某純電動車變速器齒輪強度計算及校核計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u11592某純電動車變速器齒輪強度計算及校核計算案例 1138441.1齒輪參數(shù)計算 1246651.1.1模數(shù)的選取 1185601.1.2齒形選擇 2318321.1.3壓力角 2308091.1.4齒寬 2267261.2確定變速箱各擋位齒輪齒數(shù) 2112661.2.1一擋齒輪齒數(shù)計算 397501.2.2其他擋位的齒數(shù)計算 5103841.3計算各軸的轉(zhuǎn)矩 5206591.4齒輪強度計算 611571.1.1滿足工作條件的要求及材料選擇 6295861.1.2考慮加工工藝及熱處理工藝 664851.1.3輪齒彎曲強度計算 6225231.1.4輪齒接觸應力 81.1齒輪參數(shù)計算1.1.1模數(shù)的選取齒輪模數(shù)對變速箱的整體設計是比較重要，設計齒輪模數(shù)時需要考慮齒輪的強度、質(zhì)量等。理論上而言各檔位使用的齒輪模數(shù)相同有利加工制造，并且有利控制磨損量，但是各齒輪處于的位置不同會造成各別檔位的剛度值不夠，變速箱常用的齒輪模數(shù)選取范圍如表4-1、4-2所示。表4-1齒輪法向模數(shù)選取范圍表車型乘用車的發(fā)動機排量V/L貨車的最大總質(zhì)量/t1.0<V<1.61.6<V<2.56.0<<14>14模數(shù)mn/mm2.25~2.752.75~3.503.50~1.501.50~6.00表4-2常見齒輪模數(shù)第一系列第二系列本文設計的純電動汽車變速箱是用于小型車輛其質(zhì)量為1000kg，雖然汽車的整體質(zhì)量不重，但是要滿足一定運行速度時，就需要滿足齒輪為多齒數(shù)小模數(shù)，這樣才能更有利于進行換擋切換，即本文齒輪的模數(shù)初選分別為3mm。1.1.2齒形選擇純電動汽車變速箱中使用的齒輪齒形是根據(jù)目前汽車市場中的汽車變速箱常用的齒輪齒形選擇的，乘用車變速箱中使用的齒輪齒形是高齒并修形的齒形，而常規(guī)貨車和重型車變速箱中使用的齒輪齒形是規(guī)定的標準齒形，而本文設計的純電動車主要用于載人的，因此變速箱中的齒輪齒形選擇為高齒并修形的齒形。1.1.3壓力角變速箱設計時還需要考慮噪音的大小，我們應使噪音較低，這樣我們就要考慮一些能降低噪音的因素方法了。在合適的設計下，斜齒輪可以使軸向力抵消。所以，中間軸齒輪選擇為右旋，其他的選擇為左旋。齒輪寬度b的取值直接影響齒輪承受力的大小。但是，如果齒寬太大也不好它會降低變速箱的各方面性能。所以，應在能滿足整體要求的情況下盡可能選擇小的齒寬，這樣不但能來減輕齒輪的重量還能在保障齒輪強度符合實際情況下減小軸的大小。嚙合套筒或同步器選為30°，變速箱齒輪壓力角和一檔斜齒齒輪的螺旋角分別選為15°，20°。1.1.4齒寬純電動汽車變速箱中所用的直齒輪和斜齒輪的齒寬計算為：（4-1）式中，表示齒輪的齒寬系數(shù)，直齒輪一般取值范圍為1.5～8.0，本文取8.0，斜齒輪一般取值范圍為6.0～8.5，本文取7.0；m表示齒輪的模數(shù)。通過計算可以得斜齒輪的齒寬b分別為21mm。1.2確定變速箱各擋位齒輪齒數(shù)通過上述已初步確定本文純電動車變速箱的中心距、齒輪模數(shù)等參數(shù)值，因此已經(jīng)確定的參數(shù)值可以計算各檔的齒輪的齒數(shù)值，變速箱齒輪嚙合結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-1所示。圖4-1變速器簡圖1.2.1一擋齒輪齒數(shù)計算根據(jù)齒輪齒數(shù)之和以及齒數(shù)間比值，可得出各齒輪齒數(shù)即：（4-2）（4-3）通過上述計算可知A為92mm，模數(shù)m=3，間齒數(shù)比值為=2.4，可以計算出，根據(jù)本文實際需求取整為。斜齒Zh的計算為：（4-4）通過計算可得Zh=57.6，本文設計取整為Zh=58。由于進行齒輪數(shù)的選擇和Zh計算取整后會導致中心距A值發(fā)生變化，需要對檔位中心距進行修正計算，即：（4-5）通過上述計算可得出A0=92.5，即取整中心距為A=93mm。通過壓力角和一擋斜齒齒輪螺旋角值的選擇，可以分別計算出端面壓力、嚙合角以及變位系數(shù)之和：tan=tan/cos（4-6）cos=（4-7）（4-8）通過上述計算可以分別得=15.91°；=11.77°0.111。通過公式4-9可以計算出精確值：A=（4-9）計算得出精確值為：20.69。。通過上述計算公式以及相關參數(shù)值可以確定純電動汽車變速箱一檔的使用齒輪的節(jié)圓直徑、齒高等參數(shù)值。齒輪的當量齒數(shù)計算公式為：（1.10）齒輪的當量齒數(shù)分別為：15.87；52.52。齒輪的分度圓計算公式為：（4-11）齒輪的分度圓直徑分別為：d1=57.72mm；d2=137.89mm。齒輪的節(jié)圓直徑計算公式為：（4-12）齒輪的節(jié)圓直徑分別為：51.81mm；131.11mm。齒輪的齒頂高計算公式為：（4-13）其中公式4-13中：（4-14）式中的0.167；0.0549，則齒輪的齒頂高分別為：ha1=2.54mm；ha2=3.45mm。齒輪的齒根高計算公式為：（4-15）齒輪的齒根高分別為：hf1=3.71mm；hf2=3.05mm。齒輪的齒全高計算公式為：（4-16）齒輪的齒全高為：h=6.05mm。齒輪的齒頂圓計算公式為：（4-17）齒輪的分度圓直徑分別為：da1=62.80mm；da2=141.79mm。齒輪的齒根圓直徑計算公式為：（4-18）齒輪的齒根直徑分別為df1=52.63mm；df2=130.99mm。1.2.2其他擋位的齒數(shù)計算根據(jù)齒輪中心距與齒輪模數(shù)、螺旋角等參數(shù)之間的關系，即：（4-19）通過上述計算可知A0為92.5mm，模數(shù)m=3，間齒數(shù)比值為=1.54，斜齒輪螺旋角選為=20°，可以計算出，根據(jù)本文實際需求取整為。純電動車的變速箱設計的其他檔位齒輪設計相關計算，與一檔齒輪的求解步驟一致，則通過公式4-4至公式4-18可以求解出相關參數(shù)值，如表4-3所示。表4-3二檔齒輪各參數(shù)值參數(shù)值理論中心距A0端面壓力角at端面嚙合角at’變位系數(shù)之和cos精確值齒輪齒頂高二擋91.2515.91°11.77°0.111°20.69°Z3參數(shù)2.54Z4參數(shù)3.45齒根高齒全高分度圓直徑齒根直徑節(jié)圓直徑當量齒數(shù)分度圓直徑3.716.0573.7566.3373.3628.0978.833.05112.23106.1311.6342.74119.131.3計算各軸的轉(zhuǎn)矩通過表4-1可知，純電動汽車所選用的電動機所產(chǎn)生的恒定轉(zhuǎn)矩值為200N.m，同時借鑒該類型的汽車變速箱中齒輪傳動效率能達到98%，軸承的傳動工作效率能達到94%，則可通過上述參數(shù)值計算出本設計變速箱輸入、出軸的轉(zhuǎn)矩值。=（4-20）（4-21）則通過相關參數(shù)值可以計算出輸入軸轉(zhuǎn)矩以及各檔輸出軸轉(zhuǎn)矩值分別為：；；。1.4齒輪強度計算1.1.1滿足工作條件的要求及材料選擇本次設計的齒輪主要作用是動力傳輸，因此要求齒輪的材料必須具有一定的耐磨性和強度，并且齒輪的齒面要硬、齒芯要軟，為了保證相嚙合的兩齒輪使用壽命相近，使小齒輪的硬度低于大齒輪的硬度，并且兩齒輪材料硬度差必須保持在30～50HBS左右，同時為了提高齒輪的抗膠合性能，還需保證大小齒輪采用不同鋼號材料制造而成。1.1.2考慮加工工藝及熱處理工藝純電動汽車的變速箱所使用的齒輪根據(jù)值不同，選取的滲碳層深度也是不同的，一般時所選取的滲碳層深度范圍值為0.8～1.2mm；一般時所選取的滲碳層深度范圍值為0.9～1.3mm；一般時所選取的滲碳層深度范圍值為1.0～1.3mm。同時還需要保證制造的齒輪表面硬度必須要在HRC58～63范圍內(nèi)以及變速箱所用的齒輪心部硬度必須要在HRC33～48mm之內(nèi)。若變速箱所用的齒輪進行氰化操作時，就必須要保證齒輪表面硬度在HRC48～53之內(nèi)，同時保證氰化層深度必須大于0.2mm。1.1.3輪齒彎曲強度計算不同汽車的用途也是不同的，用途不同也導致了不同汽車變速器的有很大的區(qū)別，但變速器總體框架要求是大致不變的。所以我們在設計不同的汽車變速器時候，選擇材料的種類以及加工工藝的方式上是大體相同的。綜上所述，對于汽車變速箱齒輪的計算我們可以采用簡化的普通齒輪強度計算公式進行計算，其計算結(jié)果也是非常可靠的，準確性也是很高的。汽車變速箱的齒輪彎曲力，齒輪系數(shù)值如圖4-2所示。圖4-2齒形系數(shù)(1）直齒輪彎曲應力計算(4-22)式中，表示齒輪計算載荷；表示齒輪的應力集中系數(shù)，本文取=1.60；表示齒輪彎曲應力；表示齒輪的摩擦力影響系數(shù)一般主、從動齒輪的摩擦力影響系數(shù)主動齒輪和被動齒輪分別取值為1.1、0.9；表示齒輪模數(shù)；表示齒輪齒寬；表示齒輪齒形系數(shù)；表示齒輪齒數(shù)；表示齒輪齒寬系數(shù)，一般取值為=6.0。當處于一檔位時，通過上述計算的出的相關參數(shù)值可以得出：；；；；。計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩Temax時，一擋直齒輪的彎曲應力在400~850MPa之間。(2）斜齒輪彎曲應力計算(4-23)式中，表示斜齒輪的螺旋角；表示斜齒輪的應力集中系數(shù)，一般取值為=1.50；表示斜齒輪的重合度影響系數(shù)，一般取值為=2.0。齒形系數(shù)y的取值我們可以看圖3-2來確定，最終選取結(jié)果為：，通過上述計算的出的相關參數(shù)值可以得出：；，計算載荷為輸入軸的最大輸出時，此時軸上齒輪的許用應力為400~850Mpa，由于，因此可知設計符合要求。1.1.4輪齒接觸應力（4-24）式中，表示齒輪輪齒的接觸應力值；表示齒輪節(jié)圓直徑；表示齒輪計算載荷值；表示齒輪實際接觸寬度；表示齒輪節(jié)點處壓力角；表示齒輪螺旋角；、分別表示齒輪主、從動齒輪節(jié)圓半徑；表示齒輪材料的彈性模量；、表示齒輪主、從動分別在齒輪節(jié)點處的曲率半徑。（1）直齒輪節(jié)點處的曲率半徑(4-25)(4-26)（2）