河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 I 目 錄 第 1 章 緒論 1 1.1 概述 2 1.2 國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展方向 2 第 2 章 傳動方案及零部件結(jié)構(gòu)分析 5 2.1 變速器 的基本設(shè)計要求 5 2.2 變速器傳動機構(gòu)布置方案 5 2.3 本章小結(jié) 10 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇與計算 11 3.1 擋數(shù)的選擇 11 3.2 傳動比的確定 12 3.3 中心距 A 的確定 13 3.4 外形尺寸的初選 14 3.5 齒輪參數(shù)選擇 14 3.6 各擋齒輪齒數(shù)分配 18 3.7 變速器齒輪的變位 22 3.8 本章小結(jié) 24 第 4 章 齒輪與軸的設(shè)計計算 25 4.1 齒輪設(shè)計與計算 25 4.2 軸的設(shè)計與計算 32 4.3 軸承的選擇與校核 39 4.4 本章小結(jié) 42 第 5 章 變速器同步器及操縱機構(gòu)的選擇 43 5.1 同步器 43 5.2 操縱機構(gòu)的選擇 46 5.3 變速器殼體的設(shè)計 47 5.4 本章小結(jié) 48 結(jié) 論 49 致 謝 50 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 II 參考文獻(xiàn) 51 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 2 第 1 章 緒論 1.1 概述 輕型貨車主要從事城市市區(qū)或農(nóng)村間中短途距離運輸?shù)慕煌üぞ撸哂袡C動靈活、快捷方便的優(yōu)勢，特別是在運輸噸位不大且距離又比較近時，輕型貨車便發(fā)揮出巨大優(yōu)勢。近幾年來隨著我國城市規(guī)模的不斷擴大，城市市區(qū)間越來越需要輕型貨車。變速器是汽車傳動系統(tǒng)中重要的組成部分，它直接影響汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性，是汽車的重要部件之一。 本設(shè)計是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的變速器作為設(shè)計原型，在給定發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，自己獨立設(shè) 計出符合要求的中間軸式五檔變速器。其中本設(shè)計的重點部分是檔位傳動比的選擇及計算依據(jù)、齒輪參數(shù)的選擇計算及校核、二軸及中間軸的強度校核等。 通過查閱圖書館電子資源和館藏圖書，了解變速器研究領(lǐng)域的最新發(fā)展動向；閱讀關(guān)于變速器設(shè)計方面的書籍，學(xué)習(xí)變速器設(shè)計的過程、步驟、方法和經(jīng)驗教訓(xùn)，解決設(shè)計過程中遇到的自己不能解決的問題；去實驗室動手拆裝此類型的變速器，了解變速器的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行變速器的設(shè)計和計算。 此次輕型貨車的變速器設(shè)計將基本滿足輕型貨車的使用要求，通過對變速器的分析、方案選擇、設(shè)計計算 和整理，能達(dá)到了預(yù)期的效果，完成此次畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是對自己大學(xué)四年所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)的綜合運用，通過此次設(shè)計，了解了變速器設(shè)計的基本過程和在設(shè)計過程中應(yīng)該注意的問題，學(xué)會了設(shè)計的過程和方法。 1.2 國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展方向 變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項總要依據(jù)。 21 世紀(jì)能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 3 技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域 1 ，這 些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動了變速器技術(shù)的發(fā)展。目前國內(nèi)外的變速器主要向著自動變速器方向發(fā)展，自動變速器在實際中所占的比例越來越大，目前有一半以上的轎車和部分重型載貨汽車上使用的是自動變速器。變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項總要依據(jù)。 21 世紀(jì)能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動了變速器技術(shù)的發(fā)展。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)分為：三檔變速器，四檔變速器，五檔變速器，多檔變速器。 根據(jù)軸的形式分為：固定 軸式，旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為：兩軸式變速器，中間軸式變速器，雙中間軸式變速器，多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機械式變速器。目前自動變速器得到廣泛的應(yīng)用。 變速器技術(shù)的發(fā)展動向如下： （ 1）節(jié)能與環(huán)境保護(hù)。變速器的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)既包括傳動系本身的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)，也包括發(fā)動機的節(jié)能與保護(hù)。因此研究高效率的傳動副來節(jié)約能源，采用零污染的工作介質(zhì)或潤滑油來避免環(huán)境污染，根 據(jù)發(fā)動機的特性和行駛工況來設(shè)計變速器，使發(fā)動機工作在最佳狀態(tài)，以保證汽車在最高傳動效率和最低污染物排放區(qū)運行； （ 2）應(yīng)用新型材料。材料科學(xué)與技術(shù)是 21 世紀(jì)重點發(fā)展的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。各種新型材料在變速器中的應(yīng)用已經(jīng)推動了汽車技術(shù)的發(fā)展和性能的提高。 （ 3）高性能、低成本、微型化。高性能、高效、精密、低噪聲、長壽命、重量輕、體積小、低成本一直以來是變速器的發(fā)展方向； （ 4）智能化、集成化。變速器智能化、集成化是信息、電子集成技術(shù)和控制技術(shù)與變速器技術(shù)的結(jié)合。其特點是根據(jù)發(fā)動機的特性和汽車 的行駛工河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 4 況，通過計算機智能控制，實現(xiàn)對變速器傳動比的實時控制，使發(fā)動機工作在最佳狀態(tài)。將變速器智能化，并且普及到大眾化的汽車上 2 。這樣的汽車可以依據(jù)駕車者的性情、路面的狀況、車身的負(fù)荷乃至周邊環(huán)境等多種因素，挑選最適合的功能，實現(xiàn)智能化駕駛，以充分發(fā)揮車輛的性能，降低油耗，確保安全。變速器的發(fā)展使汽車好像有了人的智慧它根據(jù)外界路面的變化，經(jīng)過計算，代替人作出準(zhǔn)確聰明的決斷。 隨著科技的發(fā)展和汽車工業(yè)的不斷向前進(jìn)步，汽車自動變速 器會越來越多的得到使用。 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 傳動方案及零部件結(jié)構(gòu)分析 變速器用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有倒檔，使汽車獲得倒退行駛能力。變速器設(shè)有空檔，可在發(fā)動機起動、汽車滑行或停車時使發(fā)動機的動力停止向驅(qū)動輪工作。 2.1 變速器的基本設(shè)計要求 變速器在汽車底盤中具有很重要的作用，它的好壞直接決定汽車的使用壽命和經(jīng)濟性，因此變速器的設(shè)計必須滿足以下要求： （ 1）保證汽 車有必要的動力性和經(jīng)濟性； （ 2）設(shè)置空檔，用來切斷發(fā)動機的動力傳輸； （ 3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛； （ 4）設(shè)置動力輸出裝置； （ 5）換檔迅速、省力、方便； （ 6）工作可靠。變速器不得有跳檔、亂檔及換檔沖擊等現(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)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。 2.2 變速器傳動機構(gòu)布置方案 2.2.1 倒檔布置方案 圖 2.1 為常見的倒檔布置方案。圖 2.1b 方案的優(yōu)點是 倒檔利用了一 檔齒輪，縮短了中間軸的長度。但換檔時有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合，使換檔困難。河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 6 圖 2.1c 方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理。圖 2.1d 方案對 2.1c 的缺點做了修改。圖 2.1e 所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖 2.1f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，檔換更為輕便。為了縮短變速器軸向長度，倒檔傳動采用圖 2.1g 所示方案。缺點是一、倒檔各用一根變速器撥叉軸，使變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復(fù)雜一些。 本設(shè)計結(jié)合實際車型，在給定的任務(wù)書中已經(jīng)確定是中間軸式變速器，全部齒輪為常嚙合齒 輪，所以綜合考慮，本身設(shè)計選擇圖 2.1（ b）形式進(jìn)行設(shè)計。 圖 2.1 倒檔布置方案 2.2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 1、齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種 3 。直齒圓柱齒輪僅用于一檔和倒檔。與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點，所以本設(shè)計倒擋選用直齒輪，其他擋選用斜齒輪。 2、換擋機構(gòu) 變速器換檔機 構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 7 采用軸向滑動直齒齒輪換檔，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，齒輪端部磨損加劇并過早損壞，并伴隨著噪聲。因此，除一檔、倒檔外已很少使用。 常嚙合齒輪可用移動嚙合套換檔。因承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，嚙合套不會過早被損壞，但不能消除換檔沖擊。目前這種換檔方法只在某些要求不高的擋 位及重型貨車變速器上應(yīng)用。 使用同步 器能保證換擋迅速、無沖擊、無噪聲，而與 操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽 車的加速性、燃油經(jīng)濟性和行駛安全性。 同上述兩種換擋方法比較，雖然 它有結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺 點，但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換擋，其換檔行程要比滑動齒輪換擋行程小。 通過比較本設(shè)計所有擋選用同步器換檔。 3、典型的操縱機構(gòu)及其互鎖裝置 圖 2.5 為典型的操縱機構(gòu)圖 定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上，并防止自動嚙合和分離，一般采用彈簧和鋼球式機構(gòu)。 互鎖裝置是保證移動某一變速叉軸時，其他變速叉軸互被鎖住，下面介河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 8 紹幾種常見的機構(gòu)： （ 1）互鎖銷式 圖 2.7 是汽車上用得最廣泛的一種機構(gòu)， 互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間，用銷子的長度和凹槽來保證互鎖。 圖 2.6， a 為空檔位置，此時任一叉軸可自由移動。圖 2.6， b,c,d 為某一叉軸在工作位置，而其他叉軸被鎖住。 圖 2.6 互鎖銷式工作原理 （ 2）擺動鎖塊式 圖 2.7 為擺動鎖塊式互鎖機構(gòu)工作示意圖，鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上，并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動，操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi)，此時，鎖塊的一個或兩個突起部分 A 檔住其他兩個變速叉軸槽，保證換檔時不能同時掛入兩檔。 （ 3）轉(zhuǎn)動鉗口式 圖 2.9 為與上述鎖塊機構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動鉗口式互鎖 裝置。操縱桿撥頭置于鉗口中，鉗形板可繞 A 軸轉(zhuǎn)動。選檔時操縱桿轉(zhuǎn)動鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時鉗形板的一個或兩個鉗爪抓住其它兩個變速叉，保證互鎖作用。上海 SH-130 型載重汽車的變速器互鎖機構(gòu)就采用這種型式。 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 9 圖 2.7 擺動鎖塊式互鎖機構(gòu) 圖 2.8 轉(zhuǎn)動鉗口式互鎖機構(gòu) 上述操縱機構(gòu)用于長頭駕駛室時期車上，為操縱桿由駕駛一室底板伸出的直接操縱機構(gòu)。 對于平頭駕駛室汽車，輕型載重汽車或小客車所采用的遠(yuǎn)距離操縱機構(gòu)（操縱桿在方向盤下），要加上一套聯(lián)動機構(gòu)。這種機構(gòu)應(yīng)有足夠的剛性，并保證各連接件在靈活轉(zhuǎn)動情況下，其間隙不能過大，否則會使換檔手感不明顯。 為改善操 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承等。 第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔尺寸足夠時，可布置圓柱滾子 縱輕便性，在小客車或重型載重汽車上的采用電磁、電力和液力控制，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜并需要氣源或液壓源，在載重汽車上一般很少采用。 本次設(shè)計采用互鎖銷式互鎖裝置。 4、變速器軸承的選擇 軸承，若空間不足則采用滾針軸承 4 。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承以及中間軸前、后軸承，按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。 滾針軸承、滑動軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運動的地方。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點。 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 10 本設(shè)計中間軸選用圓錐滾子軸承，二軸左端采用滾針軸承，二軸右側(cè)用圓錐滾子軸承，一軸用球軸承。 2.3 本章小結(jié) 本章主要是對變 速器傳動方案進(jìn)行選取和分析，選擇中間軸式變速器為設(shè)計對象并且對零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和選取，選擇合適的齒輪形式、換檔機構(gòu)和軸承進(jìn)行變速器的設(shè)計。本章主要是從總體上進(jìn)行變速器傳動方案及零部件結(jié)構(gòu)分析確定。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 11 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇與計算 本次設(shè)計是在已知主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計，已知的 CA1051K26L4整車主要技術(shù)參數(shù)如表 3.1 所示。 表 3.1 CA1051K26L4 整車主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動機最大功率 88kw 車輪型號 7.50-R16 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 300N.m 主減速器傳動比 5.43 最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速 2100r/min 最高車速 90km/h 總質(zhì)量 5000kg 后軸載荷 3255kg 3.1 擋數(shù)的選擇 增加變速器的檔數(shù)能夠改善汽車的動力性和經(jīng)濟性。檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，而且在使用時換檔頻率也增高。 在最低檔傳動比不變的條件下，增加變速器的檔數(shù)會使變速器相鄰的低檔與高檔之間的傳動比比值減小，使換檔工作容易進(jìn)行。 檔數(shù)選擇的要求： （ 1）相鄰檔位之間的傳動比比值在 1.8 以下 ； （ 2）高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 目前，轎車一般用 4 5 個檔位變速器，貨車變速器采用 4 5 個檔或多檔，多檔變速器多用于重型貨車和越野汽車 5 。 傳動比范圍的確定與選定的發(fā)動機參數(shù)、汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。目前轎車的傳動比范圍在 3 4 之間，輕型貨車在 5 6 之間，其它貨車則更大。 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 12 文中設(shè)計結(jié)合實際，變速器選用 5 檔變速器，最高檔傳動比為 1。 3.2 傳動比的確定 減速器的傳動比范圍是指變速器最低檔傳動比與最高檔傳動傳動比的比值。 1、最低檔傳動比計算 一檔傳動比應(yīng)該滿足最大驅(qū)動力能夠克服汽車輪胎與路面的滾動阻力及最大爬坡阻力， m a x0m a x mgriiTrtge （ 3.1） terg iT rmgi 0maxmax1 （ 3.2） 式中： 最大轉(zhuǎn)矩， mmNTe .10300 3m a x 車輪 半徑 ,由已知輪胎規(guī)格 R16（ 8 級）可知道為 320.47mm； 主減速器傳動比， 43.50 i 傳動系傳動效率 8 9 3.0%98%96%95 tmg 汽車重力， mg=5455 9.8； 代入公式（ 3.2）得到 ： 83.043.510300 47.3203.08.95455 3 gi=3.103 根據(jù)車輪與路面的 附著條件則 ： 201m ax GriiTrtge （ 3.3） Terg iT Gi 0max21 （ 3.4） 在 0,50.6 之間取 0.55， 2G =31899N 代入式（ 3.3）得到 ：83.043.510300 47.32055.031899 31 gi=4.5298 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 13 所以 5298.4103.31 gi由于本車為輕型車且無超速檔，一檔初選傳動比取 4.2。 2、 其他各擋傳動比初選 各檔傳動比為等比分配 6 ， 則： qiiiiiiii 54433221 43.12.44451 iiq 43.1,05.2,93.2432 iii3.3 中心距 A 的確定 由于變速器為中間軸式變速器，初選中心距可根據(jù)以下的經(jīng)驗公式（ 3.5）計算 7 。 31m a x geA iTKA （ 3.5） 式中 ： A 變速器中心距（ mm）； AK 中心距系數(shù)，商用車 AK =8.6-9.6； maxeT 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)距 =300（ N.m） ； 1i 變速器一檔傳動比為 4.2； g 變速器傳動效率，取 96%。 將各參數(shù)代入式（ 3.4）得到 ： A （ 8.69.6） 3 96.02.4300 =（ 8.69.6） 10.7=92.02102.7mm 貨車的變速器中心距在 92 102.7mm 范圍內(nèi)變化，初取 A=96mm。 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 14 3.4 外形尺寸的初選 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間（過渡）齒輪和換檔機構(gòu)的布置初步確定。 影響變速器的殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機構(gòu)形式以及齒輪形式。 商用車變速器殼體的軸向尺寸可參考表 3.2 數(shù)據(jù)選用： 表 3.2 商用車變速器殼體的軸向尺寸 四檔 （ 2.2 2.7） A 五檔 （ 2.7 3.0） A 六檔 （ 3.2 3.5） A 為了減小變速器的尺寸，取外形尺寸初選為 2.9=278.4mm。 3.5 齒輪參數(shù)選擇 3.5.1 模數(shù) 齒輪模數(shù)選取的一般原則： （ 1）為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時增加齒寬； （ 2）為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時減少齒寬； （ 3）從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)； （ 4）從強度方面考 慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 對于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些。 對于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。所選模數(shù)值應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 變速器齒輪模數(shù)范圍大致表 3.3： 表 3.3 變速器齒輪 的法向 模數(shù) 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 15 微型、普通級轎車 中級轎車 中型貨車 重型貨車 2.25 2.75 2.75 3.00 3.5 4.5 4.5 6.0 選用時，優(yōu)先選用第一系列，括號內(nèi)的盡量不要用，表 3.4 為國標(biāo)GB/T1357 1987，可參考表 3.4 進(jìn)行變速器模數(shù)的選擇。 表 3.4 變速器常用的齒輪模數(shù) 第一系列 1 1.25 1.5 2.00 2.50 3.00 第二系列 1.75 2.25 2.75 （ 3.25） 3.5 表中數(shù)據(jù)摘自（ GB/T1357 1987） 綜合考慮文中設(shè)計由于是輕型車，變速器倒檔模數(shù)取 3.5mm；其他各檔為3.0mm。 3.5.2 壓力角 壓力角較小時，重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時，可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。 對于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用 14.5、 15、 16、 16.5等小些的壓力角。對貨車，為提高齒輪強度，應(yīng)選用 22.5或 25等大些的壓力角。 國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20，所以普遍采用的壓力角為 20。嚙合套或同步器的壓力角有 20、 25、 30等，普遍采用 30壓力角。 本變速器是采取了重要輕型汽車變速器的新技術(shù)主要內(nèi)容是，在保證齒輪的強度要求之下，盡量將模數(shù)減小。這樣就明顯提高了齒輪的重合度，從而減小了沖擊載荷和噪聲。 3.5.3 螺旋角 齒輪的螺旋角對齒輪工作噪聲、輪齒的強度和軸向力有 影響。選用大些的旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低 8 。 試驗證明：隨著螺旋角的增大，齒的強度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于 30時，其抗彎強度驟然下降，而接觸強度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 16 的抗彎強度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔位齒輪的接觸強度來著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角值。 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計時應(yīng)力求中間軸上同時工作的兩對齒輪產(chǎn)生軸向力平衡。如 圖 3.1 所示： 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 17 圖 3.1 中間軸軸向力的平衡 欲使中間軸上兩個斜齒輪的軸向力平衡，須滿足下述條件： 111 tan na FF （ 3.6） 222 tanAa FF （ 3.7） 為使兩軸向力平衡，必須滿足： 2121tantan rr（ 3.8） 式中 ： 21 aa FF 作用在中間軸承齒輪 1、 2 上的軸向力； 21 nn FF 作用在中間軸上齒輪 1、 2 上的圓周力； 21rr 齒輪 1、 2 的節(jié)圓半徑； T 中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。 貨車變速器的螺旋角為： 18 26，一檔齒輪的螺旋角取下限 3.5.4 尺寬 b 齒寬對變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強度和齒輪工作時受力的均勻程度等均有影響。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 18 選用較小的齒寬可 以縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量。但齒寬減少使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點被削弱，齒輪的工作應(yīng)力增加。 選用較大的齒寬，工作時會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。 通常根據(jù)齒輪模數(shù) m（nm）的大小來選定齒寬 b,nc mkb 式中： ck 齒寬系數(shù)，斜齒為 6.0 8.5。 3.6 各擋齒輪齒數(shù)分配 在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。變速器的傳動及各部件如圖 3.2 所示： 圖 3.2 CA10501K26L4 變速器傳動示意圖 1 一軸常嚙合齒輪 2 中間軸常嚙合齒輪 3 第二軸四擋齒輪 4 中間軸四擋齒輪 5 第二軸三擋齒輪 6 中間軸三擋齒輪 7 第二軸二擋齒輪 8 中間軸二擋齒輪 9 第二軸一擋齒輪 10河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 19 中間軸一擋齒輪 11 第二軸倒擋齒輪 12 中 間軸倒擋齒輪 13 惰輪 1、最低檔傳動比計算 一檔傳動比為： 2.4101921 zz zzi g如果一檔齒數(shù)確定了，則常嚙合齒輪的傳動比可求出，為了求一檔的齒數(shù)，要先求其齒輪和hz， hz 一檔齒數(shù)和，直齒mAzh 2斜齒 nh mAz 2 （ 3.9） 中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)，還受中間軸軸向尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時，對軸上的尺寸及齒輪齒數(shù)要統(tǒng)一考慮。貨車10z可在 12 17之間選取，本設(shè)計取10z=16，初選 2312 ， 0.3nm， 代入公式（ 3.6）得到： 43.580.3 13.9623c os2 hz 取整得 58，則 4216589 z。 2、對中心距 A 進(jìn)行修正 因為計算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整使中心距有了變化，所以要根據(jù)取定的齒數(shù)和和齒輪變位系數(shù)重新計算中心距 A，再以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù) 9 。 cos2 hnzmA （ 3.10） 將各已知條件代入式（ 3.10）得到： 13.9623c o s2 583 A mm， 取整為 96mm。 3、常嚙合齒輪傳動齒輪副的齒數(shù)確定 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 20 101921 zz zzig （ 3.11） 而常嚙合齒輪的中心距與一檔相等，即 ： 2121cos2 )(zzmA n （ 3.12） 已知各參數(shù)如下 ： 96,16,42,23,3 109109 Azzm n 代入式 （ 3.12） 得到 ： 13.231 z 取整 ： 37,23 21 zz ， 19.416372342102191 zzzzi g4、二檔齒數(shù)的確定 已知 ： 93.2,96,32 gn iAm由式子 ： 18272 zzzzig （ 3.13） 21287 zzizz g（ 3.14） 8787cos2 )( zzmA n （ 3.15） 此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式： )1(ta nta n8782212 zzzz z （ 3.16） 聯(lián)解上述（ 3.13），（ 3.14），（ 3.15）三個方程式，可采用比較方便的試湊法。解得結(jié)果如下： 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 21 21,39,36.208787 zz， 89.22139233787122 zzzzi g5、三檔齒數(shù)的 確定 已知： 05.2,96,3 3 gn iAm 由式子 21365 zzizz g（ 3.17） 8765cos2 )( zzmA n （ 3.18） )1(t a nt a n 6562 212 zzzz z （ 3.19） 聯(lián)解上式（ 3.17），（ 3.18），（ 3.19）三個方程式，可采用比較方便的試湊法，解得： 26,34,36.206565 zz1 0 3.22634233765123 zzzzi g6、 四檔齒數(shù)的確定 已知： 43.1,96,3 4 gn iAm 由式子 21443 zzizz g（ 3.20） 4343cos2 )( zzmA n （ 3.21） )1(ta nta n 4342 212 zzzz z （ 3.22） 聯(lián)解上述（ 3.20），（ 3.21），（ 3.22）三個式子，可采用比較方便的試湊法，解得： 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 22 322836.204343zz 4 0 8.13228233743124 zzzzi g7、 倒檔齒數(shù)的確定 5.3m 初選 2213 z（ 22-23）之間， 12z 小于10z取為 14， 09.4Ri 中間軸與倒檔軸之間的距離的確定 ： 63)2214(5.321)(21 1312 zzmA n 取整 63mm。 為保證倒擋齒輪在嚙合不發(fā)生干涉，齒輪 11 和齒輪頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm 以上的間隙。則齒輪 11 的齒頂圓直徑 De11 為： ADeDe 2125.02 11 De11=129.92mm Z11=35.12 取整為 Z11=35 二軸與倒檔軸之間的距離確定 ： 75.99)2235(5.321)(21 1311 zzmA n mm 取整 100mm。 3.7 變速器齒輪的變位 采用變位齒輪的原因： （ 1）配湊中心距； （ 2）提高齒輪的強度和使用壽命； 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 23 （ 3）降低齒輪的嚙合噪聲。 變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪的齒根強度，使它達(dá)到和大齒輪強度接近的程度。角度變位系數(shù)之和不等于零。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質(zhì)量指標(biāo)，故采用得較多 10 。 變位系數(shù)的選擇原則： （ 1）對于高檔齒輪，應(yīng)按保證最大接觸強度和抗膠合及耐磨損最 有利的原則選擇變位系數(shù)； （ 2）對于低檔齒輪，為提高小齒輪的齒根強度，應(yīng)根據(jù)危險斷面齒厚相等的條件來選擇大、小齒輪的變位系數(shù)； （ 3）總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強度越低。但易于吸收沖擊振動，噪聲要小一些。 為了降低噪聲，對于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著檔位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二檔和倒檔齒輪，應(yīng)該選用較大的值。本設(shè)計采用角度變位來調(diào)整中心距。 1、一檔齒輪的變位 已知條件： 96 a ， 5.1012 5.3)1642( a由計算公式nt maay ，Htz zyy 2 代入得到： 0 6 2 9.05025 7 1 4.125 7 1 4.15.35.10196Htzntzyymaay查機械設(shè)計手冊齒輪變位系數(shù)表得到 ： 31.021.1109 zzxx 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 24 1、 其余齒輪的變位，計算過程同上，計算結(jié)果見表 3.5 表 3.5 變速器各齒輪的變位 系數(shù) 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 倒檔齒輪 變位系數(shù) 1Z 2Z 7Z 8Z 5Z 6Z 3Z 4Z 11Z 12Z 13Z 0.1 0.13 0.023 0.009 0.021 0.011 -0.103 -0.083 0.046 0.309 -0.22 3.8 本章小結(jié) 本章主要是對變速器齒輪各參數(shù)進(jìn)行選取，包括模數(shù)、壓力角、螺旋角、齒寬等。在選定合適的參數(shù)條件下進(jìn)行變速器齒輪齒數(shù)的設(shè)計計算，計算出常嚙合齒輪的齒數(shù)、中心距、各前進(jìn)檔的齒輪齒數(shù)及倒檔齒數(shù)等，使其達(dá)到本次設(shè)計的設(shè)計要求。對變速器齒輪進(jìn)行變位計算以便為下一步的變速 器齒輪強度校核提供數(shù)據(jù)。 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 25 第 4 章 齒輪與軸的設(shè)計計算 4.1 齒輪設(shè)計與計算 變速器齒輪的損壞形式主要有輪齒折斷、齒面疲勞點蝕、移動換檔齒輪端部破壞及齒面膠合等。為防止齒輪損壞需要對齒輪進(jìn)行強度校核。 4.1.1 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，對齒輪傳動有不同的要求，故對齒輪材料亦有不同的要求。但是對于一般動力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。 2、合理選擇材料配對 如對硬度 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)采用不同鋼號材料 。 3、考慮加工、工藝及熱處理工藝 常嚙合齒輪因其傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，并且一直參與傳動，所以磨損較大，應(yīng)選用硬齒面齒輪組合，小齒輪用 20GrMnTi 材料滲碳后淬火，硬度為 5862HRC 12 。大齒輪用 40Gr 調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為 48 55HRC。一檔傳動比大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，所以抗彎強度要求比較高。一檔小齒輪用20GrMNTi 滲碳后淬火，硬度為 56 62HRC，大齒輪 40Gr 調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為 46 55HRC；其余各檔小齒輪均采用 40Gr 調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為 4855HRC，大齒輪用 45 鋼調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為 40 50HRC。 4.1.2 各軸的轉(zhuǎn)矩計算 一軸轉(zhuǎn)距 mTTe N2.12 8 56.908.903 0 0m a x1 軸承離合 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 26 中間軸轉(zhuǎn)矩 mNiTT 92.435233798.096.012.285121 齒輪軸承中 二軸各檔轉(zhuǎn)距： 一檔齒輪 53.108712 T Nm； 二檔齒輪 41.76912 T Nm； 三檔齒輪 77.54132 TNm； 四檔 齒輪 51.36242 T Nm； 倒檔軸： mNiT 46.644142298.096.092.435T 1312齒輪軸承中倒 二軸倒檔齒輪： mNiT 37.984223598.096.046.644T 1211齒輪軸承倒倒擋二軸 4.1.3 齒輪強度計算 1、 斜齒齒輪輪齒彎曲強度計算 btyKKFIw（ 4.1） 式中： IF 圓周力（ N），dTF g21 ； gT 計算載荷（ N mm）； 節(jié)圓直徑（ mm）cos zmd n； nm 法向模數(shù)（ mm） ； 為斜齒輪螺旋角 )( ； K 應(yīng)力集中系數(shù)， 50.1K； b 齒面寬（ mm）； 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 27 t 法向齒距，nmt ； y 齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)3coszz n 在齒形系數(shù)圖（圖 4.1）中查得； K 重合度影響系數(shù)， 0.2K將上述有關(guān)參數(shù)代入 （ 4.1） ，整理得到 ： KyKzmKTcngw3c o s2 （ 4.2） 圖 4.1 齒型系數(shù)圖 當(dāng)計算載荷gT取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩maxeT時，倒檔直齒輪許用彎曲應(yīng)力在 400 850MPa，貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒檔齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。斜齒輪對貨車為 100 200MPa 13 。 （ 1） 一檔齒輪彎曲強度校核 已知參數(shù)： 7,3 cn Km 8 1 5.0,16,42 109 zz 24.2821 T Nm, 84.283中T Nm 查齒形系數(shù)圖 4.1 得 ：186.0195.0109 yy ； 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 28 代入公式（ 4.2）得： 39.1 9 41 9 5.0275.31614.3 5.11012.2 8 52 3 31 w MPa 75.2 0 91 8 6.0275.34214.3 5.11012.2 8 52 3 32 w MPa 對于貨車當(dāng)計算載荷取變速 器第一軸最大轉(zhuǎn)距時，其許用應(yīng)力應(yīng)該小于 250Mpa，1w，2w均小于 250Mpa，所以滿足設(shè)計要求。 （ 2） 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪彎曲強度校核 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪彎曲強度校核方法與一檔齒輪相同其計算結(jié)果見表 4.1： 表 4.1 各檔齒輪的彎曲強度校核 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 1Z 2Z 7Z 8Z 5Z 6Z 3Z 4Z 彎曲應(yīng)力 MPa 218.58 198.71 232.1 233.48 221.90 222.00 228.19 230.00 各齒輪的彎曲應(yīng)力均小于 250MPa，所以滿足設(shè)計要求。 2、倒檔齒輪輪齒彎曲強度計算 yzKmKKTcfgw32 （ 4.3） 式中 ： w 彎曲應(yīng)力； K 應(yīng)力集中系數(shù)，為 1.5； gT 計算載荷（ Nmm）； d 節(jié)圓直徑（ mm）； fK 摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪為 1.1，從動齒輪為 0.9； b 齒寬（ mm）； t 端面齒數(shù)（ mm）， mt ， m 為模數(shù)； y 齒形系數(shù)； 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 29 查齒形系數(shù)圖 4.1 得 ： 18.012 y ； 代入公式 （ 4.3） 得： 48.68518.08225.314.3 65.11.137.9852 311 w MPa 當(dāng)計算載荷gT取作用在變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)距時，倒檔直齒輪的許用彎曲應(yīng)力在 400-850 之間，11w在許用范圍內(nèi)，所以滿足設(shè)計要求。 3、斜齒齒輪輪齒接觸應(yīng)力 )11(418.0bzj bFE （ 4.4） 式中 ： j 輪齒接觸應(yīng)力（ MPa）； F 齒面上的法向力（ N），)cos(cos1 FF ； F1 圓周力（ N）， dTF g21 ； gT 計算載荷（ Nmm）； d 節(jié)圓直徑（ mm）； 節(jié)點處壓力角 ； 齒輪螺旋角； E 齒輪材料的彈性模量 5101.2 （ MPa）； b 齒輪接觸的實際寬度（ mm）； bz , 主 從 動 齒 輪 節(jié) 點 處 的 曲 率 半 徑 （ mm ）， 直 齒 輪 s in,s in bbzz rr ，斜齒輪 22 c o s)s in(,c o s)s in( bbzz rr ； zr br 主從動齒輪節(jié)圓半徑（ mm）。 將作用在變速器第一軸上的載荷 2maxeT 作為作用載荷時，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力j見下表 4.2 14 ： 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 30 表 4.2 變速器的許用接觸應(yīng)力 齒輪 j MPa 滲碳齒輪 液體滲氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900 2000 950 1000 常嚙合齒輪和高檔 1300 1400 650 700 （ 1） 一檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知條件： 7,3,17 cn Km ， 16,42 109 zz 2.4103 0 0 39 gT Nmm, 1642103 0 0 310 gT Nmm c os2c os2zmTdTFngg 86.2 0 9 1 217c o s420.3 2.4103 0 02 310 F N, 48.3431117c o s160.3 1642103002 39 F N 09.2623co s 37co s nc mKb mm 358.2423c o s217s i n420.3c o s2s i nc o s2s i nc o ss i n439.1023c o s217s i n160.3c o s2s i nc o s2s i nc o ss i n331723332923zmdrzmdrnbbnzz1 3 6 8 5.0358.24 1439.10 111 bz 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 4.4）得： 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 31 )(74.12241 3 6 8 5.009.262101.248.3 4 3 1 1418.0)11(418.059M P abFEbzj)(5.12141 3 6 8 5.009.262101.286.2 0 9 1 2418.0)11(418.0510M P abFEbzj9j，10j均小于 1900 MPa，所以滿足設(shè)計要求。 （ 2） 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核的方法同上，校核計算結(jié)果見表 4.3： 表 4.3 各齒輪的接觸應(yīng)力 各齒輪的接觸應(yīng) 力均小于 1300 1400 MPa，所以滿足設(shè)計要求。 4、 直齒倒檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知條件： 14,7,17,5.3 12 zKm c 92.435中T Nm 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 4.4）得到： 207.1860517c o s145.3 92.4352c o s2c o s21212 mz Tmz TF g 中N 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 1Z 2Z 7Z 8Z 5Z 6Z 3Z 4Z 接觸應(yīng)力（ MPa） 894.05 894.05 1073.67 1072.13 983.55 999.785 915.157 922.77 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 32 22.1183917c o s225.3 92.4352c o s2c o s21313 mz Tmz TF g 中N 43.215 1117c os355.3 2.4103002c os2c os2 3111111 mzTmzTF gg N 5.245.37 mKb c1266.005063.007594.0752.191168.1311119524.007594.01193.0168.131379.8111752.1917s i n2355.317s i n2s i n2168.1317s i n2225.317s i n2s i n2379.817s i n2145.317s i n2s i n222111121312121bzbzbbzzmzdmzdmzd99.156119524.0242 101.2207.18605418.0)11(418.0 513 bzj bFEMPa72.12571266.0242 101.222.11839418.0)11(418.0 513 bzj bFEMPa99.156119524.0242 101.243.21511418.0)11(418.0 511 bzj bFEMPa 12j，13j，11j均小于 1900 MPa，所以滿足設(shè)計要求。 4.2 軸的設(shè)計與計算 變速器的軸是變速器傳遞扭距的主要部件，它的結(jié)構(gòu)和強度直接 影響變速器的使用壽命，變速器在工作時，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力的作用，變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)該有足夠強的剛度和強度 15 。因為剛度不足軸會產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。因此在設(shè)計變速器軸時，河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 33 其剛度的大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計階段可根據(jù)經(jīng)驗公式和已知條件先確定軸的直徑，然后根據(jù)公式進(jìn)行有關(guān)剛度和強度方面的驗算。 4.2.1 軸的工藝要求 第二軸上的軸頸常常用做滾針的滾道，要求有相當(dāng)高的硬度和表面粗糙度，硬度應(yīng)在 HRC58 63，表面光粗糙度不能過低。 對于采用高頻或滲碳鋼的軸，螺紋部分不應(yīng)淬硬，以免產(chǎn)生裂紋。 對于階梯軸來說，設(shè)計上應(yīng)盡量保證工藝簡單，階梯應(yīng)盡可能少。 本設(shè)計經(jīng)過綜合考慮中間軸選用齒輪軸 ,材料與齒輪一樣為 20CrMnTi。 4.2.2 初選軸的直徑 在已知中間軸式變速器中心距 A時，第二軸和中間軸中部直徑 d為 0.45A，軸的最大直徑 d 和支承間距離 l 的比值：對中間軸， 18.016.0 ld 對第二軸，21.018.0 ld 。第一軸花鍵部分直徑 d 可按下式初選： 3maxeTKd （ 4.5） 式中 ： K 經(jīng)驗系數(shù) K=4.0-4.6； maxeT 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)距（ N mm）。 第二軸和中間軸中部直徑 Ad 45.0 =0.45 2.4396 mm l 的取值： 中間軸長度初選： 18.016.0 ld 2 7 02 4 018.016.0 2.43 l mm 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 34 260l mm 第二軸長度初選： 21.018.0 ld 24071.20521.018.0 dl mm 240l mm 第一軸長度初選： 774.3078.2669.6)6.40.4(3006.40.4 33 m a x eTKd mm 27d mm 18.016.0 ld mm 75.1 681 5018.016.0 dl mm l 取 160mm。 4.2.3 軸最小直徑的確定 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，這種方法是根據(jù)軸所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計算 16 ，對實心軸，其強度條件為： 2.0109 5 5 033 d nPWTT（ 4.6） T 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 N mm， T =300N m； TW 軸的抗扭截面模量 (mm3)； P 軸傳遞的功率（ kw）， P =88kw； n 軸的轉(zhuǎn)速 )min(r ， n =3600 )min(r ； 軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（ MPa），見 4.3 表： 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 35 表 4.3 軸常用集中材料的 及 A 值 軸的材料 Q235-A， 20 Q237， 35 （ 1C,18Ni9Ti） 45 40Cr,35SiMn,38SiMnMo, 3Cr12,20CrMnTi /MPa 15-25 20-35 25-45 35-55 A 149-126 135-112 126-103 112-97 由式 4.5 得到軸直徑的計算公式： 33332.0109 55 0nPAnPd （ 4.7） 對中間軸為合金鋼 CrMnTi20 則 A 查表得為 100； P 為 88kw；。 代入式（ 4.7）得 mmd 36.34 取為 35mm。 二軸為 CrMnTi20 查表得為 110； P 為 88kw；代入式（ 4.6）得 mm 取為 45mm。 4.2.4 軸的強度計算 軸的受力如圖 4.2所示： 圖 4.2 變速器受力圖 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 36 1、 軸的撓度驗算 軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按材料力學(xué)的有關(guān)公式計算。計算時，僅計算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點近，負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計算。變速器齒輪在軸上的位置如圖 4-3 所示時，若軸在垂直面內(nèi)撓度為cf，在水平面內(nèi)撓度為sf和 轉(zhuǎn)角為，可分別用下式計算： EILbaFf c 3221 （ 4.8） EILbaFf s 3222 （ 4.9） EIL ababF 31 （ 4.10） 式中 ： 1F 齒輪齒 寬中間平面上的徑向力（ N）； 2F 齒輪齒寬中間平面上的圓周力（ N）； E 彈性模量（ MPa）， E =2.1105 MPa； I 慣性矩（ mm4），對于實心軸， 644dI ； d 軸的直徑（ mm），花鍵處按平均直徑計算； a 、 b 為齒輪上的作用 力距支座 A、 B 的距離（ mm）； L 支座間的距離（ mm）。 軸的全撓度為 mmfffsc 2.022 軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為 cf=0.05 0.10mm， sf=0.100.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過 0.002rad 18 。 與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪，常通過青銅襯套或滾針軸承裝在軸上，也有的省去襯套或滾針軸承裝在軸上，這就能增大軸的直徑，因而使軸的剛度增加。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 37 第二軸軸上受力分析如圖 4.5 所示。 圖 4.5 變速器的撓度和轉(zhuǎn)角 （ 1） 變速器在一檔工作時二軸和中間軸的剛度 第一軸軸 上受力分析如圖 4.5 所示。 52.6863160.323c o s103002c o s22 31111 zmTd TFngt N 42.2 7 7 923c o s 17t a n52.6 8 6 3c o st a n11 ntr FFN 56.3 3 4 723t an52.6 8 6 3t an11 ta FFN 中間軸軸上受力分析如圖 4.5 所示。 52.6863420.3164223c o s103002c o s22 32222 zmTdTFngtN 42.2 7 7 9c o st a n 122 rntr FFF N 56.3 3 4 7t a n 122 ata FFF N 58.1 5 9 0 8160.323c o s16421030022 3333 dTFtN 59.6 0 8 823co s 17t an58.1 5 9 0 8co st an33 ntr FF N 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 38 01.5 1 6 923t an58.1 5 9 0 8t an33 ta FF N 27.1590837350.3 2337164223c o s103002c o s22 34444 zmTdTFngtN 82.6 0 8 8c o st a n 344 rntr FFF N 24.5 1 3 9t a n 344 ata FFF N 二軸軸剛度校核： 將各已知參數(shù)代入公式 （ 4.8） 得到： LdE baFE IL baFf rrc 42242243 643 85.60884 rF N, 189a mm, 97b mm, 286L mm, 50d mm 10.005.00 3 7.02 8 65014.3101.23 64971 8 985.6 0 8 8 45 22 cc ff 各已知參數(shù)代入公式（ 4.9），（ 4.10）得到： 0 9 6 7 8.02865014.3101.23 649718972.1 5 9 0 93 643 45 224224224 LdE baFE I L baFf tts 15.01.00 9 6 7 8.0 sf mm 2.01036.00 9 6 78.0037.0 2222 sc fff mm 002.000000290 4.02865014.3101.23 64)97189(9718985.60883 )( 454 E I L ababF r rad 所以變速器二軸在一檔工作時滿足剛度要求。 同理：變速器在一檔時中間軸符合剛度要求 變速器二軸在 二檔工作時滿足剛度要求。 變速器在二檔時中間軸符合剛度要求。 變速器二軸在三檔工作時滿足剛度要求。 變速器在三檔時中間軸符合剛度要求。 變速器二軸在四檔工作時滿足剛度要求。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 39 4.3 軸承的選擇與校核 軸承的使用壽命可按汽車以平均速度行駛至大修前的總行駛里程 S 來計算，對于汽車軸承壽命的要求是轎車 30 萬公里，貨車和大客車 25 萬公里。 amvSL ，式子中 1 1 06.06.0 m a x aam vv ， 3 7 8 81 1 06.0 1025 4 L h 4.3.1 一軸軸承的選擇與校核 （ 1）初選軸承型號根據(jù)軸承處直徑選擇 6208 型號軸承 15 ，查得： 5.29rC KN， 18orC KN （ 2） 計算軸承當(dāng)量動載荷 P 當(dāng)變速器在一檔工作時軸承受到的力分別為： 42.27791 rF N， 56.33471 aF N， 23.3278BC N， 1 8 5.01 8 0 0 0 56.3 3 4 7 oraCF查機械原理與設(shè)計得到 36.0e ， eFFra 55.0，查機械原理與設(shè)計得到 21.1y ， 56.0 x ， 當(dāng)量動載荷計算 )(arp yFxFfP （ 4.12） 將 各已知參數(shù)代入式 （ 4.12）： )( arp yFxFfP pf在 1.2 到 1.8 之間取，取pf為 1.3， 9 6 7 53 6 7)56.334721.165.605756.0(3.1 p 軸承壽命計算公式為： )(60106PCnL h （ 4.13） 將個已知參數(shù)代入式 （ 4.13） 得到： 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 40 14.326)67.9 6 7 5 105.29(2 1 0 060 10)(6010 310366 PCnL h h 對于汽車軸承壽命的要求是轎車 30 萬公里，貨車和大客車 25 萬公里。 amvSL ， 式 子 中 1 1 06.06.0 m a x aam vv ， 37881106.0 1025 4 L h 17 。 如表 4.14 所示，變速器各檔位相對工作使用率為： 表 4.14 五檔變速器各檔位相對工作使用率 車型 檔 位 數(shù) 最高檔 傳動比 gif/% 變速器檔位 貨車 5 1 1 3 5 16 75 5 1 1 3 12 64 20 ,88.37%137 8814.32 6 h 所以所選軸承滿足設(shè)計要求。 當(dāng)變速器在四檔工作時軸承受到的力分別為： 65.6057rF N， 56.3347aF N 185.01018 56.3347 30raCF查機械原理與設(shè)計得到 36.0e ， eFFba 55.0，查表機械原理與設(shè)計得到 21.1,56.0 yx 當(dāng)量動載荷計算代入式（ 4.12）： )( arp yFxFfP pf在 1.2 到 1.8 之間取，取pf為 1.3， 58.7488)56.334721.183.304956.0(3.1 p 將個已知參數(shù)代入式（ 4.13）得到： hPCnL h 3 6 6.7 6 6)58.7 4 8 8 105.29(2 1 0 060 10)(6010 310366