变速箱输出轴设计说明书

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变速箱输出轴设计说明书

手动五档变速箱,参考同类变速箱得最大转矩为294N·m。初取轴的材料为40Cr,算取轴的最小直径:

d

d--最小直径。

T--最大力矩

n—转速

d=

按照轴的用途绘制轴肩和阶梯轴,得到零件图。

从左向右传动比齿轮依次为1,同步器,,,同步器,,同步器,,倒档齿轮。

5 变速器轴的设计与校核

变速器轴的结构和尺寸

5.1.1 轴的结构

第一轴通常和齿轮做成一体,前端大都支撑在飞轮内腔的轴承上,其轴颈根据前轴承内径确定。该轴承不承受轴向力,轴的轴向定位一般由后轴承用卡环和轴承盖实现。第一轴长度由离合器的轴向尺寸确定,而花键尺寸应与离合器从动盘毂的内花键统一考虑。第一轴如图5–1所示:

中间轴分为旋转轴式和固定轴式。本设计采用的是旋转轴式传动方案。由于一档和倒档齿轮较小,通常和中间轴做成一体,而高档齿轮则分别用键固定在轴上,以便磨损后更换。其结构如下图所示:

5.1.2 轴的尺寸

变速器轴的确定和尺寸,主要依据结构布置上的要求并考虑加工工艺和装配工艺[7]要求而定。在草图设计时,由齿轮、换档部件的工作位置和尺寸可初步确定轴的长度。而轴的直径可参考同类汽车变速器轴的尺寸选定,也可由下列经验

第二轴和中间轴:

d=(~)A ,mm (5–1) 第一轴:

3emax 6.4-4T d )( ,mm (5

–2)

式中T e max —发动机的最大扭矩,Nm

为保证设计的合理性,轴的强度与刚度应有一定的协调关系。因此,轴的直径d 与轴的长度L 的关系可按下式选取:

第一轴和中间轴:

d/L=~;

第二轴:

d/L=~

轴的校核

由变速器结构布置考虑到加工和装配而确定的轴的尺寸,一般来说强度是足够的,仅对其危险断面进行验算即可。对于本设计的变速器来说,在设计的过程中,轴的强度和刚度[8]

都留有一定的余量,所以,在进行校核时只需要校核一档处即可;因为车辆在行进的过程中,一档所传动的扭矩最大,即轴所承受的扭矩也最大。由于第二轴结构比较复杂,故作为重点的校核对象。下面对第一轴和第二轴进行校核。

5.2.1 第一轴的强度和刚度校核

因为第一轴在运转的过程中,所受的弯矩很小,可以忽略,可以认为其只受扭矩。此种情况下,轴的扭矩强度条件公式为

[]

ττT T T P T W ≤≈

=d 32.0n 9550000 (5–3)

式中τT —扭转切应力,MPa ;

T —轴所受的扭矩,N ·mm ;

W T —轴的抗扭截面系数,mm 3;

P —轴传递的功率,km ;

d —计算截面处轴的直径,mm ;

[τT ]—许用扭转切应力,MPa 。

其中P=78kw ,n=5750r/min ,d=24mm ;代入上式可得:

=⨯⨯≈

=243

2.05750789550000W T T T τ

由查表可知[τT ]=55MPa ,故[]ττT T ≤,符合强度要求。

轴的扭转变形用每米长的扭转角ϕ来表示。其计算公式为: I P

G T 10

473.5⨯=ϕ (5–4) 式中T —轴所受的扭矩,N ·mm ;

G —轴的材料的剪切弹性模数,MPa ;对于钢材,G=×104MPa ; I P —轴截面的极惯性矩,mm 4,I P =d π4/32;

将已知数据代入上式可得:

=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=3214.31.81000

14273.524

1010444ϕ

对于一般传动轴可取[ϕ]=°~1°/m ;故也符合刚度要求。

5.2.2 第二轴的强度与刚度校核

(1) 轴的强度校核

计算用的齿轮啮合的圆周力Ft 、径向力Fr 及轴向力Fa 可按下式求出: d i 2emax t T F

= (5–

5) βαdcos tan i 2emax r ••=T F

(5–

6) d tan i 2emax a β••=T F

(5–

7) 式中i —计算齿轮的传动比,此处为一档传动比;

d —计算齿轮的节圆半径,mm ,为100mm ;

α—节点处的压力角,为16°;

β—螺旋角,为30°;

T emax —发动机最大转矩,为142000N ·mm 。

代入上式可得:Ft=10934N ;

Fr=;

Fa=;

危险截面的受力图为:

水平面:F 1(160+75)=Fr ×75,可得出F 1=;

水平面内所受力矩:M C =160·F 1·10-3=·m ;

垂直面:

'F 1=75

160160t 2d a +⨯+-F F (5-8)

可求得'F 1=

垂直面所受力矩:

103-1s '160⨯⨯=F M =·m

该轴所受扭矩为: =T j 142×=

故危险截面所受的合成弯矩为:

T M M

J S C M 222++= (5-9)

可得 )()(10007.546100054.1139)100087.184(222⨯⨯⨯++=M

N 1053.1⨯=·mm

则在弯矩和转矩联合作用下的轴应力σ(MPa ): []σπσ≤=d 332M

(5-10)

将M 代入上式可得:=σ100MPa ,在低档工作时[]a 400MP =σ,因此有:[]σσ≤,符合要求。

(2) 轴的刚度校核

图5-4 变速器轴的挠度和转角

第二轴在垂直面内的挠度f c 和在水平面内的挠度f s 可分别按下式计算:

EIL F 3b a f 223c =

(5-11) EIL F 3b a f 224s = (5-12) 式中F 3—齿轮齿宽中间平面上的径向力(N ),这里等于F r ;

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