某载重货车变速箱齿轮组设计说明书

毕业论文（设计）论文题目某载重货车变速箱齿轮组设计系名称专业班级学号姓名指导老师目录TOC\o"1-3"\h\u29854第一章变速器的分类和种类 第一章变速器的分类和种类1.1课题研究意义与背景当今世界国际汽车工业结构正在发生重大重组,由于全球汽车工业生产能力过剩,产品开发成本大幅度提高,促使产业结构调整步伐明显加快。汽车工业联盟成为世界汽车工业发展的潮流,90%以上大汽车公司的“强强联合”,使之形成集团优势,更具竞争力。国际汽车市场竞争的实质是现代科技的较量,技术创新能力正成为竞争取胜的关键。2010年我国汽车销量创全球历史新高,乘用车需求结构向多样化发展,重型货车和大客车引领商用车市场全面增长,小排量汽车需求受政策影响明显。未来我国汽车需求环境中的有利和不利因素并存,宏观经济继续增长,但不确定性因素有所增加;刺激政策陆续退出,一线城市市场控制趋于严格;节能与新能源汽车产业发展将进入实际操作阶段;汽车消费成本面临继续上升的压力。2011年我国汽车消费进入普及期,汽车需求重心将逐步向二、三线地区延伸,汽车市场需求结构将产生新的变化。关于中国汽车产业的现状,从两个角度来说,宏观角度与微观角度。宏观上,中国在2001年12月11日加入了世界贸易组织,国外的厂商陆续进入了中国市场,使得竞争进一步激烈;微观上,企业面临不得不降价的处境,处在亏损的边缘。中国加入世贸组织,我国的汽车进口关税就一直在下调,这是履行WTO的义务,同时也是为了进一步鼓励竞争,优化中国市场。在2004年底,中国的加权平均关税水平下调到了8.9%。2006年7月1日,我国汽车进口关税下调到25%。这都是为了履行WTO的义务。同时,中国早在80年代的时候,就已经形成了近百家汽车企业的混乱局面,所以国家降低关税,就会下降国外汽车在国内市场的销售价,使得其更具竞争力,从而使一些比较落后的国内企业的售价就会相对较高,使得其不得不退出市场,达到优化市场的效果。随着科学技术的日益发展,汽车的各项性能也日臻完善。现代汽车已成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的交通工具。现代汽车除了装有性能优良的发动机外还应该有性能优异的传动系与之匹配才能将汽车的性能淋漓尽致的发挥出来,因此汽车变速器的设计显得尤为重要。1.2变速器的分类（1）按传动比变化的方式：有级式、无级式和综合式。有级式：有级式变速器应用最广泛，它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用的齿轮轮系不同：有轴线固定式（普通齿轮变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。目前，轿车和轻、中型货车的变速器的传动比通常有3~5个前进档和一个倒挡。在重型汽车用的是组合式变速器，采用更多的档位，一般由两个变速器组成。无级式：无级式变速器的传动比在一定的范围内可以按无限多级变化。常见的有电力式和液力式(动液式)两种。电力式的在传动系中也用广泛采用的趋势，其变速传动部件为直流串激电动机。液力式的传动部件是液力式变矩器。综合式：综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器。其传动比可以在最大值和最小值之间的几个间断范围内作无级变化，目前的应用较为广泛。（2）按操纵方式分：强制操纵式自动操纵式和半自动操纵式。强制操纵式变速器靠驾驶员直接操纵变速杆换挡，为大多数汽车所采用。自动操纵式变速器的传动比选择(换挡)是自动进行的。驾驶员只需操纵加速踏板，即可控制车速。半自动操纵式变速器有两种形式。一种是常见的几个档位自动操纵，其余的档位则由驾驶员操纵；另一种是预选式，即驾驶员预先用按钮选定档位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通一个电磁装置或液压装置来换挡。1.3常见变速器的种类有手动变速器（MT）、电控液压自动变速器（AT）、电控无级自动变速器（CVT）、电控机械自动变速箱（AMT）、电控双离合自动变速器（DSG）等。1）MT——手动变速器手动变速器，也称手动挡，英文全称为manualtransmission，简称MT，即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，方可拨得动变速杆。手动变速箱的工作原理:手动变速箱是有不同齿比的齿轮组构成的，它工作的基本原理就是通过切换不同的齿轮组，来实现齿比的变换。作为分配动力的关键环节，变速箱必须有动力输入轴和输出轴这两大件，再加上构成变速箱的齿轮，就是一个手动变速箱最基本的组件。动力输入轴与离合器相连，从离合器传递来的动力直接通过输入轴传递给齿轮组，齿轮组是由直径不同的齿轮组成的，不同的齿轮比例所达到的动力传输效果是完全不同的，平常驾驶中的换挡也就是指换齿轮比。优点：它结构简单，性能可靠，制造和维护成本低廉，且传动效率高（理论上会更省油），另外，由于是纯机械控制，换挡反应快，且可以更直接的表现驾驶者的意愿，因此也更富驾驶乐趣，这些都是手动变速箱的优点。缺点：不过相比自动变速箱，它操作繁琐，而且在挡位切换时顿挫明显的劣势也是无法弥补的。AT——电控液压自动变速器AT是目前应用最为广泛的自动变速箱之一,神奇的是他的前身是液压自动变速箱,不需要电控即可完成自动换挡。主要结构:壳体、变矩器、油泵、阀体、行星齿轮机构、离合器、轴、密封圈、滤网、ATF、垫片等。特点:换挡频率高,换挡舒适性好,减缓驾驶疲劳;传递效率不高,经济性较低;结构复杂,维修难度大,制造成本高。电控无级自动变速器——（CVT）电控无极自动变速箱是一款全新概念的变速箱。CVT类似于山地自行车的变速原理,他依靠主动棘轮和从动棘轮与钢带之间接触,钢带与棘轮轴心距离的大小实现速比的变化。与众不同的是CVT的速比变化是线性的,不像传统变速箱那样受到齿轮齿数的约束,通过精密的电子控制实现了换挡平稳,驾驶者在不知觉的情况下已达到理想的行车速度。主要结构:壳体、前进挡离合器、倒档离合器、主动棘轮、从动棘轮、钢带、变扭器(日产系列)、阀体、电子元件等。特点:传递效率较高,行驶平稳,燃性好,结构简单;传动扭矩有限,造价高,维修成本较高。电控机械自动变速器——（AMT）常见的电控机械自动变速箱主要装在小排量车型(如奔驰SMART,名爵3,雪佛兰小赛欧等),他基于手动变速箱演变而来,通俗的讲就是手动变速箱的排挡机构变成了电子控制,从而降低了驾驶疲劳感。AMT充分结合了手动和自动的优势,未来小排量车型的优势产品。主要结构:壳体、齿轮、轴、同步器、结合套、离合器、电子排挡机构、电子油泵、电磁阀组等特点:传递效率高,结构简单易生产,提高了驾驶舒适性;维修成本相对较高,换挡顿挫感明显,有坡道溜车现象等。DSG——电控双离合自动变速器电控双离合自动变速箱自然含有两个离合器,且两个离合器集成为双离合器总成,有干式和湿式两种,同轴同心传递来自发动机的动力。离合器一控制奇数档位,离合器二控制偶数档位,通过离合器的精密控制实现了档位的预结合,从而实现档位的无缝连接,充分爆发发动机的完美性能,快速平稳。主要结构:壳体、齿轮、轴、同步器、结合套、换挡机构、机电控制单元、双离合器、油泵(湿式)、电子元件等。特点：燃油经济性好,换挡快速平稳,完美操控,性能稳定;造价高,维修费用高,技术难度大。1.4课题内容及目标1.4.1课题内容设计机械式六档变速器齿轮组，除了倒挡其他档位使用同步器换挡，倒挡处使用啮合套换挡，且第六档设置为直接档。1.4.2课题目的本次设计主要内容包括确定六档机械式变速器的传动方案，各档传动比，校核齿轮的刚度等。第二章变速箱的功用和传动机构方案的确定2.1变速器的定义即组成变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置。又称变速箱。变速器由传动机构和变速机构组成，可制成单独变速机构或与传动机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用行星齿轮传动。变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。2.2变速器的作用(1)改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，使发动机尽量工作在有利的工况下，满足可能的行驶速度要求。在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小。由于汽车行驶条件不同，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化。例如，在高速路上车速应能达到100km/h，而在市区内，车速常在50km/h左右。空车在平直的公路上行驶时，行驶阻力很小，则当满载上坡时，行驶阻力便很大。而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更不能满足实际路况需要。(2)实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要。实现倒车行驶汽车，发动机曲轴一般都是只能向一个方向转动的，而汽车有时需要能倒退行驶，因此，往往利用变速箱中设置的倒档来实现汽车倒车行驶。(3)中断动力传递，在发动机起动，怠速运转，汽车换档或需要停车进行动力输出时，中断向驱动轮的动力传递。4)实现空档，当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。例如，可以保证驾驶员在发动机不熄火时松开离合器踏板离开驾驶员座位。2.3传动机构布置方案分析本设计应用在现今使用广泛的发动机前置、后轮驱动的4×2总体布置方案,发动机发出的动力依次经过离合器、变速器、万向传动装置(万向节和传动轴)、主减速器、差速器、半轴,传到驱动轮,如图2.1所示。图2.11.离合器;2.变速器;3.万向传动装置;4.驱动桥图2.1发动机前置后轮驱动汽车传动系变速器由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进档数的不同,变速器有三、四、五和多档几种。根据轴的不同类型,分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、三轴式和多中间轴式变速器。2.3.1固定轴式变速器(1)两轴式变速器固定轴式中的两轴式和中间轴式变速器应用广泛。其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。与中间轴式变速器比较,两轴式变速器因轴承数少,所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点,此外,各中间档位因只经一对齿轮传递动力,故传动效率高同时噪声也低。因两轴式变速器不能设置直接档,所以在高档工作时齿轮和轴承均承载,不仅工作噪声增大,而且易损坏。还有,受结构限制,两轴式变速器的一档速比不可能设计得很大。对于前进档,两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反;而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向相同。本设计主要针对的是中型货车,所以两轴式变速器不适用于本设计。(2)中间轴式变速器中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上,第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘,而第二轴的末端经花键与万向节连接。各传动方案的共同特点是:变速器的第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内,且保持两轴轴线在同一直线上,经啮合套将它们连接后可得到直接档。是直接档,变速器齿轮和轴承及中间轴均不承载,发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出,此时变速器传动效率高,可达90%以上,噪声低、齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用率要高于其它档位,因而提高了变速器的使用寿命;在其它前进档位工作时,变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两对齿轮传递,因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离(中心距)不太大的条件下,一档仍然有较大的传动比;档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动,档位低的齿轮(一档)可以采用或不采用常啮合齿轮传动;多数传动方案中除一档外的其它档位换档机构,均采用同步器或啮合套换档,少数结构的一档也采用同步器或啮合齿套换档,还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。在除直接档外的其它档位工作时,中间轴式变速器的传动效率略有降低,这是它的缺点。在档数相同的条件下,各中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数、轴的支承方式、换档方式和倒档传动方案以及档位布置顺序上有差别。由于本设计针对的是轻型汽车,中间轴式五档和六档变速器体积和质量显得过于庞大,而且传动比大不适用于本设计。凡采用常啮合齿轮传动的档位,其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中,有的档位用同步器换档,有的档位用啮合套换档,那么一定是档位高的用同步器换档,档位低的用啮合套换档。前置后驱的乘用车多采用中间轴式变速器。2.3.2倒档布置方案与前进档位比较,倒档使用率不高,而且都是在停车状态下实现倒档,故多次数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒档。为实现倒档传动,有些方案利用中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案;也有利用两个联体齿轮方案的。前者虽然结构简单,但是中间传动齿轮的轮齿是在最不利的正、负交替变化的弯曲应力状态下工作;而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作,并使倒档传动比略有增加。也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的啮合套或同步器方案换入倒档。图2.2倒档布置方案图2.2图2.2为常见的倒档布置方案。图2.2(a)所示方案的优点是换倒档时利用了中间轴上的一档齿轮,因而缩短了中间轴的长度;但换档时要求有两对齿轮同时进入啮合,使换档困难。图2.2(b)所示方案能获得较大的倒档传动比,缺点是换档程序不合理。图2.2(c)所示方案是将中间轴上的一、倒档齿轮做成一体,将其齿宽加长。图2.2(d)所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮,换档更为轻便。综上所述,选用方案(d)变速器的一档或倒档因传动比大,工作时在齿轮上作用的力增大,并导致变速器轴产生较大的挠度和转角,使工作齿轮啮合状态变坏,最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声增加。为此,无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一档与倒档,都应当布置在靠近轴的支承处,以便改善上述不良状况,然后按照从抵档到高档的顺序布置各档齿轮,这样做既能使轴有足够大的刚性,又能保证容易装配。倒档的传动比虽然与一档的传动比接近,但因为使用倒档的时间非常短,从这点出发有些方案将一档布置在靠近轴的支承处,然后再布置倒档。此时在倒档工作时,轮齿磨损与噪声在短时间内略有增加,而在一档工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。倒档设置在变速器的左侧或右侧,在结构上均能实现,不同之处是挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止意外挂入倒档,一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力,即在变速器中设置倒档锁,用来提醒驾驶员注意。第三章变速器齿轮组主要参数的选择3.1档位的确定不同类型的汽车的档数也不是相同的，主要决定于汽车的类型、燃油经济性、总质量等等。轿车轿车变速器传动比变化范围较小，过去常采用三个或四个挡位。但近年来为了提高燃油经济性多采用五个挡。轻型货车变速器总质量在3.5t以下多用四档，为了降低油耗经常也会增加一个挡位总质量在3.5t~10t多用五档变速器；大于10t的汽车用六个或者个更多挡位的变速器。本次设计汽车为中型载重货车总质量为8.7t所以档数初选为六个挡位3.2齿轮组基本参数的确定以及发动机和轮胎的选择3.2.1齿轮组基本参数的确定根据查找资料初步确定中型载重货车的基本参数最高车速（km/h）：90km/h总质量（kg）：8700kg载重质量（kg）：5000kg额定功率（kw）:102.8kw额定转速（r/min）：2400r/min最大转矩（N•m）：491最大转矩转速（r/min）：14003.2.2发动机和轮胎的选择根据确定的参数选用中国重汽MC05.14-40型号柴油发动机表3-1MC05.14-40型号柴油发动机主要技术参数（2）轮胎的选择由于货车一般都采用发动机前置后驱形式，故轮胎参数按以下方式选择:ma=8700kg→F=8700X9.8=85260N前轴：F=85260X0.45/2=19183.5N后轴：F=85260X0.55/2=23446.5N根据以上计算出的数据得出，查表3-2表3-2国产汽车轮胎的规格、尺寸及使用条件最终选取的轮胎规格为：10.00R203.3.1确定变速器一档传动比在确定变速器一档传动比之前应根据所选轮胎的半径、最大功率时所对应的转速、最高车速变速器的最高档传动比、最大爬坡度，先确定主减速比i0。（1）确定主减速器传动比：i0=0.377rn/uamaxi6=0.377X0.5275X2400/1x90=5.3式中：uamax——汽车行驶速度（km/h）；取90km/hn——发动机转速（r/min）；取2400r/minr——车轮滚动半径（m）；r=0.5275i6——变速器传动比；取i6=1i0——主减速器传动比。最低档传动比计算按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一档通过要求的最大坡道角[图片]坡道时，驱动力应大于或等于此时的滚动阻力和上坡阻力（加速阻力为零，空气阻力忽略不计）。用公式表示如下：（3.1）式中：m——车辆质量（kg）；取8700kgg——重力加速度。取9.8m/S²f——坡道面滚动阻力系数(对沥青路面μ=0.01~0.02)；取0.01Temax——发动机最大扭矩(N·m)；取535i0——主减速器传动比；取5.3i6——变速器传动比；取1ηT——为传动效率（96%）；R——车轮滚动半径；取0.5275αmax——最大爬坡度（商用车要求能爬上30%的坡，大约16.7°）由（3.1）得：ig1≥4.9满足不产生滑转条件。即用一档发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下：（3.2）式中：G——驱动轮的地面法向反力，（满载时轴荷分配75%）；φ——驱动轮与地面间的附着系数；对干燥凝土或沥青路面可取0.5~0.6之间。φ取0.5将数据代入3.2式中得：ig1≤7.4所以，一档转动比的选择范围是：4.9≤ig1≤7.43初选一档传动比为63.3.2确定变速器其他档位的传动比按等比级数分配其他各档传动比，即：i2=4.20i3=2.93i4=2.05i5=1.43i6=13.5中心距的选择中间轴式变速器初选中心距可根据经验公式计算：（3.3）式中：A——变速器的中心距（mm）；KA——中心距系数，取9.5Temax——发动机最大输出转矩为535(N·m)i1——变速器一档传动比为6；ηg——变速器传动效率，取96%代入数据得：A=138.23mm取整A=138mm（货车范围80~170mm，符合条件）3.6变速器的外形尺寸变速器的横向外形尺寸，可以根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列公式选用：L=（2.7~3）A=(2.7~3)X138=378.6~414mm初选长度396mm3.7齿轮参数的选择3.7.1模数的选取选取齿轮模数时一般要遵守的原则是：为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各档齿轮应该选用一种模数；从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。表3-3汽车变速器齿轮法向模数表3-4汽车变速器常用齿轮模数根据表3-3及3-4，一档和倒挡定为4.0mm，其他档定位3.5mm3.7.2压力角的选取α压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为了降低噪声，应选用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用22.5°或25°等大些的压力角。国家规定的标准压力角为20°，所以普遍采用的压力角为20°。啮合套或同步器的压力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°压力角。本变速器为了加工方便，故全部选用标准压力角20°。表3-5汽车变速器齿轮的齿形、压力角、螺旋角3.7.3齿形的选取GB1356——78规定的标准齿形3.7.4螺旋角的选取齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于30°时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低档齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高高档齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。本设计初选螺旋角全部为25°。3.7.5齿宽b的选取齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用较小的齿宽。另一方面，齿宽减小使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方法给予补偿，但这时轴承承受的轴向力增大，使其寿命降低。齿宽较小又会使齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作中会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀造成偏载，导致承载能力降低，并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数m(mn)的大小来选定齿宽：斜齿b=kcmn，kc取6~8.5，取7b=kcmn=7X4=28mm直齿b=kcm，kc为齿宽系数，取为4.5~8，取7，b=kcm7X4=28mm采用啮合套或同步器换挡时，其接合齿的工作宽度初选时可取为2～4mm，取4mm。3.7.6齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。若齿顶高系数小，则齿轮重合度小，工作噪声大；但因轮齿受到的弯矩减小，轮齿的弯曲应力也减少。因此，从前因齿轮加工精度不高，并认为轮齿上受到的载荷集中齿顶上，所以曾采用过齿顶高系数为0.75～0.80的短齿制齿轮。在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为1.00。为了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大与1.00的细高齿。本设计取为1.00。3.8各档齿轮齿数的分配在初选中心距，齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的挡数，传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。一、二、三、四、五、六挡选用斜齿轮，倒挡选用直齿轮。3.8.1确定一档齿轮的齿数一档传动比：为了求出Z1和Z2的的传动比，则必须先求出Z11和Z12的齿数，又Zh=Z11+Z12，所以要先求出函数和Zh。直齿斜齿计算出来的Zh取整，然后进行大小齿轮的分配。中间一档齿轮齿数，货车可在12~17间选取，在计算过程中Z12取17，一档为斜齿轮，齿轮的模数为4。取整63即Z11=63-17=463.8.2对中心距A进行修正因为计算齿数后,经过取整数使中心距有了变化,所以应根据取定Zh的和齿轮变位系数重新计算中心距A,再以修正后的中心距A作为各档Zh齿轮齿数分配的依据。求得A=138.46mm取整A=138mm3.8.3确定常啮合传动齿轮副的齿数又Z1+Z2=63两式联立得：Z1=20Z2=433.8.3确定其他档位齿轮齿数二挡啮合传动齿轮副的齿数二挡选斜齿，模数为3.5，β取25°A=138mm两式联立得：Z9=46Z10=25同理得:Z8=31Z7=40Z6=37Z5=34Z4=43Z3=283.8.4确定倒挡齿轮齿数一般情况下，倒挡传动比与一档传动比比较接近，所以倒挡传动比igr取6.3，Z14取15，倒挡轴齿轮Z15取23，模数取4。计算得：Z13=43表3-6变速器相关数据参数挡位齿轮齿数传动比模数螺旋角一档Z1206425°Z243425°二档Z3284.23.525°Z4433.525°三档Z5342.933.525°Z6373.525°四档Z7402.053.525°Z8313.525°五档Z9461.433.525°Z10253.525°六档Z114613.525°Z12173.525°倒挡Z13436.3425°Z1415425°Z1523425°第四章齿轮组的设计、计算与校核4.1齿轮的损坏原因及形式4.1.1齿轮故障的常见形式齿轮由于结构型式、材料与热处理、操作运行环境与条件等因素不同，发生故障的形式也不同，常见的齿轮故障有以下几类形式。(1)齿面磨损润滑油不足或油质不清洁会造成齿面磨粒磨损，使齿廓改变，侧隙加大，以至由于齿轮过度减薄导致断齿。一般情况下，只有在润滑油中夹杂有磨粒时，才会在运行中引起齿面磨粒磨损。(2)齿面胶合和擦伤对于重载和高速齿轮的传动，齿面工作区温度很高，一旦润滑条件不良，齿面间的油膜便会消失，一个齿面的金属会熔焊在与之啮合的另一个齿面上，在齿面上形成垂直于节线的划痕状胶合。新齿轮未经磨合便投人使用时，常在某一局部产生这种现象，使齿轮擦伤。(3)齿面接触疲劳齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动，而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反，从而产生脉动载荷。载荷和脉动力的作用使齿轮表面层深处产生脉动循环变化的剪应力，当这种剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触表面将产生疲劳裂纹，随着裂纹的扩展，最终使齿面剥落小片金属，在齿面上形成小坑，称之为点蚀。当“点蚀”扩大连成片时，形成齿面上金属块剥落。此外，材质不均匀或局部擦伤，也容易在某一齿上首先出现接触疲劳，产生剥落。(4)弯曲疲劳与断齿在运行过程中承受载荷的轮齿，如同悬臂梁，其根部受到脉冲循环的弯曲应力作用最大，当这种周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，并逐步扩展，当剩余部分无法承受传动载荷时就会发生断齿现象。齿轮由于工作中严重的冲击、偏载以及材质不均匀也可能会引起断齿。断齿和点蚀是齿轮故障的主要形式。齿轮故障还可分为局部故障和分布故障。局部故障集中在一个或几个齿上，而分布故障则在齿轮各个轮齿上都有体现。4.1.2齿轮故障的原因产生上述齿轮故障的原因较多，但从大量故障的分析统计结果来看，主要原因有以下几个方面：1．制造误差齿轮制造误差主要有偏心、齿距偏差和齿形误差等。偏心是指齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重合，齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差，而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。2.装配不良齿轮装配不当会造成工作状态劣化。当一对互相啮合的齿轮轴不平行时，会在齿宽方向只有一端接触，或者出现齿轮的直线性偏差等，使齿轮所承受的载荷在齿宽方向不均匀，不能平稳地传递动扭矩，这种情况称为“一端接触”，会使齿的局部承受过大的载荷，有可能造成断齿。3.润滑不良对于高速重载齿轮，润滑不良会导致齿面局部过热，造成色变、胶合等故障。导致润滑不良的原因是多方面的，除了油路堵塞、喷油孔堵塞外，润滑油中进水、润滑油变质、油温过高等都会造成齿面润滑不良。4．超载对于工作负荷不平稳的齿轮驱动装置（例如矿石破碎机、采掘机等），经常会出现过载现象，如果没有适当的保护措施，就会造成轮齿过载断裂，或者长期过载导致大量轮齿根部疲劳裂纹、断裂。5．操作失误操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等，都会造成齿轮损伤、损坏。4.2齿轮传动的设计准则齿轮失效形式的分析,为齿轮的设计和制造、使用与维护提供了科学的依据。齿面的硬度和工作条件不同,齿轮的失效形式不同。针对不同的失效形式,应分别建立相应的设计准则,以保证齿轮传动在整个工作寿命期间具有足够的相应的工作能力。按照齿轮热处理后齿面硬度的高低,齿轮传动可分为软齿面齿轮传动(齿面硬度≤350HBS)和硬齿面齿轮传动(齿面硬度>350HBS)两类。为达到齿轮装置小型化目的,可以提高现有渐开线齿轮的承载推力,各国普遍采用硬齿面技术,以缩小装置的尺寸。1.闭式软齿面齿轮传动由实践得知,对于润滑良好的闭式软齿面(HBS≤350)齿轮传动,其主要失效形式是齿面点蚀,其次是轮齿折断。故常按齿面接触疲劳强度条件进行设计计算,校核齿根弯曲疲劳强度。2.闭式硬齿面齿轮传动对于闭式硬齿面(HBS>350)齿轮传动,其主要失效形式是轮齿折断,一般按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,校核齿面接触疲劳强度。3.开式齿轮传动开式齿轮传动其主要得失效形式是磨损和轮齿折断,因磨损尚无成熟的计算方法方法及设计数据,目前只能按齿根弯曲疲劳强度设计计算,考虑磨损的影响可将模数加大9%~20%。4.短期过载和大功率的齿轮传动对有短期过载的齿轮传动,应进行静强度计算。对高速大功率的齿轮传动,应进行抗胶合计算。设计齿轮时,除应满足上述强度条件外,还应考虑诸如经济性、环境污染(主要是振动和噪声)等问题。4.3齿轮材料的选择轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮,选用中碳钢,如Q235、Q275、40、45、50、50Mn等钢制造,常用正火或调质等热处理制成软齿面齿轮,正火硬度HBS160～200;一般调质硬度HBS200～280。因硬度适中,精切齿廓可在热处理后进行,工艺简单,成本低。齿面硬度不高则易于磨合,但承载能力也不高。这种齿轮主要用于标准系列减速箱齿轮、冶金机械、中载机械和机床中的一些次要齿轮。(2)中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮,选用中碳钢或合金调质钢,如45、50Mn、40Cr、42SiMn等钢,也可采用55Tid、60Tid等低淬透性钢。其最终热处理采用高频或中频淬火