基于GPS與加速計測量車速系統(tǒng)設計

1、變速器各擋傳動比的確定初選傳動比:設10擋為直接擋，則igmin =1U amax = 0.377%ri g min i 0式中：Uamax 最高車速np發(fā)動機最大功率轉(zhuǎn)速一車輪半徑i1 g min一變速器最小傳動比i0主減速器傳動比Temax =9549 X Pemax（轉(zhuǎn)矩適應系數(shù)=1.1 1.3）np1.3 191 c所以， n=9549x =231.32r/minp171由上述兩兩式取 口。=2400 r/minpinDri0 =0.377 x -p=5.107i g min ua max雙曲面主減速器，當i0<6時，取 =90%igi在5.08.0范圍,g=96% T = X

2、t=90%x 96%=86.4%最大傳動比1gl的選擇：滿足最大爬坡度。根據(jù)汽車行駛方程式CdA21.15Temax i g i0 T Gfr2duua Gi m 出汽車以一擋在無風、瀝青混凝土干路面行駛，公式簡化為Temaxi g i 0 T Gfcos GsinrGr fcos sin即，igi ;TemaxiO Tg 一重力加速度,式中：G-作用在汽車上的重力， G mg, m一汽車質(zhì)量,Temax 一發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，Temax=1025N.m；e maxemaxi0 一主減速器傳動比，i0 =5.107T 傳動系效率，T =86.4%;r一車輪半徑，r =0.508；f 一滾動阻力系數(shù)

3、，對于貨車取 f =0.02 ;一爬坡度，取=16.7 °計算得ig1 8.43滿足附著條件。Temaxig 1i 0 TF o . z2 ,（）r在瀝青混凝土干路面，6 =0.70.8,取6=0.75即 ig1412.38得 8.43 < ig1 < 12.38 ;傳動比取ig1=7.45其他各擋傳動比的確定：按等比級數(shù)原則，式中：q一常數(shù)，也就是各擋之間的公比；因此，各擋的傳動比為:9 q n 1 igi = 7.45=1.25igi=7.45, ig2=5.96 , ig3 =4.77 , ig4=3.81 , ig5 =3.05, ig6=2.44 , ig7=1

4、.95,ig8=1.56, ig9=1.25, igi0=1齒輪參數(shù)模數(shù)對貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應該選用大些的模數(shù)；從工藝方面考慮，各擋齒輪應該選用一種模數(shù)。嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量 ma在1.814.0t的貨車為2.03.5mnx 總質(zhì)量ma大于14.0t的貨車為3.55.0mm選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于 換擋。表1汽車變速器齒輪法向模數(shù)車型乘用車的發(fā)動機排量V/L貨車的取大總質(zhì)量ma/t1.0 >V< 1.61.6 <V< 2.56.0 < ma

5、< 14.0ma >14.0模數(shù)mn /mm2.25 2.752.75 3.003.50 4.504.50 6.00表2汽車變速器常用齒輪模數(shù)一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.753.253.503.754.505.50一根據(jù)表1及2,齒輪的模數(shù)定為5.0mm壓力角理論上對于乘用車，為加大重合度降低噪聲應取用14.5 、 15 、16 、16.5等小些的壓力角；對商用車，為提高齒輪承載能力應選用22.5?；?5。等大些的壓力角。國家規(guī)定的標準壓力角為 20° ,所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20。螺旋角

6、實驗證明：隨著螺旋角的增大，齒的強度也相應提高。在齒輪選用大些的螺旋角時， 使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時，要產(chǎn)生軸向 力并作用到軸承上。設計時，應力求使中間軸上同時工作的兩對齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡， 以減小軸承負荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應該是不一樣 的。為使工藝簡便，在中間軸軸向力不大時，可將螺旋角設計成一樣的，或者僅取為兩 種螺旋角。貨車變速器螺旋角：18。26°初選一擋斜齒輪齒輪螺旋角為 24 °齒寬b直齒b kcm , kc為齒寬系數(shù)，取為4.58.0 , cc斜齒b kcmn, kc取為6.08.5。齒頂

7、高系數(shù)在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。中心距A初選中心距時，可根據(jù)下述經(jīng)驗公式K A /Temax ig1因為該變速器為主副箱變速器，需根據(jù)主變速器來確定中確定。則:K A VTemaxi g7式中：A變速器中心距（mrm;KA中心距系數(shù)，多檔變速器：KA=9.511.0;Temax 一發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（N.m）;ig5一變速器一擋傳動比，ig5 =3.05 ; gg變速器傳動效率，取 96% ;Temax一發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，Temax=1025N.m。則，A KA-emaxig7 g =136.9 9158.62初選中心距A=153mm輪齒強度計算輪齒彎曲強度計

8、算圖3齒形系數(shù)圖2TgK Kf w一 3m水cy式中：w一彎曲應力（MPa；Tg計算載荷（N.mm；K 一應力集中系數(shù)，可近似取K =1.65;Kf摩擦力影響系數(shù)，主、從動齒輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，對彎曲應力的影響也不同；主動齒輪 Kf =1.1 ,從動齒輪 Kf =0.9 ;b齒寬（mm；m 模數(shù)；y一齒形系數(shù)，如上圖3當計算載荷Tg取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩Temax時，一、倒擋直齒輪許用彎曲應力在400850MPa貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用應力 應取下限。斜齒輪彎曲應力w2Tg cos Kw3zm1yKcK式中：Tg 計算載荷（N mrm;mn 法向模

9、數(shù)（mrm;z 一齒數(shù)；一斜齒輪螺旋角（° ）;K 應力集中系數(shù)，K =1.50 ；y一齒形系數(shù)，可按當量齒數(shù) zn zcos3在圖中查得；Kc一齒寬系數(shù)Kc=7.0K 一重合度影響系數(shù)，K =2.0o當計算載荷Tg取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩Temax時，對乘用車常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應力在180350MP*圍，對貨車為 100250MPa計算常嚙合齒輪1, 2的彎曲應力z1=24, z2=32,y1 =0.153, y2 =0.113 , T1 =964.32N.m , T2 =1221.99N.m ,12=24.62° , Kc=6.02T1cos 12Kw1

10、3二WnyiKcKo2 964.32 cos 24.621.50=3 1024 50.153 6.0 2.0=103.63MPa<100250MPa2T2 cos 1 2 Kw 23Z2mny2KcK_ _ _ _ o_2 1221.99 cos24.621.50 _3=3 1032 50.153 6.0 2.0=133.35MPa<100250MPa常嚙合齒輪1, 2的接觸應力T1=964.32N.m, T2=1221.99N.m, z1 24, z2 32 ,12d1 2A/(u 1)=2X 154/ ( 1.33+1 ) =132.19mrn24.62j1d2 ud1=175

11、.8mmz1b2d1sin / cos2 24.62 =11.56mm2do2 一2sin /cos 24.62 =27.52mm20.418 J-bd1 cosTiE cos24.621z1b2=763.37MPa<13001400MPaj20.418.T2Ecos cos24.621z1b2=691.46MPa<1300 1400MPa齒輪材料的選擇原則1、滿足工作條件的要求不同的工作條件，對齒輪傳動有不同的要求， 故對齒輪材料亦有不同的要求。 但是 對于一般動力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。2、合理選擇材料配對如對硬度& 350HBs

12、的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在 3050HBs左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應采用不同 鋼號材料。3、考慮加工工藝及熱處理工藝變速器齒輪滲碳層深度推薦采用下列值：m法 3.5時滲碳層深度0.81.2m法 3.5時滲碳層深度0.91.3m法 5時滲碳層深度1.01.3表面硬度HRC58- 63;心部硬度HRC33-48對于氧化齒輪，鼠化層深度不應小于0.2;表面硬度HRC48- 5312。對于大模數(shù)的重型汽車變速器齒輪，可采用25CrMnMO 20CrNiMQ 12Cr3A等鋼材,這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細化材料晶

13、面粒。速器最大輸入扭矩：735Nm齒輪傳動效率99%離合器傳動效率 98%軸承傳動效率 97%第一軸：Temax=Ti/(離承)=735/98 0% 9 7%=773.2N.m 第一軸花鍵部分的直徑可根據(jù)發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax(N m)按下式初選：d 3.94.6 3 Temaxd 3.9 4.6 3 Temax則33.9 4.6 3 773.2=35.842.3mm花鍵處周徑取36mm第一軸通常和齒輪做成一體，前端大都支撐在飛輪內(nèi)腔的軸承上，其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。該軸承不承受軸向力，軸的軸向定位一般由后軸承用卡環(huán)和軸承蓋實現(xiàn)。第一軸長度由離合器的軸向尺寸確定，而花鍵尺寸應與離合器從動

14、盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸見圖1.2.1齒輪和軸上的受力計算根據(jù)受力簡圖1.1,可計算出變速器的齒輪和軸上的作用力。2Ti 2 735 1000Ft1 10176.9 Nd11042T1 tan2 735 tan20 1000F113995 Nd1cos104 cos222、求第一軸支反力/“/r-圖1.1CcFr1Fr4Ac3995 12167.6 11631.7=3459.1NCsAsFt1Ft4CsAsFt1Ft419021.9 10176.930984.1=-1785.3N卜面計算各軸在彎矩和轉(zhuǎn)矩作用下的軸應力。(1)第一軸的軸應力計算在垂直方向的彎矩為McCc4c c3459.1

15、35Fa1 521044111.7 -=-92740MPa在水平方向的彎矩為 Ms Cs bi 1785.3 35=62485.5MPa則在彎矩和轉(zhuǎn)矩的聯(lián)合作用下M M： M2 T： 927402 62485.52 5292002=531994.1528MPa故一軸的軸應力為32 M k 32 531994.1528 3 3.14 363=116MPa400MPa所以第一軸的強度合格。2Tl tand12 529.2 tan22 10001044111.7工藝分析該零件材料為20CrMnTi,毛坯為模鍛件，硬度為156207HBs是國內(nèi)某型號汽車變速器上的零件，為大量上產(chǎn)類型產(chǎn)品。該零件由徑向

16、孔、內(nèi)孔、外圓柱面、外援錐面、過度圓角、內(nèi)外環(huán)槽等，適合在數(shù)控車床上加工技工技術(shù)要求分析該零件在熱處理前既有眾多的精度要求：打端內(nèi)孔鉆孔直徑24，大端內(nèi)控直徑33，大端內(nèi)孔倒角 1.3 x 30 度和 1.1 x 45 度, 大端內(nèi)孔里外兩環(huán)槽底徑34.5 ，小齒輪上外環(huán)槽底徑 45.2 ，小齒輪齒頂外圓直徑47.5 ，大齒輪齒頂外圓直徑66，右側(cè)外圓軸頸直徑36.4 和直徑 36.4 ， 大齒輪左側(cè)外圓軸頸右環(huán)槽底徑32.5 和左環(huán)槽底徑32， 外圓錐小徑及外圓軸頸直徑32，圓錐角度5，小端軸頸17.4 及倒角 4.5 x 15 度，倒角 30度及小端軸頸直徑25,小端過度圓弧 R2,小徑直

17、徑26.2，小端外圓軸頸和矩形花鍵外圓對基 準A - B徑向圓跳動0.04 ,右側(cè)外圓軸頸直徑 36.4對基準A -B徑向圓跳動0.03, 大齒輪左、右端面對基準A - B端面圓跳動0.02 ,以及其他個軸向尺寸、粗糙度要求定為基準選擇該零件先在銃端面打中心孔機床上完成兩端面及中心孔的加工，為下道工序的加工提供了定位基準，大端鉆、車孔后，則以大端內(nèi)孔倒角和小端中心孔為該零件的大多數(shù)工序的定為基準。另有些工序的軸向定位基準為大齒輪左端面，徑向定為基準為36.4外圓軸頸。工藝方案擬定兩端面和中心孔銃端面一鉆中心孔外表面各部粗車一精車大端內(nèi)孔鉆孔直徑 24擴孔直徑32.25 32.15 倒角1.3*

18、30度和1.1*45度一車內(nèi)孔直徑 33-32.9各內(nèi)外環(huán)槽車加工設備選擇銃端面打中心孔采用銃端面打中心孔機床加工，外表面各部粗、精車采用數(shù)控車床，鉆孔采用立式鉆孔，擴孔、車端面及倒角采用數(shù)控車床，精車大端各部采用數(shù)控車床，倒兩端齒形角采用齒形角采用齒形倒角機，鉆油孔采用臺式鉆床，剃齒采用萬能剃齒機。 有關(guān)加工順序、工序尺寸及工序要求、夾具、刀具、量具及檢具、切削用量、冷卻潤滑 液等工藝問題詳見變速器一軸工藝過程卡和工序卡表1-1變速器一軸工藝過程卡零件名稱零件材料毛胚種類毛胚硬度毛重/kg凈重/kg車型每車件數(shù)變速器一軸20CrMnTi模鍛件156-207HBS3.83.2工 序 號工序名稱

19、設備名稱夾具進給量/ (mm/r)主軸轉(zhuǎn)速/(r/min )切削速度/ (m/min)冷卻液T單負荷/%1銃端面打中心 孔銃端面打中心 孔機床專用夾具0.30.1530012005047.12粗精車小端各 部數(shù)控車床隨即夾具0.10.2510002000100.5414.7乳化液3鉆孔r立式鉆床專用夾具0.6218013.57乳化液4擴孔、車端面 及倒角數(shù)控車床專用夾具0.385062乳化液5精車大端各部數(shù)控車床專用夾具0.10.28002000108.4295乳化液6倒兩端齒形角齒形倒角機隨即夾具YQ-157鉆油孔臺式鉆床專用夾具手動315024.7乳化液8剃齒、去內(nèi)孔 毛刺萬能剃齒機隨即夾

20、具0.04粗剃0.02精剃7025YQ-159清洗清洗機10J熱前檢查編制審核批準共1頁第1頁表1-2變速器-軸工序卡（工廠）工序卡片產(chǎn)品名陳和代號工序號工序名稱夾具1銃端面打中心孔專用夾具工步工步內(nèi)容刀具號銃端面：保證軸線尺寸直徑38.51圓盤銃刀（2）267.75267.45打中心孔:保證尺寸55.1直徑42中心孔鉆（2）直徑12.5 60 度 120 度編制審核零件名稱材料零件圖號變速箱-軸20CrMnTi使用設備車間銃端面打中心孔機床進給量主軸轉(zhuǎn)速切削速度量具及檢具/(mm/r)/(mm/r)/(mm/r)0300; 0.020.330050深度尺樣板0.151 20047.1批準共1

21、頁第1頁表1-3變速箱-軸工序卡（工廠）工序卡片產(chǎn)品名稱或代號零件名稱變速箱軸材料20CrMnTi零件圖號工序號工序名稱夾具使用設備車間2粗精車小端各部專用夾具數(shù)控車床工 步 號工步內(nèi)容刀具量具及檢具進給量/ (mm/r)主軸轉(zhuǎn)速/ （r/min切削速度/)(m/min)I刀位（保證卜列各尺寸1直徑 17.4 直徑 17.3 Ra3.24.5X15 度17.4-17.3V 卡規(guī)0.252 000109.32直徑25 30度R2機夾車刀0150; 0.02 游標卡 尺36.4-36.35IV 卡規(guī)0.252 0001573直徑 36.4 直徑 36.35 Ra1.6TNMG220408LFKC9

22、350.252 000228.64直徑32 直徑50 5 度刀片0150; 0.02 游標卡 尺0.252 0002013145 直徑 36.4 直彳5 36.3 Ra1.636.436.3V 卡規(guī)直彳仝66直徑65.86軸向231.25230.76192.23191.77 4.5 4664 36.736.5II刀位47直彳至32直徑31.9III刀位1.7-1.8直彳仝32.5直徑32.4822.522.56Ra1.6編制審核卡規(guī) 0300; 0.02深度尺樣板0150;0.02游標卡尺機夾車刀N151.2-400-40-5G/526刀片0-150; 0.02 游 尺機夾車刀1.71.8VI

23、I 塞板L154.0G-16CC01-1卡規(guī)69/1020 刀片量規(guī)批準0.252 000228.60.252 000414.70.11 000100.50.11 000102共1頁第1頁表1-4速箱-軸工序卡（工廠）工序卡片產(chǎn)品名稱或代號零件名稱變速箱軸材料20CrMnTi零件圖號工序號工序名稱夾具使用設備車間3鉆孔專用夾具立式鉆床工 步 號工步內(nèi)容刀具量具及檢具進給量/ (mm/r)主軸轉(zhuǎn)速/ （r/min切削速度/)(m/min)保證卜冽尺寸；36.436.7 124 Ra12.524GB143885 鉆頭0200; 0.02 深度尺 0150 ; 0.02 游標 卡尺0.6218013

24、.57編制審核批準共1頁第1頁表1-5速箱-軸工序卡(工廠)工序卡片產(chǎn)品名稱或代號零件名稱材料零件圖號變速箱軸20CrMnTi工序號工序名稱夾具使用設備車間4擴孔、車端面及倒角專用夾具數(shù)控車床工 步 號工步內(nèi)容刀具日日ms日進給重/重具及檢具(mm/r)主軸轉(zhuǎn)速/ r r/min )切削速度/ (m/min)保證卜列尺寸；3232.150150; 0.02游標卡1Ra3.2 深 26內(nèi)孔車刀尺0.385062倒角1.5 x 450200; 0.02深度尺編制審核批準共1頁第1頁產(chǎn)品名稱或代號(工廠)工序卡片工序號工序名稱夾具5精車小端各部專用夾具工步工步內(nèi)容刀具號零件名稱材料零件圖號變速箱軸2

25、0CrMnTi使用設備車間數(shù)控車床日曰八曰進給量/主軸轉(zhuǎn)速切削速度/量具及檢具(mm/r)/ (r/min )(m/min)0-25 ; 0.01千分尺一廠0.22 000295卡規(guī)0150; 0.02 游標卡尺I刀位（保證卜列各尺寸）22.1622.101 直徑47.457直徑47.207機夾車刀TNMG220408LFKC9352 1*45 度 36.3636.10 Ra6.3刀片II刀位3保證3 22.1622.10直徑40.5機夾車刀N151.2-300-400-5G/525刀片0-150 ; 0.02 游標卡尺 0-25 ; 0.01千分尺0.151000147III刀位45保證：1

26、1.1511.05直徑45.2直彳至44.951.21.3 Ra3.22*R0.2 （刀具保證）IV刀位保證：直徑33直彳至32.901.3 1.1 60 度 90 度Pa3.2 深 26機夾車刀N154.0G-16 CC01-110/1020 刀片機夾車刀CNMG090308-PM4025卡板 卡規(guī)塞規(guī)塞規(guī)32.90-33 塞規(guī)0-200 ; 0.02 深度尺0.106198V刀位6 保證；26.5026.80 直徑34.5 3 Ra3.2焊接車刀0-200 : 0.02 深度尺7保證；19.3019.51 1.31.2直彳5 34.50直徑34.60Ra6.3機夾

27、車刀R154.0G-16CC 01-110-1020 刀片量規(guī)塞板0.151000直徑17.04直徑17.3偏擺儀直徑36.4直徑36.3外徑處0-10 ; 0.01對基準A-B徑跳；0.04百分表VI刀位108.4VI刀位直徑36.4直徑36.35軸徑處對基準A- B徑跳：0.0322.1622.10 兩端面對基準A- B端跳：0.02編制審核大頂尖小頂尖批準共1頁表1- 7變速箱-軸工序卡（工廠）工序號工序卡片工序名稱產(chǎn)品名稱或代號夾具零件名稱材料零件圖號車間變速器軸20CrMnTi使用設備9倒兩端齒形角隨機夾具齒形倒角機工 工步內(nèi)容刀具量具及檢具進給量主軸轉(zhuǎn)速切削速度步/(mm/r)/(mm/min)/(mm/min)號保證（兩端） 1 x 45 度沿齒倒棱刀1廓倒去銳角 去掉端面毛刺左刮刀有刮刀編制審核批準共1頁第1頁表1-8變速箱 -軸工序卡產(chǎn)品名稱或代號零件名稱材料零件圖號（ 工廠 ）工序卡片變速器軸20CrMnTi工序號工序名稱夾具使用設備車間10鉆油孔專用夾具臺式銑床工步工步內(nèi)容刀具量具及檢具進給量主軸轉(zhuǎn)速切削速