三轴式刚性支承结构变速器设计【长安之星SC6371】
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附 录How Manual Transmissions WorkIf you drive a stick-shift car, then you may have several questions floating in your head.How does the funny H pattern that I am moving this shift knob through have any relation to the gears inside the transmission? What is moving inside the transmission when I move the shifter? When I mess up and hear that horrible grinding sound, what is actually grinding? What would happen if I were to accidentally shift into reverse while I am speeding down the freeway? Would the entire transmission explode? In this article, well answer all of these questions and more as we explore the interior of a manual transmission.Cars need transmissions because of the physics of the gasoline engine. First, any engine has a redline - a maximum rpm value above which the engine cannot go without exploding. Second, if you have read How Horsepower Works, then you know that engines have narrow rpm ranges where horsepower and torque are at their maximum. For example, an engine might produce its maximum horsepower at 5,500 rpm. The transmission allows the gear ratio between the engine and the drive wheels to change as the car speeds up and slows down. You shift gears so the engine can stay below the redline and near the rpm band of its best performance.Ideally, the transmission would be so flexible in its ratios that the engine could always run at its single, best-performance rpm value. That is the idea behind the continuously variable transmission (CVT).A CVT has a nearly infinite range of gear ratios. In the past, CVTs could not compete with four-speed and five-speed transmissions in terms of cost, size and reliability, so you didnt see them in production automobiles. These days, improvements in design have made CVTs more common. The Toyota Prius is a hybrid car that uses a CVT.The transmission is connected to the engine through the clutch. The input shaft of the transmission therefore turns at the same rpm as the engine.A five-speed transmission applies one of five different gear ratios to the input shaft to produce a different rpm value at the output shaft.A Very Simple TransmissionTo understand the basic idea behind a standard transmission, the diagram below shows a very simple two-speed transmission in neutral:Lets look at each of the parts in this diagram to understand how they fit together: The green shaft comes from the engine through the clutch. The green shaft and green gear are connected as a single unit. (The clutch is a device that lets you connect and disconnect the engine and the transmission. When you push in the clutch pedal, the engine and the transmission are disconnected so the engine can run even if the car is standing still. When you release the clutch pedal, the engine and the green shaft are directly connected to one another. The green shaft and gear turn at the same rpm as the engine.) The red shaft and gears are called the layshaft. These are also connected as a single piece, so all of the gears on the layshaft and the layshaft itself spin as one unit. The green shaft and the red shaft are directly connected through their meshed gears so that if the green shaft is spinning, so is the red shaft. In this way, the layshaft receives its power directly from the engine whenever the clutch is engaged. The yellow shaft is a splined shaft that connects directly to the drive shaft through the differential to the drive wheels of the car. If the wheels are spinning, the yellow shaft is spinning. The blue gears ride on bearings, so they spin on the yellow shaft. If the engine is off but the car is coasting, the yellow shaft can turn inside the blue gears while the blue gears and the layshaft are motionless. Now, lets see what happens when you shift into first gear. First GearIn this picture, the green shaft from the engine turns the layshaft, which turns the blue gear on the right. This gear transmits its energy through the collar to drive the yellow drive shaft. Meanwhile, the blue gear on the left is turning, but it is freewheeling on its bearing so it has no effect on the yellow shaft. When the collar is between the two gears (as shown in the first figure), the transmission is in neutral. Both of the blue gears freewheel on the yellow shaft at the different rates controlled by their ratios to the layshaft. From this discussion, you can answer several questions: When you make a mistake while shifting and hear a horrible grinding sound, you are not hearing the sound of gear teeth mis-meshing. As you can see in these diagrams, all gear teeth are all fully meshed at all times. The grinding is the sound of the dog teeth trying unsuccessfully to engage the holes in the side of a blue gear. The transmission shown here does not have synchros (discussed later in the article), so if you were using this transmission you would have to double-clutch it. Double-clutching was common in older cars and is still common in some modern race cars. In double-clutching, you first push the clutch pedal in once to disengage the engine from the transmission. This takes the pressure off the dog teeth so you can move the collar into neutral. Then you release the clutch pedal and rev the engine to the right speed. The right speed is the rpm value at which the engine should be running in the next gear. The idea is to get the blue gear of the next gear and the collar rotating at the same speed so that the dog teeth can engage. Then you push the clutch pedal in again and lock the collar into the new gear. At every gear change you have to press and release the clutch twice, hence the name double-clutching. You can also see how a small linear motion in the gear shift knob allows you to change gears. The gear shift knob moves a rod connected to the fork. The fork slides the collar on the yellow shaft to engage one of two gears. In the next section, well take a look at a real transmission.A Real TransmissionThere are three forks controlled by three rods that are engaged by the shift lever. Looking at the shift rods from the top, they look like this in reverse, first and second gear: Keep in mind that the shift lever has a rotation point in the middle. When you push the knob forward to engage first gear, you are actually pulling the rod and fork for first gear back. You can see that as you move the shifter left and right you are engaging different forks (and therefore different collars). Moving the knob forward and backward moves the collar to engage one of the gears。Reverse gear is handled by a small idler gear (purple). At all times, the blue reverse gear in this diagram is turning in a direction opposite to all of the other blue gears. Therefore, it would be impossible to throw the transmission into reverse while the car is moving forward - the dog teeth would never engage. However, they will make a lot of noise! 手动变速器如何工作如果你驾驶一台手动小轿车,那么你可能会有几个问题漂浮在脑海中。当移动换挡操纵杆时,是怎样通过变速器中齿轮的联系实现有趣的“H”模式?当我移动操纵杆时,变速器里面是如何工作的呢?当我换错挡并听到可怕的摩擦声时,实际是什么在磨削呢?如果我在高速公路上急行时,突然换倒档会发生什么情况呢?变速器会爆炸吗?在本篇文章中,我们将回答所有这些问题,更要探索手动变速器内部。由于物理学的汽油发动机,故汽车需要传输动力。首先,任何发动机都有一条红界限转速超过最大值时,发动机不会运行也不会爆炸。第二,如果你知道马力是如何工作的,那么你一定知道当马力和扭矩达到最大值时,发动机的转速范围缩小。例如,发动机可能产生的最大马力为5500转。变速器使发动机和驱动车轮之间的传动比变小,以使汽车加速行驶。你变速行驶时,发动机能停留在红界限或界限附近以达到最佳行驶状态。最理想的是,变速器以非常灵活的比率使发动机可以始终运行在单一的、最高性能的转速。这种想法基于连续的变速传动(无级变速器)。无级变速器有近无穷的传动比范围。在过去,无级变速器在成本、大小和可靠性上不能与四档和五档变速器相比,所以没有大量运用于汽车生产中。近年来,无级变速器的改进设计更为常见。丰田普锐斯是一辆使用无级变速器的混合动力型汽车。变速器通过离合器与发动机相连。因此,变速器输入轴与发动机以同样的转速转动。五档变速器适用于五个不同的传动比的汽车,它把输入轴产生的不同转速值传给输出轴。一个非常简单的变速器为了理解一台标准变速器的原理,下面的图表显示了一个非常简单的中间轴式双速传动变速器:让我们看一看图表中的每一部分,理解他们是怎样结合在一起的:发动机的动力通过离合器传给输入轴。输入轴和输入齿轮以一个单个单元连接。(离合器是一种装置,它可以连接和断开发动机和变速器。当你踏下离合器踏板时,发动机和离合器不连接,所以即使汽车停着不动,发动机也能运行。当你释放离合器踏板时,发动机与输入轴直接相连。输入轴与输出轴的转速与发动机相同。)红色轴和齿轮被称为中间轴。这也是作为一个单一的连接件,所以所有的中间轴齿轮和其本身自旋为一个单元。输入轴和中间轴通过啮合齿轮直接相连,因此如果输入轴旋转,中间轴也旋转。这样,当离合器工作时,中间轴收到的动力直接来自发动机。黄色轴是花键轴,它通过汽车上不同传动齿轮与中间轴相连接。如果齿轮旋转,输出轴也跟着旋转。蓝色齿轮套在轴承上,所以可以在输出轴上旋转。如果发动机停转而汽车滑行时,当输出轴齿轮与中间轴静止不动时,输出轴能在其齿轮中旋转。现在,让我们看一看一挡工作过程。一挡图中,输入轴把来自发动机的动力传给中间轴,通过向右推动蓝色齿轮完成一挡传动。齿轮通过啮合套传递动力给输出轴,与此同时,输出轴左侧蓝齿轮也旋转,但是他是在轴承上空转所以对输出轴没有影响。当啮合套在中间时,变速器处于空挡。两个齿轮在输出轴上被中间轴控制以不同的传动速比。从这次讨论中,你可以回答几个问题:当你犯了一个错误挂错挡并听到可怕的磨削声时,你听到的只是齿轮错误啮合的声音。正如你看到的图表一样,所有的齿轮一直是啮合的。磨削声是齿轮在蓝色齿轮内部没有正确使用造成的。这里显示的变速器没有同步器,因此,如果你使用这样的传输机构,那么你应该使用双向离合器。双向离合器在过去的轿车中常见,并且现代的赛车中也很常见。离合器双向控制中,你首先踩下离合器踏板来分离变速器与发动机之间的动力。这样脱离了齿轮上的压力,便可以把啮合套移动到中间位置。然而,当你释放离合器踏板,使发动机转速为“合适的速度”。合适的速度是在发动机运行于齿轮下每分钟适宜的转速值。这样是使蓝色齿轮和啮合齿轮以同一转速旋转,因此,啮合齿可以工作。然后,再次踩下离合器踏板,并锁止在新齿轮上。每一次齿轮传动变化时,你将踩下并释放离合器两次,因此得名“双向离合器”。你还可以看到一个小型的直线运动的齿轮换挡操纵杆,可以让你变更齿轮。操纵杆移动一支杆来连接拨叉,拨叉滑动啮合套来控制输出轴上的两个齿轮。在下一节,我们将看一下真正的变速器。实时传输三个拨叉轴控制换挡拨叉使操纵杆工作。看一下顶端的拨叉轴,它们像这样旋转,控制第一齿轮和第二齿轮:记住换挡操纵杆的旋转点在中间。当你向前推动拨块换入一挡,实际上是拉动操纵杆拨叉使一挡齿轮旋转。你可以认为这是你向左和向右移动操纵杆来控制不同的拨叉(因此啮合套不同)。向前和向后移动拨块使其中一对齿轮工作。倒档齿轮是一个小惰性轮。在任何时候,图中蓝色倒档齿轮是在一个方向转向对面的所有其他蓝色齿轮。因此,当汽车向前行驶时就不可能把传输逆转。然而,它们将会制造很大的噪音!8本科学生毕业设计三轴式刚性支承结构变速器设计 系部名称: 汽车工程系 专业班级:车辆工程B05-17班学生姓名: 刘旭蕊 指导教师: 石美玉 职 称: 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二九年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design of Three-axis Rigid Support TransmissionCandidate: Liu Xurui Specialty: Vehicle EngineeringClass: B05-17 Supervisor: Associate Prof.Shi MeiyuHeilongjiang Institute of Technology2009-06HarbinSY-025-BY-3毕业设计(论文)开题报告学生姓名刘旭蕊系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-17班指导教师姓名石美玉职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称三轴式刚性支承结构变速器设计一、课题研究现状、选题目的和意义 1、研究现状 汽车变速器发展经历了100多年,从最初采用侧链传动到手动变速器,到现在的液力自动变速器和电控机械式自动变速器,再向无级自动变速器方向发展。变速器是汽车传动系的重要组成部分,其发展无疑代表着汽车工业的发展,它的设计也是汽车设计的一个重要部分。手动变速器(MT)主要采用齿轮传动的降速原理,变速器内有多组传动比不同的齿轮副,汽车行驶时的换挡就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副工作。我国汽车工业采用CAD技术,从无到有,至今已有十年的历史。与其他机械产品相比,汽车行业在计算机应用的投入比较多。各汽车厂纷纷引进软硬件并逐步建立了计算机辅助系统。AutoCAD在用户的心目中也变成了二维设计软件的缩影。微型汽车从20世纪80年代引入我国,以其价格便宜,经济实用,机动灵活等优点,在我国吸引了大量消费者,在我国汽车市场中占有较大的份额。随着消费者对汽车安全性、舒适性、经济性和动力性要求的提高及国家排放法规的限制,微型汽车的技术含量不断提高,新型后驱动变速器的设计将会满足车厂和用户更高层次的要求。 2、目的和意义 变速器浮动式结构的齿轮轴,工作时会产生挠度。因此,一方面降低了输出轴的刚性,另一方面造成了啮合齿轮啮合不良,致使齿轮强度降低,增加了运转噪音,影响了整机的性能。为了使变速器结构更加紧凑、合理,承载能力较大,满足匹配发动机之所需,并使齿轮承载能力高,运转噪音低,传递运动平稳,而设计三轴式刚性支承结构变速器,以进一步提升后驱动变速器的性能,增加后驱动微型车市场满足不同层次的需求。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容(1)三轴式刚性支承结构变速器传动机构布置方案(2)变速器基本参数的确定(3)各挡齿轮的设计及校核(4)传动轴的设计及校核(5)轴承的选择及校核(6)同步器和操纵机构的设计选用(7)变速器箱体的设计(8)CAD绘制装配图及零件图2、拟解决的主要问题(1)刚性支承方案(2)参数的确定(3)主要零部件设计及校核(4)AutoCAD绘制装配图及零件图三、技术路线(研究方法)收集资料,知识准备选择车型,确定基本性能参数变速器传动机构布置方案挡数及各挡传动比的确定CAD绘制装配图、零件图完成设计说明书变速器箱体的设计同步器和操纵机构的设计选用主要零部件的设计及计算齿轮参数确定及各挡齿轮齿数分配轮齿强度计算轴的设计及校核轴承的选择及校核轴向尺寸的确定变速器中心距的确定变速器基本参数的确定四、进度安排 (1)知识准备、调研、收集资料、完成开题报告 第1、2周(3.2-3.13) (2)整理资料、提出问题、撰写设计说明书草稿、绘制装配草图 第35周(3.16-4.3) (3)理论联系实际分析问题、解决问题,完成各挡传动比等参数确定;各挡齿轮的设计及校核;传动轴的设计及校核;轴承的选择及校核;同步器和操纵机构的设计选用;变速器箱体设计;CAD绘图等大部分设计内容,中期检查 第69周(4.6-5.1) (4)改进完成设计,改进完成设计说明书,指导教师审核,学生修改 第1014周(5.4-6.5) (5)毕业设计审核 第15周(6.8-6.12) (6)毕业设计修改 第16周(6.15-6.19) (7)毕业设计答辩准备及答辩 第17周(6.22-6.26)五、参考文献1刘惟信.汽车设计M.清华大学出版社,2001.72臧杰,阎岩.汽车构造M.北京:机械工业出版社,2006.7 3王望予.汽车设计(第4版)M.北京:机械工业出版社,2007.9 4余志生.汽车理论(第4版)M.北京:机械工业出版社,2008.1 5王宝玺,贾庆祥.汽车制造工艺学(第3版)M.北京:机械工业出版社,2008.1 6杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础(第五版)M.北京:高等教育出版社,2006.5 7殷玉枫.机械设计课程设计M.北京:机械工业出版社,2006.6 8蔡春源.简明机械零件手册M.北京:冶金工业出版社,1996.3 9徐灏.机械设计手册(3)M.机械工业出版社,1991 10刘品.机械精度设计与检测基础(第5版)M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2007.9 11栾焕明.新型后驱动变速器传动系统设计与优化D.哈尔滨工程大学硕士学位论文,2007.3:2045 12向立明.汽车变速器的发展历史及未来趋势J.公路与汽运,2007.1(1):2141 13宁斌.474汽车变速器倒档锥度环的结构改进J.装备制造技术,2007(1):7782 14李卉.微型汽车变速器齿轮降噪研究J.中南林学院学报,2000,20(1):6878 15Liu Weixin,Ge Ping,Li Wei.Study of Optimal Matching Between Automobile Transmission Parameters and Engine,Transportation Systems-1990-,AMD-Vol.108.The Winter Annual Meeting of The ASME,Dallas,Texas,Nov.2530,1990 16John Fenton.Hand Book of Vehicle Design Analysis.Warrendale,PA.,USA:Society of Automotive Engineer,Inc.6571,1996六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日摘 要变速器是汽车传动系的重要组成部分,其发展无疑代表着汽车工业的发展,它的设计也是汽车设计的一个重要部分。本设计的任务是设计一台用于微型车上的三轴式刚性支承结构变速器,以使变速器结构更加紧凑、合理,承载能力大,满足匹配微车发动机之所需。本设计从后驱动变速器的总体方案开始,对传动系统的方案进行分析,档位的布置形式进行研究分析,变速器基本参数的选择,零部件结构方案的分析确定,同步器、操纵机构及箱体的设计选用。根据所配车型,结合上述参数,再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识,计算出相关的变速器参数并论证设计的合理性。最终,用AutoCAD软件完成变速器装配图和零件图的绘制。设计三轴式刚性支承结构变速器,以进一步提升后驱动变速器的性能,增加后驱动微型车市场,满足不同层次的需求。关键词:三轴式刚性支承;后驱动变速器;轴;齿轮;箱体;设计ABSTRACTTransmission is an important of automobile transmission system.Undoubtedly,it represents the development of the automobile industry,its design is also an important part of automotive design.The design mission is a three-axis rigid support transmission designing for micro car.The purpose is to enable the transmission has more compact and reasonable structure,carry capacity of large,meet the needs of mini-car engines. In this paper,from the beginning of the overall program of rear-wheel drive transmission,analyse the program of transmission system.Choose basic parameters of the transmission,determine the structure of the program components,design the synchronizer,manipulation of body and the box.According to the model selection,combine these parameters and the related knowledge of Auto Design,Automotive Theory,Mechanical design ,calculate related parameters of transmission and prove the rationality of the design.Finally,achieve the assembly drawing and parts chart to use the soft ware of AutoCAD. Design the three-axis rigid support transmission to upgrade the performance of rear-wheel drive transmission,increase the market of rear-wheel drive mini-cars,in order to satisfy the needs of different levels. Key words: Three-axis Rigid Support; Rear-wheel Drive Transmission; Axle; Gear-wheel;Box; DesignI目录摘要 Abstract第1章 绪论 1 1.1 课题的目的和意义 11.2 研究现状 11.3 变速器的设计思想 21.4 研究的主要工作内容 2第2章 变速器设计的总体方案 42.1 设计依据 42.2 变速器传动机构布置方案 42.3 变速器基本参数的确定 5 2.3.1 挡数的确定 5 2.3.2 传动比的确定 5 2.3.3 变速器中心距的确定 7 2.3.4 变速器轴向尺寸的确定 72.4 本章小结 7第3章 主要零部件的设计及计算 83.1 齿轮的设计及校核 8 3.1.1 齿轮参数确定及各挡齿轮齿数分配 8 3.1.2 轮齿强度计算14 3.1.3 变速器齿轮的材料及热处理173.2 轴的设计及校核17 3.2.1 初选轴的直径17 3.2.2 轴的设计18 3.2.3 轴的校核213.3 轴承的选用及校核26 3.3.1 变速器轴承型式的选择26 3.3.2 轴承的校核26 3.3.3 轴承的润滑和密封293.4 花键的校核293.5 本章小结30第4章 变速器其他零件及机构的设计 314.1 同步器的设计及计算31 4.1.1 锁环式同步器主要尺寸的确定31 4.1.2 主要参数的确定324.2 操纵机构的设计334.3 变速器箱体的设计344.4 本章小结34结论 35参考文献 36致谢 37附录 38第1章 绪论1.1 课题的目的和意义变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下,使汽车获得不同的牵引力和速度,同时使发动机在最有利的工况范围内工作1。中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器若采用浮动式结构的齿轮轴,工作时会产生挠度。因此,一方面降低了输出轴的刚性,另一方面造成了啮合齿轮啮合不良,致使齿轮强度降低,增加了运转噪音,影响了整机的性能。为了近一步提升后驱动变速器的性能,增加后驱微型车市场销售份额,应该建立一个适应发动机排量为1.3升的后驱动变速器新平台,以满足车厂和用户更高层次的要求。 设计方案力求实现:(1)变速器结构更加紧凑、合理,承载能力较大,满足匹配发动机之所需;(2)选挡、换挡轻便、灵活、可靠;(3)同步器结构合理,性能稳定,有利于换挡;(4)齿轮承载能力高,运转噪音低,传递运动平稳。1.2 研究现状众所周知,中国国内市场的微型系列车型,90%都来自日本技术,更确切地说,是来自于日本铃木技术。国内的许多微型车厂在研发、生产方式上,或是购买日本技术,或是与日方联合经营,自主独立开发的能力相对欠缺。因此,在微型车型及所属关紧部件的研发方面的发展相对滞后,进而造成国内的许多老型产品一干就是十几年,甚至二十几年的尴尬局面。同时,由于国际市场的导向,微型车的根据地日本在此方面的投入也没有更大、更新的研究与发展。所以从微型汽车后驱动变速器的发展来看,并没有特别新的技术在产品中应用。但是根据我们国家的实际现状,目前中国市场对微型车的需求,在短时间内,甚至相当长的一段时间内微型车仍然具有一定的发展的空间。国内的中、小城市,及山区,从居民的购买能力及所需看,微型车由于其价格低、经济适用,仍然具有广阔的市场份额。近几年来,微型车的销售占中国汽车总销售量约25%。尤其以生产微型车为主的长安集团在内,2005年内的整车销售排在全国第三位的良好势头。据了解国内生产微型汽车如长安、柳洲五菱等车厂,后驱动发动机所配的变速器结构先进、合理,在满足同等排量发动机匹配所需的同时,市场反映效果也较好。汽车变速器发展经历了100多年,从最初采用侧链传动到手动变速器,到现在的液力自动变速器和电控机械式自动变速器,再向无级自动变速器方向发展。变速器是汽车传动系的重要组成部分,其发展无疑代表着汽车工业的发展,它的设计也是汽车设计的一个重要部分。手动变速器(MT)主要采用齿轮传动的降低原理,变速器内有多组传动比不同的齿轮副,汽车行驶时的换挡就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副工作。我国汽车工业采用CAD技术,从无到有,至今已有十多年的历史。与其他机械产品相比,汽车行业在计算机应用的投入比较多。各汽车厂纷纷引进软硬件并逐步建立了计算机辅助系统。AutoCAD在用户的心目中也变成了二维设计软件的缩影。1.3 变速器的设计思想根据发动机匹配的微型车的基本参数,及发动机的基本参数,设计能够匹配各项的新型后驱动变速器。新型后驱动变速器应满足:(1)发动机排量1.3升;(2)五个前进挡,一个倒档;(3)输入、输出轴保证两点支承;(4)采用同步器,保证可靠平稳换挡;(5)齿轮、轴及轴承满足使用要求。1.4 研究的主要工作内容中间轴式变速器主要用于后轮驱动变速器,所以,根据实际汽车发动机匹配所需,本文计划对适用于后驱动发动机固定中间轴式变速器作为总的布置方案。1.确定合适的布置结构变速器中各档齿轮按照档位先后顺序在轴上排列;各档的换挡方式;齿轮与轴的配套方案;轴承支承位置等结构。2.进行主要参数的选择确定变速器的档位数;各档传动比;中心距;轴向长度等。3.进行主要零部件及其他结构的设计齿轮参数;各档齿轮齿数分配;轮齿强度计算;轴的设计及校核;轴承的设计及校核;同步器主要参数的选取;操纵机构的设计等。4.绘制图纸 根据设计方案,通过CAD完成装配图及零件图的绘制。第2章 变速器设计的总体方案变速器是汽车传动系的重要组成部分,是连接发动机和整车之间的一个动力总成,起到将发动机的动力通过转换传到整车,以满足整车在不同工况的需求。所以整车和发动机的主要参数对变速器的总体方案均产生较大影响。2.1 设计依据随着消费者对汽车安全性、舒适性、经济性和动力性需求的提高,微型汽车的技术含量不断提高。长安汽车在微型车领域具有里程意义,长安之星是适应微车市场发展的新需求而诞生的产品。为其设计新型后驱动变速器以使变速器结构更加紧凑、合理、承载能力强。选择车型为长安之星SC6371进行设计,基本性能参数如表2.1。表2.1 基本性能参数发动机参数排量(L)1.310最大功率(km)60(6000r/min)最大扭矩(Nm)102(3000r/min)底盘参数驱动方式后轮驱动轮胎规格165/70 R13整车尺寸及质量长*宽*高(mm)3725*1560*1895轴距(mm)2350总质量(kg)1580整备质量(kg)1000整车性能参数最高车速(km/h)1356.3L/100km最大爬坡度32%注:其中,165/70 R13表示轮胎断面宽B=165,扁平比H/B=70,轮辋直径13in=330.2mm,故车轮滚动半径近似等于轮胎半径,为r=330.2/2+115.5=280.6mm。2.2 变速器传动机构布置方案中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上,第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘,而第二轴的末端经花键与万向节连接。如图2.1所示。 图2.1 传动方案图变速器采用三轴式刚性支承,能提高轴的刚度。第一轴后端经轴承支承在第二轴前端的孔内,第二轴前端与常啮合主动齿轮做成一体,且保持两轴轴线在同一直线上,经啮合套将它们连接后可得到直接挡。使用直接挡,变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载,发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出,此时变速器的传动效率高,可高达90%以上,噪声低,齿轮和轴承的磨损减少。挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动,挡位低的齿轮不采用常啮合齿轮传动,各挡位采用同步器换挡3。2.3 变速器基本参数的确定2.3.1 挡数的确定挡数的设置与整车的动力性和经济性有关。就动力性而言,增加变速器的挡数,能够增加发动机发挥最大功率附近高功率的机会,提高了整车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言,挡数多,增加了发动机在低油耗区工作的可能性,降低油耗。所以挡数设置为五档。2.3.2 传动比的确定1.确定主减速器传动比根据 (2.1)式中:最高车速,135km/h;发动机最大功率下的转速,6000r/min;r 车轮半径,0.281m;变速器最高挡传动比,1.0;变速器主减速比。由公式(2.1)得:=4.708。2.确定变速器一挡传动比汽车爬陡坡时车速不高,空气阻力可忽略,则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有:,则由最大爬坡度要求的变速器一挡传动比为1: (2.2)式中:m汽车总质量,1580kg;g重力加速度,9.8;道路最大阻力系数,由于一般沥青或混凝土路面滚动阻力系数f=0.0180.020,故取f=0.019;最大爬坡度,故坡角,所以为0.323;驱动车轮滚动半径,0.281mm;发动机最大转矩,102Nm;主减速比,4.708;汽车传动系的传动效率,轿车可取0.90.92,故选为0.9。由公式(2.2)得:;根据驱动车轮与路面的附着条件,求得变速器一挡传动比为1: (2.3)式中:汽车满载静止于水平路面时,驱动桥给地面的载荷,对于发动机前置后轮驱动的乘用车,满载时后轴占50%55%,故取=55%mg;道路的附着系数,计算时取=0.50.6,故选为0.6;,见式(2.2)下说明。由公式(2.3)得:;最终取。3.确定其他挡传动比由于汽车传动系各挡的传动比大体上是按等比级数分配的,且=1,q为各挡公比,则,故。2.3.3 变速器中心距的确定对于中间轴式变速器,是将中间轴与第二轴轴线之间的距离称为变速器中心距A,初选中心距时,可根据下述经验公式计算3: (2.4)式中:中心距系数,乘用车:=8.99.3,取=9.3;发动机最大转矩,102 Nm;变速器一挡传动比,3.32;变速器传动效率,取96%。由公式(2.4)得:A=63.95mm;乘用车变速器的中心距在6080mm范围内变化,圆整后得变速器中心距A=70mm。2.3.4 变速器轴向尺寸的确定变速器的轴向尺寸与挡位数、齿轮型式、换挡机构的结构型式等都有直接关系,设计初可根据中心距A的尺寸参照下式初选。乘用车变速器壳体的轴向尺寸为(3.03.4)A,取3.2A=224mm。2.4 本章小结本章主要通过分析整车和发动机、底盘参数,对新型后驱动变速器的总体方案进行确定。其中包括:变速器传动方案的布置,中心距的确定,挡位的设置,各挡传动比的确定及轴向尺寸的确定等。通过确定变速器的基本参数,便于其他零部件的设计选用,为下一步的设计计算奠定基础。第3章 主要零部件的设计及计算3.1 齿轮的设计及校核3.1.1 齿轮参数确定及各挡齿轮齿数分配1.模数m齿轮模数是一个重要参数,并且影响它的选取因素又很多,如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。对于乘用车为了减少噪声应合理减小模数,乘用车和总质量在1.814.0t的货车为2.03.5mm,取m=2.5mm。2.压力角国家规定的标准压力角为,所以变速器齿轮普遍采用的压力角为。3.螺旋角选取斜齿轮的螺旋角,应该注意它对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。螺旋角应选择适宜,太小时发挥不出斜齿轮的优越性,太大又会使轴向力过大。轿车变速器齿轮应采用较大螺旋角以提高运转平稳性,降低噪声。乘用车中间轴式变速器为,选。4.齿宽b齿宽的选择既要考虑变速器的质量小,轴向尺寸紧凑,又要保证轮齿的强度及工作平稳性的要求,通常是根据齿轮模数来确定齿宽b。,其中为齿宽系数。变速器中一般倒挡采用直齿圆柱齿轮=4.58.0;常啮合及其他挡位用斜齿圆柱齿轮=6.08.5。5.齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。一般齿轮的齿顶高系数,为一般汽车变速器齿轮所采用。6.各挡齿轮齿数的分配分配齿数时应注意的是,各挡齿轮的齿数比应该尽可能不是整数,以使齿面磨损均匀。(1)确定一挡齿轮的齿数 由于一挡采用斜齿轮传动,所以齿数和=50,修正后得。齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节,采用变位齿轮,除为了避免齿轮产生根切和凑配中心距以外,它还影响齿轮的强度,使用平稳性、耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声6。凑配中心距;斜齿端面模数;啮合角,得;故总变位系数,即为高度变位。 根据齿数比查得:。两齿轮分度圆仍相切,节圆与分度圆重合,全齿高不变。一挡齿轮参数如表3.1。表3.1 一挡齿轮基本参数序号计算项目计算公式1端面压力角2分度圆直径3齿顶高4齿根高5齿顶圆直径6齿根圆直径7当量齿数8齿宽(2)对中心距进行修正因为计算齿轮和后,经过取整数使中心距有了变化,所以应根据取定的重新计算中心距A作为各挡齿轮齿数分配的依据。(3)确定常啮合传动齿轮副的齿数由一挡传动比求出常啮合传动齿轮的齿数比: (3.1)而常啮合传动齿轮的中心距与一挡齿轮的中心距相等,即: (3.2) 由公式(3.1)(3.2)得:。核算=3.27,与前相差较小,故由(3.2)式得:齿轮1、2精确的螺旋角。凑配中心距;斜齿端面模数;啮合角,故,角度变位。根据齿数比,查得。常啮合齿轮参数如表3.2。表3.2 常啮合齿轮基本参数序号计算项目计算公式1理论中心距2中心距变动系数3齿顶降低系数4分度圆直径5齿顶高6齿根高7齿顶圆直径8齿根圆直径9当量齿数10齿宽(4)确定其他各挡的齿数二挡齿轮是斜齿轮,螺旋角与常啮合齿轮不同,由得: (3.3)而 (3.4)此外,从抵消或减少中间轴上的轴向力出发,还必须满足下列关系式: (3.5)联解上述三个方程式,采用试凑法,选定螺旋角,解式(3.3)(3.4)求出。再把代入式(3.5),检查近似满足轴向力平衡关系。凑配中心距;斜齿端面模数;啮合角,故,正角度变位。根据齿数比,查得。二挡齿轮参数如表3.3。表3.3 二挡齿轮基本参数序号计算项目计算公式1理论中心距2中心距变动系数3齿顶降低系数4分度圆直径5齿顶高6齿根高7齿顶圆直径8齿根圆直径9当量齿数10齿宽同理:三挡齿轮,近似满足轴向力平衡关系。 凑配中心距;斜齿端面模数;啮合角,故,正角度变位。根据齿数比,查得。三挡齿轮参数如表3.4。表3.4 三挡齿轮基本参数序号计算项目计算公式1理论中心距2中心距变动系数3齿顶降低系数4分度圆直径5齿顶高6齿根高7齿顶圆直径8齿根圆直径9当量齿数10齿宽同理:四挡齿轮,近似满足轴向力平衡关系。 凑配中心距;斜齿端面模数;啮合角,故,负角度变位。根据齿数比,查得。四挡齿轮参数如表3.5。表3.5 四挡齿轮基本参数序号计算项目计算公式1理论中心距2中心距变动系数3齿顶降低系数4分度圆直径5齿顶高6齿根高7齿顶圆直径8齿根圆直径9当量齿数10齿宽(5)确定倒挡齿轮齿数倒挡齿轮选用的模数往往与一挡相近。倒挡齿轮的齿数,一般在2123之间,初选,计算出输入轴与倒挡轴的中心距。设。为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉,齿轮11和12的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙,故取,满足输入轴与中间轴的距离。假设当齿轮11和12啮合时,中心距,且。故倒挡轴与中间轴的中心距,圆整后得。根据中心距求啮合角:,故,高度变位。根据齿数比,查得。倒挡齿轮参数如表3.6。表3.6 倒挡齿轮基本参数序号计算项目计算公式1分度圆直径2齿顶高3齿根高4齿顶圆直径5齿根圆直径6基圆直径7齿宽序号计算项目计算公式1分度圆直径2齿顶高3齿根高4齿顶圆直径5齿根圆直径6基圆直径7齿宽3.1.2 轮齿强度计算变速器齿轮的损坏形式主要有:轮齿折断、齿面疲劳剥落(点蚀)、移动换挡齿轮端部破坏以及齿面胶合。轮齿折断发生在下述几种情况下:轮齿受到足够大的冲击载荷作用,造成轮齿弯曲折断;轮齿在重复载荷作用下,齿根产生疲劳裂纹,裂纹扩展深度逐渐加大,然后出现弯曲折断。前者在变速器中出现的极少,而后者出现的多些3。变速器抵挡小齿轮由于载荷大而齿数少,齿根较弱,其主要破坏形式就是这种弯曲疲劳断裂。齿面点蚀是常用的高挡齿轮齿面接触疲劳的破坏形式。点蚀使齿形误差加大而产生动载荷,甚至可能引起轮齿折断。通常是靠近节圆根部齿面点蚀较靠近节圆顶部齿面处的点蚀严重;主动小齿轮较被动大齿轮严重。1.轮齿弯曲强度计算(1)直齿轮弯曲应力 (3.6)式中:计算载荷(Nmm);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;齿宽系数;y齿形系数。倒挡主动轮12,查手册得y=0.133,代入(3.6)得;倒挡传动齿轮13,查手册得y=0.128,代入(3.6)得;倒挡从动轮11,查手册得y=0.144,代入(3.6)得;当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时,倒挡直齿轮许用弯曲应力在400800Mpa,承受双向交变载荷作用的倒挡齿轮的许用应力应取下限。故,弯曲强度足够。(2)斜齿轮弯曲应力 (3.7)式中:计算载荷(Nmm);斜齿轮螺旋角;应力集中系数,可近似取=1.50;Z齿数;法向模数(mm);y齿形系数,可按当量齿数在图中查得;齿宽系数;重合度影响系数,=2.0。一挡齿轮10,查图得y=0.152,代入(3.7)得=153.93Mpa;一挡齿轮9,查图得y=0.139,代入(3.7)得=86.71Mpa;二挡齿轮8,查图得y=0.145,代入(3.7)得=158.26Mpa;二挡齿轮7,查图得y=0.141,代入(3.7)得=110.25Mpa;三挡齿轮6,查图得y=0.146,代入(3.7)得=132.03Mpa;三挡齿轮5,查图得y=0.141,代入(3.7)得=126.58Mpa;四挡齿轮4,查图得y=0.155,代入(3.7)得=107.82Mpa;四挡齿轮3,查图得y=0.131,代入(3.7)得=162.37Mpa;常啮合齿轮1,查图得y=0.151,代入(3.7)得=141.41Mpa;常啮合齿轮2,查图得y=0.137,代入(3.7)得=92.54Mpa;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,所有斜齿轮满足,故弯曲强度足够。2.轮齿接触应力计算 (3.8)式中:轮齿的接触应力(Mpa);F齿面上的法向力(N), ;圆周力(N),;计算载荷(Nmm);d节圆直径(mm);节点处压力角;齿轮螺旋角;E齿轮材料的弹性模量,合金钢取E=;b齿轮接触的实际宽度(mm);、主、从动齿轮节点处的曲率半径(mm),直齿轮,斜齿轮;、为主、从动齿轮的节圆半径(mm)。将上述有关参数代入式(3.8),并将作用在变速器第一轴上的载荷/2作为计算载荷时,得出:一挡接触应力;二挡接触应力;三挡接触应力;四挡接触应力;常啮合接触应力;倒挡接触应力(齿轮12主动,13从动); (齿轮13主动,11从动);对于渗碳齿轮变速器齿轮的许用接触应力,一挡和倒挡=19002000Mpa,常啮合齿轮和高挡=13001400Mpa。故所有齿轮满足,接触强度足够。3.1.3 变速器齿轮的材料及热处理变速器齿轮多数采用渗碳合金钢,其表层的高硬度与心部的高韧性相结合,能大大提高齿轮的耐磨性及抗弯曲疲劳和接触疲劳的能力。国内汽车变速器齿轮材料主要采用20CrMnTi,渗碳齿轮在淬火、回火后表面硬度为5863HRC,心部硬度为3348HRC。淬火的目的是大幅度提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等,从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。回火的作用在于提高组织稳定性,使工件在使用过程中不再发生组织转变,从而使工件几何尺寸和性能保持稳定;消除内应力,以改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸;调整钢铁的力学性能以满足使用要求8。3.2 轴的设计及校核变速器轴在工作过程中承受着转矩和来自齿轮啮合的圆周力、径向力和斜齿轮的轴向力引起的弯矩。刚度不足会产生弯曲变形,破坏齿轮的正确啮合,产生过大的噪声,降低齿轮的硬度、耐磨性及寿命。3.2.1 初选轴的直径轴的径向及轴向尺寸对其刚度影响很大,且轴长与轴径应协调。变速器轴的最大直径d与支承间的距离l可按下列关系式初选:对第一轴及中间轴 对第二轴 (3.9)中间轴式变速器的第二轴与中间轴的最大直径d可根据中心距A(mm)按下式初选:,取;第一轴花键部分直径可根据发动机最大转矩(Nmm)按下式初选:;取,为满足发动机最大转矩要求,取。代入(3.9)式:第一轴取,则;中间轴取,则;第二轴取,则。初选的轴径还需要根据变速器的结构布置和轴承与花键、弹性挡圈等标准以及轴的刚度与强度等结果进行修正。3.2.2 轴的设计初选轴的材料为45号钢,调质处理。调质是淬火后在400720进行高温回火,用来使钢获得高的韧性和足够的强度。轴的结构设计是要尽量保证轴便于加工,轴上零件易于装拆;轴和轴上零件要有准确的工作位置;各零件要牢固而可靠地相对固定;以及改善受力情况,减少应力集中和提高疲劳强度。1.输入轴的设计如图3.1。图3.1 输入轴图第一段:接离合器从动轴轴承。根据第一轴花键部分直径及轴承标准,取。查手册选用深沟球轴承6203,取。第二段:为花键轴段,接离合器从动盘。第一轴的花键尺寸与离合器从动盘毂的内花键统一考虑,目前一般都采用齿侧定心的矩形花键,键齿之间为动配合。花键连接比平键连接具有承载能力高,对轴削弱程度小,定心好和导向性能好等优点。根据第一轴花键直径d=18mm,查汽车设计得花键内径d=18mm,花键外径D=23mm,花键齿数n=10,键齿宽b=4mm,有效齿长l=20mm,即取。第三段:过渡轴,取。第四段:轴承支承段。这一段轴根据轴承标准取,查机械设计手册选用圆锥滚子轴承32305,。根据轴径,选择卡环对轴承进行轴向固定,查手册选用挡圈GB/T 893.1-1986 62(孔径,材料为65Mn,热处理硬度4451HRC,经表面氧化处理的A型孔用弹性挡圈),取。第五段:齿轮段,一挡、倒挡、二挡主动轮与轴做为一体。取。根据齿宽等因素,取。第六段:过渡轴,取。第七段:通过滚针轴承接变速器三挡主动轮。取,根据标准选用向心滚针和保持架组件:K JB/T 7918-1997,取。第八段:花键轴段,接同步器。根据,选择矩形花键,取,。第九段:通过滚针轴承接四挡主动轮,结合第七段轴选用滚针轴承K,取,。第十段:轴承支承段。取,查手册选用圆锥滚子轴承32305,。在轴承外圈开槽放卡环与箱体进行固定,查手册选用挡圈GB/T 893.1-1986 62(孔径,材料为65Mn,热处理硬度4451HRC,经表面氧化处理的A型孔用弹性挡圈)。D=66.2mm,s=2mm,b=5.2mm,取。第十一段:花键轴段,接同步器。根据选用矩形花键,取,。第十二段:与输出轴常啮合齿轮相连,根据轴承标准取,选用非标准件滚针,取。2.中间轴的设计如图3.2。图3.2 中间轴图 (1)最小直径估算 (3.10)式中:C由轴的材料和承载情况确定的常数,45号钢为118107,取C=108;P传递的功率,为发动机最大功率,60KW;为变速器传动效率,取96%;轴的转速,6000r/min。由公式(3.10)得: (2)中间轴结构设计 第一段:轴承段。根据标准取,则查表选用圆锥滚子轴承30205,。根据轴径,选用卡环对轴承进行轴向固定,查手册选用挡圈GB/T 893.1-1986 52,取。第二段:齿轮段。通过滚针轴承接一挡齿轮,取,。选用向心滚针和保持架组件K。第三段:花键轴段,接同步器。根据,选用矩形花键,则取。第四段:齿轮段,通过滚针轴承接二挡从动轮。根据第二段轴的结构选用向心滚针和保持架组件K,取,。第五段:过渡轴段,取。第六段:齿轮段,三挡从动轮和四挡从动轮与轴铸成一体。,取,根据输入轴取。第七段:轴承段。根据轴承标准取,查表选用圆锥滚子轴承30205,。根据轴径,选用卡环对轴承进行轴向固定。查手册选用挡圈GB/T 893.1-1986 52,取。第八段:过度轴段。,取。第九段:齿轮段,常啮合主动轮通过花键与轴相连,选用矩形花键,则取。第十段:螺纹段,拧上螺母进行固定及轴向定位。根据标准选普通螺纹M18-6g(公称直径18,螺距1.5的细牙右旋外螺纹,中径和大径的公差带均为6g,中等旋合长度),取。查表选用螺纹规格D=M18,性能等级为8级,不经表面处理,A级的I型六角螺母,标记为螺母GB/T 6170 M18。3. 输出轴的设计第一段:齿轮轴段,常啮合从动轮与轴做为一体,取。第二段:轴承支承段。根据标准取。查表选用深沟球轴承6306,。选用套筒D=40mm,并安装车速表驱动齿轮,取72mm。第三段:花键轴段,与万向节连接。选用矩形花键,取35mm。 图3.3 输出轴图3.2.3 轴的校核变速器在工作时,由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用,变速器的轴要承受转矩和弯矩,要求变速器的轴应有足够的刚度和强度。为了验证结构方案的合理性及变速器的可靠性需对轴进行校核。应当对每个挡位下的轴的刚度和强度都进行验算,因为挡位不同不仅齿轮的圆周力、径向力和轴向力不同,而且着力点也有变化。验算时可将轴看作是铰接支承的梁,第一轴的计算转矩为发动机最大转矩。1.计算各挡齿轮啮合的圆周力、径向力及轴向力 (3.11) 式中:i齿轮的传动比;d齿轮的节圆直径,mm;节圆处压力角;螺旋角;发动机最大转矩。一挡代入(3.11)式得: 二挡代入(3.11)式得: 三挡代入(3.11)式得: 四挡代入(3.11)式得: 倒挡代入(3.11)式得: 五挡 (3.12)式中:P输出轴功率,;n输出轴转速,r/min;T输出轴转矩,Nmm。输出轴功率;,代入(3.12)式得 Nmm。代入(3.11)式得:2.输入轴的校核(1)轴的强度计算应该校核在弯矩和转矩联合作用下的变速器轴的强度。作用在齿轮上的径向力和轴向力使轴在垂直面内弯曲变形并产生垂向挠度;而圆周力使轴在水平面内弯曲变形并产生水平挠度,则在弯矩和转矩联合作用下的轴应力为: (3.13) (3.14)式中:计算转矩,Nmm;d轴在计算断面处的直径,花键处取内径,mm;弯曲截面系数,;在计算断面处轴的垂向弯矩,Nmm;在断面处轴的水平弯矩,Nmm;许用应力,在抵挡工作时取。一挡受力图如图3.4。计算得:AB=66.875mm, BC=30.125mm,CD=141.625mm; 水平面 垂直面 Nm; Nm; Nm; d=26mm,代入(3.13)(3.14)得: ,故满足强度要求。图3.4 一挡受力图(2)轴的刚度计算对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。前者使齿轮中心距发生变化,破坏了齿轮的正确啮合;后者使齿轮相互歪斜,致使沿齿长方向的压力分布不均匀。若轴在垂直面内挠度为,在水平面内挠度为和转角为,可以分别用下式计算: (3.15)式中:齿轮齿宽中间平面上的径向力(N);齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N);E弹性模量(MPa),;I惯性矩(),对于实心轴,;d轴的直径(mm),花键处按平均直径计算;a、b齿轮上的作用力距支座B、D的距离(mm);L支座间的距离(mm)。计算得:一挡齿轮a=21.375mm,b=150.375mm; ,; ;由公式(3.15)得:, , ,轴的全挠度为。由于轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为,齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad。满足,故满足刚度要求。同理计算出:二挡斜齿轮轴应力,故强度足够。 挠度, 转角,故刚度足够。三挡齿轮轴应力,故强度足够。 挠度, 转角,故刚度足够。四挡齿轮轴应力,故强度足够。 挠度, 转角,故刚度足够。倒档齿轮轴应力,故强度足够。 挠度, 转角,故刚度足够。3.输出轴的校核由于输出轴在运转的过程中所受的弯矩很小,可以忽略,可认为其只受扭矩。轴的扭转切应力: (3.16)式中:轴的扭切应力,MPa;T转矩,Nmm;抗扭截面系数,对圆截面轴;P传递的功率,kw;n轴的转速,r/min;d轴的直径,mm。 其中,n=6000r/min代入(3.16)式得:查表可知:45号钢许用扭切应力,故符合强度要求。3.3 轴承的选用及校核3.3.1 变速器轴承型式的选择变速器轴承多选用滚动轴承,即向心球轴承,向心短圆柱滚子轴承,滚针轴承以及圆锥滚子轴承。通常是根据变速器的结构选定,再验算其寿命。输入轴及中间轴的两个轴承采用圆锥滚子轴承,输出轴的轴承采用深沟球轴承,它不仅承受径向负荷,而且承受向外的轴向负荷。齿轮内孔与轴的配合采用滚针轴承。3.3.2 轴承的校核1.输入轴轴承32305查机械设计手册可知:; ;圆锥滚子轴承受力如图3.5。 图3.5 轴承受力图根据力矩平衡得出: (3.17)解(3.17)式得出: ; ;轴承内部轴向力: ; ;因为,所以轴承1为压紧端: ; ;因为e=0.3,故,所以;,所以;当量动载荷: (3.18)代入得: ; 。轴承寿命用小时表示比较方便: (3.19)式中:基本额定寿命,h;温度系数,轴承工作温度为100时,=1;载荷系数,无冲击或轻微冲击;中等冲击;C基本额定动载荷,N;P动载荷,N;寿命指数,对于球轴承=3,对于滚子轴承=;n轴的转速,r/min。取=1,=1.6,代入(3.19)式得:;平均车速;行驶至大修前的总行驶里程。对汽车轴承寿命的要求是轿车30万km,故该轴承满足使用要求。2.中间轴轴承30205查机械设计手册可知:; ;同理可得 (3.20)求得 则 即,;因为e=0.37,故,所以; ,所以;由公式(3.18)得:,。取,代入(3.19)式得:,满足使用要求。3.输出轴轴承6306根据轴承型号查手册可知:,。故;,插入法查表得系数e=0.264;而,查表取X=0.56,插入法得:Y=1.68;由公式(3.18)得:P=。取,n=6000r/min,代入(3.19)式得:,满足使用要求。3.3.3 轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑方式具体选择可按速度因数dn值来定。d代表轴承内径,mm;n代表轴承套圈的转速,r/min,dn值间接地反映了轴颈的圆周速度,当时,一般滚动轴承可采用润滑脂润滑,超过这一范围宜采用润滑油润滑9。由于d=25mm,n=6000r/min,故dn=采用润滑脂润滑。脂润滑因润滑脂不易流失,故便于密封和维护,且一次充填润滑脂可运转较长时间。采用密封圈对轴承进行密封,工作温度范围-40100。密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成。3.4 花键的校核1.输入轴第二段花键轴段接离合器从动盘花键尺寸选定后应进行挤压应力及剪切应力的强度校核: (3.21) (3.22)式中:D,d花键的外径及内径,D=23mm,d=18mm;n花键齿数,n=10;l,b花键的有效齿长及键齿宽,l=20mm,b=4mm;Z从动盘毂的数目,Z=1;发动机最大转矩,Nmm。由公式(3.21)(3.22)得:; ,故强度足够。2.输入轴第八段花键轴段接同步器动连接压强: (3.23)式中:T-转矩,Nmm,Nmm; K载荷不均匀系数,K=0.70.8,取K=0.8;平均半径,;Z齿数,Z=6;h齿面工作高度,;齿的接触长度,。由公式(3.23)得: P=39.34Mpa。由于动连接齿面经过热处理时中等使用情况下许用压强P= ,故,强度足够。3.输入轴第十一段花键轴段接同步器 Nmm;K=0.8,Z=6,;由公式(3.23)得: P=55.95MpaP,故强度足够。3.5 本章小结本章主要对新型后驱动变速器的主要零件进行设计和计算,其中包括:齿轮的设计及校核,轴的设计及校核,轴承的设计及校核。这些零件是变速器的基石,齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节,轴的设计是变速器传递动力的重要因素,轴承的定位及校核是设计的难点,这些计算的理论基础是设计的关键。此外,本章的一些计算结果,绘图时需要进一步印证。第4章 变速器其他零件及机构的设计4.1 同步器的设计及计算该变速器的一挡和二挡、三挡和四挡及常啮合齿轮共采用三个同步器进行换挡。同步器虽然结构较复杂,制造成本高,
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