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摘 要
汽車的行駛狀況很復(fù)雜，汽車的載貨量,道路坡度，路面狀況以及交通狀況等都要求汽車的牽引力和車速具有較大的變化范圍。這就是為什么汽車需要一套可以改變速度的變速系統(tǒng)的原因了。汽車變速器就是協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的實(shí)際行駛速度，用來(lái)適應(yīng)汽車各種運(yùn)行狀況的裝置。汽車變速器主要分為機(jī)械手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器兩大類。傳統(tǒng)的變速器以手動(dòng)式為主，價(jià)格低廉，至今仍有廣泛應(yīng)用。自動(dòng)變速器操控性和安全性能比較好，是汽車變速器的發(fā)展主流。傳統(tǒng)變速器設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，所以更新速度不是很快。不少公司都沒(méi)有設(shè)立獨(dú)立的變速器研發(fā)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)。而是委托專門(mén)的變速器生產(chǎn)商生產(chǎn)，甚至直接購(gòu)買通用的變速器產(chǎn)品。近幾年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了傳統(tǒng)工業(yè)的蓬勃發(fā)展。在汽車行業(yè)，很多大型的計(jì)算機(jī)輔助軟件，大大減少了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了開(kāi)發(fā)難度。
關(guān)鍵詞：汽車； 變速器； 設(shè)計(jì)
ABSTRACT
Design summary of condition of vehicle auto transmission is complex, tabulation of cars, road slopes, road conditions and traffic conditions, and so requires traction and speed has a large range of cars. That is why the car needs a can change the speed of the speed-change system of reason. Auto transmission is to coordinate the engine speed and the actual speed of the wheels, to adapt to the working condition of vehicle unit. Automobile transmissions are divided into transmission and automatic transmission two kinds of Manipulator. Traditional transmission-manual-dominated, low price, still widely used. Automatic transmission operation and better safety, is the development of automotive transmission. Traditional transmission cycle is longer, so update speed is not very fast. Many companies does not establish independent of transmission research and development institutions and agencies. It commissioned a specialized manufacturer of transmissions, or even general transmission products for direct purchase. In recent years, the rapid development of computer technology has led the traditional industry to flourish. In the automotive industry, many large computer aided software significantly reduces product development cycles and reduce development difficulties.
Keywords: Automotive；Transmission；Design
目 錄
第一章 課題依據(jù) 1
1.1課題依據(jù) 1
1.2 任務(wù)要求 1
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 3
第三章 變速器主要參數(shù)的確定 4
3.1變速器檔數(shù)及各黨傳動(dòng)比: 4
3.2 變速器齒輪參數(shù)確定 5
3.3變速器圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.4變速器齒輪強(qiáng)度要求與材料選擇 9
3.5 變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
第四章 零件強(qiáng)度校核 13
4.1 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 13
4.2變速器軸的計(jì)算校核 16
4.3變速器軸承選擇 17
結(jié)束語(yǔ) 18
致 謝 19
參考文獻(xiàn) 20
第一章 課題依據(jù)
1.1課題依據(jù)
變速器是發(fā)展時(shí)間比較早的機(jī)械類產(chǎn)品，但是卻一直在革新，本次設(shè)計(jì)旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和設(shè)計(jì)能力，對(duì)產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程有個(gè)較全面地了解，對(duì)以后的工作也可以作為一次實(shí)踐。
1.2 任務(wù)要求
1.2.1變速器設(shè)計(jì)所需汽車參數(shù)
汽車總質(zhì)量 4000kg
軸距 2800mm
總傳動(dòng)效率 0.82
主減速比 5.833
最高車速 90km/h
最低穩(wěn)定車速 12km/h
最大爬坡角 36/100
驅(qū)動(dòng)車輪 6.50-16（普通低壓輪胎）
發(fā)動(dòng)機(jī) 直列四缸柴油機(jī)495Q
最大功率 75ps/(3200r/min)
最大扭矩 185n/m(2200r/min)
1.2.2變速器的基本設(shè)計(jì)要求:
保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
1） 設(shè)置空檔，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸。
2） 設(shè)置倒擋，使汽車能倒退行駛。
3） 設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。
4） 換檔迅速，省力，方便。
5） 工作可靠。
1.2.3設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
1. 在進(jìn)行課題調(diào)研和廣泛閱讀有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，熟悉汽車變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理。
2. 在研究的基礎(chǔ)上確定汽車變速器的主要參數(shù)。
3. 完成主參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算并確定方案。
4. 完成汽車變速器的工程圖紙的繪制。
5. 完成畢業(yè)論文。
6. 翻譯外文資料。
7. 撰寫(xiě)綜述報(bào)告。
8. 完成設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)的編寫(xiě)。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的變速器采用手動(dòng)操控，主要有兩軸式和三軸式兩種結(jié)構(gòu)。兩軸式變速器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)，后置后驅(qū)的汽車上。二三軸式的應(yīng)用廣泛，大部分汽車采用此種形式的變速器結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的三軸變速器相比，二軸式變速器由于省了中間軸，所以一般檔位傳動(dòng)效率要高一些，可以有等于1的傳動(dòng)比，但仍要經(jīng)過(guò)一堆齒輪傳遞動(dòng)力，因此有功率損耗，任何一檔的傳動(dòng)效率都不如三軸變速器直接檔的傳動(dòng)效率高。三軸式變速器可將輸入軸與輸出軸直接連接，得到直接檔，這種動(dòng)力傳動(dòng)方式幾乎沒(méi)有功率損耗，且噪聲小。
很多小型轎車，尤其微型汽車采用兩軸式變速器的比較多。這樣可以將變速器和傳動(dòng)器組成一體，使傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)更緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的整體布局。但是一般像前置后驅(qū)的車都采用三軸式變速器。
目前汽車上的機(jī)械式變速器采用的換檔結(jié)構(gòu)主要形式有三種：滑動(dòng)齒輪換檔，嚙合式換擋和同步器換檔。
由于設(shè)計(jì)主要目的在于培養(yǎng)我的工程意識(shí)及設(shè)計(jì)能力，通過(guò)與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定涉及一個(gè)三軸式的具有四個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔的機(jī)械滑移齒輪式變速器。
第三章 變速器主要參數(shù)的確定
3.1變速器檔數(shù)及各黨傳動(dòng)比:
3.1.1根據(jù)最大怕坡度確定一擋傳動(dòng)比：
汽車在最大上坡路面形勢(shì)時(shí)，最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)能克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力即上坡阻力。由于汽車上坡時(shí)速度不高?？珊雎钥諝庾枇?，這時(shí)，
Fkmax≧Ft+Fimax
其中，F(xiàn)kmax 為最大驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)t為滾動(dòng)阻力，F(xiàn)imax為最大上坡阻力。
Fkmax =Memaxi0i1?/r,
Ft =fmgcosamax
Fimax =mgsinamin
綜合上面幾式可得：
Memaxi0i1?/r≧fmgcosamax+mgsinamin
i ≧(fmgcosamax+mgsinamin)r/（Memaxi0i1?）
=（0.011*cos cos19048,+sin19048,）*4000*9.8*0.3775/(185*5.833*0.82)
=5.83
3.1.2根據(jù)驅(qū)動(dòng)論與路面的附著力確定一檔傳動(dòng)比
汽車行駛時(shí)，為了使驅(qū)動(dòng)輪不打滑，必須使驅(qū)動(dòng)力小于驅(qū)動(dòng)輪與路面間的附著力，此條件可用下列不等式表示：
Memaxi0i1?/r≦N&
其中為道路附著稀疏,計(jì)算時(shí)取0.5-0.6,N為驅(qū)動(dòng)輪垂直反力：
N=（acosa+hgsina）ma/L
=(953*COS19048,+800* sin19048,)*4000*953/2800
=228259.8
I≦N&r/( Memaxi0i1?)=53.55
對(duì)于越野汽車，為了避免在松軟路面上行駛，由于土壤受沖擊剪切破壞而損失地面附著力，要滿足在極低速度行駛。這里可以不予考慮，這樣取較小值5.83。
最高傳動(dòng)比一般取1，即直接檔作為最高檔，其他各檔可以以公比確定：
i4=imin;i3=i4q;i2=i3q;i1=imax
其中q=( imax / imin)-3=1.80
計(jì)算可得：i4=1 i3=1.8 i2=3.24 i1=5.83
因?yàn)辇X輪齒數(shù)為整數(shù)，實(shí)際傳動(dòng)比與此計(jì)算值有出入。而且為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在各檔時(shí)都在相同的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，靠近于高檔的鄰檔公比應(yīng)比靠近低檔的微小。
3.2 變速器齒輪參數(shù)確定
3.2.1齒數(shù)的選擇
確定變速器齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮以下要求：
1）盡量符合動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性等各檔對(duì)傳動(dòng)比的要求；
2）最少齒數(shù)不應(yīng)產(chǎn)生根切。通常變速器中間軸一檔齒輪是齒數(shù)最少的齒輪，此齒輪不應(yīng)產(chǎn)生根切，而且根圓直徑應(yīng)大于軸直徑；
3）互相嚙合的齒輪，齒數(shù)間不應(yīng)有公因數(shù)，速度高的齒輪更應(yīng)該注意；
4）齒數(shù)多，可降低傳動(dòng)的噪音。
3.2.2模數(shù)的選擇
決定齒輪模數(shù)的因素很多，其中最主要的是載荷的大小。由于高檔齒輪和低檔齒輪載荷不同，故高檔齒輪和低檔齒輪模數(shù)不應(yīng)相同。一般汽車變速器通常是高檔齒輪用一種模數(shù)，一檔和倒檔齒輪用另一種模數(shù)，其他檔位齒輪模數(shù)介于兩者之間。初選模數(shù)時(shí)，可以參考同類型的汽車齒輪模數(shù)確定。
在理論上常希望低一檔的Mn是高一檔的Mn（1.10～1.15）倍，這樣計(jì)算出的模數(shù)不標(biāo)準(zhǔn)也不實(shí)際，還應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝來(lái)確定。根據(jù)GB/T1357-1987,并且乘用車總質(zhì)量在1.8t到1.4t的貨車去取用范圍在2.0～3.5，選定各檔齒輪模數(shù)均為：2.50。
3.2.3中心矩的選擇：
中心距可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得到的經(jīng)驗(yàn)公式初選：
A=KA*(TIMAX)-3
其中為中心矩系數(shù)，對(duì)轎車，KA =8.9～9.3；對(duì)貨車，KA =8.6～9.6；對(duì)多檔主變速器，KA =9.511
TIMAX是變速器處于1檔的輸出轉(zhuǎn)矩
TIMAX = TcMAX *i1*?g=1035.408N.m
A=KA*(TIMAX)-3=91.053mm,取A=92mm.
3.2.4齒寬的選擇
齒輪寬度大，承載力高。但齒輪受載后，由于齒向誤差及軸的撓度變形等原因，沿齒寬方向受力不均勻，因此齒寬不宜過(guò)大，一般齒寬可由下列公式初選:
b=(4.5～7.5)Mn
初選：直齒輪，取b=15mm.
3.2.5齒形，壓力角，齒頂高系數(shù)
變速器齒輪都采用漸開(kāi)線齒輪。為了改善嚙合，降低噪聲和提高強(qiáng)度，現(xiàn)在汽車變速器齒輪多采用高齒且修形的齒形。根據(jù)GB/T1356-78的規(guī)定，取一軸常嚙合齒輪齒形角為200，一檔齒輪200，二檔齒輪200，三檔齒輪200，壓力角200。一般齒輪的齒頂高系數(shù)f0=1.0，為一般汽車變速器齒輪所使用，這里就采用這個(gè)參數(shù)。
3.2.6各檔齒輪數(shù)的分配
3.2.6.1確定一檔齒輪的齒數(shù)
已知一檔傳動(dòng)比(Z2/Z1)*(Z7/Z8)=5.83
齒數(shù)和 ∑Z=2A/M≈73
其中為了使Z7/Z8盡量大些，應(yīng)將Z8取得盡量小些，這樣的傳動(dòng)比可小些，以使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。選擇齒輪的齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意最好不要使相配合的齒輪數(shù)和為偶數(shù)，以減少大小齒輪齒數(shù)有共約數(shù)的機(jī)會(huì)，否則會(huì)引起齒面的不均勻磨損。Z8的最少齒數(shù)還受到中間軸軸徑的限制，貨車變速器中間軸的一檔齒輪最小齒數(shù)為12~17，取Z8為15，則Z7為58。由此凡求得中心矩A=91.25
則Z2/Z1=1.50776
而Z2+Z1=73
聯(lián)列取整得Z2=44，Z1=29
修正得Z2/Z1=1.517
這樣總傳動(dòng)比為5.8667，合乎要求。
3.2.6.2確定其他檔位的齒輪齒數(shù)
Z5/Z6≈2.163
Z5+Z6=73
聯(lián)列取整得 Z5=50，Z6=23，修正后的傳動(dòng)比為3.30
Z3/Z4=1.1866
Z3+Z4=73
聯(lián)列取整得 Z3=40,Z4=33, 修正后的傳動(dòng)比為1.84.
3.2.6.3確定倒檔齒輪的齒數(shù)
通常倒檔齒輪的齒數(shù)Z10=21~23.初選Z10=22，計(jì)算中間軸與倒檔軸的中心距
A,=m*（Z8+Z10）/2=46.25mm
為避免干涉，齒輪8與齒輪9的齒頂圓之間應(yīng)有不小于0.5mm的間隙，故有：(da8/2)=(da9/2)= A,-0.5
da9=2 A,- da8-1=49mm
則d9≦44mm,取d9=42.5，Z9=d0/m=17,接著可以求得第二軸與倒檔軸之間的中心距：
A,,=93.75mm
中心距確定如下圖
3.2.7 齒輪變位系數(shù)的確定
3.2.7.1一檔齒輪變位系數(shù)
對(duì)小齒輪Z8，消除根切，X≧h*-sin2a=0.1226667,取X8=0.13
嚙合角a`=cos-1=20026,
總變位系數(shù)XE==0.103
故齒輪7的變位系數(shù)X7=-0.027
3.2.7.2倒檔齒輪變位系數(shù)
Z9與Z7嚙合，一般不對(duì) Z9進(jìn)行修正，即取 Z9=0
Z8與Z10嚙合，其中采取變位齒輪，
cosa’= =0.93464
a’=20050’
XE= =0.1025
X8=0.13，X10=-0.0275
3.2.7.3其他檔位及常嚙合齒輪
在這里，由于中心距一定，各齒輪模數(shù)選取一致，并且各齒輪齒數(shù)都較大，不會(huì)產(chǎn)生根切現(xiàn)象，故余下齒輪均不采用變位修正。
3.3變速器圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
汽車變速器齒輪均為漸開(kāi)線齒輪。漸開(kāi)線齒輪除了能滿足傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比恒定不變等的基本要求外，還有互換性好，中心距具有可分離性及切齒制造容易等優(yōu)點(diǎn)。漸開(kāi)線齒輪正確嚙合條件是:兩齒輪的模數(shù)，分度圓壓力角必須相等，兩斜齒輪的螺旋角必須相等而且方向相反。
直齒圓柱齒輪幾何尺寸的計(jì)算公式如表1：
名 稱
符 號(hào)
公 式
分度圓直徑
d
d＝mz
齒頂圓直徑
da
da ＝d+2 ha ＝m(z+2)
齒根圓直徑
df
df ＝d+2 hf ＝m(z-2.5)
齒頂高
ha
ha ＝m
齒根高
hf
hf ＝1.25m
全齒高
h
h ＝ha + hf = 2.25m
中心距
a
a ＝m∕2 (z1+z2)
齒 距
p
P = πm
表1
各齒輪的主要參數(shù)如下表2所示
表2
3.4變速器齒輪強(qiáng)度要求與材料選擇
3.4.1齒輪的損壞形式
變速器齒輪的損壞有以下幾種形式：
（1）輪齒折斷
齒輪在嚙合過(guò)程中，齒輪表面承受有集中載荷的作用。可以把齒輪看作是懸臂梁，輪齒根部彎曲應(yīng)力很大，過(guò)渡圓角處又有應(yīng)力集中，故輪齒根部很容易發(fā)生斷裂。輪齒折斷有兩種情況，一種是輪齒受到足夠大的突然載荷的沖擊作用，導(dǎo)致輪齒斷裂。另一種是受到多次重復(fù)載荷的作用，齒根受拉面的最大應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)疲勞裂縫，裂縫逐漸擴(kuò)展到一定深度以后，齒輪突然折斷。
為避免齒輪輪齒折斷，需降低輪齒的彎曲應(yīng)力，提高齒輪的彎曲強(qiáng)度。采用下列措施，可提高輪齒的彎曲強(qiáng)度：增大輪齒根部齒厚；加大輪齒根部過(guò)渡圓角半徑；采用長(zhǎng)齒齒輪傳動(dòng)；提高重合度；使同時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)增多；使齒面及齒根部過(guò)渡圓角處盡量光滑；提高材料的許用應(yīng)力，如采用優(yōu)質(zhì)鋼材等。
（2）齒面點(diǎn)蝕
齒面點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)的一種損壞形式。因閉式齒輪在潤(rùn)滑油中工作，齒面長(zhǎng)期受到脈動(dòng)的接觸應(yīng)力作用，會(huì)逐漸產(chǎn)生大量與齒面成尖角的小裂縫。而裂縫中油壓增高，使裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，最后導(dǎo)致齒面表層一塊塊剝落，齒面出現(xiàn)大量的扇形小麻點(diǎn)，這就是齒面點(diǎn)蝕現(xiàn)象。
提高接觸強(qiáng)度的措施：一方面是合理選擇齒輪參數(shù)，使接觸應(yīng)力降低；另一方面是提高齒面硬度，如采用許用應(yīng)力大的鋼材等。
（3）齒面膠合
高速重載齒輪傳動(dòng)、軸線不平行的螺旋齒輪傳動(dòng)及雙曲面齒輪傳動(dòng)，由于齒面相對(duì)滑動(dòng)速度大，接觸應(yīng)力大，使齒面間潤(rùn)滑油膜破壞，兩齒面之間金屬材料直接接觸，局部溫度過(guò)高，互相熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，這種損壞形式叫膠合。
防止膠合的措施有：一方面采用較大或加有耐壓添加劑的潤(rùn)滑油，提高油膜強(qiáng)度，使油膜不破壞，就可以不產(chǎn)生局部溫升；另一方面可提高齒面硬度，或嚙合齒輪采用不同材料等。
變速器齒輪磨損的原因是：
變速器齒輪經(jīng)常在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不斷交變的情況下工作。齒輪除了由于正常磨損外，還會(huì)由于潤(rùn)滑油品質(zhì)、潤(rùn)滑條件不良、駕駛操作不當(dāng)、維修時(shí)齒輪裝配相互啃合位置不當(dāng)?shù)仍?，均?huì)造成齒輪沖擊，輪齒啃合得不好以及起步抖動(dòng)等，都會(huì)加速齒輪的磨損和損傷。另外，齒輪其他部位或其他零件的磨損(如齒輪孔中花鍵槽、軸承、花鍵軸等磨損)、變形(如變速器殼體軸承座承孔磨損或變形、花鍵軸變曲等)，離合器或傳動(dòng)軸的裝配不當(dāng)，制造上的某些缺陷(如滲碳層不均勻、齒輪翹曲等)，也會(huì)加速齒輪的磨損。
齒輪是依靠本身的結(jié)構(gòu)尺寸和材料強(qiáng)度來(lái)承受外載荷的，這就要求材料具有較高強(qiáng)度韌性和耐磨性；由于齒輪形狀復(fù)雜，齒輪精度要求高，還要求材料工藝性好。
變速器齒輪常用材料為鍛鋼
一、鍛鋼
根據(jù)齒面硬度分為兩大類
HB<350時(shí)，稱為軟齒面
H8>350時(shí)，稱為硬齒面
1．齒面硬度 HB<350
工藝過(guò)程：鍛造毛坯→正火--粗車→調(diào)質(zhì)、精加工
常用材料：45、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB
特點(diǎn)：
具有較好的綜合性能，齒面具有較高強(qiáng)度和硬度，齒芯具有較好韌性。
熱處理后切齒精度可達(dá)8級(jí)。
制造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)率高，對(duì)精度要求不高。
2．齒面硬度 HB>350
采用中碳鋼時(shí)：
工藝過(guò)程：鍛造毛坯→?；智小{(diào)質(zhì)→精切→高、中頻淬火→低溫回火→珩齒或研磨劑跑合、電火花跑合。
常用材料：45、40Cr、40CrNi。
特點(diǎn)：
齒面硬度HRC=48-55，接觸強(qiáng)度高，耐磨性好。
齒芯保持調(diào)質(zhì)后的韌性，耐沖擊能力好，承載能力較高。
精度下降半數(shù)，可達(dá)7級(jí)精度。
適用于大量生產(chǎn)，如：汽車、機(jī)床等中速中載變速箱齒輪。
采用低碳鋼時(shí)：
鍛造毛坯→?；智小{(diào)質(zhì)→精切→滲碳淬火→低溫回火→磨齒。達(dá)6級(jí)、7級(jí)。
常用材料：20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo。
特點(diǎn)：尺面硬度，承載能力強(qiáng)。
芯部韌性好，耐沖擊，適合于高速、重載、過(guò)載傳動(dòng)或結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合，機(jī)車主傳動(dòng)齒輪、航空齒輪。
二、齒輪的工作條件不同，輪齒的破壞形式不用，是確定齒輪強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)測(cè)和選擇材料和熱處理的根據(jù)。
1.對(duì)于受沖擊載荷時(shí)，輪齒容易折斷應(yīng)選用韌性較好的材料，可選用低碳鋼滲碳淬火。
2.對(duì)于高速閉式傳動(dòng)，齒面易點(diǎn)蝕，應(yīng)選用齒面硬度較好的材料，可選用中碳鋼表面淬火。
3.對(duì)于低速中載，輪齒折斷，點(diǎn)蝕，磨損均可發(fā)生時(shí)，應(yīng)選用機(jī)械強(qiáng)度，齒面硬度等綜合機(jī)械性能好的材料，可選用中碳鋼調(diào)質(zhì)精切。
3.5 變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.5.1 軸的功用和設(shè)計(jì)要求
變速器軸在工作時(shí)承受扭矩，彎矩，因此應(yīng) 具備足夠的強(qiáng)度。軸的剛性不足，在負(fù)荷作用下，軸會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形，影響齒輪的正常嚙合，產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，并會(huì)降低齒輪的使用壽命。設(shè)計(jì)變速器時(shí)主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：軸的結(jié)構(gòu)形狀，軸半徑，長(zhǎng)度，軸的強(qiáng)度和剛度，軸上的花鍵形式和尺寸等。
3.5.2 軸的尺寸初選
變速器的軸向尺寸與檔位數(shù)，齒輪形式，換擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式等都有直接關(guān)系，對(duì)四檔變速器而言，設(shè)計(jì)時(shí)可按I=（2.4~2.8）A進(jìn)行初選。初選I=230mm。
第四章 零件強(qiáng)度校核
4.1 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
4.1.1輪齒強(qiáng)度計(jì)算
與其它機(jī)械行業(yè)比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車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。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒或磨齒精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度為JBl79—83，6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)算汽車變速器齒輪強(qiáng)度用的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。
1、輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算
(1)直齒輪彎曲應(yīng)力
(3--11)
式中，為彎曲應(yīng)力(N／mm2)；為圓周力(N)，=2／d；為計(jì)算載荷(N·mm)；d為節(jié)圓直徑(mm)；為應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.65；為摩擦力影響系數(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=O.9；b為齒寬(mm)，b= m；t為端面齒距(mm)，t=πm；m為模數(shù)(mm)；y為齒形系數(shù)，見(jiàn)圖1。
圖1 齒形系數(shù)圖(假定載荷作用在齒頂α=20°，=1
因?yàn)辇X輪節(jié)圓直徑d=mz，式中z為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)代人式(3-11)后得
(3-12)
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400～850N／mm2，貨車可取下限，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。
4.1.2一檔和倒擋接觸強(qiáng)度計(jì)算：
輪齒的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算
(3-15)
式中，為輪齒的接觸應(yīng)力(N／mm2)；F為齒面上的法向力(N)，；為圓周力(N)，=2／d；為計(jì)算載荷(N·mm)；d為節(jié)圓直徑(mm)；α為節(jié)點(diǎn)處壓力角(°)，β為齒輪螺旋角(°)；E為齒輪材料的彈性模量(N／mm2)；b為齒輪接觸的實(shí)際寬度(mm)；、為主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm)，直齒輪：，，斜齒輪：，；、為主、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／2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3。
表3 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力
齒輪
／(N·)
滲碳齒輪
液體碳氮共滲齒輪
一檔和倒檔
1900--2000
950--1000
常嚙合齒輪和高檔
1300~-1400
650--700
計(jì)算得：sj7=1637N/mm2
sj9=1548.9 N/mm2
sj10=1877.9 N/mm2
sj1=1166 N/mm2
一檔及倒檔齒輪的許用應(yīng)力為1900~2000 N/mm2，故常嚙合齒輪，一檔齒輪和倒檔齒輪接觸強(qiáng)度都足夠。
4.2變速器軸的計(jì)算校核：
4.2.1 軸的剛度校核：
變速器軸的剛度用軸的撓度和轉(zhuǎn)角來(lái)評(píng)價(jià)，軸的剛度比其強(qiáng)度更重要。軸的變形如下圖所示：
圖1
一軸軸承支撐離常嚙合齒輪距離十分近，其剛度不需要校核，二軸和中間軸的轉(zhuǎn)角和撓度計(jì)算形式應(yīng)與下圖所示：
圖2
從A到C
y=
從C到B
y=
對(duì)二軸而言，P=R1=0.929X103N
在C點(diǎn)位置比較重要，故計(jì)算C點(diǎn)撓度：
yc==0.03653mm
水平方向上，P=P1=2.552103N
yc==0.1003mm
y總==0.10667mm
二軸的剛度最小，要求二軸齒輪處軸截面的總撓度不大于0.13~0.15mm，因此這個(gè)要求是能滿足的。
對(duì)中間軸，除了與二軸各檔齒輪間的相互作用力之外，還有常嚙合齒輪間的作用力。
兩個(gè)力應(yīng)該疊加計(jì)算。
y= + =0.41mm
齒輪所在平面軸的分離不得超過(guò)0.2mm，中間軸和二軸之間的總撓度為：y=0.036+0.041=0.077mm,完全符合。
4.3變速器軸承選擇
變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)，可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。變速器第一軸、第二軸的后部軸承以及中間軸前、后軸承，按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。滾針軸承、滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。
變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。
結(jié)束語(yǔ)
對(duì)于本次設(shè)計(jì)的變速箱來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)是：扭矩變化范圍大可以滿足不同的工況要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)、使用和維修。在設(shè)計(jì)中采用了4+1擋手動(dòng)變速器，通過(guò)較大的變速器傳動(dòng)比變化范圍，可以滿足汽車在不同的工況下的要求，從而達(dá)到其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的要求；變速器掛擋時(shí)用同步器，雖然增加了成本，但是使汽車變速器操縱舒適度增加，齒輪傳動(dòng)更平穩(wěn)。本著實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的原則，在各部件的設(shè)計(jì)要求上都采用比較開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，因此，安全系數(shù)不高同時(shí)成本上沒(méi)有一個(gè)大概的定義，但這僅僅是一個(gè)設(shè)計(jì)，在今后的工作生活中一定會(huì)本著認(rèn)真謹(jǐn)慎的實(shí)際理念，設(shè)計(jì)出更好的東西。
緊張忙碌的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，這次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年來(lái)的學(xué)習(xí)的一次最綜合的檢驗(yàn)，也更是一次綜合的學(xué)習(xí)過(guò)程。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使我學(xué)習(xí)和鞏固了專業(yè)課知識(shí)而且了解了不少相關(guān)專業(yè)的知識(shí)，個(gè)人能力得到很大提高。同時(shí)鍛煉了動(dòng)手能力，為以后我踏入社會(huì)工作打下了良好的基礎(chǔ)。
致 謝
本論文在龐偉導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)于律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)法、平易近人的人格魅力對(duì)本人影響深遠(yuǎn)。不僅使本人樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)習(xí)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在寫(xiě)論文的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問(wèn)題都得以解決。所以在此，再次對(duì)老師道一聲：老師，謝謝您！
時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進(jìn)，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！在此我向三江學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)的所有老師表示衷心的感謝，謝謝你們四年的辛勤栽培，謝謝你們?cè)诮虒W(xué)的同時(shí)更多的是傳授我們做人的道理，謝謝四年里面你們孜孜不倦的教誨！
四年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這三年來(lái)我遇到了如此多的良師益友，無(wú)論在學(xué)習(xí)上、生活上，還是工作上，都給予了我無(wú)私的幫助和熱心的照顧，讓我在一個(gè)充滿溫馨的環(huán)境中度過(guò)四年的大學(xué)生活。感恩之情難以用言語(yǔ)量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意。
最后要感謝的是我的父母，他們不僅培養(yǎng)了我對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的濃厚的興趣，讓我在漫長(zhǎng)的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成畢業(yè)。
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