柴油动力SUV变速器设计

 时间:2017-11-08 02:30:39 贡献者:机械小工home

导读:第一章前 言汽 车 是 重 要 的交 通 运 输 工 具 ,是科 学 技 术 发 展 的 标 志。汽 车 工 业 是 资 金 密 集,技 术 密 集 ,人 才 密 集,综 合 性 强 ,经 济效 益 高 的 产 业 ,世 界各 个

大众dsg变速器结构图
大众dsg变速器结构图

第一章前 言汽 车 是 重 要 的交 通 运 输 工 具 ,是科 学 技 术 发 展 的 标 志。

汽 车 工 业 是 资 金 密 集,技 术 密 集 ,人 才 密 集,综 合 性 强 ,经 济效 益 高 的 产 业 ,世 界各 个 工 业 发 达 的 国家 几 乎 无 一 例 外 的 把汽 车 工 业 作 为 国 民 经济 支 柱 产 业 。

汽 车 的 研 究 、生 产 、销 售 、营 运 与 国 民 经 济 许 多 部 门 都息 息 相 关 ,对 社 会 经 济 建 设和 科 学 技 术 发 展 起 重要 作 用 。

汽 车 也 是 社 会物 质 生 活 发 展 的 标 志,汽 车 的 保 有 量 随 着国 民 人 均 收 入 的 提 高 而 增 加,在 许 多 发 达 国 家 中汽 车 已 经 普 及 到 家 家户 户 ,促 使 人 们 的 社 会 生 活 方 式发 生 显 着 的 变 化,但 是 ,汽 车 的 数 量 过 多也 会 造 成 环 境 污 染 以 及 交 通 拥 堵,交 通 事 故 等 社 会 问题 ,汽 车 工 业 还 必 须创 造 更 新 的 产 品 来 适 应 环 境 保 护, 交 通 管 理 等 方 面 的法 规 和 政 策 的 严 格 限制 。

自 第 一 辆 车 诞生 到 现 在 已 经 有 一 百多 年 的 时 间 了 ,在 这 一 百 多 年 的 时 间 里 , 汽 车 工业 从 无 到 有 , 迅 猛 发展 , 产 量 大 幅 度 增 加, 技 术 日 新 月 异。

目 前 ,日 本 、美 国 、欧 洲 等 资 本 主义 国 家 的 汽 车 工 业 已经 很 成 熟 了 ,而 发 展 中 国 家 的 汽 车 工 业 也 正 在 崛 起 , 但 是 还 是 需 要 面 对 很 多 困 难 , 比 如 :技 术 落 后 ,资 金 匮 乏 ,人 才 不 足 ,原 料 短 缺 等 等 。

中 国 的 汽 车 工 业 是 解 放 以 后 才 发 展 起 来的 ,但 是 经 过 几 十 年的 发 展 已 经 有 了 翻 天覆 地 的 变 化 ,相信 在 不 久 的 将 来中 国 的 汽 车 工 业 会 更加 的 强 大 。

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第一章 方案选择§ 2.1概述变 速 器 用 来 改变 发 动 机 传 到 驱 动 轮上 的 转 矩 和 转 速,目 的 是 在 原 地 起 步 、爬 坡 、转 弯 、加 速 等 各 种 工 况下 ,使 汽 车 获 得 不 同的 牵 引 力 和 速 度 同 时 使 发 动 机 在最 有 利 的 工 况 范 围 内工 作 。

变 速 器 设 有 空 挡 ,可 在 起 动 发 动 机 、汽 车滑 行 或 停 车 时 使 阀 动 机 的动 力 停 止 向 驱 动 轮 传输 。

变 速 器 设 有 到 党 , 是 汽 车 获得 倒 退 行 驶 能 力 。

需要 时 , 变 速 器 还 有 动力 输 出 功 能 。

对 变 速 器 题 述如 下 基 本 要 求 : 1) 2) 3) 4) 5) 6) 保 证 汽 车 有 必要 的 动 力 性 和 经 济 性。

设 置 空 挡 , 用来 切 断 发 动 机 动 力 向驱 动 轮 的 传 输 。

设置倒挡,是汽车能倒退行驶。

设 置 动 力 输 出装 置 , 需 要 时 能 进 行功 率 输 出 换 挡 迅 速 、 省力 、 方 便 。

工作可靠。

汽车行驶过程中,变速器不得有挑挡、乱挡以及换 挡 冲 击 等 现 象发 生 。

7) 8) 变 速 器 应 当 有高 的 工 作 效 率 。

变 速 器 的 工 作噪 声 低 。

除 此 之 外 ,变 速 器 还 应 当 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 的 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 的 传 动 比 范 围越 大 。

变 速 器 由 变 速传 动 机 构 和 操 纵 机 构组 成 。

变 速 传 动 机 构可 按 前 进 挡 数 和 轴 的 形 式 不同 分 类 。

在 原 由 变 速 传动 机 构 基 础 上 ,再附 加 一 个 副 箱 体 ,这就 在 结 构 变 化 不 大 的 基 础 上,达 到 增 加 变 速 器 挡 数的 目 的 。

近 年 来,变 速 器 操 纵 机 构 有 向 自 动 操 纵 方 向发 展 的 趋 势 。

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§ 2.2 变速器传动机构布置方案机 械 式 变 速 器应 具 有 结 构 简 单 、传 动 效 率 高 、制 造 成本 低 和 工 作 可 靠 等 优 点 , 故 在不 同 形 式 的 汽 车 上 的到 广 泛 应 用 。

§ 2.2.1 传 动 机 构 布 置 方 案 分 析 1. 固 定 轴 式 变速 器 ( 1 )两 轴 式 变 速 器 固 定 轴 式 变速 器 的 两 轴 式 和 中 间轴 式 变 速 器 应用 广 泛 。

其 中两 轴 式 变 速 器 多 用 于发 动 机 前 置 前 轮 驱 动汽 车 上 。

( 2 )中 间 轴 式 变 速 器 中 间 轴 式 变 速 器 多 用 于 发 动机 前 置 后 轮 驱 动汽 车 和 发 动 机后 置 后 轮 驱 动 的 客 车上 。

变 速 器 第 一 轴 的前 端 经 轴 承 支 承 载 发 动 机 飞 轮 上,第 一 轴 上 的 花 键 用来 装 设 离 合 器 的 从 动盘 , 而 第 二 轴 的 末 端 经 花 键 与 万向 节 连 接 。

SUV 柴 油车 属 于 多 功 能 型 轿 车 , 工况 复 杂 多 变 。

所 以 对变 速 器 有 较 高 的 要 求 ,要求 较 宽 的 传 动 比 范 围,所 以 选 择 5 加 1 挡 变速 器 。

此 SUV 车 是 发 动 机 前 置 后轮 驱 动 ,所 以 采用 中 间 轴 式 变 速 器 ,带 副 箱 的 变 速 器 倒 挡 和 超速挡安装在位于变速器后部的副箱体内,这样布置除可以提高周的刚 度 、 减 少 齿 轮磨 损 和 降 低 工 作 噪 声外 , 还 可 以 在 不 需 要超 速 挡 的 条 件 下, 很 容 易 形 成 一个 只 有 四 个 前 进 挡 的变 速 器 。

这 样 的 变 速器 很 符 合 柴 油 SUV 的 工 作 条 件 ,所 以 此 车 可 以 采 用 带副 箱 的 变 速 器 。

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第三章变速器主要参数的选择计算§ 3.1 挡数柴 油 SUV 是 多 功 能 轿 车 , 可 选五 前 进 挡 和 一 个 倒 挡, 即 5+1 挡 。

§ 3.2 传动比范围变 速 器 传 动 比范 围 是 指 变 速 器 最 低 挡 传 动 比 与 最 高 挡 传动 比 的 比 值 , 最 高 挡是 超 速 挡 传 动 比 为 0.7~0.8 , 直 接 挡 传 动比 是 1 , 影 响 最 低 挡 传 动 比 的 因素 有 :发 动 机 的 最 大转 矩 和 最 低 稳 定 转 速所 要 求 的 最 大 爬 坡 能 力 、驱动 轮 与 路 面 间 的 附 着 能 力、主 减 速 比 和 驱 动 轮的 滚 动 半 径 以 及 所 要 求 达 到 的 最底 稳 定 行 驶 车 速 等, 目 前 乘 用 车 传 动 比 范围 在 3.0~4.5 之 间, 重 质 量 轻 些 的商 用 车 在 5.0~8.0 之间 , 其 他 商 用 车 则 更大 。

§ 3.3 中心距 A对中间轴式变速器,是将中间轴与第二轴轴线之间的距离称为变速 器 中 心 距 A 。

它 是 一 个 基 本 参 数 ,其 大 小 不 仅 对 变 速 器的 外 形 尺 寸 、 在 、 体 积 和 质 量 大小 有 影 响 , 而 且 对 轮齿 的 接 触 强 度 有 影 响。

1 、 中 间 轴 式 变 速 器 中 心距 A 的 确定 初 选 中 心距 A 时 , 可 根 据 下 述 经 验公 式 计 算 :A  Ka 3 Te max i1 g( 3-1 )式 中 A 为 变 速 器 中 心 距 ( mm ) ;Ka 为 中 心 距 系 数 可 , 乘 用 车 : Ka=8.9~9.3 , 商 用 车 : Ka=8.6~9.6 ,多 挡 变 速器 : Ka=9.5~11.0;Temax 为 发 动 机 最 大 转 矩 ( Nm ) ; i1 为 变 速 器 一 挡 传 动 比;  g 为 变 速 器 传 动 效 率, 取 96% 。

计 算 : Temax=225Nm i1=4.11 g =0.96Ka=9.04

A  Ka 3 Te max i1 g 9.0  3 225  4.11 0.96 86.5§ 3.4 外形尺寸变 速 器 的 横 向外 形 尺 寸 可 ,可 根 据 齿 轮 直 径 以 及 倒 挡 中间( 过 渡 )齿 轮 和 换 挡 机 构的 布 置 确 定 。

影 响 变 速 器 壳体 轴 向 尺 寸 的 因 素 有 挡 数 、 换 挡 机 构 形 式 及 齿 轮 形 式 。

§ 3.5 齿轮参数§ 3.5.1 各 参 数 的 初 选 1. 模 数 齿 轮 模 数 是 一个 重 要 参 数,并 且 影 响 他 的 选 取 因 数 有 很多 ,如 齿 轮 的 强 度 、 质 量 、噪 音 、 工 艺 要 求 等 。

初 选 模 数 时 可根 据 经 验 公 式 下 面 计算 :mn = K 3 Te max/10计算:(3-2)K=1Temax=225N · mmn = K 3 Te max/10= 1 3 225/10 2.82所 以 初 选 模 数 mn 为 3 。

2. 压 力 角  齿 轮 压 力 角 较小 时 , 重 合 度 较 121212 大 并 降 低 了 轮 齿刚 度 , 为 此 能 减 少 进 入 啮 合和 退 出 啮 合 时 的 动 载荷 ,使 传 动 平 稳 , 有 利 于 降 低 噪 声 ;压 力 角 较 大 时 ,可 提 高 齿 轮 的 抗 弯 强度 和 表 面 接 触 强 度 。

实 际 上 ,因 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 3. 螺 旋 角  斜 齿 轮 在 变 速器 中 得 到 广 泛 应 用 。

选 取 斜 齿 轮 的 螺 旋 角,应 该 注 意 它 5

对 齿 轮 工 作 噪声 、轮 齿 的 强 度 和 轴向 力 有 影 响 。

在齿 轮 选 用 大 些 的 螺 旋 角 时 是 齿 轮 啮 合的 重 合 度 增 加 ,因 而 工 作 平 稳 、噪 声 降 低 。

实 验 还 证 明 :随 着 螺 旋 角 的 增大 ,齿 的 强 度 仍 继 续上 升 。

因 此 ,从 提高 低 挡 齿 轮 的 抗 弯 强 度 出 发,并 不 希 望 用 过 大 的 螺 旋 角,以 15 ~ 25 为 宜 ;而从 提 高 高 挡 齿 轮 的 接 触 强 度 和 重合 度 着 眼 , 应 当 选 用较 大 的 螺 旋 角 。

采 用 斜 齿 轮 欲使 中 间 轴 上 两 个 斜 齿轮 的 轴 向 力 平 衡,需 满 足 下 述 条 件Fa1  Fn1 tan  1 Fa 2  Fn2 tan  2由 于 T=Fa1r1=Fa2r2, 为 时 两 轴 向 力 平 衡 , 需 满 足tan  1 r1  tan  2 r 2式 中, Fa1 、 Fa2 为 作 用 在 中 间 轴 齿轮 1 、 2 上 的 轴 向 力; Fn1 、 Fn2 为 作 用 在 中 间 轴齿 轮 1 、 2 上 的 圆 周力 ; r1 、 r2 为齿 轮 1 、 2 的 节 圆 半 径 ; T 为 中 间 轴 传 递的 转 矩 。

4. 齿宽 b 在 选 择 齿 宽 时, 应 该 注 意 齿 宽 对 变速 器 的 轴 向 尺 寸 , 质量 、 齿 轮 工 作 平 稳 性、 齿 轮 强 度 和 齿 轮 工作 时 的 受 力 均 匀 程 度等 有 影 响 。

通 常 根 据 齿 轮模 数 m(mn) 的 大 小 来选 定 齿 宽 。

斜 齿 b = K cmn , Kc 取为 6.0~8.5 直 齿 b= K cmn , Kc 取为 4.5~8.0 § 3.5.2 一 挡 齿 轮 参 数 的 确 定 主 箱 齿 轮 参 数应 根 据 中 心 距 、 轴 向力 平 衡 条 件 、 传 动 比综 合 确 定 。

变 速 箱 传 动 方案 确 定 如 下 图 :6

图 5-1 变 速 箱 传 动 方 案计 算 一 挡 齿 轮 Z1 , Z2A  Ka 3 Te max i1 g 9.0  86.53225  4.11 0.96圆 整取 A 为 86.5 , 初 选 mn 为 3 , 螺 旋 角  1Z min  17  cos3 15  15.3 2 A cos  1 ~ 2 Z mn 2  86.5  cos15  3  55.7~ 2初 选 为 15取 Z1=17 , Z2=40 。

修 正 中 心距 AA Z  mn 2 c os 1 8 8 . 5~ 27

修正螺旋角 1~ 2 1 ~ 2  arccos57  3  13.69 2  88一 挡 齿 轮 主 要参 数 确 定 如 下 : Z2=40 , Z1=17 , mn =3,  1 ~ 2 = 13.69 中 心 距 修 正为 88mm § 3.5.3 直 接 挡 齿 轮 参 数 的 确 定 长 啮 合 挡 齿 轮即 直 接 挡 齿 轮 的 计 算: A=88mm, 初选 7~ 8 30 ,Z min  17  cos3 30  11.04Z2 A cos  7 ~ 8 mn 2  88  cos 30  3  51.4圆 整 得 Z  =52 , 由 ig1 Z 2 Z 7 Z 7 40     4.11 Z1 Z 8 Z 8 17得 Z7=1.747Z8解 得 Z8=18.93 圆 整 取 得 Z8=19 Z7=52-19=33 修正  7~ 8,  7 ~ 8  arccos52  3  27.58 2  88此 外 , 从 抵 消或 减 少 中 间 轴 上 的 轴向 力 出 发 , 还 必 须 满足 下 列 关 系 式tan  7 ~ 8 Z8 Z1   (1  ) tan  1 ~ 2 Z 7  Z 8 Z2 tan  7 ~ 8 tan 27.58  2.14 = tan  1 ~ 2 tan13.69Z8 Z1  (1  )  2.13 Z7  Z8 Z2相 差 不 大 , 所以 可 以 满 足 上 述 要 求, 修 正 ig1, ig1=Z7 Z2   4.09 Z 8 Z18

计 算 得 直 接 挡齿 轮 主 要 参 数 如 下 : mn=3,Z8=19,Z7=33,  7 ~ 8 = 27.58 一 挡 传 动比 ig1 为 4.09 § 3.5.4 其 它 挡 齿 轮 参 数 的 确 定 其 它 挡 齿 轮 同理 , 依 次 按 此 步 骤 计算 可 得 个 挡 齿 轮 主 要参 数 : 二 挡 齿 轮 主 要参 数 : 齿 数 : Z4=31 , Z3=24 , 螺 旋 角  3 二 挡 传 动比 ig2 为 2.24 三 挡 齿 轮 主 要参 数 : 齿 数 : Z6=24 , Z5=29 , 螺 旋 角  5 三 挡 传 动比 ig3 为 1.44 五 挡 齿 轮 主 要参 数 : 齿 数 : Z10=16 , Z9=35 , 螺 旋 角  9 五 挡 传 动比 ig2 为 0.79 倒 挡 齿 轮 计 算: 由 于 倒 挡 使 用的 很 少 所 以 可 以 将 倒 挡 设 计 成 直 齿 轮 。

选 模数 m=3, 倒 挡 齿 轮 Z13 的 齿 数, 一 般 在 21~23 之 间。

为 保 证 倒 挡 齿轮 的 啮 合 不 产 生 运 动干 涉 ,齿 轮 11 和 12 的 齿 顶 圆 指 甲 应 保 证 有 0.5mm 以上 的 间 隙 。

即 ;A  A '  0.5~ 10  , 端 面 模 数 mn=3  29.62 ~ 6  , 端面 模 数 mn=3  25.39 ~ 4  , 端面 模 数 mn=3  20.36A'  (Z11  Z12  2ha*)m 2 Z11  Z12  2ha*)m  87 mm 2取 Z11+Z12=54 , A '  (则 可 计 算 得 :Z11=17,Z12=37,Z13 选 为 21 , 倒 挡 传 动 比 ig倒 =3.789

第四章§ 4.1 齿轮强度计算变速器的计算与校核变速器齿轮的损坏形式主要有:轮齿折断、齿面疲劳剥落(点蚀) 、 移 动 换 挡 齿 轮端 面 破 坏 以 及 齿 面 胶合 。

与 其 他 机 械 设 备变 速 器 比 较 ,不同 用 途 汽 车 的 变速 器 齿 轮 使 用 条 件 仍是 相 似 的 。

此 外,汽 车 比 速 器 齿 轮 用 的 材 料 、 热 处 理方 法 、 加 工 方 法 、 精度 级 别 、 支 承 方 式 也基 本 一 致 。

因 此, 比 用 于 计 算 通用 齿 轮 强 度 公 式 更 为简 化 一 些 的 计 算 公 式来 计 算 汽 车 齿 轮, 同 样 可 以 获 得较 为 准 确 的 结 果。

下 面 介 绍 的 是 计 算 汽 车变 速 器 齿 轮 强 度 用 的 简 化 计 算 公式 。

1. 轮 齿 弯 曲 强 度计 算 ( 1 ) 直 齿 轮 弯 曲 应力  ww F 1 K  Kf bty(4-1)式 中 ,  w 为 弯 曲 应 力( MPa ) ; F 1 为 圆 周 力( N ) , F 1  2Tg / d ; Tg 为 计算 载mm ) 荷 ( N ;d 为 节 圆 直 径 ( mm ) ; K  为 应 力 集 中 系 数 ,可 近 似 取 K  =1.65 ;为 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 弯 曲应 力 的 影 响 也 不 同 : 主 动 齿 轮 Kf =1.1 从 动 齿 轮 Kf =0.9 ; b 为 齿 宽 ( mm ) ;t 为 端 面 齿 距 ( mm ) , t   m ,m 为 模 数 ; y 为 齿 形 系 数 , 因 为 齿 轮 节 圆直 径 d=mz , 式 中 z 为 齿 数 , 所 以 将 上 述有 关 参 数 代 入 上式后得w 2TgK  Kf  m3 zKcy(4-2)当 计 算 载 荷 Tg 去作 用 到 变 速 器 第 一 轴上 的 最 大 转 矩 Te max 时 , 倒挡直 齿 轮 许 用 弯 曲应 力 在 400~850MPa ,货 车 可 取 下 限 ,承受 双 向 教 鞭 载 荷 作 用 的 倒 挡 齿 轮 的许 用 应 力 应 取 下 限 。

( 2 ) 斜 齿 轮 弯 曲 应力  ww F 1K  btyK (4-3)式 中, F 1 为 圆 周 力( N ) , F 1  2Tg / d ; Tg 为 计 算 载 荷( N ·㎜ ) ; d 为节 圆 直 10

径 ( ㎜) ,d(mnz ) , mn 为 法 向 模 数 ( ㎜) ;z 为齿数;  为斜齿轮螺旋角 cos () ; K  为 应 力 集 中 系 数 , K   1 . 5;b 为 齿 面 宽( ㎜ )t 为 法 向 齿 距( ㎜) ,t   mn ; y 为 齿 形 系 数 , K  为 重 合 度 影 响 系数 , K  =2.0 。

将 上 述 有 关 参数 代 入 上 式 整 理 后 得到 斜 齿 轮 弯 曲 应 力 为2Tg cos K   zmn 3 yKcK w (4-4)当 计 算 载 荷 去作 用 到 变 速 器 第 一 轴上 的 最 大 转 矩 Te max 时 , 对乘用车常 啮 合 齿 轮 和 高挡 齿 轮 , 许 用 应 力 在 180~350MPa 范 围, 对 货 车 为 100~250 MPa 。

计 算 第 一 轴 齿轮 弯 曲 强 度 , 即 齿轮 7 的 弯 曲 强 度 , 弯曲应力:Z  19,   27.58, Tg  225N  m, y  0.125, b  25mmw 2Tg cos  K   zmn 3 yKcK 2  225 1.5  cos 27.58 3.14 19  9  0.125  2  25  178.29MPa 2. 轮 齿 弯 曲 接 触 计 算 轮齿接触应力  j j  0.418FE 1 1 (  ) b  z b(4-5)式 中 ,  j 为 轮 齿 的 接 触 应 力 ( MPa ) ;F 为齿面上的法向力(N) ,F  F1 ( / c o s c o s) ; F 1 为 圆 周 力 ( N) , F 1  2Tg / d ; d 为 节圆 直 径 ;  为 节圆 处 压 力 角(  ) ,  为斜 齿 轮 螺 旋 角(  ) ;E 为 齿 轮 材 料 的 弹性 模 量( MPa ) b 为齿轮接触的实际宽度(㎜) ;  z 、 b 为 主 从 动 齿 轮 节 点 处 的 曲 率 半 径 (㎜) , 直 齿 轮  z  rz sin  、  b  rb sin  , 斜 齿 轮  z  (rz s i n 。

b  (rb sin  ) / cos2  ; rz 、 rb 为 主 从 、动 齿 轮 节 圆 半 径 ( ㎜) 将 作 用 在 变 速器 第 一 轴 上 的 载 荷 Te max/ 2 作为 计 算 载 荷 时 ,变 速 器齿 轮 的 许 用 接 触 应力  j 见 下 表) / 2c o 、 s11

表 4-1 变 速 器 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挡和倒挡 常啮合齿轮1900~2000 1300~1400950~1500 650~700变 速 器 齿 轮 多采 用 渗 碳 合 金 钢 , 其表 层 的 高 硬 度 与 心 部的 高 韧 性 相 结 合, 能 大 大 提 高 齿轮 的 耐 磨 性 及 抗 弯 曲疲 劳 和 接 触 疲 劳 的 能力 。

在 选 用 钢 材 及 热 处 理 时 , 对可 加 工 性 及 成 本 也 应考 虑 。

国 内 汽 车 变 速器 齿 轮 材 料 主 要 采用 20CrMnTi 、 15MnCr5 、 20MnCr 等合 金 钢 , 渗 碳 齿轮 表 面 硬 度为 58~63HRC , 心 部 硬 度为 33~48HRC 。

计 算 第 一 轴 齿轮 接 触 强 度 , 即 齿轮 7 的 接 触 强 度 接触应力: z  (rz sin  ) / cos 2  ( Zmn sin  ) / cos3   (19  3  sin 20 ) / cos3 27.58  14 c  (rc sin  ) / cos 2  ( Zmn sin  ) / cos3   (33  3  sin 20 ) / cos 3 27.58  24.31 j  0.418 0.418FE 1 1 (  ) b  z b8.4  200 106 1 1 (  ) 23 14 24.31  1198.58MPa其 它 斜 齿 轮 的弯 曲 应 力 及 接 触 应 力的 计 算 同 上 ,在 此就 不 再 重 复 ,计 算结果如下表:12

表 4-2 各 斜 齿 轮 应 力 计 算 结 果 齿轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 齿数 17 40 24 31 29 24 33 19 35 16 齿宽 25 23 23 25 23 25 23 25 23 25 螺旋角 13.69 13.69 20.36 20.36 25.39 25.39 27.58 27.58 29.62 29.62 弯曲应力 接触应力 388.68 346.21 240.09 249.48 200.67 191.81 178.29 170.59 154.19 173.76 1926.91 1926.91 1343.55 1343.55 1260.79 1260.79 1198.58 1198.58 1184.79 1184.79倒 挡 齿 轮 为 直齿 轮 , 倒 挡 齿 轮 的 强度 计 算 如 下 : 弯 曲 应 力 的 计算 : 齿 轮 11 : Z  17, Kf  1.1, K   1.65, y  0.12, b  35w 2TgK  Kf  m3 zKcy 2  390.79  1.65  1.1  3.14  9  17  0.12  35  703.44 MPa齿 轮 12 : Z  37, Kf  0.9, K   1.65, y  0.148, b  25w 2TgK  Kf  m3 zKcy 2  850.5  1.65  0.9  3.14  9  37  0.148  25  696.44 MPa齿 轮 12 : Z  21, Kf  1.1, K  1.65, y  0.128, b  30w 2TgK  Kf  m3 zKcy 2  482.74 1.65 1.1  3.14  9  21 0.128  30  629.14 MPa13

接 触 应 力 的 计算 : 倒 挡 轴 与 中 间轴 啮 合 齿 轮 副 的 计 算:Z 12  17, Z 13  21 , 有 效 啮 合 齿宽 b=30 ㎜ . z  rz sin   mz sin  / 2 8.72 b  rb sin   mz sin  / 2 10.77F  2Tg / d cos   2  390.79 /17  3  cos 20  16.3 j  0.418 0.418FE 1 1 (  ) b  z b16.3  200 1 1 (  ) 103 30 8.72 10.77  1985.02MPa 同 理 可 得 二 轴与 倒 挡 啮 合 齿 轮 副 的接 触 应 力  j j  0.418 0.418FE 1 1 (  ) b  z b16.3  200 1 1 (  ) 103 25 18.98 10.77  1821MPa§ 4.2 轴的强度计算变 速 器 工作 时 ,由 于 齿 轮 上 的圆 周 力 ,径 向 力 和 轴 向 力 作 用,其 轴 要 承 受 转 矩 和 弯矩 。

变 速 器 的 轴 应 由足 够 的 刚 度 和 强 度。

刚 度 大 小 应 以 保 证 齿 轮 能 有 正 确的 啮 合 为 前 提 条 件。

确 定 轴 和 齿 轮 的 尺 寸后 就 可 以 进 行 刚 度 和 强 度 的 计 算 。

轴 的 强 度 和 转 角 可按《 材 料 力 学 》的 有 关 公 式 计 算 。

计 算 时 只 计 算 齿 轮位 置 处 周 的 挠 度 和 转角 。

第 一 轴 啮 合 齿 轮副 ,因 距 离 支 承 点 近 , 负 荷 又 小通 常 挠 度 不 大 , 就 可以 不 必 计 算 。

1. 轴 刚 度计 算 14

若 轴 在 垂 直 面 内 的 挠 的 为 fc , 在 水 平 面 内 挠 度 为 fs 和 转 角  , 则 可 以 用下式计算F 1a 2b 2 fc  3EILfS  F 2 a 2b 2 3EIL(4-6)(4-7)F 1ab(b  a ) 3EIL(4-8)式 中 , F 1 为 齿轮 齿 宽 中 间 平 面 上 的 圆周 力( N ) ; F 2 为 齿 轮齿 宽 中 间 平 面 上 的 径 向 力 ( N ) E 为 弹 性 模 量 ( MPa ) ; I 为 惯 性 矩 , d 为 轴 的 直 径 ( ㎜) 。

2. 轴 的 强 度 计算 作 用 在 齿轮 上 的 径 向 力 和 轴 向力 ,使 轴 在 垂 直 面 内弯 曲 变 形 ,而 圆周 力 使 轴 在 水 平面 内 弯 曲 变 形。

在 求 取 支 点 的 垂 直 平 面 和水 平 面 内 的 支 反 力Fc 和 Fs 之 后 ,计 算 相应 的 弯 矩 M c 和 M s ,轴 在 转矩 Tn 和 弯 矩 的 同 时 作用 下 ,其应力为M 32  W d3(4-9)式 中 , M  Mc 2  MS 2  Tn 2 ( N  ,花键处取内 mm) ; d 为 轴 的 直 径 ( ㎜ ) 径 ; W 为 抗 弯 截 面 系 数 ( mm3 ) 。

MPa。

低 挡 工 作 时 , [ ]  400除 此 之 外 , 对轴 上 的 花 键 , 应 计 算齿 面 的 挤 压 应 力 。

变 速 器 轴 用 与 齿 轮 相 同 的 材 料 制 造。

§ 4.2.1 轴 的 受 力 分 析 与 计 算 ( 1 ) 计 算 中 间 轴 上各 挡 位 工 作 时 齿 轮 对中 间 轴 产 生 的 力 。

直接挡从动轮,d 1  111.69mm,   27.58 , Tg  390.79N  m。

Ft  2Tg / d 1  7 KNFa  Ft  tan   3.66KN15

Fr  Ft tan  / cos   2.87 KN其 它 各 挡 工 作时 , 各 个 齿 轮 对 轴 的力 计 算 方 法 相 同, 在 此 就 不 再 重 复。

计 算 结 果 如 下表 :表 4- 3 中 间 轴 各 齿 轮 对 轴 产 生 的 力 齿轮 2 4 6 8 10 12 直 径( ㎜ ) 螺 旋 角 ( )Fr ( KN ) Ft ( KN ) Fa ( KN )52.49 76.8 96.3 111.69 120.78 51 13.69 20.36 25.39 27.58 29.62 0 5.58 3.95 3.27 2.87 2.71 5.58 14.89 10.18 8.12 7 6.47 15.33 3.63 3.78 3.85 3.66 3.68 0此 变 速 器 是 带副 箱 的 , 所 以 有 中 间轴 承 即 中 间 轴 有 中 间支 承 。

根 据 材 料 力 学叠 加 原 理 ,可 以通 过 已 知 的 各 个 齿 轮 的 作 用 力 ,计 算 出 各 个 轴 承 对 中 间 轴的 支 反 力 。

以 一 挡 工 作 时为 例 , 受 力 简 图 如 下图 :图 4- 1 一 档 工 作 时 中 间 轴 受 力 简 图计 算 结 果 如 下表 :16

表 4-4 各 挡 工 作 时 中 间 轴 上 各 轴 承 的 支 反 力 齿轮 2 4 6 8 10 1 Fa 3.63 3.78 3.85 3.66 3.68 0 Fr 5.58 3.95 3.27 2.87 2.71 5.58 Ft 14.89 10.18 8.12 7 6.47 15.33 RAH -7.89 -3.18 -1.12 6.1 0.11 6.56 RAV 8.45 6.82 6.14 2.5 0.05 -2.33 RBH -14.477 -7.8222 -4.7746 1.29 1.29 -12.13 RBV 6.43307 4.06869 2.98283 0.77949 0.24908 -5.42 RCH 1.25 1.85 1.21 -0.78 -0.39 2.76 RCV 0.77 1.03 0.81 0.32 0.16 -0.7表 中 , Fa , Fr , Ft 分 别 为 各 个 齿 轮 的 轴 向 力 、 径 向 力 和 圆 周 力 ;RAH , RAV , RBH , RBV , RCH , RCV 分 别 为 中 间 轴左 ,中 ,右 三 个 轴 承 对 中间 轴 的 水平 和 垂 直 支 反力 。

第一轴常啮合齿轮副,因距离支承点近,符合又小,通常挠度不大, 故 可 以 不 必 计算 。

§ 4.2.2 中 间 轴 的 强 度 校 核 : 1. 作 出 弯 矩 图 分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩,并按计算结果分别作出 水 平 面 上 的 弯 矩 M H 图 和 垂 直 面 上 的 弯 矩 MV 图 ; 然 后 按 下 式 计 算 出 总 弯 矩 并 作 出 M 图;M  MH 2  MV 2(4-10)以 一 挡 工 作 时 为 例 中 间 轴 受 力 情 况如 下 简 图 ,根据 各 力 对 轴 的 弯 矩 作 弯矩图如下:17

图 4-2 轴 的 载 荷 分 析 图在 弯 矩 和 扭 矩同 时 作 用 下 , 其 应 力为 :M 32M 32  495.49   103  78.9 MPa W d3 3.14  403低 挡 工 作 时 , [  ]  400MPa 所 以 符 合 要 求, 合 格 。

18

其 它 各 挡 工 作时 计 算 方 法 及 过 程 均相 同 , 在 此 就 不 再 重复 。

§ 4.2.3 轴 的 刚 度 校 核F 1a 2b 2 fc  3EILfS  F 2 a 2b 2 3EIL(4-11)(4-12)F 1ab(b  a ) 3EIL(4-13)各 挡 位 工 作 时, 上 式 中 各 值 见 下 表:表 4-5 不 同 挡 位 下 各 参 数 的 值 齿轮 2 4 6 10 12 F1 5.58 3.95 3.27 2.71 5.58 a 229.1 142.7 113.7 118.4 30 b 29 115.4 144.4 25.3 113.7 L 258.1 258.1 258.1 143.7 143.7 F2 14.89 10.18 8.12 6.47 15.33 E 210000 210000 210000 210000 210000 d 44 44 39 37 44 I 183891 183891 113503.2 91951.02 183891分 别 代 入 公 式后 得 到 计 算 结 果 见 下表 :表 4-6 中 间 轴 刚 度 校 核 结 果 齿轮 2 4 6 10 12-0.00025 -5.9E-05 8.93E-05 -9.1E-05 9.57E-05fc 0.00823742 0.03582348 0.04776023 0.00292119 0.00389978fs 0.021981 0.092325 0.118597 0.006974 0.01071419

轴 在 垂 直 平 面 和 水 平 面 内 挠 度 的 允 许 值 为 [ fc ]=0.05~0.1 ㎜ ,[ fs ]= 0.1~0.15 ㎜ 。

齿 轮 在 垂 直 平 面 的转 角 不 应 超过 0.002rad. 所 以 中 间 轴 的刚 度 符 合 要 求 。

其它轴的刚度校核及强度校核方法及计算过程与此相同,在此就不在重 复。

§ 4.2 轴承寿命计算变 速 器 轴 承 在 不 同 挡 位 下 所受 力 不 同 , 但 是 低 速挡 和 倒 挡 的 使 用 率 很 低 , 所 校 核 轴承 时 只 需 校 核 常 用 挡的 轴 承 寿 命 。

以 三 挡 工 作 时中 间 轴 轴 端 轴 承 的 计算 为 例 具 体 计 算 步 骤如 下 : 查 机 械 设 计 手册 可 知 轴 承 7507E 的 C  67.5KN,C0  52.5KN 。

1. 求 两 轴 承 受到 的 径 向 载 荷 F r 1 和 F r 2 将 轴 系 部 件 受 到 的 空 间 力 系分 解 为 铅 垂 面 和 水 平面 两 个 平 面 力 系 。

左 端 轴 承 水 平力 为 Fr1H  5.09KN , 垂 直 力 为 Fr1V = 3 . 6 8 K N ; 右 端 轴 承 水 平力 为 Fr 2 H =1.21KN , 垂 直 力 为 Fr 2V = 0 . 8 1 K N 。

Fr1  Fr1H 2  Fr1V 2  6.28KN , Fr 2  Fr 2 H 2  Fr 2V 2 =2.12KN2. 求 两 轴 承 的计 算 轴 向 力 F a1 和 F a 2 对 于 7000E 型轴 承 ,轴 承 派 生 轴 向力 Fd  Fr /(2Y ) ,由 机 械 设 计 手 册查 得 Y  0.4 cot  ,   14o 。

计 算 得 Y  1. 6 计 算 派 生 轴 向力 :Fd1=Fr1/2Y=6.28/(2 1.6)=1.96KN Fd2=Fr2/2Y=2.12/(2 1.6)=0.66KN计算轴向力:Fa1=Fd1=1.96KNFa2  Fd1-Fae=1.96-0.19=0.94KN20

3. 计 算 轴 承 当量 动 载 荷 由 机 械 设 计 手册 查 得 :e  1.5 cot   0.37Fa1 1.96   0.31e Fr2 2.12对 轴承 1 对 轴承 2 动载荷系数X1=1,Y1=0 X2=0.4,Y2=0.4cot  1.6fp =1.2,则P1  fp(X1Fr1  Y1Fa1)  1.2  (1 6.28  0)  7.54KN P2  fp(X2Fr2  Y2Fa 2)  1.2  (0.4  2.12  1.6  2.71)  6.22KN1 06 C ( )计 算轴 承 寿 命 : 根 据 公 式 Lh  60n P式 中 n 为 三 挡时 中 间 轴 承 的 最 高 转速 , n=2467n/s , C  67.5KNP 取 P1, P 2 中最大值即取 P1 。

Lh 106 C 106 67.5 3 ( ) ( )  4847(h) 60n P 60  2467 7.54以 三 挡 行 驶 速度 为 50 公 里 每小 时 计 算 , 可 以 行 驶 二 十多 万 公 里 , 所 以 所 选 轴 承 符 合 寿命 要 求 。

其 它 常 用 挡 的轴 承 寿 命 计 算 方 法 及步 骤 一 样 , 在 此 就 不再 重 复 。

考 虑 到 一 二 挡及 倒 挡 使 用 时 间 很 少, 所 以 就 不 用 计 算 。

21

第五章变速器操纵机构及结构元件§ 5.1变速器操纵机构根 据 汽 车 使 用条 件 的 需 要 ,驾驶 员 利 用 变 速 器 的 操 纵 机构 完 成 选 挡 和 实 现 换 挡 或 退空 挡 。

变 速 器 操 纵 机构 应 该 满 足 如 下 要 求:换 挡 时 只 能 挂 入 一 个 挡 位 , 换 挡 后 应 使 齿 轮 在 全 吃长 上 啮 合 , 防 止 自 动 脱 挡 或 自 动 挂 挡, 防 止 误 挂 倒 挡, 换 挡 轻 便 。

用 于 机 械 式 变速 器 的 操 纵 机 构 ,常 见 的 是 有 变 速 杆 、拨 快 、拨 叉 、变 速 叉 轴 及 互 锁、自 锁 和 倒 挡 锁 装 置等 主 要 零 件 组 成,并 依 靠 驾 驶 员 手 力 完 成 选 挡 、 换 挡或 倒 挡 工 作 , 称 为 手动 换 挡 变 速 器 。

此 变 速 器 采 用 直 接 操 纵 手 动 换 挡 操纵 机 构 当 变 速 器 布 置在 驾 驶 员 座 椅 附 近 时, 可 将 变 速 杆 直 接 按在 变 速 器 上 , 并 依 靠 驾 驶 员手 力 和 通 过 变 速 杆 直接 完 成 换 挡 功 能 的 手动 换 挡 变 速 器,称 为 直 接 操 纵 变速 器 。

这 种 操 纵 方 案结 构 最 简 单 , 已 得 到广 泛 应 用§ 5.2变速器结构元件1. 变 速 器 齿 轮 变速器齿轮可以和轴设计为一体或者与轴分开,然后用花键、过盈配 合 或 者 滑 动 支承 等 方 式 之 一 与 轴 连接 。

齿 轮 尺 寸 小 又 与 轴 分 开 时 , 其内 径 直 径 到 齿 根 圆 处的 厚 度 b 影 响 齿 轮 强 度 。

要去 尺 寸 b 应 该 大 于 或 者 等于 齿 轮 危 险 截 面 处 的厚 度 ,为 了 使 齿 轮 装 在 轴 上 以 后保 持 足 够 大 的 稳 定 性 ,齿 轮 轮 毂 部 分 的宽 度 尺 寸 C ,在 结 构 允 许 条 件 下 应该 尽 可 能 取 大 些 , 至少 满 足 尺 寸 C= ( 1.2~1.4 ) c. 变 速 器 齿 轮 齿 面 的 表 面 粗 糙 度 应 在 RC 0.80~ RC 0.40  m 范 围 内 选 用 。

要 求 齿 轮 制 造 精 度 不 低于 7 级 , 2. 变 速 器 轴 变 速 器 轴 多 数情 况 下 经 轴 承 安 装 在壳 体 的 轴 承 孔 内,第 一 轴 前 端 和 中 间 轴式 变 速 器 的 第 二 轴 前端 ,分 别 装 在 飞 轮 22

内 腔 ,第一 轴 常 啮 合 齿 轮 的 内 腔 里。

倒 挡 轴 为 固 定 压 入壳 体 孔 中 并 固 定 不 动的光轴。

由上述可知,变速器轴上装有轴承、齿轮、轴套等零件有的轴上又有 矩 形 花 键,所 以 设 计 时 不 仅 要 考 虑装 配 上 的 可 能 ,而 且 应 当 可 以 顺 利 的 拆 下 轴 上 各 零 件, 此 外 还 应 当 注 意 工艺 上 的 有 关 问 题 。

3. 同 步 器 设 计 同 步 器 有 常 压式 、惯 性 增 力 式 和 惯性 式 三 种 。

常 压 式 同步 器 结 构 虽 然 简 单 , 但 有 不能 保 证 啮 合 件 在 同 步状 态 下 ( 即 角 速 度 相等 ) 换 挡 的 缺 点, 现 已 不 用 。

得到 广 泛 应 用 的 是 惯 性式 同 步 器 , 结 构 如 下图 :图 5-1 锁 环 式 同 步 器1- 啮 合 套 座2 、 7- 锁 环 ( 同 步 锥 环 ) 3- 滑 块4- 钢 球5- 啮 合 套6- 弹 簧23

4. 变 速 器 壳 体 变 速 器 壳 体 尺寸 应 该 尽 可 能 小 ,同 时 质量 也 要 小 ,并 有 足 够大 的 刚 度, 来 保 证 轴 和 轴承 工 作 时 不 会 歪 斜 。

为 了 加 强 壳 体的 刚 度 , 在 壳 体 上 应该 设 计 加 强 肋 。

为 了 注 油 和 放油 ,在 变 速 器 壳 体 上设 计 有 注 油 孔 和 放 油孔 ,注 油 孔 应 设 计 在 润 滑 油所 在 平 面 处 同 时 利 用它 作 为 检 查 油 面 的 检查 孔 ,放 油 孔 应 设 计 在 变 速 器 壳体 最 低 处 。

为 了 减 小 质 量, 变 速 器 壳 体 采 用 铝合 金 铸 造 是 壁 厚 取 3.5~4mm 。

采 用 铸 铁 壳 体 时 壁 厚 取 5~6mm 。

增 加 壳 体 壁厚 , 虽 然 能 提 高 壳 体的 刚 度 和 强 度 , 但 会 使 质 量 增 加, 并 且 消 耗 材 料 , 提高 了 成 本 。

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第六章结 论本 此 设 计是 设 计 柴 油 SUV 变 速器 ,伴 随 汽 车 工 业 的发 展 与 成 熟 变 速 器 也 不 断 走 向 成熟 ,但 其 传 统 设 计 理念 ,方 法 ,经 验 仍 需 不 断 地 坚 持 、改 进 和继承。

我 认 为 本 次 设 计 的 变 速 器 有 以 下 特 点 。

1. 采 用 主 副 变 速 箱 , 传 动 比 变 化 大 可 以 满 足 不 同 工 况 要 求 ; 2. 结 构 简 单 , 易 于 生 产 , 使 用 和 维 修 方 便 ,价 格 低廉 ; 3. 换 档 平 稳 、可 靠 ,噪 声 低 ,使 用寿 命 长 ; 4. 变 速 器 采 用 直 接 操 纵 机构 , 结 构 简 单 , 安 装方 便 。

此 外 ,变 速 器 的 设 计 涉 详 细 DWG 图 纸 请 加 :三 二 ③ 1 爸 爸 五 四 0 六全套资料低价拾元起及 全 面 系 统 机 械 知 识 、汽 车 理 论以 及 生 产 实 践 经 验 ,且 受 本 人 水 平 所 限 ,设 计存 在 许 多 不 足 之 处 。

本 次 设 计 中 在 各 齿 轮 参 数选 择 上 是 按 受 力 最 大 的 那 个 齿 轮强 度 选 择 的 ,因 此在 一 挡 、倒 档 满 足 强 度的 情 况 下 ,其 他 各 档 及 常 啮 合 齿轮 强 度 会 有 很 大 富 余,这 样 会 使 变 速 器 结构 变 大 ,因 此 本次 设 计 的 不 理 想之 处 是 未 能 实 现 等 强度 设 计 ,未 能 达到 优 化 设 计 的 要 求 。

同 时 在 说 明 书 中符 号 的 使 用 上 有 点 乱。

本 次 设 计 是 对我 所 学 知 识 的 一 次 综合 检 验 和 全 面 考 察。

通 过 这 次 设 计 不 仅 使 我 加 深了 对 专 业 知 识 的 理 解,也 提 高 了 自 己 独 立思 考 问 题 、解 决 问 题 的 能 力。

最 终 在 规 定 时 间 内 较 完整 地 完 成 了 设 计 任 务 ,达 到 了 系 统 的 学 习 运 用 专 业 知识 , 提 高 个 人 工 作 学习 能 力 和 锻 炼 团 队 合作 精 神 的 目 的 。

25

参考文献[1] 徐 灏 , 邱 宣 怀 , 蔡 春 源 等 . 机 械 设 计 手 册 ( 第 四 卷 ) . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 1991 : [2] 徐 灏 , 邱 宣 怀 , 蔡 春 源 等 . 机 械 设 计 手 册 ( 第 三 卷 ) . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 1987 : [3] 王 望 予 . 汽车 设 计 . 第 四 版 . 北 京: 机 械 工 业 出 版 社 , 2004 : [4] 王 昆 , 何 小 柏 , 汪 信 远 . 机 械 设 计 课 程 设 计 . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2003 : [5] 濮 良 贵 , 纪 名 刚 . 机 械 设 计 . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社, 1999 : [6] 刘 惟 信 . 机械 可 靠 性 设 计 . 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 1996 : [7] 侯 洪 生 . 机械 工 程 图 学 . 北 京 : 科 学 出 版 社 , 1999 : [8] 阎 荫 棠 . 几何 量 精 度 设 计 与 检 测 . 北 京 : 机 械 工 业 出版 社 , 1995: [9] 陈 家 瑞 . 汽车 构 造 . 第 三 版 . 北 京: 机 械 工 业 出 版 社 , 2004 : [10] 诸 文 农 . 底 盘 设 计 ( 上 册 ) . 北 京 : 机 械 工 业 出 版社 , 1981 : [11] 余 志 生,赵 六 奇 ,夏 群 生 . 汽 车 理 论 . 第 三 版 . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社, 2000 : [12] 臧 杰 , 阎岩 . 汽 车 构 造 ( 下 册) . 北 京 : 机 械 工 业出 版 社 , 2005 : [13] 刘 鸿 文 . 简 明 材 料 力 学 . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2000 : [14] 孙 桓 , 陈作 模 . 机 械 原 理 . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社, 2004 : [15] 编 纂 委 员会 . 汽 车 百 科 全 书 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版社 , 1992 : 26

[16] 吉 林 工 业 大 学 拖 拉 机 教 研 室 编 . 拖 拉 机 构 造 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 1974. [17] 吉 林 工 业 大 学 程 悦 荪 主 编 . 拖 拉 机 设 计 . 北 京 : 中 国 农 业 机 械 出 版 社 , 1981. [18] 吉 林 工 业大 学 、北 京 农 机 学 院等 主 编 . 拖 拉 机 地 盘 结 构 设 计 图 册 . 机 械 工 业 出 版 社 , 1974.致 谢详 细 DWG 图 纸 请 加 : 三 二 ③ 1 爸 爸 五 四 0 六全套资料低价拾元起27

2007 年 6 月28

 
 

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