PAGEPAGE101漸開線圓柱齒輪的嚙合計算齒輪傳動的側隙及計算1、側隙的定義：在一對裝配好的齒輪副中，側隙是相嚙齒輪齒間的間隙，它是在節(jié)圓上一對齒輪非工作面的間隙。2、側隙的作用：為了保證齒輪正常傳動工作，避免工作時溫度升高而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，保證齒輪正常潤滑以及消除非工作齒面的撞擊，在非工作齒面必須有最小側隙。3、在變速器齒輪設計時，由于不同的變速器，它的工作條件不同，設計齒輪的最小側隙也不同。最小側隙：最小側隙是當一個齒輪的齒以最大允許實效齒厚與一個也具有最大允許失效齒厚的相配齒在最緊的允許中心距相嚙合時，在靜態(tài)條件下存在的最小允許側隙。影響最小側隙的因素：箱體、軸和軸承的偏斜；由于箱體的偏斜和軸承的間隙導致齒輪軸線的歪斜；安裝誤差，例如軸的偏心；軸承徑向跳動；溫度影響（箱體與齒輪零件的溫度差，中心距和材料差異所致）；旋轉零件的離心漲大；商用車變速器的最小側隙取0.04～0.08mm,輕型車取下限，重型車取上限。乘用車變速器的最小側隙取0.03～0.05mm。端面最小側隙的計算：（3.5-1）式中：式中:法向最小側隙的計算：‘--節(jié)圓螺旋角最大側隙的計算：將式（3.5-1）中的替換成，將替換成即可計算出最大側隙。舉例說明：LC5T80變速器二軸五檔齒輪副的側隙計算；已知：Mn=2.06Z1=24Z2=43a=79.348+0.050αn=17.5°dp=φ3.969M1=64.0340-0.068M2=107.1750-0.08β求：、解：節(jié)圓法向最小側隙齒輪1（偶數(shù)齒）齒厚增量28.75676°由0.046872=0.0141104+0.084175+0.026274X1n-0.065449則：2、齒輪2（奇數(shù)）齒厚增量由0.025722=0.0141137+0.014665X2n+0.046981-0.036530解得：則：兩齒輪的節(jié)圓齒厚由式帶入數(shù)據(jù)得：由公式：得：同理：4、節(jié)圓側隙節(jié)圓齒距節(jié)圓最小側隙：5、節(jié)圓法向最小側隙由式：得節(jié)圓螺旋角：26.3133°節(jié)圓法向最小側隙：節(jié)圓法向最大側隙：在計算最小法向側隙的過程中，將兩齒輪跨測距最小值、中心距最大值帶入式中計算即可得出最大側隙值。計算后得：齒頂變尖情況驗算由于正變位齒輪隨著變位系數(shù)的增大，齒頂高也會增大，而齒頂也會逐漸變尖。這樣在淬火時，齒頂會全部淬透，從而變脆易于崩碎。對齒數(shù)少而變位系數(shù)大的齒輪，更易產生這種現(xiàn)象，因此，對于變位系數(shù)較大的小齒輪，必須進行齒頂變尖的驗算，對于汽車變速器齒輪，推薦其齒頂寬Sa≥（0.25～0.4）m齒頂寬Sa用下式計算：（3.5-2）（3.5-3）式中：齒頂圓壓力角重合度兩齒輪基圓齒距相等，是齒輪連續(xù)傳動的必要條件，而重合度大于1，是兩齒輪連續(xù)傳動的充分條件。重合度等于一對齒輪的嚙合線與基圓齒距之比。對于直齒輪來講，指的是端面重合度，對于斜齒輪來講，是指端面重合度與縱向重合度之和。直齒輪的重合度的計算：（3.5-4）式中：齒輪1的齒頂圓壓力角齒輪2的齒頂圓壓力角斜齒輪的重合度的計算：（3.5-5）由于齒輪的加工制造及安裝均有誤差，所以齒輪傳動的實際重合度比理論值要小，為了保證齒輪傳動的連續(xù)性，傳動平穩(wěn)性、減小噪聲及延長齒輪壽命，按理論計算的值必須大于允許值。汽車變速器的例如：我公司LC5T80變速器二軸五檔齒重合度的計算已知參數(shù)：Mn=2.06Z1=24Z2=43b=21.55αn=17.5°αt=19.6515°β=28°中心距a′=79.348，未變位時中心距a=78.1587d1=φ55.9943,da1=φ62.9d2=φ100.3231,da2=φ105.49求：=21.9032°將數(shù)據(jù)帶入(1)式得:則:變速器齒輪結構的設計汽車變速器齒輪分為：一軸齒輪、二軸盤齒、中間軸齒輪和倒檔惰輪。由于變速器齒輪的分度圓直徑一般小于300mm，所以齒輪通常是鍛造而成，同時鍛造齒輪能夠形成金屬的流線，從而增加了齒輪的強度。一、一軸齒輪一軸齒輪又稱常嚙合齒輪或輸入軸齒輪，一般與一軸一起設計成齒輪軸的形式，典型的結構如圖6.6-1所示。圖6.6-1從圖中看出，一軸齒輪的內部設計成帶孔的結構，目的是作為二軸的一個支承端。目前，齒輪與接合齒環(huán)一般多設計成焊接結構，所以齒輪的端部設計出臺肩，以便與接合齒環(huán)壓配后焊接。另外，齒輪在沿圓周上齒槽根部均布地設計出徑向油孔，以潤滑支撐二軸的滾針軸承。由于一軸齒輪內部的孔是盲孔，一般要設計出排氣孔。二、二軸盤齒二軸盤齒又稱主軸齒輪或輸出軸齒輪，典型的結構如圖6.6-2所示。從圖中看出，二軸盤齒一般設計成腹板式。圖6.6-2三、中間軸齒輪中間軸齒輪的結構一般有腹板式與整體式兩種，腹板式的結構見圖6.6-3，對與徑向尺寸較大的齒輪可以在腹板上沿圓周方向均布地設計出軸向孔，一方面可以節(jié)省材料，另一方面可以降低變速箱的噪音。圖6.6-3整體式的結構見圖6.6-4，圖6.6-4四、倒檔惰輪典型的倒檔惰輪結構如圖6.6-5所示圖6.6-5第二章齒輪的強度計算第一節(jié)齒輪強度的失效模式變速器齒輪強度的失效模式有：輪齒斷裂、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損輪齒斷裂齒輪在嚙合過程中，齒面承受有集中載荷的作用。我們可以把輪齒看作懸臂梁，輪齒根部彎曲應力很大，過渡圓角處又有集中應力作用，故輪齒根部容易發(fā)生斷裂。輪齒折斷有兩種情況，疲勞斷裂和過載斷裂。（附圖片）疲勞斷裂在長時間交變載荷的情況下，齒輪根部經受交變的彎曲應力。如果高應力點的應力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產生很短的裂紋，隨著載荷次數(shù)的不斷增加，裂紋不斷擴大，最后導致輪齒部分地或整個地斷掉。在開始出現(xiàn)裂紋處和突然斷掉前出現(xiàn)裂紋處，在載荷作用下由于裂紋斷面間的摩擦，形成一個光亮的斷面區(qū)域，這是疲勞斷裂的特征。其余斷面由于是突然形成的故為粗糙表面的新斷面。參見圖2.1-1。圖2.1-1過載斷裂由于設計不當或齒輪材料不符合要求或熱處理不符合要求，或由于突然性的峰值載荷的沖擊。使載荷超過了齒輪彎曲強度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。此外，由于裝配的齒側間隙調節(jié)不當、安裝剛度不夠、安裝位置不對等原因，使齒輪表面接觸區(qū)偏向一端，輪齒受到局部集中載荷時，往往會使一端沿斜向產生局部齒端折斷，各種形式的過載斷裂的斷面均為粗糙的新斷面。參見圖2.1-2。圖2.1-2為避免齒輪輪齒折斷，需降低輪齒的彎曲應力，即提高齒輪的彎曲強度，采用下列措施可提高輪齒的彎曲強度：1．）增大齒輪的根部厚度；2．）加大齒輪的齒根圓弧半徑；3．）增大齒頂高系數(shù)，以提高重合度，使同時嚙合的齒數(shù)增多；4．）使齒根部過渡圓角的粗糙度盡量的低；5．）提高材料的彎曲疲勞極限，采用優(yōu)質的齒輪鋼；6．）采用強力噴丸提高齒輪根部的壓應力；二、齒面點蝕及剝落齒面點蝕及剝落是閉式滲碳齒輪傳動經常出現(xiàn)的一種損壞形式。約占損壞報廢齒輪的70%以上，它主要由于齒輪的接觸應力不夠引起。1、齒面點蝕因閉式齒輪傳動齒輪在潤滑油中工作，齒面長期受到脈動的交變應力的作用，會逐漸產生大量與齒面成尖角的小裂縫。裂縫中充滿了潤滑油，嚙合時由于相互擠壓，裂縫中油壓增高，使裂縫繼續(xù)擴展，最后導致齒面表層一塊塊脫落，齒面出現(xiàn)大量點形小麻點。這就是齒面點蝕現(xiàn)象。若以節(jié)圓為界，把輪齒分為根部及頂部兩段，則靠近節(jié)圓根部的齒面處，比靠近節(jié)圓頂部的齒面處點蝕嚴重。兩個互相嚙合的齒輪中，主動的小齒輪點蝕較嚴重。點蝕的后果不僅是齒面出現(xiàn)許多小麻點，而且由此使齒形誤差加大，產生動載荷，也可能引起輪齒折斷。參見圖2.1-3。圖2.1-32.齒面剝落發(fā)生在滲碳齒輪及淬硬齒輪的齒面上，形成沿齒寬方向分布較點蝕更深的凹坑。凹坑壁沿齒表面陡直地陷下。造成齒面剝落的主要原因是表層強度不夠。例如，滲碳齒輪表層太薄，心部硬度不夠等都會引起齒面剝落。當滲碳齒輪熱處理不當，使?jié)B碳層中含碳濃度的梯度太陡時，則一部分滲碳層齒面形成的硬皮也將從齒輪上剝落下來。參見圖2.1-4。圖2.1-4提高接觸強度的措施：合理選擇齒輪參數(shù)，使接觸應力降低；提高齒面硬度和降低齒面粗糙度；三、齒面膠合高速重載的齒輪傳動，軸線不平行的螺旋齒輪傳動及雙曲面齒輪傳動，由于齒面相對滑動速度大，接觸壓力大，使齒面潤滑油膜破壞，兩齒面間金屬材料直接接觸，局部溫度過高，互相熔焊粘接，齒面沿滑動方向形成撕傷痕跡，這種損壞形式叫膠合。參見圖2.1-5。圖2.1-5防止膠合的措施有：一方面采用粘度大或加有耐壓添加劑的潤滑油，提高油膜強度，使油膜不破壞，就可以不產生局部溫升；另一方面可提高齒面硬度，或嚙合齒輪采用不同材料等。對于汽車變速器齒輪，膠合損壞的情況不是很多。四、齒面磨損齒輪齒面間相互滑動、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。規(guī)定范圍內的正常磨損是允許的，研磨磨損是由齒輪傳動中的剝落顆粒、裝配中帶入的雜物如：未清除的型砂、氧化皮及油中不潔物所造成的不正常磨損，應予以避免。參見圖2.1-6。圖2.1-6防止齒面磨損的措施有：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；減少磨粒侵入。第二節(jié)齒輪的強度計算一、齒輪強度計算方法概述：目前，在國際上齒輪強度的計算方法有數(shù)十種，其中較有影響的齒輪強度計算方法大致有以下幾種：(1)國際標準化組織(InternationalOrganizationforStandardization，簡稱ISO)計算法；(2)德國工業(yè)標準(DeutscheIndustrieNorm，簡稱DIN)計算法；(3)美國齒輪廠商協(xié)會(AmericanGearManufacturersAssociation，簡稱AGMA)計算法；(4)日本齒輪工業(yè)協(xié)會(JapanGearManufacturersAssociation，簡稱JGMA)計算法；(5)英國標準(BritishStandard，簡稱BS)計算法；(6)前蘇聯(lián)國家標準計算法；上述各種齒輪強度計算方法的基本理論都是相同的，并且都是計算齒面的接觸應力和齒根的彎曲應力，但它們對所考慮的影響齒輪強度的因素不盡相同。我國的齒輪強度計算過去一直都沿用前蘇聯(lián)四十年代的方法，由于此方法由于所考慮的因素不全面，計算精度較差，所以逐漸被淘汰，目前，我國已參加了國際標準化組織，并參照ISO的齒輪強度計算標準制定了我國的漸開線圓柱齒輪承載能力計算的國家標準(GB3480-83)。此標準不斷地被更新，1997年發(fā)布最新的版本（GB/T3480-1997）。齒輪計算載荷的確定在齒輪強度計算中占據(jù)至關重要的地位，而影響輪齒載荷的因素卻有很多，也比較復雜，目前在國際上的各種齒輪強度計算方法的主要區(qū)別，就是對載荷影響因素的計算方法的不同，我國的國家標準局所發(fā)表的漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法是參照國際標準化組織的計算方法所制定的，該方法比較全面地考慮了影響齒輪承載能力的各種因素，現(xiàn)已成為目前最精確的、綜合的齒輪強度計算方法。影響輪齒載荷的各種因素大致可歸納為四個方面，分別用四個系數(shù)來修正名義載荷，1、各種齒輪強度計算方法所采用的動載系數(shù)Kv在形式上有很大的差別，考慮的因素也不相同，所以數(shù)值差別較大，有的考慮沖擊，有的考慮振動，有的用實驗測定Kv值，計算方法也有簡有繁，例如美國AGMA、日本JGMA和德國DIN等的Kv值主要根據(jù)速度和齒輪精度確定，而國際標準化組織ISO則按振動理論及動載實驗來確定Kv值，所以比較合理。2、各種齒輪強度計算方法所采用的齒向載荷分布系數(shù)K的計算方法各不相同，蘇聯(lián)和國際標準化組織的齒輪承載能力計算方法考慮得比較全面，包括了較詳盡的影響因素，但計算也較復雜，而美國AGMA標準中計算雖較簡單，但對影響載荷分布的因素考慮較少，數(shù)值也過于粗略。3、各種齒輪強度計算方法所采用的齒間載荷分配系數(shù)K的具體處理上有很大的差別，蘇聯(lián)對K取值較為簡單，認為直齒輪在節(jié)點嚙合時，不存在載荷分配問題，斜齒和人字齒輪則考慮輪齒精度對齒間載荷分配的影響，而美國AGMA標準中，盡管齒間載荷分配系數(shù)的表現(xiàn)形式不同，但基本觀點與ISO相似，日本JGMA標準是參考ISO與德國DIN標準，并結合其具體情況作某些修改后制定的，國際標準化組織ISO和我國國際。4、由于汽車變速箱的工作特性，使得輪齒的載荷是波動的，對于這種不穩(wěn)定載荷的情況，ISO計算方法用曼耐爾(Miner)的疲勞損傷累積假說，將這種不穩(wěn)定載荷轉化為穩(wěn)定載荷，找出與轉化穩(wěn)定載荷相應的當量循環(huán)次數(shù)，這樣就使計算過程更接近于實際。從以上四點可看出國際標準化組織ISO的齒輪強度計算方法是一種比較合理、精確的方法，所以在本手冊中齒輪的設計計算采用此種方法。二、齒輪強度計算方法：關于齒輪強度計算的方法，本手冊采用國標GB/T3480—1997(參照ISO)，編制汽車變速箱圓柱齒輪強度計算方法。有關計算公式如下所示：1齒面接觸強度計算：齒面接觸強度計算中各參數(shù)的確定及公式：(a).強度條件：SH≥SHmin式中：SH—接觸強度的計算安全系數(shù)。SHmin—接觸強度的最小安全系數(shù)。取1.0(b)接觸強度的計算安全系數(shù)SH（3.2-1）式中：—試驗齒輪的接觸疲勞極限，N/mm2；一般取1500N/mm2；—齒輪的計算接觸應力，N/mm2；(c).齒輪的計算接觸應力大輪和小輪的計算接觸應力分別按、計算：（3.2-2a）（3.2-2b）(d).ZB、ZD小齒輪、大齒輪的單對齒嚙合系數(shù)，按下式計算：端面重合度＜2的外嚙合齒輪：先計算參數(shù)M1和M2：式中：分別為小輪（大輪）的齒根圓、基圓直徑和齒數(shù)；為端面分度圓嚙合角；為端面重合度；直齒輪：當M1＞1時，ZB=M1；當M1≤1時，ZB=1；當M2＞1時，ZD=M2；當M2≤1時，ZD=1；斜齒輪：當縱向重合度1時，ZB=1，ZD=1。當縱向重合度1時，ZB，ZD按下式計算：當ZB＜１時，取ZB＝１。當ZD＜１時，取ZD＝１。(e)節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH；ZH=（3.2-3）式中：t——端面分度圓壓力角，t=tg-1(tgn/cos)；b——基圓螺旋角，b=tg-1(tgcost)；t’——端面嚙合角；(f)彈性系數(shù)ZE對于鋼件，ZE=189.8(g)重合度系數(shù)直齒輪：；（3.2-4）斜齒輪：當時，（3.2-5）當時，（3.2-6）式中：－端面重合度－縱向重合度(ｈ)螺旋角系數(shù)Z=（3.2-7）(ｉ)端面分度圓切向力Ft；Ft=2000T/d（3.2-8）式中：d——齒輪分度圓直徑；T——該齒輪傳遞的名義扭矩，可由發(fā)動機最大輸入扭矩換算到此齒輪上，Nm。(ｊ)d1—小齒輪分度圓直徑。(k)b—工作齒寬，指一對齒輪中較小的齒寬。(l)μ—從動齒輪與主動齒輪齒數(shù)之比。(m)KA—接觸強度計算的使用系數(shù)取KA=1.25動載系數(shù)KVKV=N(CV1BP+CV2Bf+CV3Bk)+1（3.2-9）式中：N——臨界轉速比，N=n1/nE1；n1——主動齒輪轉速，r/min；nE1——主動齒輪臨界轉速，nE1=30000(Cr/mred)0.5/(Z1)，r/min；Cγ——輪齒嚙合剛度，Cγ=(0.75+0.25)C′，N/mmm；（3.2-10）C′——單對齒剛度，C’=1/q，N/mmm；q=0.04743+0.15551/Zn1+0.25791/Zn2-0.00635X1-0.00193X2-0.11654X1/Zn1-0.24188X2/Zn2+0.00529X12+0.00182X22Zn1、Zn2——分別為主動齒輪和從動齒輪的當量齒數(shù)，Zn1=Z1/cos3，Zn2=Z2/cos3；X1、X2——分別為主動齒輪和從動齒輪的變位系數(shù)；——端面重合度；mred——誘導質量，kg/mm；mred=(dm1/db1)2(dm12/Q)/8；dm1=(da1+df1)/2；da1——主動齒輪頂圓直徑，mm；df1——主動齒輪根圓直徑，mm；Q——單位齒寬柔度，mmm/N；Q=(1+1/u2)/，假設齒輪是實心齒輪；——鋼材密度，=7.810-6kg/mm3u——從動齒輪與主動齒輪齒數(shù)之比；Cv1——考慮基節(jié)偏差對Kv的影響系數(shù)，Cv1=0.32；Cv2——考慮齒形誤差對Kv的影響系數(shù)，Cv2=0.57/(-0.3)；Cv3——考慮嚙合剛度周期變化對Kv的影響系數(shù)，Cv3=0.096/(-1.56)；Bp、Bf、Bk——分別為考慮基節(jié)偏差、齒形誤差和輪齒修緣對動載影響的無量綱參數(shù)，Bp=0.925fpbC’B/(FtKA)；Bf=(ff-0.075fpb)C’B/(FtKA)；Bk=1-2.91565C’B/(FtKA)；fpb——大齒輪基節(jié)極限偏差，m；ff——齒形公差，m；（O）接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù)KH當時，；（3.2-11）當時，；（3.2-12）式中：ωm——單位齒寬最大載荷，N/mm2；ωm=（FtKAKv）/bb—齒寬Fy——跑合后的嚙合齒向誤差，mFy=0.85FFx——初始嚙合齒向誤差Fx=——綜合變形產生的嚙合齒向誤差分量——單位載荷作用下的嚙合齒向誤差（p）接觸強度計算的齒間載荷分配系數(shù)KH當2時，KH=[0.9+0.4C(fpb-y)B/FtH]當>2時，（3.2-14）γ——總重合度；y——齒廓跑合量，m，y=0.075fpb；——大輪的基節(jié)極限偏差FtH——計算KH時的切向力若?。╭）接觸強度計算的壽命系數(shù)ZNT取ZNT=1（r）潤滑劑系數(shù)ZLZL=0.91+0.396/(1.2+80/50)2（3.2-15）式中：50——為50C（t）速度系數(shù)ZVv——節(jié)點線速度，m/s（u）粗糙度系數(shù)ZR當齒面粗糙度為1.6，ρ1、ρ2為小輪及大輪的節(jié)點處曲率半徑。（v）工作硬化系數(shù)ZW取ZW=1。（w）接觸強度計算的尺寸系數(shù)Zx；2輪齒彎曲強度計算：齒面接觸強度計算中各參數(shù)的確定及公式：(a).強度條件：SF≥SFmin式中：SF—接觸強度的計算安全系數(shù)。SFmin—接觸強度的最小安全系數(shù)。取1.0(b)彎曲強度的計算安全系數(shù)SF式中：—試驗齒輪的彎曲疲勞極限，N/mm2；—齒根應力基本值，N/mm2；(c)齒根應力基本值，N/mm2，對大小齒輪應分別確定。(d)彎曲強度的使用系數(shù)KA對轎車，1檔齒輪均取KA=0.7轎車，2、3、4檔齒輪均取KA=0.8轎車，第一軸常嚙合齒輪取KA=0.85貨車1檔取KA=0.9貨車2檔取KA=1貨車3檔取KA=1.05貨車4檔取KA=1.15貨車5檔取KA=1.25貨車6檔取KA=1.35貨車一軸及常合齒取KA=1.35動載系數(shù)KV與接觸計算的KV相同齒向載荷分配系數(shù)KFβ式中：齒間載荷分配系數(shù)KF取KF=KH試驗齒輪的應力修正系數(shù)YST取YST=2.0彎曲強度計算的壽命系數(shù)YNT當時當時式中：NL應力循環(huán)次數(shù)載荷作用于單對齒嚙合區(qū)上界點時的齒形系數(shù)YF為了簡單起見，設齒條刀具無凸臺。計算齒形系數(shù)YF，需18個輔助公式，為了便于計算，下面按計算順序列出有關公式。1.刀尖圓心至刀齒對稱線的距離E；E=式中：hfp——刀具基本齒廓齒頂高，本設計中暫取hfp=1.25mn，mm；fp——基本齒條齒頂圓角半徑，本設計中暫取fp=0.38mn，mm；2.輔助值G1；x法向變位系數(shù)3.基圓螺旋角βb；4.當量齒數(shù)Zn；Zn=Z/(cos2bcos)5.輔助值H；6.輔助角θ；用牛頓法解時初值7.危險截面齒厚與模數(shù)之比：SFn1/mnSFn1/mn=Znsin(/3-1)+(G1/cos1-fp/mn)8.30切線點處曲率半徑與模數(shù)之比：f/mnf/mn=fp/mn+2G2/[cos(Zncos2—2G)9.當量直齒輪端面重合度10．當量直齒輪分度圓直徑11．當量直齒輪基圓直徑dbn12．當量直齒輪齒頂圓直徑dbn13.當量直齒輪單對齒嚙合區(qū)外界點直徑den14.當量齒輪單齒嚙合外界點壓力角αen15.外界點處的齒厚半角γe16.當量齒輪單齒嚙合外界點載荷作用角αFen17．彎曲力臂與模數(shù)之比；18．齒形系數(shù)YF；注：上面輔助公式中角度單位為rad。（k）載荷作用于單對齒嚙合區(qū)外界點時的應力修正系數(shù)Ys式中：（l）螺旋角系數(shù)Yβ式中：當時，按計算；當，??；當，按；（m）相對齒根圓角敏感系數(shù)式中：ρ′—材料滑移層厚度，取0.003mmX*—齒根危險截面處的應力梯度與最大應力的比值。（n）相對齒根表面狀況系數(shù)YRrelT=1.674-0.529(RZ+1)0.1RZ——齒根表面微觀不平度十點高度值；（O）彎曲強度計算的尺寸系數(shù)Yx當mn＜5時，取mn=5；當mn＞25時，取mn=25；第三節(jié)齒輪的強度計算舉例例：LC5T80二軸五檔齒輪副的強度計算：已知：m=2.06,α=17.5°，β=28°，z1=43,z2=24，X1=0.0924，X2=0.5177d1=φ100.3231，d2=φ55.99，db1=94.48，db2=52.732，b=20d1有效起使圓=97.845，d2有效起使圓=54.175，da1=105.49，da2=62.9，，，，輸入轉速n=2500r/min，二軸五檔齒輪的接觸強度計算：1、先計算五檔齒輪的計算接觸應力1）、由于，取ZB=12）、ZH==2.243）、ZE=取189.84）、5）、0.93976）、7）、8）、KA取1.259）、KV=N(CV1BP+CV2Bf+CV3Bk)+1將計算數(shù)值代入式中，KV=1.210）、接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù)KH=0.0043523ωm=（FtKAKv）/b=183.63=0.79386Fx==1.048338Fy=0.85Fx11）、接觸強度計算的齒間載荷分配系數(shù)KH取1025.0812）、ZNT=113）、ZL=0.91+0.396/(1.2+80/50)2=1.02414）、15）、取ZR=116）、ZW=117）、=0.9997其次求安全系數(shù)：二軸五檔齒輪的彎曲強度計算：彎曲強度的計算安全系數(shù)SF先計算齒根應力基本值根據(jù)計算YF=1.335，YS=2.145，Yβ=0.767298.79根據(jù)計算：，，代入式中，1.62第三章變速器齒輪的降噪第一節(jié)變速器降低噪音的方法發(fā)動機、變速箱和排氣系統(tǒng)是汽車的三大主要噪聲源，所以，對于變速箱來說，降低它的噪聲是實現(xiàn)汽車低噪聲化的重要組成部分。引起變速箱噪聲的原因是多方面、錯綜復雜的，其中齒輪嚙合噪聲是主要方面，其次，如箱體軸軸承等也會引起噪聲，從理論分析和實際經驗得到，提高變速箱零部件特別是齒輪的加工精度是降低噪聲的有效措施，但追求高精度會造成成本增加、生產率下降等。因此要降低變速箱的噪聲，應該從優(yōu)化設計齒輪參數(shù)和提高齒輪精度等諸多途徑出發(fā)，從而達到降低成本、提高生產率等方面的綜合平衡。從設計的角度出發(fā)，降低齒輪的噪音可以有以下幾個方法：1）、常嚙合、超速檔和高速檔齒輪副的設計；2）、采用小模數(shù)、小壓力角和大螺旋角；3）、在保證強度的基礎上，盡可能采用大的重合度，最好γ2.0；4）、采用噪聲指標cg和RB來選定變位系數(shù)；5）、合理設計齒輪副側隙和確定齒厚偏差；6）、正確進行輪齒的修形(設計齒形和設計齒向)；7）、齒輪體結構形狀的設計；8）、齒輪精度的設計；第二節(jié)變速器齒輪降噪設計一、常嚙合、超速檔齒輪副的設計在變速器工作時，常嚙合齒輪副和超速檔齒輪副相對轉速較高，利用率也較高，但承受的負荷相對于低擋齒輪副要小，而對它噪聲要求相對于承載能力要高得多，因此，應按噪聲要求選取參數(shù)合參數(shù)，它的制造精度和齒面粗糙應較低檔齒輪副高一個等級。例如：德國ZF公司生產的變速器，其常嚙合齒輪副的精度為6級(DIN3962)，齒面粗糙度Rz6.3～3.2，用磨齒方法加工，其他各檔齒輪副的精度均為7級(DIH3692)，用剃齒方法加工。因此，設計時對于常嚙合齒和高速檔齒輪的精度一般比低檔的齒輪要高出一個精度等級。二、采用小模數(shù)、小壓力角、大螺旋角、加大齒頂高系數(shù)剛聲。減小壓力角能增加齒輪重合度，減小輪齒的剛度并且可以減小進入和退出嚙合時的動載荷，所有這些都對降低噪聲有利。分度圓法向壓力角n=20的標準齒制對汽車齒輪來說，不是最佳的齒輪，試驗資料表明n=15的噪聲要比20的小一些，因此汽車變速箱的高速檔齒輪的n取15，（我公司MF86A五檔齒輪的壓力角就是15）以減少噪聲，而低速檔齒輪取較大的壓力角，以增加強度。采用大螺旋角、加大齒頂高系數(shù)可以增加齒輪的重合度，從而降低齒輪的噪音。我公司LC5T80變速器的常嚙合齒、高速齒、低速齒的壓力角、螺旋角、齒頂高系數(shù)見下表：型號檔位壓力角螺旋角齒頂高系數(shù)LC5T80常嚙合齒17.5°32°1.23五檔齒17.5°28°1.677一檔齒20°22°0.93三、盡可能采用大的重合度齒輪副的重合度越大，則動載荷越小、嚙合噪聲越低、強度也越高，特別是端面重合度等于2.0時，嚙合噪聲最低，噪聲級數(shù)將急劇地減小。由于齒輪傳動時的總載荷是沿齒面接觸線均勻地分布，所以在嚙合過程中，隨著接觸線的變化，齒面受力情況也不斷地發(fā)生變化，當接觸線最長時齒面接觸線單位長度載荷最小，當接觸線最短時接觸線單位長度載荷最大。顯然單位載荷變化大而快時容易產生振動，引發(fā)噪聲，特別是齒面接觸線最長的那一對輪齒尤甚。對于齒輪重合度的分析有以下定義：定義：斜齒輪端面重合度=K1+KP；斜齒輪軸向重合度=K2+KF；斜齒輪總重合度=+；式中：K1的整數(shù)值；Kα的小數(shù)值；K2的整數(shù)值；Kβ的小數(shù)值；在設計斜齒輪的重合度時，應滿足以下幾條設計準則：1、盡可能地使或接近于整數(shù)，以獲得最小的噪聲，只要Kα0或Kβ0一項成立即可。2、避免采用Kα=Kβ=0.5的重合度系數(shù)，因為這時齒面載荷變化太快，齒輪嚙合噪聲最大。3、當Kα=Kβ時，齒輪副的噪聲也比較大。4、總重合度系數(shù)為整數(shù)的齒輪噪聲不一定小，特別是Kα或Kβ在0.3至0.7的范圍內噪聲較大，越接近0.5噪聲越大。5、盡可能采用大的端面重合度，因為對噪聲的影響要比大得多，對于汽車變速箱的高速檔齒輪來說，要采用>1.8，以獲得較小的噪聲，而對低速檔齒輪來說，也要盡可能地采用大的值，以降低噪聲。6、應該采用大的總重合度系數(shù)以減小接觸線長度變化時引起齒面載荷變化的幅度，最好使變速箱低檔齒輪的>2，高檔齒輪的>3。由研究證明，增大齒數(shù)和、減小模數(shù)、加大齒頂高系數(shù)、采用小壓力角、增大螺旋角和齒面寬度等，均可達到增大重疊系數(shù)的目的。四、采用噪聲指標cg和RB來選定變位系數(shù)(1)控制滑動比的噪聲指標cg:由于在基圓附近的漸開線齒形的敏感性非常高，曲率變化很大，齒面間的接觸滑動比非常大，因此在基圓附近輪齒傳遞力時的變化較激烈，引起輪齒的振動而產生較大的噪聲，而且齒面容易磨損，所以在齒輪設計時應使嚙合起始圓盡可能遠離基圓，在此推薦嚙合起始圓與基圓的距離應大于0.2的法向齒距，控制滑動比的噪聲指標cg的公式如下：式中：db基圓直徑；db’相配齒輪的基圓直徑；dfa嚙合起始圓直徑；tn法向齒距；A齒輪中心距；D’相配齒輪的外徑；t端面壓力角；在現(xiàn)代變速箱的設計中，為了達到良好的低噪聲性能，各檔齒輪的控制滑動比的噪聲指標一般都要小于1.0，而采用細高齒制來降低噪聲的設計方案，這時的噪聲指標cg就有可能大于1.0，所以對于這種齒制的齒輪可采用cg<1.10的設計要求。對于高速檔齒輪來說，降低噪聲是首選目標，所以其cg必須設計的小一些。例：LC5T80變速器二軸五檔齒輪的噪聲指標cg的驗算，已知：mn=2.06，Z1=24，Z2=43，αn=20°，β=28°，αt=22.4°，da1=φ62.9，da2=φ105.49，d1=φ55.99，d2=φ100.32。由式5.2-1：2控制摩擦力的噪聲指標RF從主動齒輪的節(jié)圓到其嚙合起始圓的這段齒形弧段稱為進弧區(qū)，從節(jié)圓到其齒頂這段齒形稱為退弧區(qū)，齒輪在嚙合過程中齒面有摩擦力，當齒面接觸由進弧區(qū)移到退弧區(qū)時，摩擦力方向在節(jié)圓處發(fā)生突變，從而導致輪齒發(fā)生振動而產生噪聲。如果進弧區(qū)越大，齒面壓力的增加幅度也越大，那么噪聲就越大，而在退弧區(qū)情況正好相反，因此工作比較平穩(wěn)，噪聲較小。齒面嚙合從進弧區(qū)到退弧區(qū)的瞬間，摩擦力的突變量是它本身的兩倍，所以產生的噪聲較大。因此在汽車變速箱的齒輪設計中，采用退弧區(qū)大于進弧區(qū)的設計方法可以獲得較小的嚙合噪聲，由此得到了控制摩擦力的噪聲指標RF，其公式如下：（5.2-2）式中：max齒頂?shù)凝X形曲率半徑；在現(xiàn)代變速箱的設計中，為了達到良好的低噪聲性能，各檔齒輪的控制摩擦力的噪聲指標一般都要小于1.0，尤其當RF小于0.9時，降低噪聲的效果比較明顯。因此在設計過程中可以通過改變齒頂高系數(shù)和變位系數(shù)，來減小從動齒輪的外徑和增大主動齒輪的外徑，以使RF減小。在降噪設計過程中必須同時控制cg和RF兩個噪聲指標，使它們同時小于1.0，這樣才能從總體上獲得較小的噪聲性能。例如：LC5T80變速器二軸五檔齒輪的噪聲指標RF的驗算，已知：mn=2.06，Z1=43，Z2=24，αn=20°，β=28°，αt=22.4°，da1=φ105.4，da2=φ62.9，d1=φ100.32，d2=φ55.99。由式5.2-2：五、合理設計齒輪副側隙和確定齒厚偏差；按國家齒輪標準的規(guī)定來先取側隙，從控制噪聲的角度出發(fā)，按下列公式確定最小側隙Jnmin。式中：fpt1、fpt2——主、從動齒輪齒距誤差△Fr1、△Fr2——主、從動齒輪徑向跳動偏差αn——法向壓力角K——考慮熱變形熱膨脹和塵屑等因素的系數(shù)，一般取0.7～0.85在確定各檔齒輪副側隙時，應使其步調一致，以消除系統(tǒng)側隙對噪聲的不利影響。齒輪側隙與許多因素有關，例如齒輪體熱膨脹系數(shù)、齒輪受載后輪齒變形、制造誤差、安裝誤差及潤滑油膜厚度等。根據(jù)一般推薦的數(shù)值，考慮表中的最小側隙要求，再按上述Jnmin的近似計算公式，再參照齒輪國際規(guī)定來分配齒厚上、下極限偏差。我公司的部分變速器齒輪的側隙見下表：型號一檔副二檔副三檔副四檔副五擋副六檔副倒檔副LC5T800.035～0.1470.035～0.1460.035～0.1470.035～0.1450.04～0.150.04～0.1630.04～0.153LC6T700.116～0.2050.082～0.1830.069～0.1540.07～0.160.105～0.1750.091～0.1850.111～0.2070.129～0.222正確進行輪齒的修形(設計齒形和設計齒向輪齒修形設計齒形和設計齒向是降低齒輪噪聲最合理最有效的途徑。它一直是國內外齒輪界研究的熱門課題。當前，國內外的一些汽車變速器齒輪圖紙上均標有對設計齒形和設計齒向的要求。修形原理已為眾多的齒輪方面的專家和學者闡明，但修形的計算和方法是各不相同的。正是因為每種齒輪的工作條件(載荷變化大小、轉速和油溫等)、輪齒幾何特征和綜合剛度等不盡相同的，所以各個汽車變速箱生產廠家的修形計算都有它的局限性，不可能適用于所有齒輪的修形。確定自己產品的修形要求時，最有效的途徑是要進行大量的試驗，經獲得適合本齒輪的齒形和齒向要求，以便在生產中予以執(zhí)行。一般齒輪修形有以下幾種情況：a.齒輪齒頂?shù)估猓簝H對齒頂部分進行修正(見圖1)?！?△1+△2式中△1——考慮加工誤差的倒棱量，對于固定工藝和精度等級，其值為常數(shù)?！?——克服嚙合過程中由雙對齒嚙合向單對齒嚙合過渡時引起載荷突變的倒棱量，其值與載荷成正比。關于△值，雖有不少計算方法，但過于繁雜和理論化。根據(jù)汽車變速箱齒輪設計制造的經驗，推薦△=0.08～0.12mm。模數(shù)小時取大值，反之取小值。另外，倒棱部分齒形角取2αn。如齒輪齒形角αn=20°，則取αn=20°*2=40°為宜。b.齒形修正(設計齒形)：除齒頂和齒根部分較理論漸開線稍短一些外，一般希望沿整個齒高方向為呈正壓力角誤差的齒形為宜。具體齒形形狀仍需通過大量試驗確定。c.齒向修正(設計齒向)：為避免輪齒的端接觸或偏接觸的出現(xiàn)，一般要求按齒的長度方向做成中間凸出即鼓形齒，中凸量一般為0.005—0.012mm。d．也可用專用軟件進行齒形、齒向的優(yōu)化修形，如MASTA軟件。七、齒輪體結構形狀的設計從限制噪聲傳播的角度考慮，為降低噪聲，應減小齒輪表面的輻射面積，而達到這一目的的方法：一是盡可能減小齒輪直徑，其次是在齒輪體上打孔。如LC5T80中間軸主動齒設計出均布的8個孔。另外，增加齒輪體厚度和布上環(huán)狀筋等也可降低噪聲，但這些措施受到變速器軸向尺寸的限制。八、齒輪精度的設計變速器齒輪的傳動不平穩(wěn)會引起振動和沖擊，從而引起噪音加大，保證傳動平穩(wěn)性的齒輪精度項目有：一齒切向綜合公差一齒徑向綜合公差齒廓總公差Fα齒距極限偏差螺旋線形狀偏差國家標準（GB/T10095.1-2001）對齒輪及齒輪副規(guī)定了13個精度等級,第0級的精度最高,第12級的精度最低。齒輪副中兩個齒輪的精度等級一般取成相同，也可取成不同。若兩齒輪的精度等級不同，則按較低的精度確定齒輪副的精度等級。在12個精度等級中，第0、1、2兩級是目前一般加工和測量條件難以達到的，所以較少采用。第3～12級大致可以劃分為三擋：高精度等級：3、4、5級；中精度等級：6、7、8級；低精度等級：9、10、11、12級。汽車變速器齒輪一般選用中精度等級。它們可以用滾齒、插齒、剃齒和磨齒等常用加工和通用的齒輪測量儀器進行加工和測量。齒輪精度等級的選用，通常用下列方法來選擇齒輪的精度等級：計算法根據(jù)機械動力學和機械振動學計算并考慮震動、噪聲、強度計算、壽命計算的基礎上來考慮精度等級。類比法按現(xiàn)有已證實可靠的同類產品或機構的齒輪，按精度要求、工作條件、生產條件等加以必要的修正，選擇相應的精度等級。我公司在變速器齒輪的設計時主要采用類比法確定齒輪的精度。商用車變速器齒輪的精度取8級，乘用車變速器取齒輪的精度7級。齒輪的精度設計時一般控制以下幾個項目：齒距累積總偏差單個齒距偏差齒廓總偏差螺旋線總偏差齒圈徑向跳動第四章齒輪的材料及熱處理第一節(jié)變速器齒輪材料的選擇汽車變速器齒輪材料的選擇不僅要考慮齒輪材料要滿足齒輪的工作條件，使齒輪有較高的疲勞強度；而且要求齒輪材料有較好的加工工藝性。以便提高產品的生產效率，降低生產成本，減少消耗。如果材料選擇的不當，則會出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至實效。材料的機械性能的選擇材料的機械性能包括強度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性。齒輪在嚙合時齒面接觸處有接觸應力，齒根部有最大彎曲應力，可能產生齒面或齒體強度失效。齒面各點都有相對滑動，會產生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強度和韌性。二、滿足材料的工藝性能

材料的工藝性能是指材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造要經過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時要對材料的工藝性能加以注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經來改善材料的工藝性能。

三、材料的經濟性要求

所謂經濟性是指最小的耗費取得最大的經濟效益。在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應注意盡量降低零件的總成本。四、滲碳齒輪鋼的質量要求汽車變速器齒輪一般承受的載荷比較大，工作條件也比較惡劣。要求有較高的齒輪表面硬度、耐磨性和低的芯部韌性，所以用的多為滲碳齒輪鋼。例如：汽車變速箱中的齒輪選擇20CrMnTi鋼，該鋼具有較高的機械性能，在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為HRC58-63，芯部硬度為HRC30-45。20CrMnTi的工藝性能較好，鍛造后以正火來改善其切削加工性。此外，20CrMnTi還具有較好的淬透性，由于合金元素鈦的影響，對過熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火。且滲碳速度較快，過渡層較均勻，滲碳淬火后變形小。適合于制造承受高速中載及沖擊、摩擦的重要零件，因此根據(jù)齒輪的工作條件選用20CrMnTi鋼是比較合適的。影響滲碳齒輪鋼失效的主要因素除了滲碳、淬火、回火工藝和質量之外，還與制造齒輪所用的鋼材的化學成分和冶金質量有關。后者即對齒輪芯部性能產生直接影響，又對滲層的性能產生直接（雜質、夾雜物的含量及分布）和間接（滲層碳濃度、內氧化、淬火后顯微組織形態(tài)）影響，而且往往影響齒輪的力學性能、工藝性能和尺寸穩(wěn)定性。滲碳齒輪鋼的質量要求主要表現(xiàn)在淬透性帶寬、鋼材的純凈度及原始組織。鋼材的淬透性滲碳齒輪鋼表面的淬硬性是保證齒輪表面具有高強硬度、高耐磨性的基礎。滲碳齒輪鋼的淬透性是保證不同大小齒輪芯部的硬度足以滿足接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的要求，另外，要有盡可能小的淬透性帶寬的波動，有利于齒輪熱處理變形的控制。特別象我公司這樣批量生產的汽車變速器齒輪顯得格外重要。國標GB5216標準規(guī)定的齒輪鋼的淬透性帶寬為12HRC，但目前國內鋼廠對滲碳齒輪鋼的淬透性帶寬提出了較嚴格的要求，可達到6～8HRC。鋼材的純凈度鋼材的純凈度主要指鋼材含氧量，含氧量對齒輪疲勞強度和工藝性能都有明顯的影響。我國目前對齒輪鋼的含氧量ωo的要求是小于20×10-6，國外一般要求小于20×10-6。研究表明，在相同載荷下SCM420H鋼的含氧量從25×10-6降至11×10-6，接觸疲勞壽命可提高47%。其他A、奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度是滲碳齒輪鋼質量要求的又一項重要指標，細小均勻的奧氏體晶粒可以穩(wěn)定淬透性，減少熱處理變形，提高滲碳鋼的脆斷抗力。國標規(guī)定齒輪鋼的奧氏體晶粒度級別小于或等于5級。B、成分偏析鋼中的成分偏析（主要是合金元素分布不均）在隨后的熱處理時并不能消除，從而會影響滲碳層碳濃度和硬度的均勻性，這將降低齒輪的力學性能，尤其是降低疲勞抗力。因此，對齒輪鋼的偏析程度應作出合理的要求并要求嚴格控制。我公司常用的齒輪鋼的牌號有：20CrMnTiH、SCM420H(20CrMoH)、SCM822H、19CN5。第二節(jié)變速器齒輪的熱處理汽車變速器齒輪不僅要具備優(yōu)良的耐磨性，又要具備高的抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性能。齒輪質量的優(yōu)劣直接到整個車輛的使用壽命，而材料和熱處理是保證齒輪使用性能和可靠性的基礎。變速器齒輪采用主要是滲碳齒輪鋼，采用滲碳后淬火、低溫回火的熱處理方式。一、滲碳淬火的技術要求把齒輪置于滲碳介質中，在一定溫度下加熱保溫，以提高表面碳濃度，然后進行淬火、回火處理稱為滲碳。滲碳淬火的技術要求有：滲碳硬化層深度硬化層深度t是確定滲碳齒輪承載能力的重要參數(shù)。德國DIN6336標準規(guī)定t=0.25m(m為模數(shù))。滲碳齒輪有效硬化層深度指齒輪或試樣經滲碳淬火、回火后，于齒寬中部輪齒法截面上，在半齒高處沿垂直于齒面方向自表面測至維氏硬度值為550HV1（或515HV5）處的深度。由于有效硬化層深度體現(xiàn)了力學性能的本質，所以國際上各種標準都采用了這一概念及相應的檢測方法。我國在滲碳工藝實踐中普遍采用金相法或定碳法來確定硬化層深度，這是比較簡便易行的方法。通常金相法是以滲層表面到心部過渡區(qū)的一半處為界限;定碳法則是從表面到=0.35%處為界限；即認為這兩種方法確定的界限處淬火后的硬度基本上為550HV1。2.表面碳濃度滲碳表面碳濃度指距表面0.05mm處（即0.10mm厚表面剝層分析）的碳含量。對齒輪的強度性能有較大影響，所以各種規(guī)范中提出了一個含碳量范圍。有的推薦為=0.70%～0.90%，有的規(guī)定為=0.8%～1.0%，也還有認為=1.0%～1.2%為佳。不過從國內外一些著名齒輪加工企業(yè)研究及實踐經驗來看，應控制在=0.75%～0.95%的觀點是可取的。即表面高于0.9%的齒輪具有較高的表面點蝕疲勞抗力，而低于0.9%時齒輪的彎曲疲勞強度和沖擊抗力得到改善。表面層碳量控制應較低一些，這對碳化物形態(tài)和數(shù)量、殘余奧氏體量及馬氏體亞結構孿晶性控制都有好處，從而使?jié)B碳表面層具有較好的性能。3.心部強度適宜的心部強度和韌性，既可保證齒的整體強度和滲層的抗剝落能力，又可以具有足夠的抗沖擊能力，防止齒的脆斷。在相同的淬火條件下，心部強度的高低還會影響齒輪表面殘余應力的性質（拉應力或是壓應力）和大小。心部強度低時，有利于形成表面殘余壓應力和使其數(shù)值增大，從而有利于疲勞抗力的提高。滲碳齒輪鋼的心部強度和韌性，在淬透的情況下，主要取決于鋼的含碳量，而合金元素的影響相當微小。國內企業(yè)研究試驗結果也表明，心部強度存在一個最佳值范圍1150～1350MPa關于心部硬度的測定部位，過去是在距齒頂2/3的齒高處，現(xiàn)在國際標準和我國的相關標準規(guī)定為在齒寬處齒根切線的法向截面上，深度為5倍硬化層深的硬度，最小深度不得小于1倍模數(shù)的位置。這從齒輪的受力分析顯然是合理的，同時還可以反映出鋼材的淬透性及熱處理的質量。4.滲碳層的顯微組織國家有關標準僅對汽車齒輪有要求。根據(jù)生產實踐證明，所有的車輛用滲碳齒輪滲碳淬火后都可按此執(zhí)行。影響齒輪強度性能的滲碳層組織主要有碳化物、殘余奧氏體及馬氏體。碳化物是硬而脆的相，它的形態(tài)和數(shù)量及其分布對齒輪強度性能有很大影響。綜合國內外各種試驗數(shù)據(jù)可以得到結論：粗大的塊狀、尖角狀、網(wǎng)狀分布的碳化物對齒輪性能有顯著的不利影響，對磨齒的齒輪碳化物1～5級合格，非磨齒的齒輪應控制在4級以下，顯微鏡下放大100倍時應看不見碳化物。4級呈細網(wǎng)狀碳化物作為合格極限。殘余奧氏體是滲碳淬火組織中的重要組成相，然而也是迄今為止尚未形成統(tǒng)一觀點來評判的顯微組織，但是過多的殘余奧氏體含量對很多齒輪的性能和壽命有不良影響，這點現(xiàn)在已沒有多大分歧。我國汽車滲碳齒輪的殘余奧氏體含量通常要求不大于5級。直接淬火齒輪以2～5級（10%～30%殘余奧氏體）為合格，重新加熱淬火齒輪以1～4級（小于5%～23%殘余奧氏體）為合格。馬氏體是滲碳層的基本組織。對馬氏體組織的控制主要是馬氏體針的大小，馬氏體針的大小與奧氏體晶粒大小密切相關。而奧氏體晶粒大小從材料角度來說與原始晶粒度有關，從熱處理工藝角度來說與滲碳溫度有關。因而控制馬氏體針的大小要從以上兩方面嚴格把關。按照國家有關標準，在3/4齒高處評定馬氏體1～5級為合格。當發(fā)現(xiàn)馬氏體針較長，對晶粒度有懷疑時應進行檢驗，晶粒度不合格者判為不合格。當用晶粒度不合格的材料制造的齒輪，要求滲碳后重新加熱淬火以細化晶粒，這就控制了馬氏體針的長短，故齒輪產品滲碳淬火后可不檢驗馬氏體，但在顯微組織觀察中，馬氏體針與殘余奧氏體密切相關，粗大的馬氏體針總是伴隨大量的殘余奧氏體存在。二、減小滲碳齒輪熱處理變形的措施1.影響滲碳齒輪熱處理變形的因素滲碳齒輪熱處理變形是齒輪在熱處理過程中因齒輪各部位組織結構不同或結構組織轉變次序不同及各部位熱應力不同而產生的尺寸和形狀上的變化。影響滲碳齒輪熱處理畸變的主要因素如表所示。影響滲碳齒輪熱處理變形的主要因素影響因素造成齒輪畸變的因素設計形狀對稱性及截面均勻性差，輪輻結構差材料晶粒度不均勻帶狀組織嚴重，淬透性帶寬鍛造鍛造流線不對稱，鍛后冷卻不均勻預先熱處理加熱溫度過高或過低，冷卻不均勻切削加工切削量過大，工藝孔位置不當滲碳淬火加熱不均勻，滲碳夾具設計不合理，冷卻劑及冷卻規(guī)范選擇不當，滲層質量不均勻2.減小滲碳齒輪熱處理變形的措施從表可知，對于某一確定形狀的齒輪，設計和材料是不易改變的，用鍛后余熱等溫退火代替二次加熱正火，避免了鍛后冷卻不均勻和正火后冷卻不均勻現(xiàn)象。通過調整余熱等溫退火的溫度等，預先熱處理后可獲得均勻的組織和適當?shù)木Я６?。試驗表明，通過改善材料（改變鋼材牌號）鍛造、預先熱處理等因素，可有效減小熱處理變形。但是，滲碳齒輪淬火后的心部硬度與齒輪主導應力方向的變形程度之間有一定關系。當心部硬度在HRC27～32范圍時，多數(shù)齒輪淬火后不產生明顯的收縮或脹大變形。隨著淬火后心部硬度提高，脹大變形率增大。滲碳齒輪淬火后回火時，都會出現(xiàn)尺寸收縮，回火溫度越高，收縮變形量越大。結合生產實際試驗，采用相應的工藝措施防止和減小齒輪滲碳淬火畸變，對提高產品質量、降低生產成本都至關重要。第五章齒輪的潤滑及齒輪油潤滑對變速箱齒輪傳動的工作能力有很大的影響，許多類型的齒面損傷如點蝕、膠合、磨損、塑性變形等都可通過合理的潤滑來防止或減輕。隨著變速箱齒輪傳動速度的提高，單位重量的功率的增大，工作條件的苛刻性增加，對齒輪潤滑提出了更高的要求。正確的潤滑，可以提高齒輪的承載能力，減少齒輪的失效，延長齒輪的壽命，提高齒輪的傳動效率。為此，設計制造部門需要掌握摩擦學知識，根據(jù)齒輪的使用條件正確的選擇潤滑劑和潤滑方法。使用部門需要嚴格按產品說明書的規(guī)定使用潤滑劑。第一節(jié)齒輪的潤滑原理及潤滑方式齒輪的嚙合特性7.1-17.1-1如圖7.1-1所示的漸開線齒輪嚙合過程可知，齒面間的接觸應力很大，嚙合時間非常短，同時存在著滑動和滾動，它們只有在一定的條件下才可能形成液體動壓油膜。變速箱齒輪一般是漸開線直齒圓柱齒輪和漸開線斜齒圓柱齒輪。由于滑動方向不同，滑動速度的比值不同，各種傳動的摩擦損耗亦即效率不同，損耗形式亦不同。漸開線直齒圓柱齒輪沿齒高方向有滑動，滑動方向與接觸線垂直，因此容易形成動壓油膜。漸開線斜齒圓柱齒輪的滑動方向與接觸線也接近垂直，同時沿齒寬方向有滾動，滾動速度比較大，因此也比較容易形成動壓油膜。齒輪的潤滑狀態(tài)齒面的潤滑狀態(tài)可分為邊界潤滑、混合潤滑與彈性流體動力潤滑三類。它們取決于速度、應力、嚙合精度、齒面光潔度、潤滑劑及潤滑方式。圖7.1-2所示為潤滑狀態(tài)與速度及載荷的近似關系。其中Ⅰ為邊界潤滑區(qū)，Ⅱ為混合潤滑區(qū)，Ⅲ為彈性流體動力潤滑區(qū)。此圖為嚙合精度與齒面光潔度較好，油的粘度合適并有添加劑的情況。圖中的K因子為（外嚙合齒輪）（內嚙合齒輪）圖7.1-2齒輪潤滑狀態(tài)圖（外嚙合）圖7.1-3齒輪潤滑狀態(tài)圖（內嚙合）由上圖可知，變速箱由于齒輪傳動速度相當高，故其屬于混合潤滑狀態(tài)。在變速箱齒輪傳動過程中，產生部分的彈性流體動力潤滑油膜，在運行初期不足以把兩表面完全隔開，以致有一部分表面邊界接觸，有輕微磨損。以后表面逐步磨光，彈性流體動力油膜加大，甚至可以不產生金屬接觸，其摩擦系數(shù)在0.03～0.07之間。三、齒輪的潤滑方式變速箱齒輪的潤滑方式一般采用油浴潤滑法和循環(huán)噴油潤滑法，我們公司的大多數(shù)變速箱齒輪采用油浴潤滑法，例如LC5T97、LC5T30、LC5T88、LC5T80、LC6T46等。只有LC6160采用循環(huán)噴油潤滑法。下面就來介紹下這兩種潤滑方式。油浴潤滑法此法以變速箱作為油箱，將齒輪浸入油中至一定深度，靠齒輪旋轉時飛濺起來的油潤滑閉式傳動的各個部位。此方法簡單、可靠而又節(jié)約成本。其缺點為油的容量有限，不能中間冷卻和不能過濾。浸油深度選一基準齒輪，使其浸在油內，最深為齒高3倍，最淺為1/3齒高。循環(huán)噴油潤滑這種方法（圖6-1-4）可以避免攪油損耗，可以將油在循環(huán)中過濾，冷卻并進行監(jiān)控，還可將油引入軸承。油量可以按需要散走的熱量精確控制。還可以用變速箱或設在箱體外的容量作為油箱。圖6-1-4循環(huán)噴油潤滑1）噴油量噴油量由變速箱的總效率進行熱平衡計算后得出。但每mm齒寬至少藥味0.05L/min。一般可按每mm齒寬0.08～0.1L/min進行估算。2）總油量總油量還要考慮油的循環(huán)冷卻時間，需要循環(huán)冷卻的時間越長，總油量越大。通?？砂磭娪土砍艘匝h(huán)時間計算。循環(huán)時間通常為4～30min。油箱體積可按總油量適當加大。3）噴油壓力在工業(yè)齒輪箱中，進入傳動之前的油壓為0.5～1.0par表壓，在工作溫度較高的飛機齒輪箱中和小于150m/s左右的高速齒輪箱中，約為1.5par，在圓周速度還要高的，可達3.5par。壓力越高，油從密封中漏失的危險性越大。4）噴油方向在低速時，油主要用于潤滑，在高速時，主要用于冷卻，在圓周速度超過60m/s時，有80%或更多的油用于冷卻。在低于25～30m/s時及立式齒輪箱中，油從嚙入側噴入。在超過60m/s時，要從嚙出側噴入。在30～60m/s之間，沒有嚴格要求。如果嚙入側和嚙出側都不可能裝噴嘴，則可將一部分油從內側通過齒圈上的徑向孔向外噴油。5）噴嘴孔徑要足夠大，以免堵塞。對于過濾得較好的稀油（如飛機齒輪箱），孔徑要大于0.75mm；對于工業(yè)齒輪箱，要大于2～2.5mm；在油有弄臟的危險的地方，可達5mm。在高壓時，可用勺形噴嘴造成一個片狀的油幕。噴嘴離齒頂?shù)木嚯x約為150～200mm。噴嘴與噴嘴之間的距離為150m，第一個噴嘴要離齒端50mm。6）過濾器過濾器及其安裝要可靠。在裝有狹噴嘴的飛機齒輪箱中，常用孔徑（或網(wǎng)眼）≤10μm的紙質（或網(wǎng)式）過濾器；對于同時要潤滑滑動軸承的高速齒輪箱，要用網(wǎng)式（或縫隙式）過濾器，網(wǎng)眼（或縫隙）≤50μm，對于工業(yè)齒輪箱，≤100μm。我們公司的LC6T160變速箱采用的是孔徑為1mm的網(wǎng)式過濾器。7）油溫噴油潤滑的油溫均低于油浴潤滑。其噴油溫度及出油與噴油的溫差15～20。第二節(jié)齒輪潤滑油一、齒輪油的組成齒輪油簡單說就是由基礎油及添加劑組成。性能的優(yōu)異和選擇機油一樣，要看基礎油是何類型。常用于調配齒輪油的基礎油有500SN、650SN、150BS、200BS等，有的還采用合成油如PAO、聚醚等調合，一般GL-4、GL-5級的85W/90、85W/140及90、140油采用普通礦油調合則可，GL-4、GL-5的75W/90、80W/90則需要用合成油調合。二、齒輪油的特性1）良好的潤滑性和極壓性，特別是對雙曲線齒輪，沒有足夠的極壓性將無法使用。2）適當?shù)恼扯群透叩恼硿匦砸赃m應汽車從酷熱的沙漠到嚴寒的凍土地、城市公路、山路、高速公路等廣泛的使用范圍。3）具有很好的化學安定性和對金屬的保護性，以提高其使用期限。三、齒輪油分類及選擇1、車輛齒輪油性能分類美國石油學會將車輛齒輪油按使用性能分為GL-1、GL-2、GL-3、GL-4、GL-5和GL-6六類。其性能水平順序逐級提高。其中，使用較多的是GL-4和GL-5兩類。近年來API還提出了兩種新使用性能分類規(guī)格，一種是PG-1，適用于重載、高溫(可達150℃)手動傳動箱(卡車與公共汽車用)，另一種PG-2，適用于有高偏置的重載軸齒輪傳動(重型卡車最后一級傳動用)。這兩種新規(guī)格還要求能滿足對清凈分散性、密封壽命與同步嚙合腐蝕極限的更高要求。由于GL1、GL2、GL3都已屬于淘汰型號，因此下面主要介紹GL4、GL5齒輪油，順便提一下GL-6。(1)GL-4在高速低扭矩，低速高扭矩下操作的各種手動變速箱、螺種齒輪，特別是客車和其他各類車輛用旋傘齒輪和使用的雙曲線齒輪，規(guī)定用GL-4類齒輪油。(2)GL-5在高速沖擊負荷，高速低扭矩操作下的各種齒輪，特別是客車或苛刻的其他車輛用的雙曲線齒輪，規(guī)定用雙曲線齒輪及其他GL-5類齒輪油。(3)GL-6在高速、沖擊負荷下工作的各種齒輪，特別是客車和各類車輛用的高偏置雙曲線齒輪(偏置量大于2.0英寸或接近大齒圈直徑的25%)規(guī)定用GL-6類齒輪油。目前世界各國都采用API性能分類將車輛齒輪油按質量分為GL-1，GL-2，GL-3，GL-4，GL-5五類。我國參照美國汽車齒輪用油API標準制定了GB7631.7標準分為CLC、CLD和CLE三種質量等級。其粘度等級國外分為75W、80W/90、85W/90、85W/140、90和140六種粘度分級。我國參照了美國SAE粘度分類，將汽車齒輪油分為70W、75W、80W、85W、90、140和250七個牌號。2、國產汽車用齒輪油情況汽油車：代表車型有奧迪、捷達、富康、桑塔納、夏利、別克等，社會保有量110萬輛，用油等級GL-4或GL-5；微型車：代表車型有大發(fā)、吉林、長安、昌河、五菱等，社會保有量40萬輛，用油等級GL-4或GL-5；輕型載貨車，代表車型CA120、BJ130、NJ131、NJ1061、金杯等，社會保有量290萬輛，用油等級GL-4；日產汽車，手動變速器用GL-4之75W、80W、85W、90、140。我們公司的變速箱主要是手動變速箱，選用的是75W/90GL-4的齒輪油。3、我國及美國的車輛齒輪油標準見表7.2-1～4表7.2-1普通車輛齒輪油（SH0350-92）項目質量指標試驗方法80W/9085W/9090運動粘度100℃，mm215～1915～1915～19GB/T265表觀粘度150Pa.s時，℃不高于-26-12-附錄A粘度指數(shù)--90GB/T1995或GB/T2541傾點，℃不高于-28-18-10GB/T3535閃點（開口），℃不低于170180190GB/T267水分，%不大于痕跡痕跡痕跡GB/T260銹蝕試驗15號銅棒A法無銹無銹無銹GB/T11143起泡性，mL／mL不大于GB/T1257924±0.5100/10100/10100/1093±0.5100/10100/10100/1024±0.5100/10100/10100/10銅片腐蝕試驗（100℃級不大于111GB/T5096最大無卡咬負荷（PB），kg不小于808080GB/T3142糠醛或酚含量（未加劑）無無無SH/T0076或SH/T0120機械雜質，%不大于0.050.020.02GB/T511殘?zhí)浚ㄎ醇觿?報告GB/T268酸值（未加劑），mgKOH/g報告GB/4945氯含量，%報告GB/T0161鋅含量，%報告GB/T0226硫酸鹽灰分，%報告GB/T2433注：1）齒輪油表觀粘度為保證項目，每年測定一次。2）新疆原油生產的各號普通車輛齒輪油閃點允許比規(guī)定的指標低10℃3）機械雜質中不允許含有固體顆粒。表7.2-2中負載車輛齒輪油（GL-4）規(guī)格項目質量指標試驗方法75W80W/9085W/909085W/140運動粘度（100℃），mm2不小于4.113.5-2413.5-2413.5-2424-41GB/T265粘度指數(shù)不小于GB/T2541閃點（開口），℃不低于150165180180180GB/T3536成溝點，℃不高于-45-35-20-17.8-20表面粘度，15萬mPa.s，℃不高于-40-26-12-12機械雜質%不大于0.020.020.020.020.02GB/T511水分，%不大于痕跡痕跡痕跡痕跡痕跡GB/T260泡沫傾向性/泡沫穩(wěn)定性，mL／mLGB/T1257924℃20/020/020/020/020/093℃50/050/050/050/050/0后24℃20/020/020/020/020/0臺架性能評定待定待定待定待定待定表7.2-3車輛齒輪油的用途油品名稱主要用途普通車輛齒輪油（GL-3）裝備有螺旋傘齒輪傳動的各種汽車、拖拉機、工程機械后橋和變速箱長城以北全年通用80W/90；長城以南全年通用90或85W/90；云南可選用85W/140中負荷輛齒輪油（GL-4）高速低扭矩的小轎車、低速高扭矩的載貨車后橋雙曲線齒輪傳動裝置和變速箱嚴寒地區(qū)用75W號；寒區(qū)用80W/90；長江以北全年通用85W/90；長江以南全年通用90號或85W-90。對齒輪油粘度要求較大的車輛，使用85W/140中負荷輛齒輪油（GL-4）重負荷或高速沖擊作業(yè)條件的各種車輛后橋雙曲線齒輪裝置和變速箱嚴寒地區(qū)用75W；寒區(qū)用80W/90；長江以北全年通用85W/90，長江以南全年通用90或85W/90表7.2-4重負載齒輪油（GL-513895-92）項目質量指標試驗方法粘度等級75W80W/9085W/9085W/14090140-運動粘度（100℃.mm2/s≥4.113.5～＜2413.5～＜2424～＜4113.5～＜2424～＜41GB/T265傾點，℃報告報告報告報告報告報告GB/T3535表面粘度達150Pa.s時的溫度，℃不高于-40-26-12-12--GB/T11145閃點（開），℃不低于150165165180180200GB/T3536成溝點，℃不高于-45-35-20-20-17.8-6.7SH/T0030粘度指數(shù)不低于報告報告報告報告7575GB/T2541起泡性（泡沫傾向），mL24℃20GB/T1257993.5℃50后24℃20腐蝕試驗（銅片，121℃不大于3GB/T5096機械雜質，%不大于0.05GB/T511水分，%不大于痕跡GB/T260戊烷不溶物，%報告GB/T8926A法硫酸鹽灰分，%報告GB/T2433硫，%報告GB/T387GB/T388GB/T11140GB/T0172磷，%報告SH/T0296氮，%報告SH/T0224鈣，%報告SH/T0270貯存穩(wěn)定性液體沉淀物，%（V/V）不大于0.5SH/T0037固體沉淀物，%（m/m）不大于0.25銹蝕試驗蓋板銹蝕面積，%不大于1SH/T0517齒面，軸承及其他部件銹蝕情況不大于無銹抗擦傷試驗通過SH/T0519承載能力試驗通過SH/T0518熱氧化穩(wěn)定性100℃不大于100SH/T0520GB/T265戊烷不溶物，%不大于3GB/T8926A法甲苯不溶物，%不大于2GB/T8926A法注：1）生產單位可根據(jù)添加配方不同選擇適合的測定方法。2）如果有其他金屬，應該測定并報告實測結果，允許用原子吸收光譜測定。3）保證項目，每五年評定一次。4）75W油在進行抗擦傷試驗時，程序Ⅱ（高速）在79℃開始進行，程序Ⅳ（沖擊）在93℃下進行，噴水冷卻，最大溫升5.5～5）75W油在進行承載能力試驗時，高速低扭矩在104℃下進行，低速高扭矩在93第六章變速器齒輪的試驗1、變速器齒輪試驗1.1變速器齒輪試驗項目主要有；變速器傳動效率試驗；變速器噪聲測量；變速器靜扭強度試驗；變速器疲勞壽命試驗；1.2試驗樣品1.2.1試驗樣品應隨即抽取。1.2.2樣品數(shù)量性能試驗：樣品1~2件。可靠性和壽命試驗：樣品不少于3件。1.2.3樣品準備試驗前，根據(jù)試驗項目的要求，對試驗樣品進行原始數(shù)據(jù)測量并記錄。1.