變速器的設(shè)計(jì)輿計(jì)算.pdf

機(jī)械 CAD 收集整:機(jī)械 CAD 收集整: 汽技朮盟：johns_01 汽技朮盟：johns_01 E-mail:johns_01163.com E-mail:johns_01163.com 本資自網(wǎng)絡(luò)僅供考使用，有涉及版權(quán)請(qǐng)信告知?jiǎng)h除處! 本資自網(wǎng)絡(luò)僅供考使用，有涉及版權(quán)請(qǐng)信告知?jiǎng)h除處! 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 一 齒輪的損壞形式一 齒輪的損壞形式 分三種：輪齒折斷，齒面疲勞剝落，移動(dòng)換檔齒輪端部破壞。 輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒再重復(fù)載 荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中 出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。 齒輪工作時(shí)，一對(duì)相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓 升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn) 生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。 用移動(dòng)齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪存在 角速度茶，換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。 二 齒輪強(qiáng)度計(jì)算二 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 與其他機(jī)械行業(yè)相比，不同用途汽車(chē)的變速器齒輪使用田間仍是相似 的。此外，機(jī)車(chē) 變速器齒輪用的材料，熱處理方法，加工方法，精度級(jí)別，支承方式也基本一致。如汽車(chē)變 速器齒輪用低碳鋼制作，采用剃赤和磨赤精加工 ，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒 輪精度為 JB17983，6 級(jí) 和 7 級(jí)。因此，用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì) 算公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)齒輪， 同樣可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。 下面介紹的是計(jì)算汽車(chē)變速器齒輪 強(qiáng)度用的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。 1 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （1） 直齒輪彎曲應(yīng)力 6w=F1K6Kf/bty 因?yàn)辇X輪節(jié)圓直徑 d=mz，z 為齒數(shù)，帶入上 式得 6W =F1KA /btyK 一，倒檔直齒輪作用彎曲應(yīng)力在 400850N/mm,貨車(chē)可取下限。 （2） 斜齒輪彎曲應(yīng)力 6w=F1K6/bytKE,y 為齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) zn=z/cos3b 察得 重合度系數(shù)為 2。 得斜齒彎曲應(yīng)力 6W =2TgcosbK6/zmn 3 yKc K 。 。 。 。 。 。 。 。 2輪齒接觸應(yīng)力計(jì)算 j =0.418 FE b ( 1 z+ 1 b) 表 3表 31 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力1 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力 i(Nmm -2) 齒輪 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一擋和倒擋 1900-2000 950-1000 常嚙合齒輪和高擋 1300-1400 650-700 變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與芯部的高韌性相結(jié)合，能大大提 高齒輪的耐磨性及抗彎取疲勞和接觸疲勞的能力。 在選用鋼材及熱處理時(shí)， 對(duì)切削加工性能 及成本也應(yīng)考慮。值得指出的是，對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理以后，齒輪彎曲疲勞壽命 和接觸疲勞壽命都能提高。 齒輪在熱處理之后進(jìn)行磨齒， 能消除齒輪熱處理的變形； 磨齒齒輪精度高于熱處理前剃齒和擠齒齒輪精度，使得傳動(dòng)平穩(wěn)、效率提高；在同 樣負(fù)荷的條件下，磨齒的彎曲疲勞壽命比剃齒的要高。 國(guó)內(nèi)汽車(chē)變速器齒輪材料主要用20CrMnTi、 20Mn2TiB、 16MnCr5、 20MnCr5、 25MnCr5。 滲碳齒輪表面硬度為5863HRC，芯部硬度為3348HRC。 三 軸的強(qiáng)度計(jì)算三 軸的強(qiáng)度計(jì)算 變速器工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，其軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。 變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。 因?yàn)閯偠炔蛔愕妮S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形， 破壞了齒輪的正確 嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。所以設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)，其剛度大 小應(yīng)以保證齒輪能實(shí)現(xiàn)正確的嚙合為前提條件。 對(duì)齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。前者使齒輪 中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，如圖315所示，致使沿 齒長(zhǎng)方向的壓力分布不均勻。 初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。欲求中間軸式變速器第一軸的支 點(diǎn)反作用力，必須先求第二軸的支點(diǎn)反力。擋位不同，不僅圓周力、徑向力和軸向力不同， 而且力到支點(diǎn)的距離也有變化， 所以應(yīng)當(dāng)對(duì)每個(gè)擋位都進(jìn)行驗(yàn)算。 驗(yàn)算時(shí)將軸看做鉸接支承 的梁。作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取Temax。 軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按材料力學(xué)有關(guān)公式計(jì)算。計(jì)算時(shí)僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓 度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點(diǎn)近、負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必 計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如圖316所示時(shí)， 若軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，則可分別用下式計(jì)算 c f s f EIL baF fc 3 22 1 = EIL baF fs 3 22 2 = EIL ababF 3 )( 1 = 式中，F(xiàn)1為齒輪齒寬中間平面上的圓周力(N)；F2為齒輪齒寬中間平面上的徑向力(N)；E為彈 性模量(MPa)，E=2.1X10 5MPa；I為慣性矩(mm4)，對(duì)于實(shí)心軸：I=d4/64；d為軸的直徑(mm)， 花鍵處按平均直徑計(jì)算；a、b為齒輪上作用力距支座A、B的距離；L為支座間距離。 如果用和分別表示軸在垂直面和水平面的撓度，則軸的全撓度為 c f s ff 22 sc fff+= 0.2mm。 軸在垂直面和水平面撓度的允許值為=005010mm，=010015mm。 齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)0.002rad。 c f s f 與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪，常通過(guò)青銅襯套或滾針軸承裝在軸上，也有的 省去襯套或滾針軸承直接裝在軸上，這就能夠增大軸的直徑，因而使軸的剛度增加。 作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi) 彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力Fc和Fs之后，計(jì)算相應(yīng)的彎矩