【《汽车变速器设计中齿轮、轴和轴承的校核计算案例》2800字】

汽车变速器设计中齿轮、轴和轴承的校核计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u27604汽车变速器设计中齿轮、轴和轴承的校核计算案例 184971齿轮设计及校核 19541.1齿轮材料的选择 195201.2转矩计算 1130011.3齿轮的校核 231971.3.1齿轮的弯曲应力校核 2119281.3.2齿轮的接触应力校核 6221632轴和轴承的设计及校核 1081722.1轴的设计 10316072.2轴的校核 1140332.2.1轴的刚度校核 11135922.2.2轴的强度校核 12229482.3轴承的选择及其校核 16155482.4传动轴的三维建模 181齿轮设计及校核1.1齿轮材料的选择20CrMnTi、20Mn2TiB、20MnVB、20MnCr5这些低碳合金钢材料都是目前市场上变速器齿轮使用的材料。变速器齿轮的加工过程中，为了提高齿轮表面硬度和材料颗粒的精炼，需要经过渗碳和淬火。表4-1齿轮渗碳层深度模数渗碳层深度/mm0.8-1.20.9-1.31.0-1.6淬火回火处理改变了渗碳轮齿的硬度，分别为58~63HRC，33~48HRC。小模数（）齿轮用于轻型载货汽车和汽车的齿轮箱。经过表面氰化处理之后的40Cr或35Cr钢属于锻造性能好强度高的中碳素铬钢，这种钢在热处理之后不易变形。但由于这种钢含碳量较高以及氰化层的厚度较大。所以对接触强度和承载能力影响极大。1.2转矩计算根据官网给出的桑塔纳汽车参数，则发动机最大转矩取值为155N.m[17]。齿轮、离合器、轴承的传动效率分别是99%、98%、96%。输入轴转矩：齿轮9：齿轮10：输出轴转矩：齿轮7：齿轮8：输出轴转矩：齿轮5：齿轮6：输出轴转矩：齿轮3：齿轮4：输出轴转矩：齿轮1：齿轮2：输出轴转矩：采用倒档时转矩：输出轴转矩：1.3齿轮的校核目前，市场上依然是用低碳合金钢作为汽车变速器齿轮的主要材质。齿轮在通过渗碳淬火热处理之前还要对其进行刮削或磨削。通过如此精加工之后的齿轮精度可以达到7级[14]。1.3.1齿轮的弯曲应力校核1．直齿轮弯曲应力公式为：式(4-1)式中：—弯曲应力(MPa)；F1—圆周力(N)，F—计算载荷(N.m)；—节圆直径(mm),d=mz,—齿数；—应力集中系数，可取值为；—摩擦力影响擦力，主动齿轮，从动齿轮；—齿宽(mm)；d=km,k—齿宽系数直齿轮取6；—端面齿距(mm)，；—模数；—齿形系数。将数据带入式(4-1)，得：式(4-2)计算载荷，取输入轴上的最大转矩，则倒档直齿轮的许用弯曲应力范围。2．斜齿轮弯曲应力公式为：式(4-3)式中：—圆周力()，；—计算载荷(N·m)；—节圆直径(mm)，，—法向模数(mm)，—斜齿轮螺旋角()；—应力集中系数，一般取；—齿面宽(mm)；b=KC.mn,—法向齿距(mm)，；—齿形系数，可按当量齿数在图中进行查询；—重合度影响系数，。数据代入式(4-3)，得：式(4-4)计算载荷，用输入轴上的最大转矩，则齿轮的许用应力应保持在之间。图4-1齿形系数图Ⅰ挡斜齿轮9、的弯曲应力：,,，，，，，，。Ⅱ挡斜齿轮7、8的弯曲应力：,,，，，，，，。Ⅲ挡斜齿轮5、6的弯曲应力：,,，，，，，，。Ⅳ挡斜齿轮3、4的弯曲应力：,,，，，，，，。Ⅴ挡斜齿轮1、2的弯曲应力：,,，，，，，，。倒挡直齿轮11、12、13的弯曲应力：,，,，，，，，，，。1.3.2齿轮的接触应力校核式(4-5)式中：—轮齿的接触应力（MPa）—齿面上的法向力（N），；—端面内分度圆切向力，；—计算载荷(N·m)；—节圆直径(mm),d=2r,r—半圆直径；—节点处压力角()；—齿轮螺旋角()；—齿轮材料弹性模量(MPa)，=20.6×104N·mm-2；—齿轮接触实际宽度(mm)；，——主动及被动齿轮节圆处齿廓曲率半径(mm)，直齿轮，斜齿轮，将参数带入式(4-5)得：斜齿轮式(4-6)直齿轮式(4-7)计算载荷为输入轴上的载荷，此时齿轮的许用接触应力见下表。表4-3齿轮的许用接触应力/MPa渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一档和倒档1900~2000950~1000常啮合齿轮和高档1300~1400650~700Ⅰ挡斜齿轮9、10的接触应力：，，，，，，，，。Ⅱ挡斜齿轮7、8的接触应力：，，，，，，，，。Ⅲ挡斜齿轮5、6的接触应力：，，，，，，，，。Ⅳ挡斜齿轮3、4的接触应力：，，，，，，，，。Ⅴ挡斜齿轮1、2的接触应力：，，，，，，，，。倒挡直齿轮11、12、13的接触应力：，，，，，，，，，。

2轴和轴承的设计及校核2.1轴的设计两轴中心距在上文中已经给出，输入轴直径式(5-1)其中：—轴径；—轴的转速；—轴传递功率（kW）；—计算常数,如下表5-1。表5-1输入轴不同材料的计算常数轴的材料材料计算常数CQ235、20126～149Q275、35112～13545103～12640Cr、35SiMn97～112主动轴花键处轴的直径：式(5-2)—发动机最大转矩；—经验系数，一般取值为。根据轴承齿轮标准对轴的尺寸进行适当合理调节。花键处直径：,取。由《机械设计》中轴的结构设计要求，定位轴肩的高度(0.07~0.1)d，d为与零件装配处的轴径尺寸。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的，其高度没有严格要求一般为1~2mm。输入轴：式(5-3)经计算得：L=156.25~138.89mm初选L=249mm。由《汽车设计》中有关输入轴和输出轴中部直径：，取。输出轴：式(5-4)经计算得：L=222.22~190.48mm初选L=255mm。2.2轴的校核2.2.1轴的刚度校核轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为，转角为δ，可分别用式(5-5)、(5-6)、(5-7)计算：式(5-5)式(5-6)式(5-7)式中：—齿轮齿宽中间平面上的径向力；—齿轮齿宽中间平面上的圆周力；—轴向力；—弹性模量（MPa），=2.06×105MPa；—惯性矩（mm4），对于实心轴，；—轴的直径（mm），花键处按平均直径计算；、—齿轮上的作用力距支座、；—支座间的距离（mm）。轴的全挠度为mm。轴的垂直面挠度、水平面挠度范围分别是，。齿轮所在平面的转角需控制在以内。Ⅰ档处受力最大，故需校核一档处轴刚度的刚度与挠度。Ⅰ挡处齿轮9、10受力：，，，，。径向力，圆周力，轴向力，受力点根据机械设计手册选取：，，，。输出轴的刚度校核：，，，。2.2.2轴的强度校核根据材料力学的相关识，在不同的平面上从轴的两头获得反力。然后计算其垂向弯矩Mc、水平弯矩Ms。式(5-8)(MPa)；式(5-9)是轴的直径(mm)；是抗弯截面系数(mm²)，档位较低时，≤400MPa。输入轴强度校核Ⅴ档时轴承受的挠度比较大不安全，需要校核。，，，，，。受力点根据机械设计手册选取，取，，。水平支反力、和弯矩 式(5-10)式(5-11)计算得，，求垂直支反力、和弯矩。式(5-12)式(5-13)计算得，。图5—1输入轴应力图图5—2输出轴应力图输出轴强度校核：一档时轴承受到挠度最大最不安全，需要校核。，，，，，，，，。两种轴的校核方法相同：表5-2从动轴对应的校核数据表分类数值水平面内支反力水平面内支反力水平面弯矩垂直面内支反力垂直面内支反力垂直面内弯矩2.3轴承的选择及其校核1、输入轴轴承由工作环境和轴颈直径初选轴承左右两端型号分别为；30205。，，，，（1）内部附加力、，由机械设计手册查得，。（2）求当量动载荷查机械原理课程设计得，，，，，。径向当量动载荷，因为，由机械设计手册查得：，，，，载荷系数取则：（3）轴向力Fa1'由于，则轴承1逐渐松弛，轴承2逐渐紧绷（4）计算轴承的使用寿命[6]，为寿命系数，对球轴承；对滚子轴承。2、输出轴轴承输出轴轴承型号为30205。，，，，，查书得：，，，，，，。两种轴轴