拉维纳变速器结构设计 - 图文(5)

第3章 各齿轮元件参数确定及校核

3.1 齿轮材料的选择原则

1、满足工作条件的选择

不同情况下对选择的材质都不同。对齿轮来说，这种需要传输动力的都需要选择质量高一点的，即有很好的强度，耐磨性能也必须好。且齿面硬，齿芯软。这样选择才能经得住一直高强力的转动，保证其作用。

2、材料的选择

一般情况来说，小齿轮硬度是应该略大于大齿轮的。这样的目的是让两个齿轮的寿命达到几乎相同。但是小齿轮不应该硬度过大，过大会产生对大齿轮的损伤，一般插值在30-50HBS间为最好。研究的拉维纳变速器中，大小太阳轮、行星齿轮的材料选择没那么苛刻，可选择一样的材质。这是因为太阳轮没有直接啮合，是通过长短行星齿轮后结合在一起的。

3、考虑加工工艺及热处理工艺

推荐下列值用于传动齿轮的渗碳层深度： 当m小于3.5渗碳层深度为0.8～1.2 当m大于0.9～1.3的渗碳层深度时 当m大于1～1.3的渗碳层深度时 外表硬度HRC58~63；芯部硬度HRC33~48。

经过查询，选取齿轮材料为60MnVb为最好，这中材料适合轻微型的车辆使用。也能达到上述的各个方面。

3.2 行星齿轮各元件计算

3.2.1 齿圈受力及运算

齿轮的压力角在不同情况大小下都会产生不一样的效果。过小时有利于传动的平稳，噪声的降低，相反则能提高它的强度。于是关于乘用车为加大重合度降低噪声应取14.5?，15?，16?，16.5?等小些的压力角，实际上，通过查阅规定得出标

?准压力角为?n?20? 因而变速器基本采用压力角为 20

斜齿轮的螺旋角选择尤为关键。在实践中还证实螺旋角和齿轮强度成正相关。螺旋角过大时抗弯强度会快速下降。于是从升高低档齿轮的抗弯强度出发，螺旋

??角不能太大，以?取15~20最好。

齿轮模数是一个关键参数。为了增加齿数，增加齿轮的宽度和重叠度，减少噪声，减

12

少传动，M应该选择一个小模数。于是次模数选取1.5

齿圈在工作时起到传递动力的作用。齿圈作为输出件，动力通过长行星齿轮传递。齿圈必须用回火207~241HRB 加工，因为它很可能发生变形，出现故障。材料也应选择各个方面出色的，因而选为60MnVb。

经过手册查阅得出[5]：

齿圈的法面模数：mn?1.5 螺旋角：??15? 压力角?n?20?

端面模数 ： m

nmt??1.5529 cos?Z=74

根据分度圆圆关系公式可知：

齿顶圆直径：Da?D?2ha?118 齿根圆直径：Df?D?2hf?111.25

式中：Da——齿顶圆直径 Df——齿根圆直径 hfha——斜齿轮法面参数

表3-1 斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸的公式

（3-1）

Z2?D?D?Z2mt?115mt名称 符号 计算公式

ha h?mh??x 齿顶高

anann??hf?mnhan?cn?xnhf 齿根高

齿顶圆直径 d a Da?D?2ha

df

???Df?D?2hf齿根圆直径

注：表中xn取0，han取1，cn取0.25

13

?

齿宽 : b?kcmn?7.8?1.5?11.7 (3-2) (kc为常啮合齿轮系数 取为6.0~8.5,取7.8)

a． 轮齿接触应力计算：

?j?0.418FE?11?????1972.72Mpa ??b??1?2?（3-3）

式中 F——法面内基圆切向力

Ft——端面分度圆切向力

Tj ——计算载荷1303N.mm d——节圆半径 57.5mm

E——齿轮材料的实际宽度 钢材取E?2.1?105Mpa

?1?2——主齿轮节点处齿廓曲率半径（：?1?r1si?n/co2?s

2?2?r2sin?cos?） b．弯曲应力计算

?w?

F?Ftcos?cos?Ft?ZTjdFtk?=232.46/mm2???w??180?350?N/mm2 （3-4）

bPmyk?2Tj式中 Ft——圆周力， Ft? d荷，64.7N?mm T——计算载

j K?——直齿圆柱齿轮的应力集中系数为1.65，斜齿轮的应力集中系数为

1.5

b——齿轮接触实际宽度，斜齿轮用b/cos?代替 Pm——法面周节，Pm??mn y——齿形系数，由图3-1 k?——重合度系数，取2

3.2.2 小太阳轮受力及计算

小太阳轮主要是动力输入，通过花键和轴连在一起。小太阳轮的材料为60MnVb。 查机械手册[5]：太阳轮压力角??20?，螺旋角??15? 。

14

经过计算，对小太阳轮直径D=45mm，齿顶圆直径为48mm，齿根圆直径是41.25mm。 a.接触应力计算:

??0.418

FE?11?????1352.72Mpa ??b??1?2?式中 F——法面内基圆切向力 F?Ft/cos?cos? Ft——端面内分度圆切向力，即圆周力Ft?2Tj/d Tj——计算载荷 362.5N.mm d——节圆半径 22.5mm ?——节点处压力角

?——螺旋角

E——齿轮材料的实际宽度,钢材取E?2.1?105Mpa b——齿轮接触的实际宽度,斜齿用b/cos?接替

2??rsin?/cos? 11??——主齿轮节点处齿廓曲率半径（12

?2?r2sin?/cos2?）

b．弯曲应力计算

?w?

Ftk?=270.45mm2???w??180?350?N/mm2

bPmyk?2Tjd式中 Ft——圆周力，Ft?

T——计算载荷，56.4N?mm

jK

?——应力集中系数，直齿轮取1.65，斜齿轮取1.5

K——摩擦力影响系数，主动齿轮取1.1，从动齿轮取0.9 f b——齿轮接触实际宽度，斜齿轮用b/cos?代替

P m——法面周节，Pm??mn

y——齿形系数，由图3-1

k——重合度系数，取2 ? 上面取得各个参数是按图3-1中分布图得到的。图中当齿轮受到的载荷作用于齿顶

时按当量齿数计算。

15

图3-1 齿形系数分布图

——齿形系数y(当载荷作用于齿顶，??20?,f0?1)，

——斜齿轮按当量齿数

Zn?Zcos3?3.2.3 大太阳轮受力及计算

在倒档中，大太阳轮是主要的驱动元件。类似于小型太阳轮，属于花键连接。 经查手册[5]：压力角??20?，螺旋角??15?，法面模数mn?1.5，经计算太阳轮分度圆直径为56mm，齿顶圆直径59mm，齿根圆直径52.25mm。

a.接触应力计算

?j?0.418FEb/cos??11?????????1520.26Mpa（计算过程同上）

2??1

b．弯曲应力计算

Ftk? ? w ? ? 190.47N/mm2???w??180?350?N/mm2

bPmyk?

16