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某变速器的齿轮强度计算与材料的选择分析案例

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TOC\o1-3\h\u11243某变速器的齿轮强度计算与材料的选择分析案例 1

9651.1齿轮的损坏原因和形式 1

59621.2齿轮强度计算与校核 1

1.1齿轮的损坏原因和形式

齿轮折断、齿轮齿面疲劳剥落和移动换挡齿轮端部损坏是齿轮损坏的三

种形式，轮齿在受到反复的载荷使齿根出现裂纹，裂纹受到载荷的作用下会

越来越大，最后折断，这种情况最长出现。

齿轮在运作时，齿轮之间会相互啮合也会相互挤压，产生裂缝，反复挤压后，使裂缝变大，齿轮的表层有块状脱落，从而形成了齿面点蚀。

换挡是通过移动齿轮的方式，换挡时两个啮合的齿轮存在速度差，所以换挡的一瞬间，齿轮端部会造成强烈的冲击载荷，从而造成了齿轮损坏。

1.2齿轮强度计算与校核

1.2.1齿轮弯曲强度计算

1.2.1.1直齿轮弯曲应力W

（4-1）

式中：—弯曲应力（MPa）；

—计算载荷（N.mm）；

—应力集中系数，可近似取=1.65；

齿形系数如图5，可以查得：

图5齿形系数图

—摩擦力影响系数，主动齿轮=1.1，从动齿轮=0.9；

—齿宽（mm）；

—模数；

—齿形系数，如图5。

当计算载荷取作用在第一轴上的最大转矩时，倒挡直齿轮许用弯曲应力在400～850MPa，货车可取下限。

计算倒挡齿轮11、12、13的弯曲应力：

=231.60MPa400～850MPa

=282.84MPa400～850MPa

=247.98MPa400～850MPa

1.2.1.2斜齿轮弯曲应力

（4-2）

式中：—计算载荷（N.mm）；

—法向模数（mm）；

—齿数；

—斜齿轮螺旋角（°）；

—应力集中系数，=1.50；

—齿形系数，可按当量齿数在工具书中查得；

—齿宽系数=7.0；

—重合度影响系数，=2.0。

当计算载荷取作用到变速器第一轴上的时，对家用车的常啮合齿轮和高挡齿轮，许用应力在180～350MPa范围，对货车为100～250MPa。

计算一挡齿轮9，10的弯曲应力：

=239.20MPa100～250MPa

=189.82MPa100～250MPa

其各挡齿轮的弯曲应力按同样方法计算，如表2：

表2齿轮弯曲应力

档位

弯曲应力MPa

常

:101.37MPa100～250MPa

:92.87MPa100～250MPa

一

:239.20MPa100～250MPa

:189.82MPa100～250MPa

二

:118.39MPa100～250MPa

:132.19MPa100～250MPa

三

:117.26MPa100～250MPa

:131.75MPa100～250MPa

五

:61.56MPa100～250MPa

:61.44MPa100～250MPa

倒

:231.60MPa400～850MPa

:282.84MPa400～850MPa

:247.98MPa400～850MPa

1.2.2齿轮接触应力

（4-3）

式中：—轮齿的接触应力（MPa）；

—计算载荷（N.m）；

—节圆直径(mm)；

—节点处压力角（°）；

—齿轮螺旋角（°）；

—齿轮材料的弹性模量（MPa）；

—齿轮接触的实际宽度(mm)；

主、从动齿轮节点处曲率半径mm；

直齿轮：（4-4）

（4-5）

斜齿轮：（4-6）

（4-7）

上述公式中，rz、rb

为主动轮与从动轮的节圆半径（mm）。

当计算的载荷是第一轴时，其齿轮接触应力的范围如表3所示。

表3变速器齿轮的接触应力

齿轮

/MPa

渗碳齿轮

液体碳氮共渗齿轮

一挡和倒挡

1900~2000

950~1000

常啮合齿轮和高挡

1300~1400

650~700

由计算得出的各档的齿轮接触应力为：

一档：??1992.3Mpa二挡：??1320.54Mpa

三档：??1236.2Mpa四挡：??1211.9Mpa

五档：??1020.3Mpa倒挡：