【導(dǎo)讀】轎車作為一種最常用汽車，已在現(xiàn)代的社會中占有舉足輕重的地位。要靠變速器傳動來實現(xiàn)。而且變速器在汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上也有很重要。尺寸計算和位置的確定，選擇設(shè)計滿足其承載能力的同步器。另外，針對齒輪作。用力的不同，在不同的軸上選擇合適的軸承。利用軟件AUTCAD完成變速器總成。圖、第一軸、第二軸、中間軸、各個擋齒輪及同步器的設(shè)計。隨著我國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對汽車的需求也越來越高。結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對汽車行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步具有著深遠(yuǎn)的意義。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。而使用過的材料。究所取得的研究成果。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 2 24 3 0 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 18 第四章 變速器的設(shè)計與計算 變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞點蝕、移動換擋齒輪端部破壞以及齒面膠合。 齒輪折斷發(fā)生在以下幾種情況：齒輪收到足夠大的沖擊載荷作用，造成齒輪彎曲折斷；齒輪在重復(fù)載荷作用下，齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中極其少見，而后者出現(xiàn)的多些。 齒輪工作時，一對齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓，這時存在于齒面細(xì)小裂紋中的潤滑油壓升高，并導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點，稱之為齒面點蝕。它使齒形誤差加大，產(chǎn)生動載荷，并可能導(dǎo)致齒輪折斷。 用移動齒輪的方法完成的換擋的低檔和倒檔出論，由于換擋時兩個進(jìn)入嚙合的齒輪的存在角速度差，換擋瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。 負(fù)荷大、齒面相對滑動速度又高的齒輪，在接觸壓力大且接觸處產(chǎn)生高溫作用下的情況使齒面間的潤滑油膜遭到破壞，導(dǎo)致齒面直接接觸，在局部高溫、高壓作用下齒面互相熔焊粘連，齒面沿滑動方向形成撕傷痕跡，稱之為齒面膠合。變速器齒輪的這種破壞出現(xiàn)的較少。 （ 1）直齒輪彎曲應(yīng)力? W ? W= （ 41） 式中，? W為彎曲應(yīng)力（ MPa）； F1為圓周力（ N）， F1=2Tg/d； Tg為計算載荷（ ）； d為節(jié)圓直徑（ mm）； K? 為集中應(yīng)力系數(shù)，可取近似值 K? =； Kf為摩擦力影響系數(shù)，主、從動輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，對彎曲應(yīng)力的影響也不同：主動齒輪 Kf= Kf=；b為齒寬（ mm）； t為端面齒距（ mm） t=π m， m為模數(shù)； y為齒形系數(shù)，如圖 （ 41） 所示。 應(yīng)為齒輪的節(jié)圓直徑為 d=mz，式中 z為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)帶入（ 41）后得到當(dāng)計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時，一、倒檔得許用彎曲應(yīng)力在400~850MPa，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。 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 19 圖 41 齒形系數(shù)圖（假定載荷作用在齒頂α =20176。， f0=10） ? W = （ 42） 已知發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為 Temax=155N. m=， 輸入軸上的齒輪其 Tg=Temax，輸出軸上的齒輪其 Tg=iTemax 計算一檔主動齒輪：齒數(shù) z1=15，已知其正變位為 ，根據(jù)上圖，取得 y=系數(shù) Kc=8， 帶入式（ 42），一擋的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。 ? w= =。 故 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計算一檔從動齒輪：齒數(shù) z2=39，已知其負(fù)變位為 ，根據(jù)上圖，取得 y=系數(shù) Kc=8， 帶入式（ 42），一擋的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。 ? w= = 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計算倒 主動 齒輪 Z9：齒數(shù) Z9=11， 已知其 正 變位為 ，根據(jù)上圖，取得 y=系數(shù) Kc=,8， 倒擋的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。 ? w= = 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計算倒 從動 檔齒輪 Z10：齒數(shù) z10=35 已知其 負(fù) 變位為 ，根據(jù)上圖，取得 y= 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 20 寬系數(shù) Kc=8， 的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。 ? w= = 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 （ 2）斜齒輪彎曲應(yīng)力? w ? W = （ 43） 式中，式中，? W為彎曲應(yīng)力（ MPa）； F1為圓周力（ N）， F1=2Tg/d； Tg為計算載荷（ ）； d為節(jié)圓直徑（ mm） d=（ mnz） /cosβ， mn為法向模數(shù)（ mm）； K? 為集中應(yīng)力系數(shù)，可取近似值 K? =； b為齒寬（ mm）； t為法向齒距（ mm） t=π mn； y為齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) Zn= Z/cos3β在上圖中查得； Kε 為重合度影響系數(shù)， Kε =。 將上述有關(guān)參數(shù)帶入（ 43）后得到 ? W = （ 44） 當(dāng)計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時，對乘用車常嚙合和高檔齒輪，許用應(yīng)力在 180~350MPa 的范圍。 在計算常嚙合齒輪時由于沒有采用變位，所以主、從動齒輪的彎曲應(yīng)力大小只差在 y上，而 y隨著當(dāng)量齒數(shù)的增大而減小，所以計算時只要計算該對齒輪中彎曲應(yīng)力大的，即齒數(shù)小的那個齒輪即可。 計算 二擋 常嚙合齒輪齒輪的彎曲應(yīng)力 已知 Z3=17， Kc=6，β =176。， Zn=， 從表中查的 y= 帶入式（ 44） ? w= = 。 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計算 三 檔 常嚙合 齒輪的彎曲應(yīng)力 已知 Z5=22， Kc=6，β =176。， Zn= y= 帶入式（ 44） ? w= = 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計算 四 檔 常嚙合 齒輪的彎曲應(yīng)力 已知 Z8=22， Kc=6，β =176。， Zn= y= 帶入式（ 44） ? w= = 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 j 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 21 ? j= (45) 式中，? j為齒輪的接觸應(yīng)力（ MPa）； F 為齒面法向力（ N）；α為節(jié)點處壓力角（176。）； E 為齒輪材料的彈性模量（ MPa）； b 為齒輪接觸的實際寬度； ρ Z、 ρ b 為主、從動輪節(jié)點處的曲率半徑（ mm），直齒輪 ρ Z = rzsinα 、 ρ b = rbsinα ，斜齒輪 ρ Z = （ rzsinα ） /cos2β 、 ρb = （ rbsinα ） /cos2β ； rz、 rb為主、從動輪節(jié)圓半徑（ mm）。 將作用在變速器第一軸上的載荷 Temax/2作為計算載荷時，變速器的許用接觸應(yīng)力見下表所示： 表 41 變速器齒輪的接觸應(yīng)力 齒輪 ? j/MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900~2020 950~1000 常嚙合齒輪和高檔 1300~1400 650~700 F=F1/cosα .cosβ F1=2Tg/d 輸出軸上的齒輪其 Tg= Temax/2 正常嚙合齒輪的節(jié)圓直徑 d等于分度圓直徑所以 d=mz，齒輪所選用的材料為 20GrMnTi，表面滲碳處理，彈性模量 E=210000(Mpa) 將各參數(shù)帶入式（ 45）后計算得出： 一擋齒輪的接觸應(yīng)力為： 倒擋齒輪的接觸應(yīng)力為： 二擋齒輪的接觸應(yīng)力為： 三擋齒輪的接觸應(yīng)力為： 四擋齒輪的接觸應(yīng)力為： 參照上表，計算所得出的數(shù)據(jù)滿足齒輪的許用接觸應(yīng)力。 綜合齒輪的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力，此次設(shè)計的齒輪均基本滿足強度要求。 變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度和心部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性和抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。在選用剛才及熱處理時，可對加工性及成本予以考慮。 國內(nèi)汽車常用的變速器齒輪材料有 20GrMnTi、 20GrMn2TiB、 15MnCr 20MnCr 25 MnCr28 MnCr5。滲碳齒輪的表面硬度為 58~63HRC，心部硬度為 33~48HRC。 本次設(shè)計中齒輪的材料選用 20GrMnTi，一般設(shè)計中軸與齒輪的材料選取應(yīng)相同，所以此次設(shè)計中軸的材料也選用 20GrMnTi。 軸的強度計算 變速器在工作時，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，變速器的軸承受轉(zhuǎn)矩和 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 22 彎矩。要求變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強度。因為剛度不足軸會發(fā)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強度、耐磨性和工作噪聲的均有不利影響。因此，在設(shè)計變速器軸時，器剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計階段可根據(jù)經(jīng)驗和已知條件來初選軸的直徑 ，然后根據(jù)公式進(jìn)行相關(guān)的剛度和強度方面的驗算。 此次設(shè)計的變速器為兩軸式四檔變速器，重強度的方面考慮，一擋齒輪處的輸入軸，輸出軸部分器受力最大，所以此次的軸的直徑應(yīng)該是最粗的地方，直徑初選 30mm 輸入軸 花鍵部分直徑 d（ mm）可按下式初選 d = K 式中， K為經(jīng)驗系數(shù)， K=~； Temax為發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（ ），計算后得出d=~，先取 d=23mm (1)軸的剛度驗算 對齒輪工作的影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和周在水平面內(nèi)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角。前者是齒輪的中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正常嚙合；后者是齒輪相互歪斜，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。 在計算時可以按照下式計算： fc= fs= δ = F1= F2= Fa= 式中， fc為軸在垂直面上內(nèi)的撓度， fs為軸在水平面的撓度，δ為轉(zhuǎn)角； F1為齒輪齒寬中間平面的徑向力（ N）； F2為齒輪齒寬中間平面的圓周力（ N） Fa為軸向力； i為傳動比， d為齒輪節(jié)圓直徑；α為節(jié)點處壓力角；β為螺旋角； E為彈性模量（ MPa）， E= 105MPa； I為慣性矩（ mm4），對于實心軸， I=π d4/64； d為軸的直徑（ mm），花鍵處按平均直徑計算； a、b為齒輪上的作用力距支座 A、 B的距離（ mm）； L為支座間的距離（ mm）。 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 23 軸的全撓度 f= ≤ 。 軸在垂直面和水平面撓度的允許值為 [fc]=~， [fs]=~。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不能超過 。 (2)軸的強度計算 作用在齒輪是上的徑向力和軸向力，是軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力是軸在水平面內(nèi)彎曲變形。其盈利為 ? = 式中， M= ()。d為軸的直徑 (mm)，花鍵取內(nèi)徑； W為抗彎截面系數(shù)（ mm3）。 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 24 在低檔工作時 ,[? ]≤ 400MPa。 在本次設(shè)計中，由于是兩軸式變速箱，正常工作時只有一對齒輪嚙合，所以對其總彎矩的計算可用以下公式： 對于直齒輪 M 總 =F 合 ab/L 其中 F 合 = M= 對于斜齒輪，由于多了一項軸向力，且軸向力產(chǎn)生的彎矩為 Ma=1/2Fad 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 25 M= 此次設(shè)計中，各檔齒輪在軸上的分布情況如下圖所示： 圖 42 各擋齒輪在軸上的分布狀況及其分度圓半徑 各擋齒輪出軸的直徑如下所示： 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 26 一擋齒輪處軸的直徑 倒檔齒輪處軸的直徑 二檔齒輪處軸的直徑 三檔齒輪處軸的直徑 四檔齒輪處軸的直徑 平均 ，花鍵內(nèi)徑 平均 ，花鍵內(nèi)徑 1）校核一擋齒輪處軸的強度和剛度， 一擋為一對直齒圓柱齒輪的嚙合， 已知 d= 2=33mm， Temax= ， 壓力角α =20176。，螺旋角β =0176。傳動比i=， a=191mm， b=24mm， L=215mm， E=210000MPa， I=π d4/64= 計算徑向力： F1= = 2 155000 tg20176。 /（ 33 cos0176。） = 計算圓周力： F2 = = 2 155000/33 = 計算軸向力：本次設(shè)計中由于一擋齒輪是直齒，故沒有軸向力。 計算水平面撓度： fc = = 1912 242/（ 3 210000 215） = ＜ [fc] 計算垂直面撓度： fs = = 1912 242/（ 3 210000 215） = ＜ [fs] 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 27 軸的全撓度： f = = =＜ [f] 計算轉(zhuǎn)角： δ = = 191 24（ 19124） /（ 3 210000 215） = ＜ [δ ] 校核剛度： F 合 = = 上 海 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 28 = M 總 =F 合 ab/L