【文章內(nèi)容簡介】 r輪胎 半徑 f滾動(dòng)阻力系數(shù) 下面計(jì)算輪胎半徑。根據(jù)輪胎的型號(hào) 215/60 R16， 215 是指輪胎 橫截面寬度為 215毫米， 55 是指 高寬比為 55%， R表示 子午線輪胎結(jié)構(gòu)， 16 是指 輪輞直徑為 16 英寸 。 另外， 1英 寸約等于 毫米 。所以可以得到輪胎的半徑為 根據(jù)變速器的主要輸入?yún)?shù)（表 ）和公式 可以計(jì)算出變速器的一檔傳動(dòng)比為： 其他各檔傳動(dòng)比的計(jì)算 在傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器中 各檔傳動(dòng)比 之間一般是 按照等比級數(shù)來分配 ,用 等比級數(shù)分配傳動(dòng)比 方法可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在接近外特性的最大功率附近 運(yùn)轉(zhuǎn) ,增大 汽車后備功率 ，提高汽車的爬坡性能 [3]。 按等公比原則來分配傳動(dòng)比，所以各檔的傳動(dòng)比是一個(gè)等比數(shù)列。即： i1/i2 = i2/i3=? =q 等比級數(shù) 分配各檔傳動(dòng)比只 是理論上的傳動(dòng)比分配 原則 ,而在 實(shí)際 設(shè)計(jì) 中由 于齒輪 第 12頁 共 36頁 齒數(shù)只能是整數(shù) ,實(shí)際 的傳動(dòng)比的會(huì)與 理論值 有點(diǎn) 偏離 。另外按照等比級數(shù)來分配各檔傳動(dòng)比主要 目的是在于改善汽車的性能 ,充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力 。 另外現(xiàn)代 的汽車研究理論認(rèn)為傳動(dòng)比之間的比值越小 汽車 越省油 ,換擋也將會(huì) 更加容易。在汽車實(shí)際行駛過程中，多數(shù)時(shí)間汽車是處在高檔位 ,高檔 之間的 換擋頻率也比低檔 之間換擋頻率要高 很多 ,所以 ,在設(shè)計(jì)時(shí) 高檔傳動(dòng)比 之間的 比值應(yīng)該要小于低檔 [4]。 現(xiàn)在先根據(jù)等比級數(shù)分配各檔傳動(dòng)比的原則粗略計(jì)算其他各檔傳動(dòng)比，最后根據(jù)齒輪的齒數(shù)計(jì)算實(shí)際的傳動(dòng)。 在本設(shè)計(jì)中，最高檔六檔的傳動(dòng)比為 1。各檔 之間的傳動(dòng)比公比 q為： 由此得到其他各檔傳動(dòng)比： i2= i3= i4= i5= 在傳統(tǒng)的變速器中倒檔齒輪的傳動(dòng)比與一檔的傳動(dòng)相近，所以在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比取與 . 變速器各檔傳動(dòng)比如下表 ： 表 傳動(dòng)比 中心距 初步計(jì)算 在三軸 式變速器 中 ， 變速器中心距 A是 指 中間軸與 第二軸 之間的 軸線 距離距 A。中心距 是 三軸式變速器的一個(gè)重要參數(shù) ，它的大小不僅對變速器的結(jié)構(gòu)尺寸有影響，而且它 對齒輪的接觸強(qiáng)度有 重要影響。變速器的中心距越小，齒輪 的接觸壓力越大，齒輪壽命 就越短。所以最小的中心距要保證輪齒 的接觸強(qiáng)度。 另外還要考慮軸在箱體上的安裝。為了方便安裝軸，中心距應(yīng)該設(shè)計(jì)大一點(diǎn)。在考慮箱體的強(qiáng)度時(shí)，最好也是將中心設(shè)計(jì)大一點(diǎn)。現(xiàn)在先根據(jù)對實(shí)際生產(chǎn)的變速器的統(tǒng)計(jì)而得到的經(jīng)驗(yàn)公式初選： （ 23） 在上面的公式中 A中心距 KA中心距系數(shù)。（ 對轎車， KA=~。在本設(shè)計(jì)中 KA=） 所以得到初選中心距為 倒檔 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 傳動(dòng)比 第 13頁 共 36頁 齒輪參數(shù) 選擇 在本節(jié)中主要齒輪的模數(shù)、齒輪齒形、壓力角和螺旋角等。這些都是齒輪的重要參數(shù)。 齒輪模數(shù) 齒輪 的 模數(shù) 是由輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度或者在最大載荷作用下的靜強(qiáng)度確定的 。選擇齒輪 模數(shù) 時(shí)應(yīng)該 考慮到適當(dāng)增大齒輪齒寬而減小齒輪模數(shù)時(shí)可以 降低 變速器的噪聲，然而為了減小變速器的重量，則可以通過 增大 齒輪模數(shù)和 減小 齒輪 齒寬和中心距 實(shí)現(xiàn) 。 對于轎車而言 降低噪聲很重要，而對 于貨汽車則應(yīng)該減小變速器的重量 [5]。 對于 機(jī)械式 變速器齒輪 應(yīng) 采用小模數(shù) ,多齒數(shù)來獲得 2～ 3 的重合系 數(shù)和 良好的 運(yùn)行平穩(wěn)性和較小的噪聲 ,且可增加接觸壽命。 機(jī)械式變速器低檔齒輪模數(shù)應(yīng)該比高檔的齒輪 大一點(diǎn) 。 一般機(jī)械式變速器齒輪模數(shù)可以 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得 ： （ 24） 其中 所以 。另外選擇的模數(shù)應(yīng)該符合 國標(biāo) GB13571987 規(guī)定并滿足強(qiáng)度要求 。所以在本設(shè)計(jì)中模數(shù)初選結(jié)果如下表 所示。 表 齒輪齒形、壓力角 和斜齒輪螺旋角 的選擇 斜齒輪 在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸向力并 作用到軸承上。 在 設(shè)計(jì) 變速器 時(shí)應(yīng) 盡量使 中間軸上工作的兩對 斜齒輪 產(chǎn)生 的軸向力相互抵消，以降低軸承載荷 ，提高軸承 的使用壽命。所以 ， 中間軸上 不同檔位 的齒輪的螺旋角應(yīng)該是相同的。但是為了簡化 工藝 和設(shè)計(jì) ，中間軸上 的斜 齒 輪的螺旋方向都取為右旋，那么 第一 軸和第二軸上的斜齒輪則 取為左旋。 另外，一檔和倒檔設(shè)計(jì)為直齒。 機(jī)械式變速器中的齒輪都使用 漸開線齒廓。國家 標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定的齒輪標(biāo)準(zhǔn)壓力 角是20176。增大 壓力角 會(huì) 使 齒根圓齒厚和節(jié)圓處漸開線曲率半徑增大， 所以 齒輪 的彎曲強(qiáng)度與接觸強(qiáng)度得到提高，但是不根切的最少齒數(shù)變小 ，重合度減小，噪聲 也會(huì)隨之增大。所以在本設(shè)計(jì)中使用國家標(biāo)準(zhǔn)壓力角 20176。 斜齒輪的 螺旋角 也要選擇合適。斜齒輪的螺旋角 太小時(shí) ，發(fā)揮不了斜齒輪的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)斜齒輪的螺旋角太大是，斜齒輪產(chǎn)生的 軸向 力又非常大，將會(huì)降低軸承的壽命 。 另外，增大 齒輪的 螺旋角 會(huì)使齒輪嚙合時(shí) 重合 系數(shù)增大，工作平穩(wěn)、噪聲減小 ， 齒 輪的強(qiáng)度也會(huì)得到 提高，但 是 當(dāng)螺旋角 30176。 時(shí)，雖然 齒輪的接觸強(qiáng)度將會(huì) 提 高，但是齒輪的 彎曲強(qiáng)度則會(huì)突 然下降 [6]。所以，考慮到提高低檔齒輪的彎曲強(qiáng)度 ， 螺旋角不能太 大。 所以本設(shè)計(jì)中的 斜齒輪的 螺旋角在 8176。 20176。之間選擇。 倒檔 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 模數(shù) (mm) 第 14頁 共 36頁 齒輪齒數(shù)的分配 在初 步選擇 中心距、齒輪模數(shù)和 斜齒輪的螺旋角之后，可根據(jù)機(jī)械 變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比 和傳動(dòng)方案來分配 各檔齒輪的齒數(shù) [26]。本文設(shè)計(jì)的機(jī)械式 變速器的傳動(dòng)方案如下圖 所示， 另外應(yīng)該注意的是，各檔齒輪間 的齒數(shù)比應(yīng)盡量 不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。 圖 一檔齒輪齒數(shù) 一檔齒輪的傳動(dòng)比： （ 25） 如果 z11和 z12的齒數(shù)確定， z1和 z2就可以算出來 了。為了計(jì)算 z11和 z12，可以先求出它們的齒數(shù)之和 zh。 （ 26） 代入數(shù)據(jù)后計(jì)算得 zh=，取整后 zh=50。 zh取整之后，對中心距修正得 A=。 下面對 z11和 z12這一對齒輪的 齒數(shù)進(jìn)行 分配。 為了使一檔的傳動(dòng)比大一些， 中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù) 盡可能取小些。 在 一檔傳動(dòng)比 i1已經(jīng)確定 的情況下， 中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)取小一些， 使 z11/z12的值盡可能大，這樣 第一軸 上的 常嚙合齒輪的齒數(shù) 會(huì) 多些，以便 在第一軸的內(nèi)腔設(shè)置 第二軸的前軸 承并保證第一 軸 軸有足夠的厚度。 另外，中間軸上 一檔齒輪的最少齒數(shù) 還 要受中間軸的軸徑大小限制，也就是 受 中間軸的剛度 限制。 所以要對軸的尺寸和 齒輪 的齒數(shù) 統(tǒng)一考慮 。在本設(shè)計(jì)中取中間軸上一檔齒輪 z11 第 15頁 共 36頁 的齒數(shù)為 17。 z12=zhz11=5017=33。 常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù) 常嚙合齒輪的傳動(dòng)比為： （ 27） 另外常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 。所以得到 （ 28） 先初選螺旋角 β 1=20176。算得 z1=， z2=。然后對齒數(shù)取整。得 z1=18， z2=38。 對齒數(shù)取整后，對螺旋角修正得 β 1=19176。 28′。 其他檔的齒輪的齒數(shù) 二檔中兩對嚙合的斜齒輪滿足下面兩個(gè)等式： （ 29） （ 210） 另外斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。在設(shè)計(jì)變速器斜齒輪時(shí)，應(yīng)該使同時(shí)工作的兩對齒輪的軸向力相互抵消。為了使兩個(gè)軸向力平衡必須滿足下面等式： （ 211） 聯(lián)立上面三個(gè)方程解得 :z9=,z10=,取整后得 z9=33,z10=24， 螺旋角 β =12176。16′。 依照同樣的方法可以計(jì)算其他檔的齒輪的齒數(shù)和螺旋角。求得的結(jié)果如下： 三檔齒輪：齒數(shù) z7=30 齒數(shù) z8=27 螺旋角 β =12176。 16′ 四檔齒輪：齒數(shù) z5=26 齒數(shù) z6=31 螺旋角 β =16176。 16′ 五檔齒輪：齒數(shù) z3=22 齒數(shù) z4=34 螺旋角 β =16176。 16′ 齒輪的齒寬 齒輪的 齒寬 對變速器的軸向尺寸、傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命 情況 都有影響。齒輪的 齒寬減小 將 影響 到變速器的傳動(dòng)平穩(wěn)，小的齒寬加大了齒輪應(yīng)力。但是為了 減小 變速器的軸向尺寸以及減小變速器質(zhì) 量， 宜 采用小的齒寬。 當(dāng) 齒輪 的齒寬度較大 ,齒輪的 承載能力會(huì)提高。但是當(dāng) 齒輪 承載后 ,由于軸的撓曲 變形和齒輪的形狀誤差等 因素 ,會(huì)造成齒寬方向的受力不均 ,所以齒輪的 齒寬 也 不宜過大。 這些都應(yīng)該綜合考慮。 第 16頁 共 36頁 在本設(shè)計(jì)中根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算齒輪齒寬。 （ 212） 其中 kc是齒寬系數(shù)（直齒輪取 ～ ，斜齒輪取 ～ ） 。為了簡化制造工藝和設(shè)計(jì)，齒寬都取 b=26mm。 倒檔的齒輪的齒數(shù) 倒檔的傳動(dòng)比跟一檔的傳動(dòng)比非常接近，所以中間軸上的倒檔齒輪取 z14=17。然后根據(jù)倒檔的傳動(dòng)比： （ 213） 可以求得 z13=31. 由于惰輪只是用于轉(zhuǎn)換輸出軸的轉(zhuǎn)向，所以本設(shè)計(jì)中惰輪的齒數(shù) z 惰 =23。 根據(jù)倒檔上三個(gè)齒輪的齒數(shù)，可以計(jì)算出中間軸與倒檔軸的中心距： （ ） 代入數(shù)據(jù)算得 A=60mm 同理得輸出軸與倒檔軸的中心距： （ ） 代入數(shù)據(jù)算得 A=81mm 綜合上面的計(jì)算可以得到變速器中所有齒輪的齒數(shù)和螺旋角 。如下表 所示。 表 齒數(shù)和螺旋角 第 17頁 共 36頁 根據(jù)齒輪的實(shí) 際齒數(shù)可以修正變速器的傳 動(dòng)比，修正結(jié)果如下表： 表 修正傳動(dòng) 比 齒輪 齒數(shù) 螺旋角 齒輪 1 18 19176。 28′ 齒輪 2 38 19176。 28′ 齒輪 3 22 16176。 16′ 齒輪 4 34 16176。 16′ 齒輪 5 26 16176。 16′ 齒輪 6 31 16176。 16′ 齒輪 7 27 12176。 16′ 齒輪 8 30 12176。 16′ 齒輪 9 33 12176。 16′ 齒輪 10 24 12176。 16′ 齒輪 11 33 0176。 齒輪 12 17 0176。 齒輪 13 31 0176。 齒輪 14 17 0176。 惰輪 23 0176。 一檔 二 檔 三檔 四檔 五檔 六檔 倒檔 傳動(dòng)比 第 18頁 共 36頁 3 變速器主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器需要設(shè)計(jì)的主要零部 件有齒輪的幾何尺寸、齒輪的校核、軸的設(shè)計(jì)、軸的校核、花鍵的設(shè)計(jì)和 花鍵的校核等。 齒輪的幾何尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)械式 變速器 的 齒輪均為漸開線齒輪。漸開線齒輪除了能滿足傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比 恒定不變等 基本要求 之外，還具有 互換性好、中心距具有可分離性及切齒刀具制造容易等優(yōu)點(diǎn)。漸開線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)、分度圓壓力角必須分別相等，兩斜齒輪的螺旋角必須相等而方向相反 [7] 下面表 是齒輪的幾何尺寸計(jì)算公式 表 齒輪 計(jì)算公式 其中 h*an是法面齒頂高系數(shù)， c*n是法面頂隙系數(shù)。 β 是螺旋角 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 基圓柱螺旋角 β b tanβ b = tanβ cosα t 端面模數(shù) mt mt=mn/cosβ 端面壓力角 at tanat= tan an/cosβ 法面齒距 pn pn=π mn 端面齒距 pt pt=pn/cosβ 法面基圓齒距 Pbn pbn=pncosα n 分度圓直徑 d d=zmt 基圓直徑 db db=dcosα t 齒頂高 ha ha=mn h*an 齒 根高 hf hf= mn(h*an+ c*n) 齒頂圓直徑 da da=d+2ha 齒根圓直徑 df