兩軸五檔變速器課程設(shè)計(jì),五檔,變速器,課程設(shè)計(jì) 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2 變速器的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 研究的目的、依據(jù)和意義 2 第2章 變速器主要參數(shù)的選擇 3 2.1 設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù) 3 2.2 變速器各擋傳動(dòng)比的確定 3 2.2.1 初選最大傳動(dòng)比的范圍 3 2.2.2 確定擋位數(shù)，設(shè)計(jì)五擋變速器 4 2.3 變速器傳動(dòng)方案的確定 5 2.4 中心距A的確定 6 2.5 齒輪參數(shù) 6 2.5.1 模數(shù) 6 2.5.2 壓力角 7 2.5.3 螺旋角β 7 2.5.4 齒寬 7 2.5.5 齒頂高系數(shù) 8 2.6 本章小結(jié) 8 第3章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 9 3.1 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9 3.1.1 各擋齒輪齒數(shù)的分配 9 3.1.2 齒輪材料的選擇原則 18 3.1.3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 18 3.2 輪齒的校核 19 3.2.1 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 19 3.2.2 輪齒接觸應(yīng)力σj 22 3.3 本章小結(jié) 26 第4章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算及軸承的選擇與校核 28 4.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 4.1.1 軸的工藝要求 28 4.1.2 初選軸的直徑 28 4.1.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算 28 4.2 軸承的選擇及校核 32 4.2.1 輸入軸的軸承選擇與校核 32 4.2.2 輸出軸軸承校核 33 4.3 本章小結(jié) 34 結(jié)論……………………………………………………………………………………35 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………36 致謝……………………………………………………………………………………37 第1章 緒 論 1.1 概述 對(duì)變速器如下基本要求： 1. 保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型。 2. 設(shè)置空擋。用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。 3. 設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛。 4. 設(shè)置動(dòng)力傳輸裝置，需要時(shí)進(jìn)行功率輸出。 5. 換擋迅速、省力、方便。 6. 工作可靠，汽車行駛過(guò)程中，變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。 7. 變速器應(yīng)有高的工作效率。 8. 變速器的工作噪聲低。 除此之外，變速器還應(yīng)該滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。 滿足汽車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器擋數(shù)、傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器傳動(dòng)比范圍越大。 1.2 變速器的發(fā)展現(xiàn)狀 變速器作為傳遞動(dòng)力和改變車速的重要裝置，國(guó)外對(duì)其操縱的方便性和擋位等方面的要求越來(lái)越高。目前對(duì)4擋特別是5擋變速器的應(yīng)用有日漸增多的趨勢(shì)，同時(shí)，6擋變速器的裝車率也在上升。 中國(guó)汽車變速器(汽車變速器市場(chǎng)調(diào)研)市場(chǎng)正處于高速發(fā)展期。2009年中國(guó)汽車銷售1364萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)46.15%，2015年汽車銷售規(guī)模將達(dá)到4000萬(wàn)輛。在汽車行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模高速增長(zhǎng)的情況下，中國(guó)變速器(變速器行業(yè)分析)行業(yè)面臨著重大機(jī)遇。2009年中國(guó)汽車變速器(汽車變速器市場(chǎng)調(diào)研)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)520億元人民幣，并且以每年超過(guò)20%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2015年有望達(dá)到1500億元。 由于近年來(lái)乘用車市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，2007年中國(guó)乘用車變速器需求量在600萬(wàn)件以上，其中大部分為手動(dòng)變速器，但是自動(dòng)變速器的需求比例不斷提高。與此同時(shí)隨著商用車市場(chǎng)快速發(fā)展，2007年商用車變速器的市場(chǎng)需求量有200萬(wàn)件，其中輕型貨車用變速器占市場(chǎng)主流，然而重型車變速器市場(chǎng)有望成為未來(lái)的新亮點(diǎn)。在手動(dòng)變速器領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)品牌已占主導(dǎo)地位。但技術(shù)含量更高的自動(dòng)變速器市場(chǎng)卻是進(jìn)口產(chǎn)品的天下，2007年中國(guó)變速器產(chǎn)品(變速器產(chǎn)品進(jìn)口統(tǒng)計(jì))進(jìn)口額達(dá)到30億美元。國(guó)內(nèi)變速器企業(yè)未來(lái)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 1.3 研究的目的、依據(jù)和意義 隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢(shì)。而變速器設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，因此它的性能影響到汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，對(duì)轎車而言，其設(shè)計(jì)意義更為明顯。在對(duì)汽車性能要求越來(lái)越高的今天，車輛的舒適性也是評(píng)價(jià)汽車的一個(gè)重要指標(biāo)，而變速器的設(shè)計(jì)如果不合理，將會(huì)使汽車的舒適性下降，使汽車的運(yùn)行噪聲增大。通過(guò)本題目的設(shè)計(jì)，學(xué)生可綜合運(yùn)用《汽車構(gòu)造》、《汽車?yán)碚摗贰ⅰ镀囋O(shè)計(jì)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《液壓傳動(dòng)》等課程的知識(shí)，達(dá)到綜合訓(xùn)練的效果。由于本題目模擬工程一線實(shí)際情況，學(xué)生通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)可與工程實(shí)踐直接接觸，從而可以提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 第2章 變速器主要參數(shù)的選擇 2.1 設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù) 班級(jí)點(diǎn)名序號(hào)為11 方案二 乘用車（兩軸式） 最高車速：=202Km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率：=116KW 最大功率轉(zhuǎn)速：6550r/min 最大轉(zhuǎn)矩：=184 整備質(zhì)量：=1720Kg 最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速：=4050r/min 車輪：205/55 R16 2.2 變速器各擋傳動(dòng)比的確定 2.2.1 初選最大傳動(dòng)比的范圍 最大傳動(dòng)比的確定，即一檔傳動(dòng)比。 ①滿足最大爬坡度： （2.1） 式中：G—作用在汽車上的重力，，—汽車質(zhì)量，—重力加速度，=16856N； —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=184N.m； —主減速器傳動(dòng)比， —傳動(dòng)系效率，=96%； —車輪半徑，=0.316m； —滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于貨車取=0.0165×[1+0.01(-50)]=0.03795； —爬坡度，取=16.7° 帶入數(shù)值計(jì)算得≥9.098 ②滿足附著條件： （2.2） Φ為附著系數(shù)，取值范圍為0.7~0.8.，取為0.8 為汽車滿載靜止于水平面，驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，這里取60%mg ； 計(jì)算得 由以上得 取，乘用車 校核，因?yàn)樵撥嚢l(fā)動(dòng)機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 則最低穩(wěn)定車速 ，故校核后傳動(dòng)比滿足要求。 2.2.2 確定擋位數(shù)，設(shè)計(jì)五擋變速器 其他各擋傳動(dòng)比的確定： 初選五擋傳動(dòng)比 按等比級(jí)數(shù)原則，一般汽車各擋傳動(dòng)比大致符合如下關(guān)系： （2.3） 式中：—常數(shù)，也就是各擋之間的公比；因此，各擋的傳動(dòng)比為： ，， 所以其他各擋傳動(dòng)比為： =2.7， ==1.97，==1.44， 4和5擋為常用擋，其擋位間公比應(yīng)該小一些 取，所以，。 2.3 變速器傳動(dòng)方案的確定 圖2-1a為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖2-1b所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖2-1c所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖2-1d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖2-1c所示方案。圖2-1e所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖2-1f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖2-61所示方案。其缺點(diǎn)是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。 本設(shè)計(jì)采用圖2-1f所示的傳動(dòng)方案。 圖2-1 變速器倒檔傳動(dòng)方案 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)有較大的力，所以無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處。 圖2.2變速器傳動(dòng)示意圖 1. 輸入軸一擋齒輪 2.輸出軸一擋齒輪 3.輸入軸二擋齒輪 4.輸出軸二擋齒輪 5. 輸入軸三擋齒輪 6.輸出軸三擋齒輪 7.輸入軸四擋齒輪 8.輸出軸四擋齒輪 9. 輸入軸五擋齒輪 10.輸出軸五擋齒輪 11.輸入軸倒擋齒輪 12.倒擋齒輪13.輸出軸倒擋齒輪 2.4 中心距A的確定 初選中心距：發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的乘用車變速器中心距A，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量與變速器中心距A的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)初選，A=77mm 2.5 齒輪參數(shù) 2.5.1 模數(shù) 對(duì)貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應(yīng)該選用大些的模數(shù)；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開(kāi)線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量在1.8～14.0t的貨車為2.0～3.5mm；總質(zhì)量大于14.0t的貨車為3.5～5.0mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換擋。 表2.1　汽車變速器齒輪法向模數(shù) 車型 乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L 貨車的最大總質(zhì)量/t 1.0≤V≤1.6 1.6＜V≤2.5 6.0＜≤14 ＞14.0 模數(shù)/mm 2.25～2.75 2.75～3.00 3.50～4.50 4.50~6.00 表2.2　汽車變速器常用齒輪模數(shù) 一系列 1.00 1.25 1.50 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 6.00 二系列 1.75 2.25 2.75 3.25 3.50 3.75 4.50 5.50 —— 發(fā)動(dòng)機(jī)排量為2.5~4L，根據(jù)表2.1及2.2，齒輪的模數(shù)定為2.25~2.75mm。 2.5.2 壓力角 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°。 2.5.3 螺旋角β 實(shí)驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。 乘用車兩軸式變速器螺旋角：20°～25° 2.5.4 齒寬 直齒，為齒寬系數(shù)，取為4.5～8.0，取7.5； 斜齒，取為6.0～8.5。 采用嚙合套或同步器換擋時(shí)，其接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為2～4mm，取2mm。 2.5.5 齒頂高系數(shù) 在齒輪加工精度提高以后，包括我國(guó)在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00. 2.6 本章小結(jié) 通過(guò)初始數(shù)據(jù)，首先確定變速器的最大傳動(dòng)比，然后根據(jù)最大傳動(dòng)比，確定擋數(shù)及各擋傳動(dòng)比的大小，然后根據(jù)變速器中心距A與發(fā)動(dòng)機(jī)排量的關(guān)系，初選變速器的中心距。然后確定齒輪的模數(shù)，壓力角，螺旋角，齒寬等參數(shù)，為下一章齒輪參數(shù)的計(jì)算做準(zhǔn)備。 第3章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 3.1 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1.1 各擋齒輪齒數(shù)的分配 一擋齒輪為斜齒輪，模數(shù)為2.75，初選β=20° 一擋傳動(dòng)比為=2.7 （3.1） 為了求，的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和， 斜齒=52.6取整為53 （3.2） 取=14 =39 對(duì)中心距進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 ==77.55mm （3.3） 取整A=78mm 修正螺旋角度β， (3.4) 分度圓直徑 =41.209mm =114.796mm 未變位中心距 a= 對(duì)一擋齒輪進(jìn)行角度變位： 端面嚙合角 ： tan=tan/cos （3.5） = 嚙合角 ： cos==0.932 （3.6） =21.27° 變位系數(shù)之和 （3.7） =0 當(dāng)量齒數(shù)：=17.16, 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》變位系數(shù)線圖得： 計(jì)算一擋齒輪1、2的參數(shù)： 齒頂高 =3.243mm =2.253mm 式中： =0.0009 = 0.005 齒根高 =2.943mm =3.933mm 齒頂圓直徑 =47.695mm =119.302mm 齒根圓直徑 =35.323mm =106.93mm 齒全高 h==6.186 二擋齒輪為斜齒輪，模數(shù)為2.5，初選=25° =1.97 =56.5 取整為57 =20， =37則，=1.85 修正螺旋角β 對(duì)二擋齒輪進(jìn)行角度變位： 理論中心距 =77.805mm 端面壓力角 tan=tan/cos =21.72° 端面嚙合角 當(dāng)量齒數(shù) =26.238 =48.54 變位系數(shù)之和 = 0.08 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》變位系數(shù)線圖得： =-0.02 二擋齒輪參數(shù)： 分度圓直徑 =54.6mm =101.01mm 齒頂高 =2.745mm =2.445mm 式中： = 0.078 =0.002 齒根高 =2.875mm =3.175mm 齒頂圓直徑 =60.09mm =105.9mm 齒根圓直徑 =48.85mm =94.66mm 齒全高 h==5.62 三擋齒輪為斜齒輪，初選=23°模數(shù)為2.5 =1.44 ==57.43, 取整為58 得取整為23，=35 =1.52 對(duì)三擋齒輪進(jìn)行角度變位： 理論中心距 =77.72mm 端面壓力角 tan=tan/cos =21.38° 端面嚙合角 變位系數(shù)之和 =0.1 當(dāng)量齒數(shù) =28.84 =43.58 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》變位系數(shù)線圖得： =0.08 = 0.02 三擋齒輪5、6參數(shù)： 分度圓直徑 =61.64mm =93.8mm 齒頂高 =2.73mm =2.58mm 式中： = 0.112 =-0.012 齒根高 =2.925mm =3.075mm 齒頂圓直徑 =67.1mm =98.96mm 齒根圓直徑 =55.79mm =87.65mm 四擋齒輪為斜齒輪，初選=24°模數(shù)=2.5 =1.07 57.005取整為58 取整為27 =31 則： =1.14 修正螺旋角度β =0.9294 對(duì)四擋齒輪進(jìn)行角度變位： 理論中心距 =77.72mm 端面壓力角 tan=tan/cos =21.38° 端面嚙合角 變位系數(shù)之和 = 0.1 當(dāng)量齒數(shù) =33.61 =38.59 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》變位系數(shù)線圖得： = 0.06 = 0.04 四擋齒輪7、8參數(shù)： 分度圓直徑 =72.36mm =83.08mm 齒頂高 =2.68mm =2.63mm 式中： =0.112 =-0.012 齒根高 =2.975mm =3.025mm 齒頂圓直徑 =77.72mm =88.34mm 齒根圓直徑 =66.41mm =77.03mm 全齒高 =5.655 五擋齒輪為斜齒輪，初選=25°模數(shù)=2.5 =0.79 取整為57 取整為32 =25 則： =0.78 對(duì)五擋齒輪進(jìn)行角度變位： 理論中心距 =78.09mm 端面壓力角 tan=tan/cos =21.72° 端面嚙合角 變位系數(shù)之和 =-0.04 當(dāng)量齒數(shù) =41.98 =32.79 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》變位系數(shù)線圖得： = -0.03 = -0.01 五擋齒輪9、10參數(shù)： 分度圓直徑 =87.68mm =68.5mm 齒頂高 =2.435mm =2.485mm 式中： =-0.036 =-0.004 齒根高 =3.2mm =3.15mm 齒頂圓直徑 =92.55mm =73.47mm 齒根圓直徑 =81.28mm =62.2mm 確定倒擋齒輪齒數(shù) 倒擋齒輪選用的模數(shù)與一擋相同， 倒擋齒輪的齒數(shù)一般在21～23之間，初選后，可計(jì)算出輸入軸與倒擋軸的中心距。初選=14，=23，則： =50.875mm 為保證倒擋齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪11和13的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，則齒輪13的齒頂圓直徑應(yīng)為 2*h 38.36 為了保證齒輪11和13的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，取=38 計(jì)算倒擋軸和輸出軸的中心距 =83.875 計(jì)算倒擋傳動(dòng)比 =2.714 3.1.2 齒輪材料的選擇原則 1、滿足工作條件的要求 不同的工作條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。 2、合理選擇材料配對(duì) 如對(duì)硬度≤350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料。 3、考慮加工工藝及熱處理工藝 變速器齒輪滲碳層深度推薦采用下列值： 滲碳層深度0.8～1.2 時(shí)滲碳層深度0.9～1.3 時(shí)滲碳層深度1.0～1.3 表面硬度HRC58～63；心部硬度HRC33～48 對(duì)于氰化齒輪，氰化層深度不應(yīng)小于0.2；表面硬度HRC。 對(duì)于大模數(shù)的重型汽車變速器齒輪，可采用25CrMnMO，20CrNiMO，12Cr3A等鋼材，這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶面粒。 3.1.3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為184N.m，齒輪傳動(dòng)效率99%，離合器傳動(dòng)效率98%，軸承傳動(dòng)效率96%。 輸入軸 ==184×96%×99%=174.87N·m 輸出軸一擋 N·m 輸出軸二擋 =307.469N·m 輸出軸三擋 =252.912N·m 輸出軸四擋 =190.822N·m 輸出軸五擋 =129.843N·m 倒擋 =273.041N·m =428.736N·m 3.2 輪齒的校核 3.2.1 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 1、倒檔直齒 輪彎曲應(yīng)力 圖3.1 齒形系數(shù)圖 （3.8） 式中：—彎曲應(yīng)力（MPa）； —計(jì)算載荷（N.mm）； —應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.65； —摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，對(duì)彎曲應(yīng)力的影響也不同；主動(dòng)齒輪=1.1，從動(dòng)齒輪=0.9； —齒寬（mm）； —模數(shù)； —齒寬系數(shù)；倒檔取7.5 —齒形系數(shù)，如圖3.1。 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，一、倒擋直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400～850MPa，貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。 計(jì)算倒擋齒輪11，12，13的彎曲應(yīng)力 ，， =14，=23，=38，=0.132，=0.134，=0.138，=273.041N.m，=174.87N.m, =428.736N·m =701.31MPa<400～850MPa =537.233MPa<400～850MPa =495.786MPa<400～850MPa 2、 斜齒輪彎曲應(yīng)力 （3.9） 式中：—計(jì)算載荷，N·mm； —法向模數(shù)，mm； —齒數(shù)； —斜齒輪螺旋角，°； —應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50； —齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得； —齒寬系數(shù)，取7.5 —重合度影響系數(shù)，=2.0。 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)乘用車常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180～350MPa范圍，對(duì)貨車為100～250MPa。 （1）計(jì)算一擋齒輪1，2的彎曲應(yīng)力 ， =14，=39，=0.135，=0.143，=462.98N.m，=174.87N.m， =264.74MPa<180～350MPa =237.538MPa<180～350MPa （2）計(jì)算二擋齒輪3,4的彎曲應(yīng)力 =20，=37，=0.146，=0.148，=307.469N.m，=174.87N.m， =223.006MPa<180～350MPa =209.081MPa<180～350MPa （3）計(jì)算三擋齒輪5，6的彎曲應(yīng)力 =23，=36，=0.144，=0.145，=252.912N.m，=174.87N.m =200.65MPa<180～350MPa =188.83MPa<180～350MPa （4）計(jì)算四擋齒輪7，8的彎曲應(yīng)力 =27，=31，=0.145，=0.146，=190.822N.m，=174.87N.m =169.25MPa<180～350MPa =159.75MPa<180～350MPa （5）計(jì)算五擋齒輪9，10的彎曲應(yīng)力 =32，=25，=0.148，=0.142，=174.87N.m，=129.843N.m =137.49MPa<180～350MPa =136.196MPa<180～350MPa 3.2.2 輪齒接觸應(yīng)力σj （3.10） 式中：—輪齒的接觸應(yīng)力，MPa； —計(jì)算載荷，N.mm； —節(jié)圓直徑，mm； —節(jié)點(diǎn)處壓力角，°，—齒輪螺旋角，°； —齒輪材料的彈性模量，MPa； —齒輪接觸的實(shí)際寬度，mm； 、—主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，mm，直齒輪、，斜齒輪、； 、—主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)。 將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表3.2。 彈性模量=20.6×104 N·mm-2，齒寬 表3.2　變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 齒輪 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一擋和倒擋 1900～2000 950～1000 常嚙合齒輪和高擋 1300～1400 650～700 （1）計(jì)算一擋齒輪1，2的接觸應(yīng)力 =462.98N.m，=174.87N.m， ，， =41.2mm， =114.79 mm =8.56mm =23.86mm =1642.835MPa<1900～2000MPa =1601.568MPa<1900～2000MPa （2）計(jì)算二擋齒輪3，4的接觸應(yīng)力 =307.469N.m，=174.87N.m，，， =54.736mm， =101.263mm =12.137mm =22.455mm =1354.423MPa<1300～1400MPa =1320.407MPa<1300～1400MPa （3）計(jì)算三擋齒輪5，6的接觸應(yīng)力 =252.912N.m，=174.87N.m，，， =61.862mm， =94.137mm =13.05mm =19.859mm =1261.79MPa<1300～1400MPa =1230.10MPa<1300～1400MPa （4）計(jì)算四擋齒輪7，8的接觸應(yīng)力 =190.822N.m，=174.87N.m，，， =72.62mm， =83.379mm =15.32mm =17.59mm =1142.103MPa<1300～1400MPa =1113.421MPa<1300～1400MPa （5）五擋齒輪1，2的接觸應(yīng)力 =174.87N.m，=129.843N.m，，， =87.578mm， =68.421mm =19.42mm =15.17mm =1029.829MPa<1300～1400MPa = 1003.964MPa<1300～1400MPa （6）計(jì)算倒擋齒輪11，12，13的接觸應(yīng)力 =372.849N.m，=174.873N.m，，， mm mm mm =10.816mm =17.87mm =6.583mm =1973.88MPa<1900～2000MPa = =1824.73MPa<1900～2000MPa =1396.685MPa<1900～2000MPa 3.3 本章小結(jié) 本章首先根據(jù)所學(xué)汽車?yán)碚摰闹R(shí)計(jì)算出主減速器的傳動(dòng)比，然后計(jì)算出變速器的各擋傳動(dòng)比；接著確定齒輪的參數(shù)，如齒輪的模數(shù)、壓力角、螺旋角、齒寬、齒頂高系數(shù)；介紹了齒輪變位系數(shù)的選擇原則，并根據(jù)各擋傳動(dòng)比計(jì)算各擋齒輪的齒數(shù)，根據(jù)齒數(shù)重新計(jì)算各擋傳動(dòng)比，同時(shí)對(duì)各擋齒輪進(jìn)行變位。然后簡(jiǎn)要介紹了齒輪材料的選擇原則，即滿足工作條件的要求、合理選擇材料配對(duì)、考慮加工工藝及熱處理，然后計(jì)算出各擋齒輪的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)齒形系數(shù)圖查出各齒輪的齒形系數(shù)，計(jì)算輪齒的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力。最后計(jì)算出各擋齒輪所受的力，為下章對(duì)軸及軸承進(jìn)行校核做準(zhǔn)備。 第4章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算及軸承的選擇與校核 4.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 軸的工藝要求 倒擋軸為壓入殼體孔中并固定不動(dòng)的光軸。變速器第二軸視結(jié)構(gòu)不同，可采用滲碳、高頻、氰化等熱處理方法。對(duì)于只有滑動(dòng)齒輪工作的第二軸可以采用氰化處理，但對(duì)于有常嚙合齒輪工作的第二軸應(yīng)采用滲碳或高頻處理。第二軸上的軸頸常用做滾針的滾道，要求有相當(dāng)高的硬度和表面光潔度，硬度應(yīng)在HRC58～63，表面光潔度不低于▽8。 4.1.2 初選軸的直徑 傳動(dòng)軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)只需按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，輸入軸花鍵軸頸 =22.751~26.164mm （4.1） K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=4.0~4.6 4.1.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的剛度驗(yàn)算 若軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為δ，可分別用式計(jì)算 （4.2） （4.3） （4.4） 式中：—齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）； —齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）； —彈性模量（MPa），=2.1×105MPa； —慣性矩（mm4），對(duì)于實(shí)心軸，；—軸的直徑（mm），花鍵處按平均直徑計(jì)算； 、—齒輪上的作用力距支座、的距離（mm）； —支座間的距離（mm）。 軸的全撓度為mm。 （4.5） 軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為=0.05～0.10mm，=0.10～0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)0.002rad。 變速器中一擋所受力最大，故只需校核一擋處軸的剛度與撓度 一擋齒輪所受力 圓周力 N，N 徑向力 N, =3140.665N 軸向力 N, N， ，mm mm （4.6） =0.062mm （4.7） =0.141 =rad0.002rad （4.8） 輸出軸剛度 =0.071mm =0.132 =rad0.002rad 輸入軸的強(qiáng)度校核 一擋時(shí)撓度最大，最危險(xiǎn)，因此校核。 1)豎直平面面上 得 =2330.24N 豎直力矩==151325.9N.mm 2)水平面內(nèi)上、和彎矩 由以上兩式可得=5984.75N，==388650.01N.mm 按第三強(qiáng)度理論得： N.mm 輸入軸的強(qiáng)度分析圖如圖4.1。 圖4.1輸入軸強(qiáng)度分析圖 圖4.2輸出軸的強(qiáng)度分析圖 輸出軸強(qiáng)度校核 1)豎直平面面上 得 =2285.165N 豎直力矩==148398.61N.mm 2)水平面內(nèi)上、和彎矩 由以上兩式可得N，==369369.9N.mm 按第三強(qiáng)度理論得： N.mm 輸出軸的強(qiáng)度分析圖如圖4.2。 4.2 軸承的選擇及校核 4.2.1 輸入軸的軸承選擇與校核 由工作條件和軸頸直徑初選輸入軸的軸承型號(hào)，30206（左右），由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得代號(hào)為30206的圓錐滾子軸承 ， ，e=0.37,Y=1.6;軸承的預(yù)期壽命：=10×300×8=24000h 校核軸承壽命 Ⅰ）、求水平面內(nèi)支反力、和彎矩 += 由以上兩式可得=2330.24N，=974.35N Ⅱ）、內(nèi)部附加力、，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得Y=1.6 (4.9) (4.10) Ⅲ）、軸向力和 由于 所以左側(cè)軸承被放松，右側(cè)軸承被壓緊 Ⅳ）、求當(dāng)量動(dòng)載荷 查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)得 所以左側(cè)軸承X=1,Y=0.右側(cè)軸承 X=0.4,Y=0.4cotα=1.09 左側(cè)徑向當(dāng)量動(dòng)載荷 (4.11) =2796.228N 校核軸承壽命 ，為壽命系數(shù)，對(duì)球軸承=3；對(duì)滾子軸承=10/3。(4.12) 104976.85h，由于一擋為不常用擋，故合格。 右側(cè)徑向當(dāng)量動(dòng)載荷=5657.076 10014.72h，由于一擋為不常用擋，故合格。 4.2.2 輸出軸軸承校核 初選輸出軸的軸承型號(hào)，30206（左右），由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得代號(hào)為30206的圓錐滾子軸承 ， ，e=0.37,Y=1.6;軸承的預(yù)期壽命：=10×300×8=24000h 校核軸承壽命 Ⅰ）、求水平面齒輪徑向力方向內(nèi)支反力、和彎矩 += 由以上兩式可得2=2286.165N，=854.5N Ⅱ）、內(nèi)部附加力、，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得Y=1.6 Ⅲ）、軸向力和 由于 所以右側(cè)軸承被放松，左側(cè)軸承被壓緊 Ⅳ）、求當(dāng)量動(dòng)載荷 查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)得 故左側(cè)軸承X=0.4,Y=1.09, 右側(cè)軸承X=0.4,Y=1.09. 徑向當(dāng)量動(dòng)載荷 =5149.76N 左側(cè)校核軸承壽命 ，為壽命系數(shù)，對(duì)球軸承=3；對(duì)滾子軸承=10/3； 13736.177h ,一擋為不常用擋位，故該軸承合格 右側(cè)校核軸承壽命=1344.62N 364791.9327h，合格。 4.3 本章小結(jié) 本章首先簡(jiǎn)要介紹了軸的工藝要求，即滿足工作條件的要求。通過(guò)計(jì)算，確定軸的最小軸頸，通過(guò)軸承等確定軸的軸頸和各階梯軸的長(zhǎng)度，然后對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度的驗(yàn)算校核。通過(guò)軸頸，選擇合適的軸承，通過(guò)軸向力的大小對(duì)軸承進(jìn)行壽命計(jì)算。 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的變速器是以捷達(dá)參數(shù)為依據(jù)，乘用車兩軸變速器，通過(guò)排量選擇中心距的大小，齒輪的模數(shù)等，確定倒擋的布置形式，確定齒輪的壓力角，螺旋角，齒寬，齒形系數(shù)等，然后計(jì)算變速器的各擋傳動(dòng)比，各齒輪的參數(shù)，通過(guò)變?yōu)橄禂?shù)圖查找計(jì)算變?yōu)橄禂?shù)，然后對(duì)各擋齒輪進(jìn)行變位。然后簡(jiǎn)要的介紹了齒輪材料的選擇原則，對(duì)齒輪進(jìn)行校核。通過(guò)最小軸頸的計(jì)算，選擇軸承，確定軸各段的長(zhǎng)度和軸頸大小。對(duì)軸和軸承進(jìn)行校核計(jì)算。 對(duì)于本次設(shè)計(jì)的變速器來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)是：扭矩變化范圍大可以滿足不同的工況要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)、使用和維修，價(jià)格低廉，而且采用結(jié)合套掛擋，可以使變速器掛擋平穩(wěn)，噪聲降低，輪齒不易損壞。在設(shè)計(jì)中采用了5+1檔手動(dòng)變速器，通過(guò)較大的變速器傳動(dòng)比變化范圍，可以滿足汽車在不同的工況下的要求，從而達(dá)到其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的要求；變速器掛檔時(shí)用同步器，雖然增加了成本，但是使汽車變速器操縱舒適度增加，齒輪傳動(dòng)更平穩(wěn)。本著實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的原則，在各部件的設(shè)計(jì)要求上都采用比較開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，因此，安全系數(shù)不高，這一點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)的不理想之處。 參考文獻(xiàn) [1]郝京順.汽車變速器的發(fā)展[J].知識(shí)講座，2000(6)． [2]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003． [3]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005． [4]張陽(yáng),席軍強(qiáng),陳慧巖.半掛牽引車自動(dòng)變速器換檔策略研究[J].北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)院，2006(2)． [5]余志生.汽車?yán)碚揫M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000． [6]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001． [7]孫曉娟.機(jī)械制圖[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007. [8]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 致 謝 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我對(duì)變速器有了更多的了解，明白了變速器設(shè)計(jì)的重要性對(duì)變速器的現(xiàn)狀及未來(lái)有了更深刻的了解，綜合運(yùn)用了《汽車構(gòu)造》、《汽車?yán)碚摗贰镀囋O(shè)計(jì)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《液壓傳動(dòng)》等課程知識(shí)，鞏固了所學(xué)知識(shí)。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)老師一直關(guān)注著我的每一步進(jìn)展，并給了我很多的意見(jiàn)和建議，同時(shí)也對(duì)我提出了嚴(yán)格的要求，我能夠順利的完成課程設(shè)計(jì)，和老師的指導(dǎo)師分不開(kāi)的，在此特別感謝老師對(duì)我指導(dǎo)與幫助。 另外，在這次課程設(shè)計(jì)時(shí)，遇到很多問(wèn)題，車輛工程老師和同學(xué)也給了我很大幫助，非常感謝幫助過(guò)我的老師與同學(xué)。 36