裝配圖大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（傳動及最終傳動系統(tǒng)設(shè)計）（有cad圖+三維圖）

裝配圖大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（傳動及最終傳動系統(tǒng)設(shè)計）（有cad圖+三維圖）,裝配,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計,傳動,最終,終究,傳動系統(tǒng),cad,三維 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（傳動及最終傳動系統(tǒng)設(shè)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(qū)動車輪，傳動系統(tǒng)對整車的動力性和設(shè)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(jīng)濟性有很大的影響，故傳動系統(tǒng)參數(shù)的確定是汽車設(shè)計，基于我院LS Racing車隊三年來的比賽經(jīng)驗和設(shè)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(jù)發(fā)動機的特性參數(shù)、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(shù)，設(shè)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(jié)構(gòu)使其達到質(zhì)量輕、強度高的目標。 關(guān)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 dynamic 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 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 transmission 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, high strength goal. KEY WORD： FSAE, Differential selection, Drexler limited slip differential, the ANSYS finite element analysis 37 目 錄 第一章 大賽背景及發(fā)展現(xiàn)狀 1 §1.1 賽事背景 1 §1.2 國外情況 2 §1.3 國內(nèi)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(xiàn) 4 §2.3 FSAE大學(xué)生方程式賽車傳動系統(tǒng)的特點 5 §2.4 中國大學(xué)生方程式汽車大賽（FSC）傳動規(guī)則和要求 6 §2.5 本次傳動系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 6 第三章 賽車動力總成的選擇與布置 7 §3.1 整車參數(shù)與主要結(jié)構(gòu) 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(qū)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(qū)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(shù)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(qū)動輪的傳動設(shè)計 17 §4.1 差速器固定 17 §4.2 車輪法蘭設(shè)計 19 §4.3 大小鏈輪的設(shè)計 20 §4.3.1 鏈輪齒數(shù) 、 和傳動比i的計算與確定 20 §4.3.2齒數(shù)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計選用的萬向節(jié)類型 35 參考文獻 37 結(jié)束語 38 第一章 大賽背景及發(fā)展現(xiàn)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(xué)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(xué)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(xué)在內(nèi)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(shè)計為我畢業(yè)設(shè)計的題目，希望通過此次設(shè)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(nèi)的本科生或研究生舉辦的一項學(xué)生方程式賽車比 賽，要求在一年的時間內(nèi)制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現(xiàn)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，F(xiàn)SAE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(shù)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(gòu)思、設(shè)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(shè)計彈性和自我表達創(chuàng)意和想象力的空間，在整車設(shè)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(shè)計、建造、測試和準備賽車。在與來自世界各地的大學(xué)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(shù)能力的機會。 為了達到比賽的目的、學(xué)生可以把自己假想設(shè)計人員。某一制造公司聘請他們?yōu)槠湓O(shè)計、制造和論證一輛用來評估該公司某一量產(chǎn)項目的原型車。預(yù)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(xiàn)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(chǎn)四輛該型車,并要求原型車實際耗資應(yīng)低于2.5萬美元（該規(guī)則09年已經(jīng)取消）。設(shè)計小組受到的挑戰(zhàn)是設(shè)計和組裝一輛滿足各種要求的車。各個設(shè)計環(huán)節(jié)將作為競賽比較和評判的內(nèi)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(xué)車隊參加，同時日本本土強隊上智大學(xué)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(xué)習(xí)，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(nèi)情況 FSAE中國賽的中文名稱為中國大學(xué)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(xué)生方程式汽車大賽中，北京理工大學(xué)方程式車隊擊敗了包括慕尼黑工業(yè)大學(xué)TUfast車隊，同濟大學(xué)方程式車隊，湖南大學(xué)方程式車隊，吉林大學(xué)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(shè)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 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(jīng)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(qū)動輪之間的動力傳遞裝置稱為汽車的傳動系。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，并使動力傳遞能格局需要而平穩(wěn)地結(jié)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、及半軸等部分。 §2.2 傳動系統(tǒng)的功能實現(xiàn) 傳動系統(tǒng)的首要任務(wù)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(qū)動力與車速，并使汽車具有良好的動力性和燃油經(jīng)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(xiàn)減速增扭 只有當作用在驅(qū)動輪上的驅(qū)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(qū)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(xiàn)（因為相應(yīng)的驅(qū)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(qū)動輪的轉(zhuǎn)速降為發(fā)動機轉(zhuǎn)速的若干分之一，相應(yīng)的驅(qū)動輪所得到的扭矩則增大到發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的若干倍； 2、實現(xiàn)汽車變速汽車的使用條件在很大范圍內(nèi)不斷變化，這就要求汽車的驅(qū)動力和速度也有相當大的變化范圍； 3、實現(xiàn)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(zhuǎn)速必須保持在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)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(qū)動輪的動力傳遞路線切斷，以便啟動發(fā)動機； 5、應(yīng)使兩側(cè)驅(qū)動車輪具有差速作用差速器使左右兩驅(qū)動輪可以以不同的角速度旋轉(zhuǎn)。此外，由于發(fā)動機、離合器和變速器固定在車架上，而驅(qū)動橋和驅(qū)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(qū)動輪之間常有相對運動。在此情況下，兩者之間不能用簡單的整體傳動軸傳動，而應(yīng)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(jié)構(gòu)形式、汽車行駛系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)形式等許多因素。 §2.3 FSAE大學(xué)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(shè)計 FSAE方程式賽車一般采用發(fā)動機中置后輪驅(qū)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(qū)動。該方案布置有利于實現(xiàn)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(jīng)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(qū)動橋的主減速器、差速器和半軸，最后傳到驅(qū)動車輪。因此，傳動系的設(shè)計中應(yīng)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(shè)計時選用了CBR600發(fā)動機，依據(jù)大賽規(guī)則，需要在節(jié)氣門前面加裝內(nèi)徑20mm的限流閥。由于CBR600發(fā)動機屬于高轉(zhuǎn)速引擎，加裝限流閥后最大扭矩點約在7000~8000轉(zhuǎn)，約為50nm左右，功率點約在9000~10000轉(zhuǎn)，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(jù)大賽規(guī)則，車輛實際動力參數(shù)，賽道特性等需要計算設(shè)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的側(cè)傾，內(nèi)側(cè)車輪負載明顯小于外側(cè)車輪，甚至離開地面。這導(dǎo)致在出彎時，賽車由于大功率的輸出，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(shè)計的FSAE方程式賽車與一般生活中應(yīng)用到的汽車有著截然不同的要求，性能，質(zhì)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(xué)生方程式汽車大賽（FSAE）傳動規(guī)則和要求 大賽有關(guān)傳動部分規(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(zhuǎn)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M8.8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(zhì)材料制作護指。 §2.5 本次傳動系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 1、了解汽車總體設(shè)計的基本知識； 2、掌握客FSAE賽車底盤設(shè)計的基本要求； 3、學(xué)習(xí)用已學(xué)過的知識進行起FSAE賽車動力總成布置設(shè)計； 4、學(xué)會查找有關(guān)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(shù)與主要結(jié)構(gòu) 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(zhì)量280kg 整備質(zhì)量220kg 發(fā)動機：排量/功率(ml/ps)589.9/90 扭矩 66nm §3.1.2 動力總成設(shè)計參數(shù)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(zhuǎn)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(nèi)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(shù) 表3-2 CBR600F4I發(fā)動機動力試驗參數(shù) 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(shù) N（r/min） 3500 4500 5500 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(zhuǎn)速與對應(yīng)的功率是根據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。但通過全國其他各學(xué)校FSAE車隊設(shè)計的成果來看，該數(shù)據(jù)仍然有較高的參考價值。 2、CBR600變速箱參數(shù) 變速箱參數(shù)見表3-4 表3-4 變速箱參數(shù) 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(shù) 中國大學(xué)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(wǎng)查的此款輪胎的數(shù)據(jù)，如下圖 圖3-1 輪胎數(shù)據(jù) 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(shù)據(jù)采用英制單位，通過計算轉(zhuǎn)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）； 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(shù) z1=15，變速器6檔的傳動比1.166，發(fā)動機內(nèi)部減速器傳動比1.822，發(fā)動機處于最大扭矩時，轉(zhuǎn)速約為9000rpm，車輪直徑為 0.23m。有動力性部分的驅(qū)動力平衡圖可知，在150Km/h速度時候，驅(qū)動力大于阻力，所以發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速下的功率可以滿足最高車速，即六擋情況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速10500rpm達到最大車速，設(shè)定最高車速為 150 Km/h。 根據(jù)公式（3-1）： （3-1） 式中： =汽車最高行駛速度 n—發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速，取10500； —發(fā)動機內(nèi)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(qū)動力的計算 1、賽車驅(qū)動力計算公式（3-2） （3-2） 式中： —發(fā)動機轉(zhuǎn)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(nèi)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(qū)動輪不打滑的情況下） （3-3） 式中： —汽車行駛速度； —發(fā)動機轉(zhuǎn)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(shù)公式（3-4） （3-4） 式中： —滾動阻力系數(shù)； —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； —迎風面積，取1； —空氣阻力系數(shù)，取0.5； —汽車行駛速度，取最高km/h； 5、動力因數(shù)公式（3-6） （3-6） 式中： —動力因數(shù)； —賽車驅(qū)動力； —空氣阻力； 6、滾動阻力公式（3-7） （3-7） —整備質(zhì)量或滿載質(zhì)量； 7、加速度計算汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)按照經(jīng)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)計算得到了一些基本的動力性計算結(jié)果，在這一節(jié)中，利用Matlab軟件對上述計算結(jié)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(jù)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(qū)動力-行駛阻力平衡圖 圖3-2 驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖 上圖為驅(qū)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(shè)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 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(jù)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(jù)賽車傳動比的一些經(jīng)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(yīng)具有良好的動力性。 §3.3.5 動力因數(shù)圖 圖3-5 動力因數(shù)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(jié)果可作為賽車動力性的一個參考數(shù)據(jù)。 §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(zhuǎn)動平面平行?？蛇x用軸傳動，鏈傳動，帶傳動這三種布置方式，隨后動力傳入至差速器，差速器通過將轉(zhuǎn)矩配位到兩側(cè)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(qū)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(shè)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(nèi)實現(xiàn)傳動系統(tǒng)設(shè)計目標，系統(tǒng)設(shè)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(zhuǎn)動方向和驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動方向一致，不需要換向機構(gòu)； 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(nèi)側(cè)，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(xiàn)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(shè)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(qū)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(qū)動輪的傳動設(shè)計 §4.1 差速器固定 由于沒有驅(qū)動橋殼，所以差速器需要單獨固定，因此設(shè)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(chǎn)生松動，需要張緊裝置對鏈條進行張緊。 差速器固定設(shè)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 將吊耳一端直接固定在車架上，另一端通過調(diào)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(diào)整螺母進行張緊。結(jié)構(gòu)如圖4-2 圖4-2 方案一 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝簡單，加工成本低，質(zhì)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(diào)整固定板的位置對鏈條進行張緊，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高，質(zhì)量大。 §4.2 車輪法蘭設(shè)計 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(shè)計加工。車輪輪芯設(shè)計時考慮：前輪為非驅(qū)動車輪，在末端設(shè)計有螺紋，通過專用螺母 固定在立柱上。后輪為驅(qū)動輪，半軸內(nèi)有花鍵連接，由于內(nèi)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(nèi)花鍵，對軸芯二次加工 §4.3 大小鏈輪的設(shè)計 §4.3.1 鏈輪齒數(shù) 、 和傳動比i的計算與確定 小鏈輪齒數(shù) z1 對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大影響。齒數(shù)少，外廓尺寸小，但齒數(shù)過少，運動不均勻性加劇，動載荷和沖擊加大；鏈條進入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角增大，鉸鏈的磨損加劇；鏈傳遞的圓周力增大，加速了鏈條和鏈輪的損壞。齒數(shù)過多，將增大傳動尺寸和質(zhì)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(shù)的選取原則 1、鏈傳動速度高時，齒數(shù)多些； 2、為考慮磨損均勻，鏈輪齒數(shù)應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)，并優(yōu)先選用以下數(shù)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(shù)太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現(xiàn)跳齒、破壞正常嚙合。通常包角最好不小于 120度，推薦傳動比 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(shù) z1=15，變速器6檔的傳動比1.173，發(fā)動機內(nèi)部減速器傳動比1.822，發(fā)動機處于最大扭矩時，轉(zhuǎn)速為9000rpm，車輪直徑為 0.23m。有動力性部分的驅(qū)動力平衡圖可知，在150Km/h速度時候，驅(qū)動力大于阻力，所以發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速下的功率可以滿足最高車速，即六擋情況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速10500rpm達到最大車速，設(shè)定最高車速為 150 Km/h， 根據(jù)公式（4-1）： （4-1） 可得為47。 §4.3.4 鏈輪的計算與選取 在同類產(chǎn)品中，按組成鏈條的基本結(jié)構(gòu)，即根據(jù)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(chǎn)品系列。鏈條的種類很多，但它們的基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jù)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(dǎo)向軸承，還有的在鏈板上裝了滾輪等等，這些都是為了應(yīng)用在不同的應(yīng)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(yīng)越嚴重，動載荷、沖擊、振動越嚴重。所以，為使鏈傳動結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長，盡量取小節(jié)距的單排鏈。工作情況系數(shù)的選取結(jié)果見表4-1。 表4-1 工作情況系數(shù)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(nèi)燃機） 輕微沖擊（如六缸或六缸以上內(nèi)燃機裝機械式聯(lián)軸器） 中等沖擊（如六缸或六缸以下內(nèi)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(shù)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)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(shù)系數(shù)的選取結(jié)果見表圖1 鏈排數(shù)的選取見表4-2。 表4-2 排數(shù)系數(shù) 排數(shù) 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） ： （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(jù)大鏈輪的齒數(shù) 、分度圓直徑與齒頂圓直徑 ，設(shè)計的鏈輪如圖4-1 圖4-1 鏈輪設(shè)計圖 中心距a小，傳動結(jié)構(gòu)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(shù)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(diào)時，amax≈30p。 綜上所述：初定 a=30p=476.25 mm。 1、鏈節(jié)數(shù)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(shù)。即 Lp=84 鏈節(jié)距p的計算 首先需要確定系數(shù)主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，，。 查《機械手冊》表得到小鏈輪齒數(shù)系數(shù)=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(jù)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(shù) 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）得到鏈輪包角144.15° §4.4 差速器的設(shè)計與選擇 汽車發(fā)動機的動力經(jīng)離合器、變速器、傳動鏈，最后傳送到驅(qū)動橋再左右分配給半軸驅(qū)動車輪，在這條動力傳送途徑上，驅(qū)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(qū)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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)彎時候內(nèi)外輪有輪速差用的，否則車輛轉(zhuǎn)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(qū)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(diào)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(nèi)，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(zhuǎn)彎時也會自動趨向能耗最低的狀態(tài)，自動地按照轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)彎時，由于外側(cè)輪有滑拖的現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)輪有滑轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，兩個驅(qū)動輪此時就會產(chǎn)生兩個方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然導(dǎo)致兩邊車輪的轉(zhuǎn)速不同，從而破壞了三者的平衡關(guān)系，并通過半軸反映到半軸齒輪上，迫使行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快，內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢，從而實現(xiàn)兩邊車輪轉(zhuǎn)速的差異。 驅(qū)動橋兩側(cè)的驅(qū)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(zhuǎn)。這樣，當汽車轉(zhuǎn)向行駛時，由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移過的距離大，將使外側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑拖，而內(nèi)側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)向困難、制動性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動，在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輪能以不同的角度轉(zhuǎn)動。 §4.4.2 差速器的分類 現(xiàn)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(qū)動輪存在轉(zhuǎn)速差時，差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。這種差速器轉(zhuǎn)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(qū)動輪陷入泥濘路面時，雖然另一驅(qū)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(qū)動輪原地滑轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)矩也較小，盡管另一驅(qū)動輪與良好路面間的附著力較大，但因平均分配轉(zhuǎn)矩的特點，使這一驅(qū)動輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪等量的轉(zhuǎn)矩，以致驅(qū)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(zhuǎn)驅(qū)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(cè)驅(qū)動輪在壞路上滑轉(zhuǎn)時，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給在良好路面上的驅(qū)動輪，以充分利用這一驅(qū)動輪的附著力來產(chǎn)生足夠的驅(qū)動力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。 圖4-3 德雷克斯勒LSD差速器 3、Torsen LSD差速器 說起AWD轎車驅(qū)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(jīng)離合器、變速器、傳動鏈，最后傳送到驅(qū)動橋再左右分配給半軸驅(qū)動車輪，在這條動力傳送途徑上，驅(qū)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(qū)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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(diào)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(nèi)，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(zhuǎn)彎時也會自動趨向能耗最低的狀態(tài)，自動地按照轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速。 當轉(zhuǎn)彎時，由于外側(cè)輪有滑拖的現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)輪有滑轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，兩個驅(qū)動輪此時就會產(chǎn)生兩個方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然導(dǎo)致兩邊車輪的轉(zhuǎn)速不同，從而破壞了三者的平衡關(guān)系，并通過半軸反映到半軸齒輪上，迫使行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快，內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢，從而實現(xiàn)兩邊車輪轉(zhuǎn)速的差異。 驅(qū)動橋兩側(cè)的驅(qū)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(zhuǎn)。這樣，當汽車轉(zhuǎn)向行駛時，由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移過的距離大，將使外側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑拖，而內(nèi)側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)向困難、制動性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動，在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輪能以不同的角度轉(zhuǎn)動 現(xiàn)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(qū)動輪存在轉(zhuǎn)速差時，差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。這種差速器轉(zhuǎn)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(qū)動輪陷入泥濘路面時，雖然另一驅(qū)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(qū)動輪原地滑轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)矩也較小，盡管另一驅(qū)動輪與良好路面間的附著力較大，但因平均分配轉(zhuǎn)矩的特點，使這一驅(qū)動輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪等量的轉(zhuǎn)矩，以致驅(qū)動力不足以克駛阻力，汽車不能前進，而動力則消耗在滑轉(zhuǎn)驅(qū)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(zhuǎn)驅(qū)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(cè)驅(qū)動輪在壞路上滑轉(zhuǎn)時，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給在良好路面上的驅(qū)動輪，以充分利用這一驅(qū)動輪的附著力來產(chǎn)生足夠的驅(qū)動力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。 3、Torsen LSD差速器 說起AWD轎車驅(qū)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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為正常車速；第二，可以使左右驅(qū)動輪速度不同，也就是在彎道時對里外車輪輸出不同的轉(zhuǎn)速以保持平衡。它的缺陷是在經(jīng)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(qū)動轎車AWD系統(tǒng)的基本構(gòu)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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為正常車速；第二，可以使左右驅(qū)動輪速度不同，也就是在彎道時對里外車輪輸出不同的轉(zhuǎn)速以保持平衡。它的缺陷是在經(jīng)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(qū)動轎車AWD系統(tǒng)的基本構(gòu)成是具有3個差速器，它們分別控制著前輪、后輪、前后驅(qū)動軸扭矩分配。這3個差速器不只是人們常見的簡單差速器，它們是LSD差速器，帶有自鎖功能以保證在濕滑路面輪胎發(fā)生打滑時驅(qū)動輪始終保持有充足的扭矩輸出從而在惡劣路況獲得良好的操控性能。 §4.4.3 方程式賽車的差速器結(jié)構(gòu)選擇 FSAE賽車是一款競技娛樂型賽車，賽車行駛的在良好的路面上，車輪與賽道有良好的附著系數(shù)。但是這畢竟是賽車，該車上安裝的差速器不僅要起到單純的差速和傳力作用，還要具有一定的限滑功能。 汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，故應(yīng)用廣泛。 此外還有摩擦片式差速器。其內(nèi)部具有一個可左右移動的摩擦片，當過彎離心力過大時，摩擦片被左右離心力向外側(cè)甩，使得摩擦片鎖緊，防止出彎時內(nèi)側(cè)車輪打滑。 托森差速器也具有限滑功能，他是利用蝸輪蝸桿的反向傳遞自鎖的功能產(chǎn)生限滑功能的，并且完全純機械式。 FSAE賽車設(shè)計中還要考慮輕量化，因此，重量較輕的的德雷克斯勒LSD差速器是眾多車隊向往購買的一款差速器，但是其2175美元并且不包含一切軸承、萬向節(jié)甚至半軸等東西的昂貴價格也讓這其中大部分車隊望而卻步！ 通過性價比的比較，以及我?，F(xiàn)有的車隊資金水平來看，購買這樣的差速器來說還是不現(xiàn)實的。 因此在此次設(shè)計用，我們選擇性價更好的夏利車型開式普通差速器，如圖。 圖4-5 夏利開式普通差速器 §4.4.4 差速器選用說明 目前差速器現(xiàn)有掌握的數(shù)據(jù)和眾多FSAE車隊選用情況統(tǒng)計來看，大部分車隊選用這種自由開示差速器，并且絕大多數(shù)車隊選用奇瑞QQ，奧拓，五菱之光，夏利的汽車的差速器。這種車型有一個共同的特點，功率都在50~60kw，與此次設(shè)計的方程式賽車相差不多。由于CBR600屬于高轉(zhuǎn)速引擎，并且賽車競速是車輪的旋轉(zhuǎn)速率都會較高，所承受的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該會小于原車設(shè)計的標定參數(shù)。同時，鑒于量產(chǎn)車擁有較高的可靠度，因此，此次設(shè)計中使用的差速器理論上足以可靠并且可行。 §4.5 萬向節(jié)的選擇 所謂萬向節(jié)，指的是利用球型連接實現(xiàn)不同軸的動力傳送的機械結(jié)構(gòu)，是汽車上有一個很重要的部件。萬向節(jié)與傳動軸組合，稱為萬向節(jié)傳動裝置。在前置發(fā)動機后輪驅(qū)動的車輛上，萬向節(jié)傳動裝置安裝在變速器輸出軸與驅(qū)動橋主減速器輸入軸之間；而前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的車輛省略了傳動軸，萬向節(jié)安裝在既負責驅(qū)動又負責轉(zhuǎn)向的前橋半軸與車輪之間。 §4.5.1 萬向節(jié)的工作原理 圖4-6 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)圖 在汽車傳動系及其它系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)一些軸線相交或相對位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的動力傳遞，必須采用萬向傳動裝置。萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還要有中間支承，主要用于以下一些位置： 1-萬向節(jié)；2-傳動軸；3-前傳動軸；4-中間支承 發(fā)動機前置后輪驅(qū)動汽車的變速器與驅(qū)動橋之間。當變速器與驅(qū)動橋之間距離較遠時，應(yīng)將傳動軸分成兩段甚至多段，并加設(shè)中間支承。多軸驅(qū)動的汽車的分動器與驅(qū)動橋之間或驅(qū)動橋與驅(qū)動橋之間。由于車架的變形，會造成軸線間相互位置變化的兩傳動部件之間。 如圖所示為在發(fā)動機與變速器之間。 采用獨立懸架的汽車的與差速器之間。轉(zhuǎn)向驅(qū)動車橋的差速器與車輪之間。汽車的動力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)中。 §4.5.2 等速萬向節(jié)的分類 由于賽車后部空間結(jié)構(gòu)比較緊張，運轉(zhuǎn)速度較快，因此需要使用等速萬向節(jié)。 等速萬向節(jié)的種類如表6-1所示 表4-6 萬向節(jié)的分類 類型 應(yīng)用分類 球籠式萬向節(jié)（Rezppa） 三球銷式萬向節(jié)（TJ） （中心固定型） 中心固定型等速萬向節(jié) 可軸向移動的球籠式萬向節(jié)（DOJ） 三球銷萬向節(jié)（TJ） （伸縮型） 十字槽萬向節(jié) 伸縮型等速萬向節(jié) 一、球籠式萬向節(jié) 球籠式萬向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬向節(jié)。早期的Rzeppa型球籠式萬向節(jié)是帶分度桿的，球形殼的內(nèi)表面和星形套的球表面上各有沿圓周均勻分布的六條同心的圓弧滾道，在它們之間裝有六個傳力鋼球，這些鋼球由球籠保持在同一平面內(nèi)。當萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時，靠比例合適的分度桿撥動導(dǎo)向盤，并帶動球籠使六個鋼球處于軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗表明，當軸間夾角較小時，分度桿是必要的；當軸間夾角大于11°時，僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬向節(jié)無論轉(zhuǎn)動方向如何，六個鋼球全都傳遞轉(zhuǎn)矩，它可在兩軸之間的夾角達35°～37°的情況下工作。 圖4-7 球籠式萬向節(jié) 其中： 0：等速萬向節(jié)工作角中心 A：星形套球道溝槽、 B：外套球道溝槽 P：球心 R：球道溝槽節(jié)圓半徑 E：滑移距離 二、三球銷萬向節(jié)（定心）TJ 三腳架固定在三叉槽殼內(nèi)，裝在三銷架三個軸線的球環(huán)和叉狀軸形成工作角度的中心固定型等速萬向節(jié)。 圖4-8 三球銷萬向節(jié)（定心）TJ 三、十字槽型等速萬向節(jié)（VL） 滾球由在內(nèi)、外圈直溝道交叉處具有外球面的保持架夾，軸向等角度相互轉(zhuǎn)動的伸縮型等速萬向節(jié)。 圖4-9 十字槽型等速萬向節(jié)（VL） 圖中： O:等速萬向節(jié)工作角中心 P：球心 R：球道溝槽的節(jié)圓半徑 以上三種萬向節(jié)是FSAE賽車中常用的，在此給予列舉，簡述其原理。 §4.6 此次設(shè)計選用的萬向節(jié)類型 圖4-10 球籠萬向節(jié)Rzeppa+VL節(jié)總成 固定型球籠式萬向節(jié)和伸縮型球籠式萬向節(jié)被廣泛地應(yīng)用在具有獨立懸架的驅(qū)動橋中，在靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)采用固定型球籠式萬向節(jié)，靠近差速器一側(cè)則采用伸縮型球籠式萬向節(jié)，以補償由于前輪跳動及載荷變化而引起的輪距變化。 本次設(shè)計采用夏利的內(nèi)球籠式萬向節(jié)，靠近車輪為固定型球籠式萬向節(jié)，靠近差速器為伸縮性球籠式萬向節(jié)。該車型發(fā)動機功率大于本次設(shè)計賽車功率，其變速比整體大于本賽變速比，故在半軸上傳遞的力矩大于本賽車的，故選用的萬向節(jié)能滿足強度要求。 參考文獻 [1] 郭竹亭編.汽車車身設(shè)計.吉林：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1992 [2] 李少波. 汽車車身計算機輔助設(shè)計與分析.［碩士論文］.貴陽：貴州工業(yè)大學(xué),1999 [3] 王望予.汽車設(shè)計。北京：機械工業(yè)出版社，2004.9 [4]常明.汽車底盤結(jié)構(gòu).國防工業(yè)出版社,2005 [5] 屠衛(wèi)星.汽車底盤構(gòu)造與維修.北京:人民交通出版社,2001.8 [6] 《中國汽車車型手冊》(下卷).北京:中國汽車技術(shù)研究中心, 2003 [7] 顧柏良.汽車工程手冊.北京: 北京理工文學(xué)出版社,1999 [8] 蔣立盛.汽車設(shè)計手冊 整車 底盤卷（4.4，4.5）.長春汽車研究所，1998.5 [9] 李理光.2011中國大學(xué)生方程式汽車大賽規(guī)則.中國汽車工程學(xué)會2011 [10] 安琦、顧大強主編.機械設(shè)計[M].科學(xué)出版