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鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 目 錄 1 前 言 1 2 低速載 貨汽車主要參 數(shù)的確定 3 2.1 質(zhì)量參數(shù)的確定 3 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 3 2.3 車速的確定 4 3 變速器 的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6 3.1 設(shè)計(jì)方案的確定 6 3.1.1 兩軸式 6 3.1.2 三軸式 6 3.1.3 液力機(jī)械式 6 3.1.4 確定方案 6 3.2 零部件的結(jié)構(gòu)分析 7 3.3 基本參數(shù)的確定 8 3.3.1 變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比 8 3.3.2 中心距 .10 3.3.3 變速器的軸向 尺寸 .11 3.3.4 齒輪參數(shù) .11 3.3.5 各檔齒輪齒數(shù)的分配 .14 3.4 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .16 3.4.1 幾何尺寸計(jì)算 .16 3.4.2 齒輪的材料及熱處理 .17 3.4.3 齒輪的彎曲強(qiáng)度 .17 3.4.4 齒輪的接觸強(qiáng)度 .18 3.5 軸的設(shè)計(jì)與軸承的選擇 .21 3.5.1 軸的設(shè)計(jì) .21 3.5.2 軸承 的選擇 .33 4 結(jié) 論 .40 參 考 文 獻(xiàn) 41 致 謝 .42 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 1 1 前言 低速載貨汽車是一種特殊的貨車,特殊在于它以前叫農(nóng)用運(yùn)輸車，GB7258- 2004[1]將“四輪農(nóng)用運(yùn)輸車”更名為“低速貨車”，明確“農(nóng)用運(yùn)輸車”實(shí)質(zhì)上是 汽車的一類。GB18320-2001 [2]規(guī)定以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，中小噸位、中低速度，從 事道路運(yùn)輸?shù)臋C(jī)動(dòng)車輛，包括三輪農(nóng)用運(yùn)輸車和四輪農(nóng)用運(yùn)輸車等，但不包括輪式 拖拉機(jī)車組、手扶拖拉機(jī)車組和手扶變型運(yùn)輸機(jī)。農(nóng)用運(yùn)輸車最高設(shè)計(jì)車速不大于 70km/h，最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不大于4500kg，長小于6m、寬不大于2m和高不大于2.5m。 我國農(nóng)用運(yùn)輸車誕生于20世紀(jì)80年代初。我國農(nóng)村運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是運(yùn)量小、運(yùn)距 短、貨物分散、道路條件差。由于同噸位的柴油車較汽油車運(yùn)載能力強(qiáng)，燃油價(jià)格 低，且柴油保管無須特殊設(shè)備，又為廣大農(nóng)民所熟悉，所以，農(nóng)用運(yùn)輸車均選用柴 油機(jī)為動(dòng)力。農(nóng)用運(yùn)輸車的載質(zhì)量一般不超過1.5t。當(dāng)前四輪農(nóng)用運(yùn)輸車載質(zhì)量分 為4個(gè)等級(jí)，包括1.5t、1.0t、O.75t和0.5t級(jí)。 在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道 路障礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同要求的需要。 本次設(shè)計(jì)的課題為低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì)，該課題來源于結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際。 本次課題研究的主要內(nèi)容是： a.參與汽車的總體設(shè)計(jì)； b.變速器結(jié)構(gòu)型式分析和主要參數(shù)的確定； c.變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 本說明書以設(shè)計(jì)低速載貨汽車變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為主線。第 2 章著重介紹了在 參與總體設(shè)計(jì)當(dāng)中，如何確定低速載貨汽車參數(shù)，進(jìn)而明確變速器應(yīng)滿足的條件及 其所受的限制。第 3 章則重點(diǎn)介紹低速載貨汽車變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明。在 參與總體設(shè)計(jì)當(dāng)中，首先是對(duì)低速載貨汽車的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，然后 確定低速載貨汽車的總質(zhì)量，以此來選擇合適的發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率以及汽 車的總質(zhì)量確定該車的最高速度（滿足低速載貨汽車安全技術(shù)條件） 。關(guān)于變速器 的設(shè)計(jì)，首先選擇合適的變速器確定其檔位數(shù)，接著對(duì)工況進(jìn)行分析，擬訂變速器 的各檔位的傳動(dòng)比和中心距，然后計(jì)算出齒輪參數(shù)以選擇合適的齒輪并且對(duì)其進(jìn)行 校核，接著是初選變速器軸與軸承并且完成對(duì)軸和軸承的校核，最終完成了變速器 的零件圖和裝配圖的繪制。 本課題所設(shè)計(jì)出的變速器可以解決如下問題： a.正確選擇變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配，以保證汽車具 有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性； b.設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使 汽車可以倒退行駛； c.操縱簡單、方便、迅速、省力； d.傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； e.體小、質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； f.制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 2 g.貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 3 2 低速載貨汽車主要參數(shù)的確定 2.1 質(zhì)量參數(shù)的確定 [3] 汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù) ：0m? （2-1）0e? 式中 ——汽車的載質(zhì)量；em ——整車整備質(zhì)量。0 表2-1 貨車的質(zhì)量系數(shù) om? 參數(shù) 車型 總質(zhì)量 ta/ 0 1.8＜ ≤6.0 0.80～1.10 ① 6.0＜ ≤14.0a1.20～1.35貨 車 ＞14.0m1.30～1.70 ①裝柴油機(jī)的貨車為0.80～1.00。 汽車總質(zhì)量 ：a 商用貨車的總質(zhì)量m a由整備質(zhì)量m 0、載質(zhì)量m e和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部 分組成，即 （2-2）kgneοa651?? 式中， 為包括駕駛員及隨行人員數(shù)在內(nèi)的人數(shù)，應(yīng)等于座位數(shù)。1n 此低速載貨汽車是柴油機(jī)，查表2-1得質(zhì)量利用系數(shù)為0.80～1.10，其載質(zhì)量 是 =1.5×103kg, 由公式 （2-1）得：em 0.1850Ⅰma?? =1500～1875kg 因?yàn)榇塑囋O(shè)計(jì)為單排室,所以 =2,由公式（2-2）得:1nkgea6510?? =（1500～1875）+1500+2×65 =3130～3505kg 本課題選用m a=3500kg。 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 根據(jù)現(xiàn)在低速載貨汽車選用發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，參照2815系列四輪農(nóng)用運(yùn)輸車，針 對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)選用達(dá)到歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)的YD480柴油機(jī)。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 4 表 2-2 YD480 柴油機(jī)技術(shù)參數(shù) YD480 型號(hào) 干式 氣缸套型式 直噴式 行程（mm） 90 缸心距 100 1 小時(shí)功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min） 29/3000 外特性最低燃油消耗率（g/kW·h） ≤250.2 最大扭矩（N·m） 104 壓縮比 18 排量（L） 1.809 噴油壓力 （kPa） 22±0.5 外形尺寸（長×寬×高） mm×mm×mm 687×494×628 凈質(zhì)量（kg） 195 2.3 車速的確定 [4] （2-3）????????3maxmaxmax76140301VACgfPDTe? 式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率，kW；maxeP ——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，對(duì)單級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋的 4×2 式汽車取T? ≈0.9； ——汽車總質(zhì)量，kg；a ——重力加速度，m／s 2；g ——滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)載貨汽車取 0.02，對(duì)礦用自卸汽車取 0.03，對(duì)轎f 車等高速車輛需考慮車速影響并取 ＝0.0165+0.0001（V a-50） ；f ——最高車速，km／h；axV CD——空氣阻力系數(shù)，轎車取 0.4～0.6，客車取 0.6～0.7，貨車取 0.8～1.0 A——汽車正面投影面積，㎡，若無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距 B1、汽車總高 H、汽車總寬 B 等尺寸近似計(jì)算： 對(duì)轎車 A≈0.78BH， 對(duì)載貨汽車 A≈B 1 H。 由公式（2-3）得： 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 5 ????????3maxmaxmax76140301VACgfPDTe? ??3axax59.62.895.029Ⅰ 算出 Vmax≈62.3km/h, 因?yàn)榈退佥d貨汽車最高設(shè)計(jì)車速不大于 70km/h，所以該 車滿足要求。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 6 3 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)方案的確定 低速載貨汽車變速器一般選用機(jī)械式變速器，它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定 值傳動(dòng)比。有軸線固定式變速器（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。采用這種變速器的低速載貨汽車通常有 3～5 個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒 檔。 最近幾年液力機(jī)械變速器和機(jī)械式無級(jí)變速器在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛 [5], 根據(jù)目前廣泛使用變速器的種類，以及應(yīng)用的范圍，初步擬定三種設(shè)計(jì)方案。 3.1.1 兩軸式 兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高。兩軸式變 速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減 速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪。除倒檔常用 滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔位均采用常嚙合齒輪（斜齒圓柱齒輪）傳動(dòng),但 兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大， 也增加了磨損。這種結(jié)構(gòu)適用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)的 轎車和微、輕型貨車上，其特點(diǎn)是輸入軸和輸出軸平行，無中間軸。 3.1.2 三軸式 三軸式變速器的第一軸常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒 輪相嚙合，且第一、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。 此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩．因此，直接檔 的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小, 其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因 此，在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的 一檔傳動(dòng)比，但除了直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低，適用于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī) 前置、后輪驅(qū)動(dòng)的布置形式。 3.1.3 液力機(jī)械式 由液力變矩器和齒輪式有級(jí)變速器組成,其特點(diǎn)是傳動(dòng)比可在最大值和最小值之 間的幾個(gè)間斷范圍內(nèi)作無級(jí)變化，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，傳動(dòng)效率低。 3.1.4 確定方案 由于低速載貨汽車一般是傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)的布置形式，同時(shí)考慮 到制造成本以及便于用戶維護(hù)等因素，再結(jié)合變速器的特點(diǎn)和任務(wù)書的要求，現(xiàn)選 用三軸式變速器（見圖 3-1） 。 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 7 圖 3-1 三軸式變速器 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(shí)現(xiàn)換倒檔，故多 數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式倒檔。變速器的一檔或倒檔因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在 齒輪上作用的力也增大，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，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，本課題采用如下方案（見圖 3-2） 。 圖 3-2 倒檔布置 3.2 零部件的結(jié)構(gòu)分析 a.齒輪型式 考慮到本課題采用三軸式變速器，而且該型只有一對(duì)常嚙合齒輪副，沒有采用 同步器換檔，故選用直齒圓柱齒輪用來換檔。 b.軸的結(jié)構(gòu)分析 [6] 變速器軸在工作時(shí)承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，軸的明顯變形將影響齒輪正常嚙合，產(chǎn)生 較大的噪聲，降低使用壽命。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強(qiáng)度與剛度外，還應(yīng)考慮齒 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 8 輪、軸承等的安裝、固定，它與加工工藝也有密切關(guān)系。 第一軸通常與齒輪做成一體，其長度決定于離合器總成的軸向尺寸。第一軸的 花健尺寸與離合器從動(dòng)盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮，目前一般都采用齒側(cè)定心的矩形花 鍵，鍵齒之間為動(dòng)配合。 第二軸制成階梯式的以便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，也是需要 的。漸開線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，但定位性能好，承載能力大， 且鍵齒高較小使小徑相應(yīng)增大，可增強(qiáng)軸的剛度。當(dāng)一檔、倒檔采用滑動(dòng)齒輪掛檔 時(shí)，第二軸的相應(yīng)花鍵則采用矩形花鍵及動(dòng)配合，這時(shí)不僅要求磨削定心的外徑， 一般也要磨削鍵齒側(cè)，而矩形花鍵的齒側(cè)磨削要比漸開線花鍵容易。 變速器中間軸分為旋轉(zhuǎn)式及固定式兩種。 旋轉(zhuǎn)式中間軸支承在前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承上。其上的一檔齒輪常與軸做成一體， 而高檔齒輪則用鍵或過盈配合與軸連接以便于更換。 固定式中間軸為僅起支承作用的光軸，與殼體呈輕壓配合并用鎖片等作軸向定 位。剛度主要由支承于其上的連體齒輪（寶塔齒輪）的結(jié)構(gòu)保證。僅用于當(dāng)殼體上 無足夠位置設(shè)置滾動(dòng)軸承和軸承蓋時(shí)。 c.軸承型式 [6] 變速器多采用滾動(dòng)軸承，即向心球軸承、向心短圓柱滾子軸承、滾針軸承以及 圓錐滾子軸承。通常是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)選定，再驗(yàn)算其壽命。 第一軸前軸承（安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪內(nèi)腔中）采用向心球軸承：后軸承為外圈帶 止動(dòng)槽的向心球軸承，因?yàn)樗粌H受徑向負(fù)荷而且承受向外的軸向負(fù)荷。為便于第 一軸的拆裝，后軸承的座孔直徑應(yīng)大于第一軸齒輪的齒頂圓直徑。 第二軸前端多采用滾針軸承或短圓柱滾子軸承；后端采用帶止動(dòng)槽的單列向心 球軸承，因?yàn)樗惨惺芟蛲獾妮S向力。某些轎車往往在加長的第二軸后端設(shè)置輔 助支承，并選擇向心球軸承。 旋轉(zhuǎn)式中間軸前端多采用向心短圓柱滾子軸承，此軸承不承受軸向力，因?yàn)樵?該處布置軸承蓋困難；后軸承為帶止動(dòng)槽的向心球軸承。中間軸的軸向力應(yīng)力求相 互抵銷，未抵銷部分由后軸承承受。中間軸軸承的徑向尺寸常受中心距尺寸限制， 故有時(shí)采用無內(nèi)圈的短圓柱滾子軸承。 固定式中間軸采用滾針軸承或圓柱滾子軸承支承著連體齒輪（塔輪，寶塔齒輪） 。 3.3 基本參數(shù)的確定 3.3.1 變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比 [4] 不同類型汽車的變速器，其檔位數(shù)也不盡相同。轎車變速器傳動(dòng)比變化范圍較 ?。s為 3～4） ，過去常用 3 個(gè)或 4 個(gè)前進(jìn)檔，但近年來為了提高其動(dòng)力性尤其是 燃料經(jīng)濟(jì)性，多已采用 5 個(gè)前進(jìn)檔。輕型貨車變速器的傳動(dòng)比變化范圍約為 5～6， 其他貨車為 7 以上，其中總質(zhì)量在 3.5t 以下者多用四檔變速器，為了降低油耗亦 趨向于增加 1 個(gè)超速檔；總質(zhì)量為 3.5～l0t 多用五檔變速器；大于 l0t 的多用 6 個(gè)前進(jìn)檔或更多的檔位。 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 9 選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著力、汽 車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。 a.根據(jù)汽車最大爬坡度確定 汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面 間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有： （3-1）maxaxmax0max )sinco( ????gfgriTtgⅠe ?? 則由最大爬坡度要求的變速器Ⅰ檔傳動(dòng)比為： （3-2）teaxrgiTΨi?0mⅠ 式中 ——汽車總質(zhì)量；m ——重力加速度；g ——道路阻力系數(shù)；f Ψ max——道路最大阻力系數(shù)； ——最大爬坡要求；max? ——驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑；r ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；aeT ——主減速比；0i ——汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。t? 主減速比 i0的確定： （3-3）ghaprivnⅠi mx0)472.3.(? 式中 r r——車輪的滾動(dòng)半徑，m； np——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min； igh——變速器最高檔傳動(dòng)比； vamax——最高車速，km/h。 本課題變速器 igh=1，一般貨車的最大爬坡度約為 30%[7]，即 =16.7°，max? f=0.02 由公式（3-3）得： 3.6245.0)472.03.(max0 prghprnivnⅠi ?? 由公式（3-2）得： Ψ max=0.02cos16.7°+sin16.7°=0.306 48.5903425.0168930maxⅠ ?????tergiTi? b.根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件確定 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 10 變速器Ⅰ檔傳動(dòng)比為： （3-4）tergⅠiTGi??0max2? 式中 ——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷；2G ——道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 =0.5～0.6。? 因?yàn)樨涇?4×2 后輪單胎滿載時(shí)后軸的軸荷分配范圍為 60%～68% [4]，所以 G2=3500×9.8×68％=23324N 由公式（3-3）和公式（3-4）得： 31.7194062.30max2 ????tergⅠiTi?? 綜合 a 和 b 條件得： 5.48≤ igⅠ ≤7.31，取 igⅠ =（5.48+7.31）/2≈6.40 變速器的Ⅰ檔傳動(dòng)比應(yīng)根據(jù)上述條件確定。變速器的最高檔一般為直接檔，有 時(shí)用超速檔。中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為 （其中 n 為檔位數(shù)）的幾1??ngiq 何級(jí)數(shù)排列。 因?yàn)?，所以 igⅢ =q=1.875, igⅡ = igⅢ ×q=3.516875.140.631???ngiq 實(shí)際上與理論值略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小些，另外還 要考慮與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。 在變速器結(jié)構(gòu)方案、檔位數(shù)和傳動(dòng)比確定后，即可進(jìn)行其他基本參數(shù)的選擇與 計(jì)算。 3.3.2 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。 三軸式變速器的中心距 A（mm）可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選 [6]： （3-3maxⅠATK? 5） 式中 ——中心距系數(shù)。對(duì)轎車取 8.9～9.3；對(duì)貨車取 8.6～9.6；對(duì)多檔主變AK 速器，取 9.5～11； ——變速器處于Ⅰ檔時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩， ； maxT gⅠeⅠiT?maxa? （3-6） ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N?m；axeT ——變速器的Ⅰ檔傳動(dòng)比；gi ——變速器的傳動(dòng)效率，取 0.96。? 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 11 由公式（3-6）得： =104×6.4×0.96=638.976N·mgⅠeⅠiT?maxa? 由公式（3-5）得: mm68.207.496.38).68(3ax ⅠKA? 初選中心距也可以由發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出 [4]： （3-3maxeATK? 7） 式中 ——按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩直接求中心距時(shí)的中心距系數(shù)，對(duì)轎車取AeK 14.5～16.0，對(duì)貨車取 17.0～19.5。 由公式（3-7）得: mm7.915.104)5.97(33max ⅠⅠTeA ?? 商用車變速器的中心距約在 80～170mm 范圍內(nèi)變化,初選 A=100mm 3.3.3 變速器的軸向尺寸 變速器的軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式、換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系， 設(shè)計(jì)初可根據(jù)中心距 A 的尺寸參用下列關(guān)系初選。 貨車變速器殼體的軸向尺寸 [6]： 四檔 （2.4～2.8）A 五檔 （2.7～3.0）A 六檔 （3.2～3.5）A 初選軸向尺寸:（2.4～2.8）A=（2.4～2.8）×100=240～280mm 變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定 [8]。 3.3.4 齒輪參數(shù) a.齒輪模數(shù) [4] 齒輪模數(shù)由輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所決定。選擇模數(shù) 時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時(shí)將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì) 量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對(duì)轎車很重要，而對(duì)載貨汽 車則應(yīng)重視減小質(zhì)量。 根據(jù)圓柱齒輪強(qiáng)度的簡化計(jì)算方法，可列出齒輪模數(shù) m 與彎曲應(yīng)力 之間有w? 如下關(guān)系： 直齒輪模數(shù) （3-32wcfjyzKTm??? 8） 式中 ——計(jì)算載荷，N?mm；jT 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 12 ——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取 1.65；?K ——摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取 1.1，被動(dòng)齒輪取 0.9；f ——齒輪齒數(shù)；z ——齒寬系數(shù)，直齒齒輪取 4.4～7.0；c ——齒形系數(shù)，見圖 3-3。齒高系數(shù) 相同、節(jié)點(diǎn)處壓力角不同時(shí)：y f ， ， ， ；壓力角205.1479y?205.1789y?205.1y?2053.y? 相同、齒高系數(shù)為 0.8 時(shí)， ；.4??ff ——輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng) 時(shí)，直齒齒輪的許用應(yīng)力w?maxejT MPa。~][?w 圖 3-3 齒形系數(shù) y（當(dāng)載荷作用在齒頂,α=20°,f 0=1.0） 根據(jù)參考同類車型，初選第一軸的軸齒輪的齒數(shù) z=17，查圖 3-3 得 y=0.12。 由公式（3-8）得： 333 )8504(12.0714. .62 ⅠyzKTmwcfj ????? ≈2.5～3.22 從輪齒應(yīng)力的合理性及強(qiáng)度考慮,每對(duì)齒輪應(yīng)有各自的模數(shù),但出于工藝考慮， 模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一,多采用折衷方案。表 3-1 給出了汽車變速器齒輪模數(shù)范圍。 表 3-1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) mn 車型 微型、輕型轎車 中級(jí)轎車 中型貨車 重型汽車 mn 2.25～2.75 2.75～3 3.50～4.5 4.50～6 設(shè)計(jì)時(shí)所選模數(shù)應(yīng)符合國標(biāo) GB1357-78 規(guī)定（表 3-2）并滿足強(qiáng)度要求。 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 13 表 3-2 汽車變速器常用齒輪模數(shù)（mm） Ⅰ 1 1.25 1.5 - 2 - 2.5 - 3 Ⅱ - - - 1.75 - 2.25 - 2.75 - Ⅰ - - - 4 - 5 - 6 - Ⅱ 3.25 3.5 3.75 - 4.5 - 5.5 - 3.25 由表 3-1 和表 3-2 并且參照同類車型選取 m=3.5。 b.齒形、壓力角和螺旋角 [3] 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角和螺旋角按下表取值。 表 3-3 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角和螺旋角 項(xiàng)目 車型 齒形 壓力角（度） 螺旋角（度） 轎車 高齒并修形 14.5°、15°、16°、16.5° 25°～45° 一般貨車 標(biāo)準(zhǔn)齒輪GB1356-78 20° 20°～30° 重型車 標(biāo)準(zhǔn)齒輪GB1356-78 低檔、倒檔 22.5°、25° 小螺旋角 齒形壓力角較小時(shí)，重合度較大，并降低了輪齒剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和 退出嚙合時(shí)的動(dòng)載荷，使傳動(dòng)平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒 的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。試驗(yàn)證明對(duì)于直齒輪壓力角為 28°時(shí)強(qiáng)度最高，超過 28°強(qiáng)度增加不多；實(shí)際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20°，所以變速器齒輪普 遍采用的壓力角為 20°。本課題的所有齒輪選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪。 c.齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又要保證齒輪強(qiáng)度和工 作平穩(wěn)性。通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來確定齒寬 b[4]： （3-ncmK? 9） 式中 ——齒寬系數(shù)，直齒齒輪取 4.4～7.0，斜齒輪取 7.0～8.6；cK ——法面模數(shù)。nm 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 由公式（3-9）得： b=（4.4～7.0）×3.5=15.4～24.5mm,可以確定各擋的齒輪的齒寬。 常嚙合齒輪副：中間軸上的齒輪 b=16mm,第一軸軸齒輪 b=18mm； Ⅰ檔：中間軸上齒輪 b=21mm,對(duì)應(yīng)的一檔齒輪 b=21mm； Ⅱ檔：中間軸上齒輪 b=19mm, 對(duì)應(yīng)的二檔齒輪 b=19mm； Ⅲ檔：中間軸上齒輪 b=21mm, 對(duì)應(yīng)的三檔齒輪 b=21mm； 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 14 倒檔：b=21mm,b=19mm。 d.齒頂高系數(shù) 在齒輪加工精度提高以后，短齒制齒輪不再被使用，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒輪 的齒頂高系數(shù) f0＝1.0，為一般汽車變速器齒輪所采用?，F(xiàn)代轎車變速器多采用齒 頂高系數(shù)大于 1 的“高齒齒輪” （或相對(duì)于短齒齒輪而言而稱為長齒齒輪） ，因?yàn)樗?不僅可使重合度增大，而且在強(qiáng)度、噪聲、動(dòng)載荷和振動(dòng)等方面均比正常齒高的齒 輪有顯著改善，但存在相對(duì)滑動(dòng)速度大、易發(fā)生輪齒根切或齒頂變尖（齒頂厚小于 0.3 ）等問題 [3]。本課題的齒頂高系數(shù) f0＝1.0。m 3.3.5 各檔齒輪齒數(shù)的分配 [4，8] 在初選變速器的檔位數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、軸向尺寸及齒輪模數(shù)和螺旋角并繪 出變速器的結(jié)構(gòu)方案簡圖后，即可對(duì)各檔齒輪的齒數(shù)進(jìn)行分配。 12345678910 圖 3-4 本課題變速器結(jié)構(gòu)簡圖 a.確定Ⅰ檔齒輪的齒數(shù) 已知Ⅰ檔傳動(dòng)比 ，且gⅠi （3-10）8172zigⅠ?? 為了確定 z7、z 8的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和 ：? 直齒齒輪： （3-11）mAz2?? 先取齒數(shù)和為整數(shù)，然后分配給 z7、z 8。為了使 z7/z8盡量大一些，應(yīng)將 z8取 得盡量小一些，這樣，在 igⅠ 已定的條件下 z2/z1的傳動(dòng)比可小些，以使第一軸常嚙 合齒輪可分配到較多齒數(shù)，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承。z 8的最少齒數(shù)受到 中間軸軸徑的限制，因此 z8的選定應(yīng)與中間軸軸徑的確定統(tǒng)一考慮。貨車變速器中 間軸的Ⅰ檔直齒輪的最小齒數(shù)為 12～14，選擇齒輪的齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意最好不使相配齒 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 15 輪的齒數(shù)和為偶數(shù)，以減小大、小齒輪的齒數(shù)間有共約數(shù)的機(jī)會(huì)，否則會(huì)引起齒面 的不均勻磨損。 由公式（3-11）得： 14.57.302????mAz 取 =60，考慮到上述條件以及選用了標(biāo)準(zhǔn)齒輪（齒數(shù)不要小于 17） ，故取?z z8=17，得出 z7=60-17=43。 b.修正中心距 A 若計(jì)算所得的 z7、z 8不是整數(shù)，則取為整數(shù)后需按該式反算中心距 A，修正后 的中心距則是各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 由公式（3-11）得： A=（3.5×60）/2=105mm c.確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù) （3-7812zigⅠ? 12） 確定了 z7、z 8后由公式（3-11）和（3-12）聯(lián)立方程求解 z1、z 2 , 故 z1=17 ；z 2=43??? ??????605.312)(.4.21782mAzigⅠ d.確定其他檔位的齒輪齒數(shù) Ⅱ檔齒輪副： （3-6152zigⅠ?? 13） 由公式（3-11）和（3-13）聯(lián)立方程求解 z5、z 6。 因?yàn)?igⅡ = igⅢ ×q=3.516 ，所以先試湊 z5、z 6。 試湊出 z5=33、z 6=27，此時(shí) igⅡ =3.09。 Ⅲ檔齒輪副： （3-4132zigⅠ?? 14） 由公式（3-11）和（3-14）聯(lián)立方程求解 z5、z 6。 因?yàn)?igⅢ =q=1.875 ，所以先試湊 z3、z 4。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 16 ????????605.3127443313mAzzigⅠ 試湊出 z3=24、z 4=36，此時(shí) igⅢ =1.69。 e.確定倒檔齒輪副的齒數(shù) 通常Ⅰ檔與倒檔選用同一模數(shù)，且通常倒檔齒輪齒數(shù) z10=21～23。則中間軸與 倒檔軸之間的中心距為： （3-2/)('108zmA?? 15） 初選 z10=22,由公式（3-15）得: mm25.68/)7(5.32/)('108 ?z 為了避免干涉，齒輪 8 與齒輪 9 的齒頂圓之間應(yīng)有不小于 0.5mm 的間隙，則: （3-.0'//8??Ada 16） 由公式（3-16）得: mm69125.31725.61'289 ???????aaAd d9=da9-2ha=69-2×3.5=62mm 根據(jù) d9選擇齒數(shù)，取 z9=17。 最后計(jì)算倒檔與第二軸的中心距： （3-17）2/)('97zmA?? 由公式（3-17）得: mm105/435.2/)('97 ??）（z ≈8.287198170?ig倒 檔 綜合上述計(jì)算修正一下各檔的傳動(dòng)比（見下表） 。 表 3-4 各檔速比 檔位 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 倒檔 速比 6.40:1 3.09:1 1.69:1 1:1 8.28:1 3.4 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 幾何尺寸計(jì)算 [10] 常嚙合齒輪副：Z 1=17 d=mz=3.5×17=59.5 da=d+2ha=59.25+2×3.5=66.5 df=d-2hf=59.5-2×3.5×1.25=50.75 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 17 Z1=43 d=mz=3.5×43=150.5 da=d+2ha=150.5+2×3.5=157.5 df=d-2hf=150.5-2×3.5×1.25=141.75 Ⅰ檔齒輪副： Z 8=17 d=mz=3.5×17=59.5 da=d+2ha=59.25+2×3.5=66.5 df=d-2hf=59.5-2×3.5×1.25=50.75 Z7=43 d=mz=3.5×43=150.5 da=d+2ha=150.5+2×3.5=157.5 df=d-2hf=150.5-2×3.5×1.25=141.75 Ⅱ檔齒輪副： Z 6=27 d=mz=3.5×27=94.5 da=d+2ha=94.5+2×3.5=101.5 df=d-2hf=94.5-2×3.5×1.25=85.75 Z5=33 d=mz=3.5×33=115.5 da=d+2ha=115.5+2×3.5=122.5 df=d-2hf=115.5-2×3.5×1.25=106.75 Ⅲ檔齒輪副： Z 4=36 d=mz=3.5×36=126 da=d+2ha=126+2×3.5=133 df=d-2hf=126-2×3.5×1.25=117.25 Z3=24 d=mz=3.5×24=84 da=d+2ha=84+2×3.5=91 df=d-2hf=84-2×3.5×1.25=75.25 倒檔齒輪： Z 10=22 d=mz=3.5×22=77 da=d+2ha=77+2×3.5=84 df=d-2hf=77-2×3.5×1.25=68.25 Z9=17 d=mz=3.5×17=59.5 da=d+2ha=59.25+2×3.5=66.5 df=d-2hf=59.5-2×3.5×1.25=50.75 見圖 3-4（單位：mm） 。 3.4.2 齒輪的材料及熱處理 現(xiàn)代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造,使輪齒表層的高硬度與輪齒心 部的高韌性相結(jié)合,以大大提高其接觸強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度及耐磨性。在選擇齒輪的材料 及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮到其機(jī)械加工性能及制造成本 [6，9] 。 國產(chǎn)汽車變速器齒輪的常用材料是 20CrMnTi,也有采用 20Mn2TiB,20MnVB 的。 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)化材料晶粒。為 消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火。變速器齒輪輪齒表面滲碳深度的推薦值如下 [4]： mn≤3.5 滲碳深度 0.8～1.2mm 3.5＜m n＜5 滲碳深度 0.9～1.3mm mn≥5 滲碳深度 1.0～1.6mm 滲碳齒輪在淬火、回火后，要求輪齒的表面硬度為 HRC58～63，心部硬度為 HRC33～48。 本課題變速器齒輪選用材料是 20CrMnTi。 3.4.3 齒輪的彎曲強(qiáng)度 [4] 直齒齒輪彎曲應(yīng)力 ：w? （3-18）yzKmTcfjw32??? 式中 ——計(jì)算載荷，N?mm；jT 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 18 ——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取 1.65；?K ——摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取 1.1，被動(dòng)齒輪取 0.9；f ——齒輪模數(shù)；m ——齒輪齒數(shù)；z ——齒寬系數(shù)，直齒齒輪取 4.4～7.0；c ——齒形系數(shù)，見圖 3-3。齒高系數(shù) 相同、節(jié)點(diǎn)處壓力角不同時(shí)：y f ， ， ， ；壓力角205.1479y?205.1789y?205.1y?2053.y? 相同、齒高系數(shù)為 0.8 時(shí)， ；.4??ff ——輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng) 時(shí)，直齒齒輪的許用應(yīng)力w?maxejT MPa。~][?w 因?yàn)樵撟兯倨魉械凝X輪采用同一種材料，所以當(dāng)校核時(shí)只要校核受力最大和 危險(xiǎn)的檔位齒輪。故分別計(jì)算Ⅰ檔、倒檔齒輪的彎曲強(qiáng)度。 a.Ⅰ檔齒輪副：主動(dòng)齒輪 z8=17,從動(dòng)齒輪 z7=43 Ⅰ檔主動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi12=104×43/17≈263.06N·m 由公式（3-18）得: 主動(dòng)齒輪 z8的彎曲強(qiáng)度： MPaⅠyzKmcfjw 2.790.4612.0)74.(15.3460223 ??????? Ⅰ檔從動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷 Tj=TemaxigⅠ =104×6.40=665.6 N·m 從動(dòng)齒輪 z7的彎曲強(qiáng)度： PayTcfjw 75.643.012.)74.(35.143906223 ??????? b.倒檔齒輪副:因?yàn)榈箼n齒輪相當(dāng)于一個(gè)惰輪,所以主動(dòng)齒輪是 Z8=17，從動(dòng)齒 輪是 Z10=22。通過惰輪后主動(dòng)齒輪是 Z9=17，從動(dòng)輪是 Z7=43。 惰輪的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi12i810=104×（43/17）×（22/17）≈340.43N·m 通過惰輪前，Z 10=22 的彎曲強(qiáng)度由公式（3-18）得: MPaⅠyzKmcfjw 54.60.412.)74.(25.31406023 ??????? 通過惰輪后主動(dòng)輪是 Z9=17，從動(dòng)輪是 Z7=43。 Z9的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi12i810=104×（43/17）×（22/17）≈340.43N·m Payzcfjw 63.10279.6412.0)4.(15.3460223 ??????? Z7的計(jì)算載荷 Tj=Temaxi 倒檔 =104×8.28=861.12 N·m MaⅠⅠyzKmcfjw 73.8694.512.0)74.(35.143962823? 以上的齒輪副都滿足彎曲強(qiáng)度的要求。 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 19 3.4.4 齒輪的接觸強(qiáng)度 [4] 齒輪的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算： （3-19）)1(418.02????bFEj 式中 F——法向內(nèi)基圓周切向力即齒面法向力，N； （3-20）??cost Ft——端面內(nèi)分度圓切向力即圓周力，N； （3-21）dTFjt2? Tj——計(jì)算載荷，N·mm； d——節(jié)圓直徑，mm； ——節(jié)點(diǎn)處壓力角；? ——螺旋角；? E——齒輪材料的彈性模量，鋼取 2.1×105MPa； b——齒輪接觸的實(shí)際寬度，斜齒齒輪為 b/cos 代替，mm；? ——主、被動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑，mm；直齒齒輪：21,? ， ；斜齒齒輪： ，?sin1r??sin2r????21cos/inr? ；?2co/ r1，r 2——分別為主、被動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑，mm。 當(dāng)計(jì)算載荷為 許用接觸應(yīng)力見表 3-5。max5.0ejT 表 3-5 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 /MPaj?齒輪 滲碳齒輪 氰化齒輪 一檔及倒檔 1900～2000 950～1000 常嚙合及高檔 1300～1400 650～700 常嚙合齒輪副：當(dāng)計(jì)算載荷為 =0.5×104=52N·m,max5.0ejT? 由公式（3-21）和（3-20）得: NdFjt 9.1745.32?? t 0.86coscos??? mm 2.1/)in5.317(in1 ???r 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 20 mm7.25/)0sin5.34(sin2 ?????r 由公式（3-19）得: MPabFEj 40.6)7.251.0(16.280.)1(418.0 52 ???? Ⅰ檔: 計(jì)算載荷為 iⅠ =0.5×104×6.40=332.8N·m,max5.0ejT? 由公式（3-21）和（3-20）得: NdFjt 6.425.341082?? t .7coscos??? mm2.10/)in5.31(in1 ???r mm75s4s2? 由公式（3-19）得: MPabFEj 4.106)7.25.10(2.70618.)1(48.0 52 ??????? Ⅱ檔：計(jì)算載荷為 IⅡ =0.5×104×3.09=160.68N·m,max5.0ejT? 由公式（3-21）和（3-20）得: NdFjt 34.2785.31062?? t 9.coscos??? mm 16.2/)0in5.327(in1 ???r mm 759ss2? 由公式（3-19）得: MPabFEj 69.803)75.196.(190.2458.0)1(418.0 52 ??????? Ⅲ檔：計(jì)算載荷為 iⅢ =0.5×104×1.69≈87.88N·m,max.ejT? 由公式（3-21）和（3-20）得: 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 21 NdTFjt 38.2095.324187??? t 4.coscos?? mm5.21/)0in5.36(in1 ????r mm364s24s2 由公式（3-19）得: MPabFEj 78.1)36.45.21(0.9518.0)1(48.02 ???????? 倒檔:計(jì)算載荷為 i12=0.5×104×43/17=131.53N·m,max5.ejT 由公式（3-21）和（3-20）得: NdFjt 18.425.31702??? t .7coscos?? mm2.10/)in5.317(in1 ????r mm73s2s2 由公式（3-19）得: MPabFEj 4.195)7.32.10(2.84701.)1(48.0 52 ???????? 計(jì)算載荷為 i 倒檔 =0.5×104×8.28=430.56N·m,max5.ejT 由公式（3-21）和（3-20）得: NdFjt 73.521.3406???t 89.cos7cos?? mm17.02/)in5.31(in1 ????r mm5s4s2 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 22 由公式（3-19）得: MPabFEj 8.1206)7.5.10(2.896041.)1(48.0 52 ???????? 以上檔位的齒輪副都滿足接觸強(qiáng)度的要求（見表 3-5） 。 3.5 軸的設(shè)計(jì)與軸承的選擇 變速器軸在工作中承受著轉(zhuǎn)矩及來自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸 向力引起的彎矩。剛度不足會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產(chǎn)生過大的噪 聲，降低齒輪的強(qiáng)度、耐磨性及壽命。 3.5.1 軸的設(shè)計(jì) 軸的徑向及軸向尺寸對(duì)其剛度影響很大，且軸長與軸徑應(yīng)協(xié)調(diào)。變速器軸的最 大直徑 d 與支承間的距離 l 可按下列關(guān)系式初選 [4]： 對(duì)第一軸及中間軸： 18.0~6.?ld 對(duì)第二軸： （3-22）218.0l 三軸式變速器的第二軸與中間軸的最大直徑 d 可根據(jù)中心距 A（mm）按下式初 選： （3-23）Ad)6.~45.(? 由公式（3-23）得： =（0.45～0.60）×105=47.25～63mmd)60.~45.(? 由公式（3-22）得： 第二軸：l=d/（0.18～0.21）=225～350mm； 中間軸：l=d/（0.16～0.18）=262.5～393.75mm； 第一軸：l=d/（0.16～0.18）=104.4～135.13mm。 第一軸花鍵部分直徑可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax （N·m）按下式初選： （3-24）3max)6.4~(ed?? 由公式（3-24）得： mTde 62.1~8.10).()6.4( 33max?? 初選的軸徑還需根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)布置和軸承與花鍵、彈性檔圈等標(biāo)準(zhǔn)以及軸 的剛度與強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行修正。欲求中間軸式變速器第一軸的支點(diǎn)反力，必須先 求第二軸的支點(diǎn)反力。檔位不同，不僅齒輪上的圓周力、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)檔位都進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)，將軸看作 鉸接支承的梁，作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取 Temax。 齒輪嚙合的圓周力 Ft、徑向力 Fr、及軸向力 Fa可按下式求出 [4]： 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 23 （3-25）??? ??diTFiearet /tn2)cos(/maxa?? 式中 i——至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比； d——計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑，mm； ——節(jié)點(diǎn)處壓力角；? ——螺旋角；? ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·mm。maxeT 在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力 （MPa）為 [4]：? （3-26）][32???dMW （3-27）2jscT? 式中 W——彎曲截面系數(shù)，mm 3； d——軸在計(jì)算斷面處的直徑，花鍵處取內(nèi)徑，mm； Mc——在計(jì)算斷面處軸的垂向彎矩，N·mm； Ms——在計(jì)算斷面處軸的水平彎矩，N·mm； [ ]——許用應(yīng)力，在低檔工作時(shí)取 400MPa。? 變速器軸與齒輪的制造材料相同，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 3-5 所示時(shí)，若軸在垂直面內(nèi)撓度為 fc, 在水平面內(nèi)撓度為 fs和轉(zhuǎn)角為 δ，可分別用下式計(jì)算 [3]：AδFxB圖 -5 變 速 器 軸 的 撓 度 和 轉(zhuǎn) 角 （3-28）?? ?????EILabFfIbartSrc3)(32? 式中 E——彈性模量，MPa，E=2.1×10 5MPa； I——慣性矩，對(duì)實(shí)心軸 I=πd 4/64，mm 4； d——軸的直徑，mm，花鍵處按平均直徑來計(jì)算； 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 24 a,b——齒輪上的作用力矩支座 A、B 的距離，mm； L——支座間的距離，mm。 在上述計(jì)算中，花鍵軸的計(jì)算直徑可取為其花鍵內(nèi)徑的 1.1 倍。軸斷面的轉(zhuǎn)角 不應(yīng)大于 0.002rad（弧度） 。軸的垂向撓度的容許值[ fc]＝0.05～0.10mm；軸的水 平撓度的容許值[ fs]＝0.10～0.15mm。軸的合成撓度應(yīng)小于 0.20mm。 a.校核第二軸在各檔位下的的強(qiáng)度與剛度 Ⅰ檔：此時(shí)第二軸受到齒輪 Z7的作用力 由公式（3-5）得： ???? ?????? NdiTFerⅠt 27.31845./20tan4.6102/tan2 835/43mx ）（）（?水 平 平 面 :垂 直 平 面 2'ⅠN1Ⅰ 圖 3-6 第二軸在Ⅰ檔時(shí)的受力情況 在垂直平面內(nèi)： N1=Fr1b/l=3184.27×32/193≈527.96N Mc=N1a=527.96×（193-32）≈8.5×10 4N·mm 在水平平面內(nèi)： Ms=FtⅠ ba/l=8845.18×（32/193）×（193-32）≈2.4×10 5N·mm 由公式（3-27）得： Tj=TemaxiⅠ =104×6.40=665.6N·m 23252422 106.10.105.8）（）（）（ ??????jscT ≈7.12×10 5N·mm 由公式（3-26）得: MPadMW57.2431.3723????? 剛度校核：花鍵軸的計(jì)算直徑取其花鍵內(nèi)徑的 1.1 倍,d h=1.1×31=34.1mm， I=πd h4/64=3.14×34.14/64 ≈66338.74mm 4。 由公式（3-28）得： 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 25 ????? ?????????radEILabFmfIbartSrc 45225 106.9374.6810.39784)( . 01.34.610.39784）（ ）（ ）（? 軸的合成撓度 mm。022????scff 以上數(shù)據(jù)滿足要求。 Ⅱ檔：此時(shí)第二軸受到齒輪 Z5的作用力 由公式（3-5）得： ???? ?????? NdiTFerⅠt 28.0345.3/20tan9.31042/tan2 685/mx3 ）（）（?水 平 平 面 :垂 直 平 面Ⅱ 2'N1Ⅱ 圖 3-7 第二軸在Ⅱ檔時(shí)的受力情況 在垂直平面內(nèi): N2=FrⅡ a/l=2003.28×91/193=944.55N Mc=N2b=944.5×（193-91）≈9.6×10 4N·mm 在水平平面內(nèi): N｀ 2=FtⅡ a/l=5564.68×（91/193）≈2.62×10 3N Ms=N｀ 2b=2.62×103×（193-91）≈2.7×10 5N·mm 由公式（3-27）得： Tj=TemaxiⅡ =104×3.09=321.36N·m 23252422 106.107.106.9）（）（）（ ??????jscT ≈4.3×10 5N·mm 由公式（3-26）得: MPadMW10.4731.235????? 剛度校核：d h=1.1×31=34.1mm， I=πd h4/64=3.14×34.14/64 ≈66338.74mm 4。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 26 由公式（3-28）得： ????? ????????radEILabFmfIbartSrc 552225 104.937.6810.3)1(9)( 6.48640.37.10.3)91(? 軸的合成撓度 mm0222?????scff Ⅲ檔：此時(shí)第二軸受到齒輪 Z3的作用力 由公式（3-5）得： ???? ?????? NdiTFerⅠt 51.06245.3/0tan69.1042/tan2 78453/1mx ）（）（?水 平 平 面 :垂 直 平 面 2'ⅢN1Ⅲ 圖 3-8 第二軸在Ⅲ檔時(shí)的受力情況 在垂直平面內(nèi): N2=FrⅢ a/l=1506.51×65/193≈507.37N Mc=N2b=507.37×（193-65）≈6.5×10 4N·mm 在水平平面內(nèi): N｀ 2=FtⅢ a/l=4184.76×（65/193）≈1.41×10 3N Ms=N｀ 2b=1.41×103×（193-65）≈1.8×10 5N·mm 由公式（3-27）得： Tj=TemaxiⅢ =104×1.69=175.76N·m 23252422 1076.108.5.6）（）（）（ ??????jscT ≈2.6×10 5N·mm 由公式（3-26）得: MPadMW94.8314.06235????? 剛度校核：d h=1.1×31=34.1mm， I=πd h4/64=3.14×34.14/64 ≈66338.74mm 4。 由公式（3-28）得： 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 27 ????? ????????radEILabFmfIbartSrc 552225 108.9374.6810.3)9()( 6.748013.74.63810.3)59(? 軸的合成撓度 mm0222????scff 倒檔：此時(shí)第二軸受到齒輪 Z7的作用力 由公式（3-5）得： ???? ?????? NdiTFert 64.1935./20tan8.1042/tan2 4135/3mx ）（）（倒 檔倒 檔 ?水 平 平 面 :垂 直 平 面 F倒 擋 2'N1倒 擋 圖 3-9 第二軸在倒檔時(shí)的受力情況 在垂直平面內(nèi): N1=Fr 倒檔 b/l=4119.64×32/193≈683.05N Mc=N1a=683.05×（193-32）≈1.1×10 5N·mm 在水平平面內(nèi): N｀ 2=Ft 倒檔 b/l=11443.46×（32/193）≈1.9×10 3N Ms=N｀ 2a=1.9×103×（193-32）≈3.06×10 5N·mm 由公式（3-27）得： Tj=Temaxi 倒檔 =104×8.28=861.12N·m 23252522 10.86109.104. ）（）（）（ ??????jscT ≈9.14×10 5N·mm 由公式（3-26）得: MPadMW67.31214.30825????? 剛度校核：d h=1.1×31=34.1mm， I=πd h4/64=3.14×34.14/64 ≈66338.74mm 4。 低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì) 28 由公式（3-28）得： ????? ????????radEILabFmfIbartSrc 452225 10.3974.63810.3)(49)( . 01.97.63810.3)(49? 軸的合成撓度 mm0222????scff b.校核中間軸在各檔位下的強(qiáng)度與剛度 Ⅰ檔：此時(shí)中間軸受到齒輪 Z8的作用力，因?yàn)橐粚?duì)嚙合齒輪所受的力是大小相 等，方向相反的，所以由上述的第二軸上齒輪所受的力可以得到中間軸上齒輪所受 的力。 FtⅠ =8845.18N；F rⅠ =3184.27N 垂 直 平 面 :Ⅰ N21水 平 平 面'FtⅠ 圖 3-10 中間軸在Ⅰ檔時(shí)的受力情況 在垂直平面內(nèi): N1=FrⅠ b/l=3184.27×32/203≈501.95N Mc=N2a=501.95×（203-32）≈8.58×10 4N·mm 在水平平面內(nèi): N｀ 2=FtⅠ b/l=8845.18×（32/203）≈1394.31N Ms=N｀ 2a=1394.31×（203-32）≈2.4×10 5N·mm 由公式（3-27）得： Tj=Temaxi12=104×43/17≈263N·m 23252422 10610.1058. ）（）（）（ ??????jscT ≈3.66×10 5N·mm 由公式（3-26）得: MPadMW72.38214.30625????? 剛度校核： I=πd 4/64=3.14×254/64 ≈19165.04mm 4 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 29 由公式（3-28）得： ????? ????????radE