【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 20o0201Z1350320o02011）初選軸的直徑在已知中間軸式變速器的中心距A是，第一軸花鍵部分直徑d（㎜）可按下式初選，式中k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，k=～；T為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）。第二軸和中間軸中部直徑d≈，軸的最大直徑d和支承間距離L的比值；對(duì)中間軸。則：第一軸花鍵部分直徑d==33，選用d=36㎜的花鍵直徑。第二軸和中間軸中部直徑d≈128=58㎜。2）軸的強(qiáng)度驗(yàn)證（1）軸的剛度驗(yàn)算初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。在計(jì)算軸的撓度和轉(zhuǎn)角是金計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。若軸在垂直面內(nèi)撓度為f，在水平面內(nèi)撓度為f和轉(zhuǎn)角為δ，可分別用下式計(jì)算 （24）式中，F(xiàn)為齒輪齒寬中間平面上的徑向力（C）；F為齒輪齒寬中間平面上的軸向力（C）；E為彈性模量（MPa），E=10MPa；I為慣性矩（mm），對(duì)于實(shí)心周，I=πd/64；d為軸的直徑（㎜），花鍵處按平均直徑計(jì)算；a，b為齒輪上的作用力矩支座A，B的距離（㎜）；Lwei支座間距離（㎜）。軸的全撓度為f=≤。軸在垂直面和水平面內(nèi)的允許值為［f］=～㎜，［f］=～㎜。（2）軸的強(qiáng)度計(jì)算作用在齒輪的徑向力和軸向力，使得軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使得軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力f和 f之后，計(jì)算相應(yīng)的彎曲M、M。軸在轉(zhuǎn)矩T和彎矩的同時(shí)作用下，其應(yīng)力為，式中，M=（Nmm）；d為軸的直徑（mm），花鍵出內(nèi)徑；W為抗彎截面系數(shù)（mm）在低檔工作室，（σ）≤400MPa。 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，滑動(dòng)軸套等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同。汽車(chē)變速器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，采用尺寸大些的軸承結(jié)構(gòu)受限制，常在布置上有困難。如變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。變速器第一軸前端支承在飛輪的內(nèi)腔里，因次有足夠大的空間常采用球軸承來(lái)承受向力。作用在第一軸常嚙合齒輪上的軸向力，經(jīng)第一軸后部軸承傳給變速器殼體，此處常用軸承外圈有擋圈的球軸承。第二軸后端常采用球軸承，以軸向力和徑向力。中間軸上齒輪工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力，原則上由前或后軸承來(lái)承受都可以；但當(dāng)在殼體前端面布置軸承蓋有困難的時(shí)候，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來(lái)承受徑向力。變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑小，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)，所以不適用于線膨脹系數(shù)較大的鋁合金殼體。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。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于6~20mm，下限適用于輕型車(chē)和轎車(chē)。滾針軸承，滑動(dòng)軸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。滾針軸承有滾動(dòng)摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，徑向配合間隙小，定位及運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，有利于齒輪嚙合等優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)軸套的徑向配合間隙大，易磨損，間隙增大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)精度并使工作噪聲增加?；瑒?dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易，成本低。1）同步器的主要尺寸確定同步器有常壓式、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)換擋的缺點(diǎn)，現(xiàn)已不用。得到廣泛應(yīng)用的是慣性式同步器。慣性式同步器能做到換擋時(shí)兩換擋元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前，不允許換擋，因而能完善地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，慣性式同步器有鎖銷(xiāo)式、滑塊式、鎖環(huán)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。同步器換擋過(guò)程由三個(gè)階段組成。第一階段同步器離開(kāi)中間位置，做軸向移動(dòng)并靠在摩擦面上。摩擦面相互接觸瞬間，如圖23a所示，由于齒輪3的角速度ω3，和滑動(dòng)齒套1的角速度ωl不同，在摩擦力矩作用下鎖銷(xiāo)4相對(duì)滑動(dòng)齒套1轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不大的角度，并占據(jù)圖上所示的鎖止位置。此時(shí)鎖止面接觸，阻止了滑動(dòng)齒套向換擋方向移動(dòng)。第二階段來(lái)自手柄傳至換擋撥叉并作用在滑動(dòng)齒套上的力F，經(jīng)過(guò)鎖止元件又作用到摩擦面上。由于，ω3和ωl不等，在上述表面產(chǎn)生摩擦力?；瑒?dòng)齒套1和齒輪3分別與整車(chē)和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)零件相連接。于是，在摩擦力矩作用下，滑動(dòng)齒套1和齒輪3的轉(zhuǎn)速逐漸接近，其角速度差Δω=|ω1ω3|減小了。在Δω=0瞬間同步過(guò)程結(jié)束。第三階段Δω=0，摩擦力矩消失，而軸向力F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)齒套和鎖銷(xiāo)上的斜面相對(duì)移動(dòng)，從而使滑動(dòng)齒套占據(jù)了換擋位置。（1）摩擦系數(shù)汽車(chē)在行駛過(guò)程中換擋，特別是在高擋區(qū)換擋次數(shù)較多，意味著同步器工作頻繁。同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差的條件下工作，要求同步環(huán)有足夠的使用壽命，應(yīng)當(dāng)選用耐磨性能良好的材料。為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因數(shù)大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，這就為設(shè)計(jì)工作帶來(lái)困難。圖23摩擦因數(shù)除與選用的材料有關(guān)外，還與工作面的表面粗糙度、潤(rùn)滑油種類(lèi)和溫度等因素有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪上的錐面部分與齒輪做成一體，用低碳合金鋼制成。對(duì)錐面的表面粗糙度要求較高，用來(lái)保證在使用過(guò)程中摩擦因數(shù)變化小。若錐面的表面粗糙度差，在使用初期容易損害同步環(huán)錐面。同步環(huán)常選用能保證具有足夠高的強(qiáng)度和硬度、耐磨性能良好的黃銅合金制造，如錳黃銅、鋁黃銅和錫黃銅等。由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副。摩擦因數(shù)對(duì)換擋齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到相同有重要作用。摩擦因數(shù)大，換擋省力或縮短同步時(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數(shù)。（2）同步環(huán)錐面上的螺紋槽如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)得窄些，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。試驗(yàn)還證明：螺紋的齒頂寬對(duì)的影響很大，隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過(guò)大。螺紋槽設(shè)計(jì)得大些，可使被刮下來(lái)的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會(huì)使接觸面減少，增加磨損速度。通常軸向泄油槽為6～12個(gè)，槽寬3～4mm。如圖24。24（3）錐面半錐角 摩擦錐面半錐角越小，摩擦力矩越大。但過(guò)小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是tan≥。一般取=6176?！?176。=6176。時(shí)，摩擦力矩較大，但在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=7176。時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。（4）摩擦錐面平均半徑R R設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。R往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(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。（5）錐面工作長(zhǎng)度b縮短錐面工作長(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)下式計(jì)算確定b （25）式中，p 為摩擦面的允許壓力，對(duì)黃銅和剛的摩擦副，p=～； Mm為摩擦力矩；f為摩擦因數(shù)；R為摩擦錐面的平均半徑。（6）同步環(huán)徑向厚度 與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，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。2）鎖止角鎖止角選取的正確，可以保證只有在換檔的兩個(gè)部分之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔。影響鎖止角選取的因素主要有摩擦因數(shù)擦錐面的平均半徑R,鎖止面平均半徑和錐面半錐角。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在26?~46?范圍內(nèi)變化。3）同步時(shí)間t同步器工作時(shí)，要連接的兩個(gè)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追面上的軸向力，均對(duì)同步時(shí)間有影響。軸向力大，同步時(shí)間減少。而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)，不同車(chē)型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時(shí)間與車(chē)型有關(guān)，計(jì)算時(shí)可在下屬范圍內(nèi)選?。簙，~.4）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算換檔過(guò)程中依靠同步器改變轉(zhuǎn)速的零件統(tǒng)稱(chēng)為輸入端零件，它包括第一軸及離合器的從動(dòng)盤(pán)，中間軸及其上的齒輪，與中間軸上齒輪相嚙合的第二周上的常嚙合齒輪。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：首先求得各零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，然后按不同檔位轉(zhuǎn)換到被同步的零件上。對(duì)已有的零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值通常用扭擺法測(cè)出。若零件未制成,可將這些零件分解為標(biāo)準(zhǔn)的幾何體,并按數(shù)學(xué)公式合成求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。5）同步器的計(jì)算同步器的計(jì)算目的是確定摩擦錐面和鎖止角的角度，這些角度是用來(lái)保證在滿(mǎn)足連接健角速度完全相等以前不能進(jìn)行換檔時(shí)所應(yīng)滿(mǎn)足的條件，以及計(jì)算摩擦力矩和同步時(shí)間。換檔第一階段，處于空當(dāng)瞬間，考慮到潤(rùn)滑油阻力在常溫下對(duì)齒輪轉(zhuǎn)速的降低作用可忽略不計(jì)，并假設(shè)汽車(chē)在阻力不大的道路上行駛，同時(shí)時(shí)間不大于一秒，則認(rèn)為在該瞬間汽車(chē)速度保持不變，即變速器輸出端轉(zhuǎn)換于換檔瞬間不變，而輸入端靠摩擦作用達(dá)到與輸出端同步。如上所述，換檔時(shí)為保證沒(méi)有沖擊的將齒輪和軸連接起來(lái)，必使它們的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等。摩擦力矩計(jì)算如下 （26）式中，為離合器從動(dòng)盤(pán)、第一軸和與第二軸常嚙合齒輪連接在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為發(fā)動(dòng)機(jī)的角速度；為在第K擋工作時(shí)變速器輸出軸角速度；為第k+l擋的輸出軸上齒輪的角速度；、為變速器第k和k+l擋的傳動(dòng)比。另一方面，設(shè)換擋時(shí)作用在變速桿手柄上的法向力為，(對(duì)貨車(chē)，取=100N)，變速桿手柄到嚙合套的傳動(dòng)比為，則作用在同步器摩擦錐面上的軸向力應(yīng)為 （27）式中，為換擋機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。由此可算得工作面上的摩擦力矩為 （28）式中，為摩擦錐面半錐角；為工作錐面間的摩擦因數(shù)；R為摩擦錐面平均半徑。同步時(shí)的摩擦力矩方程式為 （29）為防止連接件在轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等以前接合換擋，必須滿(mǎn)足下述條件 （210）式中，為由摩擦力矩產(chǎn)生的，用來(lái)防止過(guò)早換擋的力 （211）為因鎖止面傾斜而產(chǎn)生的力 （212）式中，為鎖止面平均半徑；為鎖止面鎖止角。將式（211）、式（212）代入式（210）中，得：因此，欲保證鎖止和滑動(dòng)齒套不能繼續(xù)移動(dòng)，必須滿(mǎn)足如下條件 （213）實(shí)體建模是CAD模塊的基礎(chǔ)和核心建模工具，UG的基于特征和約束的建模技術(shù)具有強(qiáng)大的功能。UG設(shè)計(jì)零件實(shí)體建模主要有兩種方法：一種是先設(shè)計(jì)二維草圖或曲線輪廓，然后生成三維實(shí)體。另一種是直接生成一個(gè)三維實(shí)體，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，這兩種方法可以同時(shí)使用。1）啟動(dòng)UG ，選擇【文件】/【新建】，創(chuàng)建新部件，文件命名為chilun,單位選擇毫米。2）選擇【應(yīng)用】/【建?！浚M(jìn)入建立模型模塊。3）選擇【工具】/【表達(dá)式】，在系統(tǒng)彈出的對(duì)話框中輸入以下表達(dá)式：m=4 //模數(shù)z=20 //齒數(shù)alpha=20 //壓力角h=30 //厚度d=z*m //分度圓da=m*(z+2) //齒頂高df= m*() //齒根高db= m*z*cos(alpha)t=1 //UG系統(tǒng)參數(shù)默認(rèn)為1a=0 //漸開(kāi)線起始角b=60 //漸開(kāi)線中止角u=(1t)*a+t*b //漸開(kāi)線參數(shù)方程的自變量（角度值）r= db/2 //基圓半徑xt=r*cos(u)+r*rad(u)*sin(u)yt=r*sin(u)r*rad(u)*cos(u)zt=0 //漸開(kāi)線在X Y Z三個(gè)方向的參數(shù)方程４）選擇【插入】/【曲線】/【規(guī)律曲線】，出現(xiàn)函數(shù)對(duì)話框，選擇其中的“根據(jù)方程”選擇按鈕并確定，如圖３１ 圖３１ 圖３２5）以t為系統(tǒng)參數(shù)定義X軸、Y軸、Z軸的參數(shù)并依據(jù)方程xt、yt、zt的值，繪制出漸開(kāi)線如圖３２。6）使用基本曲線命令繪制分別以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心繪制出齒頂圓、齒根圓、分度圓如圖３３。再使用直線命令是一段點(diǎn)為原點(diǎn)另一端點(diǎn)為分度圓與漸開(kāi)線的交點(diǎn)如圖34。7）選擇圖34中繪制的直線然后選擇【編輯】/【變換】，在彈出的對(duì)話框中選擇按鈕，繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度90/z，點(diǎn)擊確定按鈕，在系統(tǒng)彈出的對(duì)話框中選擇點(diǎn)擊按鈕，生成圖35所示。8）選擇圖32中生成的漸開(kāi)線然后選擇【編輯】/【變換】，在彈出的對(duì)話框中選擇按鈕，在系統(tǒng)彈出圖36對(duì)話框中點(diǎn)擊按鈕，選中圖35中所繪制的直線，在系統(tǒng)彈出的對(duì)話框中選擇點(diǎn)擊按鈕。生成如圖37。 圖33 圖34 圖35 圖36 圖37 圖389），齒根圓進(jìn)行修剪，修剪成如圖38所示。10）選擇【插入】/【設(shè)計(jì)特征】/【