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全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
電控行星齒輪變速器設(shè)計
DESIGN OF ELECTRONICALLY CONTROLLED PLANETARY GEAR TRANSMISSION
湖南·長沙
提交日期：2013年 5 月
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)論文設(shè)計作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1 前言 2
2 變速器的設(shè)計要求及本次設(shè)計的目的 3
2.1 變速器的設(shè)計要求 3
2.2 本次設(shè)計要求 3
2.3 本次設(shè)計的目的 4
3 行星變速機(jī)構(gòu)運動分析及控制方法 5
3.1 工作原理 5
3.1.1 正常加減速工作 5
3.1.2 轉(zhuǎn)向 6
3.2 控制方法 6
3.2.1 正常的直線行駛加減速控制方法 6
3.2.2 實現(xiàn)自動控制修正行駛和轉(zhuǎn)彎作業(yè)的控制方法 6
4 綜合設(shè)計 6
4.1 參照條件 6
4.2 傳動比 7
4.3 配齒計算 8
4.4 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù) 9
4.5 渦輪蝸桿傳動參數(shù)設(shè)計 12
5 齒輪強(qiáng)度 14
5.1齒輪的損壞形式 14
5.2 齒輪強(qiáng)度計算 15
5.2.1 輪齒彎曲強(qiáng)度計算 15
5.3 齒輪材料的選擇 16
6 變速器軸、軸承等零件的設(shè)計 17
6.1 軸的設(shè)計 17
6.1.1 初選軸的直徑 17
6.1.2 軸的剛度驗算 20
6.1.3 軸的強(qiáng)度驗算 21
6.1.4 軸上花鍵的設(shè)計 22
6.2 軸承的選擇 22
7 設(shè)計總結(jié) 23
參考文獻(xiàn) 23
致謝 25
電控行星齒輪變速器設(shè)計
摘 要：駕駛舒適、能減少駕駛者疲勞的優(yōu)點，已成為現(xiàn)代轎車配置的一種發(fā)展方向。裝有自動變速器的汽車能根據(jù)路面狀況自動變速變矩，駕駛者可以全神貫注地注視路面交通而不會被換檔搞得手忙腳亂。據(jù)此，本課題主要研究行星齒輪變速器，其目的是對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、AutoCAD等知識熟練運用和掌握，并利用AutoCAD軟件繪制裝配圖和零件圖。同時運用汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計、材料力學(xué)、汽車新能源與節(jié)能技術(shù)等學(xué)科知識對行星齒輪變速器進(jìn)行節(jié)能安全設(shè)計。行星齒輪變速較普通齒輪變速器具有體積小、重量輕、效率高及傳遞功率范圍大等優(yōu)點，逐漸獲得廣泛應(yīng)用。由于在各種類型的行星齒輪傳動中均有效的利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理的的采用了內(nèi)嚙合。行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率，而且可用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動裝置上。
關(guān)鍵詞：行星齒輪；變速器；檔數(shù)；傳動比；同步器
Design of Electronically Contrplled Planetary Gear Transmission
Abstract：Driving comfort, reduce driver fatigue strengths, has become a development direction of modern car configuration. Cars with automatic transmission can according to road conditions automatic transmission and torque converter, the driver can concentrate fully on the eye on the road traffic and won't be shift to get overwhelmed. Accordingly, this topic mainly studies planetary gear transmission, its purpose is to mechanical principles, mechanical design, such as AutoCAD skillfully use and master of knowledge, and use AutoCAD software to draw the assembly drawing and part drawing. At the same time use of automobile structure, automobile design, mechanics of materials, new energy vehicles and energy-saving technology of planetary gear transmission for subject knowledge such as energy conservation and safety design. Planetary gear than ordinary gear transmission with small size, light weight, high efficiency and large range of transmission power etc, and gradually won a wide range of applications. Due to the various types of planetary gear transmission are effective in the use of the power split and coaxial input and output and the reasonable use of the internal gear. Planetary gear transmission is not only suitable for high speed, high power, and can be used for low speed and big torque mechanical transmission device.
Key words：Planetary gear；Gearbox；Gear；Gear ratio；Synchronizer
1 前言
隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷的發(fā)展，汽車工業(yè)也漸漸成為我國支柱產(chǎn)業(yè)，汽車的使用已經(jīng)遍布全國。而隨著我國加入WTO，人民生活水平的不斷提高，微型客貨兩用車、轎車等高級消費品已進(jìn)入平常家庭。在我國，汽車工業(yè)起步較晚。入世后，我國的汽車工業(yè)面臨的是機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著我國汽車工業(yè)不斷的壯大，以及汽車行業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，如何設(shè)計出經(jīng)濟(jì)實惠，工作可靠，性能優(yōu)良，且符合中國國情的汽車已經(jīng)是當(dāng)前汽車設(shè)計者的緊迫問題。在面臨著前所未有的機(jī)遇同時，不得不承認(rèn)在許多技術(shù)上，我國與發(fā)達(dá)國家還一定的差距，所以我們要努力為我國的汽車工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。而在本課題的學(xué)習(xí)中，我將重點研究汽車的變速器部分。
現(xiàn)代汽車上廣泛用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器。變速器是汽車傳動系統(tǒng)中關(guān)鍵的零部件，它用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎，加速等各種行駛工況下使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。它的功用是：改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機(jī)在有利的工況下工作；在發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；利用空檔中斷動力傳遞，以使發(fā)動機(jī)能夠起動、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動力輸出。在本選題中，我將研究行星齒輪變速器。行星齒輪變速器，是用行星齒輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)變速的變速器。它通常裝在液力變扭器的后面，共同組成液力自動變速器。行星齒輪機(jī)構(gòu)，有點好像太陽系。它的中央是太陽輪，太陽輪的周圍有幾個圍繞它旋轉(zhuǎn)的行星輪，行星輪之間，有一個共用的行星架。行星輪的外面，有一個大齒圈[14]。
行星輪系減速器較普通齒輪減速器具有體積小、重量輕、效率高及傳遞功率范圍大等優(yōu)點，逐漸獲得廣泛應(yīng)用。由于在各種類型的行星齒輪傳動中均有效的利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理的的采用了內(nèi)嚙合。行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率，而且可用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動裝置上。它可用于減速、增速和變速傳動，運動的合成和分解，以及其他特殊的應(yīng)用中，這些功能對于現(xiàn)代機(jī)械傳動的發(fā)展具有重要意義。因此，行星齒輪傳動在起重運輸、工程機(jī)械、冶金礦山、石油化工、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門均獲得日益廣泛的應(yīng)用。世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，如美國、德國、日本、英國和俄羅斯等，對行星齒輪變速器的應(yīng)用、生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、傳動性能、傳遞功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位；并出現(xiàn)了一些新的行星傳動技術(shù)，如封閉行星齒輪傳動、行星齒輪變速傳動和微型行星齒輪傳動等早已在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。
2 變速器的設(shè)計要求及本次設(shè)計的目的
2.1 變速器的設(shè)計要求
變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比的齒輪傳動裝置，又稱變速箱。目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。此外，還應(yīng)該保證汽車能夠在倒退行駛、滑行或停車時，使發(fā)動機(jī)與傳動系分離；必要時還應(yīng)有動力輸出功能。
對變速器的基本要求如下：
1）保證汽車有必要的經(jīng)濟(jì)性和動力性；
2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪的傳輸；
3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛；
4）操縱輕便，換擋迅速、省力、方便；
5）工作可靠，不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象；
6）傳動效率高、噪音低；
7）機(jī)構(gòu)緊湊，盡量做到質(zhì)量輕、體積小、制造成本低、拆裝容易、維修方便。
圖1插秧機(jī)行星齒輪無級變速器
Figure1 Transplanter planetary stepless transmission
2.2 本次設(shè)計要求
本次設(shè)計一款插秧機(jī)行星齒輪無級變速器，使其滿足實際生產(chǎn)需要，工作平順，穩(wěn)定性好。
2.3 本次設(shè)計的目的
變速器自從發(fā)明到現(xiàn)在已有多年歷史，現(xiàn)今變速器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。本次對變速器設(shè)計的目的是了解變速器的作用、原理及其相關(guān)知識，并運用大學(xué)四年所學(xué)知識在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行一次綜合性的設(shè)計。通過查閱資料，請教老師來豐富自己的知識，彌補自己的不足；通過此次設(shè)計來鍛煉自己的設(shè)計能力，最后設(shè)計出符合要求的變速器。
3 行星變速機(jī)構(gòu)運動分析及控制方法
3.1 工作原理
3.1.1 正常加減速工作
工作機(jī)構(gòu)以行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪作輸入，行星架作輸出，采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)齒圈轉(zhuǎn)速的輸出，見圖2。
設(shè)V入為太陽輪轉(zhuǎn)速， V出為行星架轉(zhuǎn)速，V調(diào) 為驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速；設(shè)a為齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)的比值， a調(diào) 為與蝸桿蝸輪的傳動比的倒數(shù)；a是大于1的實數(shù)， a調(diào) 是大于0小于1的實數(shù)。
圖2插秧機(jī)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)
Figure2 Transplanter planetary gear speed change mechanism
根據(jù)行星齒輪傳動特性：V入+a·a調(diào)·V調(diào) -(1+a)· V出=0
系統(tǒng)傳動比等于：V入/ V出
（1）當(dāng)V調(diào) =0時，即蝸桿不轉(zhuǎn)動時；系統(tǒng)傳動比為1+a，行星變速機(jī)構(gòu)輸出降速的前進(jìn)檔；
（2）當(dāng)0
V入/a調(diào)時，即蝸桿以大于V入/a調(diào)轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)時，系統(tǒng)傳動比小于1，行星變速機(jī)構(gòu)輸出升速的前進(jìn)檔；
（5）當(dāng)- V入/( a·a調(diào))40 1 >40
根據(jù)該新型插秧機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計說明書可得出，我們可選用z1＝4。而z2則需要根據(jù)該齒輪的內(nèi)外參數(shù)來確定，為了避免渦輪輪齒發(fā)生根切，不應(yīng)少于26，但也不宜大于80。若過多，會使結(jié)構(gòu)尺寸過大，蝸桿長度也隨之增加，致使蝸桿剛度和捏合精度下降。
（4）壓力角
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10088-1988規(guī)定，阿基米德蝸桿的壓力角α＝20°。
4.5.2 渦輪蝸桿幾何尺寸
因為在用渦輪滾刀切制渦輪時，滾刀的分度圓直徑必須與工作蝸桿的分度圓直徑相同。為了限制渦輪滾刀的數(shù)目，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10085-1988中規(guī)定將蝸桿的分度圓直徑標(biāo)準(zhǔn)化，且與其模數(shù)相匹配，由d1與m相匹配的標(biāo)準(zhǔn)系列中可得，m＝4mm，d1＝40mm。
又d1＝m×q；可得q＝10.000
又由齒輪d2＞181.5mm，故z2＞37，取z2＝50。
分度圓：d1＝m×q＝40mm，d2＝m×z2＝200mm；
齒頂高：ha ＝m＝4 mm；
齒根高：hf＝1.2m＝4.8 mm；
蝸桿齒頂圓直徑：da1 ＝（2＋q）m＝48mm；
渦輪喉圓直徑：da2＝（2＋z2）m＝210mm；
蝸桿齒根圓直徑：df1 ＝（q－2.4）m＝30.4mm；
蝸輪齒根圓直徑：df2＝（z2－2.4）m＝190.4mm；
Δd＝df2－da3＝19.6mm；足夠安全。
蝸桿軸向齒距 pa1＝px＝πm＝12.6mm；
渦輪端面齒距 pa2＝px＝πm＝12.6mm；
徑向齒隙 c＝0.20m＝0.8mm；
中心距 a＝0.5（d1＋d2）＝120mm
5 齒輪強(qiáng)度
5.1 齒輪的損壞形式
齒輪的損壞形式有：輪齒折斷、齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合、塑性變形等。變速器輪齒折斷主要是因為輪齒在重復(fù)載荷作用下，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使輪齒疲勞折斷。
在齒輪傳動中，齒面隨著工作條件的不同會出現(xiàn)多種不同的磨損形式。例如當(dāng)嚙合齒面間落入磨料性物質(zhì)（如砂粒、鐵屑等）時，齒面即被逐漸磨損而至報廢，這種現(xiàn)象稱為齒面磨損。
輪齒工作時，一對齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓，這時存在齒面細(xì)小裂縫中的潤滑油油壓升高，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)散，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀削落而成小麻點，稱之為齒面點蝕。它使齒形誤差加大，產(chǎn)生動載荷，并可能導(dǎo)致輪齒折斷。
對于高速重載的齒輪傳動，齒面間的壓力大，瞬時溫度高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時溫度過高時，相嚙合的兩齒面就會產(chǎn)生粘在一起的現(xiàn)象，由于此時兩齒面又在作相對滑動，相粘結(jié)的部位即被撕破，于是在齒面上沿相對滑動的方向形成傷痕，稱為膠合。
塑性變形屬于齒輪永久變形一大類的失效形式，它是由于在過大的應(yīng)力作用下，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動所形成的。
在設(shè)計時，所設(shè)計的齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，保證在整個工作壽命期間不致失效。通常，只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計算。
5.2 齒輪強(qiáng)度計算
5.2.1 輪齒彎曲強(qiáng)度計算
5.2.1.1 直齒輪彎曲應(yīng)力
（9）
式中，為彎曲應(yīng)力，MPa；為計算載荷，N·m；為應(yīng)力集中系數(shù)，可近似??；為摩擦力影響系數(shù)，主、從動齒輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，彎曲應(yīng)力的影響也不同，主動齒輪，從動齒輪；m為模數(shù)，mm；y為齒形系數(shù)。
當(dāng)計算載荷取作用到變速器輸入軸上的最大轉(zhuǎn)矩時，一擋、倒擋直齒輪需用彎曲應(yīng)力在400～850MPa。一擋和倒擋齒輪相同，齒寬系數(shù)取8，帶入式（19）中可得：
滿足要求。
5.2.1.2 輪齒接觸強(qiáng)度計算
（10）
式中，為齒輪的接觸應(yīng)力MPa；F為齒面上的方向力N，；為圓周力N；；為計算載荷，N·mm；d為節(jié)圓直徑mm；α為節(jié)點處壓力角，β為齒輪螺旋角；E為齒輪材料的彈性模量，；b為齒輪接觸的實際寬度mm；、為主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑mm，直齒輪為，，斜齒輪為，；、為主動齒輪節(jié)圓半徑mm。
將作用在變速器輸入軸上的載荷作為計算載荷時，變速器齒輪的需用接觸應(yīng)力，見表7。
表7 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力
Table7 Transmission gear allowable contact stress
齒輪
(MPa)
滲碳齒輪
液體碳氮共滲齒輪
一擋和倒擋
1900
950～1000
常嚙合齒輪和高擋
1300～1400
650～700
5.2.1.3 計算直齒齒輪的接觸應(yīng)力
一擋：
（11）
帶入式（10）中求得：
倒擋：
（12）
帶入式（10）中求得：
對照表7可知，所設(shè)計變速器齒輪接觸應(yīng)力滿足設(shè)計要求。
5.3 齒輪材料的選擇
由輪齒的失效形式可知，設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)使齒面具有較高的抗點蝕、抗膠合、抗磨損及抗塑性變形的能力，齒體具有較高的抗折斷的能力。因此，對齒輪材料的基本要求是：齒面要硬，齒芯要韌。
為提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力，現(xiàn)代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼，其表面的硬度高，而心部具有較高韌性。在選用鋼材及熱處理時，對切削加工性能及成本也應(yīng)考慮。值得指出的是，對齒輪進(jìn)行強(qiáng)力拋丸處理后，齒輪彎曲疲勞壽命和接觸疲勞壽命都能提高。
國內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要采用20CrMnTi、20Mn2TiB、15MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、28MnCr5。滲碳齒輪表面硬度為58～63HRC，心部硬度為33～48HRC國外汽車變速器齒輪大都選用鉻鎳合金鋼。
6 變速器軸、軸承等零件的設(shè)計
6.1 軸的設(shè)計
工作時，變速器的軸要傳遞扭矩、承受齒輪作用的徑向力，當(dāng)采用斜齒輪傳動時還有軸向力。為使變速器能正常工作，要求軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度。在設(shè)計變速器軸時，其剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計時，可根據(jù)經(jīng)驗和已知條件先初選軸的直徑，然后根據(jù)公式進(jìn)行有關(guān)剛度和強(qiáng)度方面的校核[21]。
6.1.1 初選軸的直徑
軸的各段直徑通常是先根據(jù)軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，初步估算出最小直徑，再根據(jù)軸上零件的裝配、定位和固定要求等因素由兩端向中間逐一進(jìn)行確定。
軸的各段長度主要是依據(jù)軸上零件的軸向尺寸和軸系結(jié)構(gòu)的總體布置來確定。
6.1.1.1 初選C軸
先設(shè)計C軸，取C=110，則：
考慮到軸上有鍵槽，將軸的直徑放大5％，則
I段與輸出V型帶相連，選其直徑d=17mm，長度L=25mm。
II段直徑d=21mm，長度L=28mm。
III段直徑d=25mm, 長度L=100mm。主要是按軸承內(nèi)徑系列確定。初選軸承類型為深溝球軸承，型號為6305，其內(nèi)徑為25mm，寬度為17mm。
IV段上有齒輪，與軸為一體結(jié)構(gòu)。齒頂圓直徑d=57mm，齒寬為11mm，長度L=21mm。
圖4 C軸實物圖
Figure4 C axis physical figure
6.1.1.2 初選B軸
B軸與C軸為配合部分對稱設(shè)計。
I、II段參照C軸設(shè)計。
III段直徑d=25mm, 長度L=53mm。主要是按軸承內(nèi)徑系列確定。初選軸承類型為深溝球軸承，型號為6305，其內(nèi)徑為25mm，寬度為17mm。
IV段末端上有齒輪。軸直徑d=30mm，長度L=63mm。齒頂圓直徑d=141mm，長度L=16mm。
V段采用滑動軸承與C軸配合，直徑d=18mm，長度L=9mm。
圖5 B軸實物圖
Figure5 B axis physical figure
6.1.1.3 初選E軸
E軸設(shè)計，中空兩端設(shè)有行齒，中空直徑d=24mm。
I段行齒即太陽輪，齒頂圓直徑d=66mm，長度L=24mm。
II段軸直徑d=71mm，長度L=10mm。查機(jī)械設(shè)計手冊，軸肩擋圈內(nèi)徑d=65mm，外徑D=75mm，長度L=5mm。
III段上接有雙聯(lián)齒輪，花鍵配合。軸直徑d=71mm，長度L=33mm。雙聯(lián)大齒輪齒頂圓直徑d=216mm，長度L=12mm；雙聯(lián)小齒輪齒頂圓直徑d=129mm，長度 L=14mm。
IV段為軸肩，直徑d=73mm，長度L=10mm。
V段設(shè)計同I段，對稱設(shè)計。
圖6 E軸實物圖
Figure6 E axis physical figure
6.1.1.4 初選F軸
F軸末端有行星架。
I段軸直徑d=24mm，長度L=46mm。
II段軸直徑d=30mm，長度L=75mm。主要是按軸承內(nèi)徑系列確定，同樣選取深溝球軸承，型號為6306，其內(nèi)徑d=30mm，長度L=19mm。
III段接行星架，直徑d=132mm，長度L=42mm。
圖7 F軸實物圖
Figure7 F axis physical figure
6.1.2 軸的剛度驗算
對齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的繞度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。前者使齒輪中心距發(fā)生變化，破壞齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。
軸的繞度和轉(zhuǎn)角可按《材料力學(xué)》有關(guān)公式計算。計算時僅計算齒輪所在位置處軸的繞度和轉(zhuǎn)角。輸入軸常嚙合齒輪副，因距離支撐點近、負(fù)荷又小，通常繞度不大，故可以不必計算[8]。若軸在垂直面內(nèi)繞度為，在水平面內(nèi)繞度為和轉(zhuǎn)角為，則可分別用下式計算
（13）
（14）
（15）
軸的全繞度為：
（16）
式中，為齒輪齒寬中間平面上的圓周力N；為齒輪齒寬中間平面上的徑向力N；E為彈性模量MPa，；I為慣性矩，對于實心軸；d為軸的直徑mm，花鍵處按平均直徑計算；a、b為齒輪上作用力距支座A、B的距離；L為支座間距。
圖8 變速器軸的繞度和轉(zhuǎn)角
Figure8 Transmission shaft around the degree and corner
本設(shè)計中，由于中間軸上常嚙合齒輪上的圓周力最大，因此值需要驗算中間軸上常嚙合齒輪處的強(qiáng)度和剛度即可。變速器軸向尺寸L=185mm，取a=28mm，則b=L-a=157mm
將、分別代入以上四式可得到軸的剛度。
由此可知，均滿足設(shè)計要求。
6.1.3 軸的強(qiáng)度驗算
作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水品面內(nèi)彎曲變形。在求取支點的垂直面和水平面內(nèi)的支反力和之后，計算相應(yīng)的彎矩、。軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩同時作用下，其應(yīng)力為：
（17）
（18）
式中，d為軸的直徑mm，花鍵處取內(nèi)徑；W為抗彎截面系數(shù)。
在低擋工作時，。
變速器的軸采用與齒輪相同的材料制造。
在本設(shè)計中，支點A的水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)支反力為
則
由此，可得
故符合設(shè)計要求。
6.1.4 軸上花鍵的設(shè)計
變速器軸上的花鍵有矩形花鍵和漸開線花鍵兩種。除輸入軸外，其余處均采用漸開線花鍵，這是因為漸開線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，定位性能好，花鍵齒短，其小徑相應(yīng)增大，可提高軸的剛度。變速器的花鍵尺寸可以根據(jù)初選的軸徑按花鍵標(biāo)準(zhǔn)選取。第二軸上的花鍵，由于全部與同步器固定齒座配合，其模數(shù)m取2.5mm，壓力角α按國家標(biāo)準(zhǔn)取30°。
6.2 軸承的選擇
做旋轉(zhuǎn)運動的變速器軸支承在殼體或其他部位的地方，以及齒輪與軸不做固定連接處應(yīng)安置軸承。變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種類型的軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所受的載荷特點不同而不同。本設(shè)計中，變速器軸支承處采用深溝球軸承、圓錐滾子軸承，其余裝軸承處采用滑動軸承。
7 設(shè)計總結(jié)
縱觀本次轎車變速箱的設(shè)計過程，可以看出變速器由很多典型的機(jī)械零件組成，這些零件包括軸、齒輪、內(nèi)外花鍵以及軸承、螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件。在設(shè)計時，盡量做到了在滿足工作要求的情況下降低成本，設(shè)計出符合要求的變速箱。變速箱作為汽車的一個重要組成部分，其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但對于我們來說，其設(shè)計思路還是值得我們學(xué)習(xí)和探索的。
本次設(shè)計的變速箱是根據(jù)插秧機(jī)來進(jìn)行設(shè)計的。在設(shè)計之前，先對其原理進(jìn)行了了解，再熟悉了各個零部件及其相關(guān)參數(shù)，最后再查閱了各種資料完成了本次設(shè)計。本次設(shè)計是自頂向下的設(shè)計思想，先對設(shè)計要求進(jìn)行了認(rèn)真的分析再構(gòu)思發(fā)展直至通過最后的審核。本次設(shè)計的變速箱滿足不同工況下的要求，從而達(dá)到動力性和經(jīng)濟(jì)性的要求。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，如果能在實踐中改進(jìn)和完善本次的設(shè)計，我想肯定更好。在今后的工作中，我將朝著這方面做更深入的學(xué)習(xí)和研究。
這次的設(shè)計是對我大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合性檢驗，在運用所學(xué)知識進(jìn)行設(shè)計的同時我也鞏固和學(xué)習(xí)了更多的知識。匆匆的大學(xué)生活伴隨著這次的畢業(yè)設(shè)計也即將結(jié)束，而這次的設(shè)計則為我們今后走向社會打下一個基礎(chǔ)。
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