畢業(yè)設(shè)計(jì)輕型貨車變速器設(shè)計(jì)

百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我 、，4 — 刖 百 隨著汽車工業(yè)的不斷壯大，以及汽車行業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，如何設(shè)計(jì)出更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠， 工作可靠，性能優(yōu)良，且符合中國(guó)國(guó)情的汽車已經(jīng)是當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)者的緊迫問(wèn)題，也是 我們作為汽車工程本科畢業(yè)生，必須肩負(fù)的重任。在面臨著前所未有的機(jī)遇的同時(shí)，我 們要努力為我們的汽車工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)四年的刻苦學(xué)習(xí)，我掌握了四十多門 基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，閱讀了大量的專業(yè)書(shū)籍，為從事汽車行業(yè)的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基 礎(chǔ)。在大學(xué)畢業(yè)，即將走向工作崗位之際，按國(guó)家教委的要求，進(jìn)行了這次設(shè)計(jì)。畢業(yè) 設(shè)計(jì)是對(duì)我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次檢閱，充分體現(xiàn)了一個(gè)設(shè)計(jì)者的知識(shí)掌握程度 和創(chuàng)新思想。畢業(yè)設(shè)計(jì)總體質(zhì)量的好壞也直接體現(xiàn)了畢業(yè)生的獨(dú)立創(chuàng)造設(shè)計(jì)能力。由于 畢業(yè)設(shè)計(jì)具有特殊的重要意義，在兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間里我們到單位實(shí)習(xí)，并閱讀 了大量的汽車資料，虛心向老師請(qǐng)教，且在老師的指導(dǎo)下，將老師傳授的設(shè)計(jì)方法運(yùn)用 到自己的設(shè)計(jì)中，使本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成。 本人的設(shè)計(jì)題目、要求及任務(wù)是： 輕型貨車變速器設(shè)計(jì)（4+1）檔 \ 設(shè)計(jì)參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)：Memax=160 N - m ; 車速：Vna=100 Km/h ; 額定轉(zhuǎn)速：n=2800 rpm ;車輪滾動(dòng)半徑：Ro= m ; 汽車總質(zhì)量：2200 Kg ;爬坡度：30% ;主減速比：i0=; 驅(qū)動(dòng)輪上法向反作用力：Fz=1300 Kg 。 設(shè)計(jì)要求：采用中間軸式、全同步器換檔。本次設(shè)計(jì)要求：對(duì)各檔齒輪的接觸強(qiáng)度、 彎曲應(yīng)力及軸的強(qiáng)度、剛度以及軸承的載荷進(jìn)行校核計(jì)算。 設(shè)計(jì)工作量： 1、集資料、進(jìn)行方案論證、結(jié)構(gòu)分析，確定合理的結(jié)構(gòu)方案。 2、選擇正確的參數(shù)，對(duì)變速器的強(qiáng)度及剛度進(jìn)行校核計(jì)算。 3、繪制變速器總裝圖1張（0號(hào)圖）、殼體圖1張（0號(hào)圖）、操縱機(jī)構(gòu)總裝圖1張（0 號(hào)圖）、齒輪零件圖折合張（0號(hào)圖），其中用計(jì)算機(jī)繪圖折和張 A0,手繪圖折和張A0o 總圖量為張以上0號(hào)圖。 4、設(shè)計(jì)中的計(jì)算要求編程，上機(jī)計(jì)算，打印程序、結(jié)果。 / 5、英譯中大于5000字符（折合中文約大于3000字）。 / 6、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括：目錄、.中、英文摘要、設(shè)計(jì)說(shuō)明、方案論證、計(jì)算過(guò)程、結(jié)論、 畢業(yè)設(shè)計(jì)完成情況的自我評(píng)價(jià)及其它說(shuō)明。要求大于萬(wàn)字。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，本人按時(shí)、按質(zhì)、按量完成了各階段的工作，最終順利完成了設(shè)計(jì)任 務(wù)，設(shè)計(jì)出一臺(tái)適用于輕型貨車的四檔變速器。 最后，由于本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題敬請(qǐng)各位老師和 同學(xué)的指正。 編者：ddd 2008. 5 第一章變速器的功用和要求 現(xiàn)代汽車采用的活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化范圍較小， 不能適應(yīng)汽車在各種條件下 阻力變化的要求，因此在汽車傳動(dòng)系中，采用了可以改變轉(zhuǎn)速比和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩比的裝置， 即變速器。變速器不但可以擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)車輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適 應(yīng)汽車在各種條件下行駛的需要，而且能在保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變的情況下，實(shí)現(xiàn)倒 車，還能利用空擋暫時(shí)地切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)。 變速器的功用： (1)改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件， 如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作； (2)在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛； \ (3)利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或 進(jìn)行動(dòng)力輸出。 /‘因此變速器通常還設(shè)有倒檔，在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下汽車能倒退行駛； 設(shè)有空擋，在滑行或停車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能保持分離。變速器還應(yīng)能進(jìn)行動(dòng)力輸出。 為保證變速器具有良好的工作性能，設(shè)計(jì)變速器必須滿足以下的使用條件和基本要 求： (1)應(yīng)該合理地選擇變速器的檔數(shù)和傳動(dòng)比，使汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； (2)工作可靠，在使用過(guò)程中不應(yīng)該有自動(dòng)跳檔、 脫檔和換檔沖擊現(xiàn)象發(fā)生；止匕外, 還不允許出現(xiàn)誤掛倒檔的現(xiàn)象； (3)操縱輕便，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度； (4)傳動(dòng)效力高、噪音小。為了減少齒輪的嚙合損失，應(yīng)設(shè)有直接檔。此外合理地 齒輪形式以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高其制造和安裝精度，都是提高效率和減小噪聲的有效措施。 ' (5)結(jié)構(gòu)緊湊，盡量做到質(zhì)量輕、體積小、制造成本底。 (6)制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)； (7)貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； (8)需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 / 第二章 變速器的方案論證 第一節(jié)變速器類型選擇及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 變速器的種類很多，按其傳動(dòng)比的改變方式可以分為有級(jí)、無(wú)級(jí)和綜合式的。有級(jí) 變速器根據(jù)前進(jìn)檔檔數(shù)的不同，可以分為三、四、五檔和多檔變速器；而按其軸中心線 的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線（行星齒輪）式和綜合式的。其中，固定式變速器 應(yīng)用較廣泛，又可分為兩軸式，三軸式和多軸式變速器。 現(xiàn)代汽車大多都采用三軸式變速器。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的轎車，如變速器傳動(dòng) 比小，則常采用兩軸式變速器。以下是兩軸式和三軸式變速器的傳動(dòng)方案。要采用哪一 種方案，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以下四個(gè)方面： 一、結(jié)構(gòu)工藝性 兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可 用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)用圓柱齒輪，因而簡(jiǎn)化了制造工藝。 二、變速器的徑向尺寸 \ 兩軸式變速器的前進(jìn)檔均為一對(duì)齒輪副，而三軸式變速器則有兩對(duì)齒輪副。因此， 對(duì)于相同的傳動(dòng)比要求，三軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。 三、變速器齒輪的壽命 兩軸式變速器的低檔齒輪副大小相差懸殊， 小齒輪工作循環(huán)次數(shù)比大齒輪要高得多, 因此，小齒輪工作壽命比大齒輪要短。三軸式變速器的各前進(jìn)檔均為常嚙合齒輪傳動(dòng)， 大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命比較接近。在直接檔時(shí)，齒輪只是空轉(zhuǎn)，不影 響齒輪壽命。 四、變速器的傳動(dòng)效率 '兩軸式變速器，雖然可以有等于 1的傳動(dòng)比，但是仍要有一對(duì)齒輪傳動(dòng)，因而有功 率損失。而三軸式變速器，可以將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接檔，因而傳動(dòng)效 率高，磨損小，噪聲也較小。 轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，這樣可將變速器和主傳動(dòng)器組 成一個(gè)整體，使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的總體布置。 因此，近年來(lái)在歐洲的轎車中采用得比較多。而中、重型載貨汽車則多采用三軸式變速 器。 這次設(shè)計(jì)的變速器是輕型貨車使用，所以采用三軸式變速器。 第二節(jié)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析 // 根據(jù)第一節(jié)所述，采用中間軸式變速器，在各檔數(shù)相同的條件下，各變速器的差別 主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)，換檔方案和倒檔傳動(dòng)方案。 一、換檔結(jié)構(gòu)形式的選擇 目前，汽車上的機(jī)械式變速器的換檔結(jié)構(gòu)形式有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換 檔三種。 （一）滑動(dòng)齒輪換檔 通常是采用滑動(dòng)直齒輪換檔，但也有采用滑動(dòng)斜齒輪換檔的。滑動(dòng)直齒輪換檔的優(yōu) 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、容易制造。缺點(diǎn)是換檔時(shí)齒端面承受很大的沖擊會(huì)導(dǎo)致齒輪過(guò)早 損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種換檔方式一般僅用在一檔和倒檔上。 （二）嚙合套換檔 用嚙合套換檔，可以將結(jié)構(gòu)為某傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪，制造成常嚙合的斜齒輪。用嚙 合套換檔，因同時(shí)承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換檔，因此它們 都不會(huì)過(guò)早損壞，但是不能消除換檔沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。止匕外, 因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器的軸向尺寸和旋轉(zhuǎn)部分的總慣量增大。因此， 這種換檔方法目前只在某些要求不高的檔位及重型貨車變速器上使用。\ 這是因?yàn)橹匦拓?車檔位間的公比較小，要求換檔手感強(qiáng)，而且在這種車型上又不宜使用同步器（壽命太 短，維修不便）。 \ （三）同步器換檔 現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器換檔。使用同步器能保證迅速、無(wú)沖擊、無(wú) 噪聲換檔，與操作技術(shù)熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。 同上述兩種換檔方法相比，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán) 使用壽命短等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，由于同步器廣泛使用，壽命問(wèn)題已 得到基本解決。 上述三種換檔方案，可同時(shí)用在同一變速器中的不同檔位上，一般倒檔和一檔采用 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的滑動(dòng)直齒輪或嚙合套的形式，對(duì)于常用的高檔位則采用同步器或嚙合套 . 本次設(shè)計(jì)方案一、二檔和三、四檔采用同步器換檔，倒檔使用倒檔軸上滑動(dòng)直齒輪 換檔。 二、倒檔的形式及布置方案 倒檔使用率不高，常采用直齒滑動(dòng)齒輪方案換入倒檔。為實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)有些利用在前進(jìn) 檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪的方案。 圖 \ 常見(jiàn)的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種： 方案1.（如圖2.1a）所示） \\ 在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪處于正負(fù)交替對(duì)稱變 化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四檔全同步器式變速器 中。 方案2.（如圖）所示） 此方案的優(yōu)點(diǎn)是可以利用中間軸上一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度，但換檔時(shí) 兩對(duì)齒輪必須同時(shí)嚙合，致使換檔困難。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。 方案3.（如圖2.1c）所示） 此方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，突出的缺點(diǎn)是換檔程序不合理。 方案4.（如圖）所示） 此方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)作了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。 / 方案5.（如圖）所示） / 此方案中，將中間軸上一檔和倒檔齒輪做成一體其齒體、寬加大，因而縮短了一些 長(zhǎng)度。 方案6.（如圖2.1f）所示人 / 此方案中，采用了全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔方便。 方案7.（如圖2.1g）所示） \ / 為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有些貨車采用此方案，其缺點(diǎn)是一檔和 倒檔得各用一根變速器撥叉軸，使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些， 一般3、4、5、6、 7五種方案用于五檔變速器。 綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用輸出軸上直齒滑動(dòng)換入倒檔換檔方式。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，直齒輪加工要求不太高，無(wú)軸向力，成本低。但換檔時(shí)容易發(fā)生沖擊，產(chǎn)生噪聲大 壽命短。 第三節(jié)變速器操縱機(jī)構(gòu)方案分析/八、. 一、變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用 變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用是保證各檔齒輪、嚙合套或同步器移動(dòng)規(guī)定的距離，以獲得 要求的檔位，而且又不允許同時(shí)掛入兩個(gè)檔位。 二、設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該滿足的基本要求 （一）要有鎖止裝置，包括自鎖、互鎖和倒檔鎖； \ （二）要使換檔動(dòng)作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度 ；\ （三）應(yīng)使駕駛員得到必要的手感。 三、換檔位置 設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)首先要確定換檔位置。換檔位置的確定主要從換檔方便考慮。為此應(yīng) 該注意以下三點(diǎn)： （一）按換檔次序來(lái)排列； \\ （二）將常用檔放在中間位置，其它檔放在兩邊； （三）為了避免誤掛倒檔，往往將倒檔安排在最靠邊的位置，有時(shí)于 1檔組成一排。 第四節(jié) 變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 各齒輪副的相對(duì)安排位置，對(duì)于整個(gè)變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各檔位置的 安排，應(yīng)考慮以下四個(gè)方面的要求： 一、整車總布置 、、根據(jù)整車的總布置，對(duì)變速器輸入軸與輸出軸的相對(duì)位置和變速器的輪廓形狀以及 換檔機(jī)構(gòu)提出要求。比如說(shuō)是該車是采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)還是發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)動(dòng)等 等，這些問(wèn)題都牽連著變速器的設(shè)計(jì)方案。 二、駕駛員的使用習(xí)慣 人們習(xí)慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到左排列來(lái)?yè)Q檔，如下圖 b和c。值 得注意的是倒檔，雖然它是平常換檔序列之外的一個(gè)特殊檔位，然而卻是決定序列組合 方案的重要環(huán)節(jié)。例如在四檔變速器中采用的基本序列組合方案有三種，見(jiàn)圖。其中 b 和c是倒檔與序列不結(jié)合的方案，即掛檔時(shí)，需先換位再掛倒檔。倒檔與序列結(jié)合與不 結(jié)合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個(gè)撥叉和一根變速滑桿，后者如布置適當(dāng)，則可 使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短。 按習(xí)慣，倒檔最好與序列不結(jié)合。否則，從安全考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。 22 圖 三、提高平均傳動(dòng)效率 為提高平均傳動(dòng)效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動(dòng)方案，并盡 可能地將使用時(shí)間最多的檔位實(shí)際成直接檔。 四、改善齒輪受載狀況 ,各檔齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。承受載荷大的低檔齒輪, 一般安置在離軸承較近的地方，以減小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過(guò)多。變 速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過(guò)高而造成表面點(diǎn)蝕損壞， 因此將高檔齒輪安排在離兩支承 較遠(yuǎn)處較好。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。 本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案如圖所示 傳動(dòng)路線： I檔：一軸一 1 一2一中間軸一 8一7一二軸一 5、7齒輪間的同步器一輸出 II檔：一軸一 1 一2一中間軸一 6一5一 5、7齒輪間的同步器一二軸一輸出 田檔：一軸一 1 一2一中間軸一 4一3一 1、3齒輪間同步器一二軸一輸出 IV檔：一軸一 1一 1、3齒輪間同步器一二軸一輸出 R檔：一軸一 1 一2一中間軸一 10一 11 一9一二軸一輸出 第三章變速器設(shè)計(jì)計(jì)算 第一節(jié)變速器主要參數(shù)的選擇 一、軸的直徑 第一軸花鍵部分直徑d(mm)®選 d=K 3Temax K ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=?，取K=; \ Temax 一—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N?Pm d=23.34mm,取 d=32mm 二、傳動(dòng)比的選擇 汽車在最大爬坡路面上行使時(shí)，最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)能克服輪胎與路面間滾動(dòng)阻力及上坡 阻力。由于汽車上坡行使時(shí)，車速不高，故可以忽略空氣阻力，這時(shí)： k max f i max 式中：Fkmax ——最大驅(qū)動(dòng)力；即 Fkmax= Temax力0 / Ro Ff 滾動(dòng)阻力；即 Ff=f m g cos max Fimax 最大上坡阻力。即 Fimax=mgSin max 把以上參數(shù)代入(3-1 )得： mg (f COS max Sin max)R0 以上是網(wǎng)最大爬坡度確定一檔傳動(dòng)比，式中： Temax 一一發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，Temax =160 N ? 日 變速器一檔傳動(dòng)比; 主傳動(dòng)器傳動(dòng)比，i°=； m 汽車總質(zhì)量， m = 2200kg; f 一一道路滾動(dòng)阻力系數(shù)取； ——傳動(dòng)系機(jī)械效率，?。? g 重力加速度；取 g=m/s2 ; Ro 一一驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)半徑，取 0.42 m ; max 一一汽車最大爬坡度為30%,即“max =16.7 i尸 取i〔= 由 i1/i2 i2/i3 q 式中，q為常數(shù)，也就是各檔之間的公比，一般認(rèn)為 q不宜大于一。 由中等比性質(zhì)；得: im n m i1 n^ 一檔位數(shù)，取m =2,3,4, 一檔數(shù)，n=4 ; . 3 i2 = ： . 3 i3== ii. i2 i4=（直接檔） i3 , i4 符合q的要求。 「? i產(chǎn)，i2=, i3=, i4=。 三、中心矩A 對(duì)于中間軸式變速器，是將 中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距 A 初選中心矩A時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 A = Ka 3 Temax—ii -g Ka ii Temax 中心距系數(shù)：Ka=~，取； 變速器一檔傳動(dòng)比； 變速器傳動(dòng)效率：取 g =96%; -發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，單位為（Nrm； . ?A=X （160 XX 1/3 取 A=89mm 四、齒輪參數(shù)選擇 （一）模數(shù)的選擇 影響齒輪模數(shù)選取的因素很多，如齒輪強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。選取齒輪 模數(shù)時(shí)一般遵循的原則是：合理減少模數(shù)，增加齒寬會(huì)使噪聲降低；為了減輕變速器的 質(zhì)量，應(yīng)增加模數(shù)，同時(shí)減小齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù)，而 從齒輪強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該有不同的模數(shù)。對(duì)貨車，減輕質(zhì)量比減小噪聲更重 要，故齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)。 初選模數(shù)時(shí)，可參考同類型汽車的齒輪模數(shù)確定；也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定，即： mn =K/emax /10 = 高檔齒輪 K=1 m=0.7 .emaxil g/10 = 一檔齒輪 式中：mn為斜齒輪法向模數(shù)； m為直齒輪模數(shù)； Temax 一 —發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；Temax =160 N ? m \ ii ――變速器一檔傳動(dòng)比； g —— 變速器傳動(dòng)效率：取 g = 96%; \ 該設(shè)計(jì)選用同一模數(shù)進(jìn)行，故斜齒輪法向模數(shù)取 mn=3;直齒輪模數(shù)取m =3 （二）壓力角a的選擇 壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒 的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)于轎車，為提高重合度以降低噪聲，應(yīng)采用。 \,150 , 16。，。等小些的壓力角；對(duì)貨車，為提高齒輪的承載能力，應(yīng)選用?；?25等大些的 壓力。實(shí)際上，因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20。，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為 20° 0 （三）螺旋角B 選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)注意到它對(duì)齒輪工作噪聲，輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。 在齒輪選取大的螺旋角時(shí)，齒輪嚙合重合度增加，工作平穩(wěn)，噪聲降低。隨著B(niǎo)增大， 齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，不過(guò)，當(dāng)螺旋角大于 30。時(shí)，抗彎強(qiáng)度急劇下降，會(huì)使軸向力及 軸承載荷過(guò)大。 '貨車變速器斜齒螺旋角B的選擇范圍：18°?26°。初選01,2=25° , 3,4 '、、5,6 7,8 20 （四）齒寬b 齒寬的選擇，應(yīng)注意到齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)行、齒 / 強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度。 通常根據(jù)模數(shù)m （mn）來(lái)選擇齒寬： / 直齒：b = Kc m, Kc為齒寬系數(shù)，取? / \ / 斜齒：b = Kcmn,（取為?； 小齒輪的齒寬在計(jì)算上認(rèn)為加寬約 5?10,所以有 1、直齒 // b=~X3=~ 24（mm） \ / b9=20mm, b10 =22mm, b11 =20mm \ / 2、斜齒 b =?x 3=? （mm） 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中間軸上預(yù)定用寶塔齒輪，所以取： bi =22mm, b2=20mm, b3 =22mm, b4 =20mm b5=18mm, b6 =20mm, b7 =18mm, b8 =20mm (五)各檔齒數(shù)Z 齒數(shù)確定原則：各檔齒輪齒數(shù)比應(yīng)盡可能不是整數(shù)，且各檔齒數(shù)無(wú)公約數(shù) 1、一檔齒輪齒數(shù) \ ⑴斜齒 Zh=2XAXcos /mn \ 選取 7,8 = 20° J \ Zh =2X89Xcos200 /3 \ =取 Z h =56 \ 由Zh Z7 Z8進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)分配，為使Z7/Z8的傳動(dòng)比更大些，取 Z7=38, Z8=18; ⑵ A = mn X ( Z7+Z8)/(2 Xcos 7,8) =x (38+18)/(2 Xcos20° )=89.39mm 取 A = 90mm ⑶ Z2/ Z1 — i1 Z8/ Z7 =x 18/38=; ⑷由 A= mn X ( Z1+Z2)/(2 X cos 1,2) Z1+Z2 =2X90Xcos25° /3= 取 Z1=17, Z2=37 (圓整)； ⑸修正i1 i1 = Z2 義 Z7/( Z1X Z8) =37X38/ (17X28) i%=(合格)；\ ⑹修正 由 A= mn X( Z1 + Z2)/ (2Xcos 1,2) / 得 1,2=arccos [ mn x ( Z1+Z2)/ (2XA)] = 0 / 同理 7,8 = arccos [mnx(Z7+Z8)/ (2XA)] = 0 / 2、確定二檔齒輪齒數(shù)(取5,6=20° )\ / (1) Z5/ Z6 = i2 X Z1/ Z2 =X 17/37= ⑵ Z5 + Z6=2X A X cos 5,6/ mn = 2X90Xcos200 /3 = 取 Z5=24, Z6=32(圓整)； / \ ⑶修正i2 i2 = Z2 X Z5/ (乙 X Z6)/ \ = 37X 32/ (17X24) \ i2%=| (合格)； ⑷修正下 5,6 = arccos [ mn ( Z5+Z6)/ (2X A)] 二° ⑸ 從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，齒數(shù)還必須滿足下列關(guān)系式: tg 1,2 /tg 5,6=Z2/( Z1+Z2) X(1+Z5/ Z6) tg 1,2 /tg 5,6 = Z2/( Z1+Z2) X(1+Z5/ Z6) = | |=< 兩者相差不大，近似認(rèn)為軸向力平衡。 3、確定三檔齒輪齒數(shù)(6 = 20° ) (1) Z3/ Z4= i3 X Z1/ Z2 =義 17/37 ⑵由 A = mn X ( Z3 + Z4)/2cos 3,4 取 3,4 = 20° ,得 Z3 + Z4 = 2X AXcos 3,4/ mn =2X90Xcos20、3= 取 Z3 = 24, Z4=32 (圓整)； ⑶修正i3 \ i3 = Z2 X Z3/ ( Z1X Z4) \ / =37X24/ (17X 32) i3%=合格) ⑷修正3,4 3,4 = arccos [ mn x ( Z3 +Z4)/ (2XA)] =0 ; ; ⑸從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，齒數(shù)還必須滿足下列關(guān)系式： tg 1,2/tg 3,4=Z2/( Zi+Z2)X(1+Z3/Z4)\ tg 1,2/tg 3,4= / \ Z2/( Z1+Z2) X (I+Z3/ Z4)= / \ |兩者相差不大，近似滿足軸向力的平衡條件。 \\ 4、確定倒檔傳動(dòng)比 倒檔齒輪的模數(shù)往往與一檔 相近，為保證中間軸倒檔齒輪不發(fā)生根切，初選 Zio=17, 倒檔齒輪一般在21?33之間選擇。 \ 初選 Z11=22。 \ 根據(jù)中間軸和輸出軸的中心距 A=90mm 那么 90= m X(Z9+Z10) / 2 + 2 X ha Xm + \ 代入數(shù)字圓整后可求得Z9=38 修正倒擋傳動(dòng)比：i「=Z2XZ9/(Z 1XZn)= 37 X38/ (17X17) = \ 為了保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉， 齒輪9和齒輪10的齒頂圓之間應(yīng)保持 0.5mm以上的間隙，因?yàn)? (1)中間軸與倒檔軸之間的中心距 A' A =m X ( Z10 + Z11)/2 =3X (17+22) /2 =58.5mm 取 A =59mm ⑵第二軸與倒檔軸之間的中心矩 A'' A ''二 m X ( Z9 + Z10)/2 =3 X (38+22)/2 =90mm 取 A ' ' =90mm \ / A' +A' ' =146>A=90mm / 齒輪9和齒輪10的齒頂圓之間的間隙 x =90-3 X (38+17)/ X 1X3 => 所以齒輪能正常嚙合且不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。 修正后各檔的傳動(dòng)比為：i 1 =, i 2 =,i 3 =,i 4 =, i r = (六)齒輪精度的選擇 根據(jù)推薦，提高高檔位齒輪的性能，取 Zi?Z4為6級(jí)，乙?Zii為7級(jí)。 (七)螺旋方向 由于斜齒輪傳遞扭矩時(shí)要產(chǎn)生軸向力，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)要求中間軸上的軸向力平衡。關(guān) 于螺旋角的方向，第一、二軸齒輪采用左旋，這樣可使第一、二軸所受的軸向力直接經(jīng) 過(guò)軸承蓋作用在變速器殼體上，而不必經(jīng)過(guò)軸承的彈性檔圈傳遞。中間軸齒輪全部采用 右旋，因此同時(shí)嚙合的兩對(duì)齒輪軸向力方向相反，軸向力可互相抵消一部分。 (八)齒輪變位系數(shù)的選擇及計(jì)算 采用變位系數(shù)，除了避免齒輪產(chǎn)生干涉、根切和配湊中心距以外，還因?yàn)樽兯倨鞑?同檔位的齒輪在彎曲強(qiáng)度、接觸強(qiáng)度、使用平穩(wěn)性、耐磨性及抗膠合能力等方面有不同 的要求，采用齒輪變位就能分別予以兼故。齒輪變位是提高齒輪壽命的有效方法。 對(duì)實(shí)際中心距等于已知中心距時(shí)，采用高度變位，反之采用角度變位。 由于角度變 位可獲得良好的齒合性能及傳動(dòng)質(zhì)量，故較多被采用. \ /變速器齒輪是斷續(xù)工作的，各檔使用條件不同，齒輪經(jīng)常承受循環(huán)負(fù)荷，有時(shí)還承受 沖擊負(fù)荷。使用表明，變速器齒輪大多是因?yàn)辇X面剝落和疲勞斷裂而損壞的.，因此，變位 系數(shù)只要應(yīng)按提高接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù) 。 對(duì)于常用的高檔齒輪，其主要損壞形式是齒面疲勞剝落，應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠 合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度 ，應(yīng)使所選用的變位系數(shù)盡可 能取大些，這樣兩齒輪的齒廓漸開(kāi)線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。 對(duì)于低擋齒輪，由于齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞的載荷較大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)小齒輪的 彎曲強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)選擇大、小齒輪的變位系數(shù)，此時(shí)小齒輪 的變位系數(shù)大于零。為提高耐磨性及抗膠合能力，應(yīng)使所選用的變位系數(shù)能降低兩齒合 齒輪的相對(duì)滑動(dòng)系數(shù)，并使兩齒輪齒根外的滑動(dòng)系數(shù)趨于平齊。 利用變位系數(shù)封閉圖分配變位系數(shù)是目前較好的一種方法， 它比較全面地綜合了各 種限制條件和各種傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)。使用該圖分配變位系數(shù)可不必校核是否干涉，根切， 齒頂變尖以及重合系數(shù)過(guò)低等情況。 變位系數(shù)的計(jì)算： 已知實(shí)際中心距A , B , m, Z / 標(biāo)準(zhǔn)中心距 A=m(Z i+Z2)/(2*cos 0 ) // 端面壓力角 at： tg a t=tg a n/ COS 0 端面齒合角at ： / inv a t =inv a t+2*(Xti +X2)*tg a t /(Z 1 +Z2) ① (inv a t =tg a t - at) A =A*COS a t /COS a t a t =arc cos(A*cos a t /A ) / 代入①式并整理得： \ / X=X ti+X2 =(inv at - inv a t )*(Z 1 +Z2 )/2*tg a t 根據(jù)以上各式計(jì)算得： Xl,2) = X (3,4) = X (5,6)= X (7,8)= X (9,11) =0 X (10,11) =0 表 Z Z1 Z2 /乙 Z4 Z5 Z6 Z7 X 乙 /Z9 Z10 乙1 0 0 0 表2為計(jì)算所得齒數(shù): Zi Z2 Z3 Z4 Z5 八Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z 17 37 24 32 1 / 32 24 \38 18 38 17 22 b 22 20 22 20 18 20 18 20 20 22 20 B 0 0 0 0° mt 3 mn 3 3 3 3 3 ,at 200 20° 20° 20° 200 ha 3 3 3 hf 3 30 d 114 51 66 da 120 57 72 df y (1)直齒圓柱齒輪： (2) 斜齒圓柱齒輪： 分度圓直徑:d=ZX m 端面模數(shù)mt =mn / cos 0 齒MK ha=m ( ha* + xn) 分度圓直徑:d=ZX m 齒根局 hf=(ha* + c*-X t) x m 齒頂局：ha=ha x m+X x m 齒頂圓直徑：da=d+2x ha 齒全高：h=(2 x ha +C) x m 齒高h(yuǎn)=ha+hf 齒頂圓直徑da=d+2Xha 齒頂局系數(shù)ha*= 齒根高系數(shù)c*= \ // (九)材料選擇 現(xiàn)代汽布變速器的齒輪材料大部分采用 滲碳合金鋼，其表層的高硬度與心部的高韌 性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。本次設(shè)計(jì)的齒輪 的材料選用40Cr。 五、齒輪的強(qiáng)度校核 1、齒輪的損壞形式 變速器齒輪的損壞有以下幾種形式： (1)輪齒折斷 / 齒輪在嚙合過(guò)程中，齒輪表面承受有集中載荷的作用?？梢园妖X輪看作是懸臂梁， 輪齒根部彎曲應(yīng)力很大，過(guò)渡圓角處又有應(yīng)力集中，故輪齒 根部很容易發(fā)生斷裂。輪齒 折斷有兩種情況，一種是輪齒受到足夠大的突然載荷的沖擊作用，導(dǎo)致輪齒 斷裂。另一 種是受到多次重復(fù)載荷的作用，齒根受拉面的最大應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)疲勞裂縫，裂縫逐漸擴(kuò)展 到一定深度以后，齒輪突然折斷。 \ 為避免齒輪輪齒折斷，需降低輪齒的彎曲應(yīng)力，提高齒輪的彎曲強(qiáng)度。采用下列措 施，可提高輪齒的彎曲強(qiáng)度：增大輪齒根部齒厚；加大輪齒根部過(guò)渡圓角半徑；采用長(zhǎng) 齒齒輪傳動(dòng)；提高重合度；使同時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)增多；使齒面及齒根部過(guò)渡圓角處盡 量光滑；提高材料的許用應(yīng)力，如采用優(yōu)質(zhì)鋼材等。 (2)齒面點(diǎn)蝕 齒面點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)的一種損壞形式。因閉式齒輪在潤(rùn)滑油中工作， 齒面長(zhǎng)期受到脈動(dòng)的接觸應(yīng)力作用，會(huì)逐漸產(chǎn)生大量與齒面成尖角的小裂縫。而裂縫中 油壓增高，使裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，最后導(dǎo)致齒面表層一塊塊剝落，齒面出現(xiàn)大量的扇形小麻 點(diǎn)，這就是齒面點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 提高接觸強(qiáng)度的措施：一方面是合理選擇齒輪參數(shù)，使接觸應(yīng)力降低；另一方面是 提高齒面硬度，如采用許用應(yīng)力大的鋼材等。 (3)齒面膠合 '高速重載齒輪傳動(dòng)、軸線不平行的螺旋齒輪傳動(dòng)及雙曲面齒輪傳動(dòng)，由于齒面相對(duì) 滑動(dòng)速度大，接觸應(yīng)力大，使齒面間潤(rùn)滑油膜破壞，兩齒面之間金屬材料直接接觸，局 部溫度過(guò)高，互相熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，這種損壞形式叫膠合。 防止膠合的措施有：一方面采用較大或加有耐壓添加劑的潤(rùn)滑油，提高油膜強(qiáng)度， 使油膜不破壞，就可以不產(chǎn)生局部溫開(kāi)；另一方面可提高齒面硬度，或嚙合齒輪采用不 同材料等。 2、圓柱齒輪強(qiáng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算方法 / (1)接觸強(qiáng)度計(jì)算 用下列公式計(jì)算接觸應(yīng)力 j 0.418 j--bn-^——―■) ( N/mm1 j , b cos 1 2 式中：Fbn ——法面內(nèi)基圓周切向力， Fbn=——^—— ； cos cos Ft ——端面內(nèi)分度圓切向力，F(xiàn)t =.； d M 計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N?mm d ——節(jié)圓直徑； ——節(jié)圓壓力角； ——螺旋角； E ——輪齒材料的彈性模量； b——齒輪接觸的實(shí)際寬度； 1、 2 ——主、被動(dòng)齒輪節(jié)圓處齒廓曲率半徑; r1 sin r2 sin 1 = 2 ， 2 = 2 ； cos cos ri、「2 ——主、被動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑； 1 .…?一 計(jì)算轉(zhuǎn)矩M =一 M emax時(shí)的許用應(yīng)力為： 2 常嚙合齒輪：1300~1400 MPa 一檔及倒檔齒輪：1900~2000 MPa 這里Memax是發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。 （2）彎曲強(qiáng)度計(jì)算 直齒輪用下式計(jì)算彎曲應(yīng)力: FtK Kf bPy (MPa 斜齒輪用下列公式計(jì)算: FtK bPtnyK (MPa 2 M emax 式中：Ft \--圓周力，F(xiàn)t = K ——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪取，斜齒輪??； Kf ——摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取，被動(dòng)齒輪??； b 齒面寬 Pt 端面周節(jié)，Pt = m ; Ptn 法面周節(jié)，Ptn = mn ； // y ——齒形系數(shù)； K ——重合度影響系數(shù)，K =。 許用應(yīng)力為400-850 MP a直齒輪），倒檔齒承受雙向交變載荷作用，取 （貨車斜齒輪）。 （齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的計(jì)算程序及結(jié)果見(jiàn)附錄 ） ，N; 卜限；100-250 MPa 第二節(jié)變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、軸的功用及設(shè)計(jì)要求 變速器軸在工作時(shí)承受轉(zhuǎn)矩，彎矩，因此應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。軸的剛度不足， 在負(fù)荷作用下，軸會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形，影響齒輪的正常嚙合，產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，并會(huì)降 低齒輪的使用壽命。 設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： 軸的結(jié)構(gòu)形狀、軸的直徑、長(zhǎng)度、軸的強(qiáng) 度和剛度、軸上花鍵型式和尺寸 等。 \ 軸的結(jié)構(gòu)主要依據(jù)變速器結(jié)構(gòu)布置的要求，并考慮加工工藝、裝配工藝而最后確定。 二、軸尺寸初選 在變速器結(jié)構(gòu)方案確定以后，變數(shù)器軸的長(zhǎng)度可以初步確定。軸的長(zhǎng)度對(duì)軸的剛度 影響很大。為滿足剛度要求，軸的長(zhǎng)度須和直徑保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。軸的直徑 d與支 承跨度長(zhǎng)度l之間關(guān)系可按下式選?。?\ 第一軸及中間軸：d=~ L 第二軸： d =~ L 軸直徑與軸傳遞轉(zhuǎn)矩有關(guān)，因而與變速器中心距有一定關(guān)系，可按以下公式 初選軸 直徑： 中間軸式變速器的第二軸和中間軸 最大軸徑： d = (~) A (mm 第一軸花鍵部分直徑d ([ d ]為mm)T按下式初選： d = (~) 3 M emax 式中：A ——變速器中心距，mm M e max 一 —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N?m 軸的尺寸還與齒輪、花鍵、軸承有一定聯(lián)系，要根據(jù)具體情況，按其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正。 以下是軸的計(jì)算尺寸： 第二軸：dmin C(Pi/ni)1/3 (C是由軸的材料和承載情況確定的常數(shù))// T=X 106X P1/n1 T=TemaxX i X q\ / g X 因發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩不大，故 C取較小值，由機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)表 15-3選 WC= 100 ；P1/n1=T/ X 106 .?.dmin=CX (TemaxX i X g / X 此( (mm1 齒輪 1 處： d min=100x (X 105XXX 106) 1/3 = (mm)； 齒輪 3 處： d min=100x (X 105XXX 106) 1/3 = (mm); 百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我 齒輪 5 處： d min=10Ox (X 105XXX 106)1/3 = (mm); 齒輪 7 處： d min=100x (X 105XXX 106) 1/3 = (mm); 齒輪 9 處： d min=100x (X 105XXX 106) 1/3 = (mm); 中間軸： 齒輪 2、4 處:dmin=100x (X 105XXX 106)1/3 = (mm); 當(dāng)軸截面上開(kāi)著鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮對(duì)軸的強(qiáng)度減弱，同步器花鍵增加 5%0 / \ ???修正后，軸徑如下： 齒輪 9處：d= X (1+5%) = (mrm \ 齒輪 2、4處：d=x (1+5%) = (mrm '、 / in與IV檔同步器軸徑：d小徑=32mm / I與II檔同步器軸徑：d小徑=40mm \ 其它尺寸查看標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件來(lái)定。 三、軸的結(jié)構(gòu)形狀 軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)保證齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定。并與工藝要求有密切關(guān) 系。 除前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)、后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車變速器采用兩個(gè)軸外，絕大多 數(shù)汽車變速器都是三軸式。 在三軸式變速器中，第一軸通常和齒輪做成一體，前端支承在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪內(nèi)腔的軸 承上。其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。第一軸花鍵尺寸與離合器從動(dòng)盤(pán)轂內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。 第一軸的長(zhǎng)度根據(jù)離合器總成軸向尺寸確定。確定第一軸后軸徑時(shí)， 希望軸承外徑比第 一軸上常嚙合齒圈外徑大，以便于裝拆第一軸。 第二軸前軸頸通過(guò)軸承安裝在第一軸常嚙合齒圈的內(nèi)腔里， 它受齒輪徑向尺寸的限 制，前軸頸上安裝長(zhǎng)或短圓柱滾子軸承或滾針軸承或散滾針。第二軸安裝同步器齒轂的 花鍵采用漸開(kāi)線花鍵，漸開(kāi)線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，定位性能好，承 載能力大，花鍵齒短，其小徑相應(yīng)增大，可提高軸的剛度。選用漸開(kāi)線花鍵時(shí)以大徑定 心更合適。第二軸各檔齒輪與軸之間有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 因此，無(wú)論裝滾針軸承,，襯套(滑 動(dòng)軸承)還是鋼件對(duì)鋼件直接接觸，軸的表面粗糙度均要求很高，不應(yīng)低于/' Ra,表面硬 度不應(yīng)低于HRC58~63。在一般情況下軸上應(yīng)開(kāi)螺旋油槽，以保證充分潤(rùn)滑 。在低檔的 滑動(dòng)掛檔齒輪處，軸上花鍵采用矩形花鍵，因?yàn)閽鞕n時(shí)，齒輪須軸向滑動(dòng)，要求定心好， 滑動(dòng)靈活。所以除要求定心的外徑磨削外，一般鍵齒側(cè)面也需要磨削，而矩形花鍵鍵側(cè) 面磨削比漸開(kāi)線花鍵容易。 第二軸制成階梯式，便于齒輪安裝，從受力和合理使用材料看，這也是需要的。各 截面尺寸要避免相當(dāng)懸殊，軸上供磨削用的砂輪越程槽產(chǎn)生應(yīng)力集中，易造成軸折斷。 輕型汽車變速器各檔齒輪常用彈性擋圈軸向定位，彈性擋圈定位簡(jiǎn)單，但拆裝不方便， 并且與旋轉(zhuǎn)件端面油相對(duì)摩擦，同時(shí)彈性擋圈亦不能傳遞很大的軸向力，這是很不利的， 22 百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我 因此只在輕型汽車變速器中采用。 變速器中間軸有旋轉(zhuǎn)式和固定式兩種。 固定式中間軸是根光軸，僅起支承作用，具剛度由安裝在軸上的寶塔齒輪結(jié)構(gòu)保證 軸和寶塔齒輪之間用 滾針軸承或長(zhǎng)、短圓柱滾子軸承。軸常輕壓于殼體中。固定式中間 軸用鎖片或雙頭螺柱固定。輕型汽車變速器中心距較小， 殼體上無(wú)足夠位置設(shè)置滾動(dòng)軸 承和軸承蓋，因而多采用固定式中間軸。 旋轉(zhuǎn)式中間軸支承在前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承上，一般軸向力常由后軸承承受。由于中間 軸上一檔齒輪尺寸較小，常與軸做成一體，成為中間齒輪軸，而高檔齒輪則通過(guò)鍵或過(guò) 盈配合與中間軸結(jié)合，以便齒輪損壞后更換。 本次設(shè)計(jì)輕型貨車變速器，由于輕型汽車變速器中心距較小，殼體上無(wú)足夠位置設(shè) 置滾動(dòng)軸承和軸承蓋，因而 采用固定式中間軸。 四、軸的受力分析 \ 計(jì)算軸的強(qiáng)度、剛度及選擇軸承都要首先分析軸的受力和各支承反力。這些力取決 于齒輪輪齒上的作用力。 不同檔位時(shí)，軸所受的力及支承反力是不同的，須分別計(jì)算。 齒輪上的作用力認(rèn)為作用在 有效齒面寬中點(diǎn)。軸承上支承反力作用點(diǎn)，對(duì)于向心球 軸承取寬度方向中點(diǎn)；對(duì)向心推力軸承，取滾動(dòng)體負(fù)荷向量與軸中心線匯交點(diǎn)；對(duì)于圓 錐滾子軸承，取滾動(dòng)體寬中點(diǎn)處滾動(dòng)體中心線的法線與軸中心線的匯交點(diǎn)，其尺寸可查 有關(guān)軸承的標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)。 求支承反力，先從第二軸開(kāi)始，然后計(jì)算第一軸。中間軸是根光軸，僅起支承作用, 其剛度由安裝在軸上的寶塔齒輪結(jié)構(gòu)保證，無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)度分析 。軸的受力分析，根據(jù)軸 的受力情況，可畫(huà)出軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，再確定軸的危險(xiǎn)截面，從而可對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度 和剛度校核。 （一）齒輪的受力分析： 圓周力:\Ft = 2>M/d / 徑向力：Fr=Ft x tann/cos 0 軸向力：Fa=FtXtan 0 / 其中： M 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 / n———法向壓力角 / ———分度圓壓力角 （二）方向 \ / Ft：主動(dòng)輪與旋轉(zhuǎn)方向相反，從動(dòng)輪與旋轉(zhuǎn)方向相同。 F「：分別指向各齒輪中心 、/ Fa：受力方向通常用“主動(dòng)輪左、右手法則”來(lái)判定， 左旋齒輪用左手，右旋 齒輪用右手，拇指指向軸向力 Fa的方向，從動(dòng)輪Fa與主動(dòng)輪Fa方向相反。 不同檔位時(shí)，軸所承受力及支承反力是不同的，須分別計(jì)算 齒輪上的作用力認(rèn)為作用有效齒面寬中心。軸承支承反力作用點(diǎn)，對(duì)于向心軸承取 寬度方向中點(diǎn)：對(duì)于向心推力軸承取滾動(dòng)體負(fù)荷響亮與軸中心線匯交點(diǎn)；對(duì)于圓錐滾子 軸承取滾動(dòng)體寬中心點(diǎn)滾動(dòng)中心線的匯交點(diǎn)，其尺寸可查有關(guān)軸承的標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)。 （三）各力的作用點(diǎn) \ 齒輪上的作用力，均為作用在有效齒寬中心，軸承上支承反力作用點(diǎn)取軸承寬度方 向中點(diǎn)。 五、軸的強(qiáng)度計(jì)算及校核 由變速器結(jié)構(gòu)布置并考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來(lái)說(shuō)強(qiáng)度是足夠 的，僅對(duì)其危險(xiǎn)斷面進(jìn)行驗(yàn)算。求出不同檔位時(shí)的各支承反力，可計(jì)算軸的各截面的彎 曲力矩： 68 軸 支點(diǎn) 水平向內(nèi)支承反力 垂直面內(nèi)支承反力 軸 C C=R*m/l / \ G=(Rx*m<-Qx*rx)/l D /D=R*nJl D=(Rx*nx+Q*/x)/l 一 B / B=[Ci*(g+k) - Pc* (h+g)]/g B2=[Rc*(h+g)-C 2*(k+g)-Q c*rc]/g 軸 A Ai=( C i*k-P C*h)/g A2=( Rc*h -C 2*k -Q c* r c)/g 畫(huà)出軸的彎矩圖，確定危險(xiǎn)斷面，取危險(xiǎn)處合成彎矩和轉(zhuǎn)矩最大值，計(jì)算彎曲應(yīng)力 和扭曲應(yīng)力以及合成應(yīng)力。 求出不同檔位時(shí)的各支承反力，可以計(jì)算軸的各截面的彎曲力矩 M = p x 式中：x ——支承中心至計(jì)算斷面距離。 畫(huà)出軸的彎矩圖，確定危險(xiǎn)斷面，取危險(xiǎn)斷面處合成彎矩和轉(zhuǎn)矩最大值，計(jì)算彎曲 應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力以及合成應(yīng)力。 彎曲應(yīng)力: 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力: 合成應(yīng)力: =2 n2 式中：W ——軸截面抗彎截面系數(shù); Wn 軸截面抗扭截面系數(shù)。 對(duì)圓截面: 3 W = d 32 Wn =  d3 16 對(duì)外徑為D,內(nèi)徑為d的空心軸： D4 d W =— 32 D Wn=— 5 16 花鍵按小徑計(jì)算。 當(dāng)以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算軸的強(qiáng)度時(shí)， 其安全系數(shù)（按金屬材料的屈服極限計(jì)算）在5~10 范圍內(nèi)選取。第一軸取上限，中間軸和第二軸取下限。 安全系數(shù)：s=&o 取s=5 中間軸: 第二軸: 20CrMnTi 20CrMnTi 所以中間軸和第二軸 二軸應(yīng)力的計(jì)算 cs=850Mpa (s=850Mpa [(r=170 Mpa 設(shè) mx = b 水平彎矩: Px a Ms=—— l 合成彎矩: 垂直彎矩: (Rx a Qx rx) b M — — x--- l 2 2 s Mc s c 扭矩：Mn=Me ix 彎曲應(yīng)力: 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力: 合成應(yīng)力: L Wn 注：Px Temax igx d 2 Te max tg d cos 2 \ Te max i gx tg d 其彎矩和扭矩圖如下: (N.nl 中間軸的應(yīng)力計(jì)算: I *軍融圈 tN.m) 如圖 由受力分析圖，設(shè)(a=a2, cx=ai, ex=l-c x, b=l-a 2)得: 水平彎矩: 垂直彎矩: 合成彎矩: 彎矩應(yīng)力: M=[(PxXai—RXa2)x&]/l M=[(R c x a?+ R x ai — Q x r x+Q x r c) x ex]/l M=(Ms2+ M2)1/2 (T 后 M/W 扭矩：M= TemaxX ic 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：T n=M/W 合成應(yīng)力：0- =( 0- W2+4X T n2) 1/2 () () () () () () () 其彎矩和扭矩圖如下: 垂直彎矩圖 <N.n) E1 1 水平有矩圖 (F J.m) FE t/ 租柜圖 (N.忡 合成彎炬圖 (N.n) 六、軸的剛度計(jì)算和校核 變速器軸的剛度用軸的撓度和轉(zhuǎn)角來(lái)評(píng)價(jià)，軸的剛度比其強(qiáng)度更重要。 對(duì)齒輪工作 影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角， 前者使齒輪中心距發(fā)生 變化，并破壞了齒輪的正確嚙合。軸有轉(zhuǎn)角使大、小齒輪相互歪斜，結(jié)果沿齒長(zhǎng)方向的 壓力分布不正確。軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按材料力學(xué)有關(guān)公式計(jì)算。 應(yīng)分別計(jì)算軸在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的撓度，然后用下列公式計(jì)算總撓度。 2 2 f總=« f 水平 f 垂直 變速器第二軸的剛度最小。按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)，第二軸齒輪處軸截面的總撓 度f(wàn)總不得大于?0.15mm。對(duì)于低檔齒輪處軸截面的總撓度，由于低檔工作時(shí)間較短， 又接近軸的支承點(diǎn)，因此允許不得大于? 0.25mm。齒輪所在的平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)弧 度；兩軸的分離不得超過(guò)\0.2mm。 / 斜齒輪對(duì)軸和支承的變形較直齒輪敏感。變速器剛度試驗(yàn)表明「中心距的變化及齒 輪的傾斜，不僅取決于軸的變形，而且取決于支承和殼體的變形。 計(jì)算中間軸時(shí)，通常只計(jì)算與第二軸上齒輪相嚙合的齒輪處的軸截面的撓度。常嚙合 齒輪副處軸的撓度不必計(jì)算，因?yàn)榫嚯x之承點(diǎn)較近，負(fù)荷較小，撓度值不大。 計(jì)算軸的撓度 \ / 根據(jù)材料力學(xué)的公式得: 二軸和一軸的剛度： 水平轉(zhuǎn)角：6=P>a >b Xb-a)/(3 EM M) 水平撓度：fs=Px>a2刈2/(3 exi冷 垂直撓度：fc=Rx 射沖2/(3 EXI 為+Qx 冰>aX-3 a+2>a2/l+l)/(3 E淘 總撓度：fz=（fs2+fc2）1/2 軸的剛度許用值 [fc]=?0.10mm [fs]= ?0.15mm [fz ]= [ 6]= （齒輪強(qiáng)度校核、二軸和一軸的強(qiáng)度和剛度校核程序及結(jié)果見(jiàn)附錄） 七、軸上花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算 /變速器軸與齒輪及其他傳遞轉(zhuǎn)矩的部件一般通過(guò)鍵和花鍵聯(lián)接。 普遍采用的是矩形 花鍵和漸開(kāi)線花鍵。漸開(kāi)線花鍵應(yīng)用日趨廣泛。這是由于漸開(kāi)線花鍵較矩形花鍵有許多 優(yōu)點(diǎn)，如齒數(shù)多、齒端，齒根部厚，承載能力強(qiáng)，易自動(dòng)定心，安裝精度高。相同外形 尺寸下花鍵小徑大，有利于增加軸的剛度。漸開(kāi)線花鍵便于采用冷搓、冷打、冷擠等無(wú) 切屑加工工藝方法，生產(chǎn)效率高，精度高，并且節(jié)約材料。 變速器的花鍵尺寸可以根據(jù)初選的軸頸按花鍵的工作條件及花鍵標(biāo)準(zhǔn)選取。 一般漸開(kāi)線花鍵，隨無(wú)切屑加工工藝的采用而選用小模數(shù)和大壓力角 （30°甚至45° ）。 滑動(dòng)齒輪處花鍵長(zhǎng)度L不應(yīng)低于工作直徑的倍，否則，滑動(dòng)件工作不穩(wěn)定。 花鍵傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，齒側(cè)面受擠壓作用，齒根部受剪切及彎曲作用。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)的花 鍵時(shí)，花鍵的強(qiáng)度計(jì)算主要驗(yàn)算擠壓應(yīng)力。 2M jy — KZRLd 2 (MPa 式中：jy ——齒側(cè)面所受的擠壓應(yīng)力，MPa; M ——傳遞轉(zhuǎn)矩（按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算），N?mm L ——鍵的工作長(zhǎng)度，mm d2 ——鍵的平均工作直徑（工作齒高中部處直徑），mm / K——轉(zhuǎn)矩在花鍵上分配不均勻系數(shù)，一般取 K >; Z ——花鍵齒數(shù)。 許用擠壓應(yīng)力jy按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦，當(dāng) jy<[ jy]時(shí)，認(rèn)為擠壓強(qiáng)度符合要求。 花鍵配合選擇 第一軸上與離合器從動(dòng)盤(pán)轂相配之花鍵， 采用矩形花鍵者，外徑定心，外徑表面磨 削。采用漸開(kāi)線花鍵者，齒側(cè)面定心，滑動(dòng)配合。 第二軸上裝同步器齒轂的花鍵，配合較緊，裝配時(shí)常用木榔頭輕壓，為 保證裝配精 度，多采用大外徑定心，軸上花鍵大徑磨削，齒轂一般采用 中碳鋼或中碳合金鋼，內(nèi)孔 不必?zé)崽幚恚蚨鴥?nèi)花鍵大徑精度能夠保證。第二軸輸出軸花鍵用矩形花鍵者外徑配合, 用漸開(kāi)線花鍵者齒側(cè)面定心。當(dāng)采用滑動(dòng)齒輪掛檔時(shí)，花鍵配合應(yīng)保證滑動(dòng)自如。 中間軸上齒輪非整體式時(shí)，齒輪與軸連接方式可用單鍵（矩形或半圓鍵）或雙鍵（對(duì) 分雙鍵）與齒輪和軸緊配合聯(lián)接，也可采用過(guò)盈配合連接。 由于本次設(shè)計(jì)中間軸齒輪采 用寶塔齒輪，中間軸是光軸，故不設(shè)花鍵。 第三節(jié)變速器軸承的選擇‘ 一、幾種軸承的特點(diǎn)： （一）、圓錐滾子軸承產(chǎn)： 可以同時(shí)承受徑向載荷及單向的軸向載荷（30000型以徑向?yàn)橹鳎?0000B型以軸向 載荷為主）。