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ⅠⅠ四驅(qū)巴哈賽車(chē)分動(dòng)箱設(shè)計(jì)
摘 要的扭矩ANSYS軟件對(duì)殼體進(jìn)行了仿真分析,確定殼體應(yīng)力應(yīng)變情況。關(guān)鍵詞:分動(dòng)箱;巴哈賽車(chē);齒輪傳動(dòng);校核全套圖紙加V信153893706或扣3346389411ⅡⅡAbstractBajaracingcarsoftenneedtorunonbadroadsandroads.Theroadconditionsareextremelybad,whichrequiresanincreasethenumberofdrivingwheelsoftheInordertodistributetheoutputpowertoeachdriveaxle,atransferboxrequired.articleconsidersthepracticalapplicationoftheBaharacingcars,adoptsthetransfercaseintegratedwiththemainreducer,savesspace,choosesatorquedistributionratioof50:50,andperformsdesignworkbasedontheBaharacingcarsdesignrequirements.Thedesignprocessofthetransfercaseexplained,suchastheselectionofthetransmissionscheme,thedeterminationofthemainreductionratio,thedesigncheckoftheparallelshafttransmissiongear,thedesignandcheckofthebevelgear,theshaftdesignandcheck,andtheselectionandcheckofotherparts,TheANSYSsoftwarewasusedtosimulateandanalyzetheshelltodeterminethestressandstrainoftheshell.KeyWords:Transfercase;Baharacingcars;geartransmission;check目錄第1章緒論11.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2目的和意義21.3設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、目標(biāo)2第2章分動(dòng)箱主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算32.1設(shè)計(jì)所需巴哈賽車(chē)性能參數(shù)32.2整車(chē)總傳動(dòng)比和減速器傳動(dòng)比范圍的確定32.3分動(dòng)箱傳動(dòng)方案的確定42.4本章小結(jié)5第3章平行軸傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算63.1齒輪材料的選取63.2齒輪強(qiáng)度計(jì)算63.3本章小結(jié)10第4章錐齒輪的設(shè)計(jì)及校核114.1錐齒輪類(lèi)型的選擇114.2錐齒輪基本參數(shù)的設(shè)計(jì)114.3錐齒輪的強(qiáng)度校核144.4本章小結(jié)15第5章軸的設(shè)計(jì)及校核165.1中間軸的設(shè)計(jì)和校核165.2輸入軸的設(shè)計(jì)215.3輸出軸的設(shè)計(jì)225.4本章小結(jié)23第6章軸承的選擇和校核246.1輸入軸軸承的校核246.2中間軸軸承的校核256.3輸出軸軸承的校核266.4本章小結(jié)26第7章分動(dòng)箱殼體的設(shè)計(jì)287.1殼體尺寸的設(shè)計(jì)287.2殼體有限元仿真287.3本章小結(jié)29結(jié)論33致謝34參考文獻(xiàn)35PAGEPAGE37第1章緒論器感應(yīng)駕駛環(huán)境,根據(jù)駕駛環(huán)境的變化進(jìn)行判斷是否采用四輪驅(qū)動(dòng),并且最后由電腦芯片實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)與四驅(qū)兩種模式的切換。CS35X5GLE201926129[1];郭立書(shū)等人提出了能夠根[2]MOD[3];劉豫徽等人研究了帶有差速器的分動(dòng)箱特性,及其對(duì)車(chē)輛性能的影響[4];俞志平在有限元分析和臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)[5]GiulioPanzani;HowonSeoNasri組成,用以分別驅(qū)動(dòng)前后驅(qū)動(dòng)輪,突破了傳統(tǒng)的分動(dòng)器限制[8],可以令其分別運(yùn)動(dòng),大大縮減轉(zhuǎn)彎半徑,實(shí)現(xiàn)原地掉頭等,是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)新方向,在這個(gè)領(lǐng)域比較著名的是protean輪轂電機(jī)公司。基本內(nèi)容1.通過(guò)查閱有關(guān)分動(dòng)箱及巴哈賽車(chē)的文獻(xiàn),了解分動(dòng)箱的結(jié)構(gòu),原理和特點(diǎn),以及巴哈賽車(chē)的背景和行駛工況。2.進(jìn)行巴哈賽車(chē)分動(dòng)箱的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì),傳動(dòng)比的選擇計(jì)算。3.進(jìn)行傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算,例如平行軸傳動(dòng)齒輪和錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算,在齒輪設(shè)計(jì)完畢的基礎(chǔ)上對(duì)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。4.進(jìn)行分動(dòng)箱附件的選擇和校核,設(shè)計(jì)殼體并且對(duì)其進(jìn)行有限元分析。5.繪制部分零件圖和總體的裝配圖6.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠適配現(xiàn)有巴哈賽車(chē),且可以完成高低檔主減速比的切換,以及完成四驅(qū)和后驅(qū)模式的切換的分動(dòng)箱,要求各傳動(dòng)部件安排合理,散熱均勻。第2章分動(dòng)箱主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算分動(dòng)箱是屬于傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分,本次設(shè)計(jì)的分動(dòng)箱兼容了主減速器的功能,動(dòng)力傳遞路線為發(fā)動(dòng)機(jī)→CVT變速箱→分動(dòng)箱→(差速器)→半軸→車(chē)輪。需要完成切換主減速比的功能。設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要數(shù)據(jù)如下表2.1。表2.1巴哈賽車(chē)基本參數(shù)表參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值單位發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩22N·m最高車(chē)速70km/h車(chē)輪直徑558.40mm發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速3600rpm發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速3060rpm整備質(zhì)量177kgCVT最大傳動(dòng)比2.6CVT最小傳動(dòng)比0.68對(duì)于整車(chē)傳動(dòng)比范圍的確定,首先根據(jù)理論計(jì)算確定整車(chē)最大傳動(dòng)比和最小傳動(dòng)比,再計(jì)算得到減速器傳動(dòng)比的理論范圍值。先確定整車(chē)的最大傳動(dòng)比30(57.7%2.1: ????????????·????≥????????????
??????
≥????(??????????+????????)·?? (2.1)??????????(其中220.15)代入計(jì)算出整車(chē)最大傳動(dòng)比34.22≥????????≥23.19。再確定整車(chē)最小傳動(dòng)比,當(dāng)達(dá)到最高車(chē)速的時(shí)候,車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于行駛阻力,根據(jù)公式2.2: Gφ≥??????????≥??+??
=??????+????????2(2.2)?? ??
21.15(其中??????0.15??0.75,A為迎風(fēng)面積0.948??2,u為行駛車(chē)速70km/h)代入計(jì)算得出????????≥8.13(附著條件)由于巴哈賽車(chē)需要在復(fù)雜的路況下行駛,采用雙速主減速器設(shè)計(jì),增加行駛的檔位。CVT1。2.3。 ??=??0???? (2.3)(其中??0為主減速傳動(dòng)比,????為變速器傳動(dòng)比)代入計(jì)算得出,低速級(jí)13.162≥??0≥8.919,高速級(jí)??0≥8.13。擬取低速級(jí)主減速比為13,高速級(jí)主減速比為9。2.1圖2.1分動(dòng)箱傳動(dòng)示意圖1-輸入軸高速擋小齒輪;2-輸入軸低速擋小齒輪;3-中間軸高速擋大齒輪;4-中間軸低速擋大齒輪;5-中間軸二級(jí)減速齒輪;6-接合套;7-小錐齒輪;8-大錐齒輪;9-輸出軸大齒輪動(dòng)力由輸入軸開(kāi)始輸入,由接合套6選擇動(dòng)力傳輸路線,圖中接合套6向左接合則為選擇高速擋的主減速比,動(dòng)力經(jīng)由輸入軸高速擋小齒輪1傳遞到中間軸高速擋大齒輪3至中間軸,若向右接合則為選擇低速擋的主減速比,動(dòng)力經(jīng)由輸入軸低速擋小齒輪2傳遞到中間軸低速擋大齒輪4至中間軸。中間軸分別將動(dòng)力傳輸?shù)角昂髽颍徊糠謩?dòng)力經(jīng)小錐齒785輸出軸大齒輪9處,傳遞到后橋輸出軸。通過(guò)巴哈賽車(chē)的設(shè)計(jì)要求,計(jì)算出了巴哈賽車(chē)所需要的主減速器傳動(dòng)比范圍,確定了本次設(shè)計(jì)中的動(dòng)力傳遞路線,為下一章的平行軸圓柱齒輪的計(jì)算提供了基礎(chǔ)。 第3章平行軸傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算在本次分動(dòng)箱設(shè)計(jì)中,平行軸圓柱齒輪包括了輸入軸,中間軸及輸出軸上安裝的圓柱齒輪,承擔(dān)了主減速器部分的功用,達(dá)到減速增扭的目的。圓柱齒輪類(lèi)型的選擇方面,采用斜齒圓柱齒輪,優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn),且承載力高,適合應(yīng)用在巴哈賽車(chē)這種大載荷,面臨路況極差的場(chǎng)合。齒輪傳動(dòng)失效主要是齒輪的斷裂和齒面失效。因此,用理想的齒輪材料制作的齒輪應(yīng)具有表面硬度高、核心韌性好等特點(diǎn)。鋼具有良好的韌性和抗沖擊性。經(jīng)過(guò)熱處理或化學(xué)處理后,可以提高齒面硬度,從而提高齒輪的接觸強(qiáng)度和耐磨性,故適合用于做齒輪。HBW≤3504540Cr2,45355MPa,40Cr785MPa。由于巴哈40Cr7~8一般標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)在148°~20°5~10mm。91.6,2.37,由于齒輪齒數(shù)為整數(shù),取23,55,2.393.67,擬取21,773.59,17,大齒輪613.1。表3.1齒輪齒數(shù)表齒輪名齒數(shù)傳動(dòng)比高速擋小齒輪1232.39高速擋大齒輪255低速擋小齒輪3173.59低速擋大齒輪461二級(jí)減速小齒輪5213.67二級(jí)減速大齒輪6773.1 ??≥3·(????????????????)2??+1 (3.1)1 √????
[??]?? ??汽車(chē)在行駛過(guò)程中減速器收到的最大扭矩由車(chē)輪端的滾動(dòng)摩擦力????提供,????=??·??=348.39??。各個(gè)齒輪受到的轉(zhuǎn)矩如下??6
=
×??=97.201N·m;
=
=
=??6=??326.485N·m;??=??2=11.082??·??;??=??4=7.378??·??。1 ??1 3 ??2取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=3060rpm,齒寬系數(shù)????=0.6,齒輪精度等級(jí)為8級(jí)時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。以下根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度依次計(jì)算各個(gè)齒輪副的模數(shù)。(1)二級(jí)減速齒輪的理論模數(shù)計(jì)算,具體計(jì)算過(guò)程如下:1.載荷系數(shù)????=1.4;2.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩??5=26.485??·??;3.材料系數(shù)????=189.8√??????;4.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)????=2.45;5.重合度??=[1.88?3.2(1+1)]????????=1.67;??
??66.重合度系數(shù)????
=√4?????=0.763;37.螺旋角系數(shù)????=0.99;根據(jù)圖3.1中的疲勞強(qiáng)度和硬度關(guān)系曲線,確定接觸疲勞極限圖3.1相關(guān)處理后的各類(lèi)鋼接觸疲勞強(qiáng)度可得大小齒輪的接觸疲勞極限分別為??????????5=750??????,??????????6=750??????。2200163.2 ??=60??1????? (3.2)N=5.88×108查表可得接觸疲勞壽命系數(shù):??????5=0.94,??????6=0.97取安全系數(shù)????=1.53.3計(jì)算許用接觸應(yīng)力:
]=??????×?????????? (3.3)????代入計(jì)算可得大小齒輪的許用接觸應(yīng)力:[????5]=470MPa,[????6]=485MPa取接觸應(yīng)力[????]=470MPa。將數(shù)據(jù)代入式3.1中,??5≥44.464mm。查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得如下參數(shù):1.使用系數(shù)????=1;2.動(dòng)載系數(shù)????=1;3.螺旋線載荷分布系數(shù)??????=1.2;4.齒向載荷分配系數(shù)????=1.2;載荷系數(shù)K=????×????×??????×????=1.44。矯正分度圓直徑??
′≥??3??=44.88????。5 5√??5 5√理論法向模數(shù)????
=??5′=1.96。??5(2)計(jì)算低速擋齒輪的二級(jí)減速齒輪的理論模數(shù)計(jì)算,具體計(jì)算過(guò)程如下:1.載荷系數(shù)????=1.4;2.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩??3=7.378??·??;3.材料系數(shù)????=189.8√??????;4.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)????=2.45;5.重合度??=[1.88?3.2(1+1)]????????=1.603;??
??66.重合度系數(shù)????
=√4?????=0.774;37.螺旋角系數(shù)????=0.99;根據(jù)圖3.1中的疲勞強(qiáng)度和硬度關(guān)系曲線,確定接觸疲勞極限可得大小齒輪的接觸疲勞極限分別為??????????3=750??????,??????????4=750??????。2200163.2N=5.88×108查表可得接觸疲勞壽命系數(shù):??????3=0.94,??????4=0.97取安全系數(shù)????=1.5按式3.3計(jì)算許用接觸應(yīng)力,代入計(jì)算可得大小齒輪的許用接觸應(yīng)力:[????3]=470MPa,[????4]=485MPa取接觸應(yīng)力[????]=470MPa。將數(shù)據(jù)代入式3.1中,??3≥29.358mm。查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得如下參數(shù):1.使用系數(shù)????=1;2.動(dòng)載系數(shù)????=1;3.螺旋線載荷分布系數(shù)??????=1.2;4.齒向載荷分配系數(shù)????=1.2;載荷系數(shù)K=????×????×??????×????=1.44。矯正分度圓直徑??
′≥??3??=29.635????。3 3√??3 3√理論法向模數(shù)????
=??3′=1.74。??3(3)計(jì)算高速擋齒輪的二級(jí)減速齒輪的理論模數(shù)計(jì)算,具體計(jì)算過(guò)程如下:1.載荷系數(shù)????=1.4;2.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩??1=11.082??·??;3.材料系數(shù)????=189.8√??????;4.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)????=2.45;5.重合度??=[1.88?3.2(1+1)]????????=1.646;??
??26.重合度系數(shù)????
=√4?????=0.767;37.螺旋角系數(shù)????=0.99;根據(jù)圖3.1中的疲勞強(qiáng)度和硬度關(guān)系曲線,確定接觸疲勞極限可得大小齒輪的接觸疲勞極限分別為??????????1=750??????,??????????2=750??????。2200163.2N=5.88×108查表可得接觸疲勞壽命系數(shù):??????1=0.94,??????2=0.97取安全系數(shù)????=1.5按式3.3計(jì)算許用接觸應(yīng)力,代入計(jì)算可得大小齒輪的許用接觸應(yīng)力:[????1]=470MPa,[????2]=485MPa取接觸應(yīng)力[????]=470MPa。3.1??1≥33.422mm。查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得如下參數(shù):1.使用系數(shù)1;2.動(dòng)載系數(shù)????=1;3.螺旋線載荷分布系數(shù)??????=1.2;4.齒向載荷分配系數(shù)????=1.2;載荷系數(shù)K=????×????×??????×????=1.44。矯正分度圓直徑??′≥??3??=33.738????。1 1理論法向模數(shù)????
=??1′=1.467。??1根據(jù)理論計(jì)算,以及選擇標(biāo)準(zhǔn)模式,考慮低高擋的中心距應(yīng)該相同,取模數(shù)均為2。各個(gè)齒輪的參數(shù)表如表3.2。表3.2齒輪參數(shù)表齒輪1齒輪2齒輪3齒輪4齒輪5齒輪6齒數(shù)235517612177模數(shù)2傳動(dòng)比i2.393.593.67分度圓直徑d/mm47.179112.82134.872125.12842.857157.143齒根圓直徑df/mm42.179107.82129.872120.12837.875152.143齒頂圓直徑da/mm51.179116.82138.872129.12846.857161.143中心距a/mm8080100cosβ0.9750.9750.980螺旋角β/°12°50′18″12°50′18″11°28′40″3.3本章小結(jié)本章首先根據(jù)第二章中確定的主減速器傳動(dòng)比范圍,初步選擇了各個(gè)齒輪副材料、傳動(dòng)比以及各個(gè)齒輪的的齒數(shù),之后根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度公式,結(jié)合齒輪實(shí)際的工作環(huán)境,確定分度圓的最小直徑,初步計(jì)算法向模數(shù),而后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表選擇模數(shù)。計(jì)算中心距并將之圓整,最后確定了齒輪的螺旋角,為了之后正交軸傳動(dòng)齒輪和軸的設(shè)計(jì)和校核提供了基礎(chǔ)。 第4章錐齒輪的設(shè)計(jì)及校核分動(dòng)箱需要將動(dòng)力分別傳輸?shù)角昂筝S,其中不可避免地設(shè)計(jì)到動(dòng)力傳輸方向的改變,本次設(shè)計(jì)采用了正交軸傳動(dòng)齒輪改變動(dòng)力傳遞方向,使用了錐齒輪將動(dòng)力從分動(dòng)箱的中間軸引出到前橋輸出軸。2.13600rpm,經(jīng)由變速器和主減速的一級(jí)減速之后,n=1474.68rpm(低)/2215.11rpm(高)首先選擇錐齒輪的材料和精度等級(jí),材料選擇45鋼淬火處理。小齒輪的齒面硬度為220BS220HBS<250HBS<350HBS,7然后選擇錐齒輪的旋向,一般情況下,主動(dòng)錐齒輪為左旋,被動(dòng)輪為右旋,這樣可以保證大小齒輪傳動(dòng)時(shí)具有相互推開(kāi)的軸向力,避免齒輪承載過(guò)熱咬合。3.2i=3.67。圖4.1為錐齒輪的參數(shù)圖解,以下為錐齒輪各參數(shù)的選擇計(jì)算:圖4.1錐齒輪參數(shù)圖解1.齒數(shù)比u=??2=??1=??=3.67;??1 ??22.齒形角選擇標(biāo)準(zhǔn)齒形角α=20°;??3.齒頂高系數(shù)??=0.85;??4.頂隙系數(shù)???=0.188;5.大端端面模數(shù)由類(lèi)比法確定,取m=4.5;6.齒數(shù)的計(jì)算,根據(jù)式4.1確定最少齒數(shù):???????? 2 ?? ?? =2???????????????????????? 2 ??????????式中????為標(biāo)準(zhǔn)螺旋角,取????=35°,分錐角??的計(jì)算公式4.2如下: tan??=??1=1 (4.2)1 ??2 ??代入傳動(dòng)比計(jì)算得到分錐角??的正切值,通過(guò)反三角函數(shù)計(jì)算得到??1=??????????????1=15.1°。相互嚙合的正交錐齒輪的分錐角互余,則??2=90°-??1=74.9°。將計(jì)算出的分錐角代入式4.1中,得到??1≥7.7。結(jié)合圖4.2,選擇小弧齒錐齒輪的齒數(shù)。選擇??1=12,所以??2=??×??1=44;圖4.2弧齒錐齒輪小輪齒數(shù)(????=35°)7.分度圓直徑公式4.3如下: d=???? (4.3)計(jì)算得??1=54mm,??2=198mm;8.R4.4 R=??1=??2 (4.4)代入計(jì)算得R=103.65mm;
2????????1
2????????29.齒寬b的計(jì)算公式4.5,4.6如下: ??=????×?? (4.5) ??=10?? (4.6)取兩者中的較小值,即式4.5的結(jié)果b=31.095mm;10.x4.7,4.8 ??1
=0.39×(1?1) (4.7)??2 ??2=???1 (4.8)計(jì)算得??1=0.36,??2=-0.36;11.齒頂高???4.9?? ???=(??+x)×m (4.9)代入計(jì)算得???1=5.445????,???2=2.205????;??12.齒高h(yuǎn)的計(jì)算公式4.10如下:?? h=(2??+???)×?? (4.10)??計(jì)算結(jié)果h=8.496mm;13.齒根高???計(jì)算公式4.11如下: ?? (4.11)計(jì)算結(jié)果=3.051mm,???2=2.205mm;14.齒頂圓直徑????計(jì)算公式4.12如下: ????=??+2?????????δ (4.12)計(jì)算結(jié)果????1=64.506????,????2=199.149????;15.齒根角????計(jì)算公式4.13如下:
=??? (4.13)??計(jì)算結(jié)果????1=1.69°,????2=3.47°;16.齒頂角????和齒根角????相同,故????1=1.69°,????2=3.47°;17.頂錐角????計(jì)算公式4.14如下: =δ+???? (4.14)計(jì)算結(jié)果????1=16.79°,????2=78.37°;18.外錐高????計(jì)算公式4.15如下: ????=?????????????????????? (4.15)計(jì)算結(jié)果????1=98.565????????2=24.872????;19.重合度????計(jì)算公式4.16如下: ????=??(????1+????2) (4.16)式中的????1和????2可通過(guò)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)獲取,????1=0.96,????2=0.54;20.齒線重合度????,因b/R=0.3,查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得????=1.85;21.總重合度????計(jì)算公式4.17如下: ????=√????2+????2 (4.17)代入計(jì)算得????=2.134。錐齒輪的危險(xiǎn)工況應(yīng)該是在低速擋傳動(dòng)的時(shí)候,扭矩較大,以下按照低速擋進(jìn)行強(qiáng)度校核。輪齒齒根彎曲應(yīng)力校核扭矩計(jì)算,由輪邊開(kāi)始計(jì)算扭矩大小,需要滿足驅(qū)動(dòng)附著條件????≤??·??,此時(shí)輪邊扭矩和錐齒輪大齒輪的扭矩相同。代入計(jì)算得??2=113.40??·??。輪齒齒根彎曲應(yīng)力校核公式4.18如下: ??
=????????×1
×?????????? (4.18)??
????
??????公式4.18中各值的取值和計(jì)算如下:1.輪副所傳遞的切向載荷????由公式4.19確定 ??
==(4.19)??計(jì)算結(jié)果????=1145.45??;
??1
??22.過(guò)載系數(shù)????的選取,錐齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)工況為輕微振動(dòng),查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得,????=1.3;3.動(dòng)載系數(shù)????的選取,本次設(shè)計(jì)的錐齒輪屬于分齒精度較高的類(lèi)型,查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得,????=1;4.尺寸系數(shù)????根據(jù)錐齒輪的模數(shù)確定,錐齒輪的模數(shù)m=4.5,查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得????=0.65;5.載荷分布系數(shù)??????由安裝軸的支承方式以及應(yīng)用范圍確定,差得??????=1.10;6.刀盤(pán)系數(shù)????的計(jì)算公式4.20如下: 計(jì)算結(jié)果=0.946;
0.2788=0.2111(0.5??0)??????????????+0.7899 (4.20)???0.5??7.JJ=0.236;將上述數(shù)值代入公式4.18中,得到????=34.08??????;以下進(jìn)行齒根許用應(yīng)力的計(jì)算,計(jì)算公式4.21如下: ??′ =?????????????? (4.21)????????公式4.21中各值的取值和計(jì)算如下:
??????????????1.許用彎曲應(yīng)力由齒輪的材料和熱處理方式確定,查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得,取為??????????=93.16??????;2.壽命系數(shù)????由可靠度決定,取????=1;3.溫度系數(shù)????一般取1;4.安全系數(shù)??????????選擇失效率1%,??????????=1;????????將上述數(shù)值代入公式4.21中,??′ =93.16??????。????????????????進(jìn)行數(shù)值的比較:????=34.08MPa<??′ =93.16??????。滿足輪齒齒根彎曲應(yīng)力校核。????????齒面接觸應(yīng)力校核齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式4.22如下: ??
=??
√×1
×??????????????×3
(4.22)??
????2 ??
√??1??公式4.22中各值的取值和計(jì)算如下:1.彈性系數(shù)????由嚙合齒輪的材料決定,本次設(shè)計(jì)的錐齒輪均為鋼制,故取????=189.8;2.小輪的最大扭矩??1??采用齒面彎曲應(yīng)力校核時(shí)的計(jì)算結(jié)果,??1??=416.178??·??;3.小輪的工作扭矩??1??取為最大扭矩的80%;4.表面狀態(tài)系數(shù)????可取為1;5.載荷分布系數(shù)??????與齒面彎曲應(yīng)力校核時(shí)的取值相同,??????=1.1;6.接觸強(qiáng)度幾何系數(shù)??在齒形角、螺旋角和軸夾角相同時(shí),可由兩嚙合齒輪的齒數(shù)決定,取I=0.122;將上述數(shù)值代入公式4.22中,計(jì)算結(jié)果????=1827.66Mpa。以下進(jìn)行工作應(yīng)力的計(jì)算,公式4.23如下: ??′ =?????????????????? (4.23)式中各個(gè)數(shù)值的取值如下:
????????
??????????????1.許用接觸應(yīng)力??????????由齒輪的材料和熱處理方式?jīng)Q定,取??????????=1314Mpa;2.硬度比系數(shù)????取1;3.壽命系數(shù)????按設(shè)計(jì)壽命選取,取得????=1.4;4.溫度系數(shù)????與彎曲應(yīng)力校核時(shí)相同,取????=1;5.安全系數(shù)??????????按失效率1%選取,取??????????=1;綜上,將上述數(shù)值代入公式4.23中,計(jì)算得??′ =1839.6Mpa。進(jìn)行數(shù)值的比較=1827.66MPa<??′ =1839.6Mpa,滿足齒面接觸強(qiáng)度要求。4.4本章小結(jié)本章以平行軸圓柱齒輪設(shè)計(jì)中確定的傳動(dòng)比為基礎(chǔ),要求滿足前后輪轉(zhuǎn)速基本相同,故錐齒輪的傳動(dòng)比應(yīng)該和平行軸圓柱齒輪設(shè)計(jì)中的二級(jí)齒輪減速比大致相同,再根據(jù)不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)來(lái)確定小錐齒輪的齒數(shù),最后根據(jù)負(fù)載情況,進(jìn)行校核齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度,為了軸的設(shè)計(jì)和校核做了前期準(zhǔn)備。第5章軸的設(shè)計(jì)及校核本次設(shè)計(jì)中,中間軸上的受力最為復(fù)雜,裝配的零件數(shù)也最多,所以以中間軸為設(shè)3440Cr中間軸的尺寸設(shè)計(jì)在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前,先按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算轉(zhuǎn)軸的最小直徑,最小直徑計(jì)算公式5.1如下: ??
3?? (5.1)??????≥??√??PP=7.35KW;n1000rpm。AA=100。代入計(jì)算得????????≥19.44????,考慮到最小軸徑處的齒輪裝配問(wèn)題,采用鍵連接,故將最小直徑增大至105%。則????????≥20.42????。取????????=30????。根據(jù)裝配的需求進(jìn)行軸草圖的繪制,草圖5.1如下。圖5.1中間軸草圖最小直徑處為??9段,為錐齒輪安裝段,??7=30mm,??9=30mm。??1和??8為軸承裝配處,試選擇7007AC號(hào)軸承,??1=??6=35mm,d×D×B=35×62×14,考慮??1和??10處的的軸承定位問(wèn)題,取??1=??8=20mm。??2段做成齒輪軸,兼做軸肩使用,??2=m*z=42mm,??2即為齒寬,??2=25mm。??46009,d×D×B=45×75×16,??4=16mm,??4=45????。??3段作為??4段的軸肩,查詢7009C/DB的安裝尺寸,取??3=52mm,??3=1.4*(??3???4)/2=5mm。??5段作為退刀槽,查詢對(duì)應(yīng)花鍵的尺寸型號(hào),選擇補(bǔ)充系列中的6-45×40×12,取??5=3mm。??6段作為接合套安裝處,為花鍵連接,考慮接合套大小,取??6=25????。??7段作為低速擋齒輪的安裝軸段,由于要采用接合套進(jìn)行換擋,選擇選擇由軸承進(jìn)行6008d×D×B=40×68×15??5=40??????7=33mm。中間軸的強(qiáng)度校核中間軸最危險(xiǎn)的時(shí)刻,在于低速擋結(jié)合時(shí),承受較大的扭矩的時(shí)刻,故危險(xiǎn)工況即為掛低速擋爬坡時(shí)。此時(shí)軸傳遞的扭矩??1=30.927N·m。且只有低速擋齒輪結(jié)合,高速擋齒輪不受力。依次計(jì)算作用在齒輪上的力,對(duì)于平行軸圓柱齒輪,及圓柱斜齒齒輪的齒輪作用力計(jì)算公式如下,圓周力公式5.2,徑向力公式5.3,法向力公式5.4:
=2?? (5.2)??
=?????????????? (5.3)???????? ???????????? (5.4)3.2計(jì)算結(jié)果如下:二級(jí)減速齒輪:????1=1472.727??;????1=546.952??;????1=298.827??;低速擋齒輪:????2=507.005??;????2=189.267??;????2=115.561??;對(duì)于錐齒輪而言,計(jì)算公式有所改變,其中圓周力計(jì)算公式同公式5.2,徑向力公式5.5和軸向力公式5.6如下: =?????????????????? (5.5) ???????????????? (5.6)錐齒輪的相關(guān)數(shù)值可由第四章中獲取,代入計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如下:2210.186??;776.667??;209.561??。5.2。5.2軸的受力簡(jiǎn)圖將受力分別分解到垂直和水平平面上,計(jì)算軸承反力。以下為垂直平面上的分析:垂直平面受力簡(jiǎn)圖5.3如下:對(duì)于端點(diǎn)進(jìn)行取矩,以及受力平衡計(jì)算,解得??????=1961.221????????=?2191.676??。以下為水平平面上的分析:5.4對(duì)于端點(diǎn)進(jìn)行取矩,以及受力平衡計(jì)算,解得??????=702.264????????=?1121.246??。圖5.3垂直平面受力簡(jiǎn)圖圖5.4水平平面受力簡(jiǎn)圖MATLAB以下為合成彎矩的MATLAB代碼:a1=39;a2=132.5;a3=165;FAY=1961.221;FBY=-2191.676;FT1=1472.727;FT2=507.005;FAX=702.264;FBX=-1121.246;FR1=546.952;FR2=189.267;M1=6275.363;M2=7049.213;i=1;forx=0:0.01:220ifx<a1y(i)=FAY*x;z(i)=-FAX*x;m(i)=sqrt(y(i)^2+z(i)^2);elseifx>=a1&&x<a2y(i)=FAY*x-FT1*(x-a1);z(i)=-FAX*x+FR1*(x-a1)+M1;m(i)=sqrt(y(i)^2+z(i)^2);elseifx>=a2&&x<a3y(i)=FAY*x-FT1*(x-a1)-FT2*(x-a2);z(i)=-FAX*x+FR1*(x-a1)+M1-FR2*(x-a2)+M2;m(i)=sqrt(y(i)^2+z(i)^2);elsey(i)=FAY*x-FT1*(x-a1)-FT2*(x-a2)+FBY*(x-a3);z(i)=-FAX*x+FR1*(x-a1)+M1-FR2*(x-a2)+M2-FBX*(x-a3);m(i)=sqrt(y(i)^2+z(i)^2);endi=i+1;endx=0:0.01:220;plot(x,m)生成的合成彎矩圖5.5如下所示:武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)5.5合成彎矩圖x=165mmY=1.279*105N·mm。MATLABa1=39;a2=132.5;a3=165;M1=6275.363;M2=7049.213;M3=2932.397;i=1;forx=0:0.01:220ifx<a1y(i)=0;elseifx>=a1&&x<a2y(i)=M1;elseifx>=a2&&x<220y(i)=M1+M2;elsex=220y(i)=M1+M2-M3;endi=i+1;endx=0:0.01:220;plot(x,y)以下為生成的扭矩圖5.6:圖5.6扭矩圖扭矩最大值在x=132.5~220mm取得,扭矩Y=13320N·mmx=165.5mm5.73 d=21.68√
√??2+(????)2???1??
(5.7)式中各數(shù)值的取值如下,其中M和T為所求截面的合成彎矩和扭矩,矯正系數(shù)??取為0.3,軸的彎曲許用應(yīng)力???1??由軸的材料確定,取為90MPa。代入公式5.7中,d=24.378mm≤??5=40mm故中間軸的強(qiáng)度滿足校核。輸入軸的設(shè)計(jì)需要考慮到動(dòng)力的輸入以及和中間軸上齒輪的配合問(wèn)題。根據(jù)裝配的需求進(jìn)行軸草圖的繪制,草圖5.7如下。圖5.7輸入軸草圖最小直徑處為??1段,為動(dòng)力輸入端,??1=20mm,??1=100mm。??2和??7為軸承裝配處,試選擇7005AC號(hào)軸承,??1=??7=25mm,d×D×B=25×47×12,考慮??2和??7處的的軸承定位問(wèn)題,取??1=??8=20mm。??3段做為軸肩使用,查詢軸承安裝尺寸,得??3=30mm,??3考慮和中間軸的配合問(wèn)題,計(jì)算得??3=35mm。??4段高速擋小齒輪的裝配處,考慮到裝配的不便和齒輪大小問(wèn)題,采用采用齒輪軸結(jié)5~10mm,5mm??5段作為齒輪間的連接段,計(jì)算得取??5=15mm。??6段作為低速擋小齒輪的裝配處,做成齒輪軸結(jié)構(gòu),取??6=25????,??6即為低速擋小齒輪的分度圓尺寸。輸出軸的設(shè)計(jì)需要考慮到動(dòng)力的輸出以及和中間軸上齒輪的配合問(wèn)題。根據(jù)裝配的需求進(jìn)行軸草圖的繪制,草圖5.8如下。最小直徑處為??1段和??10α=30°,z=22,m=1,故==22????,??1=??10=30????。??2和??9段作為到軸承安裝段的過(guò)渡段,避免軸段之間直徑差距過(guò)大,導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。??2=??9=30????。??2=40????。??9=40mm。??3和??8段作為軸承的安裝段,采用7008AC號(hào)軸承,其尺寸為d×D×B=40×68×15,??3=??8=40????,考慮安裝問(wèn)題,取??3=20????,??8=15????。??4段作為輸出軸齒輪的安裝段,兼用做軸承的軸向定位作用,查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得??4=46????,取??4=20????。??5段作為齒輪的軸向定位用,??5=50????,??5=5????。??7段作為軸承的定位軸肩,取??7=46????,??7=5????。??6段由和中間軸的配合計(jì)算長(zhǎng)度,??6=77????,??6=40????。
圖5.8輸出軸草圖本章先通過(guò)設(shè)計(jì)最為復(fù)雜的中間軸,根據(jù)承受的扭矩確定軸的最小直徑,再經(jīng)軸承的選取,確定相對(duì)應(yīng)軸段的直徑,查詢軸承的安裝直徑,進(jìn)一步確定相鄰的軸段的直徑,而后根據(jù)配合要求,設(shè)計(jì)齒輪的配合,部分和軸固定的齒輪設(shè)計(jì)為齒輪軸。而后根據(jù)中間軸的設(shè)計(jì),對(duì)輸入軸和輸出軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。最終確定了軸的尺寸設(shè)計(jì),為了下一章中的軸承選擇和校核提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 第6章軸承的選擇和校核57007AC,輸7008AC,7008C/DB,7009C/DB。為了5000h。6.1輸入軸軸承的校核=11.2????,=T由第3章中獲得,T=11.1N·m。其受力簡(jiǎn)圖6.1如下:圖6.1輸入軸受力簡(jiǎn)圖m=2,螺旋角β=12°50′18″α=20°??482609??180160??,????=110.000??。左端點(diǎn)到齒輪的距離??1=63.5????,左右端點(diǎn)的距離L=147mm。對(duì)左右端點(diǎn)進(jìn)行取矩,計(jì)算得左右軸承的支反力,合成計(jì)算軸承的徑向載荷。計(jì)算方法同第5章,首先計(jì)算垂直分力和水平分力,然后合成計(jì)算公式6.1如下: (6.1)==217.107N。計(jì)算軸向派生力,計(jì)算公式6.2如下: (6.2)==147.632N。由安裝方向和齒輪的軸向力判斷得,A,B===+257.633N。ee0.68。計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷。??????=0.036<??,則??
=??
=299.068??;??????=0.02<??,則??
=?? =??????217.107N。
????
????
??????
????
????以下進(jìn)行校核軸承的壽命,其壽命公式6.3如下: ??
=106(????)?? (6.3)h 60????式中??h為軸承壽命;額定動(dòng)載荷????nn=3000r/min;P??,球軸承取??=。代入計(jì)算得??hA=291792h,??hB=762714h。兩軸承壽命均大于5000h,滿足校核條件。6.2中間軸軸承的校核=18.5????,=T3,T=26.485N·m6.2圖6.2中間軸受力簡(jiǎn)圖m=2,β=12°50′18″==180.160??,????2=110.000??。m=2,β=11°28′40″==468.390??,????1=225.9045??。左端點(diǎn)到二級(jí)減速齒輪的距離??1=39????,二級(jí)減速小齒輪到高速擋大齒輪的距離??2=32????,左右端點(diǎn)的距離L=158.5mm。對(duì)左右端點(diǎn)進(jìn)行取矩,計(jì)算得左右軸承的支反力,合成計(jì)算軸承的徑向載荷。計(jì)算方法同第5章,首先計(jì)算垂直分力和水平分力,6.1==807.586N。6.2=679.249N,??????=549.158N。由安裝方向和齒輪的軸向力判斷得,A,B===695.305N。計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷,分別計(jì)算左右軸承的e值。查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),由插值法得,左右的軸承的e值均為0.68。計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷。??????=0.70>??,則??
=????
+????
=1014.462??;??????=0.68=??,則??
=?? =??????807.586N。
????
1????
1????
??????
????
????以下進(jìn)行校核軸承的壽命,其壽命公式6.3中代入計(jì)算得??hA=33692h,??hB=66784h。兩軸承壽命均大于5000h,滿足校核條件。6.3輸出軸軸承的校核安裝在輸入軸兩端的軸承型號(hào)為7008AC,正裝,其基本額定動(dòng)載荷=19????=T3,T=97.201N·m6.3m=2,螺旋角β=11°28′40″α=20=1262.351??=256.323????1=L=162mm。對(duì)左右端點(diǎn)進(jìn)行取矩,計(jì)算得左右軸承的支反力,合成計(jì)算軸承的徑向載荷。代入計(jì)算公式6.1中,代入計(jì)算得,??????=1060.978??,??????=313.343N。6.2=721.465N,??????=213.073N。由安裝方向和齒輪的軸向力判斷得,B,A===977.789N,ee0.68。計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷。??????=0.05<??,則??
=??
=1060.978??;??????=0.07<??,則??
=?? =??????313.343N。
????
????
??????
????
????以下進(jìn)行校核軸承的壽命,代入壽命公式6.3中,代入計(jì)算得??hA=6535h,??hB=253699h。兩軸承壽命均大于5000h,滿足校核條件。6.4本章小結(jié)
圖6.3輸出軸受力簡(jiǎn)圖本章對(duì)于分動(dòng)箱中選用的軸承進(jìn)行了壽命的校核,確保了能夠滿足巴哈賽車(chē)行駛時(shí)的壽命要求,驗(yàn)證了軸設(shè)計(jì)中的安裝軸承處的數(shù)值可靠性,為分動(dòng)箱殼體設(shè)計(jì)提供了一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。第7章分動(dòng)箱殼體的設(shè)計(jì)分動(dòng)箱殼體主要起到對(duì)于傳動(dòng)軸的支撐保護(hù)作用,并且為傳動(dòng)件提供一封閉的工作空間,使其處于良好的工作狀況,創(chuàng)造良好的潤(rùn)滑條件。故殼體需要足夠的強(qiáng)度,且最7本設(shè)計(jì)兼有二級(jí)圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu),故一些機(jī)構(gòu)參數(shù)參照二級(jí)圓柱齒輪減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)。其部分設(shè)計(jì)依據(jù)下圖7.1:δ0.025a+3mm≥8mmδ=10mm。箱蓋壁厚??10.9δ≥8mm,取=10????。箱蓋和箱體的凸緣厚度均為1.5倍的對(duì)應(yīng)壁厚,b=??1=15????。本次設(shè)計(jì)中的分動(dòng)箱采用吊耳固定在汽車(chē)上,故無(wú)地腳螺栓,為了后續(xù)計(jì)算方便,先取地腳螺栓直徑為1.5δ~2δ,考慮螺栓規(guī)格,取d=16mm。軸承端蓋連接螺栓直徑??2=(0.4~0.5)??=6mm。底座和箱蓋的連接螺栓直徑??3=(0.5~0.6)??,取??3=8????。齒輪齒頂圓到箱體內(nèi)壁的距離?1≥1.2??,取?1=12????。齒輪端面到箱體內(nèi)壁距離?2≥10mm,取?2=10????。軸承內(nèi)端面到箱體內(nèi)壁的距離?3由潤(rùn)滑方式?jīng)Q定,本設(shè)計(jì)采用油潤(rùn)滑,取?3=5????。箱體箱蓋連接螺栓至外壁距離??1和至凸緣距離??2查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得??1=12????,??2=10????。軸承端蓋選擇為凸緣式軸承端蓋,??2=1.25??+10,D為對(duì)應(yīng)的軸承外徑。箱座和箱蓋的肋厚??1=??2=0.85??=8.5????。由于殼體的受力部分集中在軸承處以及和巴哈賽車(chē)車(chē)架的固定處,鑒于殼體的整體ANSYS7050-7451將分動(dòng)箱的模型導(dǎo)入ANSYS,并且添加材料和網(wǎng)格劃分之后得到圖7.2。圖7.2殼體模型的導(dǎo)入導(dǎo)入和網(wǎng)格劃分殼體的受力主要由各個(gè)軸承的支反力提供,由軸和軸承的設(shè)計(jì)驗(yàn)算中可以得到各個(gè)軸承的支
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