軸與外球籠連接，最后動力由外球籠傳到車輪輪芯，最后傳到輪轂。車輪輪芯作用是連接輪轂與半軸，同時安裝制動盤。車輪輪芯需要自己設計加工。車輪輪芯設計時考慮：前輪為非驅動車輪，在末端設計有螺紋，通過專用螺母 固定在立柱上。后輪為驅動輪，半軸內有花鍵連接，由于內花鍵加工困難，加工成本高，后輪輪芯通過夏利車輪芯改裝而成。保留夏利軸芯的內花鍵，對軸芯二次加工 4.3 大小鏈輪的設計 4.3.1 鏈輪齒數 、 和傳動比i的計算與確定 小鏈輪齒數 z1 對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大影響。齒數少，外廓尺寸小，但齒數過少，運動不均勻性加劇，動載荷和沖擊加大；鏈條進入和退出

38、嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉角增大，鉸鏈的磨損加??；鏈傳遞的圓周力增大，加速了鏈條和鏈輪的損壞。齒數過多，將增大傳動尺寸和質量鏈條磨損后節(jié)距的伸長容易發(fā)生跳齒和脫鏈，同樣會縮短鏈條的使用壽命。 4.3.2齒數的選取原則 1、鏈傳動速度高時，齒數多些； 2、為考慮磨損均勻，鏈輪齒數應取與鏈節(jié)數互為質數的奇數，并優(yōu)先選用以下數列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。 3、鏈傳動比i一般≤7，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到 10。如傳動比過大，則鏈包在小鏈輪上的包角過小，嚙合的齒數太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現跳齒、破壞正常嚙合。通常包角最好不小于 120度，推

39、薦傳動比 i=2~3.5。 4.3.3 傳動比的確定 由CBR600原廠發(fā)動機變速器輸出的軸鏈輪齒數 z1=15，變速器6檔的傳動比1.173，發(fā)動機內部減速器傳動比1.822，發(fā)動機處于最大扭矩時，轉速為9000rpm，車輪直徑為 0.23m。有動力性部分的驅動力平衡圖可知，在150Km/h速度時候，驅動力大于阻力，所以發(fā)動機最高轉速下的功率可以滿足最高車速，即六擋情況下發(fā)動機轉速10500rpm達到最大車速，設定最高車速為 150 Km/h， 根據公式（4-1）： （4-1） 可得為47。 4.3.4 鏈輪的計算與選取 在

40、同類產品中，按組成鏈條的基本結構，即根據元件形狀、同鏈條嚙合的零件和部位，零件間尺寸比例等方面劃分所屬鏈條產品系列。鏈條的種類很多，但它們的基本結構只有以下幾種，其它都是這幾種的變形。 我們可以從以上幾種的鏈條結構看出，大部分鏈條都是由鏈板、鏈銷、軸套等部件組成。其它類型的鏈條只是將鏈板根據不同的需求做了不同的改動，有的在鏈板上裝上刮板，有的在鏈板上裝上導向軸承，還有的在鏈板上裝了滾輪等等，這些都是為了應用在不同的應用場合進行的改裝。一定條件下，節(jié)距越大，鏈傳動承載能力越強，但節(jié)距越大，鏈傳動的多邊形效應越嚴重，動載荷、沖擊、振動越嚴重。所以，為使鏈傳動結構緊湊、壽命長，盡量取小節(jié)距的單排鏈。

41、工作情況系數的選取結果見表4-1。 表4-1 工作情況系數ka 工作特性 平穩(wěn)傳動（如電動機汽輪機，裝有液力耦合器的內燃機） 輕微沖擊（如六缸或六缸以上內燃機裝機械式聯(lián)軸器） 中等沖擊（如六缸或六缸以下內燃機裝機械式聯(lián)軸器） 平穩(wěn)運動 1.0 1.1 1.3 中等運動 1.4 1.5 1.7 嚴重沖擊 1.8 1.9 2.1 故取工作情況系數A K =1.0 若傳動速度高，傳遞的功率大；或傳動中心距小，傳動比大，取小節(jié)

42、距的多排鏈。若傳動中心距大而傳動比小，取大節(jié)距的單排鏈。主動鏈輪齒數系數的選取結果見表圖1 鏈排數的選取見表4-2。 表4-2 排數系數 排數 1 2 3 4 Km 1 1.75 2.5 3.3 綜上所述：初定型號 525，節(jié)距 p=15.875mm 的單排鏈。 鏈輪分度圓直徑與齒頂圓直徑的計算 由公式（4-2） ： （

43、4-2） 得到 =232.6266mm，則取232mm 由公式（4-3） ： （4-3） 得到=240.6568mm，則取240mm 由公式（4-4） ： （4-4） 得到 =76.354mm，則 取76 mm 由公式（4-5） ： （4-5） 得到 =83.258 mm，則取83 mm 根據大鏈輪的齒數 、分度圓直徑與齒頂圓直徑 ，設計的鏈輪如圖4-1 圖4-1 鏈輪設計圖 中心距a小，傳動結

44、構緊湊，但a太小，鏈條總長太短，單位時間里每一鏈節(jié)參與嚙合次數過多，加劇鏈的磨損和疲勞。a 過大，承載好，但鏈條長，橫向振動大。一般 a=(30～50)p,a0max=80p（張緊或托板），中心距不可調時，amax≈30p。 綜上所述：初定 a=30p=476.25 mm。 1、鏈節(jié)數Lp的計算 由公式（4-6）： （4-6） 式中：p—鏈條長度 —鏈輪中心距 代入式（4.6）得到=83.756。由于Lp 需要取整，且最好取偶數。即 Lp=84 鏈節(jié)距p的計算 首先需要確定系數主動鏈輪齒數系數，，。 查《機械手冊》表得到小鏈輪齒數系

45、數=1.34； 查《機械手冊》表得=1.09。 選單排鏈，查表得=1.0。 所需傳遞的額定功率為 根據所得到的最大傳遞功率要求，查閱資料，選擇滾子鏈型號為525，鏈節(jié)距p=15.875mm。 2、中心距的確定 由于公式（4-7）： （4-7） 式中： p—鏈條長度 —鏈輪中心距 —鏈節(jié)數 代入式（4-7）得到 a=250.35 mm，取250mm 3、小鏈輪輪包角的計算 由公式（4-8）： （4-8） 式中： —鏈輪分度圓直徑 —齒頂圓直徑鏈輪 —鏈輪中心距 代入式（4-8）得到鏈輪包

46、角144.15 4.4 差速器的設計與選擇 汽車發(fā)動機的動力經離合器、變速器、傳動鏈，最后傳送到驅動橋再左右分配給半軸驅動車輪，在這條動力傳送途徑上，驅動橋是最后一個總成，它的主要部件是差速器和主減速器。差速器是驅動轎的主件。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。它的作用就是在向兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。由于差速器允許車輪以不同轉速轉動，所以在泥濘等路面，當一個車輪打滑時，動力全部消耗在飛快轉動的打滑車輪上了，其他車輪會失去動力。通俗的話說，差速器是讓車輛轉彎時候內外

47、輪有輪速差用的，否則車輛轉彎就會困難，但是差速器在越野道路上就是幫倒忙的。 因此，在四驅車上，還需配有限制和防止打滑的裝置，如差速鎖、限滑差速器、牽引力控制系統(tǒng)等。 4.4.1 差速器原理 差速器的這種調整是自動的，這里涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上所有物體都傾向于耗能最小的狀態(tài)。例如把一粒豆子放進一個碗內，豆子會自動停留在碗底而絕不會停留在碗壁，因為碗底是能量最低的位置（位能），它自動選擇靜止（動能最?。┒粫粩噙\動。同樣的道理，車輪在轉彎時也會自動趨向能耗最低的狀態(tài)，自動地按照轉彎半徑調整左右輪的轉速轉彎時，由于外側輪有滑拖的現象，內側輪有滑轉的現象，兩個驅動輪此時就會產生兩

48、個方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然導致兩邊車輪的轉速不同，從而破壞了三者的平衡關系，并通過半軸反映到半軸齒輪上，迫使行星齒輪產生自轉，使外側半軸轉速加快，內側半軸轉速減慢，從而實現兩邊車輪轉速的差異。 驅動橋兩側的驅動輪若用一根整軸剛性連接，則兩輪只能以相同的角度旋轉。這樣，當汽車轉向行駛時，由于外側車輪要比內側車輪移過的距離大，將使外側車輪在滾動的同時產生滑拖，而內側車輪在滾動的同時產生滑轉。即使是汽車直線行駛，也會因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動半徑不等（輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動。 車輪滑動時不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗，還

49、會使汽車轉向困難、制動性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動，在結構上必須保證各車輪能以不同的角度轉動。 4.4.2 差速器的分類 現代汽車上的差速器通常按其工作特性分為齒輪式差速器和防滑差速器兩大類。 1、齒輪式差速器 當左右驅動輪存在轉速差時，差速器分配給慢轉驅動輪的轉矩大于快轉驅動輪的轉矩。這種差速器轉矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當汽車在壞路上行駛時，卻嚴重影響通過能力。例如當汽車的一個驅動輪陷入泥濘路面時，雖然另一驅動輪在良好路面上，汽車卻往往不能前進（俗稱打滑）。此時在泥濘路面上的驅動輪原地滑轉，在良好路面上的車輪卻靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪與路面之間

50、的附著力較小，路面只能通過此輪對半軸作用較小的反作用力矩，因此差速器分配給此輪的轉矩也較小，盡管另一驅動輪與良好路面間的附著力較大，但因平均分配轉矩的特點，使這一驅動輪也只能分到與滑轉驅動輪等量的轉矩，以致驅動力不足以克服行駛阻力，汽車不能前進，而動力則消耗在滑轉驅動輪上。 圖4-2 防滑差速器 2、防滑差速器 為提高汽車在壞路上的通過能力，某些越野汽車及高級轎車上裝置防滑差速器。防滑差速器的特點是，當一側驅動輪在壞路上滑轉時，能使大部分甚至全部轉矩傳給在良好路面上的驅動輪，以充分利用這一驅動輪的附著力來產生足夠的驅動力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。 圖4-3 德雷克斯勒LSD

51、差速器 3、Torsen LSD差速器 說起AWD轎車驅動系統(tǒng)人們不能不想到奧迪Quattro，正是奧迪的大膽創(chuàng)新并義無反顧才使得越來越多的人們享受到AWD帶來的駕駛樂趣，而奧迪Quattro AWD的核心正是Torsen LSD差速器系統(tǒng)，誰能想到電子部件橫行的今天它還保持著機械的清純。 圖4-4 托森差速器 汽車發(fā)動機的動力經離合器、變速器、傳動鏈，最后傳送到驅動橋再左右分配給半軸驅動車輪，在這條動力傳送途徑上，驅動橋是最后一個總成，它的主要部件是差速器和主減速器。差速器是驅動轎的主件。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。它的作用就是在向兩邊半軸傳遞

52、動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。 差速器的這種調整是自動的，這里涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上所有物體都傾向于耗能最小的狀態(tài)。例如把一粒豆子放進一個碗內，豆子會自動停留在碗底而絕不會停留在碗壁，因為碗底是能量最低的位置（位能），它自動選擇靜止（動能最小）而不會不斷運動。同樣的道理，車輪在轉彎時也會自動趨向能耗最低的狀態(tài)，自動地按照轉彎半徑調整左右輪的轉速。 當轉彎時，由于外側輪有滑拖的現象，內側輪有滑轉的現象，兩個驅動輪此時就會產生兩個方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然導致兩邊車輪的轉速不同，從而

53、破壞了三者的平衡關系，并通過半軸反映到半軸齒輪上，迫使行星齒輪產生自轉，使外側半軸轉速加快，內側半軸轉速減慢，從而實現兩邊車輪轉速的差異。 驅動橋兩側的驅動輪若用一根整軸剛性連接，則兩輪只能以相同的角度旋轉。這樣，當汽車轉向行駛時，由于外側車輪要比內側車輪移過的距離大，將使外側車輪在滾動的同時產生滑拖，而內側車輪在滾動的同時產生滑轉。即使是汽車直線行駛，也會因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動半徑不等（輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動。 車輪滑動時不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗，還會使汽車轉向困難、制動性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動，在結構上必須保證

54、各車輪能以不同的角度轉動 現代汽車上的差速器通常按其工作特性分為齒輪式差速器和防滑差速器兩大類。 1、齒輪式差速器 當左右驅動輪存在轉速差時，差速器分配給慢轉驅動輪的轉矩大于快轉驅動輪的轉矩。這種差速器轉矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當汽車在壞路上行駛時，卻嚴重影響通過能力。例如當汽車的一個驅動輪陷入泥濘路面時，雖然另一驅動輪在良好路面上，汽車卻往往不能前進（俗稱打滑）。此時在泥濘路面上的驅動輪原地滑轉，在良好路面上的車輪卻靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪與路面之間的附著力較小，路面只能通過此輪對半軸作用較小的反作用力矩，因此差速器分配給此輪的轉矩也較小，盡管另一驅動輪

55、與良好路面間的附著力較大，但因平均分配轉矩的特點，使這一驅動輪也只能分到與滑轉驅動輪等量的轉矩，以致驅動力不足以克駛阻力，汽車不能前進，而動力則消耗在滑轉驅動輪上。此時加大油門不僅不能使汽車前進，反而浪費燃油，加速機件磨損，尤其使輪胎磨損加劇。有效的解決辦法是：挖掉滑轉驅動輪下的稀泥或在此輪下墊干土、碎石、樹枝、干草等。 2、防滑差速器 為提高汽車在壞路上的通過能力，某些越野汽車及高級轎車上裝置防滑差速器。防滑差速器的特點是，當一側驅動輪在壞路上滑轉時，能使大部分甚至全部轉矩傳給在良好路面上的驅動輪，以充分利用這一驅動輪的附著力來產生足夠的驅動力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。 3、To

56、rsen LSD差速器 說起AWD轎車驅動系統(tǒng)人們不能不想到奧迪Quattro，正是奧迪的大膽創(chuàng)新并義無反顧才使得越來越多的人們享受到AWD帶來的駕駛樂趣，而奧迪Quattro AWD的核心正是Torsen LSD差速器系統(tǒng)，誰能想到電子部件橫行的今天它還保持著機械的清純。 每輛汽車都要配備有差速器，我們知道普通差速器的作用：第一，它是一組減速齒輪，使從變速箱輸出的高轉速轉化為正常車速；第二，可以使左右驅動輪速度不同，也就是在彎道時對里外車輪輸出不同的轉速以保持平衡。它的缺陷是在經過濕滑路面時就會因打滑失去牽引力。而如果給差速器增加限滑功能就能滿足轎車在惡劣路面具有良好操控性的需求了，這就

57、是限滑差速器(Limited Slip Differential，簡稱LSD)。全輪驅動轎車AWD系統(tǒng)的基本構成是具有3個差速器，它們分別控制著前輪、后輪、前圖5-5 Torsen LSD差速器 每輛汽車都要配備有差速器，我們知道普通差速器的作用：第一，它是一組減速齒輪，使從變速箱輸出的高轉速轉化為正常車速；第二，可以使左右驅動輪速度不同，也就是在彎道時對里外車輪輸出不同的轉速以保持平衡。它的缺陷是在經過濕滑路面時就會因打滑失去牽引力。而如果給差速器增加限滑功能就能滿足轎車在惡劣路面具有良好操控性的需求了，這就是限滑差速器(Limited Slip Differential，簡稱LSD)。全輪驅動轎車AWD系統(tǒng)的