變速箱主要參數(shù)的選擇計算

變速箱主要參數(shù)的選擇計算第三章 變速箱主要參數(shù)的選擇根據(jù)變速箱運用的實際場合，結合同類變速箱的設計數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，來進行本設計的主要參數(shù)的選擇，包括：擋數(shù)、傳動比范圍、中心距、外形尺寸、齒輪參數(shù)等。3.1擋數(shù)變速箱的擋數(shù)可在3?20個擋位范圍內變化。通常變速箱的擋數(shù)在6擋以下，當擋數(shù)超過六擋以后，可在6擋以下的主變速箱基礎上，再配置副變速箱，通過兩者的組合獲得多擋位變速箱。傳動系的擋位增多后，增加了選用合適擋位使發(fā)動機處于工作狀況的機會，有利于提高燃油經(jīng)濟性。因此，轎車手動變速箱已基本采用5擋，也有6擋的。近年來，為了降低油耗，變速箱的擋位也有增加的趨勢。發(fā)動機排量大的乘用車多用5個擋?！颈驹O計采用5個擋位】3.2傳動比范圍變速箱傳動比的范圍是指變速箱最低擋傳動比與最高擋傳動比的比值。高擋通常是直接擋，傳動比為1.0；有的變速箱最高擋是超速擋，傳動比為0.7?0.8。影響最低擋傳動比選取的因素有：發(fā)動機的最大轉矩和最低穩(wěn)定轉速所要求的汽車最大爬坡能力、驅動輪與路面間的附著力、主減速比和驅動輪的滾動半徑以及所要求達到最低穩(wěn)定性是車速等。目前乘用車的傳動比范圍在3.0?5.4之間，總質量輕些的商用車在5.0?8.0之間，其他商用車則更大。本設計根據(jù)已給條件，最高擋擋選用超速擋，傳動比為i1=3.5，i2=2.5，i3=2.0，i4=1.5，i5=0.95，iR=3.5（倒擋）所給相鄰擋位間的傳動比比值在1.8以下，利于換擋。3.3中心距A對中間軸式變速箱，變速箱中心距是指中間軸與第二軸軸線之間的距離。它是一個基本參數(shù)，其大小不僅對變速箱的外形尺寸、體積和質量大小有影響，而且對齒輪的接觸有輕度有影響。中心距越小，齒輪的接觸應力越大，齒輪壽命越短；變速箱的中心距取的越小，會使變速箱長度增加，并因此而使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)破壞。中間軸式變速箱中心距入（mm）的確定，可根據(jù)對已有變速箱的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初定:（3-1）A?KA3TImax式中：KA——中心距系數(shù)。對轎車，KA=8.9?9.3；對貨車，KA=8.6?9.6；對多擋主變速箱，KA=9.5?11；。TImax――變速箱處于一擋時的輸出扭矩（此處意為最大轉矩）故可得出初始中心距：A=66.86mm，圓整取A為67mm。3.4外形尺寸變速箱的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機構的布置初步確定。乘用車四擋變速箱殼體的軸向尺寸3.0?3.4A。商用車變速箱殼體的軸向尺寸與擋數(shù)有關：四擋（2.2?2.7）A五擋（2.7?3.0）A六擋（3.2?3.5）A當變速箱選用的擋數(shù)和同步器多時，中心距系數(shù)KA應取給出系數(shù)的上限。為檢測方便，A取整。本設計為五速手動變速箱，其殼體的軸向尺寸是3x67=201mm。3.5齒輪參數(shù)3.5.1模數(shù)齒輪模數(shù)是一個重要參數(shù)，影響它選取的因素很多，如齒輪的強度、質量、噪聲、工選取齒輪模數(shù)一般遵守的原則有：在變速箱中心距相同的情況下，選取較小的模數(shù)，就可以增加齒輪的齒數(shù)，同時增加齒寬可使齒輪嚙合的重合度增加，并減少齒輪噪聲；為使質量小些，應該增加模數(shù)，同時減小齒寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪應該選用一種模數(shù)，而從強度方面考慮，各擋齒輪應有不同的模數(shù)；減少乘用車齒輪工作噪聲有較為重要的意義，因此齒輪的模數(shù)應選的小些；對貨車，減小質量比減小噪聲更重要，此時齒輪應該選用大些的模數(shù)；變速箱低擋齒輪應選用較大些的模數(shù)，其他擋位選用另一種模數(shù)。所選模數(shù)應符合GB/T1357-2021規(guī)定的通用機械和重型機械用直齒和斜齒漸開線圓柱齒輪的法向模數(shù)。第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mnmn?0.473Temaxmm（3-2）T1max?Temaxil?(3-3)式中?為變速箱傳動效率，取96%；Temax為發(fā)動機最大轉矩。由4-3式得Temax=122Nm，進而求得mn=2.33，取m=2.5。一擋直齒輪的模數(shù)mm?0.333T1maxmm(3-4)通過計算m=2.45，取m=3。同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。由于制造工藝上的原因，同一變速箱中的結合套模數(shù)都取相同，轎車和輕型貨車取2?3.5?！颈驹O計取2.5】3.5.2齒形、壓力角a、螺旋角B和齒寬b齒輪壓力角較小時，重合度較大并降低了輪齒剛度，傳動平穩(wěn)，能減少進入嚙合和退出嚙合時的動載荷，使傳動平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時，可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。汽車變速箱齒輪的齒形、壓力角、螺旋角按表3-1選取。表3-1汽車變速箱齒輪的齒形、壓力角與螺旋角項目車型轎車一般貨車重型車齒形高齒并修形的齒形GB1356-78規(guī)定的標準齒形同上壓力角a螺旋角B14.5°，15°，16°16.5°25°?45°20°20°?30° 低擋、倒擋齒輪22.5°，25°小螺旋角因國家規(guī)定的標準壓力角為20°，所以變速箱齒輪普遍采用壓力為20°。嚙合套或同步器取30°；斜齒輪螺旋角B取30°。應該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使中間軸上是軸向力相互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律取右旋，而第一軸和第二軸上的的斜齒輪取左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。齒輪寬度b的大小直接影響著齒輪的承載能力，b加大，齒的承載能力增高。但試驗表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速箱的重量和縮短其軸向尺寸。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m(mn)的大小來選定齒寬：直齒b=kcm，kc為齒寬系數(shù)，取為4.5?8.0斜齒b=kcmn，kc取為6.0?8.5b為齒寬(mm)。采用嚙合套或同步器換擋時，其接合齒的工作寬度初選時取2?4mm。第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長度增加，接觸應力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。模數(shù)相同的各擋齒輪，擋位低的齒輪的齒寬系數(shù)取得稍大。齒輪的變位是齒輪設計中一個非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。由幾對齒輪安裝在中間軸和第二軸組合并構成的變速箱，會因保證各擋傳動比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對齒輪有相同的中心距，應對齒輪進行變位。當齒數(shù)和多的齒輪副采用標準齒輪傳動或高度變位時，對齒數(shù)和少些的齒輪副應采用正角度變位。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質量指標，采用得多。對斜齒輪傳動，還可以通過選擇合適的螺旋角來達到中心距相同的要求。變速箱齒輪是在承受循環(huán)負荷的條件下工作，有時還承受沖擊負荷。對于高擋齒輪，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應按保證最大接觸強度和抗膠合劑耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強度，應使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應力。對于低擋齒輪，由于小齒輪的齒根強度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象?？傋兾幌禂?shù)越小，一對齒輪齒根總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強度越低。但是由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動，故噪聲要小些。根據(jù)上述理由，為降低噪聲，變速箱中除去一、二擋和倒擋以外的其他各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動。其中，一擋主動齒輪10的齒數(shù)Z10=15V17，因此一擋齒輪需要變位。變位系數(shù) (3-5)3.5.4齒頂高系數(shù)齒頂高系數(shù)對重合度、輪廓精度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和吃定厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小、工作噪聲大；但因齒輪受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認為齒輪上受到的載荷幾種作用在齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為17?Z17??式中Z為要變位的齒輪齒數(shù)?！颈驹O計中變位系數(shù)根據(jù)上式3-5求得】0.75?0.80的短齒制齒輪。在齒9輪加工精度提高以后，短齒制齒輪不再被采用，包括我國在內，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.0。本設計中也取齒頂高系數(shù)為1.0。在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速箱的擋數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。下面結合本設計來說明分配各擋齒數(shù)的方法。3.6.1確定一擋齒輪的齒數(shù)一擋傳動比ZZ （3-6）i1?2?9Z1Z10為了確定Z9和Z10的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和Z?:2AZ??（3-7） m其中A=67mm、m=3；故有Z??44.7。圖3-1三軸五速變速箱示意圖乘用車中間軸式變速箱i1?3.5~3.9時，則中間軸上一擋齒輪的齒數(shù)Z10可在15?17之間選取，此處取Z10=15，則可得出Z9=30。上面根據(jù)初選的A及m計算出的Z?可能不是整數(shù)，將其調整