【正文】 表 變速器齒輪的許用接觸應力 齒輪 j? /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一擋和倒擋 1900～ 2021 950～ 1000 常嚙合齒輪和高擋 1300～ 1400 650～ 700 （ 2）接觸應力的校核 由式 ()得齒輪的接觸應力公式為 ???????? ??bzj bFE ??? 114 1 確定有關的參數和系數： 齒面法向力 F ??c osc os2d TF g? ??? ??? ?? osc os 2 211 11 ??d TF g = 31 ???????? o o。由圖 得 ?y ， ?y 。 將作用在變速器第一軸上的載荷 2maxeT 作為計算載荷時，變速器齒輪的許用接觸應力見表 。 輪齒接觸應力 j? ???????? ??bzj bFE ??? 114 1 () 式中 ： j? － 輪齒接觸應力 (MPa)； F － 齒面上的法向力 (N)， ? ??? co sco stFF ? ， tF 為圓周力 (N )， dTF gt 2? ，gT 為計算載荷 (Nm)； d － 節(jié)圓直徑 (mm)， ? ? ?coszmd n? ， nm － 法向模數 (mm)， z － 齒數， ? － 斜齒輪螺旋角 (? )； ?K － 應力集中系數， ??K ； b － 齒面寬 (mm)； t － 法向齒距 (mm)， nmt ?? ； y － 齒形系數，可按當量齒數 ?3coszzn ? 在圖 中查得； ?K － 重合度影響系數， ??K 。m)； 28 d － 節(jié)圓直徑 (mm)； ?K － 應力集中系數，可近似取 ?K =； fK － 摩擦力影響系數，主、從動齒輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，對彎曲應力的影響也不同，主動齒輪 fK =，從動齒輪 fK =； b － 齒寬 (mm)； t － 端面齒距 (mm)， mt ?? ； m － 模數； y － 齒形系數，如圖 所示。因此，比用于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確的結果。此外，汽車變速器齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級別、支撐方式也基本一致。但由于氰化層較薄且鋼的含碳量又高，故接觸強度和承載能力均受到限制。 某些輕型以下的載貨汽車和轎車等變速器的小 模數（ ～mn ? ）齒輪，采用了 40Cr 或 35Cr 鋼并進行表面氰化處理。為消除內應力，還要進行回火。 國產汽車變速器齒輪的常用材料是 20CrMnTi,也有采用 20Mn2TiB， 20MnVB，20MnCr5 的。 27 齒輪材料的選擇 現代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造， 使 輪齒表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結合，以大大提高其接觸強度、彎曲強度及耐磨性。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經正火或調質處理后，再進行切削加工即可；硬齒面齒輪（硬度 350HBS）常采用低碳合金鋼切齒后再表面滲碳淬火或中碳鋼（或中碳合金鋼）切齒 后表面淬火，以獲得齒面、齒芯韌的金相組織，為消除熱處理對已切輪齒造成的齒面變形需進行磨齒。 (3)考慮加工工藝及熱處理工藝 大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵；中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常采用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。 (2)合理選擇材料配對 如對硬度 ≤ 350HBS 的軟齒面齒輪，為 使 兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應略高于大齒輪，且 使 兩輪硬度差在 30～ 50HBS 左右。 齒輪的材料選擇 齒輪材料的選擇原則 (1)滿足工作條件的要求 不同的工作條件，對齒輪傳動有不同的要求，故對齒輪材料亦有不同的要求。合理選擇齒輪參數及變位系數，增大齒廓曲率半徑，降低接觸應力，提高齒面強度等，可提高齒面的接觸強度。在一般汽車變速器中，產生膠合損壞的情況較少。 對于高速重載齒輪，由于齒面相對滑動速度高、接觸壓力大且接觸區(qū)產生高溫而使 齒面間的潤滑油膜破壞， 使 齒面直接接觸。點蝕 使 齒形誤差加大而產生動載荷，甚至可能引起輪齒折斷。齒面長期在脈動的接觸應 26 力作用下，會逐漸產生大量與齒面成尖角的小裂縫。變速器低 擋 小齒輪由于載荷大而齒數少、齒根較弱，其主要破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。在汽車變速器中這種情況很少發(fā)生。m ???? ?inn r/min 齒輪的強度計算和材料選擇 齒輪損壞的原因和形式 齒輪在嚙合過程中，輪齒根部產生彎曲應力，過渡轉角處又有應力集中，故當齒輪受到足夠大的載荷作用，其根部的彎曲應力超過材料的許用應力時，輪齒就會斷裂。m 0 3 127/ ???? ?inn r/min （ 4）掛 4 擋 時 ?T Nm 4 137/179 6 08723 ???? ?inn r/min （ 2）掛 2 擋 時 ????????? ?iTT 齒承 ?? Nm 16001 ??nn r/min 中間軸 ????????? ?iTT 齒承 ?? N通過計算可得到各軸的轉矩和轉速。 表 變速器齒輪的主要幾何尺寸 項目 齒輪 齒數 （ mm） 螺 旋角（ ? ） 端 面 模 數（ tm ） 端 面 壓力 角 （ ? ） 分 度 圓直徑 齒 頂 圓直徑 齒 根 圓直徑 齒寬 (mm) 1z 21 20 2z 35 20 3z 27 20 4z 29 20 5z 32 20 6z 23 20 7z 37 20 8z 17 20 9z 14 20 10z 39 20 11z 38 30 114 120 20 12z 18 30 54 60 20 13z 23 30 69 75 20 計算變速器各軸的扭矩和轉速 已知發(fā)動機的最的轉矩為 260N漸開線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數、分度圓壓力角必須分別相等，兩斜齒輪的螺旋角必須相等而方向相反。 24 第 4章 變速器齒輪的設計計算 變速器齒輪的幾何尺寸計算 汽車變速器均為漸開線齒輪。 倒擋軸與中間軸的中心距為 mmmzzA n )2318(2/)( 1312 ??????? 倒擋軸與第二軸的中心距為 mmmzzA n )2338(2/)( 1311 ???????? 本章小結 本章主要任務是對齒輪齒數進行分配、確定中心距。取倒擋中間齒輪 13 的齒數取 2313?z .中間軸倒擋齒輪的齒數取為 1812?z ，倒擋時的傳動比為?Ri 。中心距變動系數為 ????? m AAy 嚙合角為 os90 osc os ????? ??? AA ??? ? 23 查變位系數線圖得 變位系數之和為 ??x 而齒輪齒數比為 ??u 故可以分配變位系數得 ??x ， ?x 。 確定五擋齒輪的齒數 五擋齒輪為斜齒輪，當其螺旋角與常嚙合齒輪不同時，則有 ??? zzizz g os2 109109 ??? ?nmAzz ? 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求出發(fā)，要平衡軸向力，要求滿足下式 ???????? ????? 10921 2109 21 1t a nt a n zzzz z?? 求解上述三式，取整得 149?z ， 3910?z ?????? zzzzi g ?? 55 gg ii 故齒輪齒數不需調整。 ? ? os2 356c os24343 ?? ????? ??nmzzA mm 由于調整后中心距發(fā)生了變化，所以需 對三擋齒輪進行角度變位。 確定三擋齒輪的齒數 三擋齒輪為斜齒輪，當其螺旋角與常嚙合齒輪不同時，則有 ??? zzizz g os2 4343 ??? ?nmAzz ? 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求 出發(fā)，要平衡軸向力，要求滿足下式 ???????? ?????432124321 1t a nt a n zzzz z?? 求解上述三式，取整得 263?z ， 304?z ， ?? ? ? 。 根據所確定的齒 數，常嚙合齒輪精確的螺旋角的值為 ?????????)]902/(3)3521a r c c o s [ ()2/()a r c c o s [ ( 2121 Amzz n? 確定其他各擋齒輪的齒數 確定二擋齒輪的齒數 二擋齒輪為斜齒輪，則有 ????? zzizz g 24c os902c os2 6565 ?????? ??nmAzz ? 聯立求解，并對齒數取整后得 325?z ， 236?z 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求出發(fā)，要平衡軸向力 ???????? ?????652126521 1t a nt a n zzzz z?? 中心距為 ? ? ? ? 24c os2 32332c os2 6565 ?? ????? ??? nmzzAmm 由于調整后中心距發(fā)生了變化，所以需對 二 擋齒輪進行角度變位。 ? ? os2 356c os22121 ?? ????? ??nmzzA mm 由于調整后中心距發(fā)生了變化，所以需對 常嚙合 齒輪進行角度變位。中心距變動系數為 ????? mAAy 嚙合角為 osc os ????? ??? AA 19 ??? ? 查變位系數線圖得 變位系數之和為 0??x 而齒輪齒數比為 1737 ??u 故可以分配變位系數得 ??x ， ?x 。則可取 54??z 取一擋小齒輪齒數 178?z 37175187 ????? ? zzz 18 1 第一軸常嚙合齒輪； 2中間軸常嚙合齒輪； 3第二軸三擋齒輪； 4中間軸三擋齒輪； 5第二軸二擋齒輪； 6中間軸二擋齒輪； 7第二軸一擋齒輪； 8中間軸一擋齒輪； 9第二軸五擋齒輪； 10中間軸五擋齒輪； 11第二軸倒擋齒輪； 12中間軸倒擋齒輪； 13倒擋中間齒輪 圖 變速器傳動簡圖 對 中心距進行修正 因為計算齒數和 ?z 后，經過取整數使中心距有了變化，所以應根據取定的 ?z 和齒輪變位系數重新計算中心距 A ，再以修正后的中心距 A 作為各擋齒輪齒數分配的依據，故中心距變?yōu)? mmmzzA n os2 354c os2 )( 8787 ?? ???? ? ?? mm 對中心距進行取整，取中心距 70??A mm。為避免根切、增加強度，一擋小齒輪應為變位齒輪。代入數據后得 543 25c os902c os2 87 ????? ?? ?nmAz ? 計算后應取 ?z 為整數，然后再進行大、小齒輪齒數的分配，中間軸上小齒輪的最小齒數，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。所設計的變速器的傳動簡圖如圖 所示。我 國規(guī)定，齒頂高系數取為 。若齒頂高系數小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應力也減少。 ncmkb? 式中： ck － 齒寬系數，直齒輪取 ～kc ? ，斜齒輪取 ～kc ? ； nm － 法面模數。 壓力角初選 ?20 齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質量小、軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強度及工作平穩(wěn)性的要求。因此，中間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應該是不一樣的。 斜齒輪傳遞轉矩時，要產生軸向力并作用到軸承上?！?25176。不過當螺旋角大于 時，其抗彎強度驟然下降，而接觸強度仍繼續(xù)上升。在齒輪選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。 表 汽車變速器齒輪的齒形、壓力