【文章內(nèi)容簡介】 輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對齒輪有相同的中心距，此時應(yīng)對齒輪進行變位。當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動或高度變位時，則對齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質(zhì)量指標(biāo)，故采用的較多。對斜齒輪傳動，還可通過選擇合適的螺旋角來達到中心距相同的要求。變速器齒輪是在承受循環(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(yīng)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(yīng)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(yīng)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。總變位系數(shù)越小，一對齒輪齒更總厚度越薄，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，變速器中除去一、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12的齒數(shù)Z12=17，因此一擋齒輪不需要變位。 變速器齒輪的強度計算與材料的選擇 齒輪的損壞原因及形式齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動換擋齒輪端部破壞。輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒再重復(fù)載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。齒輪工作時，一對相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細小裂縫中的潤滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。用移動齒輪的方法完成換擋的抵擋和倒擋齒輪，由于換擋時兩個進入嚙合的齒輪存在角速度茶，換擋瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。 齒輪的強度計算與校核與其他機械設(shè)備使用的變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級、支撐方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或齒輪精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于7級。因此，比用于計算通用齒輪強度公式更為簡化一些的計算公式來計算汽車齒輪，同樣、可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。（1）齒輪彎曲強度計算直齒輪彎曲應(yīng)力 （320）式中，彎曲應(yīng)力(MPa)； 一擋齒輪10的圓周力 (N)， ；其中 為計算載荷 (Nmm)，d為節(jié)圓直徑。 應(yīng)力集中系數(shù)，； 摩擦力影響系數(shù)，； b齒寬（mm），取20 t端面齒距（mm）； y齒形系數(shù)當(dāng)處于一擋時，中間軸上的計算扭矩為： （318） = =659668Nm 故由 可以得出；再將所得出的數(shù)據(jù)代入式（317）可得 當(dāng)計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩時，一擋直齒輪的彎曲應(yīng)力在400~850MPa之間。斜齒輪彎曲應(yīng)力 （319）式中 為重合度影響系數(shù)，；其他參數(shù)均與式（319）注釋相同，選擇齒形系數(shù)y時，按當(dāng)量模數(shù)在圖（319）中查得。二擋齒輪圓周力： （320）根據(jù)斜齒輪參數(shù)計算公式可得出：=齒輪10的當(dāng)量齒數(shù)=，可查表（320）得：。故 同理可得： 。依據(jù)計算二擋齒輪的方法可以得出其他擋位齒輪的彎曲應(yīng)力，其計算結(jié)果如下：三檔σw7= σw8= 四檔σw5= σw6= 五檔σw3= σw4= 六擋σw14= σw15= 當(dāng)計算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時，對常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180~550MPa范圍內(nèi)，因此，上述計算結(jié)果均符合彎曲強度要求。（2）齒輪接觸應(yīng)力 （321） 式中， 齒輪的接觸應(yīng)力(MPa)； F齒面上的法向力(N)，； 圓周力在 (N)， ； 節(jié)點處的壓力角；齒輪螺旋角；E齒輪材料的彈性模量 MPa，查資料可?。籦齒輪接觸的實際寬度，20mm；主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑 mm；直齒輪： （322） （323）斜齒輪： （324） （325）其中，分別為主從動齒輪節(jié)圓半徑（mm）。將作用在變速器第一軸上的載荷作為計算載荷時，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見下表：表32 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪/MPa滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一擋和倒擋1900~2000950~1000常嚙合齒輪和高擋1300~1400650~700整理可得：直齒： 斜齒：通過計算可以得出各擋齒輪的接觸應(yīng)力分別如下：一檔σj11 =σj12 =二檔σj9 =σj10 =三檔σj7 =σj8 =四檔σj5 =σj6 =五檔σj3 =σj4 =倒檔σj13 =σj14 =σj15= 對照上表可知，所設(shè)計變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。 變速器軸的強度計算與校核（1）軸的結(jié)構(gòu)第一軸通常和齒輪做成一體，前端大都支撐在飛輪內(nèi)腔的軸承上，其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。該軸承不承受軸向力，軸的軸向定位一般由后軸承用卡環(huán)和軸承蓋實現(xiàn)。第一軸長度由離合器的軸向尺寸確定，而花鍵尺寸應(yīng)與離合器從動盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸如圖31所示：圖31 變速器第一軸中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動方案。由于一擋和倒擋齒輪較小，通常和中間軸做成一體，而高擋齒輪則分別用鍵固定在軸上，以便齒輪磨損后更換。（2）軸的尺寸變速器軸的確定和尺寸，主要依據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求并考慮加工工藝和裝配工藝要求而定。在草圖設(shè)計時，由齒輪、換擋部件的工作位置和尺寸可初步確定軸的長度。而軸的直徑可參考同類汽車變速器軸的尺寸選定，也可由下列經(jīng)驗公式初步選定：第一軸和中間軸： （326）第一軸花鍵部分直徑d(mm)初選 d= （327）式中： K——經(jīng)驗系數(shù)，K＝～，取K＝；——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩N?m；d= ，取d＝32mm。為保證設(shè)計的合理性，軸的強度與剛度應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，軸的直徑d與軸的長度L的關(guān)系可按下式選取：第一軸和中間軸： d/L=；第二軸： d/L=。以下是軸的計算尺寸：第二軸：（C是由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)） （328）T=T=Temaxi 因發(fā)動機最大扭矩不大，故C取較小值，由機械設(shè)計取C＝100整理可得： (mm)代入數(shù)據(jù)可得各擋位齒輪處的軸徑為：dz1=d z3=d d z7=d z9=d z11=d z13=此處還應(yīng)根據(jù)階梯軸的結(jié)構(gòu)特點與標(biāo)準(zhǔn)件要求進行軸徑調(diào)整。 軸的校核由變速器結(jié)構(gòu)布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來說強度是足夠的，僅對其危險斷面進行驗算即可。對于本設(shè)計的變速器來說，在設(shè)計的過程中，軸的強度和剛度都留有一定的余量，所以，在進行校核時只需要校核一擋處即可；因為車輛在行進的過程中，一擋所傳動的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于第二軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故作為重點的校核對象。下面對第一軸和第二軸進行校核。（1）第一軸的強度與剛度校核因為第一軸在運轉(zhuǎn)的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強度條件公式為 （329）式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa； T軸所受的扭矩，Nmm； 軸的抗扭截面系數(shù)，； P軸傳遞的功率，kw； d計算截面處軸的直徑，mm； []許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。其中P =115kw，n =6400r/min,d =24mm；代入上式得： 由查表可知[]=55MPa，故[]，符合強度要求。軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。其計算公式為：（330）式中，T 軸所受的扭矩，Nmm； G 軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對于鋼材，G =； 軸截面的極慣性矩，； 將已知數(shù)據(jù)代入上式可得： 。對于一般傳動軸可取；故也符合剛度要求。（2） 第二軸的校核計算軸的強度校核計算用的齒輪嚙合的圓周力、徑向力及軸向力可按下式求出： （331） （332） （333）式中 至計算齒輪的傳動比，； d 計算齒輪的節(jié)圓直徑，mm，為90mm； 節(jié)點處的壓力角，為16176。； 螺旋角，為30176。； 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，為200000Nmm。代入上式可得： ， ， 。危險截面的受力圖為： 圖32 危險截面受力分析水平面：（160+75）=75 =；水平面內(nèi)所受力矩： 垂直面： = （334）垂直面所受力矩：該軸所受扭矩為：故危險截面所受的合成彎矩為： （335）則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力 ,MPa: （336）將代入上式可得：，在低擋工作時[]=400MPa，因此有：[]；符合要求。軸的剛度校核第二軸在垂直面內(nèi)的撓度和在水平面內(nèi)的撓度可分別按下式計算： （337）