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傳動軸的扭矩選擇問題
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知道發(fā)動機、變矩器、變速器、分動器的參數(shù)、及整車軸荷,需要計算傳動軸的扭矩,麻煩高手告訴我計算方法
知識庫標簽:
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列兵
傳動軸扭矩的計算
萬向節(jié)傳動軸的斷面尺寸除應滿足臨界轉(zhuǎn)速的要求外,還應保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強度。傳動軸的最大扭轉(zhuǎn)應力τ(MPa)可按下式計算:
τ= Te max·iR1·iF1·kd/Wτ
式中Te max——發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩,N·m;
iR1,iF1——變速器一檔傳動比和主傳動比;
kd——動載荷系數(shù);
Wτ——抗扭截面模量;
如果傳動軸為管軸,上式又可表達為
τ=16DT/π·(D4-d4)
式中T——傳動軸計算轉(zhuǎn)矩,T=Te max·iR1·iF1·kd,N·mm;
D——傳動軸管外徑尺寸,mm;
d——傳動軸管內(nèi)徑尺寸,mm;
上式亦可用于計算萬向傳動的實心軸,例如傳動軸一端的花鍵軸和轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的半軸以及斷開式驅(qū)動橋和de Dion橋的擺動半軸,并取上式的d=0。對于花鍵軸D取花鍵的內(nèi)徑,且其許用應力一般按安全系數(shù)為2~3確定。
根據(jù)傳動軸的扭力需要計算軸的最小危險截面直徑:如下下面舉例進行計算說明:
某款車其參數(shù)為:
1、發(fā)動機的最大輸出功率為47KW;
2、發(fā)動機傳輸最大輸出扭矩為85N·m(轉(zhuǎn)速5000~5300rpm);
3、發(fā)動機中置,各軸的萬向節(jié)間垂直距離為450mm;
4、空載前輪承受重量600 Kg,空載重心離地高度330mm;
5、發(fā)動機的主減速比:
?、? 1.570
Ⅱ 2.412
?、? 3.301
Ⅳ 4.389
?、? 4.217
6、差速器減速比為4.05;
7、滿載前輪重量820Kg,滿載時重心離地高度為270mm;
8、傳動軸初始安裝軸傾角8°;
9、車輪半徑為0.29m;
按汽車驅(qū)動輪打滑進行扭力計算:
Tj=Tψmax/ (i∑·ηγ)=G2·Ψmax·rr/(i∑·ηγ)
=0.5×820×7.98×0.75×0.3/(0.96×0.96)
≈1000 N·m
對于小型車而言,由于車體的自重較輕,因此抓地力相對較差,這里選取系數(shù)為0.75;另選取半軸至驅(qū)動車輪之間的傳動比和傳動效率數(shù)值分別為0.96。
按發(fā)動機輸出進行計算:如下為
Tj=εTe max·i∑·ηγ=0.6×85×4.389×4.05×0.96≈871N·m
考慮到當車體為最高減速比時候,車體的速度是最低的,此時車體傳動軸可以獲得最大的扭轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)車體參數(shù)可以知道,發(fā)動機在Ⅳ檔時可獲得最大的減速比。發(fā)動機的傳動效率此時選取0.96。
根據(jù)上述計算的結(jié)果,選取數(shù)值較小的扭矩值作為驅(qū)動軸的最小扭矩。這里面之所以不選取較大的數(shù)值是考慮到了傳動軸的輕量化的設計原則。另對于車體而言,需要保護發(fā)動機不受損壞和最大沖擊載荷時其他安全件不受到損壞,故傳動軸需要選取較小的數(shù)值。
因 τ=16DT/π·(D4-d4)
所以有:
D=[32·T/(π·κ·τmax)]-3 (單位:mm)
式中 D——傳動軸外徑,此時為實心軸;
κ——安全系數(shù),對于轎車而言選取安全系數(shù)為1.3~1.8;
τmax——傳動軸的實際抗拉強度;
一般情況下傳動軸需要承受一定范圍的彎曲疲勞應力,因此選取了1.8倍的安全系數(shù)重新進行計算:
D=[32×871/(π×1.8×940)]-3=17.6mm
即選擇最小軸徑為17.6mm的軸作為最小安全截面積。
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