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輕型貨車(chē)變速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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輕型貨車(chē)變速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 第 1 章 緒論 1 1.1 概述 2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展方向 2 第 2 章 傳動(dòng)方案及零部件結(jié)構(gòu)分析 5 2.1 變速器 的基本設(shè)計(jì)要求 5 2.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 5 2.3 本章小結(jié) 10 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇與計(jì)算 11 3.1 擋數(shù)的選擇 11 3.2 傳動(dòng)比的確定 12 3.3 中心距 A 的確定 13 3.4 外形尺寸的初選 14 3.5 齒輪參數(shù)選擇 14 3.6 各擋齒輪齒數(shù)分配 18 3.7 變速器齒輪的變位 22 3.8 本章小結(jié) 24 第 4 章 齒輪與軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 4.1 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 25 4.2 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 32 4.3 軸承的選擇與校核 39 4.4 本章小結(jié) 42 第 5 章 變速器同步器及操縱機(jī)構(gòu)的選擇 43 5.1 同步器 43 5.2 操縱機(jī)構(gòu)的選擇 46 5.3 變速器殼體的設(shè)計(jì) 47 5.4 本章小結(jié) 48 結(jié) 論 49 致 謝 50 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) II 參考文獻(xiàn) 51 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第 1 章 緒論 1.1 概述 輕型貨車(chē)主要從事城市市區(qū)或農(nóng)村間中短途距離運(yùn)輸?shù)慕煌üぞ?,具有機(jī)動(dòng)靈活、快捷方便的優(yōu)勢(shì),特別是在運(yùn)輸噸位不大且距離又比較近時(shí),輕型貨車(chē)便發(fā)揮出巨大優(yōu)勢(shì)。近幾年來(lái)隨著我國(guó)城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城市市區(qū)間越來(lái)越需要輕型貨車(chē)。變速器是汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中重要的組成部分,它直接影響汽車(chē)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性,是汽車(chē)的重要部件之一。 本設(shè)計(jì)是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車(chē)型的變速器作為設(shè)計(jì)原型,在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車(chē)速、最大爬坡度等條件下,自己獨(dú)立設(shè) 計(jì)出符合要求的中間軸式五檔變速器。其中本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分是檔位傳動(dòng)比的選擇及計(jì)算依據(jù)、齒輪參數(shù)的選擇計(jì)算及校核、二軸及中間軸的強(qiáng)度校核等。 通過(guò)查閱圖書(shū)館電子資源和館藏圖書(shū),了解變速器研究領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)向;閱讀關(guān)于變速器設(shè)計(jì)方面的書(shū)籍,學(xué)習(xí)變速器設(shè)計(jì)的過(guò)程、步驟、方法和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),解決設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的自己不能解決的問(wèn)題;去實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手拆裝此類型的變速器,了解變速器的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行變速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算。 此次輕型貨車(chē)的變速器設(shè)計(jì)將基本滿足輕型貨車(chē)的使用要求,通過(guò)對(duì)變速器的分析、方案選擇、設(shè)計(jì)計(jì)算 和整理,能達(dá)到了預(yù)期的效果,完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的綜合運(yùn)用,通過(guò)此次設(shè)計(jì),了解了變速器設(shè)計(jì)的基本過(guò)程和在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題,學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展方向 變速器作為汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的總要組成部分,其技術(shù)的發(fā)展,是衡量汽車(chē)技術(shù)水平的一項(xiàng)總要依據(jù)。 21 世紀(jì)能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域 1 ,這 些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動(dòng)了變速器技術(shù)的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外的變速器主要向著自動(dòng)變速器方向發(fā)展,自動(dòng)變速器在實(shí)際中所占的比例越來(lái)越大,目前有一半以上的轎車(chē)和部分重型載貨汽車(chē)上使用的是自動(dòng)變速器。變速器作為汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的總要組成部分,其技術(shù)的發(fā)展,是衡量汽車(chē)技術(shù)水平的一項(xiàng)總要依據(jù)。 21 世紀(jì)能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域,這些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動(dòng)了變速器技術(shù)的發(fā)展。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)分為:三檔變速器,四檔變速器,五檔變速器,多檔變速器。 根據(jù)軸的形式分為:固定 軸式,旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為:兩軸式變速器,中間軸式變速器,雙中間軸式變速器,多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛,其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上,中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機(jī)械式變速器。目前自動(dòng)變速器得到廣泛的應(yīng)用。 變速器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向如下: ( 1)節(jié)能與環(huán)境保護(hù)。變速器的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)既包括傳動(dòng)系本身的節(jié)能與環(huán)境保護(hù),也包括發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能與保護(hù)。因此研究高效率的傳動(dòng)副來(lái)節(jié)約能源,采用零污染的工作介質(zhì)或潤(rùn)滑油來(lái)避免環(huán)境污染,根 據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和行駛工況來(lái)設(shè)計(jì)變速器,使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài),以保證汽車(chē)在最高傳動(dòng)效率和最低污染物排放區(qū)運(yùn)行; ( 2)應(yīng)用新型材料。材料科學(xué)與技術(shù)是 21 世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。各種新型材料在變速器中的應(yīng)用已經(jīng)推動(dòng)了汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展和性能的提高。 ( 3)高性能、低成本、微型化。高性能、高效、精密、低噪聲、長(zhǎng)壽命、重量輕、體積小、低成本一直以來(lái)是變速器的發(fā)展方向; ( 4)智能化、集成化。變速器智能化、集成化是信息、電子集成技術(shù)和控制技術(shù)與變速器技術(shù)的結(jié)合。其特點(diǎn)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和汽車(chē) 的行駛工河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 況,通過(guò)計(jì)算機(jī)智能控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器傳動(dòng)比的實(shí)時(shí)控制,使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)。將變速器智能化,并且普及到大眾化的汽車(chē)上 2 。這樣的汽車(chē)可以依據(jù)駕車(chē)者的性情、路面的狀況、車(chē)身的負(fù)荷乃至周邊環(huán)境等多種因素,挑選最適合的功能,實(shí)現(xiàn)智能化駕駛,以充分發(fā)揮車(chē)輛的性能,降低油耗,確保安全。變速器的發(fā)展使汽車(chē)好像有了人的智慧它根據(jù)外界路面的變化,經(jīng)過(guò)計(jì)算,代替人作出準(zhǔn)確聰明的決斷。 隨著科技的發(fā)展和汽車(chē)工業(yè)的不斷向前進(jìn)步,汽車(chē)自動(dòng)變速 器會(huì)越來(lái)越多的得到使用。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 傳動(dòng)方案及零部件結(jié)構(gòu)分析 變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種工況下,使汽車(chē)獲得不同的牽引力和速度,同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有倒檔,使汽車(chē)獲得倒退行駛能力。變速器設(shè)有空檔,可在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、汽車(chē)滑行或停車(chē)時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力停止向驅(qū)動(dòng)輪工作。 2.1 變速器的基本設(shè)計(jì)要求 變速器在汽車(chē)底盤(pán)中具有很重要的作用,它的好壞直接決定汽車(chē)的使用壽命和經(jīng)濟(jì)性,因此變速器的設(shè)計(jì)必須滿足以下要求: ( 1)保證汽 車(chē)有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性; ( 2)設(shè)置空檔,用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸; ( 3)設(shè)置倒檔,使汽車(chē)能倒退行駛; ( 4)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置; ( 5)換檔迅速、省力、方便; ( 6)工作可靠。變速器不得有跳檔、亂檔及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生; ( 7)變速器應(yīng)有高的工作效率; ( 8)變速器的工作噪聲低。 除此之外,變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。 2.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 2.2.1 倒檔布置方案 圖 2.1 為常見(jiàn)的倒檔布置方案。圖 2.1b 方案的優(yōu)點(diǎn)是 倒檔利用了一 檔齒輪,縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合,使換檔困難。河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 2.1c 方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比,缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖 2.1d 方案對(duì) 2.1c 的缺點(diǎn)做了修改。圖 2.1e 所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體,將其齒寬加長(zhǎng)。圖 2.1f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪,檔換更為輕便。為了縮短變速器軸向長(zhǎng)度,倒檔傳動(dòng)采用圖 2.1g 所示方案。缺點(diǎn)是一、倒檔各用一根變速器撥叉軸,使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。 本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際車(chē)型,在給定的任務(wù)書(shū)中已經(jīng)確定是中間軸式變速器,全部齒輪為常嚙合齒 輪,所以綜合考慮,本身設(shè)計(jì)選擇圖 2.1( b)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖 2.1 倒檔布置方案 2.2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 1、齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種 3 。直齒圓柱齒輪僅用于一檔和倒檔。與直齒圓柱齒輪相比,斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn),所以本設(shè)計(jì)倒擋選用直齒輪,其他擋選用斜齒輪。 2、換擋機(jī)構(gòu) 變速器換檔機(jī) 構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 采用軸向滑動(dòng)直齒齒輪換檔,會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊,齒輪端部磨損加劇并過(guò)早損壞,并伴隨著噪聲。因此,除一檔、倒檔外已很少使用。 常嚙合齒輪可用移動(dòng)嚙合套換檔。因承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多,嚙合套不會(huì)過(guò)早被損壞,但不能消除換檔沖擊。目前這種換檔方法只在某些要求不高的擋 位及重型貨車(chē)變速器上應(yīng)用。 使用同步 器能保證換擋迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲,而與 操作技術(shù)的熟練程度無(wú)關(guān),從而提高了汽 車(chē)的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。 同上述兩種換擋方法比較,雖然 它有結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺 點(diǎn),但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換擋,其換檔行程要比滑動(dòng)齒輪換擋行程小。 通過(guò)比較本設(shè)計(jì)所有擋選用同步器換檔。 3、典型的操縱機(jī)構(gòu)及其互鎖裝置 圖 2.5 為典型的操縱機(jī)構(gòu)圖 定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上,并防止自動(dòng)嚙合和分離,一般采用彈簧和鋼球式機(jī)構(gòu)。 互鎖裝置是保證移動(dòng)某一變速叉軸時(shí),其他變速叉軸互被鎖住,下面介河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 紹幾種常見(jiàn)的機(jī)構(gòu): ( 1)互鎖銷式 圖 2.7 是汽車(chē)上用得最廣泛的一種機(jī)構(gòu), 互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間,用銷子的長(zhǎng)度和凹槽來(lái)保證互鎖。 圖 2.6, a 為空檔位置,此時(shí)任一叉軸可自由移動(dòng)。圖 2.6, b,c,d 為某一叉軸在工作位置,而其他叉軸被鎖住。 圖 2.6 互鎖銷式工作原理 ( 2)擺動(dòng)鎖塊式 圖 2.7 為擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu)工作示意圖,鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上,并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng),操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi),此時(shí),鎖塊的一個(gè)或兩個(gè)突起部分 A 檔住其他兩個(gè)變速叉軸槽,保證換檔時(shí)不能同時(shí)掛入兩檔。 ( 3)轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式 圖 2.9 為與上述鎖塊機(jī)構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖 裝置。操縱桿撥頭置于鉗口中,鉗形板可繞 A 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。選檔時(shí)操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi),此時(shí)鉗形板的一個(gè)或兩個(gè)鉗爪抓住其它兩個(gè)變速叉,保證互鎖作用。上海 SH-130 型載重汽車(chē)的變速器互鎖機(jī)構(gòu)就采用這種型式。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 2.7 擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu) 圖 2.8 轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖機(jī)構(gòu) 上述操縱機(jī)構(gòu)用于長(zhǎng)頭駕駛室時(shí)期車(chē)上,為操縱桿由駕駛一室底板伸出的直接操縱機(jī)構(gòu)。 對(duì)于平頭駕駛室汽車(chē),輕型載重汽車(chē)或小客車(chē)所采用的遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)(操縱桿在方向盤(pán)下),要加上一套聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛性,并保證各連接件在靈活轉(zhuǎn)動(dòng)情況下,其間隙不能過(guò)大,否則會(huì)使換檔手感不明顯。 為改善操 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承等。 第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔尺寸足夠時(shí),可布置圓柱滾子 縱輕便性,在小客車(chē)或重型載重汽車(chē)上的采用電磁、電力和液力控制,因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜并需要?dú)庠椿蛞簤涸?,在載重汽車(chē)上一般很少采用。 本次設(shè)計(jì)采用互鎖銷式互鎖裝置。 4、變速器軸承的選擇 軸承,若空間不足則采用滾針軸承 4 。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承以及中間軸前、后軸承,按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。 滾針軸承、滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接,并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn),但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 本設(shè)計(jì)中間軸選用圓錐滾子軸承,二軸左端采用滾針軸承,二軸右側(cè)用圓錐滾子軸承,一軸用球軸承。 2.3 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)變 速器傳動(dòng)方案進(jìn)行選取和分析,選擇中間軸式變速器為設(shè)計(jì)對(duì)象并且對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和選取,選擇合適的齒輪形式、換檔機(jī)構(gòu)和軸承進(jìn)行變速器的設(shè)計(jì)。本章主要是從總體上進(jìn)行變速器傳動(dòng)方案及零部件結(jié)構(gòu)分析確定。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇與計(jì)算 本次設(shè)計(jì)是在已知主要整車(chē)參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì),已知的 CA1051K26L4整車(chē)主要技術(shù)參數(shù)如表 3.1 所示。 表 3.1 CA1051K26L4 整車(chē)主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 88kw 車(chē)輪型號(hào) 7.50-R16 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 300N.m 主減速器傳動(dòng)比 5.43 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 2100r/min 最高車(chē)速 90km/h 總質(zhì)量 5000kg 后軸載荷 3255kg 3.1 擋數(shù)的選擇 增加變速器的檔數(shù)能夠改善汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。檔數(shù)越多,變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,使輪廓尺寸和質(zhì)量加大,而且在使用時(shí)換檔頻率也增高。 在最低檔傳動(dòng)比不變的條件下,增加變速器的檔數(shù)會(huì)使變速器相鄰的低檔與高檔之間的傳動(dòng)比比值減小,使換檔工作容易進(jìn)行。 檔數(shù)選擇的要求: ( 1)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值在 1.8 以下 ; ( 2)高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 目前,轎車(chē)一般用 4 5 個(gè)檔位變速器,貨車(chē)變速器采用 4 5 個(gè)檔或多檔,多檔變速器多用于重型貨車(chē)和越野汽車(chē) 5 。 傳動(dòng)比范圍的確定與選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽車(chē)的最高車(chē)速和使用條件等因素有關(guān)。目前轎車(chē)的傳動(dòng)比范圍在 3 4 之間,輕型貨車(chē)在 5 6 之間,其它貨車(chē)則更大。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 文中設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際,變速器選用 5 檔變速器,最高檔傳動(dòng)比為 1。 3.2 傳動(dòng)比的確定 減速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低檔傳動(dòng)比與最高檔傳動(dòng)傳動(dòng)比的比值。 1、最低檔傳動(dòng)比計(jì)算 一檔傳動(dòng)比應(yīng)該滿足最大驅(qū)動(dòng)力能夠克服汽車(chē)輪胎與路面的滾動(dòng)阻力及最大爬坡阻力, m a x0m a x mgriiTrtge ( 3.1) terg iT rmgi 0maxmax1 ( 3.2) 式中: 最大轉(zhuǎn)矩, mmNTe .10300 3m a x 車(chē)輪 半徑 ,由已知輪胎規(guī)格 R16( 8 級(jí))可知道為 320.47mm; 主減速器傳動(dòng)比, 43.50 i 傳動(dòng)系傳動(dòng)效率 8 9 3.0%98%96%95 tmg 汽車(chē)重力, mg=5455 9.8; 代入公式( 3.2)得到 : 83.043.510300 47.3203.08.95455 3 gi=3.103 根據(jù)車(chē)輪與路面的 附著條件則 : 201m ax GriiTrtge ( 3.3) Terg iT Gi 0max21 ( 3.4) 在 0,50.6 之間取 0.55, 2G =31899N 代入式( 3.3)得到 :83.043.510300 47.32055.031899 31 gi=4.5298 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 所以 5298.4103.31 gi由于本車(chē)為輕型車(chē)且無(wú)超速檔,一檔初選傳動(dòng)比取 4.2。 2、 其他各擋傳動(dòng)比初選 各檔傳動(dòng)比為等比分配 6 , 則: qiiiiiiii 54433221 43.12.44451 iiq 43.1,05.2,93.2432 iii3.3 中心距 A 的確定 由于變速器為中間軸式變速器,初選中心距可根據(jù)以下的經(jīng)驗(yàn)公式( 3.5)計(jì)算 7 。 31m a x geA iTKA ( 3.5) 式中 : A 變速器中心距( mm); AK 中心距系數(shù),商用車(chē) AK =8.6-9.6; maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距 =300( N.m) ; 1i 變速器一檔傳動(dòng)比為 4.2; g 變速器傳動(dòng)效率,取 96%。 將各參數(shù)代入式( 3.4)得到 : A ( 8.69.6) 3 96.02.4300 =( 8.69.6) 10.7=92.02102.7mm 貨車(chē)的變速器中心距在 92 102.7mm 范圍內(nèi)變化,初取 A=96mm。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 3.4 外形尺寸的初選 變速器的橫向外形尺寸,可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間(過(guò)渡)齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。 影響變速器的殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。 商用車(chē)變速器殼體的軸向尺寸可參考表 3.2 數(shù)據(jù)選用: 表 3.2 商用車(chē)變速器殼體的軸向尺寸 四檔 ( 2.2 2.7) A 五檔 ( 2.7 3.0) A 六檔 ( 3.2 3.5) A 為了減小變速器的尺寸,取外形尺寸初選為 2.9=278.4mm。 3.5 齒輪參數(shù)選擇 3.5.1 模數(shù) 齒輪模數(shù)選取的一般原則: ( 1)為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù),同時(shí)增加齒寬; ( 2)為使質(zhì)量小些,應(yīng)該增加模數(shù),同時(shí)減少齒寬; ( 3)從工藝方面考慮,各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù); ( 4)從強(qiáng)度方面考 慮,各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 對(duì)于轎車(chē),減少工作噪聲較為重要,因此模數(shù)應(yīng)選得小些。 對(duì)于貨車(chē),減小質(zhì)量比減小噪聲更重要,因此模數(shù)應(yīng)選得大些。所選模數(shù)值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 變速器齒輪模數(shù)范圍大致表 3.3: 表 3.3 變速器齒輪 的法向 模數(shù) 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 微型、普通級(jí)轎車(chē) 中級(jí)轎車(chē) 中型貨車(chē) 重型貨車(chē) 2.25 2.75 2.75 3.00 3.5 4.5 4.5 6.0 選用時(shí),優(yōu)先選用第一系列,括號(hào)內(nèi)的盡量不要用,表 3.4 為國(guó)標(biāo)GB/T1357 1987,可參考表 3.4 進(jìn)行變速器模數(shù)的選擇。 表 3.4 變速器常用的齒輪模數(shù) 第一系列 1 1.25 1.5 2.00 2.50 3.00 第二系列 1.75 2.25 2.75 ( 3.25) 3.5 表中數(shù)據(jù)摘自( GB/T1357 1987) 綜合考慮文中設(shè)計(jì)由于是輕型車(chē),變速器倒檔模數(shù)取 3.5mm;其他各檔為3.0mm。 3.5.2 壓力角 壓力角較小時(shí),重合度較大,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲較低;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。 對(duì)于轎車(chē),為了降低噪聲,應(yīng)選用 14.5、 15、 16、 16.5等小些的壓力角。對(duì)貨車(chē),為提高齒輪強(qiáng)度,應(yīng)選用 22.5或 25等大些的壓力角。 國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20,所以普遍采用的壓力角為 20。嚙合套或同步器的壓力角有 20、 25、 30等,普遍采用 30壓力角。 本變速器是采取了重要輕型汽車(chē)變速器的新技術(shù)主要內(nèi)容是,在保證齒輪的強(qiáng)度要求之下,盡量將模數(shù)減小。這樣就明顯提高了齒輪的重合度,從而減小了沖擊載荷和噪聲。 3.5.3 螺旋角 齒輪的螺旋角對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有 影響。選用大些的旋角時(shí),使齒輪嚙合的重合度增加,因而工作平穩(wěn)、噪聲降低 8 。 試驗(yàn)證明:隨著螺旋角的增大,齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高,但當(dāng)螺旋角大于 30時(shí),其抗彎強(qiáng)度驟然下降,而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此,從提高低檔齒輪河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 的抗彎強(qiáng)度出發(fā),并不希望用過(guò)大的螺旋角;而從提高高檔位齒輪的接觸強(qiáng)度來(lái)著眼,應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角值。 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí),要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡。如 圖 3.1 所示: 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 3.1 中間軸軸向力的平衡 欲使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡,須滿足下述條件: 111 tan na FF ( 3.6) 222 tanAa FF ( 3.7) 為使兩軸向力平衡,必須滿足: 2121tantan rr( 3.8) 式中 : 21 aa FF 作用在中間軸承齒輪 1、 2 上的軸向力; 21 nn FF 作用在中間軸上齒輪 1、 2 上的圓周力; 21rr 齒輪 1、 2 的節(jié)圓半徑; T 中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。 貨車(chē)變速器的螺旋角為: 18 26,一檔齒輪的螺旋角取下限 3.5.4 尺寬 b 齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度等均有影響。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 選用較小的齒寬可 以縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量。但齒寬減少使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱,齒輪的工作應(yīng)力增加。 選用較大的齒寬,工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜,使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。 通常根據(jù)齒輪模數(shù) m(nm)的大小來(lái)選定齒寬 b,nc mkb 式中: ck 齒寬系數(shù),斜齒為 6.0 8.5。 3.6 各擋齒輪齒數(shù)分配 在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后,可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。變速器的傳動(dòng)及各部件如圖 3.2 所示: 圖 3.2 CA10501K26L4 變速器傳動(dòng)示意圖 1 一軸常嚙合齒輪 2 中間軸常嚙合齒輪 3 第二軸四擋齒輪 4 中間軸四擋齒輪 5 第二軸三擋齒輪 6 中間軸三擋齒輪 7 第二軸二擋齒輪 8 中間軸二擋齒輪 9 第二軸一擋齒輪 10河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 中間軸一擋齒輪 11 第二軸倒擋齒輪 12 中 間軸倒擋齒輪 13 惰輪 1、最低檔傳動(dòng)比計(jì)算 一檔傳動(dòng)比為: 2.4101921 zz zzi g如果一檔齒數(shù)確定了,則常嚙合齒輪的傳動(dòng)比可求出,為了求一檔的齒數(shù),要先求其齒輪和hz, hz 一檔齒數(shù)和,直齒mAzh 2斜齒 nh mAz 2 ( 3.9) 中間軸上小齒輪的最少齒數(shù),還受中間軸軸向尺寸的限制,即受剛度的限制。在選定時(shí),對(duì)軸上的尺寸及齒輪齒數(shù)要統(tǒng)一考慮。貨車(chē)10z可在 12 17之間選取,本設(shè)計(jì)取10z=16,初選 2312 , 0.3nm, 代入公式( 3.6)得到: 43.580.3 13.9623c os2 hz 取整得 58,則 4216589 z。 2、對(duì)中心距 A 進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后,經(jīng)過(guò)取整使中心距有了變化,所以要根據(jù)取定的齒數(shù)和和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距 A,再以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù) 9 。 cos2 hnzmA ( 3.10) 將各已知條件代入式( 3.10)得到: 13.9623c o s2 583 A mm, 取整為 96mm。 3、常嚙合齒輪傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù)確定 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 101921 zz zzig ( 3.11) 而常嚙合齒輪的中心距與一檔相等,即 : 2121cos2 )(zzmA n ( 3.12) 已知各參數(shù)如下 : 96,16,42,23,3 109109 Azzm n 代入式 ( 3.12) 得到 : 13.231 z 取整 : 37,23 21 zz , 19.416372342102191 zzzzi g4、二檔齒數(shù)的確定 已知 : 93.2,96,32 gn iAm由式子 : 18272 zzzzig ( 3.13) 21287 zzizz g( 3.14) 8787cos2 )( zzmA n ( 3.15) 此外,從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā),還必須滿足下列關(guān)系式: )1(ta nta n8782212 zzzz z ( 3.16) 聯(lián)解上述( 3.13),( 3.14),( 3.15)三個(gè)方程式,可采用比較方便的試湊法。解得結(jié)果如下: 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 21,39,36.208787 zz, 89.22139233787122 zzzzi g5、三檔齒數(shù)的 確定 已知: 05.2,96,3 3 gn iAm 由式子 21365 zzizz g( 3.17) 8765cos2 )( zzmA n ( 3.18) )1(t a nt a n 6562 212 zzzz z ( 3.19) 聯(lián)解上式( 3.17),( 3.18),( 3.19)三個(gè)方程式,可采用比較方便的試湊法,解得: 26,34,36.206565 zz1 0 3.22634233765123 zzzzi g6、 四檔齒數(shù)的確定 已知: 43.1,96,3 4 gn iAm 由式子 21443 zzizz g( 3.20) 4343cos2 )( zzmA n ( 3.21) )1(ta nta n 4342 212 zzzz z ( 3.22) 聯(lián)解上述( 3.20),( 3.21),( 3.22)三個(gè)式子,可采用比較方便的試湊法,解得: 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 322836.204343zz 4 0 8.13228233743124 zzzzi g7、 倒檔齒數(shù)的確定 5.3m 初選 2213 z( 22-23)之間, 12z 小于10z取為 14, 09.4Ri 中間軸與倒檔軸之間的距離的確定 : 63)2214(5.321)(21 1312 zzmA n 取整 63mm。 為保證倒擋齒輪在嚙合不發(fā)生干涉,齒輪 11 和齒輪頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm 以上的間隙。則齒輪 11 的齒頂圓直徑 De11 為: ADeDe 2125.02 11 De11=129.92mm Z11=35.12 取整為 Z11=35 二軸與倒檔軸之間的距離確定 : 75.99)2235(5.321)(21 1311 zzmA n mm 取整 100mm。 3.7 變速器齒輪的變位 采用變位齒輪的原因: ( 1)配湊中心距; ( 2)提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命; 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 ( 3)降低齒輪的嚙合噪聲。 變位齒輪主要有兩類:高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度,使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度接近的程度。角度變位系數(shù)之和不等于零。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo),故采用得較多 10 。 變位系數(shù)的選擇原則: ( 1)對(duì)于高檔齒輪,應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最 有利的原則選擇變位系數(shù); ( 2)對(duì)于低檔齒輪,為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度,應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)選擇大、小齒輪的變位系數(shù); ( 3)總變位系數(shù)越小,齒輪齒根抗彎強(qiáng)度越低。但易于吸收沖擊振動(dòng),噪聲要小一些。 為了降低噪聲,對(duì)于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下,隨著檔位的降低,總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二檔和倒檔齒輪,應(yīng)該選用較大的值。本設(shè)計(jì)采用角度變位來(lái)調(diào)整中心距。 1、一檔齒輪的變位 已知條件: 96 a , 5.1012 5.3)1642( a由計(jì)算公式nt maay ,Htz zyy 2 代入得到: 0 6 2 9.05025 7 1 4.125 7 1 4.15.35.10196Htzntzyymaay查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪變位系數(shù)表得到 : 31.021.1109 zzxx 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 1、 其余齒輪的變位,計(jì)算過(guò)程同上,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 3.5 表 3.5 變速器各齒輪的變位 系數(shù) 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 倒檔齒輪 變位系數(shù) 1Z 2Z 7Z 8Z 5Z 6Z 3Z 4Z 11Z 12Z 13Z 0.1 0.13 0.023 0.009 0.021 0.011 -0.103 -0.083 0.046 0.309 -0.22 3.8 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)變速器齒輪各參數(shù)進(jìn)行選取,包括模數(shù)、壓力角、螺旋角、齒寬等。在選定合適的參數(shù)條件下進(jìn)行變速器齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算出常嚙合齒輪的齒數(shù)、中心距、各前進(jìn)檔的齒輪齒數(shù)及倒檔齒數(shù)等,使其達(dá)到本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。對(duì)變速器齒輪進(jìn)行變位計(jì)算以便為下一步的變速 器齒輪強(qiáng)度校核提供數(shù)據(jù)。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 第 4 章 齒輪與軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器齒輪的損壞形式主要有輪齒折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、移動(dòng)換檔齒輪端部破壞及齒面膠合等。為防止齒輪損壞需要對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核。 4.1.1 齒輪材料的選擇原則 1、滿足工作條件的要求 不同的工作條件,對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求,故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪,要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性,而且齒面硬,齒芯軟。 2、合理選擇材料配對(duì) 如對(duì)硬度 350HBS 的軟齒面 齒輪,為使兩輪壽命接近,小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪,且使兩輪硬度差在 30 50HBS 左右。為提高抗膠合性能,大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料 。 3、考慮加工、工藝及熱處理工藝 常嚙合齒輪因其傳遞的轉(zhuǎn)矩較大,并且一直參與傳動(dòng),所以磨損較大,應(yīng)選用硬齒面齒輪組合,小齒輪用 20GrMnTi 材料滲碳后淬火,硬度為 5862HRC 12 。大齒輪用 40Gr 調(diào)質(zhì)后表面淬火,硬度為 48 55HRC。一檔傳動(dòng)比大,齒輪所受沖擊載荷作用也大,所以抗彎強(qiáng)度要求比較高。一檔小齒輪用20GrMNTi 滲碳后淬火,硬度為 56 62HRC,大齒輪 40Gr 調(diào)質(zhì)后表面淬火,硬度為 46 55HRC;其余各檔小齒輪均采用 40Gr 調(diào)質(zhì)后表面淬火,硬度為 4855HRC,大齒輪用 45 鋼調(diào)質(zhì)后表面淬火,硬度為 40 50HRC。 4.1.2 各軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 一軸轉(zhuǎn)距 mTTe N2.12 8 56.908.903 0 0m a x1 軸承離合 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 中間軸轉(zhuǎn)矩 mNiTT 92.435233798.096.012.285121 齒輪軸承中 二軸各檔轉(zhuǎn)距: 一檔齒輪 53.108712 T Nm; 二檔齒輪 41.76912 T Nm; 三檔齒輪 77.54132 TNm; 四檔 齒輪 51.36242 T Nm; 倒檔軸: mNiT 46.644142298.096.092.435T 1312齒輪軸承中倒 二軸倒檔齒輪: mNiT 37.984223598.096.046.644T 1211齒輪軸承倒倒擋二軸 4.1.3 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 1、 斜齒齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 btyKKFIw( 4.1) 式中: IF 圓周力( N),dTF g21 ; gT 計(jì)算載荷( N mm); 節(jié)圓直徑( mm)cos zmd n; nm 法向模數(shù)( mm) ; 為斜齒輪螺旋角 )( ; K 應(yīng)力集中系數(shù), 50.1K; b 齒面寬( mm); 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 t 法向齒距,nmt ; y 齒形系數(shù),可按當(dāng)量齒數(shù)3coszz n 在齒形系數(shù)圖(圖 4.1)中查得; K 重合度影響系數(shù), 0.2K將上述有關(guān)參數(shù)代入 ( 4.1) ,整理得到 : KyKzmKTcngw3c o s2 ( 4.2) 圖 4.1 齒型系數(shù)圖 當(dāng)計(jì)算載荷gT取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩maxeT時(shí),倒檔直齒輪許用彎曲應(yīng)力在 400 850MPa,貨車(chē)可取下限,承受雙向交變載荷作用的倒檔齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。斜齒輪對(duì)貨車(chē)為 100 200MPa 13 。 ( 1) 一檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核 已知參數(shù): 7,3 cn Km 8 1 5.0,16,42 109 zz 24.2821 T Nm, 84.283中T Nm 查齒形系數(shù)圖 4.1 得 :186.0195.0109 yy ; 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 代入公式( 4.2)得: 39.1 9 41 9 5.0275.31614.3 5.11012.2 8 52 3 31 w MPa 75.2 0 91 8 6.0275.34214.3 5.11012.2 8 52 3 32 w MPa 對(duì)于貨車(chē)當(dāng)計(jì)算載荷取變速 器第一軸最大轉(zhuǎn)距時(shí),其許用應(yīng)力應(yīng)該小于 250Mpa,1w,2w均小于 250Mpa,所以滿足設(shè)計(jì)要求。 ( 2) 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核方法與一檔齒輪相同其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4.1: 表 4.1 各檔齒輪的彎曲強(qiáng)度校核 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 1Z 2Z 7Z 8Z 5Z 6Z 3Z 4Z 彎曲應(yīng)力 MPa 218.58 198.71 232.1 233.48 221.90 222.00 228.19 230.00 各齒輪的彎曲應(yīng)力均小于 250MPa,所以滿足設(shè)計(jì)要求。 2、倒檔齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 yzKmKKTcfgw32 ( 4.3) 式中 : w 彎曲應(yīng)力; K 應(yīng)力集中系數(shù),為 1.5; gT 計(jì)算載荷( Nmm); d 節(jié)圓直徑( mm); fK 摩擦力影響系數(shù),主動(dòng)齒輪為 1.1,從動(dòng)齒輪為 0.9; b 齒寬( mm); t 端面齒數(shù)( mm), mt , m 為模數(shù); y 齒形系數(shù); 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 查齒形系數(shù)圖 4.1 得 : 18.012 y ; 代入公式 ( 4.3) 得: 48.68518.08225.314.3 65.11.137.9852 311 w MPa 當(dāng)計(jì)算載荷gT取作用在變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)距時(shí),倒檔直齒輪的許用彎曲應(yīng)力在 400-850 之間,11w在許用范圍內(nèi),所以滿足設(shè)計(jì)要求。 3、斜齒齒輪輪齒接觸應(yīng)力 )11(418.0bzj bFE ( 4.4) 式中 : j 輪齒接觸應(yīng)力( MPa); F 齒面上的法向力( N),)cos(cos1 FF ; F1 圓周力( N), dTF g21 ; gT 計(jì)算載荷( Nmm); d 節(jié)圓直徑( mm); 節(jié)點(diǎn)處壓力角 ; 齒輪螺旋角; E 齒輪材料的彈性模量 5101.2 ( MPa); b 齒輪接觸的實(shí)際寬度( mm); bz , 主 從 動(dòng) 齒 輪 節(jié) 點(diǎn) 處 的 曲 率 半 徑 ( mm ), 直 齒 輪 s in,s in bbzz rr ,斜齒輪 22 c o s)s in(,c o s)s in( bbzz rr ; zr br 主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑( mm)。 將作用在變速器第一軸上的載荷 2maxeT 作為作用載荷時(shí),變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力j見(jiàn)下表 4.2 14 : 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 表 4.2 變速器的許用接觸應(yīng)力 齒輪 j MPa 滲碳齒輪 液體滲氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900 2000 950 1000 常嚙合齒輪和高檔 1300 1400 650 700 ( 1) 一檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知條件: 7,3,17 cn Km , 16,42 109 zz 2.4103 0 0 39 gT Nmm, 1642103 0 0 310 gT Nmm c os2c os2zmTdTFngg 86.2 0 9 1 217c o s420.3 2.4103 0 02 310 F N, 48.3431117c o s160.3 1642103002 39 F N 09.2623co s 37co s nc mKb mm 358.2423c o s217s i n420.3c o s2s i nc o s2s i nc o ss i n439.1023c o s217s i n160.3c o s2s i nc o s2s i nc o ss i n331723332923zmdrzmdrnbbnzz1 3 6 8 5.0358.24 1439.10 111 bz 將已知數(shù)據(jù)代入公式( 4.4)得: 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 )(74.12241 3 6 8 5.009.262101.248.3 4 3 1 1418.0)11(418.059M P abFEbzj)(5.12141 3 6 8 5.009.262101.286.2 0 9 1 2418.0)11(418.0510M P abFEbzj9j,10j均小于 1900 MPa,所以滿足設(shè)計(jì)要求。 ( 2) 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核的方法同上,校核計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4.3: 表 4.3 各齒輪的接觸應(yīng)力 各齒輪的接觸應(yīng) 力均小于 1300 1400 MPa,所以滿足設(shè)計(jì)要求。 4、 直齒倒檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知條件: 14,7,17,5.3 12 zKm c 92.435中T Nm 將已知數(shù)據(jù)代入公式( 4.4)得到: 207.1860517c o s145.3 92.4352c o s2c o s21212 mz Tmz TF g 中N 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 1Z 2Z 7Z 8Z 5Z 6Z 3Z 4Z 接觸應(yīng)力( MPa) 894.05 894.05 1073.67 1072.13 983.55 999.785 915.157 922.77 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 22.1183917c o s225.3 92.4352c o s2c o s21313 mz Tmz TF g 中N 43.215 1117c os355.3 2.4103002c os2c os2 3111111 mzTmzTF gg N 5.245.37 mKb c1266.005063.007594.0752.191168.1311119524.007594.01193.0168.131379.8111752.1917s i n2355.317s i n2s i n2168.1317s i n2225.317s i n2s i n2379.817s i n2145.317s i n2s i n222111121312121bzbzbbzzmzdmzdmzd99.156119524.0242 101.2207.18605418.0)11(418.0 513 bzj bFEMPa72.12571266.0242 101.222.11839418.0)11(418.0 513 bzj bFEMPa99.156119524.0242 101.243.21511418.0)11(418.0 511 bzj bFEMPa 12j,13j,11j均小于 1900 MPa,所以滿足設(shè)計(jì)要求。 4.2 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器的軸是變速器傳遞扭距的主要部件,它的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度直接 影響變速器的使用壽命,變速器在工作時(shí),由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力的作用,變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)該有足夠強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度 15 。因?yàn)閯偠炔蛔爿S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形,結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合,對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。因此在設(shè)計(jì)變速器軸時(shí),河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 其剛度的大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計(jì)階段可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和已知條件先確定軸的直徑,然后根據(jù)公式進(jìn)行有關(guān)剛度和強(qiáng)度方面的驗(yàn)算。 4.2.1 軸的工藝要求 第二軸上的軸頸常常用做滾針的滾道,要求有相當(dāng)高的硬度和表面粗糙度,硬度應(yīng)在 HRC58 63,表面光粗糙度不能過(guò)低。 對(duì)于采用高頻或滲碳鋼的軸,螺紋部分不應(yīng)淬硬,以免產(chǎn)生裂紋。 對(duì)于階梯軸來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證工藝簡(jiǎn)單,階梯應(yīng)盡可能少。 本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)綜合考慮中間軸選用齒輪軸 ,材料與齒輪一樣為 20CrMnTi。 4.2.2 初選軸的直徑 在已知中間軸式變速器中心距 A時(shí),第二軸和中間軸中部直徑 d為 0.45A,軸的最大直徑 d 和支承間距離 l 的比值:對(duì)中間軸, 18.016.0 ld 對(duì)第二軸,21.018.0 ld 。第一軸花鍵部分直徑 d 可按下式初選: 3maxeTKd ( 4.5) 式中 : K 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) K=4.0-4.6; maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距( N mm)。 第二軸和中間軸中部直徑 Ad 45.0 =0.45 2.4396 mm l 的取值: 中間軸長(zhǎng)度初選: 18.016.0 ld 2 7 02 4 018.016.0 2.43 l mm 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 260l mm 第二軸長(zhǎng)度初選: 21.018.0 ld 24071.20521.018.0 dl mm 240l mm 第一軸長(zhǎng)度初選: 774.3078.2669.6)6.40.4(3006.40.4 33 m a x eTKd mm 27d mm 18.016.0 ld mm 75.1 681 5018.016.0 dl mm l 取 160mm。 4.2.3 軸最小直徑的確定 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算,這種方法是根據(jù)軸所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算 16 ,對(duì)實(shí)心軸,其強(qiáng)度條件為: 2.0109 5 5 033 d nPWTT( 4.6) T 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 N mm, T =300N m; TW 軸的抗扭截面模量 (mm3); P 軸傳遞的功率( kw), P =88kw; n 軸的轉(zhuǎn)速 )min(r , n =3600 )min(r ; 軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力( MPa),見(jiàn) 4.3 表: 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 表 4.3 軸常用集中材料的 及 A 值 軸的材料 Q235-A, 20 Q237, 35 ( 1C,18Ni9Ti) 45 40Cr,35SiMn,38SiMnMo, 3Cr12,20CrMnTi /MPa 15-25 20-35 25-45 35-55 A 149-126 135-112 126-103 112-97 由式 4.5 得到軸直徑的計(jì)算公式: 33332.0109 55 0nPAnPd ( 4.7) 對(duì)中間軸為合金鋼 CrMnTi20 則 A 查表得為 100; P 為 88kw;。 代入式( 4.7)得 mmd 36.34 取為 35mm。 二軸為 CrMnTi20 查表得為 110; P 為 88kw;代入式( 4.6)得 mm 取為 45mm。 4.2.4 軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的受力如圖 4.2所示: 圖 4.2 變速器受力圖 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 1、 軸的撓度驗(yàn)算 軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按材料力學(xué)的有關(guān)公式計(jì)算。計(jì)算時(shí),僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副,因距離支承點(diǎn)近,負(fù)荷又小,通常撓度不大,故可以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如圖 4-3 所示時(shí),若軸在垂直面內(nèi)撓度為cf,在水平面內(nèi)撓度為sf和 轉(zhuǎn)角為,可分別用下式計(jì)算: EILbaFf c 3221 ( 4.8) EILbaFf s 3222 ( 4.9) EIL ababF 31 ( 4.10) 式中 : 1F 齒輪齒 寬中間平面上的徑向力( N); 2F 齒輪齒寬中間平面上的圓周力( N); E 彈性模量( MPa), E =2.1105 MPa; I 慣性矩( mm4),對(duì)于實(shí)心軸, 644dI ; d 軸的直徑( mm),花鍵處按平均直徑計(jì)算; a 、 b 為齒輪上的作用 力距支座 A、 B 的距離( mm); L 支座間的距離( mm)。 軸的全撓度為 mmfffsc 2.022 軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為 cf=0.05 0.10mm, sf=0.100.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò) 0.002rad 18 。 與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪,常通過(guò)青銅襯套或滾針軸承裝在軸上,也有的省去襯套或滾針軸承裝在軸上,這就能增大軸的直徑,因而使軸的剛度增加。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 第二軸軸上受力分析如圖 4.5 所示。 圖 4.5 變速器的撓度和轉(zhuǎn)角 ( 1) 變速器在一檔工作時(shí)二軸和中間軸的剛度 第一軸軸 上受力分析如圖 4.5 所示。 52.6863160.323c o s103002c o s22 31111 zmTd TFngt N 42.2 7 7 923c o s 17t a n52.6 8 6 3c o st a n11 ntr FFN 56.3 3 4 723t an52.6 8 6 3t an11 ta FFN 中間軸軸上受力分析如圖 4.5 所示。 52.6863420.3164223c o s103002c o s22 32222 zmTdTFngtN 42.2 7 7 9c o st a n 122 rntr FFF N 56.3 3 4 7t a n 122 ata FFF N 58.1 5 9 0 8160.323c o s16421030022 3333 dTFtN 59.6 0 8 823co s 17t an58.1 5 9 0 8co st an33 ntr FF N 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 01.5 1 6 923t an58.1 5 9 0 8t an33 ta FF N 27.1590837350.3 2337164223c o s103002c o s22 34444 zmTdTFngtN 82.6 0 8 8c o st a n 344 rntr FFF N 24.5 1 3 9t a n 344 ata FFF N 二軸軸剛度校核: 將各已知參數(shù)代入公式 ( 4.8) 得到: LdE baFE IL baFf rrc 42242243 643 85.60884 rF N, 189a mm, 97b mm, 286L mm, 50d mm 10.005.00 3 7.02 8 65014.3101.23 64971 8 985.6 0 8 8 45 22 cc ff 各已知參數(shù)代入公式( 4.9),( 4.10)得到: 0 9 6 7 8.02865014.3101.23 649718972.1 5 9 0 93 643 45 224224224 LdE baFE I L baFf tts 15.01.00 9 6 7 8.0 sf mm 2.01036.00 9 6 78.0037.0 2222 sc fff mm 002.000000290 4.02865014.3101.23 64)97189(9718985.60883 )( 454 E I L ababF r rad 所以變速器二軸在一檔工作時(shí)滿足剛度要求。 同理:變速器在一檔時(shí)中間軸符合剛度要求 變速器二軸在 二檔工作時(shí)滿足剛度要求。 變速器在二檔時(shí)中間軸符合剛度要求。 變速器二軸在三檔工作時(shí)滿足剛度要求。 變速器在三檔時(shí)中間軸符合剛度要求。 變速器二軸在四檔工作時(shí)滿足剛度要求。 河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 4.3 軸承的選擇與校核 軸承的使用壽命可按汽車(chē)以平均速度行駛至大修前的總行駛里程 S 來(lái)計(jì)算,對(duì)于汽車(chē)軸承壽命的要求是轎車(chē) 30 萬(wàn)公里,貨車(chē)和大客車(chē) 25 萬(wàn)公里。 amvSL ,式子中 1 1 06.06.0 m a x aam vv , 3 7 8 81 1 06.0 1025 4 L h 4.3.1 一軸軸承的選擇與校核 ( 1)初選軸承型號(hào)根據(jù)軸承處直徑選擇 6208 型號(hào)軸承 15 ,查得: 5.29rC KN, 18orC KN ( 2) 計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 P 當(dāng)變速器在一檔工作時(shí)軸承受到的力分別為: 42.27791 rF N, 56.33471 aF N, 23.3278BC N, 1 8 5.01 8 0 0 0 56.3 3 4 7 oraCF查機(jī)械原理與設(shè)計(jì)得到 36.0e , eFFra 55.0,查機(jī)械原理與設(shè)計(jì)得到 21.1y , 56.0 x , 當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算 )(arp yFxFfP ( 4.12) 將 各已知參數(shù)代入式 ( 4.12): )( arp yFxFfP pf在 1.2 到 1.8 之間取,取pf為 1.3, 9 6 7 53 6 7)56.334721.165.605756.0(3.1 p 軸承壽命計(jì)算公式為: )(60106PCnL h ( 4.13) 將個(gè)已知參數(shù)代入式 ( 4.13) 得到: 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 14.326)67.9 6 7 5 105.29(2 1 0 060 10)(6010 310366 PCnL h h 對(duì)于汽車(chē)軸承壽命的要求是轎車(chē) 30 萬(wàn)公里,貨車(chē)和大客車(chē) 25 萬(wàn)公里。 amvSL , 式 子 中 1 1 06.06.0 m a x aam vv , 37881106.0 1025 4 L h 17 。 如表 4.14 所示,變速器各檔位相對(duì)工作使用率為: 表 4.14 五檔變速器各檔位相對(duì)工作使用率 車(chē)型 檔 位 數(shù) 最高檔 傳動(dòng)比 gif/% 變速器檔位 貨車(chē) 5 1 1 3 5 16 75 5 1 1 3 12 64 20 ,88.37%137 8814.32 6 h 所以所選軸承滿足設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)變速器在四檔工作時(shí)軸承受到的力分別為: 65.6057rF N, 56.3347aF N 185.01018 56.3347 30raCF查機(jī)械原理與設(shè)計(jì)得到 36.0e , eFFba 55.0,查表機(jī)械原理與設(shè)計(jì)得到 21.1,56.0 yx 當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算代入式( 4.12): )( arp yFxFfP pf在 1.2 到 1.8 之間取,取pf為 1.3, 58.7488)56.334721.183.304956.0(3.1 p 將個(gè)已知參數(shù)代入式( 4.13)得到: hPCnL h 3 6 6.7 6 6)58.7 4 8 8 105.29(2 1 0 060 10)(6010 310366

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