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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目: GD6126客車設(shè)計(jì)—傳動(dòng)軸及懸架設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號：
專業(yè)班級：
指導(dǎo)教師：
20xx 年 5 月 30 日
目次
1 緒論 2
1.1 懸架設(shè)計(jì)概述 2
1.2 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)概述 3
1.3 設(shè)計(jì)的目的及意義 3
2 客車懸架設(shè)計(jì) 4
2.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù) 4
2.2 GD6126客車前、后懸架的確定 4
2.3 懸架主要參數(shù)的確定 5
2.4 彈性元件的設(shè)計(jì) 6
2.5 鋼板彈簧強(qiáng)度的驗(yàn)算 20
2.6 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
3 GD6126客車傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 24
3.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù) 24
3.2 傳動(dòng)布置形式的選擇 24
3.3 萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 25
3.4 萬向節(jié)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及校核 26
3.5 軸管的選擇及校核 27
3.6 花鍵的設(shè)計(jì)及校核 28
3.7 十字軸萬向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核 30
3.8 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 32
設(shè) 計(jì) 總 結(jié) 33
致 謝 35
參 考 資 料 36
1 緒論
1.1 懸架設(shè)計(jì)概述
懸架系統(tǒng)是汽車十分重要的組成部分，它的作用是鏈接兩部分車架與車橋；減輕路面的坑洼對車輛駕駛員的沖擊，從而提高行駛的平順性；保證車輪在凹凸不平的路面和負(fù)載發(fā)生變化行駛時(shí)有較為理想的行駛性能，保證汽車操縱的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)在各種路況條件下平穩(wěn)運(yùn)行。
汽車懸架主要由導(dǎo)向裝置、減震器、彈性元件、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器這些構(gòu)成。
懸架的設(shè)計(jì)要求有：
1）行駛平順性好。
2）能衰減振。
3）操縱穩(wěn)定。
4）汽車制動(dòng)或加速時(shí)，保證車身的相對穩(wěn)定。
5）隔聲效果好。
6）緊湊的結(jié)構(gòu)、小的使用空間。
要使設(shè)計(jì)出的汽車擁有良好的乘坐舒適度，振動(dòng)系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率和懸掛質(zhì)量與彈性元件要在適合的頻帶要求要盡可能地低。應(yīng)該使汽車前懸架和后懸架的固有頻率設(shè)計(jì)的合理，對于乘用車，應(yīng)該讓其后懸架的固有頻率稍微大于前懸架的固有頻率，并且應(yīng)該盡可能避免懸架與車架之間的相互撞擊。在鋼板彈簧上質(zhì)量變化時(shí)，車身高度要盡量不變化，所以，比較合適于采取非線性的彈性特性懸架。
1.2 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)概述
萬向傳動(dòng)軸是由萬向節(jié)、軸管、伸縮花鍵、中間支撐構(gòu)成。它的作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
汽車萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)符合的條件：
1）保證連接在一起的兩根軸的夾角及它們的相對位置在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能夠穩(wěn)定可靠地傳遞動(dòng)力。
2）確保連接在一起的兩軸要盡可能等速。
依據(jù)萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)的方向上有沒有顯著的彈性，萬向節(jié)可以分成剛性萬向節(jié)與撓性萬向節(jié)兩種。剛性萬向節(jié)依靠鉸鏈連接在一起傳遞各種力和力矩，它又包括等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)及不等速萬向節(jié)這三種；撓性萬向節(jié)是依靠彈性元件來傳遞動(dòng)力的，擁有良好的緩解沖擊和減少震動(dòng)的作用。
1.3 設(shè)計(jì)的目的及意義
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車的需求也是多種多樣，我們作為汽車的設(shè)計(jì)與開發(fā)人員參與其中，只有通過精益求精的制造與與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新，才能跟上時(shí)代的步伐，我們的產(chǎn)品才會(huì)得到消費(fèi)者的認(rèn)可與支持。本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸與懸架的設(shè)計(jì)，我們就是本著這一實(shí)質(zhì)性的原則從一而終。
汽車舒適性與安全性始終是廣大消費(fèi)者購買汽車的重要的參考標(biāo)準(zhǔn)，汽車質(zhì)量的好壞直接決定著著一系列參數(shù)的變化，因此我們需要在高質(zhì)量的汽車品質(zhì)的基礎(chǔ)之上兼顧舒適性與安全性。這是我們設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
2 客車懸架設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)
表2-1 懸架設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)
總質(zhì)量
16000kg
整備質(zhì)量
12000kg
前軸負(fù)荷
6000kg
后軸負(fù)荷
10000kg
軸 數(shù)
2
輪胎數(shù)
6
滿載重心高度
1180mm
軸 距
5800mm
總 長
12000mm
總 寬
2500mm
前 輪 距
2099mm
后 輪 距
1824mm
后 懸
3330mm
前 懸
2870mm
2.2 GD6126客車前、后懸架的確定
這回要設(shè)計(jì)的GD6126客車使用狀況普通，行駛車速也不是很高，對行駛平順性與乘坐舒適性的要求都是較一般，屬于大眾實(shí)用型、經(jīng)濟(jì)型車型。所以采用非獨(dú)立懸架完全可以滿足使用的要求，并且能大大降低生產(chǎn)的成本。
目前客車上使用的鋼板彈簧主要有少片變截面彈簧、多片鋼板彈簧、漸變剛度彈簧。少片變截面彈簧,彈簧片的斷面尺寸沿長度方向厚度不相等,片寬保持不變,質(zhì)量小,片間摩擦小,多用于輕型客車或城市公交車;多片鋼板彈簧主要用于大型客車上;漸變剛度彈簧多用于微型客車上。
在本次設(shè)計(jì)中，懸架在滿足汽車基本性能要求的狀況下采取了物美價(jià)廉更加經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，這是對汽車產(chǎn)量化的生產(chǎn)制造的有力保證，這也會(huì)讓這種汽車在市場競爭中占有優(yōu)勢地位。質(zhì)量好價(jià)格便宜的汽車產(chǎn)品對于普遍的消費(fèi)者擁有極大的吸引力。
GD6126客車前、后懸架的最適合設(shè)計(jì)方案是：客車前懸架與后懸架這次設(shè)計(jì)均采用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架。
2.3 懸架主要參數(shù)的確定
2.3.1 懸架的靜撓度fc
汽車在滿載且靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)懸架上所承受的載荷Fw與懸架剛度c的比值稱為懸架的靜撓度，即：
Fc=Fw/c
影響客車行駛平順性的主要指標(biāo)是客車懸架系統(tǒng)的固有頻率。汽車的質(zhì)量分配系數(shù)大約為1，所以客車車軸上車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在關(guān)聯(lián)?？蛙嚨能嚿淼墓逃蓄l率n,可以用下面的式子來表示：
n=/2 (2-1)
式（2-1）中，c是懸架的剛度（N/m）,m是懸架的彈簧上的質(zhì)量（kg）
且靜撓度能夠表示成：
fc=mg/c (2-2)
g：重力加速度（10N/kg）,代入上面的式子得出：
n=5/ (2-3)
分析上面的式子可以得出：懸架的靜撓度直接影響汽車車身的振動(dòng)頻率，所以要想確保汽車行駛的平順性足夠的好，就應(yīng)該合理選擇汽車懸架的靜撓度。
又因?yàn)椴煌钠噷ζ巾樞缘囊蟛幌嗤?，客車的前懸架要求?.20～1.50hz,后懸架要求在1.30～1.85hz之間，選取=1.4hz,=12.2cm后懸架的懸架頻率Hz, =9.77cm。
2.3.2 懸架的動(dòng)撓度fd
懸架的動(dòng)撓度指的是汽車從滿載靜平衡狀態(tài)開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)所能承受的最大變形狀態(tài)，汽車的輪子中心相對于車架垂直方向上的位置長度的變化。通?？蛙嚨膭?dòng)撓度的選擇范圍在5～8cm。本設(shè)計(jì)選擇：
fd1=fd2=8.0cm
2.3.3 懸架的彈性特性
懸架的彈性特性分成線性彈性特性與非線性彈性特性這兩種。由于客車在空載和滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化不是很大，因此選用線性懸架。
2.4 彈性元件的設(shè)計(jì)
2.4.1 鋼板彈簧的布置形式選擇
鋼板彈簧布置形式采用對稱縱置式鋼板彈簧。
2.4.2 鋼板彈簧重要參數(shù)的確定
已知滿載靜止時(shí)負(fù)荷G1=6000N,G2=10000N?；上虏糠趾芍谿z1=500N，Gz2=1000N,由此可計(jì)算出單個(gè)鋼板彈簧的載荷：
憑借上面選擇的參數(shù)得：
（1）滿載弧高 ：
滿載弧高fa指的是在車軸上面安裝上懸架的鋼板彈簧后，汽車在滿載狀態(tài)下彈簧主片的兩端之間連線與其上表面的高度之差。通常fa=10～20mm，在這里?。?
fa=15mm
（2）懸架鋼板彈簧長度L的確定
① 選擇原則：
鋼板彈簧長度是指鋼板彈簧伸直后兩端卷耳中心之間連線的長度。乘用車型彈簧長度L=(0.40～0.55)軸距；貨車前懸架：=(0.26～0.35)軸距，后懸架：=(0.35～0.45)軸距。
② 鋼板彈簧長度的預(yù)選：
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，并參考國內(nèi)外客車的一些資料，暫時(shí)選擇鋼板簧主片的長度是=1600mm,1650mm
（3）汽車鋼板彈簧剛度的確定
（4）汽車鋼板彈簧斷面寬度b的確定：
關(guān)于鋼板彈簧的剛度，強(qiáng)度的計(jì)算可以在參考截面相等的簡支梁情況下，加入撓度增大系數(shù)來修正。所以可以根據(jù)修正后的簡支梁公式來計(jì)算其總慣性距。其中對稱式鋼板彈簧
(2-4)
式（2-4）中：S——U形螺栓的中心距（mm）
k——U形螺栓夾緊(剛性夾緊，k取0.5)；
c——鋼板彈簧垂直剛度（N/mm）,c=;
——為撓度增大系數(shù)。
①撓度增大系數(shù)的確定：
首先要確定和彈簧主片長度相等的重疊片數(shù)，然后估算一下總片數(shù)，算出，得出=1.5/，預(yù)定的值。
對于前懸架彈簧：
L=1600mm
k=0.5
S=200mm
E=
把上面的數(shù)據(jù)代入到公式，可得:
計(jì)算總截面系數(shù)：
Fw=Fa=27500N
L=1600mm
k=0.5
S=200mm
=425 N/mm2
把上述數(shù)據(jù)代入到公式，可得：
W0=22.8×103
再計(jì)算前懸架彈簧平均厚度：
=12mm
b=110mm
對于后懸架彈簧
L=1650mm
k=0.5
S=200mm
n1=2
n0=13
=1.5/=1.5/=1.35
E=2.1N/
把以上數(shù)據(jù)代入到公式中，可知：
J0=468.8×103
確定前彈簧總截面系數(shù)：
(2-5)
式（2-5）中為許用彎曲應(yīng)力。的選擇范圍：前懸架彈簧是350～450N/，后懸架彈簧是350～550 N/。
==45000N
L=1650mm
k=0.5
S=200mm
=425 N/
把上面的數(shù)據(jù)代入到公式中，可得：
=54.8×103
再計(jì)算平均厚度：
=14mm
得出之后，然后選定彈簧片寬b。優(yōu)先選用片寬和片厚的比在6～10內(nèi)。
b=110mm
②彈簧片厚h的確定:
本次均采用等厚片設(shè)計(jì)，前、后鋼板彈簧片厚分別取12mm、14mm。
經(jīng)過參閱設(shè)計(jì)手冊可以知道鋼板截面尺寸b和h均滿足國家的技術(shù)要求。
③鋼板斷截面形狀的確定：
本次設(shè)計(jì)的鋼板彈簧采用矩形截面。
④ 鋼板彈簧總片數(shù)的選擇：
鋼板彈簧片數(shù)n采用的較少的話便于制造和裝配，也能降低各片之間的干摩擦。但鋼板彈簧片數(shù)減少將會(huì)使鋼板彈簧和等強(qiáng)度梁有較大的差別，材料的使用率也會(huì)變得不好。多片鋼板彈簧的片數(shù)通常在6～14范圍內(nèi)。用變截面鋼板彈簧時(shí)，片數(shù)通常選1～4。
根據(jù)客車的總質(zhì)量并結(jié)合國內(nèi)外資料初步選取本客車前懸架彈簧的片數(shù)為10片，后懸架彈簧的片數(shù)為13片。
（5）鋼板彈簧每片長度的選定
先每片鋼板彈簧厚度的立方值按照一樣的比例尺順著縱坐標(biāo)畫在圖上，然后沿著橫坐標(biāo)測量出主彈簧片長度的二分之一即L/2與U型螺栓中心距的一半即s/2，得出A,B這兩點(diǎn)，然后連接A，B兩點(diǎn)就會(huì)得到鋼板彈簧展開圖。AB線與各片上邊的交點(diǎn)就是其長度。假使有和主片長度一樣的重疊片，就從B點(diǎn)開始到最后一個(gè)重疊彈簧片上側(cè)邊斷點(diǎn)連線，這條線與每個(gè)彈簧片上側(cè)邊的交點(diǎn)就是其長度。圓整后得到實(shí)際設(shè)計(jì)長度。由圖2-1確定彈簧各片長度：
圖2-1 板簧結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)
表2-2 板簧的計(jì)算值與修正值
片序號
前懸架
后懸架
計(jì)算值
修正值
計(jì)算值
修正值
1
1600
1600
1650
1650
2
1480
1480
1650
1660
3
1360
1360
1650
1670
4
1240
1240
1520
1520
5
1120
1120
1390
1390
6
1000
1000
1260
1260
7
880
880
1130
1130
8
640
640
1000
1000
9
520
520
870
870
10
320
320
740
740
11
610
610
12
480
480
13
350
350
2.4.3 鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算
上面設(shè)計(jì)的撓度增大系數(shù)，總慣性矩等數(shù)據(jù)都不能十分準(zhǔn)確，必須經(jīng)過剛度驗(yàn)算。剛度驗(yàn)算常用公式為：
C=
其中， ； ；
上式中，a是修正系數(shù)，一般選擇0.90～0.94，E是彈性模量； 為主片和第（k+1）片鋼板彈簧的長度。
計(jì)算公式里鋼板彈簧主片長度的一半，假使用中心螺栓與卷耳中心的長度代進(jìn)去，算出的是鋼板彈簧總成自由剛度；假使用有效長度，即代進(jìn)去，算出的剛度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度。
（1）前懸架彈簧剛度的驗(yàn)證計(jì)算：
表2-3 前懸架ak+1的值
K
1
2
3
4
5
6
7
=(cm)
0
5.58
16.73
22.3
27.88
33.46
39.03
K
8
9
10
=(cm)
50.18
55.76
66.92
通過公式(mm-4)，得：
Y1=6.3×10-5 Y2=3.15×10-5 Y3=1.575×10-5 Y4=1.26×10-5 Y5=1.05×10-5 Y6=0.9×10-5 Y7=0.63×10-5 Y8=0.573 ×10-5 Y9=0.485 ×10-5
把上面的數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算出總成自由剛度：
=4521N/cm
把上面的數(shù)據(jù)用到公式有效長度，即，代入到公式得到的鋼板彈簧總成的夾緊剛度
=4544N/cm
與設(shè)計(jì)值=4508N/cm相差不大，基本滿足要求。
（2） 后懸架彈簧剛度的驗(yàn)證計(jì)算：
表2-4 后懸架ak+1的值
K
1
2
3
4
5
6
7
=(cm)
0
6.58
12.15
17.53
23.4
28.87
34.33
K
8
9
10
11
12
13
=(cm)
40.11
45.24
51.22
56.52
62.12
67.63
通過公式(mm-4)，得：
Y1=7.3×10-5 Y2=4.13×10-5 Y3=3.0×10-5 Y4=1.99×10-5
Y5=1.45×10-5 Y6=1.21×10-5 Y7=0.98×10-5 Y10=0.71×10-5
Y11=0.62×10-5 Y12=0.57×10-5 Y13=0.51×10-5
把上面的數(shù)據(jù)代入到公式，可以算出總成自由剛度：
Cj2=9126N/cm
如果采用有效長度，即，通過公式得到鋼板彈簧總成夾緊剛度Cz2：
Cz2=9224N/cm
與設(shè)計(jì)值=9278N/cm 相差不大,基本滿足要求。
2.4.4 鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選取
；
前懸架：
參數(shù)：b=110mm＝11cm,h=12mm=1.2cm
1.62（）
所以；1.62；3.24；……；19.44
－1215.94
選取主片：
末片：
＝－11.32
c取常數(shù)－1300
則有：
前懸架每片彈簧預(yù)應(yīng)力的計(jì)算值與修正值，請看表2-5。
表2-5 前懸彈簧預(yù)緊力的計(jì)算值與修正值
序號
計(jì)算值
修正值
序號
計(jì)算值
修正值
1
－1300
－1300
6
416.5
415
2
－865.4
－865
7
494.7
495
3
—174.4
－175
8
472.7
470
4
82
80
9
372.6
370
5
279
280
10
100
100
后懸架：
參數(shù)：b=110mm＝11cm,h=14mm=1.4cm
2.71（）
所以；2.71；5.42；……；32.52
－5692.12
選取主片：
末片：
＝－4.05
c取常數(shù)－1300
則有：
后懸架每片鋼板彈簧預(yù)應(yīng)力的計(jì)算值與修正值，請看下表2-6。
表2-6 后懸彈簧預(yù)緊力的計(jì)算值與修正值
序號
計(jì)算值
修正值
序號
計(jì)算值
修正值
序號
計(jì)算值
修正值
1
－1300
－1300
6
278.0
280
11
369.0
370
2
－865.4
－865
7
415.2
415
12
208.7
210
3
－490.3
－490
8
492.9
490
13
100
100
4
－174.7
－175
9
511.1
510
5
81.4
80
10
469.8
470
2.4.5 自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的弧高與曲率半徑的計(jì)算
（1）自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的弧高
在自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的弧高，通過下式可得出：
(2-6)
式（2-6）中，為靜撓度；為滿載弧高；是用U型螺栓夾緊鋼板彈簧總成后引起的弧高變化，；S是U型螺栓的中心距；L是懸架鋼板彈簧主片的長度。
下面分別計(jì)算在自由狀態(tài)時(shí)前、后懸架鋼板彈簧總成的弧高：
前懸架彈簧：
由：=122mm
則=122+15+24.6=161.6mm
后懸架彈簧：
=97.7+15+19.7=132.4mm
（2）自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的曲率半徑的確定：
自由狀態(tài)下前懸架彈簧總成的曲率半徑：
==1978mm.
自由狀態(tài)下后懸架彈簧總成的曲率半徑：
==2570mm
（3）自由狀態(tài)下每片鋼板彈簧的曲率半徑的確定
矩形截面鋼板彈簧裝配前每個(gè)彈簧片曲率半徑可通過下面的式子計(jì)算：
(2-7)
式（2-7）中，是自由狀態(tài)時(shí)第i片彈簧的曲率半徑，R0為自由狀態(tài)時(shí)彈簧總成的曲率半徑；σ0i是每片鋼板彈簧的預(yù)應(yīng)力；E是材料的彈性模量值，在這里E取 N/；hi表示第i片彈簧的厚度。在知道和每片鋼板彈簧的預(yù)應(yīng)力的情況時(shí)，可通過公式得出在自由狀態(tài)下各片彈簧的曲率半徑Ri。
片厚相同的鋼板彈簧，各片彈簧的預(yù)應(yīng)力不能太大；建議主片在根部的工作時(shí)的應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力的疊加應(yīng)力值應(yīng)該在300～350N/范圍內(nèi)取。1～4片長彈簧片受到負(fù)的預(yù)應(yīng)力，相反短片受到正的預(yù)應(yīng)力。所以預(yù)應(yīng)力從長彈簧片片上的負(fù)值逐漸增加到正值。
在計(jì)算鋼板彈簧各片的預(yù)應(yīng)力時(shí)，原理上應(yīng)符合各片鋼板彈簧在根部受到的預(yù)應(yīng)力形成的彎矩的數(shù)值之和為零，即：
（2-8）
或
下面分別計(jì)算在自由狀態(tài)下前、后懸架每片鋼板副簧曲率半徑。
前懸彈簧：
表2-7 前懸架彈簧各片的預(yù)應(yīng)力
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-13
-8.7
-1.8
-0.8
2.8
4.2
5.0
4.7
3.7
1.0
=1978mm E= N/ =12mm
接著用公式計(jì)算彈簧每片在自由狀態(tài)下曲率半徑，結(jié)果見表2-8：
表2-8 前懸架彈簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑
i
1
2
3
4
5
6
7
(mm)
1978
1969.4
1958.3
1953.6
1946.8
1940.1
1938.7
i
8
9
10
(mm)
1934.4
1932.2
1972.9
后懸彈簧：
表2-9 后懸彈簧各片的預(yù)應(yīng)力
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
-13
-8.7
-4.9
-1.8
0.8
2.8
4.2
4.9
5.1
4.7
3.7
2.1
3.5
= 2570mm E= N/ =14mm
接著通過上面的公式求出在自由狀態(tài)下每片彈簧的曲率半徑，計(jì)算結(jié)果可見下表2-10：
表2-10 后懸彈簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑
i
1
2
3
4
5
6
7
(mm)
2570
2563.3
2557.8
2552.8
2547.9
2540.0
2533.5
i
8
9
10
11
12
13
(mm)
2531
2528.5
2526
2523.5
2521
2518.5
（4）前、后懸架彈簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高的計(jì)算：
假如第i片鋼板彈簧的片長為，則它的弧高Hi為：
（2-9）
將每片鋼板彈簧的長度和曲率半徑代入到上面的公式，得到前懸架彈簧總成在自由狀態(tài)下各片彈簧的弧高Hi如表2-11：
表2-11 前懸彈簧總成在自由狀態(tài)下各片弧高
i
1
2
3
4
5
6
7
(mm)
161.8
162.4
118.1
98.1
80.5
63.0
49.9
i
8
9
10
(mm)
26.4
17.5
6.6
在自由狀態(tài)下后懸彈簧總成各片弧高的計(jì)算方法一樣。
表2-12 在自由狀態(tài)下后懸彈簧總成各片弧高
i
1
2
3
4
5
6
7
(mm)
132.4
132.7
133.0
113.1
94.7
78.1
64.4
i
8
9
10
11
12
13
(mm)
49.4
37.4
27.1
18.4
11.4
6.1
2.4.6 鋼板彈簧總成弧高的核算
由最小勢能原理可知，鋼板彈簧總成的各片勢能總和最小時(shí)在穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過這可以算出等厚葉片彈簧的
1/= (2-10)
式（2-10）中，第i片長度。
鋼板彈簧總成的弧高為： H
上式計(jì)算出的結(jié)果應(yīng)與得到的結(jié)果相近。假如結(jié)果相差很大，應(yīng)再次選擇各片彈簧的預(yù)應(yīng)力再行校核。
首先對前懸架彈簧的總成弧高進(jìn)行校對計(jì)算,把前懸架彈簧各片的曲率半徑和長度代入到上面的式子里可得：
=1959mm
然后再代入H==163.3mm
原設(shè)計(jì)值為=161.6mm，兩者相差不大，符合設(shè)計(jì)的要求。
接著對后懸架彈簧總成的弧高進(jìn)行驗(yàn)算矯正,把后懸每片彈簧的長度和曲率半徑代入公式：1/=得：
R0=2558mm
總成弧高H==133.0mm
原設(shè)計(jì)值為=132.4mm，相差不大，符合要求。
2.5 鋼板彈簧強(qiáng)度的驗(yàn)算
由下式驗(yàn)算前懸架彈簧強(qiáng)度：
其中牽引驅(qū)動(dòng)時(shí)，后懸架彈簧載荷= 9000N
驗(yàn)算后懸架彈簧強(qiáng)度：
后懸彈簧強(qiáng)度在許用應(yīng)力內(nèi)，符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。
前懸架彈簧的極限載荷根據(jù)下面的公式計(jì)算：
=
＝=
后懸彈簧強(qiáng)度也在許用應(yīng)力要求內(nèi)，符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。
后懸架彈簧的極限載荷根據(jù)下式計(jì)算：
前、后懸架彈簧都符合在凹凸不平路面行駛時(shí)的強(qiáng)度要求。
2.6 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.6.1 減振器的分類
減振器是懸架系統(tǒng)里面的組成的部件，它對汽車的乘坐舒適性及懸架的使用壽命有著非常大的影響。它按照結(jié)構(gòu)形式的不同可分為搖臂式、筒式這兩類；由于筒式減振器工作性能穩(wěn)定燈一系列優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于不同汽車的懸架系統(tǒng)中。按照工作原理的不同又可分為單向、雙向作用式這兩種類型。而筒式減振器又包括雙筒式、單筒式和充氣筒式三種，其中以雙筒式應(yīng)用最多。綜合考慮及參照相同類型的客車設(shè)計(jì)最終決定在本次設(shè)計(jì)中，這次設(shè)計(jì)選用雙向作用筒式減振器。
2.6.2 主要性能參數(shù)的選擇
（1）相對阻尼系數(shù)
圖2-2 減振器阻力-速度特性
在卸荷閥沒有打開時(shí)，減震器的阻力和其振動(dòng)速度的關(guān)系表達(dá)式是,其中，是阻尼系數(shù)。
如圖2-2所示，阻力—速度特性曲線的組成元素是類似于直線的四個(gè)線段，壓縮行程、伸張行程各有其中的兩個(gè)線段，其中每條線段的斜率的意義表示，因此減振器在通常情況下會(huì)有四個(gè)。
算出汽車懸架的阻尼之后，就可以明白為什么簧上質(zhì)量的振動(dòng)在實(shí)際工作過程中是周期性的衰減振動(dòng)了，用ψ來表示振動(dòng)速度的大小:
(2-16)
其中，c是垂直剛度，c=450.8N/mm(在此之前應(yīng)計(jì)算出)；是簧上質(zhì)量，=5500Kg 。
在本次設(shè)計(jì)中，參考相同類型的客車及查閱相關(guān)資料決定ψ=0.25，=0.33，=0.17
（2）的設(shè)計(jì)計(jì)算
由式（2-16）可得，不同的懸架因?qū)驒C(jī)構(gòu)的杠桿的比值不同，懸架得應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況和條件利用式（2-17）來具體計(jì)算,
(2-17)
其中， k表示杠桿比，k=n/a=1.05；α表示減振器的安裝角, α= 3o；帶入式（2-17）得
（3）最大卸荷力的設(shè)計(jì)計(jì)算
減震器在正常工作過程中，當(dāng)活塞桿的的振動(dòng)速度為某一數(shù)值時(shí)，為了盡量降低地面對汽車車身產(chǎn)生的沖擊，減振器會(huì)立即打開卸荷閥，此時(shí)的這個(gè)速度值就叫作卸荷速度，用表示,一般的取值為0.15-0.3m/s，其表達(dá)式為：
(2-18)
其中，車身振幅A=；表示懸架的固有的振動(dòng)頻率。
由，在知道以后既可算出：
2.6.3 筒式減振器主要尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)計(jì)算出的和對應(yīng)的[p]可求得筒式減振器工作缸的直徑D，表達(dá)式是
（2-19）
其中，[p]表示缸內(nèi)所能容許的最高工作壓力，通常取3-4；表示缸筒直徑和連桿直徑之間的比值。
帶入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2-19）得：
圓整后取D=50 mm，則儲(chǔ)油筒的直徑,壁厚通常都是2mm。
3 GD6126客車傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)
表3-1 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)
總質(zhì)量
16噸
整備質(zhì)量
12噸
軸距
5800mm
額定功率轉(zhuǎn)速
3000r/min
最高車速
120km/h
最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速
4500r/min
傳動(dòng)軸夾角變化范圍
3°
傳動(dòng)軸壁厚
1.5～3mm
一檔傳動(dòng)比
12.0
五檔傳動(dòng)比
1.00
最大扭矩
410.8N·m
安全系數(shù)
2.0
軸長=1400mm + 1350mm + 1400mm + 1260mm=5410mm
3.2傳動(dòng)布置形式的選擇
萬向節(jié)傳動(dòng)是傳動(dòng)系統(tǒng)的組成部分。傳動(dòng)軸的選擇方案會(huì)直接影響傳動(dòng)效率的高低。選用傳動(dòng)軸不合適會(huì)直接影響使用的期限。
（a）單軸雙萬向節(jié)式
（b）兩軸三萬向節(jié)式
圖3.2 汽車的萬向傳動(dòng)方案
汽車的動(dòng)力傳輸過程使用的是萬向節(jié)傳動(dòng)裝置，這種萬向傳動(dòng)使用與各種角度之間的動(dòng)力傳輸。裝在變速器輸出軸與前后驅(qū)動(dòng)橋之間。這時(shí)通常會(huì)采用一根或多根傳動(dòng)軸、兩個(gè)或多個(gè)十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)布置方式。圖上3.2為用于汽車變速箱與前后驅(qū)動(dòng)橋之間的不同的設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)方案。
綜合比較結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際，應(yīng)該選用第二種方案。
3.3 萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速
每當(dāng)傳動(dòng)軸的長度為某一定值時(shí)，其斷面的尺寸都要保證傳動(dòng)軸具有相對大的強(qiáng)度以及相對高的臨界轉(zhuǎn)速，在這次設(shè)計(jì)中安全系數(shù)K=2.0，比較符合所有精度要求不太高的伸縮花鍵，則有
3.3.2 萬向傳動(dòng)的載荷計(jì)算
計(jì)算載荷的有三種方法確定：1）根據(jù)汽車一擋的傳動(dòng)比和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來確定；2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪打滑的方法去確定；3）根據(jù)平常一般使用的轉(zhuǎn)矩去確定。
在這一次設(shè)計(jì)中按照汽車一擋傳動(dòng)比和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來計(jì)算。由公式：
(3-1)
其中，—?jiǎng)虞d系數(shù)，在此取值為1；
—發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
K—液力變矩器的變矩系數(shù)，在此取值是1；
—一擋傳動(dòng)比，；
—分動(dòng)器的傳動(dòng)比，；
—發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸之間的機(jī)械傳動(dòng)效率，％；
n—驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，在此次設(shè)計(jì)中n=1。
把上面的數(shù)據(jù)帶入公式（3-1）中得
對萬向傳動(dòng)軸的靜強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，計(jì)算載荷我們應(yīng)取，且安全系數(shù)通常選2.5-3.0 。
3.2.3 傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩
T1=Twi1η=410.8×12.0×103×90%=4428×103N
3.4 萬向節(jié)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及校核
由于本次設(shè)計(jì)的客車軸矩太長，如果利用一根軸進(jìn)行動(dòng)力傳遞的話，傳動(dòng)軸的直徑的取值勢必要設(shè)計(jì)的很大，這對加工制造和裝配都非常不利，以此在設(shè)計(jì)時(shí)采用了多軸傳動(dòng)來克服這個(gè)弊端。
當(dāng)量夾角：
（3-2）
式中，分別表示各萬向節(jié)的夾角，它們前面的正負(fù)號的選取與主動(dòng)叉和各軸線所在的平面關(guān)系有關(guān)。
在設(shè)計(jì)的過程中，為了達(dá)到輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)速相等的目的，必須是零，即?？紤]到汽車空載或滿載時(shí)當(dāng)量夾角可能會(huì)有一定范圍的變化，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在空載與滿載兩種情況下的應(yīng)保證均不能超過3°，故需對的值進(jìn)行限制。相對于轎車，要不大于350rad/；而對于貨車，要不大于600 rad/。
綜合考慮及參考相同類型客車的數(shù)據(jù)，決定本次所設(shè)計(jì)的萬向節(jié)的各夾角的取值分別是：；；；。
將上述數(shù)據(jù)帶入至式（3-2）中得
傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速：，則：
經(jīng)驗(yàn)證，當(dāng)量夾角和角加速度均滿足設(shè)計(jì)要求。
3.5 軸管的選擇及校核
假設(shè)傳動(dòng)軸的斷面大小、形狀都完全相同，并且它的兩端都是具有自由支承的彈性梁，根據(jù)之前所學(xué)過的機(jī)械振動(dòng)的知識(shí)可知，彎曲振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速可用式（3-3）計(jì)算：
(3-3)
式中：—臨界轉(zhuǎn)速（r/min）
L—傳動(dòng)軸長度（mm）
D、d—傳動(dòng)軸軸管的外徑和內(nèi)徑（mm）
由式（3-3）可知，在相同D、L的情況下，實(shí)心軸的臨界轉(zhuǎn)速要比空心軸的低，并且如果選用實(shí)心軸的話會(huì)比較浪費(fèi)材料，制造成本也會(huì)增加，故廣泛采用空心軸。
根據(jù)汽車的總體布置及設(shè)計(jì)，傳動(dòng)軸
，共分四段
由式（3-3）可知傳動(dòng)軸長的內(nèi)外徑受其自身長度的影響，本次設(shè)計(jì)時(shí)考慮到總體設(shè)計(jì)的總體布局以及傳動(dòng)軸中間支撐的位置，選擇將最長的那根軸安裝在最后面。
已經(jīng)知道，把它帶入公式（3-3）得：
根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)及參照多種同類型客車的設(shè)計(jì)結(jié)果得知傳動(dòng)軸的壁厚取值范圍一般在1.5～3mm之間，由此可得1.5mm
若初選：D=99mm則d=
安全系數(shù)K=，在這里K取2.0
因?yàn)閭鲃?dòng)軸在其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受扭轉(zhuǎn)卻沒有承受彎曲應(yīng)力，因此只用驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度即可，根據(jù)公式得：
經(jīng)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的參數(shù)符合扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。
同理再依次計(jì)算求得第一、二、三段軸的內(nèi)外徑及強(qiáng)度校核，經(jīng)驗(yàn)證，均滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。
3.6 花鍵的設(shè)計(jì)及校核
3.6.1 花鍵連接的概述
內(nèi)花鍵和外花鍵相結(jié)合組成了常見的花鍵連接，它既能夠用到靜連接也能夠用到動(dòng)連接。按照不同的齒形，花鍵能夠分成矩形花鍵、漸開線花鍵兩種。
在本次設(shè)計(jì)中，參照多種同類型客車的設(shè)計(jì)結(jié)果決定采用矩形花鍵連接，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡圖像圖3-1所示。對花鍵齒進(jìn)行磷化處理或噴涂尼龍可以有效降低傳動(dòng)軸的磨損和失效，另外花鍵的外層裝有防塵罩，花鍵和防塵罩之間的間隙應(yīng)適當(dāng)小一些，這樣可以有效防止它和傳動(dòng)軸發(fā)生共振
圖3-1 花鍵軸結(jié)構(gòu)簡圖
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(dòng)花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動(dòng)軸管
3.6.2 花鍵內(nèi)外徑的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
選取安全系數(shù)為1.8，由得
由得
花鍵擠壓強(qiáng)度校核，花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力用下面式子計(jì)算：
(3-4）
其中，—花鍵的轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，在此取1.3
—花鍵外徑
—花鍵內(nèi)徑
—有效工作長度
—齒數(shù)
查閱GB/T1104-2001取，,,,
把上面的數(shù)據(jù)帶入式（3-4）中得
根據(jù)之前學(xué)的機(jī)械工程材料知識(shí)得知，當(dāng)花鍵齒的齒面的硬度大于35HRC以后, []=25-50，經(jīng)校核，,符合設(shè)計(jì)要求。
3.7 十字軸萬向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核
3.7.1 十字軸式剛性萬向節(jié)
因?yàn)閯傂允州S式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定性很好，傳動(dòng)的效率又比較高，因此在各類汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)中都得到了廣泛得應(yīng)用。十字軸失效的形式是其軸頸以及滾針軸承的磨損標(biāo)志這兩部分的破壞標(biāo)志著十字軸的失效，實(shí)踐證明，橡膠油封的使用能夠大大的延長其使用時(shí)間。
3.7.2 十字軸萬向節(jié)的校核
在傳動(dòng)裝置中十字軸軸萬向節(jié)的失效形式大部分是頸根部的斷裂，正因?yàn)檫@種原因所以在設(shè)計(jì)十字軸時(shí)應(yīng)盡可能的保證其具有足夠的抗彎強(qiáng)度。
假設(shè)作用在十字軸軸頸正中間的力是F，那么由得：
軸頸根部的彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力要分別符合
（3-5）
（3-6）
其中，軸頸直徑d1=40mm，油道孔直徑d2=12mm，力的作用線和根部之間的距離s=16mm， =250~350MPa， =80~120MPa
將上述數(shù)據(jù)分別帶入式（3-5）、（3-6）得： MPa＜， MPa＜
經(jīng)過驗(yàn)證，十字軸軸頸根部的切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都符合校核的要求
十字軸滾針的接觸應(yīng)力計(jì)算：
(3-7)
其中，工作長度Lb=27mm，滾針直徑d0=3mm
在力F的作用下滾針?biāo)艿淖畲筝d荷由計(jì)算得
把上面的數(shù)據(jù)帶入式（3-7）中得
經(jīng)過驗(yàn)證，十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力符合校核要求。
萬向節(jié)在力F的作用下萬向節(jié)叉既承受著玩去負(fù)荷又承載著扭轉(zhuǎn)負(fù)荷，此時(shí)和應(yīng)分別滿足
（3-8）
（3-9）
其中，，；查閱相關(guān)資料得知a=40，b=35，e=80，h=70，k=0.246；=50-80Mpa，=80-160 Mpa。
把上面數(shù)據(jù)分別帶入式（3-8）、（3-9）得:
，
根據(jù)計(jì)算得出的結(jié)果，經(jīng)校核，萬向節(jié)叉在正常工作過程中它所承受的彎曲、扭轉(zhuǎn)負(fù)荷均符合設(shè)計(jì)要求。
兩周的軸間夾角、加工精度、選材及潤滑等外界條件均能對傳動(dòng)效率產(chǎn)生影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)，傳動(dòng)效率可用下式計(jì)算：
(3-10)
其中，f表示摩擦系數(shù)因數(shù)，一般來說，滑動(dòng)軸承：f =0.15~0.20；滾針軸承：f=0.05~0.10；
將上述數(shù)據(jù)帶入式（3-10）得：
一般來說，傳動(dòng)效率的取值一般約為97%~99%，故以上參數(shù)數(shù)值的選取符合ZK6125客車傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核的要求。
3.8 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
為了增大長軸距汽車的傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，綜合考慮到總體設(shè)計(jì)的位置布置，通常需要將傳動(dòng)軸進(jìn)行分段，當(dāng)傳動(dòng)軸分成幾段時(shí)，就會(huì)通過加設(shè)中間支撐來支承傳動(dòng)軸，使其位置得到固定，提高傳動(dòng)軸的工作穩(wěn)定性。
在現(xiàn)在的汽車設(shè)計(jì)中橡膠支撐的應(yīng)用最為普遍，在它的內(nèi)部含有一些滾子軸承，在它內(nèi)部的一些彈性元件能夠很大程度的吸收振動(dòng)，從而使傳動(dòng)中的噪聲降低。根據(jù)總體設(shè)計(jì)的整車布局和萬向傳動(dòng)軸的分段情況，本次設(shè)計(jì)最終采用三個(gè)橡膠彈性中間支撐將傳動(dòng)軸固定在懸架上以滿足工作和設(shè)計(jì)需要。
設(shè) 計(jì) 總 結(jié)
大一到大四，本以為離自己還有很遠(yuǎn)，時(shí)光飛逝，我們馬上要離開校門通過這一次GD6126客車懸架及傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，讓我明白了大學(xué)課程我們是都學(xué)過了，但是究竟自己學(xué)會(huì)了多少，掌握的是否牢靠，哪里還有欠缺就只有自己知道了。在這次設(shè)計(jì)中，我們由以前老師教，自己被動(dòng)的學(xué)習(xí)，變成了自己主動(dòng)地學(xué)習(xí)。在設(shè)計(jì)中，遇到難題的時(shí)候，自己就不斷地查找相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，積極向同學(xué)老師請教，知難而進(jìn)永不退縮并且越戰(zhàn)越勇。當(dāng)難題被攻克的時(shí)候，到自己設(shè)計(jì)的作品不斷地成熟逐漸地完善時(shí)，我的內(nèi)心中是異常的高興，感到自己不斷地進(jìn)步，這也讓我對我們車輛工程專業(yè)越來越感興趣，越來越想從事和車輛相關(guān)的工作。
在本次設(shè)計(jì)中我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了大學(xué)四年的一些基本知識(shí)，總的來說就是一個(gè)系統(tǒng)性的總結(jié)，讓我們在設(shè)計(jì)中獨(dú)立的運(yùn)用各種基礎(chǔ)機(jī)械制圖、汽車構(gòu)造、機(jī)械原理、等等，在本次設(shè)計(jì)中我還是有非常大的收獲，不僅僅是知識(shí)有了一個(gè)拔高，也在設(shè)計(jì)中交到一些好朋友我們在設(shè)計(jì)中非常團(tuán)結(jié)互助。
本設(shè)計(jì)中也存在一些缺點(diǎn)和不足，由于采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)上不可避免的會(huì)有設(shè)計(jì)精度不高、和資源、材料的浪費(fèi)。
總體來說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)自己的收獲十分的豐厚，他同樣給我四年的大學(xué)生活畫上了一個(gè)完美的句號。它仿佛能讓我看到大學(xué)四年來自己的成長進(jìn)步，還有那四年來那幸福的回憶，它將永遠(yuǎn)的保留在自己記憶的深處，陪我在未來日子里乘風(fēng)破浪。
致 謝
在這次設(shè)計(jì)中我首先要感謝單紅衛(wèi)老師對我的全程指導(dǎo)，還要感謝汽車教研室的每位老師對我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的糾錯(cuò)和點(diǎn)評，感謝在一個(gè)小組一起學(xué)習(xí)一起努力的同學(xué)們，感謝機(jī)電工程學(xué)院每一位參與2016界畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的老師的無私付出，也感謝在大學(xué)四年教過我的每一位老師，感謝在大學(xué)期間所有幫助過我的同學(xué)和朋友，更感謝我親愛的父母這么多年來對我默默的付出和支持，謝謝大家的默默奉獻(xiàn)與支持，在這里請?jiān)试S我再次用最真誠的話語向你們說一聲：謝謝！謝謝你們！
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