【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 軸常嚙合齒圈的內(nèi)腔里，它受齒輪徑向尺寸的限制，前軸頸上安裝長(zhǎng)或短圓柱滾子軸承或滾針軸承或散滾針。第二軸安裝同步器齒轂的花鍵采用漸開(kāi)線花鍵，漸開(kāi)線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，定位性能好，承載能力大，花鍵齒短，其小徑相應(yīng)增大，可提高軸的剛度。選用漸開(kāi)線花鍵時(shí)以大徑定心更合適。第二軸各檔齒輪與軸之間有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，無(wú)論裝滾針軸承，襯套（滑動(dòng)軸承）還是鋼件對(duì)鋼件直接接觸，軸的表面粗糙度均要求很高，表面硬度不應(yīng)低于HRC58~63。在一般情況下軸上應(yīng)開(kāi)螺旋油槽，以保證充分潤(rùn)滑。在低檔的滑動(dòng)掛檔齒輪處，軸上花鍵采用矩形花鍵，因?yàn)閽鞕n時(shí)，齒輪須軸向滑動(dòng)，要求定心好，滑動(dòng)靈活。所以除要求定心的外徑磨削外，一般鍵齒側(cè)面也需要磨削，而矩形花鍵鍵側(cè)面磨削比漸開(kāi)線花鍵容易。 第二軸制成階梯式，便于齒輪安裝，從受力和合理使用材料看，這也是需要的。各截面尺寸要避免相當(dāng)懸殊，軸上供磨削用的砂輪越程槽產(chǎn)生應(yīng)力集中，易造成軸折斷。輕型汽車(chē)變速器各檔齒輪常用彈性擋圈軸向定位，彈性擋圈定位簡(jiǎn)單，但拆裝不方便，并且與旋轉(zhuǎn)件端面油相對(duì)摩擦，同時(shí)彈性擋圈亦不能傳遞很大的軸向力，這是很不利的，因此只在輕型汽車(chē)變速器中采用。 變速器中間軸有旋轉(zhuǎn)式和固定式兩種。 固定式中間軸是根光軸，僅起支承作用，其剛度由安裝在軸上的寶塔齒輪結(jié)構(gòu)保證。軸和寶塔齒輪之間用滾針軸承或長(zhǎng)、短圓柱滾子軸承。軸常輕壓于殼體中。固定式中間軸用鎖片或雙頭螺柱固定。輕型汽車(chē)變速器中心距較小，殼體上無(wú)足夠位置設(shè)置滾動(dòng)軸承和軸承蓋，因而多采用固定式中間軸。 旋轉(zhuǎn)式中間軸支承在前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承上，一般軸向力常由后軸承承受。由于中間軸上一檔齒輪尺寸較小，常與軸做成一體，成為中間齒輪軸，而高檔齒輪則通過(guò)鍵或過(guò)盈配合與中間軸結(jié)合，以便齒輪損壞后更換。本次設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)式中間軸由變速器結(jié)構(gòu)布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來(lái)說(shuō)強(qiáng)度是足夠的，僅對(duì)其危險(xiǎn)斷面進(jìn)行驗(yàn)算即可。對(duì)于本設(shè)計(jì)的變速器來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，軸的強(qiáng)度和剛度都留有一定的余量，所以，在進(jìn)行校核時(shí)只需要校核一檔處即可；因?yàn)檐?chē)輛在行進(jìn)的過(guò)程中，一檔所傳動(dòng)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(diǎn)的校核對(duì)象。下面對(duì)第一軸和第二軸進(jìn)行校核。因?yàn)榈谝惠S在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強(qiáng)度條件公式為式中：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(jì)算截面處軸的直徑，mm；[]許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。其中P =240kw，n =2500r/min,d =40mm；代入上式得：由查表可知[]=55MPa，故[]，符合強(qiáng)度要求。軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示。其計(jì)算公式為：（44）式中，T 軸所受的扭矩，Nmm；G 軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對(duì)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(duì)于一般傳動(dòng)軸可??；故也符合剛度要求。1）軸的強(qiáng)度校核計(jì)算用的齒輪嚙合的圓周力、徑向力及軸向力可按下式求出：（45）（46）（47）式中 至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比，；d 計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑，mm，為105mm；節(jié)點(diǎn)處的壓力角，為16176。；螺旋角，為30176。；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為170000代入上式可得： 。危險(xiǎn)截面的受力圖為：圖43 危險(xiǎn)截面受力分析Figure 43 dangerous piece noodles be subjected to dint to analyze水平面：（160+75）=75 =；水平面內(nèi)所受力矩：垂直面： （48）=垂直面所受力矩：。該軸所受扭矩為：。故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為：（49）則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力（MPa）:（410）將代入上式可得：，在低檔工作時(shí)[]=400MPa，因此有：[]；符合要求。2）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(jì)算： （411） （412）式中, 齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）,這里等于；齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N），這里等于；E彈性模量（MPa），（MPa），E =MPa；I慣性矩（），d為軸的直徑（）；a、b為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離（）；L支座之間的距離（）。將數(shù)值代入式（411）和（412）得：故軸的全撓度為，符合剛度要求。七、軸上花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算 變速器軸與齒輪及其他傳遞轉(zhuǎn)矩的部件一般通過(guò)鍵和花鍵聯(lián)接。普遍采用的是矩形花鍵和漸開(kāi)線花鍵。漸開(kāi)線花鍵應(yīng)用日趨廣泛。這是由于漸開(kāi)線花鍵較矩形花鍵有許多優(yōu)點(diǎn)，如齒數(shù)多、齒端，齒根部厚，承載能力強(qiáng)，易自動(dòng)定心，安裝精度高。相同外形尺寸下花鍵小徑大，有利于增加軸的剛度。漸開(kāi)線花鍵便于采用冷搓、冷打、冷擠等無(wú)切屑加工工藝方法，生產(chǎn)效率高，精度高，并且節(jié)約材料。 變速器的花鍵尺寸可以根據(jù)初選的軸頸按花鍵的工作條件及花鍵標(biāo)準(zhǔn)選取。一般漸開(kāi)線花鍵，隨無(wú)切屑加工工藝的采用而選用小模數(shù)和大壓力角（30176。甚至45176。）。，否則，滑動(dòng)件工作不穩(wěn)定。 花鍵傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，齒側(cè)面受擠壓作用，齒根部受剪切及彎曲作用。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)的花鍵時(shí)，花鍵的強(qiáng)度計(jì)算主要驗(yàn)算擠壓應(yīng)力。＝（MPa） ()式中：——齒側(cè)面所受的擠壓應(yīng)力，MPa ； ——傳遞轉(zhuǎn)矩（按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算），N?mm； ——鍵的工作長(zhǎng)度，mm； ——鍵的平均工作直徑（工作齒高中部處直徑），mm； ——轉(zhuǎn)矩在花鍵上分配不均勻系數(shù)，一般取； ——花鍵齒數(shù)。 許用擠壓應(yīng)力按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦，當(dāng)[]時(shí)，認(rèn)為擠壓強(qiáng)度符合要求。花鍵配合選擇 第一軸上與離合器從動(dòng)盤(pán)轂相配之花鍵，采用矩形花鍵者，外徑定心，外徑表面磨削。采用漸開(kāi)線花鍵者，齒側(cè)面定心，滑動(dòng)配合。 第二軸上裝同步器齒轂的花鍵，配合較緊，裝配時(shí)常用木榔頭輕壓，為保證裝配精度，多采用大外徑定心，軸上花鍵大徑磨削，齒轂一般采用中碳鋼或中碳合金鋼，內(nèi)孔不必?zé)崽幚?，因而?nèi)花鍵大徑精度能夠保證。第二軸輸出軸花鍵用矩形花鍵者外徑配合，用漸開(kāi)線花鍵者齒側(cè)面定心。當(dāng)采用滑動(dòng)齒輪掛檔時(shí)，花鍵配合應(yīng)保證滑動(dòng)自如。中間軸上齒輪非整體式時(shí)，齒輪與軸連接方式可用單鍵（矩形或半圓鍵）或雙鍵（對(duì)分雙鍵）與齒輪和軸緊配合聯(lián)接，也可采用過(guò)盈配合連接。由于本次設(shè)計(jì)中間軸齒輪采用寶塔齒輪，中間軸是光軸，故不設(shè)花鍵。（四）軸承的的選用與校核分析角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及單向的軸向載荷，公稱(chēng)接觸角α有15176。、25176。、40176。三種，α越大，軸向承載能力也越大。由于一個(gè)軸承只能承受單向的軸向力，因而，一般成對(duì)使用，對(duì)稱(chēng)安裝。適用于轉(zhuǎn)速較高，同時(shí)承受徑向和軸向載荷場(chǎng)合。綜合考慮以上因素，本次設(shè)計(jì)第一軸后軸承為外座圈上帶有止動(dòng)槽的角接觸球軸承。此軸承承受徑向載荷和第一軸上的軸向載荷，為便于第一軸的拆裝，通常后軸承的外圈直徑選擇得比第一軸齒輪的齒頂圓的直徑大。由于本次設(shè)計(jì)中間軸采用固定式中間軸，所以在第二軸前端和固定式中間軸寶塔齒輪孔內(nèi)采用滾針軸承，第二軸后端采用帶止動(dòng)槽的角接觸球軸承。變速器第二軸上常嚙合齒輪與第二軸之間采用滾針軸承。角接觸球軸承初選代號(hào)為7010AC GB/T2921994(第一軸前端軸承)，7008AC GB/T2921994（第二軸后端軸承）。一擋時(shí)傳遞的軸向力最大。Ⅰ）求水平面內(nèi)支反力、+=由以上兩式可得=，=。Ⅱ）內(nèi)部附加力、由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得Y==Ⅲ）軸向力和由于所以軸承2被放松，軸承1被壓緊Ⅳ）求當(dāng)量動(dòng)載荷查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)得向當(dāng)量動(dòng)載荷：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，則=，=。，為考慮載荷性質(zhì)引入的載荷系數(shù)，見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)》。（～）取==計(jì)算軸承的基本額定壽命，為壽命系數(shù)，對(duì)球軸承=3；對(duì)滾子軸承=10/3。=＞=30000h合格。 2）二軸軸承校核一檔時(shí)傳遞的軸向力最大。 按同樣方法計(jì)算可得：=＞=30000h合格。 3）中間軸軸承校核 初選軸承型號(hào)由工作條件和軸頸直徑初選中間軸軸承型號(hào)7010AC，查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐》該軸承的=592000N，=432000N，=，預(yù)期壽命=30000h。按同樣方法計(jì)算可得：=＞=30000h合格。二軸后軸承中間軸前軸承中間軸后軸承一軸后軸承3）、各軸承壽命（106轉(zhuǎn)）二軸后軸承中間軸前軸承中間軸后軸承一軸后軸承30000h30000h30000h30000h因?yàn)椋焊鬏S承壽命各軸承所需壽命所以：選用的軸承合格。（五）同步器的設(shè)計(jì)與校核分析同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但有不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下（即角速度相等）換檔的缺點(diǎn)，現(xiàn)已不用。得到廣泛使用的是慣性同步器。一. 慣性式同步器慣性式同步器能做到換檔時(shí)兩換檔元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前，不允許換檔，因而能完善的完成同步器的功能和實(shí)現(xiàn)對(duì)同步器的基本要求。按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖環(huán)式、鎖銷(xiāo)式、滑塊式、多片式和多錐式幾種。雖然它們的結(jié)構(gòu)不同，但都有摩擦元件、鎖止元件和彈性元件。鎖銷(xiāo)式同步器的優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量少，摩擦錐面平均半徑的較大，使轉(zhuǎn)矩容量增大。這種同步器軸向尺寸長(zhǎng)是它的缺點(diǎn)。鎖銷(xiāo)式同步器多用于中、重型貨車(chē)的變速器中?；瑝K式同步器本質(zhì)上是鎖環(huán)式同步器，它工作可靠、零件耐用；但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于鎖止面再同步錐環(huán)的結(jié)合齒上，會(huì)因齒端磨損而失效，因而主要用于轎車(chē)和輕型貨車(chē)變速器中。多錐式同步器多用于重型貨車(chē)的主、副變速器及分動(dòng)器中。綜合以上考慮，本次設(shè)計(jì)選擇鎖環(huán)式同步器。二. 同步器工作原理同步器的換檔過(guò)程由三個(gè)階段組成。第一階段：同步器離開(kāi)中間位置，作軸向移動(dòng)并靠在摩擦面上；第二階段：來(lái)自手柄傳至換檔撥叉并作用在滑動(dòng)齒套上的力，經(jīng)過(guò)鎖止元件又作用到摩擦面上；第三階段：角速度差為零，摩擦力矩消失，而軸向力仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)滑動(dòng)齒套和鎖止銷(xiāo)上的斜面相對(duì)移動(dòng)，從而使滑動(dòng)套占據(jù)了換檔位置。三. 主要參數(shù)的確定（一） 摩擦因數(shù)f摩擦因數(shù)f對(duì)換檔齒輪和軸的角速度能達(dá)到相同有重要作用，摩擦因數(shù)大，換檔省力或縮短同步時(shí)間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用，為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細(xì)牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄油槽，用來(lái)保證摩擦面之間有足夠的摩擦因素，但又因?yàn)槁菁y垂直的泄油槽會(huì)削弱同步環(huán)，所以本次設(shè)計(jì)不予考慮。（二） 同步器主要尺寸的確定如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)的窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過(guò)窄會(huì)影響接觸面壓強(qiáng)，使磨損加快。 摩擦錐面半角α越小，摸擦力矩越大，但α過(guò)小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。避免自鎖的條件是tanα≥f。一般取α=6o～8o, α=6o時(shí)，摩擦力矩較大，但錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí)，則有粘著和咬住的傾向；在α=7o時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。因此取α=7oR設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大，R往往受結(jié)構(gòu)的限制，包括變速器中心矩及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制以及R取大以后還會(huì)影響到同步環(huán)徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下盡可能將R 取大些?？s短錐面工作長(zhǎng)度b，便使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短，但同時(shí)也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下面公式計(jì)算確定b: b=Mm/2πpfR2 （） 式中：p——摩擦面的許用壓力（MPa）,對(duì)黃銅與鋼摩擦副，p≈～；Mm——摩擦力矩（N㎜）；f——為摩擦因數(shù)；R——摩擦面平均半徑（㎜）。同步環(huán)的徑向厚度要受結(jié)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心矩及相關(guān)零件，特別是錐面平均半徑R和布置上的限制，不宜取厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度。（三） 鎖止角β鎖止角β選取得正確，可以保證只有在換檔的兩個(gè)部分之間的角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔影響鎖止角β選取的主要因素有摩擦因數(shù)f、摩擦錐面平均半徑R、鎖止面平均半徑和錐面半角α。利用滿(mǎn)足鎖止條件的方程： （） 所得結(jié)構(gòu)鎖止角在26 o～42o范圍內(nèi)變化。（四） 同步時(shí)間t同步器工作時(shí)，要連接的兩部分達(dá)到同步的時(shí)間越短越好除去同步器的結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)同步器時(shí)間有影響以外。變速器輸入軸、輸出軸的角速度差及作用在同步器摩擦錐面上的軸向力均對(duì)同步時(shí)間有影響。軸向力大，同步時(shí)間少。軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)為此，同步時(shí)間與車(chē)型有關(guān)。對(duì)貨車(chē)，～，～。四. 花鍵的校核矩形花鍵定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理引起的變形，容易加工，應(yīng)用廣泛。而漸開(kāi)線花鍵工藝性較好，制造精度較高，傳遞轉(zhuǎn)