變速器畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 端面模數(shù)=cosβ齒頂高h(yuǎn)a=m（+） 分度圓直徑：d=Zmt齒根高h(yuǎn)f=(ha*＋c*Xt)m 齒頂高：ha=ha*mt+Xtmt齒頂圓直徑：da=d+2ha 齒全高：h=(2ha*+C*)mt齒高h(yuǎn)=ha+hf 齒頂圓直徑da=d+2ha齒頂高系數(shù)ha*=齒根高系數(shù)c*=（九）材料選擇現(xiàn)代汽車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。可以把齒輪看作是懸臂梁，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)生局部溫升；另一方面可提高齒面硬度，或嚙合齒輪采用不同材料等。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 （N/mm2） ()式中：——法面內(nèi)基圓周切向力，=；——端面內(nèi)分度圓切向力，=；——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N?mm；——節(jié)圓直徑；——節(jié)圓壓力角；——螺旋角；——輪齒材料的彈性模量；——齒輪接觸的實(shí)際寬度；、——主、被動(dòng)齒輪節(jié)圓處齒廓曲率半徑；=，=；、——主、被動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑；計(jì)算轉(zhuǎn)矩=時(shí)的許用應(yīng)力為： 常嚙合齒輪：1300~1400 MPa 一檔及倒檔齒輪：1900~2000 MPa這里是發(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： = （MPa） ()斜齒輪用下列公式計(jì)算： = （MPa） ()式中：——圓周力，=，N； ——應(yīng)力集中系數(shù)，； ——摩擦力影響系數(shù)，； b ——齒面寬 ——端面周節(jié)，=； ——法面周節(jié)，=； ——齒形系數(shù)； ——重合度影響系數(shù)，=。許用應(yīng)力為400850 MPa（直齒輪），倒檔齒承受雙向交變載荷作用，取下限；100250 MPa（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)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。軸的直徑與支承跨度長(zhǎng)度之間關(guān)系可按下式選取： 第一軸及中間軸：=~ 第二軸： =~ 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： =（~）（mm）第一軸花鍵部分直徑([]為mm)可按下式初選： =（~）式中：——變速器中心距，mm； ——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： （C是由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)） () T=106P1/n1T=Temaxi 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153選取C＝100 ∴P1/n1=T/106∴dmin=C(Temaxi/106)1/3 （mm）齒輪1處： dmin=100（105106）1/3＝(mm)；齒輪3處： dmin=100（105106）1/3＝(mm)。齒輪5處： dmin=100（105106）1/3＝(mm)。齒輪7處： dmin=100（105106）1/3＝(mm)。齒輪9處： dmin=100（105106）1/3＝(mm)。中間軸：齒輪4處：dmin=100（105106）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％。∴修正后，軸徑如下：齒輪9處： d=（1+5％）＝（mm） 齒輪4處：d=（1+5％）＝（mm）Ⅲ與Ⅳ檔同步器軸徑：d小徑＝32mmⅠ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，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，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，其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＝2M/d ()徑向力：Fr=Fttanαn/cosβ ()軸向力：Fa=Fttanβ ()其中：M——計(jì)算轉(zhuǎn)矩αn——法向壓力角β——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。Fr：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。 二軸 圖 一軸 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： 表 軸軸支點(diǎn)水平面內(nèi)支承反力垂直面內(nèi)支承反力二軸CC1=Px*mx/lC2=(Rx*mxQx*rx)/lDD1=Px*nx/lD2=(Rx*nx+Qx*rx)/l一軸BB1=[C1*(g+k) –Pc* (h+g)]/gB2=[Rc*(h+g)C2*(k+g)Qc*rc]/gAA1=( C1*kPC*h)/gA2=( Rc*h C2*k Qc*rc)/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 ＝ ()式中：——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：＝ ()式中：——軸截面抗彎截面系數(shù)； ——軸截面抗扭截面系數(shù)。對(duì)圓截面： ＝ () ＝