1、變速器的設(shè)計計算一 確定變速器的主要參數(shù)一、各擋傳動比的確定不同類型的變速器，其擋位數(shù)也不盡相同，本設(shè)計為五擋變速器。傳動比為已知：i1=6.02，i2=3.57， i3=2.14，i4=1.35，i5=1.00， iR=5.49. 二、中心距A的選取初選中心距A時，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式初選：式中，A為變速器中心距(mm)；為中心距系數(shù)，貨車：=8.6-9.6；為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（=165 Nm）；為變速器一擋傳動比(i1 =6.02)；為變速器傳動效率，取96%。本設(shè)計中，取=9.0。將數(shù)值代入公式，算得A=88.5849mm，故初取A=89mm。三、變速器的軸向尺寸影響變速器殼體軸向尺寸的因素

2、有擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。設(shè)計時可根據(jù)中心距A的尺寸參照下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系初選：五擋貨車變速器殼體軸向尺寸：(2.73.0) A=239.18mm265.75mm。選用殼體軸向尺寸為260mm。四、齒輪參數(shù)（1）齒輪模數(shù)變速器齒輪模數(shù)：貨車最大總質(zhì)量在1.814.0t的貨車為2.03.5mm。齒輪模數(shù)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷下的靜強(qiáng)度所決定。當(dāng)增大尺寬而減小模數(shù)時將降低變速器的噪聲，增大模數(shù)并減小尺寬和中心距將減小變速器的質(zhì)量。對于斜齒輪m=K式中 m齒輪模數(shù) mmK為模數(shù)系數(shù)，一般K=0.280.37。本設(shè)計中取K=0.35。 將數(shù)值代入計算得 m=1.919 mm,取m=2。對于直

3、齒輪m=K式中 m一擋齒輪模數(shù) mm K一擋齒輪模數(shù)系數(shù)，一般K=0.280.37。本設(shè)計中取 K=0.30 T一擋輸出轉(zhuǎn)矩，T=T*i i一擋傳動比當(dāng)數(shù)值代入計算得m=2.993 mm,取m=3參考國標(biāo)（GB1357-87）規(guī)定的第一系列模數(shù)：一檔和倒擋的模數(shù): m3mm；二，三，四，五擋的模數(shù)：m2mm; （2）壓力角齒輪壓力角較小時，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的動載荷，使傳動平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角增大時，可提高齒輪的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。本設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)壓力角=20。（3）螺旋角選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響

4、。選用大些的螺旋角時，會使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)，噪聲降低，齒輪的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。因此從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，不宜過大，以1525為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)選用較大的螺旋角。螺旋方向的選擇：斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時，要產(chǎn)生軸向力并作用在軸承上。設(shè)計時應(yīng)力求中間軸上同時工作的兩對齒輪的軸向力相互抵消，以減少軸荷，提高壽命。為此，中間軸上的全部齒輪一律采用右旋，而一、二軸上的斜齒輪取左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。為使工藝簡便，中間軸軸向力不大時，可將螺旋角僅取為三種。二、三、四擋齒輪螺旋角22；常嚙合齒輪螺旋角25.28。（4）齒寬考慮到縮短變速器的軸向尺寸

5、和減小質(zhì)量，應(yīng)選用較小的尺寬。另一方面，尺寬的減小將使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，齒寬窄還會使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用寬的尺寬，工作時會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿尺寬方向受力不均并在尺寬方向上產(chǎn)生磨損不均勻。通常通過齒輪的模數(shù)確定尺寬：直齒：b=Km K為尺寬系數(shù)，一般K=4.58.0斜齒：b=Km 一般K=6.58.5本設(shè)計中，一檔，倒檔： b=73=21 mm二檔，三檔沒，四檔，五檔： b=72=14mm （5）齒輪變位系數(shù)的選擇原則為了降低噪聲，對于變速器中除去一，二檔和倒檔以外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的數(shù)值，以便獲得低噪聲運(yùn)動。一般情況下，最高檔和一軸齒輪副的x可以選

6、為-0.20.2。隨著檔位的降低，x值逐漸增大。一，二檔和倒檔齒輪，應(yīng)該選用較大的x值，以便獲得高強(qiáng)度齒輪副。一檔齒輪的x值可以選用1.0以上的。五、各擋齒輪齒數(shù)的分配 1.確定一擋齒輪齒數(shù)已知 A=89mm ，m=3mm +=2A/m Z=60對于貨車，中間軸一擋齒輪可在12-17之間，選取=16，由于一擋選用直齒輪。故有=2A/m-16=442.修正中心距A=90mm3.確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)已知 =6.02 =2mm =25.28+=81.381 = =2.19=81=26， =554.確定其它擋位齒輪齒數(shù) （1）確定二擋齒輪齒數(shù)已知 =3.57 =2mm =22 1.687636

7、聯(lián)立求解 取=52，=32（2）確定三擋齒輪齒數(shù)已知=2.14 =2mm =22 聯(lián)立求解Z=41,Z=43（3）確定四擋齒輪齒數(shù)已知 =1.35， =2mm ，=22 聯(lián)立求解 取Z=32, Z=52（5）確定倒擋齒輪齒數(shù)倒擋采用直齒輪，mm。已知選=44，=16，=2.19,=5.49由得=41 ,=44A1=m (+)/2=3*(44+16)/2=90mmA2=m (+)/2=3*(41+44)/2=127.5mm經(jīng)驗(yàn)算，不會產(chǎn)生運(yùn)動干涉。六、變速器齒輪幾何參數(shù)設(shè)計計算1.一擋齒輪幾何參數(shù) =3mm，=44，=16，=20 ，=0，=90mm，(1) =0.37，=-0.37(2) 嚙合

8、角 =21.68(3) 理論中心距 A=89mm(4) 中心距變動系數(shù) =0.33(5) 變位系數(shù)之和 =0.90(6) 齒頂降低系數(shù) =0.90-0.33=0.57(7) 分度圓直徑 =m=132mm，m=48mm (8) 齒頂高 =3.33mm，=2.58mm(9) 齒根高 =4.86mm，=2.64mm(10)齒全高 =5.22mm(11)齒頂圓直徑 =138.66mm，=53.16mm(12)齒根圓直徑 =122.28mm，=42.72mm(13)周節(jié) p=m=9.424mm(14)基節(jié) =8.856mm 2.常嚙合齒輪幾何參數(shù)=2mm，=26，=55， =20，=25.28，=90m

9、m(1) 端面模數(shù) =2.21mm(2) =0.37，=-0.37(3)端面壓力角 =21.926(4)端面嚙合角 =23.457(5)分度圓直徑 =57.51mm，=121.65mm(6)齒頂高 )=2.46mm 1.54mm(7)齒根高 2.04mm 1.28mm(8)齒全高 4.50mm(9)齒頂圓直徑 =62.43mm 124.73mm(10)齒根圓直徑 =53.43mm 119.09mm(11)中心距 A=90.505mm(12)法向基節(jié) =5.904mm(13)基圓直徑 =53.35mm 112.85mm(14)法面分度圓弧齒厚 =3.14mm3.二擋齒輪幾何參數(shù)=2mm，=52，

10、=32， =20，=22，=90mm(1)變位系數(shù) =0.25，=0.43(2)端面模數(shù) =2.157mm(3)端面壓力角 =21.433(4)端面嚙合角 =23.00 (5)分度圓直徑 =88.98mm，=48.53mm(6)齒頂高 =1.335mm 1.785mm(7)齒根高 2.5mm 2.05mm(8)齒全高 3.835mm(9)齒頂圓直徑 =91.65mm 52.10mm(10)齒根圓直徑 =83.98mm 44.43mm(11)法向基節(jié) =5.904mm(12)基圓直徑 =82.83mm 45.17mm4.三擋齒輪幾何參數(shù)=2mm，=41，=43， =20，=22，=90mm(1)

11、端面模數(shù) =2.157mm(2)端面壓力角 =21.433(3)端面嚙合角 =23.00(4)分度圓直徑 =88.44mm，=92.75mm(5)齒頂高 =1.188mm 1.308mm(6)齒根高 1.88mm 1.76mm(7)齒全高 3.068mm(8)齒頂圓直徑 =90.82mm 95.37mm(9)齒根圓直徑 =84.68mm 89.23mm(10)法向基節(jié) =5.904mm(11)基圓直徑 =82.32mm 86.34mm5.四擋齒輪幾何參數(shù)=2mm，=32，=52， =20，=22，=90mm(1)端面模數(shù) =2.157mm(2)端面壓力角 =21.433(3)端面嚙合角 =23

12、.00(4)理論中心距 A=89mm(5)分度圓直徑 =48.53mm，=88.98mm(6)齒頂高 =1.785mm 1.335mm(7)齒根高 2.05mm 2.5mm(8)齒全高 3.835mm(9)齒頂圓直徑 =52.10mm 91.65mm(10)齒根圓直徑 =44.43mm 83.98mm(11)法向基節(jié) =5.904mm(12)基圓直徑 =45.17mm 82.83mm6.倒擋齒輪幾何參數(shù) =3mm; =41; =44；=44； =20（1）分度圓直徑 d9=m=123mm d10=m=132mm d11=m=132mm(2)齒頂高 3mm 3mm 3mm(3)齒根高 3.75m

13、m 3.75mm 3.75mm(4)齒頂圓直徑 129mm 138mm 138mm(5)齒根圓直徑 115.3mm 124.3mm124.3mm七、同步器及尺寸的計算 同步器使變速器換檔輕便、迅速、無沖擊、無噪聲，且可以延長齒輪的壽命，提高汽車的加速性能并節(jié)省燃油，故而多數(shù)汽車變速器除一檔和倒檔外，其他檔位多裝用。要求其轉(zhuǎn)矩容量大，性能穩(wěn)定、耐用。在本設(shè)計中，主減速器全部采用鎖銷式同步器。因?yàn)殒i銷式同步器多用于最大總質(zhì)量大于6.0t 的貨車變速器中。.鎖銷式同步器及其接合尺寸的確定 (1) 錐面直徑及傾斜角當(dāng)齒輪上裝有錐盤時，錐面大端直徑可根據(jù)下式選定： 式中錐面大端直徑，mm 齒頂圓直徑，m

14、m 錐盤壁厚，mm在本設(shè)計中，取=4mm，代入上式可計算得到=120mm(2) 花鍵接合齒參數(shù)花鍵接合齒采用漸開線花鍵，對于中型變速器，模數(shù)取2.5mm左右，齒數(shù)由直徑?jīng)Q定?；ㄦI的直徑根據(jù)齒輪的尺寸選取，使齒輪內(nèi)孔與花鍵小徑之間的壁厚與齒輪緣厚度相近。(3) 鎖銷在本設(shè)計中每個同步器采用三個鎖銷。鎖銷桿部直徑為9mm，兩大端的直徑為13mm。 (4) 定位銷定位與滑動齒套的孔滑動配合，它的直徑可與鎖銷大端的直徑相同，中部精車出一個夾角為90的槽與定位鋼球接觸。定位銷長度應(yīng)等于或大于滑動齒套安裝定位銷處的寬度二倍換檔過程。 (5) 換檔行程 鎖銷式同步器的換檔行程根據(jù)軸向間隙、后備行程和接合齒嚙

15、合長度確定。本設(shè)計中采用8mm。 3. 同步器摩擦副的材料同步錐環(huán)多用銅合金制造，貨車及大型客車的同步器較厚可采用壓鑄工藝加工，也可采用鍛或擠壓工藝加工。選用材料時既要考慮其摩擦系數(shù)又要考慮其耐磨性以及強(qiáng)度、加工性能等。本設(shè)計中采用鋁青銅（含鋁8.5%11.0%），因?yàn)槠鋸?qiáng)度高、耐用性好、摩擦系數(shù)較大而錐面自鎖傾向較小。五、軸和花鍵尺寸1.第一軸的設(shè)計軸材料選為20CrMnTi。 第一軸花鍵部分直徑d(mm)可按下式初步確定： 式中，k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般k=44.6 為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩()取k=4.5代入公式并計算得d=24.68mm，取d=30mm 由機(jī)械設(shè)計中軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，定位軸肩的高度h

16、=(0.070.1)*d，d為與零件裝配處的軸徑尺寸。非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒有嚴(yán)格要求，一般為12mm。對于第一軸d/l=0.160.18，則經(jīng)計算得l=187.5166.67mm 初選l=170mm?？沙醪酱_定一軸的結(jié)構(gòu)2. 中間軸的設(shè)計 由汽車設(shè)計中有關(guān)中間軸中部直徑d=(0.450.6)A,得 d=0.4590=40.5mm,取d=45mm 對于中間軸d/l=0.160.18 則經(jīng)計算得l=281.25250mm 初選l=270mm。3. 第二軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 由汽車設(shè)計中有關(guān)第二軸中部直徑d=(0.450.6)A，得 d=0.4590=40.5mm，取d=45mm

17、對于第二軸d/l=0.180.21則經(jīng)計算得l=281.25250mm初選l=270mm。 結(jié)構(gòu)設(shè)計如零件圖。二 變速器傳動件的剛度、強(qiáng)度計算及校核一、齒輪的強(qiáng)度校核變速器齒輪的損壞形式有三種：輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕和移動換擋時齒輪端部破壞。1 齒輪接觸應(yīng)力計算齒輪的接觸應(yīng)力按下式計算： 式中， F為齒面上的法向力（N），；為圓周力（N），；為計算載荷（）；d為節(jié)圓直徑（mm）；為節(jié)點(diǎn)處壓力角（）；為齒輪螺旋角（）；E為齒輪材料的彈性模量（N/mm），本設(shè)計中E=20.6Mpa；b為齒輪接觸的實(shí)際寬度（mm）；、為主、從動齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪，、為主、從動齒輪節(jié)圓半徑（mm

18、）。將作用在變速器第一軸上的載荷/2作為計算載荷時，一擋和倒擋齒輪的許用接觸應(yīng)力為19002000 N/mm，常嚙合齒輪和高擋齒輪的許用接觸應(yīng)力為13001400 N/mm。將有關(guān)參數(shù)帶入可得 。變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力（/MP）齒輪滲碳齒輪氰化齒輪一擋及倒擋1900-2000950-1000常嚙合及高擋1300-1400650-700122848 743.88343525 821.87564445 888.75785679 1045.979102248 607.7311127656 1432.6912137656 811.95由以上兩表可知，變速器所有齒輪的齒面接觸強(qiáng)度均滿足要求。2.齒輪彎

19、曲強(qiáng)度計算(1) 直齒輪彎曲應(yīng)力 式中，為彎曲應(yīng)力（MPa）；為圓周力（N），；為計算載荷（）；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)，主動齒輪=1.1，從動齒輪=0.9；b為尺寬（mm）；t為端面齒距（mm），t=，m為模數(shù)；y為齒形系數(shù)，可由汽車設(shè)計中圖3-19查得。當(dāng)計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩 時，一、倒擋直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400850 MPa，貨車可取下限850MPa。由于d=mZ,所以有。(2) 斜齒輪彎曲應(yīng)力 式中，為圓周力（N），；為計算載荷（）；d為節(jié)圓直徑（mm），,為法面模數(shù)；為斜齒輪螺旋角（）；z為齒數(shù);為應(yīng)力集中系數(shù)

20、，可近似取=1.5；b為齒面寬（mm）;t為法面齒距（mm），t=；y為齒形系數(shù)，可按在汽車設(shè)計中圖3-14上查得;為重合度影響系數(shù)，=2；當(dāng)計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩 時，各擋斜齒輪許用彎曲應(yīng)力在100250 MPa。整理后可得 。 計算結(jié)果如下表所示：直齒的彎曲強(qiáng)度：bmy91.650.91830.147147.32101.651.12030.138174.37111.650.91230.115641.36121.651.13030.143557.49131.650.91830.123299.8斜齒輪的彎曲應(yīng)力如下表：Zby11.52162.5180.147105.7721.

21、52352.5200.14111.0631.52222.5180.172111.8941.52292.5200.167115.2451.52282.5200.166146.1961.52232.5200.165147.0971.52332.5180.163190.2181.52182.5200.166186.77由上兩表可知，變速器的所有齒輪的彎曲強(qiáng)度都滿足要求。二、軸的強(qiáng)度校核由軸的布置而確定的尺寸，一般來說強(qiáng)度是足夠的，僅對其危險截面進(jìn)行校核。嚴(yán)格來說，擋位不同，不僅圓周力、徑向力及軸向力不同，而且力到支點(diǎn)的距離也有變化，應(yīng)該對每個擋位都進(jìn)行驗(yàn)算，但是一擋受力比其他擋位大的多，故對二軸和中

22、間軸一擋工作時進(jìn)行強(qiáng)度校核。二軸和中間軸的受力分析如下圖所示：圖4-4 受力分析本計算過程由程序進(jìn)行。經(jīng)程序校核，二軸和中間軸在一擋工作時強(qiáng)度合格。三、軸的剛度校核變速器的軸在工作時，軸承要受轉(zhuǎn)矩和彎矩。剛度不足的軸會產(chǎn)生彎曲變形，破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。故需要校核軸的剛度。因二軸比較重要，剛度校核很復(fù)雜，故本設(shè)計只針對二軸做剛度校核。本計算由程序計算，經(jīng)程序校核，二軸在一擋工作時剛度合格。四、軸承的壽命的計算軸承的使用壽命可按汽車以平均速度行駛至大修前的總行駛里程S計算：；汽車平均速度：0.60.69355.8，S取大修前行駛的里程數(shù)：15萬公里，即1.5Km：150000/55.82688.17h；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速取最大扭矩時轉(zhuǎn)速2200的60即1320；速比取最常用的i0.6時計算，于是：1500；2500根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊和計算，得下表相關(guān)參數(shù)： 軸承代號（KN）（KN）eXY6209AC28.222.50.68106212AC42.835.50.68106212AC42.835.50.68106213AC51.243.20.6810