【CVT变速箱两级齿轮齿数的确定布置及仿真案例分析3800字】

CVT变速箱两级齿轮齿数的确定布置及仿真案例分析第1章两级齿轮齿数的确定及布置1.1齿轮相关参数计算齿数选择原则:

（1）为了降低成本然后对噪声没要求的条件选用了直齿传动，直齿传递效率高加工成本低。标准直齿轮最小齿数一般为17齿，是不会发生根切的最小齿数，并非齿轮机构设计时必须的最小齿轮的齿数。齿轮传动机构的最小齿数，应该满足传动比的要求、中心距等结构尺寸要求；尽量靠近最小齿数17齿(如，18齿，19齿，20齿，等)即可。小齿轮齿数过少会导致齿轮重合度会很小齿面接触强度很小，齿轮在工作时会产生不利影响，也是考虑闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，所以齿数多一些比较可靠。（2）两齿轮啮合时，总是一个齿轮的齿顶进入另一个齿轮的齿根，为了防止热膨胀卡死和具有储存润滑油的空间，要求齿根高大于齿顶高。

(3)小齿轮齿数应避免根切，相啮合的齿数最好互为质数，且还要考虑凑配，适合的中心距。（4）考虑发动机与减速箱的安装位置和整车的重心应该尽可能减小减速器的尺寸，如下图所示图3-1发动机与减速箱布置根据图中发动机与减速箱布置，假如减速箱高度过高会导致发动机往上移动这样重心就会往上移。通过在UG软件上进行测量和计算之后减速箱尺寸应控制在270mm125mm160mm(长宽高)。所以主从动齿轮啮合之后两齿轮端面的最大距离应该小于270mm，最大的齿轮齿顶圆直径小于160mm。结合着两个基本参数进行配凑和计算得出结果如下表表3-1齿轮参数第一级传动比第二级传动比倒挡传动比m=1.5m=2m=1.5（惰轮）（为传动比；z为齿数；总传动比；m模数）齿轮我们选择采用渐开线圆柱齿轮，因其具有啮合角度不变，传动较为平稳；中心距可分性（即使有制造、安装的误差或轴承磨损导致中心距变更时,其传动比仍保持不变，这一特性称为中心距可分性。它给齿轮的制造和安装带来了很大的方便）等特点。在齿轮材料的选择上，需要满足质量小、传递功率大和可靠性高、强度及耐磨性能和精度的要求。我们选择采用40Cr硬度为HRC32~36，抗拉强度（σb/MPa）：≥980，屈服强度为785Mpa，可以完全满足我们的使用条件，并且在减轻重量上也有一定的优势。1.2减速箱齿轮布置由于今年是设计的是全时四驱减速箱，为了减轻簧下质量将以往的后轮上的轮边制动改为了轴制动，前轮因差速器的缘故，则继续采用轮边制动的方式进行减速制动。因四驱在两驱减速箱的基础上添加了一个分动箱，因此在布置齿轮组时需考虑减速箱的配重、制动卡钳、制动盘的安装。如下图所示图3-2齿轮的布置结合表1里面的参数和公式：分度圆直径;齿顶圆直径（齿顶高系数）查表得知取1。已知;，求，，，。通过利用齿顶圆直径计算第一级齿轮组与第二级齿轮组啮合后的总长为：=246mm，所以将齿轮组布置在一条水平线上也满足基本尺寸270mm。为了使配重均匀将制动卡钳、制动盘和第二级齿轮放在了一级齿轮左边，这样就使减速箱左右配重保持了平衡如果将制动卡钳放在右边会对分动箱有干涉并且配重就不均匀。最终布置实物图如下图3-3减速箱壳体布置2仿真模拟分析及零件图纸展示2.1系统仿真的作用、意义、目的2.1.1系统仿真的作用

（1）仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。

（2）对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。

（3）通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。

（4）通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。2.1.2仿真分析的意义通过仿真分析以达到缩短产品开发周期、降低开发成本,并能提高产品性能的目的,通过合理、全面科学的安全可靠性模拟仿真验证。通过仿真分析结果可初步判定性能目标达成的可行性；通过与优化软件的耦合运行，可对其参数优化，结构合理性达到最佳平衡的方案。下面的分析我们采用ANSYS软件来分析，其中ANSYS有限元分析软件是目前应用最广的计算机辅助分析（CAE）软件，其强大的分析能力和细腻的补偿处理使得仿真结果具有相当的参考价值，而且ANSYS有许多的分析模块，包括静力学、显示动力学、模态、振动等。在传动系统中，变速箱至关重要，下面我们就来分析变速箱的各项参数、材料选取以及整体结构强度是否符合我们使用要求。以下主要针对变速箱进行有限元的分析。2.1.3仿真分析的目的在完成设计工作之后，需要对其所涉及的零部件进行仿真分析。仿真分析的目的在于模拟车辆真实的使用环境，并且对其施加可能出现的力或运动情况，验证其结构的合理性，材料方面的规格强度是否满足其使用要求，以及为不合理的设计优化提出前提条件等。2.2变速箱壳体分析变速箱壳体我们采用7075铝合金作为材料，因7075铝具有结构紧密，耐腐蚀效果强，耐磨性强，强度高，远胜于软钢的特性，并且比铸铁件轻，有利于整车轻量化。7075铝的抗拉强度σb(MPa)：≥560，伸长应力σp0.2(MPa)：≥495，伸长率δ5(%)：≥6。在整个变速箱壳体的设计及加工过程中，因壳体所受力不是很多，且所受力均不是很大，我们考虑在壳体保证其内部结构（轴、齿轮、拨叉等部件）安装位置正确的情况下，尽量做到减小壳体体积及质量，减低其加工难度，并且通过软件分析加以验证其结构、材料的合理性。我们对壳体进行模态分析，通过模态分析可以识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。首先，我们在其受力部位施加作用力，进行拓扑优化，对不受力的部位进行删减，优化其结构；其次，为了验证拓扑优化的合理性，进行模态分析。根据壳体的模态分析的结果来看，在壳体中间孔位以及中间上下壁所受应力最大，输出轴孔位也受到不小的应力，最容易发生变形。根据此特性，我们进行合理地拓扑优化来解决，并且通过模态分析来验证其合理性。2.3齿轮及轴整体受力分析齿轮起着承受来着发动机输出扭矩的，传递动力的作用，通过齿轮配合以及数据运算的结合，实现变速增矩的功能。这对齿轮及齿轮轴有着一定的要求，因齿轮上传递动力的几个齿需承受发动机输出的扭矩所带来的较大应力。下面我们用ANSYS对其进行应力分析以及形变量分析，检验我们的屈服强度是否符合实际需求。齿轮及齿轮轴我们选用40cr作为材料，40cr具有价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，并且具有较好的综合力学性能的特点。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。40cr硬度为HRC32~36，屈服强度为785Mpa；40cr还具有质量轻的特点，有利于整车轻量化。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。因比赛赛场上地形复杂，环境恶劣，所以对变速器的要求很高。齿轮及齿轮轴的抗疲劳强度、稳定性，是否变形等参数都极其重要，直接影响整个变速箱的耐久度以及稳定性。这些参数关乎使用过程中可能出现的问题，如会不会因材料选取不够造成齿轮及轴出现变形，会不会因转矩过大而造成打齿等状况的发生。并且变速箱中还要加入润滑油液，进行润滑、散热，避免出现齿轮过热造成的热衰效应造成抗疲劳强度减弱而使齿轮发生齿断裂情况的发生。齿轮所受应力分析模拟齿轮在分别受到可能出现的370.95MPa和459.91MPa最大应力时，整个变速箱里齿轮传动的受力情况， 查看最大应力接触点的位置，看是否可能出现齿断裂或变形过大的情况发生。经分析得出以下结论，该齿轮的结构强度以及布置形式可以满足我们的使用要求，合乎规范要求。因其整个变速箱为自主设计，以及自制件。并且根据2021年巴哈赛事规则来看，增加自主设计、加工零件的数量以及技术要求对整个静态赛事，设计答辩环节有所加分，这样就为整个静态赛事拿高分做了一定的准备。形变量分析通过ANSYS分析可以看出，在齿轮与齿轮轴接触的地方，以及齿轮与齿轮接触传输动力的几个齿承受应力，且这些地方均可承受住相应的应力；并且整个齿轮经过动态受力形变分析，在受到最大应力时，齿轮的最大形变量为0.03mm，对整个齿轮啮合过程影响不太大，不会造成应力过大的情况。通过合适的安装第一轴、第二轴及输出轴的位置，合理的分配其配合位置，找到一个合适的齿轮装配啮合间隙，就可消除因齿轮形变的造成的不良影响。通过分析可以得出，齿轮在受力及形变量上可以均可满足我们实际的需求，说明我们的选择的材料以及装配位置合理。2.4加工图纸的展示及校准在整车设计中，每个零件都需要相对应的数据、尺寸、规格，并且需要对其根据使用要求进行加工公差，加工精度以及配套的零件进行规范要求。并且查询相应的国家标准等，购买件尽可能的选用国标件，因为可以有效减低整车的制造成本。还要对其形位公差，零部件数目，状态，工作参数，技术要求，特殊说明等等参数标注清楚，避免加工时出错。首先，我们需要在UG软件模拟二次装配，检查其轴的安装位置是否匹配；其次，输出轴上因承受了来自整个发动机变速箱上输出动力，不仅需要考虑其强度，而且还需要考虑其加工好后期的安装，