变速器设计说明书 - 课程设计、毕业设计使用

图5-1 齿形系数图

（假定载荷作用在齿顶??20，f??1）

Figure 5 -1 Profile coefficient map

(Assuming the load in top gear ??20，f??1)

??5.2.2 轮齿接触应力计算

轮齿接触应力

δj =0.418FE11

b( ρ + ρ ) （5-5）

zb

F1 ；F1为圆周力，

cos?cos?式中，?j为轮齿的接触应力；F为齿面上的法向力，F?F1?2Tg/d；Tg为计算载荷；d为节圆直径；?为节点处压力角，?为齿轮螺旋角；E为齿轮材料的弹性模量；b为齿轮接触的实际宽度；?z 、?b为主、从动齿轮节点处的曲率半径，直齿轮?z?rzsin? 、?b?rbsin?，斜齿轮?z?为主、从动齿轮节圆半径。

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rbsin?rzsin? ， ；rz 、rb??b22cos?cos?

一挡齿轮接触应力 δj =0.418FE11 b( ρ + ρ )

zb

245?103?2.1?10522?(?) ?0.418????3?42?3?(cos28cos20)3?15?sin203?42?sin20 =1955.3MPa 五挡齿轮接触应力 δj =0.418FE11 b( ρ + ρ )

zb

245?103?2.1?10522?3?sin20?28?3?sin20??(?) ?0.418?????22?3?3(cos28cos20)2?cos282?cos28 =1341.8MPa

校核都在范围之内，符合要求 将作用在变速器第一轴上的载荷

Temax2作为计算载荷时，变速器齿轮的许用接触应力

?j见表5-1。

表5-1 变速器齿轮许用接触应力 Table 5 -1 transmission gear allowable contact stress

齿 轮 一挡和倒挡 常啮合齿轮和高挡

?j／MPa 渗碳齿轮 1900--2000 1300--1400

液体碳氮共渗齿轮 950--1000 650--700

变速器齿轮多数采用渗碳合金钢，其表层的高硬度与芯部的高韧性相结合，能大大提高齿轮的耐磨性及抗弯取疲劳和接触疲劳的能力。在选用钢材及热处理时，对切削加工性能及成本也应考虑。值得指出的是，对齿轮进行强力喷丸处理以后，齿轮弯曲疲劳寿命和接触疲劳寿命都能提高。齿轮在热处理之后进行磨齿，能消除齿轮热处理的变形；磨齿齿轮精度高于热处理前剃齿和挤齿齿轮精度，使得传动平稳、效率提高；

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在同样负荷的条件下，磨齿的弯曲疲劳寿命比剃齿的要高。

国内汽车变速器齿轮材料主要用20CrMnTi、20Mn2TiB、16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5。渗碳齿轮表面硬度为58～63HRC，芯部硬度为33～48HRC。

5.2.3 轴的强度计算

变速器工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用，其轴要承受转矩和弯矩。变速器的轴应有足够的刚度和强度。因为刚度不足的轴会产生弯曲变形，破坏了齿轮的正确啮合，对齿轮的强度、耐磨性和工作噪声等均有不利影响。所以设计变速器轴时，其刚度大小应以保证齿轮能实现正确的啮合为前提条件。

对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。前者使齿轮中心距发生变化，破坏了齿轮的正确啮合；后者使齿轮相互歪斜，如图5-2所示，致使沿齿长方向的压力分布不均匀。

图5-2 变速器轴的变形简图

a) 轴在垂直面内的变形 b）轴在水平面内的变形

Figure 5 -2 transmission shaft deformation schematic

a) axis in the vertical plane deformation b) axis in the horizontal plane deformation

初步确定轴的尺寸以后，可对轴进行刚度和强度验算。欲求中间轴式变速器第一轴的

支点反作用力，必须先求第二轴的支点反力。挡位不同，不仅圆周力、径向力和轴向力不同，而且力到支点的距离也有变化，所以应当对每个挡位都进行验算。验算时将轴看做铰接支承的梁。作用在第一轴上的转矩应取Temax。

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轴的挠度和转角可按《材料力学》有关公式计算。计算时仅计算齿轮所在位置处轴的挠度和转角。第一轴常啮合齿轮副，因距离支承点近、负荷又小，通常挠度不大，故可以不必计算。变速器齿轮在轴上的位置如图5-3所示时，可分别用下式计算

图5-3 变速器轴的挠度和转角

Figure 5 -3 transmission shaft and the deflection angle

F1?a2?b2fc? (5-6)

3EIL2?245?103?tan20??2162?612?3?42?cos28 ?=0.08mm 43.14?443?2.1?105??27764F2?a2?b2fs? (5-7)

3EIL2?245?103?2162?6123?42 ?=0.13mm 43.14?443?2.1?105?27764??F1?a?b(b?a) (5-8)

3EIL2?245?103?tan20??216?61?(216?61)?3?42?cos28 ?=0.0008rad 43.14?443?2.1?105??2776424