【正文】 24，則大齒輪齒數(shù) Z2=24179。10 5N178。 N178。 確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由于該升速機(jī)構(gòu)為閉式齒輪傳動(dòng)，且兩齒輪均為齒面硬度 HBS 小于等于 350的軟齒面，齒面點(diǎn)蝕是主要的失效形式 ， 應(yīng)先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定齒輪的主要參數(shù)和尺寸，然后再按彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根的彎曲強(qiáng)度。 ??15 在此次設(shè)計(jì)中，小齒輪選用 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，硬度為230HBS；大齒輪選 45號(hào)鋼正火，硬度為 170HBS。正火是將鋼件加熱到相變點(diǎn)以上 30～ 50℃ ，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻，冷卻速度比退火快，常用來處理低碳和中碳結(jié)構(gòu)鋼材及滲碳零件，使其組織細(xì)化，增加強(qiáng)度及韌度，減小內(nèi)應(yīng)力，改善切削性能。升速器的設(shè)計(jì)包括齒輪、軸、箱體的設(shè)計(jì)以及計(jì)算，軸承的選擇與校核， 油封的選擇等，該套升速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為 4。為滿足系統(tǒng)所需高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩的需要，應(yīng)增加一套變速機(jī)構(gòu)，即升速器。 11 第 3章 變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)可見，電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，最大轉(zhuǎn)矩 為 178。 m。其參數(shù)為：額定功率 37KW；滿載轉(zhuǎn)速 1480r/min；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 178。= KW。 = KW。此試驗(yàn)臺(tái)在工作過程中損失的功率由電機(jī) 提供，根據(jù)寶來汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率 110KW/5700r/min，確定電機(jī)所需容量為 ： Pw =P 179。179。179。則 試 驗(yàn) 臺(tái) 總 傳 動(dòng) 效 率 η = 179。 寶來汽車的各擋傳動(dòng)比 如下表所示。m/4600r/min 。 ??13 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 工作條件 電動(dòng)機(jī) 第一輔助齒輪箱主動(dòng)齒輪軸 被試變速器輸入軸 被試變速器輸出軸 陪試變速器輸出軸 第二輔助齒輪箱主動(dòng)齒輪軸 陪試變速器輸入軸 10 本 試驗(yàn) 臺(tái)選擇寶來（ 手動(dòng)擋 ， 豪華型）汽車變速器技術(shù)參數(shù)為基準(zhǔn)。由于變速器從開始正常工作到 發(fā)生疲勞失效需很長(zhǎng)的時(shí)間，因此在試驗(yàn)臺(tái)上需要按與實(shí)際相近的循環(huán)作長(zhǎng)期連續(xù)的工作。動(dòng)力既經(jīng)輔助齒輪箱經(jīng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)變速器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)并同時(shí)帶動(dòng)輔助齒輪箱從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 另外，由于蝸輪蝸桿的相互制約，系統(tǒng)被鎖死，保持系統(tǒng)儲(chǔ)備內(nèi)力而不運(yùn)轉(zhuǎn)。 為使小功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)能正常驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，保持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且保證所測(cè)試變速器滿足在實(shí)際狀態(tài)工作的條件，應(yīng)事先給系統(tǒng)加載，以使內(nèi)部保持有相當(dāng)?shù)膬?nèi)力 — 轉(zhuǎn)矩，因此設(shè)有轉(zhuǎn)矩加載裝置，轉(zhuǎn)矩加載裝置形式多樣，傳統(tǒng)的加載方式為平衡力矩加載法和行星齒輪加載法， 在應(yīng)用中不便于對(duì)變速器進(jìn)行加載， 9 為使加載方式可靠、操縱方便，本課題采用蝸輪蝸桿加載方式。 ??7 傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 傳動(dòng)系統(tǒng)組成 如圖 23 所 示， 該試驗(yàn)臺(tái) 傳動(dòng) 系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩加載器、兩個(gè)齒輪箱、傳動(dòng)軸和兩個(gè)變速器（一個(gè)被 試 變速器，一個(gè)陪 試 變速器）組成的一個(gè)封閉的傳動(dòng)系統(tǒng)。此外還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便和便于進(jìn)行變負(fù)荷試驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)是閉式變速器試驗(yàn)臺(tái)難以辦到的。這一特點(diǎn)顯示了如下優(yōu)越性：可以選用被試變速器承載能力大得多的變速器做為陪試變速器，使其在試驗(yàn)中根本不會(huì)損壞。在開式試驗(yàn)臺(tái)上，陪試變速器實(shí)際只起到一般升降速器的作用，為了滿足負(fù)載裝置的特性要求，而利用它將轉(zhuǎn)速變到一定范圍。 （ 4）陪試變速器的作用 8 開式試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)對(duì)陪試變速器的要求與機(jī)械封閉式變速器試驗(yàn)臺(tái)不同。 上述四種負(fù)載裝置中，目前應(yīng)用最多的是電渦流測(cè)功機(jī)和電力測(cè)功機(jī)。 （ 2）負(fù)載裝置 負(fù)載裝置種類很多，常見的有：直流電機(jī)或電力測(cè)功機(jī)（作為負(fù)載裝置用時(shí)是發(fā)電機(jī)）、電渦流測(cè)功機(jī)、水力測(cè)功機(jī) （其負(fù)荷調(diào)節(jié)較為困難，不易穩(wěn)定，所以在變速器試驗(yàn)臺(tái)中這些年已很少使用了 ） 和 磁粉加載器。 ??6 閉式試驗(yàn)臺(tái)與開式試驗(yàn)臺(tái)比較 國(guó)內(nèi)外變速器總成疲 勞試驗(yàn)臺(tái)的形式很多，但就其功率循環(huán)的方式而言，都可以歸納為兩大類，即開式試驗(yàn)臺(tái)和閉式試驗(yàn)臺(tái)，現(xiàn)分別 闡述 如下 ： 開式試驗(yàn)臺(tái)與閉式試驗(yàn)臺(tái)相比較而言各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，開式試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是：由驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率，通過被試變速器和陪試變速器后，即被負(fù)載裝置（各種測(cè)功機(jī)）全部吸收并消耗掉，下圖為幾種方案（圖中的幾種聯(lián)接方式都是針對(duì)變速器傳動(dòng)效率試驗(yàn)的，但也可以用來進(jìn)行變速器總成疲勞試驗(yàn)，只是不需要測(cè)量輸出扭矩的裝置）。 （ 3）內(nèi)外圈斷裂。 在變速器中，滾動(dòng)軸承的損壞主要有： （ 1）滾子、滾道表面剝落（接觸疲勞）。 變速器軸類零件的損壞形式主要有： （ 1）斷裂 （ 2）花鍵磨損 因花鍵磨損而導(dǎo)致軸類零件報(bào)廢，多見于變速器第一軸與離合 器從動(dòng)盤連接的花鍵，主要由于側(cè)鍵磨損嚴(yán)重而報(bào)廢。 （ 5）塑性變形 當(dāng)輪齒材料較軟而載荷較大時(shí)，輪齒表面的材料將沿著摩擦力方向發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致主動(dòng)輪齒面節(jié)線附近出現(xiàn)凹溝，從動(dòng)輪齒面節(jié)線附近出現(xiàn)凸棱，齒面的 正常 齒形被破壞，影響齒輪的正常嚙合，這種現(xiàn)象稱為齒面塑性變形。 （ 4）齒面磨損 齒面磨損是齒輪在嚙合 傳 動(dòng)過程中，輪齒接觸表面上的材料摩擦損耗的現(xiàn)象。當(dāng)兩齒面相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，較軟齒面上的金屬從表面被撕落下來，而在齒面上沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條 狀 傷痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。 一般閉式傳動(dòng)中軟齒面易發(fā)生點(diǎn)蝕失效，設(shè)計(jì)時(shí)就 應(yīng) 保證齒面有足夠的接觸強(qiáng)度。點(diǎn)蝕發(fā)生后，破壞了齒輪的正常工作，引起振動(dòng)和噪聲。對(duì)齒廓工作面上某一固定點(diǎn)來說，它受到的是近似于脈動(dòng)變化的接 觸 應(yīng)力。 變速器齒輪的損壞形式主要有以下幾種： （ 1）輪齒折斷 輪齒折斷是指齒輪的一個(gè)或多個(gè)齒的整體或其局部的折斷，輪齒折斷通常 5 有疲勞 折斷和過載折斷兩種。損壞原因是其強(qiáng)度不夠或存在鑄造缺陷，在齒輪徑向分力的作用下開裂。 第 2章 傳動(dòng)系統(tǒng)的 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案論證 本次設(shè)計(jì)的題目是變速器 性能閉式試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)，是在目前現(xiàn)有的開式試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次改進(jìn)性設(shè)計(jì)。由于封閉式功率流試驗(yàn)臺(tái)只需在事先給系統(tǒng)加載的情況下，選擇小的測(cè)功機(jī)（僅提供封閉系統(tǒng)消耗的機(jī)械損失功率），即可完成機(jī)械效率的測(cè)定以及用時(shí)較長(zhǎng)的疲勞壽命和潤(rùn)滑等的試驗(yàn)，具有功耗少、投資省、耗電少的特點(diǎn)，而且變速器的機(jī)械效率高、功率損失小，因此，本課題將對(duì)這種試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)部分進(jìn)行研究。 它的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作較復(fù)雜，控制繁瑣，通用性差，但是功耗少、投資省 ，適用于變速器性能試驗(yàn) 。目前它適用于科研、教學(xué)和小型生產(chǎn)廠，例如吉林大學(xué)汽車試驗(yàn)室、哈爾濱齒輪廠研發(fā)部等。目前，傳統(tǒng)的汽車變速器試驗(yàn)臺(tái)的形式主要有以下幾種： 常見的開式功率流汽車傳動(dòng)系零部件試驗(yàn)臺(tái)由驅(qū)動(dòng)裝置、加載裝置、測(cè)量裝置 、 被試裝置等四部分組成，如圖 所示 。 汽車試驗(yàn)的發(fā)展歷史經(jīng)歷了大致如下三個(gè)階段： 第一個(gè)階段從十九世紀(jì)末葉到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，是汽車 試驗(yàn) 的逐步建立，主要包括基本試驗(yàn)臺(tái)的建立，基本試驗(yàn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的形成； 第二個(gè)階段從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束到上世紀(jì)七十年代，由于相鄰工業(yè)的發(fā)展，相鄰學(xué)科的發(fā)展和滲透，使汽車試驗(yàn)理論、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步； 第三個(gè)階段的主要標(biāo)志是電子計(jì)算機(jī)在汽車試驗(yàn)中的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的完善。二十世紀(jì)初期，美國(guó)人亨利 178。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車結(jié)構(gòu) 不斷 完善，汽車性能也不斷提高。在此領(lǐng)域各國(guó)都在潛心研究，以不斷提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而提供更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為社會(huì)服務(wù)。本課題在于研究一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用而且經(jīng)久耐用，便于操作，占地較小，適合于室內(nèi)安裝的試驗(yàn)臺(tái)，以供那些條件有限的單位使用。 2 汽車零部件試驗(yàn)在汽車設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域占據(jù)重要的地位，因此試驗(yàn)臺(tái)的種類也很多，有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但耗費(fèi)較高，有的現(xiàn)代化程度高 ， 適合規(guī) 模大、效益高的大型試驗(yàn)部門使用，但造價(jià)昂貴。作為汽車技術(shù)一部分的汽車試驗(yàn)領(lǐng)域也取得了一些顯著成果。正是由于這些曲折和波折，使我國(guó)汽車業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用等各領(lǐng)域的技術(shù)水平均大幅落后于其他發(fā)達(dá)國(guó)家 ， 汽車試驗(yàn)領(lǐng)域也是沒有例外。 1 第 1章 緒 論 課題的來源和意義 我國(guó)汽車行業(yè)在全世界來說應(yīng)該屬于那種旭日東升，蓬勃發(fā)展的一種類型。由于眾所周知的原因，我國(guó)的汽車工業(yè)雖起步于上世紀(jì) 50 年代，但卻躑躅 于 60年代，徘徊在 70年代，直到改革開放我國(guó)政府提出把汽車工業(yè)作為支柱性產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展，才開始快速發(fā)展。 全套圖紙，加 153893706 改革開放以來，受政策的支持和資金的扶持，以及各廠家和相關(guān)單位及院校 的共同努力，我國(guó)的汽車工業(yè)大踏步向前發(fā)展，取得了不小的進(jìn)步，我國(guó)的汽車產(chǎn)量在 2020 年已經(jīng)躍居世界第 5 位，我國(guó)的技術(shù)水平也相應(yīng)取得了飛速的發(fā)展，我國(guó)汽車的大量出口已指日可待。由于一直緊跟國(guó)外先進(jìn)汽車的試驗(yàn)研究方法，從理論上也達(dá)到了較高的水平，基本上達(dá)到了世界的平均水平，但是受到技術(shù)和成本的限制，尚未普遍應(yīng)用于科研、教學(xué)和生產(chǎn)部門。而一些小型科研單位以及高等院校受資金、場(chǎng)地、人員、環(huán)境等的影響，不可能采用上述那些要求較高的試驗(yàn)臺(tái)。 ??1 汽車變速器是汽車構(gòu)造上的一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用條件復(fù)雜、可靠性要求高的重要部件，因此從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)直至使用都要對(duì)其進(jìn)行大量的試驗(yàn)，以確定其各種性能參數(shù)，為汽車的生產(chǎn)、銷售以及維修單位和汽車的使用者提供可靠的參考，防止出現(xiàn)重大的事故。 汽車試驗(yàn)裝置的發(fā)展概況 十九世紀(jì)下半葉 ,德國(guó)的戴姆勒 奔馳公司、法國(guó)的標(biāo)致公司、美國(guó)的福特公司、意大利的菲亞特公司等先后生產(chǎn)出了第一輛汽車。由于汽車工業(yè)與其他工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和人民的日常生活密切相關(guān)，汽車質(zhì)量引起人們的廣泛重視。 福特創(chuàng)立了流水線作業(yè)的生產(chǎn)形式，使生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)成本下降，使用范 圍急劇擴(kuò)大，汽車的可靠性、壽命和性能方面的問題突出出來，要求開展試驗(yàn)研究工作。 ??3 3 汽車變速器性能試驗(yàn)臺(tái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 汽車變速器是汽車構(gòu)造上的一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用條件復(fù)雜、可靠性要求高的重要部件，因此從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)到使用都要對(duì)其進(jìn)行大量的試驗(yàn)。 它的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，通用性好，但是由于需采用原動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，造價(jià)高，耗電量大，尤其是做耗時(shí)較長(zhǎng)的疲勞壽命試驗(yàn)時(shí)，更 是如此。 圖 11 開式功率流變速器試驗(yàn)臺(tái) 機(jī)械封閉式試驗(yàn)臺(tái)，是目前為止國(guó)內(nèi)汽車變速器驅(qū)動(dòng)橋齒輪試驗(yàn)中應(yīng)用最多的試驗(yàn)臺(tái)。 本課題的研究?jī)?nèi)容及主要工作 利用機(jī)械閉式功率流原理，研制一套變速器機(jī)械效率、剛度、疲勞 強(qiáng)度和 4 潤(rùn)滑測(cè)試裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，要求設(shè)計(jì)并研究可靠的傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 在這部分里主要完成 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)（包括升速器 、傳動(dòng)軸和鎖止裝置的設(shè)計(jì) ，不包括加載器的設(shè)計(jì) ） 以及 電動(dòng)機(jī)及 傳感 器 、單向離合器 的選 型。 常見的機(jī)械式變速器損壞形式 變速器外殼的主要損壞形式是殼體開裂。也常出現(xiàn)因變速器內(nèi)的金屬塊（如斷齒、軸承碎塊等）擠壓進(jìn)齒輪嚙合處而將殼體脹裂的情況。 （ 2）齒面點(diǎn)蝕 輪齒進(jìn)入嚙合時(shí)，輪齒齒面接觸處在法向力的作用下將產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，脫離嚙合后接 觸 應(yīng)力即消失。如果接觸應(yīng)力超過了輪齒材料的接觸疲勞極限時(shí)，齒面上出現(xiàn)不規(guī)則的細(xì)微的疲勞裂紋，隨著裂紋的蔓延、擴(kuò)展而導(dǎo)致齒面表層上的金屬微粒剝落，形成麻點(diǎn)狀的凹坑，這種現(xiàn)象稱為齒面疲勞點(diǎn)蝕。 實(shí)踐表明，由于輪齒在節(jié)線附近嚙合時(shí)，同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)少，且輪齒間相對(duì)滑動(dòng)速度小，潤(rùn)滑油膜 不易形成，所以點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根表面上。 （ 3）齒面膠合 在高速重載的齒輪傳動(dòng)中，由于齒面間的壓力較大，相對(duì)滑動(dòng)速度較高，因而發(fā)熱量大， 使 嚙合區(qū)溫度升高、油膜破裂而引起潤(rùn)滑失效，相嚙合兩個(gè)齒面的局部金屬直接接觸并在瞬間互相粘連。 在低速重載的傳動(dòng)中，由于齒面間壓力大，因而不易形成油膜，也會(huì)出現(xiàn)膠合。齒輪的磨損有磨粒磨損和跑合磨損兩種。 6 這種失效主要出現(xiàn)在低速、過載嚴(yán)重和起動(dòng)頻繁的齒輪傳動(dòng)中。 （ 3）軸頸剝落 由于變速器第二軸有的部位以軸頸作為軸承內(nèi)滾道用，直接與滾針接觸 ，所以在使用過程中易于出現(xiàn)軸頸剝落。 （ 2）保持架斷裂。 同步器的失效，主要是由于同步環(huán)磨損，致使后備行程消失造成的。 7 （或驅(qū)動(dòng)電機(jī)） （或傳感器） 5.加載裝置（測(cè)功 機(jī)） （ a）被試變速器位于傳感器中間式（ b）傳感器位于兩變速器間式（ c）無傳感器式 圖 21 應(yīng)用開式試驗(yàn)臺(tái)測(cè)定變速器效率的裝置示意圖 由圖 21 可見，開式試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，它主要是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、負(fù)載裝置、被試變速器和陪試變速器幾部分組成： （ 1）驅(qū)動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)多用轉(zhuǎn)速可調(diào)的直流電機(jī)或電力測(cè)功機(jī)。 這種負(fù)荷裝置是近幾年才用于汽車試驗(yàn)領(lǐng)域的，其主要特點(diǎn)是：負(fù)荷控制方便 、 噪聲小 、 低速加載性能好 ， 但其滑差功率?。ù?扭矩 時(shí)允許的轉(zhuǎn)速很低），所以只適用于小噸位車輛變速器疲勞壽命試驗(yàn)。 （ 3）載荷測(cè)定裝置 如果應(yīng)力測(cè)功機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，則載荷即可應(yīng)用測(cè)功設(shè)備配備的測(cè)力裝置測(cè)量 ， 若應(yīng)用其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則多使用 扭矩 測(cè)量?jī)x。在機(jī)械 封閉式試驗(yàn)臺(tái)上，陪試變速器的速比一定要與被試變速器相同，而且每次試驗(yàn)時(shí)一定要掛同一擋位。因此，陪試變速器的速比可以與被試