【《某纯电动车变速器齿轮强度计算及校核计算案例》3300字】

某纯电动车变速器齿轮强度计算及校核计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u11592某纯电动车变速器齿轮强度计算及校核计算案例 1138441.1齿轮参数计算 1246651.1.1模数的选取 1185601.1.2齿形选择 2318321.1.3压力角 2308091.1.4齿宽 2267261.2确定变速箱各挡位齿轮齿数 2112661.2.1一挡齿轮齿数计算 397501.2.2其他挡位的齿数计算 5103841.3计算各轴的转矩 5206591.4齿轮强度计算 611571.1.1满足工作条件的要求及材料选择 6295861.1.2考虑加工工艺及热处理工艺 664851.1.3轮齿弯曲强度计算 6225231.1.4轮齿接触应力 81.1齿轮参数计算1.1.1模数的选取齿轮模数对变速箱的整体设计是比较重要，设计齿轮模数时需要考虑齿轮的强度、质量等。理论上而言各档位使用的齿轮模数相同有利加工制造，并且有利控制磨损量，但是各齿轮处于的位置不同会造成各别档位的刚度值不够，变速箱常用的齿轮模数选取范围如表4-1、4-2所示。表4-1齿轮法向模数选取范围表车型乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/t1.0<V<1.61.6<V<2.56.0<<14>14模数mn/mm2.25~2.752.75~3.503.50~1.501.50~6.00表4-2常见齿轮模数第一系列第二系列本文设计的纯电动汽车变速箱是用于小型车辆其质量为1000kg，虽然汽车的整体质量不重，但是要满足一定运行速度时，就需要满足齿轮为多齿数小模数，这样才能更有利于进行换挡切换，即本文齿轮的模数初选分别为3mm。1.1.2齿形选择纯电动汽车变速箱中使用的齿轮齿形是根据目前汽车市场中的汽车变速箱常用的齿轮齿形选择的，乘用车变速箱中使用的齿轮齿形是高齿并修形的齿形，而常规货车和重型车变速箱中使用的齿轮齿形是规定的标准齿形，而本文设计的纯电动车主要用于载人的，因此变速箱中的齿轮齿形选择为高齿并修形的齿形。1.1.3压力角变速箱设计时还需要考虑噪音的大小，我们应使噪音较低，这样我们就要考虑一些能降低噪音的因素方法了。在合适的设计下，斜齿轮可以使轴向力抵消。所以，中间轴齿轮选择为右旋，其他的选择为左旋。齿轮宽度b的取值直接影响齿轮承受力的大小。但是，如果齿宽太大也不好它会降低变速箱的各方面性能。所以，应在能满足整体要求的情况下尽可能选择小的齿宽，这样不但能来减轻齿轮的重量还能在保障齿轮强度符合实际情况下减小轴的大小。啮合套筒或同步器选为30°，变速箱齿轮压力角和一档斜齿齿轮的螺旋角分别选为15°，20°。1.1.4齿宽纯电动汽车变速箱中所用的直齿轮和斜齿轮的齿宽计算为：（4-1）式中，表示齿轮的齿宽系数，直齿轮一般取值范围为1.5～8.0，本文取8.0，斜齿轮一般取值范围为6.0～8.5，本文取7.0；m表示齿轮的模数。通过计算可以得斜齿轮的齿宽b分别为21mm。1.2确定变速箱各挡位齿轮齿数通过上述已初步确定本文纯电动车变速箱的中心距、齿轮模数等参数值，因此已经确定的参数值可以计算各档的齿轮的齿数值，变速箱齿轮啮合结构简图如图4-1所示。图4-1变速器简图1.2.1一挡齿轮齿数计算根据齿轮齿数之和以及齿数间比值，可得出各齿轮齿数即：（4-2）（4-3）通过上述计算可知A为92mm，模数m=3，间齿数比值为=2.4，可以计算出，根据本文实际需求取整为。斜齿Zh的计算为：（4-4）通过计算可得Zh=57.6，本文设计取整为Zh=58。由于进行齿轮数的选择和Zh计算取整后会导致中心距A值发生变化，需要对档位中心距进行修正计算，即：（4-5）通过上述计算可得出A0=92.5，即取整中心距为A=93mm。通过压力角和一挡斜齿齿轮螺旋角值的选择，可以分别计算出端面压力、啮合角以及变位系数之和：tan=tan/cos（4-6）cos=（4-7）（4-8）通过上述计算可以分别得=15.91°；=11.77°0.111。通过公式4-9可以计算出精确值：A=（4-9）计算得出精确值为：20.69。。通过上述计算公式以及相关参数值可以确定纯电动汽车变速箱一档的使用齿轮的节圆直径、齿高等参数值。齿轮的当量齿数计算公式为：（1.10）齿轮的当量齿数分别为：15.87；52.52。齿轮的分度圆计算公式为：（4-11）齿轮的分度圆直径分别为：d1=57.72mm；d2=137.89mm。齿轮的节圆直径计算公式为：（4-12）齿轮的节圆直径分别为：51.81mm；131.11mm。齿轮的齿顶高计算公式为：（4-13）其中公式4-13中：（4-14）式中的0.167；0.0549，则齿轮的齿顶高分别为：ha1=2.54mm；ha2=3.45mm。齿轮的齿根高计算公式为：（4-15）齿轮的齿根高分别为：hf1=3.71mm；hf2=3.05mm。齿轮的齿全高计算公式为：（4-16）齿轮的齿全高为：h=6.05mm。齿轮的齿顶圆计算公式为：（4-17）齿轮的分度圆直径分别为：da1=62.80mm；da2=141.79mm。齿轮的齿根圆直径计算公式为：（4-18）齿轮的齿根直径分别为df1=52.63mm；df2=130.99mm。1.2.2其他挡位的齿数计算根据齿轮中心距与齿轮模数、螺旋角等参数之间的关系，即：（4-19）通过上述计算可知A0为92.5mm，模数m=3，间齿数比值为=1.54，斜齿轮螺旋角选为=20°，可以计算出，根据本文实际需求取整为。纯电动车的变速箱设计的其他档位齿轮设计相关计算，与一档齿轮的求解步骤一致，则通过公式4-4至公式4-18可以求解出相关参数值，如表4-3所示。表4-3二档齿轮各参数值参数值理论中心距A0端面压力角at端面啮合角at’变位系数之和cos精确值齿轮齿顶高二挡91.2515.91°11.77°0.111°20.69°Z3参数2.54Z4参数3.45齿根高齿全高分度圆直径齿根直径节圆直径当量齿数分度圆直径3.716.0573.7566.3373.3628.0978.833.05112.23106.1311.6342.74119.131.3计算各轴的转矩通过表4-1可知，纯电动汽车所选用的电动机所产生的恒定转矩值为200N.m，同时借鉴该类型的汽车变速箱中齿轮传动效率能达到98%，轴承的传动工作效率能达到94%，则可通过上述参数值计算出本设计变速箱输入、出轴的转矩值。=（4-20）（4-21）则通过相关参数值可以计算出输入轴转矩以及各档输出轴转矩值分别为：；；。1.4齿轮强度计算1.1.1满足工作条件的要求及材料选择本次设计的齿轮主要作用是动力传输，因此要求齿轮的材料必须具有一定的耐磨性和强度，并且齿轮的齿面要硬、齿芯要软，为了保证相啮合的两齿轮使用寿命相近，使小齿轮的硬度低于大齿轮的硬度，并且两齿轮材料硬度差必须保持在30～50HBS左右，同时为了提高齿轮的抗胶合性能，还需保证大小齿轮采用不同钢号材料制造而成。1.1.2考虑加工工艺及热处理工艺纯电动汽车的变速箱所使用的齿轮根据值不同，选取的渗碳层深度也是不同的，一般时所选取的渗碳层深度范围值为0.8～1.2mm；一般时所选取的渗碳层深度范围值为0.9～1.3mm；一般时所选取的渗碳层深度范围值为1.0～1.3mm。同时还需要保证制造的齿轮表面硬度必须要在HRC58～63范围内以及变速箱所用的齿轮心部硬度必须要在HRC33～48mm之内。若变速箱所用的齿轮进行氰化操作时，就必须要保证齿轮表面硬度在HRC48～53之内，同时保证氰化层深度必须大于0.2mm。1.1.3轮齿弯曲强度计算不同汽车的用途也是不同的，用途不同也导致了不同汽车变速器的有很大的区别，但变速器总体框架要求是大致不变的。所以我们在设计不同的汽车变速器时候，选择材料的种类以及加工工艺的方式上是大体相同的。综上所述，对于汽车变速箱齿轮的计算我们可以采用简化的普通齿轮强度计算公式进行计算，其计算结果也是非常可靠的，准确性也是很高的。汽车变速箱的齿轮弯曲力，齿轮系数值如图4-2所示。图4-2齿形系数(1）直齿轮弯曲应力计算(4-22)式中，表示齿轮计算载荷；表示齿轮的应力集中系数，本文取=1.60；表示齿轮弯曲应力；表示齿轮的摩擦力影响系数一般主、从动齿轮的摩擦力影响系数主动齿轮和被动齿轮分别取值为1.1、0.9；表示齿轮模数；表示齿轮齿宽；表示齿轮齿形系数；表示齿轮齿数；表示齿轮齿宽系数，一般取值为=6.0。当处于一档位时，通过上述计算的出的相关参数值可以得出：；；；；。计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大扭矩Temax时，一挡直齿轮的弯曲应力在400~850MPa之间。(2）斜齿轮弯曲应力计算(4-23)式中，表示斜齿轮的螺旋角；表示斜齿轮的应力集中系数，一般取值为=1.50；表示斜齿轮的重合度影响系数，一般取值为=2.0。齿形系数y的取值我们可以看图3-2来确定，最终选取结果为：，通过上述计算的出的相关参数值可以得出：；，计算载荷为输入轴的最大输出时，此时轴上齿轮的许用应力为400~850Mpa，由于，因此可知设计符合要求。1.1.4轮齿接触应力（4-24）式中，表示齿轮轮齿的接触应力值；表示齿轮节圆直径；表示齿轮计算载荷值；表示齿轮实际接触宽度；表示齿轮节点处压力角；表示齿轮螺旋角；、分别表示齿轮主、从动齿轮节圆半径；表示齿轮材料的弹性模量；、表示齿轮主、从动分别在齿轮节点处的曲率半径。（1）直齿轮节点处的曲率半径(4-25)(4-26)（2）