FSAE燃油赛车传动系统第一篇 传动系统通识基础第1章 车辆传动总论1.1传动系统定义车辆传动系是发动机到车轮之间所有动力传递总成的总称。包含离合器、变速器、传动机构、主减速器、差速器、半轴、车轮驱动端。1.2传动系统四大核心功能1. 减速增扭匹配发动机高转低扭特性满足起步、加速、爬坡需求。2. 变速变矩配合变速箱改变输出工况。3. 差速转向解决车辆转弯内外轮行驶距离不同的问题。4. 中断动力、过载保护离合切断动力、链条柔性传动过载缓冲。1.3 FSAE燃油车传动布局特点1. 中置发动机、后置传动、后轮驱动2. 无传动轴、结构紧凑3. 单级/二级链传动减速4. 托森/LSD限滑差速器集成布置5. 三球销半轴结构1.4 传动系统设计五大评价指标动力性、传动效率、平顺性、可靠性、轻量化第2章 汽车动力传递基础理论2.1 发动机外特性发动机扭矩随转速变化低速扭矩弱、中高转功率强必须靠传动系统放大扭矩。2.2 减速传动原理功率守恒PTwP功率T扭矩w角速度减速后转速降低、角速度减小、扭矩成倍增大。2.3 传动效率定义传动效率输出功率/输入功率链传动效率92%~97%整套传动系综合效率85%~92%2.4 传动比匹配逻辑传动比过小加速无力、起步闷、极速偏高传动比过大加速猛、极速低、发动机高转爆震第二篇 链传动系统完整理论第3章 滚子传动链结构与标准3.1 滚子链结构外链板、内链板、销轴、套筒、滚子、润滑油膜间隙3.2 零件各自作用- 销轴承受剪切、铰接旋转- 套筒减小销轴磨损- 滚子缓冲啮合冲击、降低摩擦- 链板承受拉伸载荷3.3 10A国标链条参数节距15.875mm滚子直径10.16mm内节内宽9.40mm销轴直径5.08mm极限拉伸载荷21.8kN3.4 链条分类单排链、双排链、三排链FSAE油车默认单排10A第4章 链轮设计与啮合理论4.1 链轮三大基准圆分度圆链条啮合基准齿顶圆齿轮最大外径齿根圆齿槽最低点4.2 齿数设计原则最小齿数11齿工程下限推荐齿数12–14齿大链轮齿数30–40齿4.3 齿数过少危害多边形效应剧烈、冲击载荷大、磨损加剧、弯曲应力高、跳齿概率大、传动噪音大、疲劳寿命短4.4 链轮齿形原理渐开线啮合、共轭运动、滚动接触为主、滑动接触为辅第5章 链传动核心缺陷多边形效应5.1 产生原理柔性链条绕刚性链轮形成正多边形而非圆形轨迹导致半径周期性变化。5.2 带来的全部影响1. 瞬时传动比周期性波动2. 车速微幅抖动3. 啮合冲击、振动噪声4. 链条交变疲劳载荷5. 高速稳定性下降5.3合理优化传动增大小链轮齿数、合理增大中心距、提升同轴度、合理张紧、优化润滑、减小单级传动比第6章 包角、张紧、布置6.1 包角定义链条与链轮啮合的圆心角度最小允许包角120°6.2 包角不足后果啮合齿数过少、单齿载荷激增、极易跳齿脱链6.3 张紧系统理论张紧轮必须布置松边外侧作用补偿磨损伸长、增大包角、抑制抖动、消除松边垂度6.4 链传动四种布置形式水平布置、倾斜布置、垂直布置、交错布置赛车最优小幅倾斜布置第7章 链条失效7.1 拉伸磨损失效最常见链条铰链磨损→节距变长→啮合外移→跳齿报废标准总伸长量2%强制报废7.2 疲劳失效反复拉压、冲击链板疲劳裂纹、断裂7.3 啮合失效润滑不足、接触应力过大齿面金属剥落7.4 冲击断裂急加速、急刹车、弹射起步瞬时过载第三篇 差速器与半轴系统深度理论第8章 差速器基础原理8.1 差速运动基本方程n{左}n{右}2n{输入}8.2 开放式差速器特性1. 直线行驶左右等速2. 转弯行驶内外轮自动差速3. 打滑缺陷扭矩均分一侧空转、全车失动力8.3 LSD限滑差速器原理利用摩擦片/齿轮锁止结构出现转速差时限制打滑侧空转将扭矩转移至抓地侧。动态赛核心提升部件第9章 半轴系统9.1 半轴工况载荷主要载荷扭转载荷次要载荷弯曲载荷、冲击载荷、轴向载荷、振动载荷9.2 半轴结构形式FSAE赛车三球销半轴优点轻量化、结构简单、拆装快9.3 花键连接原理花键多齿均布承载、扭矩传递平稳、可轴向滑移、抗冲击强失效形式齿面压溃、磨损、剪切、旷量冲击9.4 万向节1. 球笼万向节等速传动、角度大、高速稳定2. 三球销万向节可轴向伸缩、适配悬架跳动9.5 油封与密封系统差速器内置油封TC骨架油封为主作用封油、防尘、防水、防泥沙侵入第四篇 结构设计全书第10章 传动总体布置10.1 干涉转向拉杆运动区域、悬架跳动区域、制动卡钳、刹车盘、车架主梁、车手腿部区域10.2共面设计意义两链轮轴线平行共面偏差带来单侧磨链、跑偏、振动、脱链、轴承偏载10.3 配合公差1. 偏心与链轮过渡配合拆装方便方便调节2. 三球销和球笼间隙配合方便移动3. 轴承与其他过盈配合第11章 支架与支座设计11.1 高应力集中区域安装孔位、根部转角、变截面11.2 轻量化设计刚度优先、强度保底、再做减重手段减重槽、圆角优化、加强筋、拓扑优化、空心结构第12章 防松、密封、防尘全套设计12.1 螺纹防松四件套螺纹胶、尼龙防松螺母、弹簧垫圈、双螺母锁紧12.2 防尘防水设计挡泥板、外侧密封盖、轴端倒角、多层油封结构第五篇 仿真第13章 ANSYS静力仿真体系13.1 仿真对象半轴扭转、支架弯曲、链轮挤压、螺栓强度13.2 安全系数标准铝合金1.5–2.0结构钢1.2–1.5疲劳工况≥2.013.3 边界条件标准半轴差速端固定、车轮端施加峰值扭矩差速器支架两端固定中间施加力链轮分工况第14章 RecurDyn动力学仿真14.1 必备输入参数节距、滚子直径、链板厚度、齿数、弹性模量、密度、摩擦系数、接触刚度、阻尼14.2 接触参数物理意义接触刚度过大冲击爆炸、求解发散接触刚度过小链节穿透、仿真失真14.3 链条装配失效全部原因链节数不匹配、中心距错误、链轮分度圆错误、同轴度错误第15章 模态分析模态结构固有振动频率仿真目的避开发动机震动频率杜绝共振破坏第六篇 材料与加工工艺第16章 常用材料16.1 45钢性价比高、可热处理、适合焊块使用16.2TC4钛合金高强度、高韧性、抗疲劳、半轴使用16.3 7075-T6铝合金轻量化、强度高、不可二次热处理、适合赛车轻量化结构支架偏心16.440Cr40铬高强度、高韧性、小链轮使用第17章 热处理与表面处理17.1 链轮工艺调质整体强韧高频淬火齿面耐磨17.2 铝合金表面强化硬质阳极氧化、微弧氧化、耐磨涂层17.3 钢材防锈工艺发黑、镀锌、喷漆第18章 精密加工工艺轴类加工流程粗车→热处理→精车→花键加工→精磨铝件防变形小切深、分层切削、软爪装夹、自然时效第七篇 实操与故障诊断第19章 异响分类精判1. 链条异响沙沙周期性、转速同步2. 轴承异响高频嗡鸣、温升快3. 花键异响加减油顿挫撞击4. 干涉异响固定位置咔咔蹭响第20章 各类故障跳齿、脱链、漏油、轴承过热、半轴抖动、动力偏置、链轮偏磨第21章加工全套点检张紧度、同轴度、螺栓扭矩、油封渗漏、轴承间隙、护罩强度、链条磨损量、万向节旷量、差速油位第七篇 动力计算与工程公式1.传动比iz2/z1n1/n2z指链轮齿数n指链轮转速2.链轮分度圆dp/sin(180°/zd分度圆直径p链条节距当前链轮齿数3.车速计算vpi * D* n/60000v车辆行驶速度D车轮外径n车轮转速4.扭转强度校核tT/Wt≤[t]t轴产生的实际扭转切应力T轴传递的扭矩Wt抗扭截面系数