車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)4低速載貨車變速器的齒輪設(shè)計(jì)

蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 低速載貨車變速器的齒輪設(shè)計(jì) 目錄 第一章 前言 第二章 低速載貨汽車主要參數(shù)的確定 2.1 質(zhì)量參數(shù)的確定 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 2.3 車速的確定 第三章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)方案的確定 3.1.1 兩軸式 3.1.2 三軸式 3.1.3 液力機(jī)械式 3.1.4 確定方案 3.2 零部件的結(jié)構(gòu)分析 3.3 基本參數(shù)的確定 3.3.1 變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比 3.3.2 中心距 3.3.3 變速器的軸向尺寸 3.3.4 齒輪參數(shù) 3.3.5 各檔齒輪齒數(shù)的分配 3.4 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 幾何尺寸計(jì)算 3.4.2 齒輪的材料及熱處理 3.4.3 齒輪的彎曲強(qiáng)度 3.4.4 齒輪的接觸強(qiáng)度 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 1 第一章 前言 低速載貨汽車是一種特殊的貨車 ,特殊在于它以前叫 農(nóng)用運(yùn)輸車， GB7258-20041將“四輪農(nóng)用運(yùn)輸車”更名為“低速貨車”，明確“農(nóng)用運(yùn)輸車”實(shí)質(zhì)上是汽車的一類。 GB18320-20012規(guī)定以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，中小噸位、中低速度，從事道路運(yùn)輸?shù)臋C(jī)動(dòng)車輛，包括三輪農(nóng)用運(yùn)輸車和四輪農(nóng)用運(yùn)輸車等，但不包括輪式拖拉機(jī)車組、手扶拖拉機(jī)車組和手扶變型運(yùn) 輸機(jī)。農(nóng)用運(yùn)輸車最高設(shè)計(jì)車速不大于 70km/h，最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不大于 4500kg，長小于 6m、寬不大于 2m和高不大于 2.5m。 我國農(nóng)用運(yùn)輸車誕生于 20世紀(jì) 80年代初。我國農(nóng)村運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是運(yùn)量小、運(yùn)距短、貨物分散、道路條件差。由于同噸位的柴油車較汽油車運(yùn)載能力強(qiáng)，燃油價(jià)格低，且柴油保管無須特殊設(shè)備，又為廣大農(nóng)民所熟悉，所以，農(nóng)用運(yùn)輸車均選用柴油機(jī)為動(dòng)力。農(nóng)用運(yùn)輸車的載質(zhì)量一般不超過 1.5t。當(dāng)前四輪農(nóng)用運(yùn)輸車載質(zhì)量分為 4個(gè)等級(jí)，包括 1.5t、 1.0t、 O.75t和 0.5t級(jí)。 在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，以適 應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同要求的需要。 本次設(shè)計(jì)的課題為低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì)，該課題來源于結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際。 本次課題研究的主要內(nèi)容是： a.參與汽車的總體設(shè)計(jì)； b.變速器結(jié)構(gòu)型式分析和主要參數(shù)的確定； c.變速器中齒輪部分的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)于變速器的設(shè)計(jì)，首先選擇合適的變速器確定其檔位數(shù)，接著對(duì)工況進(jìn)行分析，擬訂變速器的各檔位的傳動(dòng)比和中心距，然后計(jì)算出齒輪參數(shù)以選擇合適的齒輪并且對(duì)其進(jìn)行校核，接著是初選變速器軸與軸承并且完成對(duì)軸和軸承的 校核，最終完成了變速器的零件圖和裝配圖的繪制。我的說明書主要介紹齒輪的設(shè)計(jì)，所以對(duì)變速器的軸承的設(shè)計(jì)和選擇沒做具體分析 。 本課題所設(shè)計(jì)出的變速器可以解決如下問題： a.正確選擇變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性； b.設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行駛； c.操縱簡單、方便、迅速、省力； d.傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； e.體小、質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； f.制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； g.貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 2 第二章 低速載貨汽車 主要參數(shù)的確定 2.1 質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車的 整備質(zhì)量利用系數(shù)0m ： 00 mm em （ 2-1） 式中 em 汽車的載質(zhì)量； 0m 整車 整備質(zhì)量。 表 2-1 貨車的質(zhì)量系數(shù)om 參數(shù) 車型 總質(zhì)量 tma/0m 貨 車 1.8am 6.0 0.80 1.10 6.0am 14.0 1.20 1.35 am 14.0 1.30 1.70 裝柴油機(jī)的貨車為 0.80 1.00。 汽車總質(zhì)量am： 商用貨車的總質(zhì)量 ma由整備質(zhì)量 m0、載質(zhì)量 me和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部分組成，即 kgnmmm ea 651 （ 2-2） 式中， 1n 為包括駕駛員及隨行人員數(shù)在內(nèi)的人數(shù)，應(yīng)等于座位數(shù)。 此低速載貨汽車是柴油機(jī)，查表 2-1得 質(zhì)量利用系數(shù)為 0.80 1.10，其 載質(zhì)量 是em =1.5 103kg, 由公式 （ 2-1）得： 0.18.0 1 5 0 000 mm ma =1500 1875kg 因?yàn)榇塑囋O(shè)計(jì)為單排室 ,所以 1n =2,由公式 （ 2-2）得 : kgnmmm ea 6510 =（ 1500 1875） +1500+2 65 =3130 3505kg 本課題選用 ma=3500kg。 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 3 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 根據(jù)現(xiàn)在低速載貨汽車選用發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，參照 2815系列 四輪農(nóng)用運(yùn)輸車， 針對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)選用達(dá)到歐排放標(biāo)準(zhǔn)的 YD480柴油機(jī)。 表 2-2 YD480 柴油機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號(hào) YD480 干式 氣缸套型式 直噴式 行程 （ mm） 90 缸心距 100 1小時(shí)功率 /轉(zhuǎn)速 （ kW/r/min） 29/3000 外特性最低燃油消耗率 （ g/kW h） 250.2 最大扭矩 （ Nm ） 104 壓縮比 18 排量 （ L） 1.809 噴油壓力 （ kPa） 22 0.5 外形尺寸 （ 長寬高 ） mm mm mm 687 494 628 凈質(zhì)量 （ kg） 195 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 4 2.3 車速的確定 3m a xm a xm a x 7 6 1 4 03 6 0 01 VACVgfmP DaTe （ 2-3） 式中 maxeP 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率， kW； T 傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，對(duì)單級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋的 4 2式汽車取 T 0.9； am 汽車總質(zhì)量， kg； g 重力加速度， m s2； f 滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)載貨汽車取 0.02，對(duì)礦用自卸汽車取 0.03，對(duì)轎車等高速車輛需考慮車速影響并取 f 0.0165+0.0001（ Va-50） ； maxV 最高車速， km h； CD 空氣阻力系數(shù)，轎車取 0.4 0.6，客車取 0.6 0.7，貨車取 0.8 1.0 A 汽車正面投影面積，若無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距 B1、汽車總高 H、汽車總寬 B等尺寸近似計(jì)算： 對(duì)轎車 A 0.78BH， 對(duì)載貨汽車 A B1 H。 由公式 （ 2-3）得： 3m a xm a xm a x 7 6 1 4 03 6 0 01 VACVgfmP DaTe 3m axm ax 76140 59.03600 02.08.935009.0 129 VV 算出 Vmax 62.3km/h, 因?yàn)榈退佥d貨汽車 最高設(shè)計(jì)車速不大于 70km/h，所以該車滿足要求。 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 5 第三章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)方案的確定 低速載貨汽車變速器一般選用機(jī)械式變速器，它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。有軸線固定式變速器（普通齒輪變速器）和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器（行星齒輪變速器）兩種。采用這種變速器的低速載貨汽車通常有 3 5個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔。 最近幾年液力機(jī)械變速器和機(jī)械式無級(jí)變速器在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛 5,根據(jù)目前廣泛使用變速器的種類，以及應(yīng)用的范圍，初步擬定三種設(shè)計(jì)方案。 3.1.1 兩軸 式 兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高。兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪 （ 直齒圓柱齒輪 ） 外，其他檔位均采用常嚙合齒輪 （ 斜齒圓柱齒輪 ） 傳動(dòng) ,但兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損。這種結(jié)構(gòu) 適用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)的轎車和微、輕型貨車上，其特點(diǎn)是輸入軸和輸出軸平行，無中間軸。 3.1.2 三軸式 三軸式變速器的第一軸常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩因此，直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小 , 其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距 （ 影響變速器尺寸的重要參數(shù) ） 較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，但除了直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低，適用于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)的布置形式。 3.1.3 液力機(jī)械式 由液力變矩器和齒 輪式有級(jí)變速器組成 ,其特點(diǎn)是傳動(dòng)比可在最大值和最小值之間的幾個(gè)間斷范圍內(nèi)作無級(jí)變化，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，傳動(dòng)效率低。 3.1.4 確定方案 由于低速載貨汽車一般是傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)的布置形式，同時(shí)考慮到制造成本以及便于用戶維護(hù)等因素，再結(jié)合變速器的特點(diǎn)和任務(wù)書的要求，現(xiàn)選用三軸式變速器（見圖 3-1）。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 6 圖 3-1 三軸式變速器 與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒檔，故多數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式倒檔。變速器的一檔或倒檔因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力也增大，并導(dǎo)致變 速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，一檔與倒檔，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，本課題采用如下方案（見圖 3-2）。 圖 3-2 倒檔布置 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 7 3.2 零部件的結(jié)構(gòu)分析 a.齒輪型式 考慮到本課題采用三軸式變速器，而且該型只有一對(duì)常嚙合齒輪副，沒有采用同步器換檔，故選用直齒圓柱齒輪用來換檔。 b.軸的結(jié)構(gòu)分析 6 變速器軸在工作時(shí)承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，軸的明顯變形將影 響齒輪正常嚙合，產(chǎn)生較大的噪聲，降低使用壽命。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強(qiáng)度與剛度外，還應(yīng)考慮齒輪、軸承等的安裝、固定，它與加工工藝也有密切關(guān)系。 第一軸通常與齒輪做成一體，其長度決定于離合器總成的軸向尺寸。第一軸的花健尺寸與離合器從動(dòng)盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮，目前一般都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵，鍵齒之間為動(dòng)配合。 第二軸制成階梯式的以便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，也是需要的。漸開線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，但定位性能好，承載能力大，且鍵齒高較小使小徑相應(yīng)增大，可增強(qiáng)軸的剛度。當(dāng)一檔、倒檔采用滑動(dòng) 齒輪掛檔時(shí)，第二軸的相應(yīng)花鍵則采用矩形花鍵及動(dòng)配合，這時(shí)不僅要求磨削定心的外徑，一般也要磨削鍵齒側(cè)，而矩形花鍵的齒側(cè)磨削要比漸開線花鍵容易。 變速器中間軸分為旋轉(zhuǎn)式及固定式兩種。 旋轉(zhuǎn)式中間軸支承在前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承上。其上的一檔齒輪常與軸做成一體，而高檔齒輪則用鍵或過盈配合與軸連接以便于更換。 固定式中間軸為僅起支承作用的光軸，與殼體呈輕壓配合并用鎖片等作軸向定位。剛度主要由支承于其上的連體齒輪 （ 寶塔齒輪 ） 的結(jié)構(gòu)保證。僅用于當(dāng)殼體上無足夠位置設(shè)置滾動(dòng)軸承和軸承蓋時(shí)。 c.軸承型式 6 變速器多采用滾動(dòng)軸承 ，即向心球軸承、向心短圓柱滾子軸承、滾針軸承以及圓錐滾子軸承。通常是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)選定，再驗(yàn)算其壽命。 第一軸前軸承（安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪內(nèi)腔中）采用向心球軸承：后軸承為外圈帶止動(dòng)槽的向心球軸承，因?yàn)樗粌H受徑向負(fù)荷而且承受向外的軸向負(fù)荷。為便于第一軸的拆裝，后軸承的座孔直徑應(yīng)大于第一軸齒輪的齒頂圓直徑。 第二軸前端多采用滾針軸承或短圓柱滾子軸承；后端采用帶止動(dòng)槽的單列向心球軸承，因?yàn)樗惨惺芟蛲獾妮S向力。某些轎車往往在加長的第二軸后端設(shè)置輔助支承，并選擇向心球軸承。 旋轉(zhuǎn)式中間軸前端多采用向心短圓柱滾子軸 承，此軸承不承受軸向力，因?yàn)樵谠撎幉贾幂S承蓋困難；后軸承為帶止動(dòng)槽的向心球軸承。中間軸的軸向力應(yīng)力求相互抵銷，未抵銷部分由后軸承承受。中間軸軸承的徑向尺寸常受中心距尺寸限制，故有時(shí)采用無內(nèi)圈的短圓柱滾子軸承。 固定式中間軸采用滾針軸承或圓柱滾子軸承支承著連體齒輪（塔輪，寶塔齒輪）。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 8 3.3 基本參數(shù)的確定 3.3.1 變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比 不同類型汽車的變速器，其檔位數(shù)也不盡相同。轎車變速器傳動(dòng)比變化范圍較?。s為 3 4），過去常用 3個(gè)或 4個(gè)前進(jìn)檔，但近年來為了提高其動(dòng)力性尤其是燃料經(jīng)濟(jì)性，多已采用 5 個(gè)前進(jìn)檔。輕型貨車變速器的傳動(dòng)比變化范圍約為 5 6，其他貨車為 7以上，其中總質(zhì)量在 3.5t以下者多用四檔變速器，為了降低油耗亦趨向于增加 1個(gè)超速檔；總質(zhì)量為 3.5 l0t多用五檔變速器；大于 l0t的多用 6個(gè)前進(jìn)檔或更多的檔位。 選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。 a.根據(jù)汽車最大爬坡度確定 汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有： m a xm a xm a x0m a x )s i nc o s( mgfmgr iiTrtg e （ 3-1） 則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動(dòng)比為： temaxrg iTmgri0max （ 3-2） 式中 m 汽車總質(zhì)量； g 重力加速度； f 道路阻力系數(shù)； max 道路最大阻力系數(shù)； max 最大爬坡要求； r 驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑； maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 0i 主減速比； t 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。 主減速比 i0的確定： ghaprivnrim a x0 )472.0377.0(（ 3-3） 式中 rr 車輪的滾動(dòng)半徑， m； np 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min； igh 變速器最高檔傳動(dòng)比； vamax 最高車速， km/h。 本課題變 速器 igh=1，一般貨車的最大爬坡度約為 30%7，即ma x=16.7， f=0.02 由公式（ 3-3）得： 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 9 3.62425.0)472.0377.0( m ax0prghapr nrivnri 由公式（ 3-2）得： max=0.02cos16.7 +sin16.7 =0.306 48.59.03000425.0104 3.62306.08.935000m a x tem a xrg iTm g rib.根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件確定 變速器檔傳動(dòng)比為： terg iT rGi 0max2（ 3-4） 式中 2G 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷； 道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 =0.5 0.6。 因?yàn)樨涇?4 2后輪單胎滿載時(shí)后軸的軸荷分配范圍為 60% 68%4，所以 G2=3500 9.8 68 =23324N 由公式（ 3-3）和公式（ 3-4）得： 31.71 1 9 3 4 0 3.626.0233240m a x2 terg iT rGi 綜合 a和 b條件得： 5.48 ig 7.31，取 ig =（ 5.48+7.31） /2 6.40 變速器的檔傳動(dòng)比應(yīng)根據(jù)上述條件確定。變速器的最高檔一般為直接檔，有時(shí)用超速檔。中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為1 1 n gng iiq（其中 n 為檔位數(shù)）的幾何級(jí)數(shù)排列。 因?yàn)?875.1140.631 1 ngng iiq ，所以 ig =q=1.875, ig = ig q=3.516 實(shí)際上與理論值略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。 在變速器結(jié)構(gòu)方案、檔位數(shù)和傳動(dòng)比確定后，即可進(jìn)行其他基本參數(shù)的選擇與計(jì)算。 3.3.2 中心距 中心距對(duì)變速 器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。三軸式變速器的中心距 A（ mm）可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選 6： 3 maxA TKA （ 3-5） 式中 AK 中心距系數(shù)。對(duì)轎車取 8.9 9.3；對(duì)貨車取 8.6 9.6；對(duì)多檔主變速低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 10 器，取 9.5 11； maxT 變速器處于檔時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，gge iTT m axm ax ； （ 3-6） maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， Nm； gi 變速器的檔傳動(dòng)比； g 變速器的傳動(dòng)效率，取 0.96。 由公式（ 3-6）得： gge iTT m axm ax =104 6.4 0.96=638.976Nm 由公式 （ 3-5） 得 : 686.8207.74976.638)6.96.8( 33 m a x TKA A mm 初選中心距也可以由發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出 4： 3 maxeAe TKA （ 3-7） 式中 AeK 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩直接求中心距時(shí)的中心距系數(shù)，對(duì)轎車取 14.516.0，對(duì)貨車取 17.0 19.5。 由公式 （ 3-7） 得 : 7.9195.79104)5.190.17( 33 m a x TKA eAe mm 商用車變速器的中心距約在 80 170mm 范圍內(nèi)變化 ,初選 A=100mm 3.3.3 變速器的軸向尺寸 變速器的軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式、換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系，設(shè)計(jì)初可根據(jù)中心距 A的尺寸參用下列關(guān)系初選。 貨車變速 器殼體的軸向尺寸 6： 四檔 （ 2.4 2.8） A 五檔 （ 2.7 3.0） A 六檔 （ 3.2 3.5） A 初選軸向尺寸 :（ 2.4 2.8） A=（ 2.4 2.8） 100=240 280mm 變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定 8。 3.3.4 齒輪參數(shù) a.齒輪模數(shù) 4 齒輪模數(shù)由輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所決定。選擇模數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時(shí)將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對(duì)轎車很重要，而對(duì)載 貨汽車則應(yīng)重視減小質(zhì)量。 根據(jù)圓柱齒輪強(qiáng)度的簡化計(jì)算方法，可列出齒輪模數(shù) m與彎曲應(yīng)力w之間有如下關(guān)系： 直齒輪模數(shù) 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 11 3 2wcfjyzKKKTm （ 3-8） 式中 jT 計(jì)算載荷， Nmm； K 應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取 1.65； fK 摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取 1.1，被動(dòng)齒輪取 0.9； z 齒輪齒數(shù)； cK 齒寬系數(shù)，直齒齒輪取 4.4 7.0； y 齒形系數(shù)，見圖 3-3。齒高系數(shù) f 相同、節(jié)點(diǎn)處壓力角不同時(shí)：205.14 79.0 yy ，205.17 89.0 yy ，205.22 1.1 yy ，2025 23.1 yy ；壓力角相同、齒高系數(shù)為 0.8時(shí)，18.0 14.1 ff yy； w 輪 齒 彎 曲 應(yīng) 力 ， 當(dāng)maxej TT 時(shí) ， 直 齒 齒 輪 的 許 用 應(yīng) 力850400 w MPa。 圖 3-3 齒形系數(shù) y（ 當(dāng)載荷作用在齒頂 , =20 ,f0=1.0） 根據(jù)參考同類車型，初選第一軸的軸齒輪的齒數(shù) z=17，查圖 3-3 得 y=0.12。 由公式（ 3-8）得： 333 )850400(12.04.41714.3 1.165.11010422 yzK KKTmwcfj 2.5 3.22 從輪齒應(yīng)力的合理性及強(qiáng)度考慮 ,每對(duì)齒輪應(yīng)有各自的模數(shù) ,但出于工藝考慮，模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng) 一 ,多采用折衷方案。表 3-1給出了汽車變速器齒輪模數(shù)范圍。 表 3-1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) mn 車型 微型、輕型轎車 中級(jí)轎車 中型貨車 重型汽車 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 12 mn 2.25 2.75 2.75 3 3.50 4.5 4.50 6 設(shè)計(jì)時(shí)所選模數(shù)應(yīng)符合國標(biāo) GB1357-78規(guī)定（表 3-2）并滿足強(qiáng)度要求。 表 3-2 汽車變速器常用齒輪模數(shù)（ mm） 1 1.25 1.5 - 2 - 2.5 - 3 - - - 1.75 - 2.25 - 2.75 - - - - 4 - 5 - 6 - 3.25 3.5 3.75 - 4.5 - 5.5 - 3.25 由表 3-1和表 3-2并且參照同類車型選取 m=3.5。 b.齒形、壓力角和螺旋角 3 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角和螺旋角按下表取值。 表 3-3 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角和螺旋角 項(xiàng)目 車型 齒形 壓力角（度） 螺旋角（度） 轎車 高齒并修形 14.5、 15、 16、16.5 25 45 一般貨車 標(biāo)準(zhǔn)齒輪GB1356-78 20 20 30 重型車 標(biāo)準(zhǔn)齒輪GB1356-78 低檔、倒檔 22.5、25 小螺旋角 齒形壓力角較小時(shí)，重合度較大，并降低了輪齒剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)的動(dòng)載荷，使傳動(dòng)平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。試驗(yàn)證明對(duì)于直齒輪壓力角為 28時(shí)強(qiáng)度最高，超過28強(qiáng)度增加不多；實(shí)際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為 20。本課題的所有齒輪選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪。 c.齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又要保證齒輪強(qiáng)度和工作平穩(wěn)性。通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來確定齒寬 b4： ncmKb（ 3-9） 式中 cK 齒寬系數(shù)，直齒齒輪取 4.4 7.0，斜齒輪取 7.0 8.6； nm 法面模數(shù)。 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 由公式（ 3-9）得： b=（ 4.4 7.0） 3.5=15.4 24.5mm,可以確定各擋的齒輪的齒寬。 常嚙合齒輪副：中間軸上的齒輪 b=16mm,第一軸軸齒輪 b=18mm； 檔： 中間軸上齒輪 b=21mm,對(duì)應(yīng)的一檔齒輪 b=21mm； 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 13 檔：中間軸上齒輪 b=19mm, 對(duì)應(yīng)的二檔齒輪 b=19mm； 檔：中間軸上齒輪 b=21mm, 對(duì)應(yīng)的三檔齒輪 b=21mm； 倒檔： b=21mm,b=19mm。 d.齒頂高系數(shù) 在齒輪加工精度提高以后，短齒制齒輪不再被使用，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒輪的齒頂高系數(shù) f0 1.0，為一般汽車變速器齒輪所采用?，F(xiàn)代轎車變速器多采用齒頂高系數(shù)大于 1 的“高齒齒輪” （ 或相對(duì)于短齒齒輪而言而稱為長齒齒輪 ） ，因?yàn)樗粌H可使重合度增大，而且在強(qiáng)度、噪聲、動(dòng)載荷和振動(dòng)等方面均 比正常齒高的齒輪有顯著改善，但存在相對(duì)滑動(dòng)速度大、易發(fā)生輪齒根切或齒頂變尖（齒頂厚小于0.3m ）等問題 3。本課題的齒頂高系數(shù) f0 1.0。 3.3.5 各檔齒輪齒數(shù)的分配 在初選變速器的檔位數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、軸向尺寸及齒輪模數(shù)和螺旋角并繪出變速器的結(jié)構(gòu)方案簡圖后，即可對(duì)各檔齒輪的齒數(shù)進(jìn)行分配。 12345678910圖 3-4 本課題變速器結(jié)構(gòu)簡圖 a.確定檔齒輪的齒數(shù) 已知檔傳動(dòng)比gi，且 8172 zz zzig （ 3-10） 為了確定 z7、 z8的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和 z ： 直齒齒輪： mAz 2（ 3-11） 先取齒數(shù)和為整數(shù)，然后分配給 z7、 z8。為了使 z7/z8盡量大一些，應(yīng)將 z8取得盡量小一些，這樣，在 ig 已定的條件下 z2/z1的傳動(dòng)比可小些，以使第一軸常嚙合齒輪可分配到較多齒數(shù)，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承。 z8的最少齒數(shù)受到中間軸低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 14 軸徑的限制，因此 z8 的選定應(yīng)與中間軸軸徑的確定統(tǒng)一考慮。貨車變速器中間軸的檔直齒輪的最小齒數(shù)為 12 14，選擇齒輪的齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意最好不使相配齒輪的齒數(shù)和為偶數(shù)，以減小大、小齒輪的齒數(shù)間有共約數(shù)的機(jī)會(huì)，否則會(huì)引起齒面的不均勻磨損。 由公式（ 3-11）得： 14.575.3 1 0 022 mAz 取 z =60，考慮到上述條件以及選用了標(biāo)準(zhǔn)齒輪（齒數(shù)不要小于 17），故取 z8=17，得出 z7=60-17=43。 b.修正中心距 A 若計(jì)算所得的 z7、 z8不 是整數(shù)，則取為整數(shù)后需按該式反算中心距 A，修正后的中心距則是各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 由公式（ 3-11）得： A=（ 3.5 60） /2=105mm c.確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù) 7812 zzizz g（ 3-12） 確定了 z7、 z8后由公式（ 3-11）和（ 3-12）聯(lián)立方程求解 z1、 z2 605.310522)(53.243174.6217812mAzzzzizzg , 故 z1=17 ； z2=43 d.確定其他檔位的齒輪齒數(shù) 檔齒輪副： 6152 zz zzig （ 3-13） 由公式（ 3-11）和（ 3-13）聯(lián)立方程求解 z5、 z6。 因?yàn)?ig = ig q=3.516 ，所以先試湊 z5、 z6。 試湊出 z5=33、 z6=27，此時(shí) ig =3.09。 檔齒輪副： 4132 zz zzig （ 3-14） 由公式（ 3-11）和（ 3-14）聯(lián)立方程求解 z5、 z6。 因?yàn)?ig =q=1.875 ，所以先試湊 z3、 z4。 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 15 605.310522174343434132mAzzzzzzzzig 試湊出 z3=24、 z4=36，此時(shí) ig =1.69。 e.確定倒檔齒輪副的齒數(shù) 通常檔與倒檔選用同一模數(shù)，且通常倒檔齒輪齒數(shù) z10=21 23。則中間軸與倒檔軸之間的中心距為： 2/)( 108 zzmA （ 3-15） 初選 z10=22,由公式（ 3-15）得 : 25.682/)2217(5.32/)( 108 zzmA mm 為了避免干涉，齒輪 8與齒輪 9的齒頂圓之間應(yīng)有不小于 0.5mm 的間隙，則 : 5.02/2/ 98 Add aa （ 3-16） 由公式（ 3-16）得 : 69125.35.31725.68212 89 aa dAd mm d9=da9-2ha=69-2 3.5=62mm 根據(jù) d9選擇齒數(shù)，取 z9=17。 最后計(jì)算倒檔與第二軸的中心距： 2/)( 97 zzmA （ 3-17） 由公式（ 3-17）得 : 1052/17435.32/)( 97 ）（zzmA mm 171717 432243981 7102 zzz zzzi g 倒檔 8.28 綜合上述計(jì)算修正一下各檔的傳動(dòng)比 （ 見下表 ） 。 表 3-4 各檔速比 檔位 倒檔 速比 6.40:1 3.09:1 1.69:1 1:1 8.28:1 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 16 3.4 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 幾何尺寸計(jì)算 10 常嚙合齒輪副： Z1=17 d=mz=3.5 17=59.5 da=d+2ha=59.25+2 3.5=66.5 df=d-2hf=59.5-2 3.5 1.25=50.75 Z1=43 d=mz=3.5 43=150.5 da=d+2ha=150.5+2 3.5=157.5 df=d-2hf=150.5-2 3.5 1.25=141.75 檔齒輪副： Z8=17 d=mz=3.5 17=59.5 da=d+2ha=59.25+2 3.5=66.5 df=d-2hf=59.5-2 3.5 1.25=50.75 Z7=43 d=mz=3.5 43=150.5 da=d+2ha=150.5+2 3.5=157.5 df=d-2hf=150.5-2 3.5 1.25=141.75 檔齒輪副： Z6=27 d=mz=3.5 27=94.5 da=d+2ha=94.5+2 3.5=101.5 df=d-2hf=94.5-2 3.5 1.25=85.75 Z5=33 d=mz=3.5 33=115.5 da=d+2ha=115.5+2 3.5=122.5 df=d-2hf=115.5-2 3.5 1.25=106.75 檔齒輪副： Z4=36 d=mz=3.5 36=126 da=d+2ha=126+2 3.5=133 df=d-2hf=126-2 3.5 1.25=117.25 Z3=24 d=mz=3.5 24=84 da=d+2ha=84+2 3.5=91 df=d-2hf=84-2 3.5 1.25=75.25 倒檔齒輪： Z10=22 d=mz=3.5 22=77 da=d+2ha=77+2 3.5=84 df=d-2hf=77-2 3.5 1.25=68.25 Z9=17 d=mz=3.5 17=59.5 da=d+2ha=59.25+2 3.5=66.5 df=d-2hf=59.5-2 3.5 1.25=50.75 見圖 3-4（單位： mm）。 3.4.2 齒輪的材料及熱處理 現(xiàn)代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造 ,使輪齒表層的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合 ,以大大提高其接觸強(qiáng)度 ,彎曲強(qiáng)度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮到其機(jī)械加工性能及制造成本 6， 9。 國產(chǎn)汽車變速器齒輪的常用材料是 20CrMnTi,也有采用 20Mn2TiB,20MnVB 的 。這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶粒。為消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火。變速器齒輪輪齒表面滲碳深度的推薦值如下 4： mn 3.5 滲碳深度 0.8 1.2mm 3.5 mn 5 滲碳深度 0.9 1.3mm mn 5 滲碳深度 1.0 1.6mm 滲碳齒輪在淬火、回火后，要求輪齒的表面硬度為 HRC58 63，心部硬度為HRC33 48。 本課題變速器齒輪選用材料是 20CrMnTi。 3.4.3 齒輪的彎曲強(qiáng)度 4 直齒齒輪彎曲應(yīng)力w： 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 17 yzKmKKTcfjw32 （ 3-18） 式中 jT 計(jì)算載荷， Nmm； K 應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取 1.65； fK 摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取 1.1，被動(dòng)齒輪取 0.9； m 齒輪模數(shù)； z 齒輪齒數(shù)； cK 齒寬系數(shù)，直齒齒輪取 4.4 7.0； y 齒形系數(shù)，見圖 3-3。齒高系數(shù) f 相同、節(jié)點(diǎn)處壓力角不同時(shí)：205.14 79.0 yy ，205.17 89.0 yy ，205.22 1.1 yy ，2025 23.1 yy ；壓力角相同、齒高系數(shù)為 0.8時(shí)，18.0 14.1 ff yy； w 輪齒彎曲 應(yīng) 力 ， 當(dāng)maxej TT 時(shí) ， 直 齒 齒 輪 的 許 用 應(yīng) 力850400 w MPa。 因?yàn)樵撟兯倨魉械凝X輪采用同一種材料，所以當(dāng)校核時(shí)只要校核受力最大和危險(xiǎn)的檔位齒輪。故分別計(jì)算檔、倒檔齒輪的彎曲強(qiáng)度。 a.檔齒輪副：主動(dòng)齒輪 z8=17,從動(dòng)齒輪 z7=43 檔主動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi12=104 43/17 263.06Nm 由公式 （ 3-18） 得 : 主動(dòng)齒輪 z8的彎曲強(qiáng)度 ： MP ayzKm KKTcfjw 2.7907.49612.0)74.4(175.314.3 10001.165.106.2632233 檔從動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷 Tj=Temaxig =104 6.40=665.6 Nm 從動(dòng)齒輪 z7的彎曲強(qiáng)度： MP ayzKm KKTcfjw 75.64653.40612.0)74.4(435.314.3 10009.065.16.6652233 b.倒檔齒輪副 :因?yàn)榈箼n齒輪相當(dāng)于一個(gè)惰輪 ,所以主動(dòng)齒輪是 Z8=17，從動(dòng)齒輪是 Z10=22。通過惰輪后主動(dòng)齒輪是 Z9=17，從動(dòng)輪是 Z7=43。 惰輪的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi12i810=104（ 43/17）（ 22/17） 340.43Nm 通過惰輪前， Z10=22的彎曲強(qiáng)度由公式 （ 3-18） 得 : MP ayzKm KKTcfjw 54.64640.40612.0)74.4(225.314.3 10009.065.143.3402233 通過惰輪后主動(dòng)輪是 Z9=17，從動(dòng)輪是 Z7=43。 Z9的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi12i810=104（ 43/17）（ 22/17） 340.43Nm MP ayzKm KKTcfjw 63.102279.64212.0)74.4(175.314.310001.165.143.3402233 Z7的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi 倒檔 =104 8.28=861.12 Nm 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 18 MP ayzKm KKTcfjw 73.83694.52512.0)74.4(435.314.310009.065.112.8612233 以上的齒輪副都滿足 彎曲強(qiáng)度的要求。 3.4.4 齒輪的接觸強(qiáng)度 4 齒輪的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算： )11(418.021 bFEj（ 3-19） 式中 F 法向內(nèi)基圓周切向力即齒面法向 力， N； coscos tFF （ 3-20） Ft 端面內(nèi)分度圓切向力即圓周力， N； dTF jt2 （ 3-21） Tj 計(jì)算載荷， N mm； d 節(jié)圓直徑， mm； 節(jié)點(diǎn)處壓力角； 螺旋角； E 齒輪材料的彈性模量，鋼取 2.1 105MPa； b 齒輪接觸的實(shí)際寬度，斜齒齒輪為 b/cos 代替， mm； 21, 主、被動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑， mm；直齒齒輪： sin11 r ， sin22 r ；斜齒齒輪： 211 co s/sinr ， 222 co s/sinr ； r1， r2 分別為主、被動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑， mm。 當(dāng)計(jì)算載荷為max5.0 ej TT 許用接觸應(yīng)力見表 3-5。 表 3-5 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 齒輪 j /MPa 滲碳齒輪 氰化齒輪 一檔及倒檔 1900 2000 950 1000 常嚙合及高檔 1300 1400 650 700 常嚙合齒輪副：當(dāng)計(jì)算載荷為max5.0 ej TT =0.5 104=52Nm, 由公式 （ 3-21） 和 （ 3-20） 得 : NdTF jt 9.17475.317 10005222 NFFt 01.186020c o s 9.1747c o sc o s 蘇州職業(yè)大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 2006 19 2.102/)20s in5.317(s in11 r mm 7.252/)20s in5.343(s in22 r mm 由公式 （ 3-19） 得 : M P abFEj 40.764)7.25