汽车设计课程设计 五档变速器设计
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变速器的设计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。变速器在工作时,齿轮受到较大的冲击载荷作用;一对齿轮相互啮合,齿面相互挤压造成齿面点蚀;换挡瞬间在齿轮端部产生冲击载荷。所以需要对齿轮进行计算和校核。1、轮齿设计计算与其它机械设备用变速器比较,不同用途汽车的变速器齿轮使用条件仍是相似的。此外,汽车变速器齿轮用的材料、热处理方法、加工方法、精度级别、支承方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合金钢制作,采用剃齿或磨齿精加工,齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺,齿轮精度不低于7级。因此,比用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮,同样可以获得较为准确的结果。1.1齿轮弯曲强度计算 (1)一挡直齿轮弯曲应力: 3-23式中: 弯曲应力(MPa); 圆周力(N),;为计算载荷(Nmm);为节圆直径(mm); 应力集中系数, 取=1.65; 摩擦力影响系数,主动齿轮=1.1,从动齿轮=0.9; 齿宽(mm); 端面齿距,; 齿形系数,=0.208因为齿轮节圆直径,式中为齿数,所以将上述有关参数带入式3-23后得 3-24当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转距时,一、倒挡直齿轮许用弯曲应力在400850MPa。对于本设计,取作用到变速器第一轴上的最大转距根据传动比换算到1挡的值,前面已经得出=366500Nmm,代入下式得=797676 Nmm由公式3-24得: 22 =27976761.651.1(4.5)31380.208=467.6MPa满足设计要求。倒档上的倒档直齿齿轮与一档齿轮相同,且不承受交变载荷,所以同样适应。(2)二挡斜齿轮弯曲应力: 3-25弯曲应力(MPa); 圆周力(N),;为计算载荷(Nmm);为节圆直径(mm); ; 斜齿轮螺旋角( ),8=22; 应力集中系数, =1.50; 齿宽(mm); 法向齿距,; 齿形系数,=0.18 重合度影响系数,=2.0。将上述有关参数带入公式3-25,整理后得到斜齿轮弯曲应力为: 3-26当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转距时,斜齿轮许用弯曲应力在100250MPa。由公式3-26得:2TgcosKZmn3KcK=2797676cos221.519430.1882= 201.7MPa满足设计要求。(3)三挡斜齿轮弯曲应力: 斜齿轮螺旋角( ),6=20; 齿形系数,=0.162 由公式3-26得:=2797676cos201.526430.16282= 166.0MPa满足设计要求。(4)四挡斜齿轮弯曲应力: 斜齿轮螺旋角( ),4=25; 齿形系数,=0.12 由公式3-26得:=2797676cos251.532430.1282= 175.6MPa满足设计要求。(5)五挡斜齿轮弯曲应力: 斜齿轮螺旋角( ),2=27; 齿形系数,=0.09 由公式3-26得:=2797676cos271.537430.0982= 199MPa满足设计要求。1.2轮齿接触应力 3-27式中: 轮齿的接触应力(MPa); 齿面上的法向力(N),;为圆周力; 斜齿轮螺旋角( ); 齿轮材料的弹性模量(MPa), 齿轮接触的实际宽度(mm); 主动齿轮节点处的曲率半径(mm),直齿轮,斜齿轮;从动齿轮节点处的曲率半径(mm),直齿轮,斜齿轮; 将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷时,变速器齿轮的许用接触应力见表4.1表4.1 变速器齿轮的许用接触应力(MPa)齿 轮液体碳氮共渗齿轮渗 碳 齿 轮950100019002000一挡和倒挡齿轮65070013001400常啮合齿轮和高挡齿轮1.计算第一轴常啮合齿轮接触应力b = Kcmn =84.0=32(mm)由公式3-27得: =810MPa满足设计要求。2.计算一挡直齿轮接触应力b = Kcm =74.5=31.5(mm)由公式3-27得: =685.5MPa 满足设计要求。3. 计算二挡常啮合齿轮接触应力b = =74=28(mm) 由公式3-27得: =599.8MPa 满足设计要求。4. 计算三挡常啮合齿轮接触应力b = =74=28(mm) 由公式3-27得: =479.5MPa 满足设计要求。5. 计算四挡常啮合齿轮接触应力b = =74=28(mm) 由公式3-27得: =447.9MPa 满足设计要求。6. 计算倒档齿轮接触应力b = Kcm =74.5=31.5(mm) 由公式3-27得: =352MPa 满足设计要求。本设计变速器齿轮材料采用20CrMnTi,并进行渗碳处理,大大提高齿轮的耐磨性及抗弯曲疲劳和接触疲劳的能力。渗碳齿轮表面硬度为5863HRC,芯部硬度为3348HRC
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