基于GPS与加速计测量车速系统设计

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1、变速器各挡传动比的确定初选传动比：设10挡为直接挡，则 =1 = 0.377 式中： 最高车速 发动机最大功率转速 车轮半径 变速器最小传动比 主减速器传动比=9549 （转矩适应系数=1.11.3）所以，=9549=231.32r/min 由上述两两式取=2400 r/min=0.377=5.107双曲面主减速器，当6时，取=90%在5.08.0范围，=96%， =90%96%=86.4%最大传动比的选择：满足最大爬坡度。根据汽车行驶方程式 汽车以一挡在无风、沥青混凝土干路面行驶，公式简化为 即，式中：G作用在汽车上的重力，汽车质量，重力加速度，发动机最大转矩，=1025N.m；主减速器传动

2、比，=5.107传动系效率，=86.4%；车轮半径，=0.508；滚动阻力系数，对于货车取=0.02；爬坡度，取=16.7 计算得8.43 满足附着条件。 在沥青混凝土干路面，=0.70.8，取=0.75即12.38 得8.4312.38；传动比取=7.45其他各挡传动比的确定： 按等比级数原则， 式中：常数，也就是各挡之间的公比；因此，各挡的传动比为：= =1.25=7.45，=5.96 ， =4.77，=3.81，=3.05， =2.44 ，=1.95，=1.56，=1.25，=1齿轮参数 模数对货车，减小质量比减小噪声更重要，故齿轮应该选用大些的模数；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种

3、模数。啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。其取值范围是：乘用车和总质量在1.814.0t的货车为2.03.5mm；总质量大于14.0t的货车为3.55.0mm。选取较小的模数值可使齿数增多，有利于换挡。 表1汽车变速器齿轮法向模数车型乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/t1.0V1.61.6V2.56.014.014.0模数/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00表2汽车变速器常用齿轮模数一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.753.253.50

4、3.754.505.50根据表1及2，齿轮的模数定为5.0mm。压力角理论上对于乘用车，为加大重合度降低噪声应取用14.5、15、16、16.5等小些的压力角；对商用车，为提高齿轮承载能力应选用22.5或25等大些的压力角。国家规定的标准压力角为20，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20。 螺旋角实验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时，应力求使中间轴上同时工作的两对齿轮产生的轴向力平衡，以减小轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一

5、样的。为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，可将螺旋角设计成一样的，或者仅取为两种螺旋角。货车变速器螺旋角：1826初选一挡斜齿轮齿轮螺旋角为24 齿宽直齿，为齿宽系数，取为4.58.0，斜齿，取为6.08.5。 齿顶高系数在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为1.00。 中心距A初选中心距时，可根据下述经验公式 因为该变速器为主副箱变速器，需根据主变速器来确定中确定。则：式中：变速器中心距（mm）；中心距系数，多档变速器：=9.511.0；发动机最大转矩（N.m）；变速器一挡传动比， =3.05；变速器传动效率，取96% ；发动机最大转矩，=1025N.m 。 则， =136

6、.99158.62初选中心距=153mm。轮齿强度计算轮齿弯曲强度计算图3 齿形系数图式中：弯曲应力（MPa）；计算载荷（N.mm）；应力集中系数，可近似取=1.65；摩擦力影响系数，主、从动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同，对弯曲应力的影响也不同；主动齿轮=1.1，从动齿轮=0.9；齿宽（mm）；模数；齿形系数，如上图3当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时，一、倒挡直齿轮许用弯曲应力在400850MPa，货车可取下限，承受双向交变载荷作用的倒挡齿轮的许用应力应取下限。斜齿轮弯曲应力式中：计算载荷（Nmm）；法向模数（mm）；齿数；斜齿轮螺旋角（）；应力集中系数，=1.50；齿形系数，可

7、按当量齿数在图中查得；齿宽系数=7.0重合度影响系数，=2.0。当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时，对乘用车常啮合齿轮和高挡齿轮，许用应力在180350MPa范围，对货车为100250MPa。计算常啮合齿轮1，2的弯曲应力=24，=32， =0.153，=0.113，=964.32N.m，=1221.99N.m，=24.62，=6.0 = =103.63MPa100250MPa = =133.35MPa100250MPa常啮合齿轮1，2的接触应力=964.32N.m，=1221.99N.m，=2154/（1.33+1）=132.19mm，=175.8mm=11.56mm=27.52m

8、m =763.37MPa13001400MPa= 691.46MPa13001400MPa齿轮材料的选择原则1、满足工作条件的要求 不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。2、合理选择材料配对 如对硬度350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。3、考虑加工工艺及热处理工艺 变速器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值：时渗碳层深度0.81.2时渗碳层深度0.91.3时渗碳层深度1.01

9、.3表面硬度HRC5863；心部硬度HRC3348对于氰化齿轮，氰化层深度不应小于0.2；表面硬度HRC485312。对于大模数的重型汽车变速器齿轮，可采用25CrMnMO，20CrNiMO，12Cr3A等钢材，这些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理，以提高表面硬度，细化材料晶面粒。 速器最大输入扭矩：735Nm，齿轮传动效率99%，离合器传动效率98%，轴承传动效率97%。第一轴： =/()=735/98%97%=773.2N.m第一轴花键部分的直径可根据发动机的最大转矩(Nm)按下式初选： 则 =35.842.3mm 花键处周径取36mm第一轴通常和齿轮做成一体，前端大都支撑在飞轮内腔的轴

10、承上，其轴径根据前轴承内径确定。该轴承不承受轴向力，轴的轴向定位一般由后轴承用卡环和轴承盖实现。第一轴长度由离合器的轴向尺寸确定，而花键尺寸应与离合器从动盘毂的内花键统一考虑。第一轴见图1.2.1齿轮和轴上的受力计算根据受力简图1.1，可计算出变速器的齿轮和轴上的作用力。第一轴：N N2、 求第一轴支反力 图1.1 =3459.1N =-1785.3N下面计算各轴在弯矩和转矩作用下的轴应力。（1）第一轴的轴应力计算在垂直方向的弯矩为 =-92740MPa 在水平方向的弯矩为 =62485.5MPa则在弯矩和转矩的联合作用下 =531994.1528MPa故一轴的轴应力为 =116MPa400M

11、Pa所以第一轴的强度合格。 工艺分析该零件材料为20CrMnTi，毛坯为模锻件，硬度为156207HBS，是国内某型号汽车变速器上的零件，为大量上产类型产品。该零件由径向孔、内孔、外圆柱面、外援锥面、过度圆角、内外环槽等，适合在数控车床上加工 技工技术要求分析该零件在热处理前既有众多的精度要求：打端内孔钻孔直径24，大端内控直径33，大端内孔倒角1.3 x 30度和1.1 x 45度,大端内孔里外两环槽底径34.5，小齿轮上外环槽底径45.2，小齿轮齿顶外圆直径47.5，大齿轮齿顶外圆直径66，右侧外圆轴颈直径36.4和直径36.4，大齿轮左侧外圆轴颈右环槽底径32.5和左环槽底径32，外圆锥

12、小径及外圆轴颈直径32，圆锥角度5，小端轴颈17.4及倒角4.5 x 15度，倒角30度及小端轴颈直径25，小端过度圆弧R2，小径直径26.2，小端外圆轴颈和矩形花键外圆对基准A B径向圆跳动0.04，右侧外圆轴颈直径36.4对基准A B径向圆跳动0.03，大齿轮左、右端面对基准A B端面圆跳动0.02，以及其他个轴向尺寸、粗糙度要求等。 定为基准选择该零件先在铣端面打中心孔机床上完成两端面及中心孔的加工，为下道工序的加工提供了定位基准，大端钻、车孔后，则以大端内孔倒角和小端中心孔为该零件的大多数工序的定为基准。另有些工序的轴向定位基准为大齿轮左端面，径向定为基准为36.4外圆轴颈。工艺方案拟

13、定两端面和中心孔铣端面钻中心孔外表面各部粗车精车大端内孔钻孔直径24扩孔直径32.2532.15倒角1.3*30度和1.1*45度车内孔直径33-32.9各内外环槽车 加工设备选择铣端面打中心孔采用铣端面打中心孔机床加工，外表面各部粗、精车采用数控车床，钻孔采用立式钻孔，扩孔、车端面及倒角采用数控车床，精车大端各部采用数控车床，倒两端齿形角采用齿形角采用齿形倒角机，钻油孔采用台式钻床，剃齿采用万能剃齿机。有关加工顺序、工序尺寸及工序要求、夹具、刀具、量具及检具、切削用量、冷却润滑液等工艺问题详见变速器一轴工艺过程卡和工序卡 表1-1 变速器一轴工艺过程卡零件名称零件材料毛胚种类毛胚硬度毛重/k

14、g净重/kg车型每车件数变速器一轴20CrMnTi模锻件156-207HBS3.83.2工序号工序名称设备名称夹具进给量/（mm/r）主轴转速/（r/min）切削速度/（m/min）冷却液T单负荷/%1铣端面打中心孔铣端面打中心孔机床专用夹具0.30.1530012005047.12粗精车小端各部数控车床随即夹具0.10.2510002000100.5414.7乳化液3钻孔立式钻床专用夹具0.6218013.57乳化液4扩孔、车端面及倒角数控车床专用夹具0.385062乳化液5精车大端各部数控车床专用夹具0.10.28002000108.4295乳化液6倒两端齿形角齿形倒角机随即夹具YQ-15

15、7钻油孔台式钻床专用夹具手动315024.7乳化液8剃齿、去内孔毛刺万能剃齿机随即夹具0.04粗剃0.02精剃7025YQ-159清洗清洗机10J热前检查编制审核批准共1页第1页 表1-2变速器-轴工序卡（工厂）工序卡片产品名陈和代号零件名称材料零件图号变速箱-轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间1铣端面打中心孔专用夹具铣端面打中心孔机床工步号工步内容刀具量具及检具进给量/(mm/r)主轴转速/(mm/r)切削速度/(mm/r)1铣端面：保证轴线尺寸直径38.5 267.75267.45 圆盘铣刀（2）0300；0.02深度尺样板0.3300502打中心孔：保证尺寸55.1直径4直

16、径12.5 60度 120度 中心孔钻（2）0.151 20047.1编制审核批准共1页第1页表1-3变速箱-轴工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号变速箱轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间2粗精车小端各部专用夹具数控车床工步号工步内容刀具量具及检具进给量/（mm/r）主轴转速/（r/min）切削速度/（m/min）I刀位（保证下列各尺寸1直径17.4直径17.3 Ra3.2 4.5X15度机夹车刀TNMG220408LFKC935刀片17.4-17.3V卡规0.252 000109.32直径25 30度 R20150；0.02游标卡尺0.252 0001573

17、直径 36.4直径36.35 Ra1.636.4-36.35IV卡规0.252 000228.64直径32 直径50 5度0150；0.02游标卡尺0.252 0002013145直径36.4直径36.3 Ra1.636.436.3V卡规0.252 000228.66直径66直径65.86轴向231.25230.7 192.23191.77 4.5 46 64 36.736.5卡规0300； 0.02深度尺样板0150；0.02游标卡尺0.252 000414.7II刀位74直径32直径31.9机夹车刀N151.2-400-40-5G/526刀片0-150；0.02游标卡尺0.11 00010

18、0.5III刀位81.7-1.8 直径32.5直径32.422.522.56Ra1.6机夹车刀L154.0G-16CC01-169/1020刀片1.71.8VII塞板 卡规量规0.11 000102编制审核批准共1页第1页表1-4速箱-轴工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号变速箱轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间3钻孔专用夹具立式钻床工步号工步内容刀具量具及检具进给量/（mm/r）主轴转速/（r/min）切削速度/（m/min）1保证下列尺寸;36.436.724 Ra12.524GB143885钻头0200；0.02深度尺 0150 ；0.02游标卡尺0.6

19、218013.57编制审核批准共1页第1页表1-5速箱-轴工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号变速箱轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间4扩孔、车端面及倒角专用夹具数控车床工步号工步内容刀具量具及检具进给量/（mm/r）主轴转速/（r/min）切削速度/（m/min）1保证下列尺寸;3232.15 Ra3.2 深26 倒角1.5 x 45内孔车刀0150；0.02游标卡尺0200；0.02深度尺0.385062编制审核批准共1页第1页表1-6 变速器一轴工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号变速箱轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间

20、5精车小端各部专用夹具数控车床工步号工步内容刀具量具及检具进给量/（mm/r）主轴转速/（r/min）切削速度/（m/min）I刀位 （保证下列各尺寸）122.1622.10直径47.457直径47.207机夹车刀TNMG220408LFKC935刀片0-25；0.01千分尺卡规0.22 00029521*45度 36.3636.10 Ra6.30150；0.02游标卡尺II刀位3保证3 22.1622.10直径40.5机夹车刀N151.2-300-400-5G/525刀片0-150；0.02游标卡尺0-25；0.01千分尺0.151000147III刀位4保证：11.1511.05直径45.

21、2直径44.951.21.3 Ra3.22*R0.2 (刀具保证)机夹车刀N154.0G-16CC01-110/1020刀片卡板卡规塞规0.1800125.6IV刀位5保证：直径33直径32.901.3 1.1 60度 90度Pa3.2 深26机夹车刀CNMG090308-PM4025塞规32.90-33塞规0-200；0.02深度尺0.12000198V刀位6保证；26.5026.80 直径34.5 3 Ra3.2焊接车刀0-200：0.02深度尺VI刀位7保证；19.3019.51 1.31.2直径34.50直径34.60Ra6.3机夹车刀R154.0G-16CC01-110-1020刀片

22、量规塞板0.151000108.4直径17.04直径17.3直径36.4直径36.3外径处对基准AB 径跳；0.04偏摆仪0-10；0.01百分表VI刀位直径36.4直径36.35轴径处对基准AB 径跳：0.0322.1622.10两端面对基准AB 端跳：0.02大顶尖小顶尖编制审核批准共1页第1页 表1- 7变速箱 轴工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号变速器轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间 9倒两端齿形角随机夹具齿形倒角机工步号工步内容刀具量具及检具进给量/(mm/r)主轴转速/(mm/min)切削速度/(mm/min)1保证（两端）1 x 45度沿齿廓

23、倒去锐角 去掉端面毛刺倒棱刀左刮刀有刮刀编制审核批准共1页第1页 表1-8变速箱 轴工序卡(工厂)工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号变速器轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间10钻油孔专用夹具台式铣床工步号工步内容刀具量具及检具进给量/(mm/r)主轴转速/(mm/min)切削速度/(mm/min)1保证轴向尺寸43 x直径 2.5均布 直径2.5GB 143678钻头0150；0.02游标卡尺手动3 15024.7编制审核批准共1页第1页表1 - 9变速箱 轴工序卡(工厂)工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号变速器轴20CrMnTi工序号工序名称夹具使用设备车间11

24、剃齿 去油孔毛刺随机夹具数控剃齿机工步号工步内容刀具量具及检具进给量/(mm/r)主轴转速/(mm/min)切削速度/(mm/min)1保证 齿数：21法向模数：2.5法向压力角:20螺旋角：29度 旋向：左公法线长度：27.2627.22跨齿数：4径向综合公差：0.05 齿廓公差：0.01螺旋线公差：0.01齿轮螺旋线修形范围:0.0050.015 去内孔毛刺Ra0.8CS52025209/1126剃齿刀2550 ;0.01千分尺 双齿仪010；0.01百分表标准轮齿形齿向测量机0.04粗剃0.02精剃7025编制审核批准共1页第1页表1- 10变速箱 轴工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号

25、零件名称材料零件图号变速器轴20CrMnTi工序号工序名称使用设备车间12J热前检查序号检验内容设备及检具量具及标准号量具名称 热前检查，外观检查 检查零件表面有无磕碰、划伤、漏序现象，检查零件表面毛刺是否干净及有无明显缺陷2直径17.4直径17.317.417.3卡规3直径36.4直径36.3536.436.35卡规422.522.56专用量规522.122.16025 ；0.01千分尺6直径32.9直径3332.933塞规711.1511.05专用卡规819.319.51专用量规9直径36.4直径36.35轴颈径跳0.03偏摆仪010；0.01百分表105075 0.01 直径4.9外径千分尺量棒11径跳检查仪01 ；0.001千分表122550 ；0.01千分尺13径跳检查仪01 ；0.001 千分表14综合量具025 ；0.01千分尺15双齿仪2550 ；0.01010 ； 0.01千分尺 百分表编制审核批准共1页第1页第1页