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文档简介

江苏城市职业学院毕业设计(论文)任务书(2016届)设计(论文)题目大众速腾五档手动变速器设计办学点(系)江苏城市职业学院(淮安办学点)专业机电一体化班级11机电五学号1137010250学生姓名汪佳乐起讫日期201511102016420地点江苏城市职业学院(淮安办学点)指导教师蒋莉如职称讲师2016年4月20日江苏城市职业学院教务处制摘要随着汽车工业的迅猛发展,车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标,对轿车而言,其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天,车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标,而变速器的设计如果不合理,将会使汽车的舒适性下降,使汽车的运行噪声增大。本设计针对乘用车变速器进行系统深入的研究本设计结合机械变速器的设计方法,深入研究了变速器传动比的计算,挡数的分配,齿轮参数的计算,轴及轴承的选择等,从而使乘用车的舒适性和动力性有很大的提高。关键字传动比;齿轮参数;轴;轴承目录摘要I第1章绪论111设计的目的意义112变速器的发展现状213变速器设计面临的主要问题4第2章变速器的总体方案设计521变速器的功用及设计要求522变速器传动机构的形式选择与结构分析5221三轴式变速器与两轴式变速5222倒档的布置方案523变速器主要零件的结构方案分析7231齿轮型式7232换档结构型式7233轴承型式724传动方案的最终确定825本章小结8第3章变速器主要参数的选择与计算931初始数据932变速器各档传动比的确定933中心距的确定1034齿轮参数1135本章小结12第4章齿轮的设计计算与校核1341齿轮的设计计算1342齿轮的强度计算与材料选择22421齿轮的损坏原因22422齿轮材料的选择22423计算各轴的转矩23424齿轮的强度计算23424齿轮的接触应力2743本章小结31第5章轴的设计与计算及轴承的选择与校核3251轴的计算32511轴的工艺要求32512初选轴的直径32513轴的刚度计算33514轴的强度计算3552轴承的选择及校核37521输入轴的轴承选择及校核37521输出轴的轴承选择及校核3853本章小结39第6章变速器同步器与操纵机构的选择4061同步器的选择40611同步器的工作原理40612同步环的主要参数的确定4062变速器的操纵机构41621变速器操纵机构的功用41622变速器操纵机构应满足的要求41623换挡位置42结论43参考文献44致谢450第1章绪论11本次设计的目的意义随着经济和科学技术的不断发展,汽车工业也渐渐成为我国支柱产业,汽车的使用已经遍布全国。而随着我国人民生活水平的不断提高,微型客货两用车、轿车等高级消费品已进入平常家庭。在我国,汽车工业起步较晚。入世后,我国的汽车工业面临的是机遇和挑战。随着我国汽车工业不断的壮大,以及汽车行业持续快速发展,如何设计出经济实惠,工作可靠,性能优良,且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题。在面临着前所未有机遇同时不得不承认在许多技术上,我国与发达国家还存在着一定的差距。发动机的输出转速非常高,最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。为了发挥发动机的最佳性能,就必须有一套变速装置,来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。在经济方面考虑合适的变速器也非常重。本次设计对轿车变速器的结构进行了介绍,阐述了轿车主要参数的确定,在机构方面选择了机械式变速器确定变速设计的主要参数,在变速器的寿命方面以及与变速器相关的操纵机构也进行了介绍。12变速器的发展现状汽车问世百余年来,特别是从汽车的大批量生产及汽车工业的大发展以来,汽车已经成为世界经济的发展、为人类进入现代生活,产生了无法估量的巨大影响,为人类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献,掀起了一场划时代的革命。自从汽车采用内燃机作为动力装置开始变速器就成为了汽车重要的组成部分,现代汽车广泛采用的往复活塞式内燃机具有体积小、质量轻、工作可靠和使用方便等优点,但其转矩和转速变化范围较小,而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化,故其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾,这对矛盾靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。因此在汽车传动系中设置了变速器和主减速器,以达到减速增矩的目的。变速器对整车的动力性与经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有着较为直接的影响。汽车行驶的速度是不断变化的,即要求汽车变速器的变速必要尽量多,尽管传统的齿轮变速器并不理想但以其结构简单、效率高、功率大三大显著特点依然占领者汽车变速器的主流地位。虽然传统机械师的手动变速器具有换挡冲击大,体积大,操纵麻烦等诸多缺点,但仍以其传动效率高、生产制造工艺成熟以及成本低等特点,广泛应用于现代汽车上。1早在1889年,法国标致研制成功世界上第一台手动机械式4挡齿轮传动汽车变速器。在现在汽车中,变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数作优化匹配,可得到良好的动力性与经济性;采用自锁及互锁装置,倒档安全装置可使操纵可靠,不跳档、乱档、自动脱档和误挂倒档;采用同步器可使换挡轻便,无冲击及噪声;采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低,降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展,增力式同步器,双中间轴变速器,后置常啮合传动齿轮变速器,各种自动、半自动以及电子控制的自动换挡机构等新结构也相继问世。9到目前为止变速器主要经历了以下发展阶段1手动变速器手动变速器(MTMANUALTRANSMISSION)主要采用了齿轮传动的降速原理。变速器内多组传动比不同的齿轮副,而汽车行驶的换挡工作,也就是通过操纵机构式变速器内不同的齿轮副工作。如在低速时,让让传动比大的齿轮副工作,而在高速时让传动比小的齿轮副工作。由于每档的齿轮组的齿数是固定的,所以各档的速度比是个定值。手动变速器是最常见的变速器,它的基本构造用一句话概括,就是两轴一中轴,即指输入轴、输出轴和中间轴,它们构成了变速器的主体,当然还有一根倒档轴。手动变速器又称为手动齿轮变速器,含有可以在轴向滑动的齿轮,通过不同齿轮的啮合达到变速变矩的目的。手动变速器的换挡操作可以完全遵从驾驶者的意志,且结构简单、故障相对较低、物美价廉。手动变速器也有自身的缺点在当今的大城市中,“堵车”现象愈演愈烈,驾驶员需要频繁地踩离合器换挡,体力消耗大,发动机很难工作在最佳的状态,动力性没有完全发挥,经济性差,排气中有害物质含量高,污染严重。2自动变速器自动变速器(ATAUTOMATICTRANSMISSION)是根据车速和负荷来进行双参数控制,档位根据上面的两个参数来自动升降。AT与MT的共同点,就是二者都是有级式变速器,只不过AT能根据车速的快慢来自动实现换挡,可以消除手动变速器“顿挫”的换挡感觉。AT的结构与手动变速器相比,液力自动变速器在结构和使用上有很大不同。手动变速器主要由齿轮和轴组成,通过不同的齿轮组合产生变速变矩;而自动变速器是液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。自动变速器采用液力便举起来代替离合器,因此减少了离合器换挡带来的冲击,档位少变化大,连接平稳,因此容易操作,提高驾驶方便性,减少驾2驶员的劳动强度,也提高了驾驶员的舒适性。自动变速器也存在不足之处一是对速度变化反应慢,没有手动离合器灵敏,因此许多驾驶员选用手动变速器车;二是费油不经济,液力变矩器的传动效率不高,变矩范围有限,近几年引入电子控制技术对此做了改进;三是机构复杂,维修困难。在液力变矩器内告诉循环流动的液压油会产生高温所以要用指定的耐高温液压油。机械式自动变速器是在传统干式离合器和手动齿轮变速器的基础上改造而成主要改变了手动换挡操纵部分。即在手动变速器结构不变的情况下改用电子控制来实现自动换挡。机械式自动变速器控制单元(简称ECU)的输入信号有驾驶员的意图(加速踏板的位置和党委的选择)和汽车的工作状态(包括发动机转速、节气门开度、车速等)3无级变速器无级变速器(CVTCONTINUOUSLYVARIABLETRANSMISSION),又称为连续变速式无级变速器。这种变速器与一般齿轮式自动变速器的最大区别是它省去了复杂而笨重的齿轮组合变速传动。金属带式无级变速器主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件主动和被动工作轮由固定和可动两部分组成,形成V型槽,与金属片构成的金属带啮合。当主动轮和被动轮和被动轮可动部分作轴向移动时,相应改变主动轮与从动轮上传动带的接触半径,从而改变传动比。可动轮的轴向移动通过液压控制系统进行连续的调节可实现无级变速。4无限变速式机械无级变速器无限变速式机械无级变速器(IVTINFINITELYVARIABLETRANSMISSION)由英国TOROTRAK公司研发出来,只是业界一直将他视为CVT,直至2003年3月在美国底特律举行的SAE(美国汽车工程师学会)年会上才将他单独分类。IVT采用的是一种摩擦板式变速原理。早在1905年就出现过这种无级变速器,它由圆盘和滚轮构成,结构简单,但由于摩擦本身带来的能量损耗大,发热量高,传递转矩小和材料不耐用等缺点,没有进行批量生产。这种变速器原理便是今天的IVT的基础。IVT与其它自动变速器之一是不使用变矩器,TOROTRAK公司开发的IVT使用了2套离合器,驱动力由一套称为VARIATO的装置传递,通过锁止离合器和行星齿轮机构将动力传递至传动轴。IVT的核心部分由输入传动盘、输出传动盘分别位于两端,输出传动盘只有1个位于中间位置,VARIATO传动盘则夹于输入传动盘和输出传动盘中间,他们之间的接触点以润滑油作介质,金金属间不接触,通过改变VARIATO装置的角度变化而实现传动比的连续而无限的变化。123回顾变速器的技术的发展可以清楚的知道,变速器作为汽车传动系统的主要组成部分,其技术的发展是衡量汽车技术水平的一项主要依据。21世纪能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术发展的重要领域,这些领域的科技进步推动了变速器的发展。并且向着节能与环境保护;应用新型材料;高性能、成本低、微型化;智能化、集成化发展。13变速器设计面临的主要问题在汽车工业高速发展的今天,随着世界燃油价格的日益上涨和运用在汽车各种配件上的技术日趋成熟,变速器发展面临的主要问题如下1如何设计出节能环保、经济型的变速器,将是变速器乃至汽车发展所要面临的一个巨大问题。2自动变速器之所以发展如此迅速是因为它操纵起来简单方便,但同时也减少了驾车乐趣。因此,在不减少驾车娱乐性的同时,又能使操纵更加方便快捷,也是变速器设计时要考虑的一个重要问题。3如何设计出结构简单、传动效率更高、使汽车车速变化更加平稳以及驾车舒适性更高的变速器,则一直都是变速器设计所要攻克的技术难关。4第2章变速器的总体方案设计21变速器的功用及设计要求变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置,又称变速箱。它作为汽车动力系统重要的组成部分,主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩和转速,以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动轮牵引力以及车速的不同需求。此外,变速器还用于使汽车能倒退行驶和在启动发动机以及汽车滑行或停车时使发动机传动系保持分离;必要时还应有动力输出功能。7为保证变速器具有良好的工作性能,对变速器应提出如下设计要求1保证汽车有必要的动力性和经济型。2设置空挡。用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3设置倒档,使汽车能倒退行驶。4设置动力传输装置,需要时进行功率输出。5换挡迅速、省力、方便。6工作可靠,汽车行驶过程中,变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。7变速器应有高的工作效率。8变速器的工作噪声低。除此之外,变速器还应该满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。满足汽车必要的动力性和经济性指标,这与变速器挡数、传动比范围和各挡传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小,变速器传动比范围越大。22变速器传动机构的形式选择与结构分析变速器的种类很多,按其传动比的改变方式可以分为有级、无级和综合式。有级变速器根据前进挡的不同可以分为三、四、五档和多档变速器;按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线和综合式。其中固定轴式应用广泛,有两轴式和三轴式之分,前者多用于发动机前置前轮驱动的汽车上,而后者多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。221三轴式变速器与两轴式变速器现代汽车大多采用三轴式变速器。以下是三轴式和两轴式变速器的传动方案。三轴式变速器如图21所示,其第一周的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别5与中间轴的相应齿轮啮合,且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时齿轮、轴承及中间轴均不承载,而第一、第二轴也传递转矩。因此,直接档的传递效率高,磨损及噪声也小,这是三轴式变速器的主要优点。其它前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比,这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是除直接档外其他各档的传动效率有所下降。1第一轴;2第二轴;3中间轴图21轿车三轴式四档变速器1第一轴;2第二轴;3同步器图22轿车两轴式变速器两轴式变速器如图22所示。与三轴式变速器相比,其结构简单、紧凑、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置,因为这种布置使汽车的动力传动系统紧凑、操纵性良好且可使汽车质量降低610。两轴式变速器则方便于这种布置且传东西的结构简单。如图所示两轴式变速器的输出轴与主减速器主动齿轮做成一体,当发动6机纵置时,主减速器可使用螺旋锥齿轮或双面齿轮;当发动机横置时则可用圆柱齿轮,从而简化了制造工艺,降低了成本。除倒档常用滑动齿轮外,其他档均采用常啮合齿轮传动;个档的同步器多装在输出轴上,这是因为一档的主动齿轮尺寸小,装同步器有困难;而高档的同步器也可装在输入轴后端如图所示。两轴式变速器没有直接档因此在高档工作时,齿轮和轴承均承载,因而噪声比较大,也增加了磨损,这是他的缺点。另外低档传动比的上限也受到较大的限制,但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。本设计的变速器采用两轴式变速器。222倒档的布置方案常见的倒档结构方案有以下几种图23倒档布置方案图21A为常见的倒档布置方案。在前进挡的传动路线中加入一个传动,使结构简单,但齿轮处于正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。此方案广泛应用于轿车和轻型货车的四档全同步器式变速器中。图21B所示方案的优点是换倒档时利用了中间轴上的一档齿轮,因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合使换挡困难。某些轻型货车四档变速器采用此方案。图21C所示方案能获得较大的倒档传动比,缺点是换挡程序不合理。图21D所示方案针对前者的缺点作了修改,因而经常载货车变速器中使用。图21E所示方案将中间轴上的一、倒档齿轮做成一体,将其齿宽加长。图21F所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮,换挡更为轻便。为了充分利用空间,缩短变速器轴向长度,有的货车倒挡传动采用图261所示7方案。其缺点是一,倒挡须各用一根变速器拨叉轴,致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些本设计采用图2F所示的传动方案。23变速器主要零件的结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化要求。在确定变速器结构方案时,也要考虑齿轮型式、换挡结构形式、轴承型式等因素。231齿轮型式齿轮型式有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目,从而可采用斜齿轮。与直齿圆柱齿轮比较,斜齿圆柱齿轮使用寿命长,工作时噪声低;缺点是制造时稍复杂,工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮采用斜齿圆柱齿轮,尽管这样会使斜齿圆柱齿轮数增加,导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒档。232换挡结构形式现在大多数汽车的变速器都采用同步器换挡。采用同步器换挡可保证齿轮在换挡时不受冲击,使齿轮强度得以充分发挥,同时操纵轻便,缩短了换挡时间,从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性,此外,该种形式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂,制造精度要求高,轴向尺寸有所增加,铜质同步环的使用寿命较短。目前,同步器广泛用于各式变速器中。在本设计中所采用的是锁环式同步器,该同步器是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上保证结合与待啮合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触,以免齿间冲击和发生噪声。233轴承型式变速器轴承采用圆锥滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆柱滚子轴承、滑动轴套等。在本设计中采用圆锥滚子轴承和滚针轴承。24传动方案的最终确定通过对变速器型式、传动方案及主要零件结构方案的分析与选择,并根据设计任务与要求,最终确定的传动方案如图248图24变速器传动简图25本章小结本章主要对变速器的功用进行了介绍,对变速器传动机构的型式与结构进行了分析对两轴式、三轴式变速器进行了介绍并结合已有的变速器传动方案在本次设计的基础上对变速器的传动方案进行最终的确定,并对变速器上主要零件的结构方案进行了分析与介绍。9第3章变速器主要参数的选择与计算31设计初始数据最高车速185KM/HMAXU发动机功率74KWEP转矩145MAXTN总质量1353KG车轮205/55R16R3159532变速器各挡传动比的确定初选传动比31MAXU0AXIRNG式中最高车速AX发动机最大功率转速N车轮半径R变速器最小传动比乘用车取085MAXGI主减速器传动比0955032MAXETPENPMAX所以,95504874R/MINPN14570377037739330IMAXGPUIR185093473最大传动比的选择1GI10满足最大爬坡度。(34)TEGIFGRI0MAX1SNCO式中G作用在汽车上的重力,汽车质量,重力加速度,G13530N;MG发动机最大转矩,145NM;AXETAXET主减速器传动比,390I0I传动系效率,90;TT车轮半径,0316M;RR滚动阻力系数;F爬坡度,取167带入数值计算得521GI满足附着条件(35)RITTG01EMAXZ2F为附着系数,取值范围为0506,取为06为汽车满载静止于水平面,驱动桥给地面的载荷,这里取70MG;Z2F计算得5418;1GI由得2525418;取34;1GI1GI校核最大传动比;254803MAX1GI在3045范围内,故符合。其他各挡传动比的确定按等比级数原则,一般汽车各挡传动比大致符合如下关系(36QIIGG5432111)式中常数,也就是各挡之间的公比;因此,各挡的传动比为Q,41IG32QIG2IGQIG41441N3所以其他各挡传动比为345,236,164,114,081GI2GI3Q3GI2Q4GIQ5GI33中心距A的确定初选中心距发动机前置前驱的乘用车变速器中心距A,可根据发动机排量与变速器中心距A的统计数据初选。AKA31MAXGEIT中心距系数;8993,变速器传动比,变速器传KAK1IG动效率取96,发动机的最大输出转矩,单位为(NM);GMXE7283所以A初选72MM43690453198A34齿轮参数341模数对货车,减小质量比减小噪声更重要,故齿轮应该选用大些的模数;从工艺方面考虑,各挡齿轮应该选用一种模数。啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线。由于工艺上的原因,同一变速器中的接合齿模数相同。其取值范围是乘用车和总质量在18140T的货车为AM2035MM;总质量大于140T的货车为3550MM。选取较小的模数值可使齿AM数增多,有利于换挡如图表31与表32。表31汽车变速器齿轮法向模数乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/TAM车型10V1616V256014A140模数/MMNM22527527530035045045060012表32汽车变速器常用齿轮模数一系列100125150200250300400500600二系列175225275325350375450550发动机排量为16L,根据表221及222,齿轮的模数定为225275MM。342压力角理论上对于乘用车,为加大重合度降低噪声应取用145、15、16、165等小些的压力角;对商用车,为提高齿轮承载能力应选用225或25等大些的压力角。国家规定的标准压力角为20,所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20。343螺旋角实验证明随着螺旋角的增大,齿的强度也相应提高。在齿轮选用大些的螺旋角时,使齿轮啮合的重合度增加,因而工作平稳、噪声降低。斜齿轮传递转矩时,要产生轴向力并作用到轴承上。乘用车两轴式变速器螺旋角2025344齿宽B直齿,为齿宽系数,取为4580,取70;MKCC斜齿,取为6085。N345齿顶高系数在齿轮加工精度提高以后,包括我国在内,规定齿顶高系数取为10035本章小结本章通过对初始数据的计算确定变速器的最大传动比,然后根据最大传动比,确定挡数及各挡传动比的大小,初选变速器的中心距。然后确定齿轮的模数,压力角,螺旋角,齿宽等参数,为下一章齿轮参数的计算做准备。13第4章齿轮的设计计算与校核41齿轮的设计与计算411一挡齿轮齿数的分配一挡齿轮为斜齿轮,模数为275,初选23COS一挡传动比为(41)12GZI为了求,的齿数,先求其齿数和,1Z2H斜齿(42)NHMACOS2482取整为48753即11371Z2对中心距进行修正A因为计算齿数和后,经过取整数使中心距有了变化,所以应根据取定的和HZHZ齿轮变位系数重新计算中心距,再以修正后的中心距作为各挡齿轮齿数分配的AA依据。717MM(43)COS20HNZMCS23715)(对一挡齿轮进行角度变位端面啮合角TANTAN/COS(44)TTN2143T啮合角COS45,T,TTOACS142203,T变位系数之和420N(46)查变位系数线图得45312ZU701052对修正COS0HNZMA(47)5623AR01ZN计算一挡齿轮1、2参数分度圆直径27511/COS2333MMCOS/M1NZD27537/23111MM22齿顶高3019MMN1AN1YH176MM22M式中011N0N/AY)(042011031齿根高2145MMN1AN1HMCF3575MM22F齿顶圆直径3638MM1A1AD11452MM22H齿根圆直径2871MM11FF10385MM22FFD当量齿数142831VCOS/Z4804215412二挡齿轮齿数的分配二挡齿轮为斜齿轮,模数为275,初选25342ZIGCOS4NMA482取整为48N432Z752COS143434Z对二挡齿轮进行角度变位理论中心距717MMCOS243MANO端面压力角TANTAN/COSTN2143T端面啮合角TOTACSCS,032,T变位系数之和03N查变位系数线图得03041324ZUN34103N对修正COS20HZMA5623AR043AZN二挡齿轮参数16分度圆直径42MMCOS3NMZD102MM4N齿顶高3355MMN3AN3YHM1925MM44式中011N0N/AY)(019齿根高231MMN3NA3HMCF374MM44F齿顶圆直径4871MM3A32AD10585MM44H齿根圆直径3738MM33FF9452MM442FFD当量齿数181833VCOS/Z44144413三挡齿轮齿数的分配三挡齿轮为斜齿轮,初选22模数为275563ZI166COS265MAN4865ZH17得18,305Z6对三挡齿轮进行角度变为理论中心距7118MM65COS2ZMANO端面压力角TANTAN/COSTN2143T端面啮合角TOTACSCS,4321COS7803,T变位系数之和062N查变位系数线图得042026315ZU56对修正COS20HNZMA53ARCS065ZN三挡齿轮5、6参数分度圆直径54MMCOS5NMZD90MM6N齿顶高2283MMN5AN5YHM2288MM66式中03N0N/AY)(032齿根高2283MMN5NA5HMCF183938MMN6NA6HMCF齿顶圆直径56245MM552D84686MM6A6A齿根圆直径46191MM55FFH74633MM662FFD当量齿数26389535VCOS/Z4266066414四挡齿轮齿数的分配四挡齿轮为斜齿轮,初选22模数275NM784ZIG16COS287MAN5487Z2247,取整为22267Z对四挡齿轮进行角度变位理论中心距7118MMCOS2847ZMANO端面压力角TANTAN/COSTN2143T端面啮合角TOTACSCS,032,T19变位系数之和058N查变位系数线图得04801178ZU8对修正COS20HNZMA53ARCS087ZN四挡齿轮7、8参数分度圆直径6599MMCOS7NMZD7799MM8N齿顶高33MMN7AN7YHM226MM88式中03N0N/AY)(028齿根高212MMN7NA7HMCF316MM88F齿顶圆直径726MM7A72AD8051MM88H齿根圆直径6176MM77FF708MM882FFD当量齿数285637VCOS/Z33758415五挡齿轮齿数的分配20五挡齿轮为斜齿轮,初选25模数275NM9105ZIG8COS2109MAN取整为47467109Z26219Z10对五挡齿轮进行角度变位理论中心距713MMCOS2910ZMANO端面压力角TANTAN/COSTN2188T端面啮合角TOTACSCS,23,T变位系数之和058N查变位系数线图得0250337901ZU10对修正COS20HNMA53AR019ZN五挡齿轮9、10参数分度圆直径7969MMCOS9NMZD215434MMCOS10NMZD齿顶高198MMN9AN9YH22MM1010A式中025NN/MAY)(053齿根高275MMN9NA9HCF253MM1010MF齿顶圆直径8365MM9A92AD6874MM1010H齿根圆直径7419MM99FF5828MM10102FFD当量齿数359639VCOS/Z290410416倒挡齿轮齿数的分配倒挡齿轮选用的模数与一挡相同,倒挡齿轮的齿数一般在2123之间,初选13Z后,可计算出输入轴与倒挡轴的中心距。初选13,23,则12ZA13132M275495MM为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉,齿轮12和11的齿顶圆之间应保持有05MM以上的间隙,则齿轮11的齿顶圆直径应为1EDAE2501221221EEDA272275132110175MM212MZE275035计算倒挡轴和输出轴的中心距A213,ZM57811MM计算倒挡传动比132ZI倒27742轮齿的强度计算与材料选择421齿轮的损坏原因齿轮的损坏形式分三种齿轮折断、齿面疲劳剥落和移动换挡齿轮端部破坏。422齿轮材料的选择原则1、满足工作条件的要求不同的工作条件,对齿轮传动有不同的要求,故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮,要求其材料具有足够的强度和耐磨性,而且齿面硬,齿芯软。2、合理选择材料配对如对硬度350HBS的软齿面齿轮,为使两轮寿命接近,小齿轮材料硬度应略高于大齿轮,且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能,大、小轮应采用不同钢号材料。3、考虑加工工艺及热处理工艺23变速器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值渗碳层深度081253法M时渗碳层深度0913法时渗碳层深度1013法表面硬度HRC5863;心部硬度HRC3348对于氰化齿轮,氰化层深度不应小于02;表面硬度HRC。125348对于大模数的重型汽车变速器齿轮,可采用25CRMNMO,20CRNIMO,12CR3A等钢材,这些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理,以提高表面硬度,细化材料晶面粒。13423计算各轴的转矩发动机最大扭矩为145NM,齿轮传动效率99,离合器传动效率99,轴承传动效率96。输入轴145999613781NM1TAXE离承输出轴一挡1378109609938/1145246NM1I齿承输出轴二挡1378109609935/1530561NM212齿承输出轴三挡1378109609931/192137NM3IT输出轴四挡1378109609927/2315375NM421输出轴五挡1378109609922/2810291NM5I倒1335428NM倒齿承倒)(IT21424轮齿弯曲强度计算1、倒档直齿轮弯曲应力如图41W(48)YZKMTCFG32式中弯曲应力(MPA);W计算载荷(NMM);GT24应力集中系数,可近似取165;KK摩擦力影响系数,主、从动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同,对F弯曲应力的影响也不同;主动齿轮11,从动齿轮09;FF齿宽(MM);B模数;M齿形系数,如图41。Y图41齿形系数图当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时,一、倒挡直齿轮许GTMAXET用弯曲应力在400850MPA,货车可取下限,承受双向交变载荷作用的倒挡齿轮的许用应力应取下限。计算倒挡齿轮11,12,13的弯曲应力,1W123W13,37,23,0136,0132,0149,1Z1213Z1YY1Y1312KZMTCFW25331067152861898MPA400850MPA12312YKZMTCFW33107596844713MPA400850MPA13312YKZMTCFW33104907565/846226MPA400850MPA2、斜齿轮弯曲应力W(49)KYZMTCNG3OS2式中计算载荷,NMM;GT法向模数,MM;NM齿数;Z斜齿轮螺旋角;应力集中系数,150;KK齿形系数,可按当量齿数在图中查得;Y3COSZN齿宽系数C重合度影响系数,20。KK当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时,对乘用车常啮合齿GTMAXET轮和高挡齿轮,许用应力在180350MPA范围,对货车为100250MPA。(1)计算一挡齿轮1,2的弯曲应力,1W22611,37,016,013,45246NM,13781NM,1Z21Y21T1TKYMZCNW131OS33102760525S87。23551MPA180350MPAKYMZTCNW2312OS331028160755S4。22913MPA180350MPA(2)计算二挡齿轮3,4的弯曲应力14,34,0162,0143,30561NM,13781NM,3ZY4Y12T1TKMZTCNW313OS23323MPA180350MPAYZCNW43124OS34376MPA180350MPA(3)计算三挡齿轮5,6的弯曲应力18,30,0164,0157,2137NM,13781NM5ZY6Y13T1TKMZTCNW5315OS225533MPA180350MPAYZCNW6316OS227245MPA180350MPA(4)计算四挡齿轮7,8的弯曲应力22,26,0134,0145,15375NM,13781NM7ZY8Y14T1T27KYMZTCNW7317OS225568MPA180350MPAYZCNW83148OS223368MPA180350MPA(5)计算五挡齿轮9,10的弯曲应力26,21,0144,0147,13781NM,15375NM9Z10Y10Y1T15TKMZCNW939OS218706MPA180350MPAYZTCNW103510OS222411MPA180350MPA425轮齿接触应力J(410)BZGJDBET1COS4180式中轮齿的接触应力,MPA;J计算载荷,NMM;GT节圆直径,MM;D节点处压力角,齿轮螺旋角,;齿轮材料的弹性模量,MPA;E齿轮接触的实际宽度,MM;B、主、从动齿轮节点处的曲率半径,MM,直齿轮、ZSINZR,斜齿轮、;SINBR2COSINZR2COSINBR、主、从动齿轮节圆半径MM。Z28将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷时,变速器齿轮的许用接2/MAXET触应力见表32。J弹性模量206104NMM2,齿宽ENCCKBMPAJ齿轮渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一挡和倒挡190020009501000常啮合齿轮和高挡13001400650700表42变速器齿轮的许用接触应力(1)计算一挡齿轮1,2的接触应力456192NM,13781NM,T1T1Z372562,)(U/21ADU9672MM5623COS/IN29Z214MM/I22DB910919COS480ZBJET35104276235276118024MPA19002000MPA91010210COS48ZBJDBET29351042761COS20731528694017808MPA19002000MPA(2)计算二挡齿轮3,4的接触应力30561NM,13781NM,12T1T143Z3,)(U/3AD4855MM5623COS/IN23B2076MM/I24DZ34313156COS180BZJBET351052872CS042784133292MPA13001400MPA3441241563COS80ZBJDBET3510528712COS07130892MPA13001400MPA(3)计算三挡齿轮5,6的接触应力2137NM,13781NM,13T1T185Z306,)(U/25AD61831MM26COS/INB301099MM25COS/INDZ565151S480ZBJBET310890COS2047283121351MPA13001400MPA5661361COS480ZBJDBET310890COS279520117053MPA13001400MPA(4)计算四挡齿轮3,4的接触应力15375NM,13781NM,1T1T27Z68Z,)(U/27AD81587MM5623COS/IN28B1343MM/I27DZ787171563COS4180ZBJBET351087546132CS02112702MPA13001400MPA7881485623COS40ZBJDBET31351087546132COS07852613480109503MPA13001400MPA(5)五挡齿轮9,10的接触应力13781NM,10291NM,1T15T269Z10Z,)(U/29AD101691MM2COS/IN29Z1366MM/I210DB109919COS48BZJET35109632CS675231084538MPA13001400MPA109105102COS48BZJDBET3510692COS346748322MPA13001400MPA43本章小结本章根据第3章计算出主减速器的传动比,计算出变速器的各挡传动比;确定齿轮的参数,齿轮的模数、压力角、螺旋角、齿宽、齿顶高系数;并根据各挡传动比计算各挡齿轮的齿数,同时对各挡齿轮进行变位。然后简要介绍了齿轮材料的选择原则,即满足工作条件的要求、合理选择材料配对、考虑加工工艺及热处理,然后计算出各挡齿轮的转矩。根据齿形系数图查出各齿轮的齿形系数,计算轮齿的弯曲应力和接触应力。最后计算出各挡齿轮所受的力。32第5章轴的设计与计算及轴承的选择与校核51轴的设计计算511轴的工艺要求倒挡轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴。变速器第二轴视结构不同,可采用渗碳、高频、氰化等热处理方法。对于只有滑动齿轮工作的第二轴可以采用氰化处理,但对于有常啮合齿轮工作的第二轴应采用渗碳或高频处理。第二轴上的轴颈常用14做滚针的滚道,要求有相当高的硬度和表面光洁度,硬度应在HRC5863,表面光洁度不低于8。14对于做为轴向推力支承或齿轮压紧端面的轴的端面,光洁度不应低于7,并规定其端面摆差。一根轴上的同心直径应可控制其不同心度。15对于采用高频或渗碳钢的轴,螺纹部分不应淬硬,以免产生裂纹。对于阶梯轴来说,设计上应尽量保证工艺简单,阶梯应尽可能少。16512初选轴的直径传动轴的强度设计只需按照扭转强度进行计算,输入轴轴颈103取整后D25MM(51)3NPCD348733图51轴的示意图513轴的刚度计算若轴在垂直面内挠度为,在水平面内挠度为和转角为,可分别用式计算CFSF(52)42R2R3AF6ELDBIFC(53)422IBAFTTS(54)43AF63ELDBIFRR式中齿轮齿宽中间平面上的径向力(N);R齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N);T弹性模量(MPA),21105MPA;EE惯性矩(MM4),对于实心轴,;轴的直径(MM),花键I64DI处按平均直径计算;、齿轮上的作用力距支座、的距离(MM);ABAB支座间的距离(MM)。L轴的全挠度为MM。(55)202SCFF轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为34005010MM,010015MM。齿轮所在平面的转角不应超过0002RAD。CFSF变速器中一挡所受力最大,故只需校核一挡处轴的刚度与强度轴的刚度图52输入轴受力分析图一挡齿轮所受力N12835COS211ZMTDFNGTN4642TN371COSTAN1RF082T2NRMM,MMMM281D81D65MA15167B23L输入轴41R13AFEDBFC(56)0089MMM05ELDBFFT4121S3A6(57)01145035M2014219SCFF00008RAD0002RAD41R113AF6ELDB(58)输出轴42R23A6DBFC0008M105ELDBFFT422S3A600215000006RAD0002RAD42R23AF6LDBM20SCFF514轴的强度计算一挡时挠度最大,最危险,因此校核。输入轴的强度校核36图53输入轴的强度分析图NFT438521NFR37161竖直平面面上BLRA得238409NF竖直力矩1561576NMMCM2水平面内上37213442356TAAFD由以上式可得139803185NMMSM按第三强度理论得NMM865032378153980165722212TSCMPA4PA431D输出轴强度校核815243MD122TF323708355493RF2A1竖直平面面上BFLRA2得232709N竖直力矩1524241NMMCM2水平面内上弯矩S2356TAAFD由上式可得25667878NMMSM按第三强度理论得NMM39867545206479152212TSCMPAPA31D因此该轴符合强度要求52轴承的选择及校核521输入轴的轴承选择与校核38由工作条件和轴颈直径初选输入轴的轴承型号,30205(左右),由机械设计手册查得代号为30205的圆锥滚子轴承,NCR320NCRO370,E037,Y16轴承的预期寿命10300824000HHL校核轴承寿命)、求水平面内支反力、1HR21TF1LTH由以上两式可得311261N,20376N1HR2R)、内部附加力、,由机械设计手册查得Y16SF2NYFHS0352/159R682)、轴向力和1A2F由于NFSS683605318693541所以左侧轴承被放松,右侧轴承被压紧FSA721N67532)、求当量动载荷查机械设计课程设计得CR320R3700故右侧轴承X067左侧轴承X04,1EFRA,1RA径向当量动载荷5102ARPRYFXFP12(0673316371663675)278862N校核轴承寿命预期寿命HLH2401830139,为寿命系数,对球轴承3;对滚子轴承PCNLH60110/3。5114178878H24000H合格3/1066278143001RHNL,HL522输出轴轴承校核初选输出轴的轴承型号,30206(左右),由机械设计手册查得代号为30206的圆锥滚子轴承,E037,Y16轴承的预期寿命NCR4320NCRO5010300824000HHL校核轴承寿命)、求水平面内支反力、和弯矩1HR2HMTF12LTH由以上两式可得19889N,303819N1HRR)、内部附加力、,由机械设计手册查得Y16SF2NYHS56/1R4392)、轴向力和1AF由于12234505SSFN所以右侧轴承被放松,左侧轴承被压紧FSA3640291N2)、求当量动载荷查机械设计课程设计得CR4320OR5040故右侧轴承X067左侧轴承X04,21EFRA,2RA径向当量动载荷21ARPRYFXFP214272N校核轴承寿命预期寿命HLH24018301,为寿命系数,对球轴承3;对滚子轴承10/3;PCNLH604095574H24000H3/1067241301RH,HL故该轴承合格53本章小结本章首先简要介绍了轴的工艺要求,即满足工作条件的要求。通过计算,确定轴的最小轴颈,通过轴承等确定轴的轴颈和各阶梯轴的长度,然后对轴进行刚度和强度的验算校核。通过轴颈,选择合适的轴承,通过轴向力的大小对轴承进行寿命计算。41第六章变速器同步器与操纵机构的选择61同步器的选择611同步器的工作原理本次设计采

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