某商用車三軸變速器的變速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15240某商用車三軸變速器的變速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核計算案例 154111.1軸的工藝要求 1327181.2軸的強(qiáng)度計算 1261231.3初選軸的尺寸 1231771.4軸的剛度驗算 2311331.5軸承壽命計算 41.1軸的工藝要求軸的材料選擇滲碳合金鋼20CrMiTi，經(jīng)滲碳淬火，回火熱處理，硬度為56~62HRC。注意：螺紋部分不應(yīng)淬硬，以免產(chǎn)生裂紋。在結(jié)構(gòu)形式上采用階梯軸的形式設(shè)計。對于階梯軸來說，設(shè)計上應(yīng)盡量保證工藝簡單，階梯應(yīng)盡可能少。1.2軸的強(qiáng)度計算由變速器結(jié)構(gòu)布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來說強(qiáng)度是足夠的，僅對其危險斷面進(jìn)行驗算即可。對于本設(shè)計的變速器來說，在設(shè)計的過程中，軸的強(qiáng)度和剛度都留有一定的預(yù)留空間，所以，在進(jìn)行校核時只用校核一檔處就行；因為車輛在行進(jìn)的過程中，一檔所傳動的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于第二軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故作為重點的校核對象。下面對第一軸和第二軸進(jìn)行校核。1.3初選軸的尺寸中間軸式變速器的中心距A前面已經(jīng)進(jìn)行了選擇。傳動軸的確定和尺寸主要依據(jù)結(jié)構(gòu)布置的要求和加工工藝、裝配工藝的要求。在草圖設(shè)計中，軸的長度可根據(jù)齒輪和換檔部件的工作位置和尺寸初步確定。軸的直徑可參照同類汽車傳動軸的尺寸來選擇，也可采用以下經(jīng)驗公式：第一軸和中間軸： =33mm，系數(shù)取0.4 （5.1）第二軸： =65mm （5.2）式中——經(jīng)驗系數(shù)，=4.0～4.6；——發(fā)動機(jī)的最大扭矩，N·m。為保證設(shè)計的合理性，軸的強(qiáng)度與剛度應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，軸的直徑d與軸的長度L的關(guān)系可按下式選?。旱谝惠S和中間軸： =0.160.18；L中=194mm，L1=185mm第二軸： =0.180.21。L2=226mm1.4軸的剛度驗算（1）第一軸的強(qiáng)度與剛度校核因為第一軸在運轉(zhuǎn)的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強(qiáng)度[8]條件公式為 （5.3）式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T——軸所受的扭矩，N·mm；——軸的抗扭截面系數(shù)，；P——軸傳遞的功率，kw；d——計算截面處軸的直徑，mm；[]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。其中P=135kw，n=6000r/min,d=24mm；代入上式得：=71MPa由查表可知[]=75MPa，故[]，符合強(qiáng)度要求。軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。其計算公式為： （5.4）式中，T——軸所受的扭矩，N·mm；G——軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對于鋼材，G=8.1MPa；——軸截面的極慣性矩，，；將已知數(shù)據(jù)代入上式可得：=0.9對于一般傳動軸可?。还室卜蟿偠纫?。（2）第二軸的校核計算1）軸的強(qiáng)度校核計算用的齒輪嚙合的圓周力、徑向力及軸向力可按下式求出： （5.5） （5.6） （5.7）式中——至計算齒輪的傳動比，此處為三檔傳動比1.419；d——計算齒輪的節(jié)圓直徑，mm，為75mm；——節(jié)點處的壓力角，為20°；——螺旋角，為20°；——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。代入上式可得： Ft=9761.3N Fr=4101.4N Fa=5636.8N危險截面的受力圖為：圖3-3危險截面受力分析水平面： （175+34.5）=34.5 =675.7N；水平面內(nèi)所受力矩： Mc=175FA10-3=118.25N垂直面： （5.8）垂直面所受力矩： 該軸所受扭矩為： Tj=2261.85=870.1N。故危險截面所受的合成彎矩為： (5.9)則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力（MPa）: (5.10)將代入上式可得：=309.9MPa，在低檔工作時[]=400MPa，因此有：[]；符合要求。2）軸的剛度校核第二軸在垂直面內(nèi)的撓度和在水平面內(nèi)的撓度可分別按下式計算： （5.11） （5.12）式中,——齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）,這里等于；——齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N），這里等于；E——彈性模量（MPa），（MPa）;I——慣性矩（），，d為軸的直徑（）；a、b——為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離（）；L——支座之間的距離（）。將數(shù)值代入式（5-11）和（5-12）得： 故軸的全撓度為，符合剛度要求。1.5軸承壽命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來計算，對于汽車軸承壽命的要求是轎車30萬公里，貨車和大客車25萬公里。 （5.13）其中，，h。初選軸承型號根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊選擇30305型號軸承KN，KN；30306型號軸承KN，KN1、變速器一檔工作時N，N軸承的徑向載荷=1066N；N查機(jī)械設(shè)計手冊得，Y=1.6。 所以軸承內(nèi)部軸向力 計算軸承當(dāng)量動載荷查機(jī)械設(shè)計手冊得到 ， 查機(jī)械設(shè)計手冊得到 ， 查機(jī)械設(shè)計手冊得到。當(dāng)量動載荷 式中 ——支反力。 N N查表3-3可得到該檔的使用率，所以 所以軸承壽命滿足要求。 2、變速器四檔工作時 表3-3變速器各檔的相對工作時間或使用率車型檔位數(shù)最高檔傳動比變速器檔位ⅠⅡⅢⅣⅤ貨車41137541146051131675513642061