0.75噸級(jí)商用車(chē)機(jī)械式變速器設(shè)計(jì).doc

目錄1、機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定22、變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì)32.1、傳動(dòng)比的確定32.1.1、驅(qū)動(dòng)橋主減速器傳動(dòng)比的選擇32.1.2、變速器頭檔傳動(dòng)比的選擇42.2、中心距52.3、軸向尺寸52.4、齒輪參數(shù)62.4.1、齒輪模數(shù)62.4.2、各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定62.5、齒輪材料的選擇92.5.1、滿(mǎn)足工作條件的要求92.5.2、合理選擇材料配對(duì)92.5.3、考慮加工工藝及熱處理工藝103、校核軸和齒輪103.1、計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩103.2、齒輪強(qiáng)度計(jì)算113.3、軸及軸上支撐校核173.3.1軸的工藝要求173.3.2軸的強(qiáng)度計(jì)算173.3.3軸的剛度計(jì)算184、軸承的選擇和校核195、建模216、總結(jié)22參考文獻(xiàn)231、機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定變速器的功用是根據(jù)汽車(chē)在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭 矩和轉(zhuǎn)速，使汽車(chē)具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證汽車(chē)倒車(chē)以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率輸出裝置。對(duì)變速器的主要要求是：應(yīng)保證汽車(chē)具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車(chē)整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽車(chē)載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車(chē)使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來(lái)滿(mǎn)足這一要求。工作可靠，操縱輕便。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過(guò)采用同步器和預(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng)換檔來(lái)實(shí)現(xiàn)。重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。傳動(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。2、變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì)表2-1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表發(fā)動(dòng)機(jī)位置前置發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)DA465Q排量（升）1.0L進(jìn)氣形式自然吸氣汽缸數(shù)4個(gè)最大功率35kW最大轉(zhuǎn)速2100r/min(rpm)最大扭矩74N.m燃料類(lèi)型汽油環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)國(guó)4考慮到車(chē)的最高車(chē)速只有80km/h,所以本變速器選擇4檔設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求的數(shù)據(jù)有：載貨量：0.75t 最大總質(zhì)量：1.68t 最高車(chē)速：80km/h 比功率：16kwt-1 比轉(zhuǎn)矩：30Nmt-12.1、傳動(dòng)比的確定2.1.1、驅(qū)動(dòng)橋主減速器傳動(dòng)比的選擇在選擇驅(qū)動(dòng)橋主減速器傳動(dòng)比時(shí)，首先可根據(jù)汽車(chē)的最高車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、車(chē)輪參數(shù)來(lái)確定，其值可按下式計(jì)算： （3-1）式中：汽車(chē)最高車(chē)速，km/h； 最高車(chē)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，一般=（0.91.1），其中為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，r/min；這里取為1，則 =1=12800=2800車(chē)輪半徑，m。取=1；根據(jù)公式（3-1）可得：2.1.2、變速器頭檔傳動(dòng)比的選擇（1）在確定變速器頭檔傳動(dòng)比時(shí)，需考慮驅(qū)動(dòng)條件和附著條件。為了滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)條件，其值應(yīng)符合下式要求：式中：汽車(chē)的最大爬坡度，初選為16.7o。為了滿(mǎn)足附著條件，其大小應(yīng)符合下式規(guī)定：式中：驅(qū)動(dòng)車(chē)輪所承受的質(zhì)量，kg；由于第一章中后軸軸荷分配暫定為70%，故=244570%=1711.5kg 附著系數(shù)。0.7-0.8之間，取=0.8。（2）各擋傳動(dòng)比確定：由于在2.354.33取=3.7，且=1按等比數(shù)級(jí)分配各擋傳動(dòng)比,= 則q=1.54,=3.7，=q2=2.39，=q3=1.54，=1 參考中國(guó)汽車(chē)零配件大全，選取變速箱，型號(hào)為MSGSE，確定各檔傳動(dòng)比如下表2-2 變速器檔位參數(shù)參數(shù)品牌系列型號(hào)重量1-4擋傳動(dòng)比倒檔江鈴TFR54MSGSE38kgig1=3.7ig2=2.39ig3=1.54ig4=13.272.2、中心距中心距對(duì)變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距、應(yīng)能保證齒輪的 強(qiáng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初定： 式中 KA-中心距系數(shù)。對(duì)轎車(chē)，K A=8.99.3；對(duì)貨車(chē)，K A =8.69.6； 為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；為變速器一檔傳動(dòng)比 為變速器傳動(dòng)效率， 取96% 取代入數(shù)據(jù)求得：A=56.42mm 2.3、軸向尺寸變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。轎車(chē)四檔變速器殼體的軸向尺寸3.03.4A。貨車(chē)變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)：四檔(2.22.7)A五檔(2.73.0)A六檔(3.23.5)A當(dāng)變速器選用常嚙合齒輪對(duì)數(shù)和同步器多時(shí)，中心距系數(shù)KA應(yīng)取給出系數(shù)的上限。為方便A取整，得殼體的軸向尺寸是變速器殼體的最終軸向尺寸應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。2.4、齒輪參數(shù)2.4.1、齒輪模數(shù)選取壓力角、螺旋角和齒寬b壓力角選取國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角螺旋角根據(jù)貨車(chē)變速器的可選范圍為選取齒輪的 根據(jù)斜齒輪的 取 則2.4.2、各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、 傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié) 合本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明分配各檔齒數(shù)的方法。（1）確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)比ig1=Z2Z7 / Z1Z8先求其齒數(shù)和Zh：Zh = 2A / mn其中A=56.42、mn=3；故有Zh=37.61。中間軸上一檔的齒輪的齒數(shù)可在1217之間選用，現(xiàn)選用Z8= 14則Z7=24上面根據(jù)初選的A及計(jì)算出的不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，這時(shí)應(yīng) 從及齒輪變位系數(shù)反過(guò)來(lái)計(jì)算中心距A，再以這個(gè)修正后的中心距作為以 后計(jì)算的依據(jù)。這里修正為38反推得A=57mm。（2）確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比 代入數(shù)據(jù)得：而常嚙合齒輪傳動(dòng)齒輪的中心距與一擋齒輪的中心距相等，即： 解方程并取整得 （3）確定其他擋位齒輪的齒二擋傳動(dòng)比由于各擋齒輪選取同樣的模數(shù)，故有： 由式（2-5）和式（2-6）代入數(shù)據(jù)解方程并取整得：三擋傳動(dòng)比由于各擋齒輪選取同樣的模數(shù)，故有： 由式（2-5）和式（2-6）代入數(shù)據(jù)解方程并取整得：（4）確定倒檔齒輪的齒數(shù)一般情況下，倒檔傳動(dòng)比與一檔傳動(dòng)比較為接近，在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比取3.2而通常情況下，倒檔軸齒輪取2123，此處取=23。計(jì)算中間軸與倒檔軸的中心距A=12m(Z8+Z10)計(jì)算得A=55.5mm為保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪8和齒輪9的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，則齒輪9的齒頂圓直徑De9應(yīng)為De82+0.5+De92=ADe9=2A-De8-1計(jì)算得De9=62mm則重新計(jì)算A=55.5mm 表2-3 齒輪參數(shù)表齒數(shù)齒寬b齒輪形式Z11421正齒輪z22318正齒輪Z31721右旋螺旋齒輪Z41918左旋螺旋齒輪Z52021右旋螺旋齒輪Z61518左旋螺旋齒輪Z72321正齒輪Z81418正齒輪Z91818正齒輪Z102418正齒輪其他模數(shù)壓力角螺旋角32020 2.5、齒輪材料的選擇2.5.1、滿(mǎn)足工作條件的要求 不同的工作條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。2.5.2、合理選擇材料配對(duì) 如對(duì)硬度350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在3050HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料。2.5.3、考慮加工工藝及熱處理工藝 變速器齒輪滲碳層深度推薦采用下列值： 時(shí)滲碳層深度0.81.2 時(shí)滲碳層深度0.91.3 時(shí)滲碳層深度1.01.3表面硬度HRC5863；心部硬度HRC3348對(duì)于氰化齒輪，氰化層深度不應(yīng)小于0.2；表面硬度HRC485312。對(duì)于大模數(shù)的重型汽車(chē)變速器齒輪，可采用25CrMnMO，20CrNiMO，12Cr3A等鋼材，這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶面粒。3、校核軸和齒輪3.1、計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為74 Nm齒輪傳動(dòng)效率99%，離合器傳動(dòng)效率99%，軸承傳動(dòng)效率96%。I軸 T1=Temaxn離n承=74x0.99x0.96=70.33Nm中間軸 T2=T1n齒n承i2-1=70.33x0.96x0.99x23/13=118.26NmII軸 一擋 T31=T2n齒n承i7-8=118.26x0.99x0.96x24/14=192.67Nm 二擋 T32=T2n齒n承i5-6=118.26x0.99x0.96x21/16=147.52Nm 三擋 T33= T2n齒n承i3-4=118.26x0.99x0.96x17/20=95.53Nm 四擋 T34= T1n齒n承 =70.33x0.99x0.96 =66.84Nm 倒擋 T倒= T2（n齒n承）2 i10-8=118.26x（0.99x0.96）2x23/14=175.49Nm3.2、齒輪強(qiáng)度計(jì)算（1）倒檔直齒輪彎曲應(yīng)力式中：彎曲應(yīng)力（MPa）；計(jì)算載荷（N.mm）；應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.65；摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，對(duì)彎曲應(yīng)力的影響也不同；主動(dòng)齒輪=1.1，從動(dòng)齒輪=0.9；齒寬（mm）；模數(shù)；齒形系數(shù)。當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，一、倒擋直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400850MPa，貨車(chē)可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。計(jì)算倒擋齒輪8、10的彎曲應(yīng)力 ， Z8=14 Z10=23 =175.49N.m，=118.26N.m=371.53MPa400850MPa=256.14MPa400850MPa（2）斜齒輪彎曲應(yīng)力 （2.2）式中：計(jì)算載荷（Nmm）；法向模數(shù)（mm）；齒數(shù)；斜齒輪螺旋角（）；應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50；齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得；齒寬系數(shù)=7.0重合度影響系數(shù)，=2.0。（1）計(jì)算一擋齒輪7、8的彎曲應(yīng)力 ，=164.57MPa400800MPa=160.38MPa400800MPa（2）計(jì)算二擋齒輪5、6的彎曲應(yīng)力=129.98MPa100250MPa=90.24MPa100250MPa（3）計(jì)算三擋齒輪3、4的彎曲應(yīng)力=105.63MPa250MPa=118.68MPa100250MPa輪齒接觸應(yīng)力j 式中：輪齒的接觸應(yīng)力（MPa）；計(jì)算載荷（N.mm）；節(jié)圓直徑(mm)；節(jié)點(diǎn)處壓力角（），齒輪螺旋角（）；齒輪材料的彈性模量（MPa）；齒輪接觸的實(shí)際寬度(mm)；、主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm)，直齒輪、，斜齒輪、；、主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)。將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表2-4。表2-4變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一擋和倒擋190020009501000常嚙合齒輪和高擋13001400650700計(jì)算一擋齒輪7、8的接觸應(yīng)力 d81=14x3=42 d71=24x3=72=7.18mm =12.31mm =898.45MPa19002000MPa =921.61MPa19002000MPa計(jì)算二擋齒輪5，6的接觸應(yīng)力d61=16x3=48 d51=21x3=63=9.81mm =12.87mm = =793.15MPa13001400MPa =829.27MPa13001400MPa計(jì)算三擋齒輪3，4的接觸應(yīng)力d41=20x3=60 d31=17x3=51=12.26mm =10.42mm = =705.23MPa13001400MPa =723.42MPa13001400MPa 常嚙合齒輪1，2的接觸應(yīng)力d21=23x3=69 d11=13x3=39=7.97mm =14.10mm = =791.88MPa13001400MPa =771.99MPa13001400MPa計(jì)算各擋齒輪的受力（1）一擋齒輪7，8的受力 （2）二擋齒輪5，6的受力（3）三擋齒輪3，4的受力 （4）倒擋齒輪10的受力d10=23x3=69 =175.49N.m, =118.26N.m3.3、軸及軸上支撐校核3.3.1軸的工藝要求倒擋軸為壓入殼體孔中并固定不動(dòng)的光軸。變速器第二軸視結(jié)構(gòu)不同，可采用滲碳、高頻、氰化等熱處理方法。對(duì)于只有滑動(dòng)齒輪工作的第二軸可以采用氰化處理，但對(duì)于有常嚙合齒輪工作的第二軸應(yīng)采用滲碳或高頻處理14。第二軸上的軸頸常用做滾針的滾道，要求有相當(dāng)高的硬度和表面光潔度，硬度應(yīng)在HRC5863，表面光潔度不低于8。對(duì)于做為軸向推力支承或齒輪壓緊端面的軸的端面，光潔度不應(yīng)低于7，并規(guī)定其端面擺差。一根軸上的同心直徑應(yīng)可控制其不同心度。對(duì)于采用高頻或滲碳鋼的軸，螺紋部分不應(yīng)淬硬，以免產(chǎn)生裂紋。對(duì)于階梯軸來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證工藝簡(jiǎn)單，階梯應(yīng)盡可能少。3.3.2軸的強(qiáng)度計(jì)算初選軸的直徑已知中間軸式變速器中心距=57mm，第二軸和中間軸中部直徑，軸的最大直徑和支承距離的比值：對(duì)中間軸，=0.160.18；對(duì)第二軸，0.180.21。第一軸花鍵部分直徑（mm）可按式（5.1）初選 式中：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=4.04.6；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m）。第一軸花鍵部分直徑=16.7919.31mm取20mm；第二軸最大直徑=25.6534.2mm取30mm；中間軸最大直徑=25.6534.2mm取=30mm第二軸：；第一軸及中間軸：第二軸取= 250 mm；中間軸支承之間的長(zhǎng)度取=225mm，第一軸支承之間的長(zhǎng)度， = 100mm表3-1 軸的尺寸長(zhǎng)度mm最大軸徑mm輸入軸10020中間軸22530輸出軸250303.3.3軸的剛度計(jì)算對(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，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。軸的全撓度為mm。軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為=0.050.10mm，=0.100.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)0.002rad。變速器輸入軸和輸出軸的剛度校核一檔工作時(shí)軸上受力分析NN輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算：已知：a=70mm；b=30mm；L=100mm；d=30mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：=mmmmmmrad4、軸承的選擇和校核中間軸軸承的選擇與壽命計(jì)算初選軸承型號(hào)根