某載重貨車變速箱齒輪組設(shè)計說明書

畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目某載重貨車變速箱齒輪組設(shè)計系名稱專業(yè)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)老師目錄TOC\o"1-3"\h\u29854第一章變速器的分類和種類 第一章變速器的分類和種類1.1課題研究意義與背景當(dāng)今世界國際汽車工業(yè)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大重組,由于全球汽車工業(yè)生產(chǎn)能力過剩,產(chǎn)品開發(fā)成本大幅度提高,促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐明顯加快。汽車工業(yè)聯(lián)盟成為世界汽車工業(yè)發(fā)展的潮流,90%以上大汽車公司的“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”,使之形成集團(tuán)優(yōu)勢,更具競爭力。國際汽車市場競爭的實質(zhì)是現(xiàn)代科技的較量,技術(shù)創(chuàng)新能力正成為競爭取勝的關(guān)鍵。2010年我國汽車銷量創(chuàng)全球歷史新高,乘用車需求結(jié)構(gòu)向多樣化發(fā)展,重型貨車和大客車引領(lǐng)商用車市場全面增長,小排量汽車需求受政策影響明顯。未來我國汽車需求環(huán)境中的有利和不利因素并存,宏觀經(jīng)濟(jì)繼續(xù)增長,但不確定性因素有所增加;刺激政策陸續(xù)退出,一線城市市場控制趨于嚴(yán)格;節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進(jìn)入實際操作階段;汽車消費(fèi)成本面臨繼續(xù)上升的壓力。2011年我國汽車消費(fèi)進(jìn)入普及期,汽車需求重心將逐步向二、三線地區(qū)延伸,汽車市場需求結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生新的變化。關(guān)于中國汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀,從兩個角度來說,宏觀角度與微觀角度。宏觀上,中國在2001年12月11日加入了世界貿(mào)易組織,國外的廠商陸續(xù)進(jìn)入了中國市場,使得競爭進(jìn)一步激烈;微觀上,企業(yè)面臨不得不降價的處境,處在虧損的邊緣。中國加入世貿(mào)組織,我國的汽車進(jìn)口關(guān)稅就一直在下調(diào),這是履行WTO的義務(wù),同時也是為了進(jìn)一步鼓勵競爭,優(yōu)化中國市場。在2004年底,中國的加權(quán)平均關(guān)稅水平下調(diào)到了8.9%。2006年7月1日,我國汽車進(jìn)口關(guān)稅下調(diào)到25%。這都是為了履行WTO的義務(wù)。同時,中國早在80年代的時候,就已經(jīng)形成了近百家汽車企業(yè)的混亂局面,所以國家降低關(guān)稅,就會下降國外汽車在國內(nèi)市場的銷售價,使得其更具競爭力,從而使一些比較落后的國內(nèi)企業(yè)的售價就會相對較高,使得其不得不退出市場,達(dá)到優(yōu)化市場的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展,汽車的各項性能也日臻完善?，F(xiàn)代汽車已成為世界各國國民經(jīng)濟(jì)和社會生活中不可缺少的交通工具?，F(xiàn)代汽車除了裝有性能優(yōu)良的發(fā)動機(jī)外還應(yīng)該有性能優(yōu)異的傳動系與之匹配才能將汽車的性能淋漓盡致的發(fā)揮出來,因此汽車變速器的設(shè)計顯得尤為重要。1.2變速器的分類（1）按傳動比變化的方式：有級式、無級式和綜合式。有級式：有級式變速器應(yīng)用最廣泛，它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用的齒輪輪系不同：有軸線固定式（普通齒輪變速器）和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器（行星齒輪變速器）兩種。目前，轎車和輕、中型貨車的變速器的傳動比通常有3~5個前進(jìn)檔和一個倒擋。在重型汽車用的是組合式變速器，采用更多的檔位，一般由兩個變速器組成。無級式：無級式變速器的傳動比在一定的范圍內(nèi)可以按無限多級變化。常見的有電力式和液力式(動液式)兩種。電力式的在傳動系中也用廣泛采用的趨勢，其變速傳動部件為直流串激電動機(jī)。液力式的傳動部件是液力式變矩器。綜合式：綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機(jī)械式變速器。其傳動比可以在最大值和最小值之間的幾個間斷范圍內(nèi)作無級變化，目前的應(yīng)用較為廣泛。（2）按操縱方式分：強(qiáng)制操縱式自動操縱式和半自動操縱式。強(qiáng)制操縱式變速器靠駕駛員直接操縱變速桿換擋，為大多數(shù)汽車所采用。自動操縱式變速器的傳動比選擇(換擋)是自動進(jìn)行的。駕駛員只需操縱加速踏板，即可控制車速。半自動操縱式變速器有兩種形式。一種是常見的幾個檔位自動操縱，其余的檔位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來換擋。1.3常見變速器的種類有手動變速器（MT）、電控液壓自動變速器（AT）、電控?zé)o級自動變速器（CVT）、電控機(jī)械自動變速箱（AMT）、電控雙離合自動變速器（DSG）等。1）MT——手動變速器手動變速器，也稱手動擋，英文全稱為manualtransmission，簡稱MT，即用手撥動變速桿才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達(dá)到變速的目的。踩下離合時，方可撥得動變速桿。手動變速箱的工作原理:手動變速箱是有不同齒比的齒輪組構(gòu)成的，它工作的基本原理就是通過切換不同的齒輪組，來實現(xiàn)齒比的變換。作為分配動力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，變速箱必須有動力輸入軸和輸出軸這兩大件，再加上構(gòu)成變速箱的齒輪，就是一個手動變速箱最基本的組件。動力輸入軸與離合器相連，從離合器傳遞來的動力直接通過輸入軸傳遞給齒輪組，齒輪組是由直徑不同的齒輪組成的，不同的齒輪比例所達(dá)到的動力傳輸效果是完全不同的，平常駕駛中的換擋也就是指換齒輪比。優(yōu)點：它結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，制造和維護(hù)成本低廉，且傳動效率高（理論上會更省油），另外，由于是純機(jī)械控制，換擋反應(yīng)快，且可以更直接的表現(xiàn)駕駛者的意愿，因此也更富駕駛樂趣，這些都是手動變速箱的優(yōu)點。缺點：不過相比自動變速箱，它操作繁瑣，而且在擋位切換時頓挫明顯的劣勢也是無法彌補(bǔ)的。AT——電控液壓自動變速器AT是目前應(yīng)用最為廣泛的自動變速箱之一,神奇的是他的前身是液壓自動變速箱,不需要電控即可完成自動換擋。主要結(jié)構(gòu):殼體、變矩器、油泵、閥體、行星齒輪機(jī)構(gòu)、離合器、軸、密封圈、濾網(wǎng)、ATF、墊片等。特點:換擋頻率高,換擋舒適性好,減緩駕駛疲勞;傳遞效率不高,經(jīng)濟(jì)性較低;結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維修難度大,制造成本高。電控?zé)o級自動變速器——（CVT）電控?zé)o極自動變速箱是一款全新概念的變速箱。CVT類似于山地自行車的變速原理,他依靠主動棘輪和從動棘輪與鋼帶之間接觸,鋼帶與棘輪軸心距離的大小實現(xiàn)速比的變化。與眾不同的是CVT的速比變化是線性的,不像傳統(tǒng)變速箱那樣受到齒輪齒數(shù)的約束,通過精密的電子控制實現(xiàn)了換擋平穩(wěn),駕駛者在不知覺的情況下已達(dá)到理想的行車速度。主要結(jié)構(gòu):殼體、前進(jìn)擋離合器、倒檔離合器、主動棘輪、從動棘輪、鋼帶、變扭器(日產(chǎn)系列)、閥體、電子元件等。特點:傳遞效率較高,行駛平穩(wěn),燃性好,結(jié)構(gòu)簡單;傳動扭矩有限,造價高,維修成本較高。電控機(jī)械自動變速器——（AMT）常見的電控機(jī)械自動變速箱主要裝在小排量車型(如奔馳SMART,名爵3,雪佛蘭小賽歐等),他基于手動變速箱演變而來,通俗的講就是手動變速箱的排擋機(jī)構(gòu)變成了電子控制,從而降低了駕駛疲勞感。AMT充分結(jié)合了手動和自動的優(yōu)勢,未來小排量車型的優(yōu)勢產(chǎn)品。主要結(jié)構(gòu):殼體、齒輪、軸、同步器、結(jié)合套、離合器、電子排擋機(jī)構(gòu)、電子油泵、電磁閥組等特點:傳遞效率高,結(jié)構(gòu)簡單易生產(chǎn),提高了駕駛舒適性;維修成本相對較高,換擋頓挫感明顯,有坡道溜車現(xiàn)象等。DSG——電控雙離合自動變速器電控雙離合自動變速箱自然含有兩個離合器,且兩個離合器集成為雙離合器總成,有干式和濕式兩種,同軸同心傳遞來自發(fā)動機(jī)的動力。離合器一控制奇數(shù)檔位,離合器二控制偶數(shù)檔位,通過離合器的精密控制實現(xiàn)了檔位的預(yù)結(jié)合,從而實現(xiàn)檔位的無縫連接,充分爆發(fā)發(fā)動機(jī)的完美性能,快速平穩(wěn)。主要結(jié)構(gòu):殼體、齒輪、軸、同步器、結(jié)合套、換擋機(jī)構(gòu)、機(jī)電控制單元、雙離合器、油泵(濕式)、電子元件等。特點：燃油經(jīng)濟(jì)性好,換擋快速平穩(wěn),完美操控,性能穩(wěn)定;造價高,維修費(fèi)用高,技術(shù)難度大。1.4課題內(nèi)容及目標(biāo)1.4.1課題內(nèi)容設(shè)計機(jī)械式六檔變速器齒輪組，除了倒擋其他檔位使用同步器換擋，倒擋處使用嚙合套換擋，且第六檔設(shè)置為直接檔。1.4.2課題目的本次設(shè)計主要內(nèi)容包括確定六檔機(jī)械式變速器的傳動方案，各檔傳動比，校核齒輪的剛度等。第二章變速箱的功用和傳動機(jī)構(gòu)方案的確定2.1變速器的定義即組成變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比的齒輪傳動裝置。又稱變速箱。變速器由傳動機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)組成，可制成單獨(dú)變速機(jī)構(gòu)或與傳動機(jī)構(gòu)合裝在同一殼體內(nèi)。傳動機(jī)構(gòu)大多用普通齒輪傳動，也有的用行星齒輪傳動。變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。2.2變速器的作用(1)改變傳動比，滿足不同行駛條件對牽引力的需要，使發(fā)動機(jī)盡量工作在有利的工況下，滿足可能的行駛速度要求。在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動輪上扭矩的大小。由于汽車行駛條件不同，要求汽車行駛速度和驅(qū)動扭矩能在很大范圍內(nèi)變化。例如，在高速路上車速應(yīng)能達(dá)到100km/h，而在市區(qū)內(nèi)，車速常在50km/h左右?？哲囋谄街钡墓飞闲旭倳r，行駛阻力很小，則當(dāng)滿載上坡時，行駛阻力便很大。而汽車發(fā)動機(jī)的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而轉(zhuǎn)矩變化范圍更不能滿足實際路況需要。(2)實現(xiàn)倒車行駛，用來滿足汽車倒退行駛的需要。實現(xiàn)倒車行駛汽車，發(fā)動機(jī)曲軸一般都是只能向一個方向轉(zhuǎn)動的，而汽車有時需要能倒退行駛，因此，往往利用變速箱中設(shè)置的倒檔來實現(xiàn)汽車倒車行駛。(3)中斷動力傳遞，在發(fā)動機(jī)起動，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，汽車換檔或需要停車進(jìn)行動力輸出時，中斷向驅(qū)動輪的動力傳遞。4)實現(xiàn)空檔，當(dāng)離合器接合時，變速箱可以不輸出動力。例如，可以保證駕駛員在發(fā)動機(jī)不熄火時松開離合器踏板離開駕駛員座位。2.3傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析本設(shè)計應(yīng)用在現(xiàn)今使用廣泛的發(fā)動機(jī)前置、后輪驅(qū)動的4×2總體布置方案,發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力依次經(jīng)過離合器、變速器、萬向傳動裝置(萬向節(jié)和傳動軸)、主減速器、差速器、半軸,傳到驅(qū)動輪,如圖2.1所示。圖2.11.離合器;2.變速器;3.萬向傳動裝置;4.驅(qū)動橋圖2.1發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車傳動系變速器由變速傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)的不同,變速器有三、四、五和多檔幾種。根據(jù)軸的不同類型,分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。2.3.1固定軸式變速器(1)兩軸式變速器固定軸式中的兩軸式和中間軸式變速器應(yīng)用廣泛。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動汽車上。與中間軸式變速器比較,兩軸式變速器因軸承數(shù)少,所以有結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點,此外,各中間檔位因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力,故傳動效率高同時噪聲也低。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔,所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載,不僅工作噪聲增大,而且易損壞。還有,受結(jié)構(gòu)限制,兩軸式變速器的一檔速比不可能設(shè)計得很大。對于前進(jìn)檔,兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動方向相反;而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動方向相同。本設(shè)計主要針對的是中型貨車,所以兩軸式變速器不適用于本設(shè)計。(2)中間軸式變速器中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動機(jī)飛輪上,第一軸上的花鍵用來裝設(shè)離合器的從動盤,而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。各傳動方案的共同特點是:變速器的第一軸后端與常嚙合主動齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi),且保持兩軸軸線在同一直線上,經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔。是直接檔,變速器齒輪和軸承及中間軸均不承載,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出,此時變速器傳動效率高,可達(dá)90%以上,噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因為直接檔的利用率要高于其它檔位,因而提高了變速器的使用壽命;在其它前進(jìn)檔位工作時,變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設(shè)置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞,因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離(中心距)不太大的條件下,一檔仍然有較大的傳動比;檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動,檔位低的齒輪(一檔)可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動;多數(shù)傳動方案中除一檔外的其它檔位換檔機(jī)構(gòu),均采用同步器或嚙合套換檔,少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合齒套換檔,還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。在除直接檔外的其它檔位工作時,中間軸式變速器的傳動效率略有降低,這是它的缺點。在檔數(shù)相同的條件下,各中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)、軸的支承方式、換檔方式和倒檔傳動方案以及檔位布置順序上有差別。由于本設(shè)計針對的是輕型汽車,中間軸式五檔和六檔變速器體積和質(zhì)量顯得過于龐大,而且傳動比大不適用于本設(shè)計。凡采用常嚙合齒輪傳動的檔位,其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。同一變速器中,有的檔位用同步器換檔,有的檔位用嚙合套換檔,那么一定是檔位高的用同步器換檔,檔位低的用嚙合套換檔。前置后驅(qū)的乘用車多采用中間軸式變速器。2.3.2倒檔布置方案與前進(jìn)檔位比較,倒檔使用率不高,而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)倒檔,故多次數(shù)方案均采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實現(xiàn)倒檔傳動,有些方案利用中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中加入一個中間傳動齒輪的方案;也有利用兩個聯(lián)體齒輪方案的。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單,但是中間傳動齒輪的輪齒是在最不利的正、負(fù)交替變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作;而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作,并使倒檔傳動比略有增加。也有少數(shù)變速器采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。圖2.2倒檔布置方案圖2.2圖2.2為常見的倒檔布置方案。圖2.2(a)所示方案的優(yōu)點是換倒檔時利用了中間軸上的一檔齒輪,因而縮短了中間軸的長度;但換檔時要求有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合,使換檔困難。圖2.2(b)所示方案能獲得較大的倒檔傳動比,缺點是換檔程序不合理。圖2.2(c)所示方案是將中間軸上的一、倒檔齒輪做成一體,將其齒寬加長。圖2.2(d)所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪,換檔更為輕便。綜上所述,選用方案(d)變速器的一檔或倒檔因傳動比大,工作時在齒輪上作用的力增大,并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角,使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞,最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此,無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔,都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處,以便改善上述不良狀況,然后按照從抵檔到高檔的順序布置各檔齒輪,這樣做既能使軸有足夠大的剛性,又能保證容易裝配。倒檔的傳動比雖然與一檔的傳動比接近,但因為使用倒檔的時間非常短,從這點出發(fā)有些方案將一檔布置在靠近軸的支承處,然后再布置倒檔。此時在倒檔工作時,輪齒磨損與噪聲在短時間內(nèi)略有增加,而在一檔工作時輪齒的磨損與噪聲有所減少。倒檔設(shè)置在變速器的左側(cè)或右側(cè),在結(jié)構(gòu)上均能實現(xiàn),不同之處是掛倒檔時駕駛員移動變速桿的方向改變了。為防止意外掛入倒檔,一般在掛倒檔時設(shè)有一個掛倒檔時需克服彈簧所產(chǎn)生的力,即在變速器中設(shè)置倒檔鎖,用來提醒駕駛員注意。第三章變速器齒輪組主要參數(shù)的選擇3.1檔位的確定不同類型的汽車的檔數(shù)也不是相同的，主要決定于汽車的類型、燃油經(jīng)濟(jì)性、總質(zhì)量等等。轎車轎車變速器傳動比變化范圍較小，過去常采用三個或四個擋位。但近年來為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性多采用五個擋。輕型貨車變速器總質(zhì)量在3.5t以下多用四檔，為了降低油耗經(jīng)常也會增加一個擋位總質(zhì)量在3.5t~10t多用五檔變速器；大于10t的汽車用六個或者個更多擋位的變速器。本次設(shè)計汽車為中型載重貨車總質(zhì)量為8.7t所以檔數(shù)初選為六個擋位3.2齒輪組基本參數(shù)的確定以及發(fā)動機(jī)和輪胎的選擇3.2.1齒輪組基本參數(shù)的確定根據(jù)查找資料初步確定中型載重貨車的基本參數(shù)最高車速（km/h）：90km/h總質(zhì)量（kg）：8700kg載重質(zhì)量（kg）：5000kg額定功率（kw）:102.8kw額定轉(zhuǎn)速（r/min）：2400r/min最大轉(zhuǎn)矩（N?m）：491最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速（r/min）：14003.2.2發(fā)動機(jī)和輪胎的選擇根據(jù)確定的參數(shù)選用中國重汽MC05.14-40型號柴油發(fā)動機(jī)表3-1MC05.14-40型號柴油發(fā)動機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（2）輪胎的選擇由于貨車一般都采用發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)形式，故輪胎參數(shù)按以下方式選擇:ma=8700kg→F=8700X9.8=85260N前軸：F=85260X0.45/2=19183.5N后軸：F=85260X0.55/2=23446.5N根據(jù)以上計算出的數(shù)據(jù)得出，查表3-2表3-2國產(chǎn)汽車輪胎的規(guī)格、尺寸及使用條件最終選取的輪胎規(guī)格為：10.00R203.3.1確定變速器一檔傳動比在確定變速器一檔傳動比之前應(yīng)根據(jù)所選輪胎的半徑、最大功率時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速、最高車速變速器的最高檔傳動比、最大爬坡度，先確定主減速比i0。（1）確定主減速器傳動比：i0=0.377rn/uamaxi6=0.377X0.5275X2400/1x90=5.3式中：uamax——汽車行駛速度（km/h）；取90km/hn——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；取2400r/minr——車輪滾動半徑（m）；r=0.5275i6——變速器傳動比；取i6=1i0——主減速器傳動比。最低檔傳動比計算按最大爬坡度設(shè)計，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角[圖片]坡道時，驅(qū)動力應(yīng)大于或等于此時的滾動阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計）。用公式表示如下：（3.1）式中：m——車輛質(zhì)量（kg）；取8700kgg——重力加速度。取9.8m/S2f——坡道面滾動阻力系數(shù)(對瀝青路面μ=0.01~0.02)；取0.01Temax——發(fā)動機(jī)最大扭矩(N·m)；取535i0——主減速器傳動比；取5.3i6——變速器傳動比；取1ηT——為傳動效率（96%）；R——車輪滾動半徑；取0.5275αmax——最大爬坡度（商用車要求能爬上30%的坡，大約16.7°）由（3.1）得：ig1≥4.9滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一檔發(fā)出最大驅(qū)動力時，驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下：（3.2）式中：G——驅(qū)動輪的地面法向反力，（滿載時軸荷分配75%）；φ——驅(qū)動輪與地面間的附著系數(shù)；對干燥凝土或瀝青路面可取0.5~0.6之間。φ取0.5將數(shù)據(jù)代入3.2式中得：ig1≤7.4所以，一檔轉(zhuǎn)動比的選擇范圍是：4.9≤ig1≤7.43初選一檔傳動比為63.3.2確定變速器其他檔位的傳動比按等比級數(shù)分配其他各檔傳動比，即：i2=4.20i3=2.93i4=2.05i5=1.43i6=13.5中心距的選擇中間軸式變速器初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗公式計算：（3.3）式中：A——變速器的中心距（mm）；KA——中心距系數(shù)，取9.5Temax——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩為535(N·m)i1——變速器一檔傳動比為6；ηg——變速器傳動效率，取96%代入數(shù)據(jù)得：A=138.23mm取整A=138mm（貨車范圍80~170mm，符合條件）3.6變速器的外形尺寸變速器的橫向外形尺寸，可以根據(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。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。乘用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用：L=（2.7~3）A=(2.7~3)X138=378.6~414mm初選長度396mm3.7齒輪參數(shù)的選擇3.7.1模數(shù)的選取選取齒輪模數(shù)時一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。表3-3汽車變速器齒輪法向模數(shù)表3-4汽車變速器常用齒輪模數(shù)根據(jù)表3-3及3-4，一檔和倒擋定為4.0mm，其他檔定位3.5mm3.7.2壓力角的選取α壓力角較小時，重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。對貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力角。國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以普遍采用的壓力角為20°。嚙合套或同步器的壓力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。本變速器為了加工方便，故全部選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°。表3-5汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、螺旋角3.7.3齒形的選取GB1356——78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形3.7.4螺旋角的選取齒輪的螺旋角對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。試驗證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于30°時，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。本設(shè)計初選螺旋角全部為25°。3.7.5齒寬b的選取齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時的受力均勻程度等均有影響?？紤]到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點被削弱，此時雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用較大的齒寬，工作中會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m(mn)的大小來選定齒寬：斜齒b=kcmn，kc取6~8.5，取7b=kcmn=7X4=28mm直齒b=kcm，kc為齒寬系數(shù)，取為4.5~8，取7，b=kcm7X4=28mm采用嚙合套或同步器換擋時，其接合齒的工作寬度初選時可取為2～4mm，取4mm。3.7.6齒頂高系數(shù)齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.75～0.80的短齒制齒輪。在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強(qiáng)度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與1.00的細(xì)高齒。本設(shè)計取為1.00。3.8各檔齒輪齒數(shù)的分配在初選中心距，齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的擋數(shù)，傳動比和傳動方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。一、二、三、四、五、六擋選用斜齒輪，倒擋選用直齒輪。3.8.1確定一檔齒輪的齒數(shù)一檔傳動比：為了求出Z1和Z2的的傳動比，則必須先求出Z11和Z12的齒數(shù)，又Zh=Z11+Z12，所以要先求出函數(shù)和Zh。直齒斜齒計算出來的Zh取整，然后進(jìn)行大小齒輪的分配。中間一檔齒輪齒數(shù)，貨車可在12~17間選取，在計算過程中Z12取17，一檔為斜齒輪，齒輪的模數(shù)為4。取整63即Z11=63-17=463.8.2對中心距A進(jìn)行修正因為計算齒數(shù)后,經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化,所以應(yīng)根據(jù)取定Zh的和齒輪變位系數(shù)重新計算中心距A,再以修正后的中心距A作為各檔Zh齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。求得A=138.46mm取整A=138mm3.8.3確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)又Z1+Z2=63兩式聯(lián)立得：Z1=20Z2=433.8.3確定其他檔位齒輪齒數(shù)二擋嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)二擋選斜齒，模數(shù)為3.5，β取25°A=138mm兩式聯(lián)立得：Z9=46Z10=25同理得:Z8=31Z7=40Z6=37Z5=34Z4=43Z3=283.8.4確定倒擋齒輪齒數(shù)一般情況下，倒擋傳動比與一檔傳動比比較接近，所以倒擋傳動比igr取6.3，Z14取15，倒擋軸齒輪Z15取23，模數(shù)取4。計算得：Z13=43表3-6變速器相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)擋位齒輪齒數(shù)傳動比模數(shù)螺旋角一檔Z1206425°Z243425°二檔Z3284.23.525°Z4433.525°三檔Z5342.933.525°Z6373.525°四檔Z7402.053.525°Z8313.525°五檔Z9461.433.525°Z10253.525°六檔Z114613.525°Z12173.525°倒擋Z13436.3425°Z1415425°Z1523425°第四章齒輪組的設(shè)計、計算與校核4.1齒輪的損壞原因及形式4.1.1齒輪故障的常見形式齒輪由于結(jié)構(gòu)型式、材料與熱處理、操作運(yùn)行環(huán)境與條件等因素不同，發(fā)生故障的形式也不同，常見的齒輪故障有以下幾類形式。(1)齒面磨損潤滑油不足或油質(zhì)不清潔會造成齒面磨粒磨損，使齒廓改變，側(cè)隙加大，以至由于齒輪過度減薄導(dǎo)致斷齒。一般情況下，只有在潤滑油中夾雜有磨粒時，才會在運(yùn)行中引起齒面磨粒磨損。(2)齒面膠合和擦傷對于重載和高速齒輪的傳動，齒面工作區(qū)溫度很高，一旦潤滑條件不良，齒面間的油膜便會消失，一個齒面的金屬會熔焊在與之嚙合的另一個齒面上，在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。新齒輪未經(jīng)磨合便投人使用時，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。(3)齒面接觸疲勞齒輪在實際嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動載荷。載荷和脈動力的作用使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動循環(huán)變化的剪應(yīng)力，當(dāng)這種剪應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時，接觸表面將產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著裂紋的擴(kuò)展，最終使齒面剝落小片金屬，在齒面上形成小坑，稱之為點蝕。當(dāng)“點蝕”擴(kuò)大連成片時，形成齒面上金屬塊剝落。此外，材質(zhì)不均勻或局部擦傷，也容易在某一齒上首先出現(xiàn)接觸疲勞，產(chǎn)生剝落。(4)彎曲疲勞與斷齒在運(yùn)行過程中承受載荷的輪齒，如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用最大，當(dāng)這種周期性應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時，會在根部產(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展，當(dāng)剩余部分無法承受傳動載荷時就會發(fā)生斷齒現(xiàn)象。齒輪由于工作中嚴(yán)重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能會引起斷齒。斷齒和點蝕是齒輪故障的主要形式。齒輪故障還可分為局部故障和分布故障。局部故障集中在一個或幾個齒上，而分布故障則在齒輪各個輪齒上都有體現(xiàn)。4.1.2齒輪故障的原因產(chǎn)生上述齒輪故障的原因較多，但從大量故障的分析統(tǒng)計結(jié)果來看，主要原因有以下幾個方面：1．制造誤差齒輪制造誤差主要有偏心、齒距偏差和齒形誤差等。偏心是指齒輪（一般為旋轉(zhuǎn)體）的幾何中心和旋轉(zhuǎn)中心不重合，齒距偏差是指齒輪的實際齒距與公稱齒距有較大誤差，而齒形誤差是指漸開線齒廓有誤差。2.裝配不良齒輪裝配不當(dāng)會造成工作狀態(tài)劣化。當(dāng)一對互相嚙合的齒輪軸不平行時，會在齒寬方向只有一端接觸，或者出現(xiàn)齒輪的直線性偏差等，使齒輪所承受的載荷在齒寬方向不均勻，不能平穩(wěn)地傳遞動扭矩，這種情況稱為“一端接觸”，會使齒的局部承受過大的載荷，有可能造成斷齒。3.潤滑不良對于高速重載齒輪，潤滑不良會導(dǎo)致齒面局部過熱，造成色變、膠合等故障。導(dǎo)致潤滑不良的原因是多方面的，除了油路堵塞、噴油孔堵塞外，潤滑油中進(jìn)水、潤滑油變質(zhì)、油溫過高等都會造成齒面潤滑不良。4．超載對于工作負(fù)荷不平穩(wěn)的齒輪驅(qū)動裝置（例如礦石破碎機(jī)、采掘機(jī)等），經(jīng)常會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，就會造成輪齒過載斷裂，或者長期過載導(dǎo)致大量輪齒根部疲勞裂紋、斷裂。5．操作失誤操作失誤通常包括缺油、超載、長期超速等，都會造成齒輪損傷、損壞。4.2齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則齒輪失效形式的分析,為齒輪的設(shè)計和制造、使用與維護(hù)提供了科學(xué)的依據(jù)。齒面的硬度和工作條件不同,齒輪的失效形式不同。針對不同的失效形式,應(yīng)分別建立相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則,以保證齒輪傳動在整個工作壽命期間具有足夠的相應(yīng)的工作能力。按照齒輪熱處理后齒面硬度的高低,齒輪傳動可分為軟齒面齒輪傳動(齒面硬度≤350HBS)和硬齒面齒輪傳動(齒面硬度>350HBS)兩類。為達(dá)到齒輪裝置小型化目的,可以提高現(xiàn)有漸開線齒輪的承載推力,各國普遍采用硬齒面技術(shù),以縮小裝置的尺寸。1.閉式軟齒面齒輪傳動由實踐得知,對于潤滑良好的閉式軟齒面(HBS≤350)齒輪傳動,其主要失效形式是齒面點蝕,其次是輪齒折斷。故常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計計算,校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。2.閉式硬齒面齒輪傳動對于閉式硬齒面(HBS>350)齒輪傳動,其主要失效形式是輪齒折斷,一般按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計計算,校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。3.開式齒輪傳動開式齒輪傳動其主要得失效形式是磨損和輪齒折斷,因磨損尚無成熟的計算方法方法及設(shè)計數(shù)據(jù),目前只能按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算,考慮磨損的影響可將模數(shù)加大9%~20%。4.短期過載和大功率的齒輪傳動對有短期過載的齒輪傳動,應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。對高速大功率的齒輪傳動,應(yīng)進(jìn)行抗膠合計算。設(shè)計齒輪時,除應(yīng)滿足上述強(qiáng)度條件外,還應(yīng)考慮諸如經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境污染(主要是振動和噪聲)等問題。4.3齒輪材料的選擇輕載、低速或中速、沖擊力小、精度較低的一般齒輪,選用中碳鋼,如Q235、Q275、40、45、50、50Mn等鋼制造,常用正火或調(diào)質(zhì)等熱處理制成軟齒面齒輪,正火硬度HBS160～200;一般調(diào)質(zhì)硬度HBS200～280。因硬度適中,精切齒廓可在熱處理后進(jìn)行,工藝簡單,成本低。齒面硬度不高則易于磨合,但承載能力也不高。這種齒輪主要用于標(biāo)準(zhǔn)系列減速箱齒輪、冶金機(jī)械、中載機(jī)械和機(jī)床中的一些次要齒輪。(2)中載、中速、承受一定沖擊載荷、運(yùn)動較為平穩(wěn)的齒輪,選用中碳鋼或合金調(diào)質(zhì)鋼,如45、50Mn、40Cr、42SiMn等鋼,也可采用55Tid、60Tid等低淬透性鋼。其最終熱處理采用高頻或中頻淬火