中间轴式五挡变速器设计【含CAD图纸、说明书】
汽车设计课程设计变速器设计中间轴式变速器概 述变速器的功用是根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求,改变发动机的扭矩和转速,使汽车具有适合的牵引力和速度,并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离,变速器具有倒挡和空挡。在有动力输出需要时,还应有功率输出装置。对变速器的主要要求是:1.应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时,根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求,选择合理的变速器挡数及传动比,来满足这一要求。2.工作可靠,操纵轻便。汽车在行驶过程中,变速器内不应有自动跳挡、乱挡、换挡冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度,提高行驶安全性,操纵轻便的要求日益显得重要,这可通过采用同步器和预选气动换挡或自动、半自动换挡来实现。3.重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材,采用合理的热处理,设计合适的齿形,提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。4.传动效率高。为减小齿轮的啮合损失,应有直接挡。提高零件的制造精度和安装质量,采用适当的润滑油都可以提高传动效率。5.噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数,提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。中间轴式五档变速器设计一、传动方案和零部件方案的确定作为一辆前置后轮驱动的货车,毫无疑问该选用中间轴式多挡机械式变速器。中间轴式变速器传动方案的共同特点如下:(1) 设有直接挡;(2) 1 挡有较大的传动比;(3) 挡位高的齿轮采用常啮合传动,挡位低的齿轮(1 挡)可以采用或不采用常啮合齿轮传动;(4) 除 1 挡外,其他挡位采用同步器或啮合套换挡;(5) 除直接挡外,其他挡位工作时的传动效率略低。(一) 传动方案初步确定(1)变速器第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体,第 2 轴前端经滚针轴承支撑在第 1 轴后端的孔内,且保持两轴轴线在同一条直线上,经啮合套将它们连接后可得到直接挡。挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动,1 挡采用滑动直齿齿轮传动。(2)倒挡利用率不高,而且都是在停车后再挂入倒挡,因此可以采用支持滑动齿轮作为换挡方式。倒挡齿轮采用联体齿轮,避免中间齿轮在最不利的正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作,提高寿命,并使倒挡传动比有所增加,倒挡的输出轴从动齿轮与 1 挡的输出轴从动齿轮相同。图 1 中间轴式五挡变速器传动方案 根据以上要求,选择图 1-a 方案作为本设计的中间轴式五挡变速器的传动方案。(二)零部件结构方案1齿轮形式齿轮形式有直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮。两者相比较,斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低的优点;缺点是制造工艺复杂,工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于抵挡和倒挡。2换挡机构形式此变速器换挡机构有直齿滑动齿轮和同步器换挡两种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换挡,会在轮齿端面产生冲击,齿轮端部磨损加剧并过早损坏,并伴有噪声,不宜用于高挡位。为简化机构,降低成本,此变速器 1 挡、倒挡采用此种方式。常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多,啮合套不会过早被损坏,但不能消除换挡冲击。目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。因此不适合用于本设计中的变速器,不采用啮合套换挡。使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声,得到广泛应用。虽然结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大,但为了降低驾驶员工作强度,降低操作难度,2 挡以上都采用同步器换挡。3变速器轴承变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。变速器第 1 轴、第 2 轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承,按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力,原则上由前或后轴承来承受都可以;但当在壳体前端面布置轴承盖有困难的时候,必须由后端轴承承受轴向力,前端采用圆柱滚子轴承承受径向力。滚针轴承、滑动轴套用于齿轮与轴不固定连接,有相对转动的地方,比如高挡区域同步器换挡的第 2 轴齿轮和第 2 轴的连接,由于滚针轴承滚动摩擦损失小,传动效率高,径向配合间隙小,定位及运转精度高,有利于齿轮啮合,在不影响齿轮结构的情况下,应尽量使用滚针轴承。二、主要参数的选择和计算目前,货车变速器采用 45 个挡或多挡,多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。因此挡位数大致在 45 个,需要通过计算传动比范围后最后确定。(一)先确定最小传动比传动系最小传动比可由变速器最小传动比 和主减速器传动比 的乘积来表 0示= 3-10通常变速器最小传动比 取决于传动系最小传动比 和主减速器传动比 , 0 0而根据汽车理论,汽车最高车速时变速器传动比最小,则根据公式=0.377 3-20式中: 为汽车行驶速度,km/h; n 为发动机转速,r/min; r 为车轮半径,m; 特指为最高挡传动比。可得=0.377 3-3 轻型车轮胎尺寸根据 GB/T2977-1977载重汽车轮胎系列可选用6.5R16LT,即轮胎的名义宽度为 6.5in,轮辋名义直径 16in,货车轮胎扁平率为90100,在此取 90,则轮胎滚动半径可以计算为:=(6.590%+16)25.41000 0.352()汽车给定的最大车速为 80km/h,发动机转速为 3403r/min,代入 3-3 式得=5.08另外,为了满足足够的动力性,还需要校核最高挡动力因数 。一般汽0车直接挡或最高挡动力因数取值范围如下表所示动力因数取值轻型货车 微型货车 轿车0.040.08 0.080.1 0.10.2本设计中取 =0.06,最小传动比与最高挡动力因数 有如下关系0 0= 3-40t 221.15式中: 为直接挡或最高挡时,发动机发出最大扭矩时的最大车速,km/h,此时可近似取 = 。其它参数见下表。参数说明t (N.m)最大转矩对应转速(r/min)空气阻力系数 迎风面积A(m2)(km/h)0.9 235.58 1640 0.8 3.51 80根据 3-4 式可得 =5.85.08,从满足最高挡动力因数兼顾燃油经济性,取传动系最小传动比为 =5.14。若按直接挡 =1,则 =5.14,该车采用 0单级主减速器,主减速器传动比 ,满足要求。i0 7(二)确定最大传动比确定传动系最大传动比,要考虑三方面问题,最大爬坡度或 1 挡最大动力因数 、附着力和汽车最低稳定车速。传动系的最大传动比通常是变速器 10挡传动比 与主减速器传动比 的乘积,即1 0= 3-510当汽车爬坡时车速很低,可以忽略空气阻力,汽车的最大驱动力应为= + 3-6各表达式展开为3-7t =cos+sin则 3-81( cos+sin) 0t各参数见下表计算参数表 t f 0 r(m) (kg) (N.m)0.9 0.02 5.14 0.352 4500 235.58 167(30%)代入 3-8 式计算可得 4.25 。11 挡传动比还应满足附着条件= 3-910t 对于后轮驱动汽车,最大附着力有如下公式= = = 3-10222式中: 为后轴质量, =65% ,取 =0.82 2 将式 3-10 代入式 3-9 求得=7.41120t取 =6。因此,变速器传动比范围是 16,传动系最大传动比1=30.84。(三)挡位数确定增加变速器挡位数能够改善汽车的动力性和经济性。挡位数越多,变速器的结构越复杂,使轮廓尺寸和质量加大,而且在使用时换挡频率也增高。在最低挡传动比不变的情况下,增加变速器的挡位数会使变速器相邻的低挡和高挡之间的传动比比值减小,使换挡工作容易进行。在确定汽车最大和最小传动比之后,应该确定中间各挡的传动比。实际上,汽车传动系各挡传动比大体上是按照等比级数分配的。此货车暂定挡位数为 5,则相邻挡位传动比的比值为Q= = =1.5651.84146.0一般挡数选择要求如下:1) 为了减小换挡难度,相邻挡位之间的传动比比值在 1.8 以下。2) 高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比抵挡相邻挡位之间的比值小。满足要求,确定挡位数为 5,则=6, = =3.83, = =2.45, =q=1.565, =1。为了满足要求 2)1 23 32 4 5各挡取值修正如下: =6, =3.7, =2.34, =1.51, =11 2 3 4 5(四)中心距 A对于中间轴式变速器,中间轴与第 2 轴之间的距离称为变速器中心距 A。变速器中心距是一个基本参数,对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、齿轮的接触强度都有影响。中心距越小,齿轮的接触应力越大,齿轮的寿命越短。因此,最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。初选中心距 A 时,可根据下面的经验公式计算A= 3-1131 式中: 比为 中心距系数, 货车为 8.69.6;为发动 机最大 转 矩, .; 1为变 速器 1挡传动传动效率,取 96%。; 为变 速器货车的变速器中心距在 80170mm 范围内变化。对于本轻型货车,可取=9.3,其余取值按照已有参数计算 3-11 式可得 A102.96mm。(五)外形尺寸设计货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关,5 挡为(2.73)A。当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时,应取给出范围的上限。本车 5 挡变速器壳体的轴向尺寸取 3A,取整得 L=309mm。(六)齿轮参数1模数的选取齿轮模数选取的一般原则如下1)为了减少噪声应合理减小模数,同时增加齿宽;2)为使质量小些,应该增加模数,同时减少齿宽;3)从工艺方面考虑,各挡齿轮应该选用同一种模数;4)从强度方面考虑,各挡齿轮应该选用不同模数;5)对于货车,减少质量比减小噪声更加重要,因此模数应该选得大一些;6)低挡齿轮选用大一些的模数,其他挡位选用另一种模数。微型货车( )变速器齿轮法向模数范围为 3.003.50,所选模数应该6符合国家标准的规定。优先选用第一系列的模数,尽量不选括号内的模数。遵照以上原则,1 挡直齿齿轮选用模数 m=3.5mm,其余挡位斜齿齿轮选=3.5mm。同步器与啮合套的结合齿多采用渐开线齿形,出于工艺性考虑,同一变速器中的结合齿模数相同,其选取范围为:乘用车和中型货车取 23.5。选取较小的模数可是齿数增多,有利于换挡,在此取 2.0。2压力角 压力角较小时,重合度较大,传动平稳,噪声较低;压力角较大时,可提高齿轮的抗弯强度和表面接触强度。对货车,为提高齿轮强度应选用 22.5或 25等大些的压力角。国家规定的标准压力角为 20,所以普遍采用的压力角为 20。啮合套或同步器的压力角有 20、25、30 等,普遍采用 30压力角。遵照国家规定取齿轮压力角为 20,啮合套或同步器压力角为 30。3螺旋角 齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、齿轮强度、轴向力有影响。选用大些的螺旋角时,可使齿轮啮合的重合度增加,因而平稳工作、噪声降低。从提高低挡齿轮的抗弯强度出发,以 1525为宜,从提高高挡齿轮的接触强度和重合度出发,应当选用大些的螺旋角。斜齿轮螺旋角选用范围为货车变速器是 1826。4齿宽 b齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有影响。选用较小的齿轮可以缩短变速器的轴向尺寸和减少质量,但齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点削弱,齿轮工作应力增加;选用较大的齿宽,工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜,使齿轮沿齿宽方向受力不均匀,并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数的大小来确定齿宽 b。直齿为 b= m, 为齿宽系数, 取为 4.58.0。斜齿为 b= , 取为 6.08.5。 啮合套或同步器接合齿的工作宽度初选时可选为 24mm。第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数 可取大些,使接触线长度增加,接触应力降低,以提高传动平稳性和齿轮寿命。因此,每挡主动轮齿宽系数 取 8,从动轮齿宽系数 取 7。 5齿轮变位系数的选择原则采用变位齿轮的原因为:配凑中心距;提高齿轮的强度和寿命;降低齿轮的啮合噪声。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度,使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标,故采用得较多。变位系数的选择原则如下。1)对于高挡齿轮,应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。2)对于低挡齿轮,为提高小齿轮的齿根强度,应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大小齿轮的变位系数。3)总变位系数越小,齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动,噪声要小一些。为了降低噪声,对于变速器中除去 1、2 挡以外的其他各挡齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下,随着挡位的降低,总变位系数应该逐挡增大。1、2 挡和倒挡齿轮应该选用较大的值。6齿顶高系数齿顶高系数取值为 1.0。7各挡齿轮齿数的分配(1)确定一挡齿轮齿数1 挡传动比= 3-111291101 挡采用直齿滑动齿轮传动= = + 3-12z2910其中模数 m=3.5,中心距 A=102.96mm,代入 3-12 式得 =58.83, 取整z 为 60,中间轴上 1 挡齿轮 的齿数应该尽量少些,以便使 的传动比大些,货10910车可在 1217 之间选取,因此取 =13,则 = - =47。8 7 8(2)修正中心距 AA=m /2=105(mm)z通过选用正角度变位系数,可以凑出新的中心距为 A=105mm。(3)确定常啮合齿轮副的齿数由式 3-11 可知= 3-13211109常啮合传动齿轮 、 中心距和 1 挡齿轮的中心距相等,即1 2A= 3-14(1+2)2cos2其中,常啮合齿轮 、 采用斜齿圆柱齿轮,模数 =3.5,初选螺旋角1 2 =26,代入 3-13 和 3-14,解得 20.3,取整得 =20,则 取整为 34。2 1 1 2根据所确定的齿数,修正螺旋角 =25.8。2本例 = =6.146 6,则齿数分配合适。129110(4)确定其他各挡齿轮的齿数1)2 挡齿轮齿数。2 挡采用直齿轮传动= 3-1578212A= 3-16(7+8)2将 =3.7 和 A=105 代入 3-15 和 3-16 可求得 =41.1, =18.9,分别取整为2 7 8=41, =19。根据所确定的齿数,核算传动比 =3.668 3.7,满足设计要求。7 8 22)3 挡齿轮齿数的计算。3 挡常啮合齿轮采用斜齿轮。计算如下:= 3-1756312A= 3-18(5+6)2cos6= 3-19tan2tan613+21+2其中 =2.34,初选螺旋角 =22,计算式 3-19 左右两端得3 6=1.496 13+21+2=1.21.496tan2tan6相差较大,尽量缩小差距,取 =18,已是极限,代入计算,得6=1.49,相差不大,满足基本要求。tan2tan6将 =18代入 3-17 和 3-18 可求得 =33, =24。根据所确定的齿数,核6 5 6算传动比 =2.338 2.34,满足设计要求。3按式 3-18 算出精确的螺旋角 =18.2。63)4 挡常啮合齿轮为斜齿轮= 3-2034412A= 3-21(3+4)2cos4= 3-22tan2tan414+21+2其中 =1.51,初选螺旋角 =22,计算式 3-22 左右两端得4 4=1.185 =1.214+21+2 tan2tan4相差不大,满足基本要求。将 =22代入 3-20 和 3-21 可求得 =26, =29。根据所确定的齿数,核4 3 4算传动比 =1.524 1.51,满足设计要求。4 =按式 3-21 算出精确的螺旋角 =25.8。44)5 挡为直接挡。(5)确定倒挡齿轮齿数及中心距倒挡选用的模数与 1 挡齿轮相同,中间轴上倒挡齿轮 的齿数已经确定为1114,倒挡轴上的倒挡齿轮 一般在 2133 之间选取。12初选 =23,m=3.5 ,则中间轴与倒挡轴的中心距为12A= =64.75(mm)(11+12)2倒挡齿轮 与 1 挡齿轮 啮合,初选 =21,则可计算倒挡轴与第 2 轴的13 9 13中心距为A= =119(mm)(13+9)2=212911113=6.25因此,变速器所有挡位的传动比确定如下:=6.146 =3.6681 2=2.338 =1.5243 4=1 =6.255 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 :w3-23btyKFf1式中: 弯曲应力(MPa) ;w圆周力(N) , ; 为计算载荷(Nmm) ; 为节圆直tFdTFg21d径(mm) ;应力集中系数, 取 =1.65;KK摩擦力影响系数,主动齿轮 =1.1,从动齿轮 =0.9;f f fK齿宽(mm);b端面齿距, ;t mt齿形系数, =0.2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-zd23 后得3-24cfgwzKmT32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gT maxeT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g maxe到 1 挡的值,前面已经得出 =235580Nmm,代入下式maxeT12axzeg得 =400486 NmmgT由公式 3-24 得:cfgwKzmT1032=24004861.651.13.53138.50.2=488.37MPa w满足设计要求。(2)三挡斜齿轮弯曲应力 :w3-25KbtF1弯曲应力(MPa) ;w圆周力(N) , ; 为计算载荷(Nmm) ; 为节圆直tFdTFg21d径(mm) ;coszmdn斜齿轮螺旋角( ), =18.2;应力集中系数, =1.50;KK齿宽(mm);b法向齿距, ;t nmt齿形系数, =0.165重合度影响系数, =2.0。KK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:3-26KmzTngw3cos2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gT maxeT曲应力在 100250MPa。由公式 3-26 得: KmzTcngw36os2=2235580cos18.21.5243.530.16582= 72.5MPa w满足设计要求。1.2 轮齿接触应力3-27bzjFE1418.0式中:轮齿的接触应力(MPa) ;j齿面上的法向力(N) , ; 为圆周力;Fcos1F1F斜齿轮螺旋角( );齿轮材料的弹性模量(MPa), E MPaE510.2齿轮接触的实际宽度(mm);b主动齿轮节点处的曲率半径(mm) ,直齿轮 ,z sinzr斜齿轮 ;2cosinzr从动齿轮节点处的曲率半径(mm) ,直齿轮 ,b sinbr斜齿轮 ;2cosinbr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2maxeT的许用接触应力 见表 4.1j表 4.1 变速器齿轮的许用接触应力 (MPa)j计算第一轴常啮合齿轮接触应力 jNzmTdFneg3581coscos2cos1ax1 b = = =24.5(mm)73.58.14cosin2zrm.5i2b齿 轮 液体碳氮共渗齿轮9501000常啮合齿轮和高挡齿轮一挡和倒挡齿轮 19002000渗 碳 齿 轮13001400 650700由公式 3-27 得: bzjFE1418.01.258.45.203.=759MPa j满足设计要求。计算第二轴一挡直齿轮接触应力 jNmzTdFeg 5102cos135.8coscs2o10ax1 b = = =24.5(mm)73.5 mzrz 78.2sinsi10b 3.ii9由公式 3-27 得: bzjFE1418.013.287.5.240.=1163.6MPa 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 3348HRC2、轴的设计计算2.1、轴的结构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。 中间轴分为旋转轴式和固定轴式。本设计的中间轴采用的是旋转轴式传动方案。倒挡轴采用固定轴式,倒挡轴上的齿轮采用联体齿轮,而高挡齿轮则分别用键固定在轴上,以便齿轮磨损后更换2.2、确定轴的尺寸变速器轴的确定和尺寸,主要依据结构布置上的要求并考虑加工工艺和装配工艺要求而定。在草图设计时,由齿轮、换挡部件的工作位置和尺寸可初步确定轴的长度。而轴的直径可参考同类汽车变速器轴的尺寸选定,也可由下列经验公式初步选定:第二轴和中间轴中部直径: mAd47105.)50.4.( 第一轴花键部分: TKde 285.36.43max式中 -发动机的最大扭矩, NmmaxeTK-经验系数,K=4.0 4.6为保证设计的合理性,轴的强度与刚度应有一定的协调关系。因此,轴的直径 d 与轴的长度 L 的关系可按下式选取:第一轴和中间轴: d/L=0.16 0.18;第二轴: d/L=0.18 0.21。前面算过,5 挡变速器壳体的轴向尺寸取 3A,则 L=315mm,中间轴两支撑间距离略小于变速器壳体的轴向尺寸 L,可近似取 L=310mm 进行计算。中间轴 d/L=47/310=0.150.16,过小了,将 d 取大一点,取 d=50mm,则d/L=0.16,满足设计要求。第二轴支撑间的距离通常由经验公式确定:=22=315224.5=266第二轴 d/L=0.19,满足设计要求。2.3、轴的强度验算(1)轴的刚度验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。初步确定轴的尺寸以后,可对轴进行刚度和强度验算。欲求中间轴式变速器第一轴的支点反作用力,必须先求第二轴的支反力。挡位不同,不仅圆周力、径向力和轴向力不同,而且力到支点的距离也有变化,所以应当对每个挡位都进行验算。验算时将轴看做链接支承的梁。作用在第一轴上的转矩应取 。轴的挠度和转角可按材料力学有关公式计算。计算时仅计算齿轮所在位置处轴的挠度和转角。第一轴常啮合齿轮副,因距离支承点近、负荷又小,通常挠度不大,故可不必计算。变速器齿轮在轴上的位置如图 2 所示时,若轴在垂直面内挠度为 ,在水平面内挠度为 和转角为 ,则可分别用下式计算 mfEILbaFfcc 10.5.321fIfss 2radEILabF02.3)(1全挠度 .2ffsc式中:齿轮齿宽中间平面上的径向力(N) ;1F齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N;)2弹性模量(MPa),EMPa;10.25E惯性矩(mm ),对于实心轴, ;I4 64/dI轴的直径,花键处按平均直径计算;d、 为齿轮上的作用力距支座 、 的距离(mm) ;abAB支座间的距离(mm) 。L对于中间轴常啮合齿轮:变速器轴向尺寸 L=315mm,取 a=29mm,则b=L-a=286mm NmzTdTFneer 2450.320tan58ta2costa21xmx1 zneet 65.coscs1axax2 NmzTdTFneea 29.3208sinsi2t1axmax 44.679/dI代入上式得: mfEILbaFf cc 10.5.028.321fIf ss 6.2 radradEILbaF02.08.3)(1 .74.2fffsc满足设计要求。一挡齿轮副中间轴上的齿轮:L=315mm,取 a=3 = (mm) ,2324.574b=L-a=241(mm ) NmzTdFegr 64075.3120tan48tan2costan10x1 zegt 7.102ax2NmzTdFega 8510.31202tan458tan2tn10x 44m.6793/dI代入上式得: fEILbaFfcc 10.5.03.21mfIf ss 92.32 radradEILbaF02.031.)(1 .97.2fffsc满足设计要求。(2)轴的强度验算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,而圆周力使轴在水平面内弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的支反力 Fc 和 Fs 之后,计算相应的弯矩 Mc,Ms。轴在转矩 Tn 和弯矩的共同作用下,其应力为: )MPa(32dWw式中: 22jcsTM计算转矩,Nmm; jT轴在计算断面处的直径,花键处取内径,mm;d弯曲截面系数,mm ;wW3在计算断面处轴的水平弯矩,Nmm;sM在计算断面处轴的垂向弯矩,Nmm;c许用应力 。MPa40变速器轴采用与齿轮相同的材料制作。对于本例支点 A 的水平面内和垂直面内支反力为: NLbFs 134685217602c 941maFMc75.362Ns.9Ten58.23maxmMncs 7.122PadWw38.9强度满足设计要求。汽车设计课程设计变速器设计中间轴式变速器概 述变速器的功用是根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求,改变发动机的扭矩和转速,使汽车具有适合的牵引力和速度,并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离,变速器具有倒挡和空挡。在有动力输出需要时,还应有功率输出装置。对变速器的主要要求是:1.应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时,根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求,选择合理的变速器挡数及传动比,来满足这一要求。2.工作可靠,操纵轻便。汽车在行驶过程中,变速器内不应有自动跳挡、乱挡、换挡冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度,提高行驶安全性,操纵轻便的要求日益显得重要,这可通过采用同步器和预选气动换挡或自动、半自动换挡来实现。3.重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材,采用合理的热处理,设计合适的齿形,提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。4.传动效率高。为减小齿轮的啮合损失,应有直接挡。提高零件的制造精度和安装质量,采用适当的润滑油都可以提高传动效率。5.噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数,提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。中间轴式五档变速器设计一、传动方案和零部件方案的确定作为一辆前置后轮驱动的货车,毫无疑问该选用中间轴式多挡机械式变速器。中间轴式变速器传动方案的共同特点如下:(1) 设有直接挡;(2) 1 挡有较大的传动比;(3) 挡位高的齿轮采用常啮合传动,挡位低的齿轮(1 挡)可以采用或不采用常啮合齿轮传动;(4) 除 1 挡外,其他挡位采用同步器或啮合套换挡;(5) 除直接挡外,其他挡位工作时的传动效率略低。(一) 传动方案初步确定(1)变速器第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体,第 2 轴前端经滚针轴承支撑在第 1 轴后端的孔内,且保持两轴轴线在同一条直线上,经啮合套将它们连接后可得到直接挡。挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动,1 挡采用滑动直齿齿轮传动。(2)倒挡利用率不高,而且都是在停车后再挂入倒挡,因此可以采用支持滑动齿轮作为换挡方式。倒挡齿轮采用联体齿轮,避免中间齿轮在最不利的正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作,提高寿命,并使倒挡传动比有所增加,倒挡的输出轴从动齿轮与 1 挡的输出轴从动齿轮相同。图 1 中间轴式五挡变速器传动方案 根据以上要求,选择图 1-a 方案作为本设计的中间轴式五挡变速器的传动方案。(二)零部件结构方案1齿轮形式齿轮形式有直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮。两者相比较,斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低的优点;缺点是制造工艺复杂,工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于抵挡和倒挡。2换挡机构形式此变速器换挡机构有直齿滑动齿轮和同步器换挡两种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换挡,会在轮齿端面产生冲击,齿轮端部磨损加剧并过早损坏,并伴有噪声,不宜用于高挡位。为简化机构,降低成本,此变速器 1 挡、倒挡采用此种方式。常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多,啮合套不会过早被损坏,但不能消除换挡冲击。目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。因此不适合用于本设计中的变速器,不采用啮合套换挡。使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声,得到广泛应用。虽然结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大,但为了降低驾驶员工作强度,降低操作难度,2 挡以上都采用同步器换挡。3变速器轴承变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。变速器第 1 轴、第 2 轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承,按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力,原则上由前或后轴承来承受都可以;但当在壳体前端面布置轴承盖有困难的时候,必须由后端轴承承受轴向力,前端采用圆柱滚子轴承承受径向力。滚针轴承、滑动轴套用于齿轮与轴不固定连接,有相对转动的地方,比如高挡区域同步器换挡的第 2 轴齿轮和第 2 轴的连接,由于滚针轴承滚动摩擦损失小,传动效率高,径向配合间隙小,定位及运转精度高,有利于齿轮啮合,在不影响齿轮结构的情况下,应尽量使用滚针轴承。二、主要参数的选择和计算目前,货车变速器采用 45 个挡或多挡,多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。因此挡位数大致在 45 个,需要通过计算传动比范围后最后确定。(一)先确定最小传动比传动系最小传动比可由变速器最小传动比 和主减速器传动比 的乘积来表 0示= 3-10通常变速器最小传动比 取决于传动系最小传动比 和主减速器传动比 , 0 0而根据汽车理论,汽车最高车速时变速器传动比最小,则根据公式=0.377 3-20式中: 为汽车行驶速度,km/h; n 为发动机转速,r/min; r 为车轮半径,m; 特指为最高挡传动比。可得=0.377 3-3 轻型车轮胎尺寸根据 GB/T2977-1977载重汽车轮胎系列可选用6.5R16LT,即轮胎的名义宽度为 6.5in,轮辋名义直径 16in,货车轮胎扁平率为90100,在此取 90,则轮胎滚动半径可以计算为:=(6.590%+16)25.41000 0.352()汽车给定的最大车速为 80km/h,发动机转速为 3403r/min,代入 3-3 式得=5.08另外,为了满足足够的动力性,还需要校核最高挡动力因数 。一般汽0车直接挡或最高挡动力因数取值范围如下表所示动力因数取值轻型货车 微型货车 轿车0.040.08 0.080.1 0.10.2本设计中取 =0.06,最小传动比与最高挡动力因数 有如下关系0 0= 3-40t 221.15式中: 为直接挡或最高挡时,发动机发出最大扭矩时的最大车速,km/h,此时可近似取 = 。其它参数见下表。参数说明t (N.m)最大转矩对应转速(r/min)空气阻力系数 迎风面积A(m2)(km/h)0.9 235.58 1640 0.8 3.51 80根据 3-4 式可得 =5.85.08,从满足最高挡动力因数兼顾燃油经济性,取传动系最小传动比为 =5.14。若按直接挡 =1,则 =5.14,该车采用 0单级主减速器,主减速器传动比 ,满足要求。i0 7(二)确定最大传动比确定传动系最大传动比,要考虑三方面问题,最大爬坡度或 1 挡最大动力因数 、附着力和汽车最低稳定车速。传动系的最大传动比通常是变速器 10挡传动比 与主减速器传动比 的乘积,即1 0= 3-510当汽车爬坡时车速很低,可以忽略空气阻力,汽车的最大驱动力应为= + 3-6各表达式展开为3-7t =cos+sin则 3-81( cos+sin) 0t各参数见下表计算参数表 t f 0 r(m) (kg) (N.m)0.9 0.02 5.14 0.352 4500 235.58 167(30%)代入 3-8 式计算可得 4.25 。11 挡传动比还应满足附着条件= 3-910t 对于后轮驱动汽车,最大附着力有如下公式= = = 3-10222式中: 为后轴质量, =65% ,取 =0.82 2 将式 3-10 代入式 3-9 求得=7.41120t取 =6。因此,变速器传动比范围是 16,传动系最大传动比1=30.84。(三)挡位数确定增加变速器挡位数能够改善汽车的动力性和经济性。挡位数越多,变速器的结构越复杂,使轮廓尺寸和质量加大,而且在使用时换挡频率也增高。在最低挡传动比不变的情况下,增加变速器的挡位数会使变速器相邻的低挡和高挡之间的传动比比值减小,使换挡工作容易进行。在确定汽车最大和最小传动比之后,应该确定中间各挡的传动比。实际上,汽车传动系各挡传动比大体上是按照等比级数分配的。此货车暂定挡位数为 5,则相邻挡位传动比的比值为Q= = =1.5651.84146.0一般挡数选择要求如下:1) 为了减小换挡难度,相邻挡位之间的传动比比值在 1.8 以下。2) 高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比抵挡相邻挡位之间的比值小。满足要求,确定挡位数为 5,则=6, = =3.83, = =2.45, =q=1.565, =1。为了满足要求 2)1 23 32 4 5各挡取值修正如下: =6, =3.7, =2.34, =1.51, =11 2 3 4 5(四)中心距 A对于中间轴式变速器,中间轴与第 2 轴之间的距离称为变速器中心距 A。变速器中心距是一个基本参数,对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、齿轮的接触强度都有影响。中心距越小,齿轮的接触应力越大,齿轮的寿命越短。因此,最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。初选中心距 A 时,可根据下面的经验公式计算A= 3-1131 式中: 比为 中心距系数, 货车为 8.69.6;为发动 机最大 转 矩, .; 1为变 速器 1挡传动传动效率,取 96%。; 为变 速器货车的变速器中心距在 80170mm 范围内变化。对于本轻型货车,可取=9.3,其余取值按照已有参数计算 3-11 式可得 A102.96mm。(五)外形尺寸设计货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关,5 挡为(2.73)A。当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时,应取给出范围的上限。本车 5 挡变速器壳体的轴向尺寸取 3A,取整得 L=309mm。(六)齿轮参数1模数的选取齿轮模数选取的一般原则如下1)为了减少噪声应合理减小模数,同时增加齿宽;2)为使质量小些,应该增加模数,同时减少齿宽;3)从工艺方面考虑,各挡齿轮应该选用同一种模数;4)从强度方面考虑,各挡齿轮应该选用不同模数;5)对于货车,减少质量比减小噪声更加重要,因此模数应该选得大一些;6)低挡齿轮选用大一些的模数,其他挡位选用另一种模数。微型货车( )变速器齿轮法向模数范围为 3.003.50,所选模数应该6符合国家标准的规定。优先选用第一系列的模数,尽量不选括号内的模数。遵照以上原则,1 挡直齿齿轮选用模数 m=3.5mm,其余挡位斜齿齿轮选=3.5mm。同步器与啮合套的结合齿多采用渐开线齿形,出于工艺性考虑,同一变速器中的结合齿模数相同,其选取范围为:乘用车和中型货车取 23.5。选取较小的模数可是齿数增多,有利于换挡,在此取 2.0。2压力角 压力角较小时,重合度较大,传动平稳,噪声较低;压力角较大时,可提高齿轮的抗弯强度和表面接触强度。对货车,为提高齿轮强度应选用 22.5或 25等大些的压力角。国家规定的标准压力角为 20,所以普遍采用的压力角为 20。啮合套或同步器的压力角有 20、25、30 等,普遍采用 30压力角。遵照国家规定取齿轮压力角为 20,啮合套或同步器压力角为 30。3螺旋角 齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、齿轮强度、轴向力有影响。选用大些的螺旋角时,可使齿轮啮合的重合度增加,因而平稳工作、噪声降低。从提高低挡齿轮的抗弯强度出发,以 1525为宜,从提高高挡齿轮的接触强度和重合度出发,应当选用大些的螺旋角。斜齿轮螺旋角选用范围为货车变速器是 1826。4齿宽 b齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有影响。选用较小的齿轮可以缩短变速器的轴向尺寸和减少质量,但齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点削弱,齿轮工作应力增加;选用较大的齿宽,工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜,使齿轮沿齿宽方向受力不均匀,并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数的大小来确定齿宽 b。直齿为 b= m, 为齿宽系数, 取为 4.58.0。斜齿为 b= , 取为 6.08.5。 啮合套或同步器接合齿的工作宽度初选时可选为 24mm。第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数 可取大些,使接触线长度增加,接触应力降低,以提高传动平稳性和齿轮寿命。因此,每挡主动轮齿宽系数 取 8,从动轮齿宽系数 取 7。 5齿轮变位系数的选择原则采用变位齿轮的原因为:配凑中心距;提高齿轮的强度和寿命;降低齿轮的啮合噪声。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度,使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标,故采用得较多。变位系数的选择原则如下。1)对于高挡齿轮,应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。2)对于低挡齿轮,为提高小齿轮的齿根强度,应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大小齿轮的变位系数。3)总变位系数越小,齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动,噪声要小一些。为了降低噪声,对于变速器中除去 1、2 挡以外的其他各挡齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下,随着挡位的降低,总变位系数应该逐挡增大。1、2 挡和倒挡齿轮应该选用较大的值。6齿顶高系数齿顶高系数取值为 1.0。7各挡齿轮齿数的分配(1)确定一挡齿轮齿数1 挡传动比= 3-111291101 挡采用直齿滑动齿轮传动= = + 3-12z2910其中模数 m=3.5,中心距 A=102.96mm,代入 3-12 式得 =58.83, 取整z 为 60,中间轴上 1 挡齿轮 的齿数应该尽量少些,以便使 的传动比大些,货10910车可在 1217 之间选取,因此取 =13,则 = - =47。8 7 8(2)修正中心距 AA=m /2=105(mm)z通过选用正角度变位系数,可以凑出新的中心距为 A=105mm。(3)确定常啮合齿轮副的齿数由式 3-11 可知= 3-13211109常啮合传动齿轮 、 中心距和 1 挡齿轮的中心距相等,即1 2A= 3-14(1+2)2cos2其中,常啮合齿轮 、 采用斜齿圆柱齿轮,模数 =3.5,初选螺旋角1 2 =26,代入 3-13 和 3-14,解得 20.3,取整得 =20,则 取整为 34。2 1 1 2根据所确定的齿数,修正螺旋角 =25.8。2本例 = =6.146 6,则齿数分配合适。129110(4)确定其他各挡齿轮的齿数1)2 挡齿轮齿数。2 挡采用直齿轮传动= 3-1578212A= 3-16(7+8)2将 =3.7 和 A=105 代入 3-15 和 3-16 可求得 =41.1, =18.9,分别取整为2 7 8=41, =19。根据所确定的齿数,核算传动比 =3.668 3.7,满足设计要求。7 8 22)3 挡齿轮齿数的计算。3 挡常啮合齿轮采用斜齿轮。计算如下:= 3-1756312A= 3-18(5+6)2cos6= 3-19tan2tan613+21+2其中 =2.34,初选螺旋角 =22,计算式 3-19 左右两端得3 6=1.496 13+21+2=1.21.496tan2tan6相差较大,尽量缩小差距,取 =18,已是极限,代入计算,得6=1.49,相差不大,满足基本要求。tan2tan6将 =18代入 3-17 和 3-18 可求得 =33, =24。根据所确定的齿数,核6 5 6算传动比 =2.338 2.34,满足设计要求。3按式 3-18 算出精确的螺旋角 =18.2。63)4 挡常啮合齿轮为斜齿轮= 3-2034412A= 3-21(3+4)2cos4= 3-22tan2tan414+21+2其中 =1.51,初选螺旋角 =22,计算式 3-22 左右两端得4 4=1.185 =1.214+21+2 tan2tan4相差不大,满足基本要求。将 =22代入 3-20 和 3-21 可求得 =26, =29。根据所确定的齿数,核4 3 4算传动比 =1.524 1.51,满足设计要求。4 =按式 3-21 算出精确的螺旋角 =25.8。44)5 挡为直接挡。(5)确定倒挡齿轮齿数及中心距倒挡选用的模数与 1 挡齿轮相同,中间轴上倒挡齿轮 的齿数已经确定为1114,倒挡轴上的倒挡齿轮 一般在 2133 之间选取。12初选 =23,m=3.5 ,则中间轴与倒挡轴的中心距为12A= =64.75(mm)(11+12)2倒挡齿轮 与 1 挡齿轮 啮合,初选 =21,则可计算倒挡轴与第 2 轴的13 9 13中心距为A= =119(mm)(13+9)2=212911113=6.25因此,变速器所有挡位的传动比确定如下:=6.146 =3.6681 2=2.338 =1.5243 4=1 =6.255 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 :w3-23btyKFf1式中: 弯曲应力(MPa) ;w圆周力(N) , ; 为计算载荷(Nmm) ; 为节圆直tFdTFg21d径(mm) ;应力集中系数, 取 =1.65;KK摩擦力影响系数,主动齿轮 =1.1,从动齿轮 =0.9;f f fK齿宽(mm);b端面齿距, ;t mt齿形系数, =0.2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-zd23 后得3-24cfgwzKmT32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gT maxeT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g maxe到 1 挡的值,前面已经得出 =235580Nmm,代入下式maxeT12axzeg得 =400486 NmmgT由公式 3-24 得:cfgwKzmT1032=24004861.651.13.53138.50.2=488.37MPa w满足设计要求。(2)三挡斜齿轮弯曲应力 :w3-25KbtF1弯曲应力(MPa) ;w圆周力(N) , ; 为计算载荷(Nmm) ; 为节圆直tFdTFg21d径(mm) ;coszmdn斜齿轮螺旋角( ), =18.2;应力集中系数, =1.50;KK齿宽(mm);b法向齿距, ;t nmt齿形系数, =0.165重合度影响系数, =2.0。KK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:3-26KmzTngw3cos2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gT maxeT曲应力在 100250MPa。由公式 3-26 得: KmzTcngw36os2=2235580cos18.21.5243.530.16582= 72.5MPa w满足设计要求。1.2 轮齿接触应力3-27bzjFE1418.0式中:轮齿的接触应力(MPa) ;j齿面上的法向力(N) , ; 为圆周力;Fcos1F1F斜齿轮螺旋角( );齿轮材料的弹性模量(MPa), E MPaE510.2齿轮接触的实际宽度(mm);b主动齿轮节点处的曲率半径(mm) ,直齿轮 ,z sinzr斜齿轮 ;2cosinzr从动齿轮节点处的曲率半径(mm) ,直齿轮 ,b sinbr斜齿轮 ;2cosinbr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2maxeT的许用接触应力 见表 4.1j表 4.1 变速器齿轮的许用接触应力 (MPa)j计算第一轴常啮合齿轮接触应力 jNzmTdFneg3581coscos2cos1ax1 b = = =24.5(mm)73.58.14cosin2zrm.5i2b齿 轮 液体碳氮共渗齿轮9501000常啮合齿轮和高挡齿轮一挡和倒挡齿轮 19002000渗 碳 齿 轮13001400 650700由公式 3-27 得: bzjFE1418.01.258.45.203.=759MPa j满足设计要求。计算第二轴一挡直齿轮接触应力 jNmzTdFeg 5102cos135.8coscs2o10ax1 b = = =24.5(mm)73.5 mzrz 78.2sinsi10b 3.ii9由公式 3-27 得: bzjFE1418.013.287.5.240.=1163.6MPa 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 3348HRC2、轴的设计计算2.1、轴的结构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。 中间轴分为旋转轴式和固定轴式。本设计的中间轴采用的是旋转轴式传动方案。倒挡轴采用固定轴式,倒挡轴上的齿轮采用联体齿轮,而高挡齿轮则分别用键固定在轴上,以便齿轮磨损后更换2.2、确定轴的尺寸变速器轴的确定和尺寸,主要依据结构布置上的要求并考虑加工工艺和装配工艺要求而定。在草图设计时,由齿轮、换挡部件的工作位置和尺寸可初步确定轴的长度。而轴的直径可参考同类汽车变速器轴的尺寸选定,也可由下列经验公式初步选定:第二轴和中间轴中部直径: mAd47105.)50.4.( 第一轴花键部分: TKde 285.36.43max式中 -发动机的最大扭矩, NmmaxeTK-经验系数,K=4.0 4.6为保证设计的合理性,轴的强度与刚度应有一定的协调关系。因此,轴的直径 d 与轴的长度 L 的关系可按下式选取:第一轴和中间轴: d/L=0.16 0.18;第二轴: d/L=0.18 0.21。前面算过,5 挡变速器壳体的轴向尺寸取 3A,则 L=315mm,中间轴两支撑间距离略小于变速器壳体的轴向尺寸 L,可近似取 L=310mm 进行计算。中间轴 d/L=47/310=0.150.16,过小了,将 d 取大一点,取 d=50mm,则d/L=0.16,满足设计要求。第二轴支撑间的距离通常由经验公式确定:=22=315224.5=266第二轴 d/L=0.19,满足设计要求。2.3、轴的强度验算(1)轴的刚度验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。初步确定轴的尺寸以后,可对轴进行刚度和强度验算。欲求中间轴式变速器第一轴的支点反作用力,必须先求第二轴的支反力。挡位不同,不仅圆周力、径向力和轴向力不同,而且力到支点的距离也有变化,所以应当对每个挡位都进行验算。验算时将轴看做链接支承的梁。作用在第一轴上的转矩应取 。轴的挠度和转角可按材料力学有关公式计算。计算时仅计算齿轮所在位置处轴的挠度和转角。第一轴常啮合齿轮副,因距离支承点近、负荷又小,通常挠度不大,故可不必计算。变速器齿轮在轴上的位置如图 2 所示时,若轴在垂直面内挠度为 ,在水平面内挠度为 和转角为 ,则可分别用下式计算 mfEILbaFfcc 10.5.321fIfss 2radEILabF02.3)(1全挠度 .2ffsc式中:齿轮齿宽中间平面上的径向力(N) ;1F齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N;)2弹性模量(MPa),EMPa;10.25E惯性矩(mm ),对于实心轴, ;I4 64/dI轴的直径,花键处按平均直径计算;d、 为齿轮上的作用力距支座 、 的距离(mm) ;abAB支座间的距离(mm) 。L对于中间轴常啮合齿轮:变速器轴向尺寸 L=315mm,取 a=29mm,则b=L-a=286mm NmzTdTFneer 2450.320tan58ta2costa21xmx1 zneet 65.coscs1axax2 NmzTdTFneea 29.3208sinsi2t1axmax 44.679/dI代入上式得: mfEILbaFf cc 10.5.028.321fIf ss 6.2 radradEILbaF02.08.3)(1 .74.2fffsc满足设计要求。一挡齿轮副中间轴上的齿轮:L=315mm,取 a=3 = (mm) ,2324.574b=L-a=241(mm ) NmzTdFegr 64075.3120tan48tan2costan10x1 zegt 7.102ax2NmzTdFega 8510.31202tan458tan2tn10x 44m.6793/dI代入上式得: fEILbaFfcc 10.5.03.21mfIf ss 92.32 radradEILbaF02.031.)(1 .97.2fffsc满足设计要求。(2)轴的强度验算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,而圆周力使轴在水平面内弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的支反力 Fc 和 Fs 之后,计算相应的弯矩 Mc,Ms。轴在转矩 Tn 和弯矩的共同作用下,其应力为: )MPa(32dWw式中: 22jcsTM计算转矩,Nmm; jT轴在计算断面处的直径,花键处取内径,mm;d弯曲截面系数,mm ;wW3在计算断面处轴的水平弯矩,Nmm;sM在计算断面处轴的垂向弯矩,Nmm;c许用应力 。MPa40变速器轴采用与齿轮相同的材料制作。对于本例支点 A 的水平面内和垂直面内支反力为: NLbFs 134685217602c 941maFMc75.362Ns.9Ten58.23maxmMncs 7.122PadWw38.9强度满足设计要求。
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