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车辆工程毕业设计32基于ProE与ANSYS的1.5T电动叉车设计.doc
车辆工程毕业设计32基于ProE与ANSYS的1.5T电动叉车设计
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车辆工程毕业设计论文
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车辆工程毕业设计32基于ProE与ANSYS的1.5T电动叉车设计,车辆工程毕业设计论文
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I 摘 要 电动叉车利用蓄电池作为动力源，由电机将电能转换为机械能。电动叉车由于其操作控制简便，灵活外，其操作人员的操作强度要相对内燃叉车而言轻很多，其电动转向系统，加速控制系统， 液压控制系统 以及刹车系统都由电信号来控制，大大降低了操作人员的劳动强度，这样一来对于提高其工作效率以及工作的准确性有非常大的帮助。且相较于内燃叉车，电动车辆的低噪音，无尾气排放的优势也已得到许 多用户的认可。电子控制技术的快速发展使得电动叉车操作变得越来越舒适，适用范围越广，解决物流的方案越来越多 。 国内外用户对电动叉车的需求量不断增加，电动叉车在整个叉车销量中所占比例稳步上升。在发达国家，电动叉车需求远远大于内燃叉车，尤其是在港口、仓库以及烟草、食品、轻纺等行业，电动叉车正在逐步替代内燃叉车。 本设计将要运用所学过的知识完成对蓄电池、行走电机的选择，完成叉车变速器齿轮、轴、轴承和整体尺寸的设计及校核，并对叉车的货叉、内外门架、叉架进行设计及校核，运用 AutoCAD 软件完成叉车变速器二维结构、叉车 整车和货叉部分的二维结构图， 利用 Pro/E 软件 对叉车的内外门架、货叉、叉架等零部件进行建模并完成整机装配， 完成整车的造型设计， 运用 ANSYS 有限元分析 软件对货叉和外门架进行静力 分析。 关键词 ： 电动叉车； 叉车 变速器； 货叉 ； 门架 ； 结构设计 ； 三维建模；有限元分析 nts II ABSTRACT Electric forklift battery which converts electrical energy into mechanical energy is used by the motor as a power source. Because electric forklift is simple, flexible, it is relatively lighter internal combustion forklift trucks, the electric power steering system, the speed control system, hydraulic control system and by the electrical signal to control the brake system greatly reduces The operators labor intensity, so that its work for improving the efficiency and accuracy of the work has a very big help. And compared to internal combustion forklifts, electric vehicles, low noise, no emissions advantage has also been recognized by many users. The rapid development of electronic control technology makes electric forklift operation becomes more and more comfortable the more widely the scope to address the logistics of the program more and more. Domestic and foreign users of the increasing demand for electric forklifts, electric forklift trucks in the percentage of sales increased steadily. In developed countries, demand is far greater than internal combustion electric forklift truck, Especially in ports, warehouses, and tobacco, food, textile and other industries, electric forklift is gradually replaced internal combustion forklifts. The design will have to apply the knowledge to complete the battery, the choice of running the motor to complete the truck transmission gears, shafts, bearings, and the overall size of the design and verification, and forklift forks, internal and external door frame, fork design And check, using AutoCAD software to complete the two-dimensional structure of transmission forklift, forklift fork part of the vehicle and two-dimensional structure, the use of Pro / E, both inside and outside of the trucks door frame, fork, fork and other parts modeling And complete machine assembly, complete vehicle design, finite element analysis using ANSYS software and the outside door frame fork for static analysis. Key words: Electric forklift; Forklift transmission; Fork; Door frame; Structural design; Three-dimensional modeling; Finite element analysis nts 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪 论 1 1.1 课题研究目的和意义 1 1.2 课题的研究现状 1 1.3 课题的研究内容 3 1.4 课题的研究方法 3 第 2 章 叉车变速器的设计及校核 5 2.1 蓄电池的选择 5 2.2 行走电机的选择 6 2.3 基本数据的选择设计 7 2.3.1 变速器齿轮的设计及校核 7 2.3.2 变速器轴的设计及校核 17 2.3.3 变速器轴承的选择 24 2.4 本章小结 25 第 3 章 货叉的设计与校核 26 3.1 货叉的类型、构造选择及设计 26 3.2 内外门架及叉架的构造设计 28 3.2.1 内外门架的构造设计 28 3.2.2 叉架构造的设计 29 3.3 货叉、叉架的刚度强度校核 30 3.4 叉车整车的稳定性校核 33 3.5 本章小结 35 第 4 章 货叉三维建模及整车造型 36 4.1 Pro/E 软件简介 36 4.2 三维模型 37 nts 4.3 Pro/E 整机装配及爆炸图 40 4.4 本章小结 41 第 5 章 货叉有限元分析 42 5.1 有限元分析的简介 42 5.2 Pro/E 和 ANSYS 接口的创建 44 5.3 货叉、外门架 的有限元分析 46 5.4 本章 小 结 61 结 论 62 致 谢 65 附录 A 错误 !未定义书签。 附录 B 错误 !未定义书签。 nts 1 第 1章 绪 论 1.1 课题 研究目的和意义 我国加入 WTO 之后，物流行业发展的越来越快，叉车是物流领域的主要工具，叉车也迎来巨大的市场需求，但是我国在叉车方面的技术比较落后， 目前在欧美 国家叉车 领域中，电动车辆占了很大比例，而我国的比例仍然较低。但这种反差现象在未来可逐步得到改变，两者之间的差距就是电动车辆的市场机会。未来中国 叉车 行业厂家间竞争的主战场，将逐渐从当前的内燃叉车转到电动车辆领域 ， 因此对电动叉车的设计研究具有重要意义。 本次设计选此课题的目的是希望通过对叉车的变速箱货叉的设计，巩固自己学过的知识，加强对电动叉车的结构、功能进行了解掌握。通过对变速器的设计和校核，可以加强对变速器的密封、润滑和齿轮的设计等方面进行掌握，通过对升降油缸的设计，可以对液压系统的工作原理和油缸的工作状态 等方面进行理解掌握，通过对货叉的设计校核，掌握货叉的材料、结构和力学性质等方面的知识。运用 Pro/E 软件完成电动叉车的整车造型和运动仿真，利用 ANSYS 软件对货叉部分关键零件进行有限元分析，提高对软件运用的熟练程度。 在电动叉车产品设计中运用了 AutoCAD、 Pro/E、 ANSYS 等软件，能够加强对这些软件的掌握程度，对产品进行模拟仿真、关键零件进行有限元分析，可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。 通过对本课题的研究能够使学生了解叉车总成部件设计校核的方法，使学生可以完成专 业课程的实践总结，掌握一种流行的设计方法和软件，获得一定的工程设计工作方法。 运用计算机仿真技术对电动叉车进行虚拟设计，在产品制造之前就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。 1.2 课题的研究现状 叉车是一种以货叉为标准取物装置，通常能将货物起升 3 米左右的特殊车辆。叉车的机体紧凑，轴距较短，转向灵活，能在狭窄的场地和通道内作业，能通过比较低矮的舱门；货物的升降采用液压操控，使操作简单，动作平稳；在采用货叉搬运成件货物时自身具有装卸功能。因此广泛地利用于车间 、仓库、港口、车站等场所，进行装卸、堆垛、拆垛和极短距离的搬运。叉车对于实现装卸搬运作业的机械化，提高劳动生产率非常重要，是现代物流系统的重要装备。电动叉车是以电力直流或交流为动nts 2 力实施装卸、起重、搬运、堆垛作业的车辆。八十年以来 , 由于电动叉车具有易操作、作业灵活、安全、动力利用率高、噪声小 , 对环境污染小等优点 , 更适合于工矿企业作搬运机械使用 , 因而倍受人们重视 , 得到了迅速发展。 国外发达国家的叉车行业在技术方面基础稳固， 外部环境中包括原材料、化工、液压、电子元器件等基础工业水平 高，自主研发能力强，特 别在电动叉车方面，国外叉车行业在外观造型和表面处理，人机工程，电器系统，制动系统和动力转向的能力特别强。 国外著名叉车公司都生产全系列的电动叉车，包括三支点和四支点平衡重式叉车、前移式叉车、拣选车、三向堆垛机和托盘搬运车等；并投入大量的人力、财力于电动叉车的研发，使之成为现代高新技术产品。国外市场特别是欧美发达国家，由于受环保法规影响，电动叉车占到保有量的 50% 60%，而我国目前的保有量约占15% 20%，有着广阔的市场前景 。 中国 叉车 产业是伴随着中国经济的增长而同步成长起来的，促使中国 叉车 行业快速壮大的主 要因素有经济增长和社会进步所带来的旺盛市场需求 ， 对外开放所带来的技术和管理能力的提升 ， 充分竞争环境下本土企业竞争能力不断提高 。在我国以安徽叉车集团公司、杭叉集团股份、大连叉车股份公司为首的国内叉车行业蓬勃发展，随着一拖、柳工、厦工、山推等著名企业的加入，伴随当今的改制、兼并和许多外资企业及私营企业股份制的加盟，使我国叉车行业进入新的春秋战国时期。 虽然内燃叉车应占据国内叉车市场的主导地位，但随着企业环保意识逐渐增强，可靠性更高的电动叉车得到了越来越多的企业青睐。 电动叉车是以直流电源 (电瓶 )为动力的装卸及搬运车 辆 ，其 电动平衡叉车产品外形大多采用了流线型设计，造型更加美观 。我国电动叉车需求逐年上升，但技术落后，外资企业产品占据大部分市场份额。 未来几年，中国将继续采取积极的宏观经济政策，以保持经济平稳较快增长。在宏观经济全面恢复的背景下，国家的经济总量在稳步提高；工业化程度在不断加深；物流业呈现高速发展的态势；全社会的固定资产投资将持续保持在较高水平。这些，都为 叉车 产业的发展提供了更为广阔的市场空间。宏观经济因素将保证 叉车 行业在未来稳步前行。 Pro/E 软件和 ANSYS 软件是本次设计所用的关键的两个软件，因为他们有各 自的优势和特点。 Pro/E 操作 软件 是美国参数技术公司旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。 Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位， Pro/E 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的 CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 Pro/E 采 用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使nts 3 用。 ANSYS 软件是美国 ANSYS 公司研制的大型有限元分析软件，它是世界范围内增长最快的 CAE 软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物制药、轻工、地矿等领域有着广泛的应用。 ANSYS 的功能强大，操作简单方便，现在它已成为国际最流行的有限元分析软件。目前，中国 100 多所理工院校采用 ANSYS 软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。 本设计需利用 AutoCAD 软件完成叉车变速器二维结构设计、货叉部分结构设计，并进行校核计算，结合叉车的造型设计现状，利用 Pro/E 软件完成整车的造型设计，利用 ANSYS 软件对货叉部分关键零件进行有限元分析。 1.3课题的 研究内容 1、设计主要内容 （ 1）叉车总体方案设计及校核； （ 2）利用 AutoCAD 软件完成叉车变速器、货叉设计及校核； (3) 利用 Pro/E 软件完 成 货叉三维建模及 整车三维造型； （ 4）利用 ANSYS 软件对货叉部分 关键零部件进行强度、刚度及稳定 性校核。 2、 拟解决的主要问题 （ 1）叉车变速器、 叉车货叉的设计及校核； （ 2）叉车变速器、货叉二维总体结构设计 及校核 ； （ 3）货叉 三维建模、 整车三维造型 、关键零件的有限元分析 。 1.4 课题的 研究方法 研究所采用的技术路线如图 1-1技术路线图所示 。 nts 4 图 1-1技术路线图 Auto CAD 叉车变速器器、升降油缸、货叉的设计、校核 Pro/E 三维实体建模 Ansys 关键零件分析 Pro/E 整机装配及干涉检查 是否合理 N Y 是否合理 N Y 叉车总体结构设计 调研、收集资料及总体方案论证 关键零部件和仿真的结论分析 撰写设计说明书 nts 5 第 2章 叉车变速器的设计及校核 2.1 蓄电池的选择 电动叉车是指以电来进行作业的叉车，大多数都是为 蓄电池 工作。而蓄电池是电池中的一种， 蓄电池是一种能量转换和储存装置，充电时，将电能转换为化学能，加以储存，放电时化学能转换成电能，输送给电动机。 蓄电池由正、负电极和电解液组成，蓄电池分为酸性蓄电池和碱性蓄电池，实用的酸性蓄电池有铅蓄电池，以硫酸为电解液。碱性蓄电池由于需要贵重金属，成本较高，目前很少用作叉车的能源。我国叉车主要用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池正极板上是活性物质氧化铅，负极板上的活性物质是海绵状的纯铅，电解液是稀硫酸溶液。 蓄电池的主要性能参数为电压和 容量，蓄电池在指定的放电条件下所放出的电量称为容量 Q,其单位为 A h，蓄电池的容量与放电电流及电解液的温度有关，还与充电电流、电解液的相对密度和纯度有关。 牵引用的蓄电池工作特点是：持续放电时间长，放电电流比较均匀，不能随时充电。为了不使叉车一次停车充电或更换蓄电池后有较长的使用时间，要求这种蓄电池有较大的电容量。 蓄电池组的额定电压由叉车的起重量选择决定，起重量为 1 2 吨的电动叉车一般选用额定电压为 48v，每个蓄电池 2v 的电压，有 12 个电池组成。 对于电动叉车，所有的电机使用同一个电池组，可由下式折算所需 要的功率 ： P= WJC -1P w+PJC pP=54KW （ 2.1） 式中 ：wPpP 分别为运行电动机和油泵电动机功率 ； wp 分别为运行电动机和油泵电动机效率 ； JC 油泵电动机的工 作持续率，即叉车一个作业循环中，油泵电动机工作持续时间与叉车工作循环时间的比值。 已知所需功率，则蓄电池组容量按下式求出： Q=UT .90P=375A h （ 2.2） 式中 ： T 每作业班内车辆的净工作时间 ； U 蓄电池组的额定电压 ； nts 6 0.9 考虑蓄电池放电时电压降低系数 。 已知蓄电池组容量，通过查表可以选出蓄电池组的型号为 DG-400，容量为 400A h满足使用要求。 2.2 行走电机的选择 行走电机驱动传 动系统最终向车轮提供驱动力矩， 叉车上驱动行走机构的电动机，称为牵引电动机，经常采用直流串励电动机。这是由于串励电动机具有软的机械特性，能适应车辆的运行要求，且比较经济。这种电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流增大时，磁极的磁通也增加，电动机的转矩不仅由于电动机电枢电流增加而提高，同时也由于磁通的增大而提高，在磁极磁通未饱和的情况下，电动机的转矩几乎和电枢电流的平方成正比。因此，可在电枢电流较小的情况下获得较大的转矩。这对减小蓄电池的放电电流，充分利用蓄电池的容量，也有好处。直流串励电动机用于车辆牵引的优 点有：可以带载启动，传动系统无需离合器；能正反转，无需倒档，具有自动适应阻力变化的趋势；力矩变化倍数大于电流变化的倍数，对保护蓄电池、延长其使用寿命有利；与液力传动相比，在不同转速下高效区宽。 行走电机的功率计算 。 满载运行功率： MP =TU3600gm f maxa =3.1337 （ 2.3） 式中 ： f 滚动阻力系数， f=0.02； 总质量： ma=4500Kg； 最高车 速：maxaU=11Km/h； T 传动效率，取 0.86。 功率 ： eP=（ 1.5 2） MP =4.7 6.267 （ 2.4） 原因是上坡时功率增加 ， 取功率 eP=5KW。 通过查资料选取电机规格为： XQ-5-1。 电机的基本 参数如下表 2-1 电机的基本参数 。 表 2-1 电机的基本参数 规格 额定功率 额定电压 额定电流 额定转速 XQ-5-1 5(KW) 45(V) 139(A) 1480(r/min) 励磁方式 定额 重量 最高工作转速 电机转向 nts 7 串 60min 95kg 3200(r/min) 双向 2.3 基本数据的选择设计 2.3.1 变速器齿轮的设计及校核 （ 1）设计的初始数据 最高车速：maxaU=11Km/h； 行走电机功率：maxeP=5KW； 额定转速：en=1480 r/min； 最大爬坡度： max=18%=0.178； 总质量： ma=4500Kg； 前车轮： 6.50-10-10PR ； 滚动半径 r=295mm。 （ 2）变速器各档传动比的确定 一档传动比 1gi=0.8 0.9 选择一档传动比1gi=0.9 电动机转矩 ： maxeT=eemaxnp9550=32.2635 N. m （ 2.5） 式中： maxeP 行走电机功率 ； en 额定转速 。 主减速器传动比 ： 0i TiTfr1gemax maxam =10.5256 （ 2.6） 式中： en 额定转速 ； max 最大爬坡度 ； maxeT 电动机转矩 ； 1gi 一档传动比 ； nts 8 T 传动效率，取 0.86； ma 总质量 ； r 滚动半径 。 二档传动比 ： 2gi=0.3770maxe iU rn=1.1924 （ 2.7） 式中： maxaU 最高车速 ； en 额定转速 ； r 滚动半径 ； 0i 主减速器传动比 ； 限速影响系数 =1.1。 由于2gg1ii =1.436，传动比相差较小，换挡平稳冲击小，采用斜齿轮同步器换挡，换挡更加平稳。由于行走电动机可以双向转动，故可以不在变速器上设置倒档。 变速器的传动路线示意图如图 2-2 变速器传动路线示意图 。 图 2-2 变速器传动路线示意图 （ 3）变速器中心距的确定 初选中心距时，可根据下述经验公式 ： nts 9 3 2gma xiTKA e=58.98mm （ 2.8） 式中： A 变速器中心距（ mm）； K 中心距系数， 取 K =17； maxeT 电动机转矩 ； 2gi 二档传动比 。 初选中心距 A =60mm， 对中心距系数 K 进行修正 ： 3 2gm a xiTAK e=17.3 （ 2.9） 齿轮参数 ： 模数 初选模数时，可参考同类汽车的齿轮模数确定，也可根据经验公式： 斜齿轮法向模数 ： 3n 10/T em axKm =2.6256 （ 2.10） 设计斜齿轮法向模数 nm =3 。 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 。 螺旋角 初选斜齿轮齿轮螺旋角为 20 。 齿宽 b 对于斜齿轮 ncmkb ， ck 取为 6.0 8.5，取 7.0， 齿宽 b=7 3=21。 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 1.00。 齿顶高 a1d = a2d = a3d = a4d =3； 齿根高 h1d = h2d = h3d = h4d =3。 （ 4）确定齿轮的齿数 nts 10 齿数和 ： ncos2 mAZh =37.588 （ 2.11） 式中： A 变速器中心距（ mm） ； nm 斜齿轮法向模数 =3 ； 螺旋角 。 螺旋角修正值 ： =AZ 2marccos nh=18.1949 （ 2.12） 取齿数和 ：hZ=38 由公式 ： 121g ZZi =0.9 hZ = 1Z + 2Z =38 可求得 1Z =20 取齿数 1Z =20。 2Z =18 2Z =18 由公式 ： 342g ZZi =1.2924 hZ = 3Z + 4Z =38 可求得 3Z=16.577 取齿数 1Z =17 4Z =21.423 2Z =21。 分度圆直径： cosm 1n1 zd =63.16 cosm 2n2 zd =56.84 nts 11 cosm 3n3 zd =53.68 cosm 4n4 zd =66.32 变位系数 ： 通过查机械设计手册由手册表的变位系数： 1X =-0.04 2X =0.04 3X=0.1 4X =-0.1 各齿轮参数如下表： 表 2-3 齿轮参数 齿轮 齿数 分度圆直径 变位系数 齿顶高 1 20 63.16 -0.04 2.88 2 18 56.84 0.04 3.12 3 17 53.68 0.1 3.3 4 21 66.32 -0.1 2.7 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 节圆直径 螺旋角 3.87 68.92 55.42 60 18.1949 3.63 63.08 49.58 54 18.1949 3.45 60.28 46.78 51 18.1949 4.05 71.72 58.22 63 18.1949 （ 5） 变速器齿轮的校核 齿轮坏损形式及避免错失 变速器齿轮的损坏形式主要有三种：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合。 齿轮折断 齿轮在啮合过程中，轮齿表面承受有集中载荷的作用。可以把轮齿看作悬臂梁，轮齿根部弯曲应力很大，过渡圆角处又有应力集中，故轮齿根部很容易发生断裂。齿轮 折断有两种情况，一种是齿轮受到足够大的突然载荷的冲击作用，导致齿轮断裂，这种破坏的断面为粗粒状。另一种是受到多次重复载荷的作用，齿根受拉面的最大应力区出现疲劳裂缝，裂缝逐渐扩展到一定深度后，齿轮突然折断。这种破坏的断面在疲劳断裂部分呈光滑表面，在突然断裂部分呈粗粒状表面。变速器中齿轮的折断以疲劳破坏居多数。 nts 12 齿面点蚀 齿面点蚀是闭式齿轮传动经常出现的一种损坏形式。因闭式齿轮传动齿轮在润滑油中工作，齿面长期受到脉动的接触应力作用，会逐渐产生大量与齿面成尖角的小裂缝。面裂缝中充满了润滑油，啮合时，由于齿面互相 挤压，裂缝中油压增高，使裂缝继续扩展，最后导致齿面表层一块块剥落，齿面出现大量扇形小麻点，这就是齿面点蚀现象。若以节圆为界，把齿轮分为根部及顶部两段，则靠近节圆的跟部齿面处，较靠近节圆的顶部齿面处点蚀严重；两个互相啮合的齿轮中，主动的小齿轮点蚀严重。点蚀的后果不仅是齿面出现许多小麻点，而且由此使齿形误差加大，产生动载荷，也可能引起轮齿折断。 齿面胶合 高速重载齿轮传动、轴线不平行的螺旋齿轮传动及双曲面齿轮传动，由于齿面相对滑动速度大，接触压力大，使齿面间滑动油模破坏，两齿面间金属材料直接接触，局部温度过高 ，互相熔焊粘联，齿面沿滑动方向形成撕伤痕迹，这种损坏形式叫胶合。在汽车变速器齿轮中，胶合损坏情况不多。 增大轮齿根部齿厚，加大齿根圆角半径，采用高齿，提高重合度，增多同时啮合的轮齿对数，提高轮齿柔度，采用优质材料等，都是提高轮齿弯曲疲劳强度的措施。合理选择齿轮参数及变位系数，增大齿廓曲率半径，降低接触应力，提高齿面强度等，可提高齿面的接触强度。采用黏度大、耐高温、耐高压的润滑油，提高油膜强度，提高齿面强度，选择适当的齿面表面处理方法和镀层等，是防止齿面胶合的措施。 齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也 很多，下述几点可供选择材料时参考： 1） 齿轮材料必须满足工作条件的要求。 2） 应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。 3） 正火碳钢。 4） 合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。 5） 飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。 现代变速器齿轮的常用材料是 20CrMnTi。 现在 这 种 低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理，以提高表面硬度，细化材料晶粒。为消除内应力，还要进行回火。 变速器齿轮轮齿表面渗碳层深度的推荐范围如下： 5.3nm 渗碳层深度 0.8 1.2mm nts 13 3.5 nm 5 渗碳层深度 0.9 1.3mm 5nm 渗碳层深度 1.0 1.6mm 渗碳齿轮在淬火、回火后，要求轮齿的表面硬度为 58 63HRC，心部硬度为 3348HRC。 变速器齿轮大都采用渗碳合金钢制造，使轮齿表面的高硬度与轮齿心部的高韧性相结合，大大提高 了 其接触强度、弯曲强度及耐磨性。在选择齿轮的材料及热处理时也应考虑其加工性能及制造成本。 计 算各轴的转矩 齿轮传动效率 99%，轴承传动效率 96%。 轴： 1T = 承离 maxeT =30.973Nm （ 2.13） 轴： 一档 2T = 121 iT 齿承 =26.493Nm （ 2.14） 二档 ，2T =341 iT 齿承 =36.3544Nm （ 2.15） 斜齿轮的弯曲应力公式为 ： btyKKFw 1 （ 2.16） 式中： 1F 圆周力 (N )， dTF g21 ； gT 计算载荷 (Nm)； d 节圆直径 (mm)， coszmd n ， nm 法向模数 (mm)， z 齿数， 斜齿轮螺旋角 ( )； K 应力集中系数， 50.1K ； b 齿面宽 (mm)； t 法向齿距 (mm)， nmt ； nts 14 y 齿形系数，可按当量齿数 3coszz n 在图 5-1 中查得； K 重合度影响系数， 0.2K 。 将上述有关参数代入公式后，可得到斜齿轮的弯曲应力公式为 ： KyKzmKTCngw3c os2（ 2.17） 对齿轮 1: KyKzmKTCngw31c o s2 =32.056 对齿轮 2: KyKzmKTCngw32c o s2 =27.828 对齿轮 3: KyKzmKTCngw33c o s2 =31.523 对齿轮 4: KyKzmKTCngw34c o s2 =34.64 通过计算以上四个齿轮均满足要求 轮齿接触应力 ： bzj bFE11418.0（ 2.18） 式中： j 轮齿的接触应力（ MPa） F 齿面上的法向力（ N），)cos(cos 1 FF ； 1F 端面内分度圆切向力，dTF g21 ； gT 计算载荷 (Nm)； d 节圆直径 (mm)； 节点处压力角 ( )； 齿轮螺旋角 ( )； E 齿轮材料弹性模量 (MPa)， E =20.6104 Nmm-2； nts 15 b 齿轮接触实际宽度 (mm)； z ， b 主动及被动齿轮节圆处齿廓曲率半径 (mm)。 其中： 斜齿轮 coszmdn； 2cossinzzr ，2cossinbbr ； zr 、 br 主动及被动齿轮节圆半径 (mm)。 所以： 斜齿轮 2sin nnzz mz ，2sin nnbb mz ； nm 斜齿轮 法向 模数 ； nzz 斜齿轮当量齿数 。 将所有参数带入式得 ： 斜齿轮 ： bzj dbTE11c osc os418.0（ 2.19） 对于齿轮 1 ： bzj dbTE11c osc os418.01=606.712； 对于齿轮 2 ： bzj dbTE11c osc os418.02=591.473； 对于齿轮 3 ： bzj dbTE11c osc os418.03=660.83； 对于齿轮 4 ： bzj dbTE11c osc os418.04=644.157。 变速器齿轮的许用接触应力 如 表 2-4。 nts 16 表 2-4 齿轮的许用接触应力 齿轮 j /MPa 渗碳齿轮 液体碳氮共渗齿轮 一 档 和倒 档 1900 2000 950 1000 常啮合齿轮和高 档 1300 1400 650 700 通过计算以上四个齿轮均满足要求 。 计算各档齿轮的受力 一档斜齿轮 1,2 的受力 ： 6.1631 d mm， 4.8562 d mm， 1T =30.973Nm， 2T =26.493Nm， 21 =18.1949 N17.98 3 8106.163 93.42622 3121 dTF t（ 2.20） N31.81089104.85673.93022 3212 d TF t（ 2.21） N78.99 2 8c o s 1 8 .1 9 4 903 8 . 9 1 7 t a n 28 c o st a n21n11 trFF （ 2.22） N29.81 2 0 6c o s 1 8 . 1 9 4 9 200 8 9 . 8 3 1 t a n1 c o st a n21n22 trFF （ 2.23） N39.7275949.118t a n17.9838t a n 2111 ta FF （ 2.24） N11.2358949.118t a n31.81089t a n 2122 ta FF （ 2.25） 二档斜齿轮 3， 4 的受力 ： 8.6533 d mm， 2.3664 d mm， ，2T =36.3544Nm， 1T =30.973Nm， 43 =18.1949 N87.91153108.653 73.93022 3313 d TF t； N21.31 0 9 6102.366 54.336,22 3424 dTFt， ； N72.81277c o s 1 8 . 1 9 4 9 201 5 3 .9 8 7 t a n1 c o st a n43n33 trFF ； nts 17 N14.01214c o s 1 8 . 19 4 9 00 9 6 .3 2 t a n 21 c o st a n43n44 trFF ； N10.53 7 99 4 9.118t a n87.91 1 5 3t a n 4333 ta FF ； N44.3360949.118t a n21.31096t a n 4344 ta FF 。 2.3.2 变速器轴的设计及校核 （ 1）轴的功用及其设计要求 变速器在工作是承受力扭矩、弯矩，因此应具备足够的强度和刚度。轴的钢的不足，在负荷作用下，轴会产生过大的变形，影响齿轮的正常啮合，产生过大的噪声，并会降低齿轮的使用寿命。这一点很重要，与其它零件的设计不同。 设计变速器轴时主要考虑以下几个问题：轴的结构形状，轴直径、长度、轴的强的和刚度，轴上花键型式和尺寸。 轴的结构主要依据变速器结构布置的要求，并考虑加工工艺，装配工艺而最后确定。 （ 2）轴的结构设计 轴的结构形状应保证齿轮、同步器部件及轴承等安装、固定 。并与工艺要求有密切关系。 第一轴安装同步器齿毂的花键采用渐开线花键，渐开线花键固定连接的精度要求比矩形花键低，定位性能好，承载能力大，花键齿短，其小径相应增大，可提高轴的刚度。选用渐开线花键是以大径定心更合适。第一轴各档齿轮与轴之间有相对旋转运动，
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