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1、外文原文版出處：Publisher - IJEDR (ISSN - 2321-9939) Pubished in - Volume 5 | Issue 2 | April 2017 Unique Ide ntificatio n Number - IJEDR1702134 Intern ati onal Jour nal of Engin eeri ng Developme nt and Research 譯文成績(jī)： 指導(dǎo)教師（導(dǎo)師組長(zhǎng)）簽名： 譯文： 摘要--本項(xiàng)目以其設(shè)計(jì)和工作原理，了解齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)原理。汽車(chē)使用不同的齒 輪。齒輪有嚙齒來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)理論計(jì)算，對(duì)齒輪

2、箱組件進(jìn)行了有限元分析， 并對(duì)減速機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的研究。 關(guān)鍵詞：變速箱設(shè)計(jì)，變速箱開(kāi)發(fā) 1.1介紹 變速器是電力傳輸系統(tǒng)中的一種機(jī)器， 它提供了控制功率的應(yīng)用。通常術(shù)語(yǔ)傳輸 僅僅指使用齒輪和齒輪列車(chē)提供轉(zhuǎn)速和扭矩轉(zhuǎn)換從一個(gè)旋轉(zhuǎn)電源到另一個(gè)設(shè)備 的齒輪箱。 我們知道，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下能夠達(dá)到最好的狀態(tài)， 此時(shí)發(fā)出的功 率比較大，燃油經(jīng)濟(jì)性也比較好。因此，我們希望發(fā)動(dòng)機(jī)總是在最好的狀態(tài)下工 作。但是，汽車(chē)在使用的時(shí)候需要有不同的速度，這樣就產(chǎn)生了矛盾。這個(gè)矛 盾要通過(guò)變速器來(lái)解決。 汽車(chē)變速器的作用用一句話(huà)概括，就叫做變速變扭，即增速減扭或減速增扭。 為什么減速可以增扭，

3、而增速又要減扭呢？設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率不變， 功率可以 表示為N = wT,其中w是轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，T是扭距。當(dāng)N固定的時(shí)候，w與T 是 成反比的。所以增速必減扭，減速必增扭。汽車(chē)變速器齒輪傳動(dòng)就根據(jù)變速 變扭 的原理，分成各個(gè)檔位對(duì)應(yīng)不同的傳動(dòng)比，以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀況。 一般的手動(dòng)變速器內(nèi)設(shè)置輸入軸、 中間軸和輸出軸，又稱(chēng)三軸式，另外還有 倒檔軸。三軸式是變速器的主體結(jié)構(gòu)，輸入軸的轉(zhuǎn)速也就是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， 輸出 軸轉(zhuǎn)速則是中間軸與輸出軸之間不同齒輪嚙合所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速。不同的齒輪嚙合就 有不同的傳動(dòng)比，也就有了不同的轉(zhuǎn)速。例如日產(chǎn)ZN6481W2G型SUV車(chē)手動(dòng) 變 速器，它的傳動(dòng)比分別是：1檔

4、3.704: 1; 2檔2.202:1 ; 3檔1.414:1 ; 4檔 1:1 ； 5 檔（超速檔） 0.802:1 。 當(dāng)汽車(chē)啟動(dòng)司機(jī)選擇 1 檔時(shí)，撥叉將 1/2 檔同步器向后接合 1 檔齒輪并 將它 鎖定輸出軸上， 動(dòng)力經(jīng)輸入軸、 中間軸和輸出軸上的 1 檔齒輪， 1 檔齒輪 帶動(dòng)輸 出軸，輸出軸將動(dòng)力傳遞到傳動(dòng)軸上。 典型 1 檔變速齒輪傳動(dòng)比是 3:1, 也就是說(shuō)輸入軸轉(zhuǎn) 3 圈，輸出軸轉(zhuǎn) 1 圈。 當(dāng)汽車(chē)增速司機(jī)選擇 2 檔時(shí)，撥叉將 1/2 檔同步器與 1 檔分離后接合 2 檔齒 輪并鎖定輸出軸上， 動(dòng)力傳遞路線相似， 所不同的是輸出軸上的 1 檔齒輪 換成 2 檔齒輪帶動(dòng)

5、輸出軸。 典型 2 檔變速齒輪傳動(dòng)比是 2.2:1 ，輸入軸轉(zhuǎn) 2.2 圈，輸出軸 轉(zhuǎn) 1 圈，比 1 檔轉(zhuǎn)速增加，扭矩降低。 當(dāng)汽車(chē)加油增速司機(jī)選擇 3 檔時(shí)，撥叉使 1/2 檔同步器回到空檔位置， 又 使 3/4 檔同步器移動(dòng)直至將 3 檔齒輪鎖定在輸出軸上， 使動(dòng)力可以從軸入軸— 中間 軸—輸出軸上的 3 檔變速齒輪，通過(guò) 3 檔變速齒輪帶動(dòng)輸出軸。典型 3 檔傳動(dòng)比 是 1.7:1 ，輸入軸轉(zhuǎn) 1.7 圈，輸出軸轉(zhuǎn) 1 圈，是進(jìn)一步的增速。 當(dāng)汽車(chē)加油增速司機(jī)選擇 4 檔時(shí)，撥叉將 3/4 檔同步器脫離 3 檔齒輪直 接與 輸入軸主動(dòng)齒輪接合，動(dòng)力直接從輸入軸傳遞到輸出軸，此時(shí)傳動(dòng)

6、 1:1 ， 即輸出軸與輸入軸轉(zhuǎn)速一樣。 由于動(dòng)力不經(jīng)中間軸， 又稱(chēng)直接檔， 該檔傳動(dòng)比的 傳動(dòng) 效率最高。汽車(chē)多數(shù)運(yùn)行時(shí)間都用直接檔以達(dá)到最好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 換檔時(shí)要先進(jìn)入空檔， 變速器處于空檔時(shí)變速齒輪沒(méi)有鎖定在輸出軸上， 它 們不能帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，沒(méi)有動(dòng)力輸出。 一般汽車(chē)手動(dòng)變速器傳動(dòng)比主要分上述 1 －4 檔， 通常設(shè)計(jì)者首先確定最 低 （1 檔）與最高（ 4 檔）傳動(dòng)比后，中間各檔傳動(dòng)比一般按等比級(jí)數(shù)分配。 另外，還 有倒檔和超速檔，超速檔又稱(chēng)為 5 檔。 當(dāng)汽車(chē)要加速超過(guò)同向汽車(chē)時(shí)司機(jī)選擇 5 檔，典型 5 檔傳動(dòng)比 0.87:1 ， 也就是用大齒輪帶動(dòng)小齒輪， 當(dāng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)

7、 0.87 圈時(shí)，被動(dòng)齒輪已經(jīng)轉(zhuǎn)完 1 圈 了。 倒檔時(shí)輸出軸要向相反方向旋轉(zhuǎn)。 如果一對(duì)齒輪嚙合時(shí)大家反向旋轉(zhuǎn)， 中間 加上一個(gè)齒輪就會(huì)變成同向旋轉(zhuǎn)。 利用這個(gè)原理， 倒檔就要添加一個(gè)齒輪做 “媒 介”，將軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向調(diào)轉(zhuǎn)，因此就有了一根倒檔軸。倒檔軸獨(dú)立裝在變速器殼 內(nèi)，與中間軸平行， 當(dāng)軸上齒輪分別與中間軸齒輪和輸出軸齒輪嚙合時(shí)， 輸出軸 轉(zhuǎn)向會(huì)相反。 通常倒檔用的同步器也控制 5 檔的接合，所以 5 檔與倒檔位置是在同一側(cè) 的。由于有中間齒輪，一般變速器倒檔傳動(dòng)比大于 1 檔傳動(dòng)比，增扭大，有些 汽車(chē)遇 到陡坡用前進(jìn)檔上不去就用倒檔開(kāi)上去。 從駕駛平順性考慮，變速器檔位越多越好，

8、檔位多相鄰檔間的傳動(dòng)比的比值 變化小，換檔容易而且平順。但檔位多的缺點(diǎn)就是變速器構(gòu)造復(fù)雜，體積大，現(xiàn) 在輕型汽車(chē)變速器一般是4-5檔。同時(shí)，變速器傳動(dòng)比都不是整數(shù)，而是都帶 小數(shù)點(diǎn)的，這是因?yàn)閲Ш淆X輪的齒數(shù)不是整倍數(shù)所致， 兩齒輪齒數(shù)是整倍數(shù)就會(huì) 導(dǎo)致兩齒輪嚙合面磨損不均勻，使得輪齒表面質(zhì)量產(chǎn)生較大的差異。 1.2提供技術(shù)數(shù)據(jù) 傾角a = 15 輪胎與路面的摩擦 卩=0.35 車(chē)輛總重量與司機(jī)和水果 W = 365 + 25 = 390 公斤 最大車(chē)速V = 10公里/小時(shí) 車(chē)輪直徑=800 mm = 0.8 m 1.3需要功率計(jì)算 車(chē)速在 m / s V = 10 X 103/

9、3600 = 2.78 m / s 總rpm所需輪達(dá)到10公里/小時(shí)的速度 V =( n DXX N)/ 60 2.78 =( nX 2.78 X N)/ 60 N = 66.32 轉(zhuǎn) 所需的總牽引力在車(chē)輪Fw上推進(jìn)車(chē)輛 Fw=S動(dòng)阻力+梯度阻力 滾動(dòng)阻力英尺=WX gX g = 9.81 =390 X 9.81 X 0.35 =1339.065 N。 坡道阻力Rg g = W xx sin a =390 X 9.81 X sin 15 Fw = 1339.065 N + 990.22 N. =2329.28 N. 總需要在單輪Tw扭矩 Tw =(Fw X r

10、)/ 2 = 2329.28 X (0.8 / 2)/ 2  所需的電機(jī)功率 P = 2 n nt / 60000 =(2 nX 66.32 X 931.7/60) =6.5KW 1.4要求齒輪傳動(dòng)比 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=932 要求車(chē)輪轉(zhuǎn)速=66.32 14 倍=67 X 14 = 938N.m 傳動(dòng)比 G = 932/66.32 = 14 如果我們降低電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩比 而車(chē)輪上的扭矩是=931.7 N.m 這意味著它是充分的 1.5輪系的選擇 簡(jiǎn)單的齒輪傳動(dòng)是不可能的，因?yàn)榇簖X輪減速所以復(fù)合齒輪傳動(dòng)系通過(guò)考慮齒輪 傳動(dòng)比為14 圖1復(fù)合齒輪系的示意圖

11、 近似于選定系的所有齒輪比=2.5 X 2.5 X 2.2 = 13.75 在這里總共需要6個(gè)齒輪，用于復(fù)合齒輪系。有各種各樣的齒輪，如正齒輪，傘 齒輪，斜齒輪，螺旋齒輪，有不同的壓力角。選擇 20o全深度漸開(kāi)線齒輪的標(biāo)準(zhǔn) 齒輪，因其制造方便，與其他齒輪比較便宜，因此選為齒輪箱的開(kāi)發(fā)。 1.6齒輪設(shè)計(jì) 齒輪安全系數(shù)從1.5到2不等 在實(shí)踐中，從8個(gè)模塊到12個(gè)模塊，不同的面寬度都是不同的 最小齒需要20個(gè)完整深度的漸開(kāi)線齒輪是18 找到齒輪1的模塊（m 60 X10A6 r P XCs Kfs . J /3 x { }] Zp

12、 xn XCvX — X aut X y 假設(shè)齒輪1 Z1 = 18和節(jié)線速度為5 m/ s,b /m = 10 常數(shù) Cv = 3 /(3 + v)= 3/8 利瓦伊的形式因素是丫 = 0.308為18牙齒表 選用普通碳鋼40 - 8材料進(jìn)行齒輪傳動(dòng) 極限拉伸應(yīng)力是c ut = 600 Mpa 把所有的價(jià)值都放在馬術(shù)(1) 模塊m = 4.18 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)m = 5選擇模塊的首選值 檢查設(shè)計(jì)齒輪1 m = 5 Zp1 = 18 Np1 = 392 dp1 = m x Zp1 = 90 毫米 切向載荷對(duì)齒輪 Pt1 = 2 tp1 / dp1 = 2 x 67X 103

13、/90 = 1488.89 N 齒輪速度 v =( nx dp1x Np1)/ 60000 = 4.39 m / s 服務(wù)因子Cs =最大扭矩/額定扭矩=67/45 = 1.5 有效載荷兩嚙合齒輪 Pef =(Cs x Pt1)/簡(jiǎn)歷=5501.45 N 光束強(qiáng)度(Sb)是指在不彎曲破壞的情況下，齒輪能傳遞的切向力的最大值 Sb= mx bxx ( c ut / 3) 丫 = 5 x 50xx 0.308 = 15400(600/3) safty Fs = Sb/Pef = 2.8 這意味著我們選擇的齒輪是安全的 1.7規(guī)范的齒輪 根據(jù)齒輪1的以上設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)所有剩余的齒輪

14、 參數(shù) 齒輪1 齒輪2 齒輪3 齒輪4 齒輪5 齒輪6 模塊m(mm) 5 5 5 5 5 5 齒數(shù)(Z) 18 45 18 45 18 40  節(jié)圓直徑=Dp (mm) 90 225 90 225 90 200 齒距=(n D)/Z in mm 15.707 15.707 15.707 15.707 15.707 15.707 齒頂(a)= m (mm) 5 5 5 5 5 5 齒頂圓=m + 2a (mm) 100 235 82 235 82 210 齒頂咼 Dd= 1.25 m (mm)

15、 6.25 6.25 6.25 6.25 6.25 6.25 齒根圓=D - 2(Dd) 77.5 212.5 77.5 212.5 77.5 187.5 工作齒高 =2m (mm) 10 10 10 10 10 10 齒全高=2.25m (mm) 11.25 11.25 11.25 11.25 11.25 11.25 齒厚=1.5708 m (mm) 7.854 7.854 7.854 7.854 7.854 7.854 每分鐘轉(zhuǎn)速 392 372.8 372.8 149.12 149.12 40 1.8齒

16、輪1的有限元分析 小齒輪比齒輪較弱，這意味著如果小齒輪安全，齒輪也是安全的。因此做齒輪1, 齒輪3和齒輪5的有限元分析，因?yàn)樗鼈兪驱X輪箱的小齒輪。 邊界條件 在表面上應(yīng)用固定支撐力，在齒面上施加 1489的力，在齒輪中心也應(yīng)用旋轉(zhuǎn)速 度，如圖“2所示 Eqyiivdicn t H： NPa Tirne 1 QD 0O'rTim> E7.50 圖2齒輪1的邊界條件 等效應(yīng)力 在這里，馮?米塞斯應(yīng)力只有 18 Mpa,比允許的105 Mpa的安全性要安全 如圖3所示 Vl?x 16. W1 14 t?i 12-$n mart Z.W5fi

17、 iXfrm椚斗Mln 圖3齒輪的等效應(yīng)力 總撓度 最大齒撓度0.0023 mm為安全條件，如圖4所示 1 q Dd an ■ l^jrrt "T誕時(shí) Dif^OrlTtHftsC*^ Uoi殆 miqi Tme 1 也ig 血? 11 o.Knua jcnz 5CW3J71? 0CCC2b^ 圖4齒輪的總偏轉(zhuǎn) 1.9齒輪3的有限元分析 邊界條件 在表面A處應(yīng)用固定支架，在牙齒表面上施加 3722.2的力，在齒輪中心也應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)速度，如圖5所示 //io 圖5齒輪的邊界條件 等效應(yīng)力 在這里，馮?米塞斯應(yīng)力僅為 47 Mpa比允許

18、的105 Mpa安全限值安全，如圖6 所示 tiiuh alml f hl Sm** LMilM kUM “Nim i ■-1 a 帕 M e e)  總撓度 圖6齒輪的等效應(yīng)力 最大齒撓度0.0059 mm是安全條件，如圖7所示 I vlgi |>rEni IlIebi Z* r J 1 1 i

19、 …“"……一一旳 >150 圖7齒輪3總撓度 1.10齒輪5的有限元分析 邊界條件 在表面A和8188.9的表面施加固定支撐力，同時(shí)在齒輪中心施加旋轉(zhuǎn)速度，如 圖8所示 Fj*m| 柯 vR|W I 等效應(yīng)力 圖8齒輪的邊界條件 在這里，馮？米塞斯應(yīng)力只有45.5 Mpa比允許的10mpa安全限值安全，如圖9 ^所示￡ t iitmi 1 WOifW 11 2 '■Il 43474 沾』19 50 354 25^07 J!QJ3T 1*. 1 帥 119 仆啊円■敘mil. &IW 總撓度 圖9齒輪5的等效應(yīng)力 最

20、大齒撓度為0.0088 mm,如圖10所示 I 口電Hl Drl 4N IH-alkm I"外he! Ton ["ib+q matins Hurt-mm 尸《|^| 1 jz^w^ni? ii ?s- 趾醐胡* Uti CLW皤4弗 ①曲的 0.901^19 oiaocnacffi 0 Wi 圖10齒輪5的總撓度 1.11結(jié)果與討論 規(guī)格 齒

21、輪1 齒輪2 齒輪3 齒輪4 齒輪5 齒輪6 負(fù)荷 N 1488.89 1488.89 3722.22 3722.2 2 8188.89 8100 速度 97.59 39.03 39.03 15.61 15.61 7.02 弧度/秒 馮？米塞斯 壓力 Mpa 18.85 47.04 45.53 形變 0.0023 0.0059 0.0088 1.12結(jié)論. 因此，我們總結(jié)出變速箱設(shè)計(jì)的發(fā)展是令人滿(mǎn)意的， 并符合項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)所規(guī)定 的要求。 我們還想

22、,這個(gè)項(xiàng)目可以進(jìn)一步提高了進(jìn)一步研究研究和設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 1. Bader Ahmed ABUID, Yahya Muhammed AMEE“Procedure for Optimum Design of a two- stage Spur Gear System ” , JSME International Journal Series C ? December 2003 2. RAGURAM.R'Design of a Six Speed Gearbox ” , International Journal of Computer &Organization Trends - Vol

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