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浅析变速器齿轮设计
来源:汽车与驾驶维修  作者:佚名  2018-05-28 10:38:51



    摘要:目前的汽车变速器中,齿轮以其优异的综合性能占据着重要的地位。变速器齿轮的设计,主要是对齿轮材料、技术要求以及基本参数等方面进行确定。本文主要讨论齿轮的参数设计和材料选择。

    1 齿轮的材料选择
    在齿轮选材方面,国外大都采用铬镍合金钢,国内主要采用20CrMoH和25MnCr5等合金钢。变速器齿轮中渗碳层的数值一般较为固定,当渗碳层深度范围为1.1~1.7 m m时,法面模数的应用参考值为mn≥5 mm;当渗碳层深度范围为0.8~1.3 mm时,法面模数的应用参考值尽量为mn≥5 mm;当渗碳层深度范围为0.7~1.2 m m时,则法面模数的应用参考值为mn≤3.5 mm。

    2 齿轮主要参数选择
      (1)齿数:齿数的选择一般应满足以下4个条件:满足传动比及行星齿轮互不干涉等要求;获得尽可能高的动力性与经济性要求;不产生根切现象;可相互啮合的齿轮,其齿数不能存在公因数。
      (2)压力角:一般选择25°压力角以获得最大强度,直齿轮一般保持在28°。此外,节圆处渐开线曲率半径与齿根圆齿厚会随着压力角的增大而增大,使不根切的最少齿数减少,接触强度提高。
      (3)模数:齿轮模数取决于轮齿的弯曲疲劳强度等因素,考虑到维修难度与加工工艺性,变速器中不宜采用过多的齿轮种类。常规设计是一、倒挡齿轮使用1种模数,高速挡齿轮使用1种模数,中间挡齿轮模数取二者之间。此外应注意增大模数、减小齿宽会使变速器减重;而减小模数、增大齿宽会使变速器降噪。轿车对变速器的噪声要求较高,而货运汽车应注重质量要求。
      (4)螺旋角:为了保证齿轮间的啮合度,一般采用较大的螺旋角,然后检测其运转是否平稳,运转噪音是否过大等,无异常现象则可以投入使用。需要注意的是螺旋角不宜太大,以避免齿轮出现弯曲等现象。低挡齿轮,螺旋角选择15°~25°为宜,以保证其抗弯强度。
      (5)齿宽:齿宽的选取一般围绕齿轮模数进行。齿宽选取不当,会影响齿轮的运转稳定性。齿宽越大其承载能力越高,但易导致轴的挠度变形等问题,使齿轮受力不均,因此齿宽不宜过大。
      (6)齿顶高系数:为了保证轮齿弯曲强度与重合度,齿顶高系数不宜过小,实际运用中大都采用标准为1.00的齿顶高系数。少数变速器采用的长齿齿轮,使用的齿顶高系数会>1.00,因为它相较于普通齿轮,在动载荷、振动及噪音控制等方面具有更加优异的性能,而且可增大重合度。
      (7)端向变位系数:若变位系数选择合理,可使齿轮产生根切的概率降低,从而使其中心距达到配凑。变位系数选择原则为:保证啮合时不干涉、保证必要的重合度与齿顶厚、保证加工时不顶切、保证加工时不根切。
      (8)中心距:中心距一般根据经验公式初选得到的。中心距对汽车变速器的总质量与外形尺寸影响很大,因此它的选择至关重要。确定中心距时应该考虑到齿轮的几何参数、结构要求与性能要求,不能一味地减小中心距以缩小变速器体积,这会引起滚动轴承放置困难等问题。
      (9)量球直径:量球直径作为齿轮参数设计值之一,对加工后的齿轮齿厚起着一定的控制作用,其选择时应满足以下3点要求:量球不能触碰到齿槽底面、量球应与齿槽面两侧的渐开线齿面接触、量球应该有足够大的直径,以使其外表面高于齿顶,从而达到方便测量的目的。

    3 各档位齿轮齿数的分配及轮齿的强度计算
    确定1挡齿轮齿数时,一般采用确定的中心距与模数来计算齿轮总和,其中直齿和斜齿都被包括在内,以此确定齿数的最终数值。然后通过选定的传动比来控制齿轮数的大小得出实际使用值。对于中间轴式的变速器,当轴上安装的齿轮过小时,其使用的齿数也相对应的会受到限制。
    由于汽车变速器各挡位齿轮的不同,会使得传动比存在差别。此时,中心距的调整需结合取整的齿数数值与具体的变位系数大小,同时可以通过其调整值、螺旋角和模数值计算出挡位齿轮的传动比大小。选择不同的齿数,也会使中心距存在差别。所以在齿轮取整之后,应注意中心距的调整。
    计算轮齿实际强度值时,可查阅相关经验公式、经验值与具体参数,得到轮齿接触作用力与弯曲作用力。然后不断调整参数值以使轮齿具有足够的强度,防止因强度不足而出现表皮脱落、轮齿断裂、轮齿严重磨损等问题的产生。
 

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