【導(dǎo)讀】變速箱是傳動(dòng)系中的主要部件。它用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。核，同步器、操縱機(jī)構(gòu)及箱體的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，本文根據(jù)輕型貨車變速箱的設(shè)。計(jì)出中間軸式變速箱。直齒齒輪彎曲應(yīng)力.

　　

【正文】 輪 在 t卒火、回火 后 ， 要求輪齒的表面硬度為 HRC58， ...， 63，心部 硬 度為 HRC3348。 本課題變速器齒輪選用材料是 20CrMnTi。 3. 2 齒根彎曲應(yīng)力和齒面 接 觸 應(yīng)力的 計(jì) 算方法 3. 2. 1 直齒齒輪彎曲應(yīng)力 σ ， 2T .k _ kr σ… = f !._ () Jr xm39。zkcy 式 中 T廣一計(jì)算載荷 。 kσ 一 應(yīng)力集中系 數(shù) ， 此設(shè)計(jì)取 。 kf一摩擦影響系數(shù)。因?yàn)橹鳌膭?dòng)齒輪在暗合上的摩擦力不 同 ， 所以對(duì)彎曲應(yīng) 力的影響也不同。 對(duì) 于 主動(dòng)齒輪 kf = ， 從動(dòng)齒 輪 kf = 。 m齒輪模 數(shù) 。 Z一 齒數(shù) : ke齒寬系 數(shù) : y一 齒形系 數(shù) : σw一齒 輪 彎曲應(yīng) 力 ，當(dāng)計(jì)算載 荷 T j 取作用 在 變速器第一軸上的最大彎矩 Temax 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 24 J T 二 {一一 一 一 時(shí) ， 直齒輪許用彎曲應(yīng)力為 400850Mpa。 轎車斜齒輪取 180350Mpa。 貨車斜 齒輪取 100250Mpa。 3. 斜齒齒輪彎曲應(yīng)力 σ σ… = 2Tk _ cosβ zmn。39。yk兒， (3. 2) 式 中 T廣一計(jì)算載荷 。 七一 應(yīng)力集中系數(shù)，此處取 。 β一斜齒輪螺旋角 (0) 。 z一齒 數(shù) 。 m 一 法面模數(shù) (mm)。 y一 齒形系 數(shù) 。 kf 一重合度系數(shù) 。 kc一齒寬系數(shù) : 當(dāng)計(jì)算載 荷 Tj 取作用在變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn) 矩 Temax 肘 ， 對(duì) 乘用車常瞄合 齒輪 和 高 檔齒輪的許用應(yīng)力在 180一 350MPa，對(duì)貨車為 100250MPa. 3. 齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算 齒輪接觸應(yīng)力可以按 照 下 式計(jì) 算 :σ = . I FE (， l + 1 ) (3. 3) J 39。 39。\1 b ρzρb 式 子 中 σ廣一齒輪接觸應(yīng)力 (Mpa) 。 F一 齒面上的法向力 (N)。 F = 町 ， 其 中 R 為圓周力 (N) ， FJ =旦 ， T 為 cosαcosβ j 計(jì)算載荷 ()， d 為節(jié)圓直徑 (mm)。 α一節(jié)點(diǎn)處壓力角 (0) 。 β一齒輪螺旋角 (0) 。 E一 為齒輪材料彈性模量 (Mpa) 。 b 一 齒輪接觸實(shí)際寬 度 : ρXPh為主從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑 (mm)。 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 25 .. .J _39。 ..J， .amp。..v_39。..L . f c g1 對(duì) 于 對(duì) 于 直公助 齒輪有 Pz = 幾 sinα ρ39。h = rb Slnα。 tι 1 齒 品句 4 人匕 有 ρ _ rbsmα yb cotβ39。 將作用在變速器第 一 rzc軸上的載荷 os m T 」旦王 2 作為計(jì)算載荷時(shí) ， 變 速 器齒輪的需用接觸應(yīng) 力如下 表 : ny 表 3. 1 變 速箱 齒 輪的許用 接 觸應(yīng)力 齒輪 σ ./MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900 2021 950 1000 常 日 由合齒輪和高檔 1300 1400 650700 3. 各個(gè)檔位齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算 (1)一檔直齒輪的驗(yàn)算 A. 一檔 主 動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力計(jì)算 2... 38 T = x二主 = 226x一一 = J O 39。39。39。 2) 25 貝 。σ時(shí) = b 22 h= 一 =一 = m 2T。kOk _， _= x1amp。039。_0vv0v=72臼 1Pa 101r FdzkJYπ 一檔從動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力計(jì) 算 : 罵 = 烏 ) = = 2Tjkqk _ 9 = J ， J = . .:39。: :.39。::39。:=75 創(chuàng) 1Pa。 7r xm3zk Y 7r x 一檔齒輪副接觸應(yīng)力計(jì) 算 : = xi = = 圓周力 : F， =一2T一 j =2x687..=8179\1 39。d 齒 面法向 力 : F F。 8179 1 一一一 cosαCOSβcos20 =8704N 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 26 39。1丁 一 = mz. sina sin2(J39。 ρz 氣 mα = 2 =7182 p， = 凡 sinα= 生 坐 豆豆 39。= U U 2 2 FE . 1 1 8704 x 1 1 則 σj = 一 一 (一 +一 )= x bρz ρb (一一 一 +一一一 一 )=1589MPa 22 39。 綜 上 ， 一檔齒輪強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 (2) 二檔齒輪的驗(yàn)算 二檔主動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力 2，I:cosβ叫 Kσ σ 。 … π之 也 mn Y8 Kc Kamp。 ∞ x 33 x2 =243M [σJ 二 檔從動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力 σ 一 2Tg co叭 J σ WIYZZ7m fy7kc ks 2x850x ∞ =246 M 乓 [σJ 二 檔齒輪接觸應(yīng)力 σj8 = TO E 1 1 ‘ (一一一一一 +一一一一 一 } cosαcosβ7斗 db 、 馬 sin α 馬 sin α39。 = (j ， 1 1 、 {一一一一 +一一一一 } cos2伊 39。 39。 =1167 M 乓 [ σj] 二檔從動(dòng)齒輪接觸應(yīng)力 ( 3) 三 檔齒輪的驗(yàn)算 三 檔主動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 27 1 σ4=2寫 CO嗡 β:56K240。 womdmnk JEJKE ∞ 25 x33 x 2 = 220M 乓 [σJ 三 檔從動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力 σ2Tgcosβ39。56Kσ 反 5mJY5kckg x ∞ 39。 x 41x33 x 6x2 =284 M尺 [σJ 三 檔齒輪接觸應(yīng)力 σJ… 6 = / 139。E . 1 J (一一一一一 + 、 馬 1 ‘ 一一一一 一 ) COSαCOSβ_6db SiDα r6 sinα 39。 / 1 1 = 39。39。39。. (一 一 +一 ) 18 39。 25 =1046M 乓 [ σ j] (4)四 檔齒輪的驗(yàn)算 四 檔主動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力 σ2 11COS223。3_ 4Kσ， wrFZ4mnv4kckι ∞ s 33 x 2 = M 乓 [σ..] 四 檔從動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力 σ12寫 COSβ4 … 7lZ3m， ， Kc 2x184x ∞ s x33 x33 x 6x2 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 28 = M 乓 [σw] 其他齒輪的驗(yàn) 算 與 之相似，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，其他齒輪強(qiáng) 度 也 滿足要求。 變 速箱軸的驗(yàn)算 3. 3. 1 確定軸的結(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(shí)現(xiàn)。第一軸長(zhǎng)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(dòng) 盤毅的 中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計(jì)采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動(dòng)方案。 由 于 一檔齒輪 較 小 ， 通常和中間軸做成一 體 ， 而高檔齒 輪 則 分別用鍵固定在軸 上 ， 以 便齒輪磨損后更換。其結(jié)構(gòu)如下圖 3. 1 所 示 : 止輪 圖 3. 1 中 間軸結(jié)構(gòu) 確定軸的尺寸 變速箱軸的確定和 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(jì) 時(shí) ， 由齒 輪 、 換檔部件 的 工 作位置和 尺 寸 可初步確定 軸的長(zhǎng)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(yàn)公 式初步選 定 : 第一軸和中間 軸 : d = ( )A， mm (3. 4) 第二 軸 : d == 士 ， mm 式中 Zmax發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭 矩 ， N . m (3. 5) 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 29 T 為保證設(shè)計(jì)的合理 性 ， 軸的強(qiáng)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(zhǎng)度 L 的關(guān)系可 按 下式 選取 : 第一軸和中間 軸 : d/L=O. 。 第二軸 : d/L= 。 3. 3. 3 軸的校核 由變速箱結(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)檐囕v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。 軸的強(qiáng)度與剛度校核 (1) 強(qiáng)度校核 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 式 中 : 39。f 一一扭轉(zhuǎn) 切應(yīng)力 ， MPa。 ..... 9550000主 馬 =二 23n 三 [τT] WT T一一軸所受的扭矩 ， N . mm。 斗一一軸的抗扭截面系 數(shù) ， md: P一一軸傳遞的功率 ， kw。 d一一計(jì)算截面處軸 的 直 徑 ， mm。 [ τT]一一許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ， MPa。 其 中 P =85陽(yáng) ， n =4500r /min， d =30mm。 代入上式 得 : 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 30 F F: ， 2 廳 Ft FA B Fa E二 175 圖 3. 2 三 檔受力分析圖 水 平 面 :凡 (160+75〉 = F。75， 凡 =1317. 4N。 水平面內(nèi)所受力 矩 : Mc = .103 = 。 垂直面 : … 凡 蘭 +乓 x160 = 中 =6879. 9N (3. 6) n 160 +75 垂直面所受力 矩 : M s =160 x 凡 39。 x llf = .m o (3. 7) 該軸所受扭矩 為 :罵 == 0 (3. 8) 故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩 為 : /01 7 01 7 ? (3. 9) M = /Mc +M./ + = . x1∞ 0)2 + x1000)2 +)2 = x l05 N .mm 則 在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng) 力 σ (MPa) 32M σ =227 三 [σ] (3. 10) 將 M 代入上式可 得 :σ= ， 在低 檔 工 作時(shí) [ σJ =400MPa ， 因此 有 : 2t 輕型 貨車機(jī)械傳動(dòng) 式 變 速箱 設(shè) 計(jì) 31 3EIL σ 豆 [σ]。符合要求。 (2) 軸 的 剛 度校核 第二軸在垂直面內(nèi)的撓度 fc 和在 水 平 面內(nèi)的撓度兀可 分 別 按下式計(jì) 算 : (3. 11) =一 一 一一 (3. 12) 式 中 ， 1飛一一齒輪 齒