车辆工程毕业设计论文-变速器性能闭式试验台运动仿真设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-变速器性能闭式试验台运动仿真设计(编辑修改稿)内容摘要：

作用实现自动停车等等。 因此，这种加载方法一直被广泛采用。 （ 3）行星机构加载 法 这种加载方法是借助于行星加载器施加载荷的。 行星机构有圆柱齿轮式和圆锥齿轮式两种。 这两种加载方法的优点是在试验台运转中能调整和改变负荷便于实现变负荷试验，其缺点是加载机构复杂，制造难度大。 因此，国内很少采用这种加载方法。 8 （ 4）液压加载法 液压加载法是利用压力油推动液压加载器的转子相对于定子旋转一定角度加载的。 常用的液压加载器有叶片式和凸轮（或斜齿）式两种。 在采用液压加载法时，虽然能根据油压计算负荷，但不够精确。 因此常配备扭矩测量仪监视负荷的 变化。 液压加载法的优点是在运转中可以非常方便地调整或改变负荷，便于进行变负荷试验。 但使用中必须经常监视和调整负荷，因油路故障和油温变化等原因都会影响负荷的稳定性。 液压加载器的结构复杂（除加载器之外，还要配备旋转密封阀和液压源站等），加 15 工精度要求也较高。 因此，在等负荷试验中不宜采用。 因为液压加载器的油温等因素变化对负荷时时都有影响，所以液压加载器即便用在变负荷试验中，也要通过闭环系统控制和调整负荷，以便弥补油压的波动对负荷造成的影响。 在国内外，有多种变速器总成寿命的试验及评价方法。 近十年来，国内的试验及评 价方法已经有了很大的改进，如改单一挡位试验为多挡位循环试验；改简单对比评价方法为指定通用评价指标评价变速器总成寿命的方法等。 现将国内外几种常用的试验及评价方法简述如下： （ 1）强化试验法 强化试验是为了缩短试验时间，而在变速器第一轴施加等于或者大于发动机最大扭矩的试验方法。 在强化试验中，负荷的确定（即强化系数的选取）是根据预定达到的目标损坏形式来选择的。 一般是根据变速器中有关齿轮的计算应力值，并参照相近车型变速器寿命试验数据来确定的。 在上海大众宝来（ ）车型所用的变速器齿轮工艺试验中，按照疲 劳试验时变速器第一轴扭矩规定为 250Nm（发动机最大扭矩 210，即强化系数）；弯曲疲劳试验时变速器第一轴扭矩定为 305Nm（即强化系数为 ），获得了满意的试验效果。 这种强化试验方法，对试验结果的评价，只能用此对比的方法，用于工艺性试验是最合适的。 （ 2）单一挡位寿命试验方法 在试验方法标准制定之前对于新设计的变速器总成的定型试验，多数采用单一挡位试验方法，即只试验Ⅰ挡（最多Ⅱ、Ⅲ两个挡），然后将试验结果与旧车型或者同类车型进行比较，借以评价被试变速器的好坏。 这种试验及评价方法显然不够科 学，试验挡位少，暴露的问题不够全面。 另外，对试验结果的评价，完全依赖于同类车型的试验数据，这也很不合理，尤其是在缺乏对比数据时，就更难下结论了。 （ 3）挡位循环试验法 最近几年，参考有关资料，并结合国内部分生产厂家的试验数据，制定了我国载货汽车变速器总成挡位循环试验方法及评价指标，即《 JB398785 标准》及 JBn415285《汽车机械式变速器台架试验标准》（以下简称《 JBn415285 标准》）。 （ 4） SN 曲线 国外一些厂家消耗很多变速器齿轮进行了大量的寿命试验，并绘制出各挡齿轮的SN 曲线（即齿 轮台架试验台寿命与试验负荷的关系曲线），这样只要给定一个负荷， 16 就可查出各挡齿轮相应的台架试验寿命。 总结上述可知：在等幅载荷试验中，采用盘式加载法加载最合适；在变负荷试验中，采用行星机构加载法或液压加载法较好。 因为本试验台是为变速器总成效率试验而设计的，就效率试验的特点而言，应该是负荷稳定。 所以选用平盘式加载法加载最合适。 同时盘式加载法加载结构简单，试验负荷准确，所以本试验台设计方案中采用盘式加载法加载。 蜗杆传动的类型及其特点 蜗杆传动用来传递空间两交错轴之间的运动与动力。 蜗杆传动由蜗杆与蜗 轮组成，一般蜗杆主动、蜗轮从动，作减速运动。 与齿轮传动相比，蜗杆传动具有下列特点： （ 1） 传动比大、结构紧凑 在一般传动中， i=10～ 80，在分度机构中（只传递运动） i 可达 1000，因而结构紧凑。 （ 2） 传动平衡、噪声低 由于蜗杆齿连续不断地与蜗轮齿相啮合，同时，蜗杆蜗轮啮合时为线接触，因而传动平稳，噪声低。 （ 3） 可具自锁性 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合副材料的当量摩擦角，蜗杆传动具有自锁性。 即只能蜗杆带动蜗轮，而蜗轮不能带动蜗杆。 在起重装置等机械中经常利用此自锁性。 （ 4） 效率低 因为蜗杆蜗轮在啮合处有较 大的相对滑动，因而磨损大，发热量大，效率低。 一般传动效率为 ～ ，具有自锁性的蜗杆传动效率为 ～ ，故蜗杆传动主要用于中小功率传动。 （ 5） 成本高 为减少蜗杆传动啮合处的摩擦和磨损，控制发热和防止胶合，蜗轮常采用青铜材料制造，因此成本增高。 蜗杆传动用于传递空间交错轴间的动力和运动，常用的轴交角为 90℃。 根据蜗杆形状不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动；环面蜗杆传动；锥蜗杆传动。 本章主要介绍圆柱蜗杆传动。 按蜗杆齿廓曲线形状，圆柱蜗杆又有阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆等多种。 1．阿基 米德蜗杆（ ZA 蜗杆） 阿基米德蜗杆形成与螺纹相同。 刀刃夹角 2α。 =40℃。 在切制时，刀刃平面通过 17 蜗杆轴线。 这样加工出的蜗杆在垂直其轴线剖面与齿廓的交线是阿基米德螺旋线；在通过轴线的剖面内，齿廓（轴向齿廓）为直线；在法向 NN 剖面内，齿廓（法向齿廓）为凸曲线。 以此为滚刀加工出的蜗轮，在中间平面（通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内，齿形为渐开线。 蜗轮于蜗杆在中间平面上是渐开线齿轮于齿条啮合。 阿基米德蜗杆加工及测量方便，应用广泛。 但此种蜗杆难于磨削，因而达不到高精度。 当蜗杆导程角较大时，加工困难。 2．法向 直廓蜗杆 当蜗杆导程角较大时，将刀具的切削平面放在螺旋线的法平面内，这样切出的蜗杆，法向齿廓为直线，轴向齿廓为曲线。 垂直于轴线的剖面与齿廓交线为延伸渐开线，故也称延伸渐开线蜗杆。 3．渐开线蜗杆（ ZI蜗杆） 如果将刀具切削平面如果将刀具切削平面平行蜗杆轴线且与某一圆柱（称为基圆柱）相切，这样加工出来的蜗杆在垂直与轴线的剖面与齿廓交线为渐开线，称为渐开线蜗杆。 在切于基圆柱的轴向剖面内，齿廓一侧为直线，一侧为凸曲线。 这种蜗杆的齿面可以用平面砂轮磨削。 从而获得较高的制造精度，适于成批生产和大功率高速传动，是推荐采 用的蜗杆传动之一。 除上述几种常用的圆柱蜗杆外，还有圆弧圆柱蜗杆（ ZC 蜗杆）、锥面包络圆柱蜗杆。 对于与各种蜗杆相啮合的蜗轮的齿形，随蜗杆齿形而异。 蜗轮通常在滚齿机上用滚刀加工。 为了保证蜗轮蜗杆正确啮合，切制蜗轮的滚刀齿形应于相应的蜗杆相同，滚铣似的中心距也应与蜗杆的传动中心距相同。 因此，蜗轮滚刀齿形的精度，直接影响传动质量。 蜗杆传动类型的选择，很大程度要根据所具备的工艺条件能否精确的制造或者获得相应的蜗轮滚刀而定。 蜗杆传动的优点及应用 蜗杆传动主要优点是可以获得较大的单级传动比。 在动力传动中，传动比一般为5— 80，对非动力传动，传动比可以达到 1000 甚至更大。 由于传动比大，零件数目小，因此结构紧凑。 这两点也是我们这次机械闭式变速器齿轮疲劳寿命试验台加载设计选择蜗轮蜗杆加载装置的重要原因。 由于蜗杆是连续的螺旋齿，与蜗轮轮齿的啮合是逐渐进入或者退出，因此传动平稳，震动和噪声小。 蜗杆传动的噪声级比同精度的圆柱齿轮传动平均约低 7 分贝。 另 外，不需其他辅助机构即可获得传动的自锁性。 蜗杆传动的主要缺点是效率低，故不宜在大功率连续运转传动条件下工作。 为减轻齿面磨损以及避免胶合，蜗轮一般需要用较贵重的减磨材料（如青铜）制造。 目前各种新兴蜗 18 杆传动研究重点是提高效率，以及高效率连续大功率传动的要求。 基于以上传动特点，蜗杆传动常用做搅拌机、转盘、提升机构、纺织机械等的传动装置，还可以用做精密机械传动，如铣床及切齿机床的工作台传动、汽车转向装置以及轮船方向舵的定位传动装置等，应用范围十分广泛。 蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的失效形式和齿轮相 似，有齿面点蚀、轮齿折断、齿面磨损和胶合等。 由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋齿的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮上。 在闭式传动中，由于蜗杆传动效率低，发热量大，致使润滑油粘度下降，润滑效果变差，容易发生胶合或者点蚀。 在开式传动中。 蜗轮的主要失效形式是磨损。 至于蜗轮轮齿的折断，只是在模数过小，蜗轮材料强度过低，或者由于过度磨损是轮齿过薄时才产生。 一般当 Z2 小于 80 时，很少发生蜗轮轮齿的折断。 由于目前缺乏可靠的蜗杆传动胶合、磨损计算方法和数据，对一般用途的蜗杆传动，通常还是按齿面接触强度准则 和齿根弯曲强度准则进行计算。 在设计时，通过合理地选择传动参数，采用良好的润滑和散热方式以及选择适当的蜗轮副材料等措施，以改善磨损情况和避免胶合。 此外在许用应力中，考虑了胶合失效因素的影响。 因此，对闭式蜗杆传动，通常按照齿面接触疲劳强度设计，必要时验算齿根弯曲疲劳强度，对连续工作的闭式传动还要进行热平衡计算；对开式传动，只需按照弯曲疲劳强度设计。 此外，如果蜗杆传动参数选择不当（例如：蜗杆直径过小或者支撑跨距过大时），可能会出现蜗杆刚度不足，以至影响接触线的位置和接触斑点的大小，影响承载能力。 因此，必要时需验 算蜗杆刚度。 本章小结 本章对汽车变速器试验台的性能指标和总体构成及工作原理进行了阐述，了解变速器试验台性能指标主要包括机构效率、润滑情况、耐久性损坏、轴的刚度和齿轮磨损等。 同时概述了蜗杆传动的类型及特点，针对蜗杆传动特点了解到蜗杆传动的失效形式主要是 齿面点蚀、轮齿折断、齿面磨损和胶合等。 19 第 3章 变速器试验台总成与加载器建模过程 变速齿轮箱的简介与建模过程 齿轮的特点及失效形式 齿轮传动用来传动任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到 300m/s 传动功率可达到 510 KW,齿轮直径可从不到 1mm 到 150m 以上，实现大机械中应用最广的一种机械传动。 齿轮传动与带传动相比主要有以下优点： （ 1） 传递动力大、效率高； （ 2） 寿命长，工作平稳，可靠性高； （ 3） 能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。 齿轮传动与带传动相比的主要缺点： （ 1） 制造、安装进度要求高，因此成本也较高； （ 2） 不宜作远距离传动； （ 3） 无过载保护； （ 4） 需专门加工设备 变速器齿轮的损坏形式主要有以下几种： （ 1）轮齿折断 轮齿折断是指齿轮的一个或多个齿的整体 或其局部的折断，轮齿折断通常有疲劳折断和过载折断两种。 （ 2）齿面点蚀 轮齿进入啮合时，轮齿齿面接触处在法向力的作用下将产生很大的接触应力，脱离啮合后接 触 应力即消失。 对齿廓工作面上某一固定点来说，它受到的是近似于脉动变化的接 触 应力。 如果接触应力超过了轮齿材料的接触疲劳极限时，齿面上出现不规则的细微的疲劳裂纹，随着裂纹的蔓延、扩展而导致齿面表层上的金属微粒剥落，形 20 最高油面最低油面成麻点状的凹坑，这种现象称为齿面疲劳点蚀。 点蚀发生后，破坏了齿轮的正常工作，引起振动和噪声。 实践表明，由于轮齿在节线附近啮合时，同时啮合的齿对数少 ，且轮齿间相对滑动速度小，润滑油膜不易形成，所以点蚀首先出现在靠近节线的齿根表面上。 一般闭式传动中软齿面易发生点蚀失效 ， 设计时就 应 保证齿面有足够的接触强度。 （ 3）齿面胶合 在高速重载的齿轮传动中，由于齿面间的压力较大，相对滑动速度较高，因而发热量大， 使 啮合区温度升高、油膜破裂而引起润滑失效，相啮合两个齿面的局部金属直接接触并在瞬间互相粘连。 当两齿面相对转动时，较软齿面上的金属从表面被撕落下来，而在齿面上沿滑动方向出现条 状 伤痕，这种现象称为齿面胶合。 在低速重载的传动中，由于齿面间压力大，因而不易形成油膜 ，也会出现胶合。 （ 4）齿面磨损 齿面磨损是齿轮在啮合 传 动过程中，轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象。 齿轮的磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。 （ 5）塑性变形 当轮齿材料较软而载荷较大时，轮齿表面的材料将沿着摩擦力方向发生塑性变形，导致主动轮齿面节线附近出现凹沟，从动轮齿面节线附近出现凸棱，齿面的 正常 齿形被破坏，影响齿轮的正常啮合，这种现象称为齿面塑性变形。 这种失效主要出现在低速、过载严重和起动频繁的齿轮传动中。 齿轮箱的结构与齿轮参数简介 本次试验台的升速齿轮采用一级斜齿圆柱齿轮，本章节主要对升速器 机构进行PRO/E 模型建立。 动力由大齿轮部分传入，小齿轮输出，达到升速的目的。 其中大、小齿轮和两根轴是关键部分和主要部件，它的好坏将直接影响到变速器的传动效率和功率。 具体装配图如下图 所示： 21 S(x,y)(x1,y1)通过 来确 定A(x,y)(x1,y1)ang ang 图 升速器装配图 本升速器的主要技术参数最大输入扭矩为 1176N M，变速比为 1:4，根据设计方法，利用上面参数经计算得到大、小两个齿轮的参数如表 所示。 表 升速器斜齿参数 齿轮名称 齿 数 压力角(度 ) 模数。