微型汽車變速器反求分析

廖洋

一、微型汽車變速箱功能分析

1.1 ?微型汽車變速器的功能

變速器是改變汽車力矩和轉(zhuǎn)速的機(jī)構(gòu)，其主要功能有：

1.滿足汽車起步、加速和爬坡行使時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)速。

2.保證汽車能實(shí)現(xiàn)不同的行駛速度，和倒車。

3.保證汽車在原地啟動(dòng)、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)而不向驅(qū)動(dòng)輪輸出功率。

4.使汽車完成對(duì)其他機(jī)械輸出動(dòng)力。

1.2 ?變速和保證變速的順利進(jìn)行的實(shí)現(xiàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸輸出功率到變速器，變速器的中間軸上有二個(gè)同步器，而每個(gè)同步器都與變速器輸出軸連在一起，并且可以左右滑動(dòng)。每個(gè)同步器共有左、中、右三個(gè)位置，中間不與任何齒輪同步，而左右都可以和齒輪同步，通過(guò)撥叉撥動(dòng)來(lái)控制同步器的左右運(yùn)動(dòng)，與不同的齒輪同步，而四結(jié)齒輪處于常嚙全狀態(tài)，但可以相對(duì)于II軸轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦與同步器同步就可帶動(dòng)II軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)撥叉控制同步器與不同的齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)變速。而撥叉機(jī)構(gòu)具有自鎖與互鎖功能，每次變速換檔都會(huì)經(jīng)過(guò)中間位置，即空檔，這樣就保證了變速的順利進(jìn)行。

二、微型汽車變速箱運(yùn)動(dòng)分析

2.1 ?測(cè)量微型汽車車輪直徑

經(jīng)測(cè)量微型汽車的車輪直徑為D=450mm

2.2 ?最高車速為120KM時(shí)變速箱的傳動(dòng)比

v=120km/h=33.34m/s

nⅢ=nⅠ/i總

由車輪的線速度公式v=rω可以求出總的傳動(dòng)比i總，則有：

v=rω=r×2πnⅡ/60=DπnⅠ/60i總

i總=DπnⅠ/60v=4.32

2.3 ?變速箱的最大和最小載狀態(tài)

微型汽車的額定功率時(shí)一定的，則有：

p=Tω=Tπn/30

T=30p/ωn

根據(jù)上式可知，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率達(dá)到最大且變速箱的檔位最低，即速度最低時(shí)，該軸受到的載荷是最大的;同樣當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率達(dá)到了額定功率，變速箱檔位最大，即速度最高時(shí)，該軸的載荷就是最小。根據(jù)傳動(dòng)比可以分析出變速箱中受載荷最大的時(shí)候再是汽車處于一檔的時(shí)候的差速器從動(dòng)軸上;變速箱中受載荷最小的軸是汽車處于四檔的時(shí)候中間軸上。

2.4 ?行駛速度分別為10、20、40、60km/h時(shí)應(yīng)該使用檔位的分析

變速箱主減速器的傳動(dòng)比為i：i=4.35

根據(jù)速度計(jì)算公式V=DπnⅠ/60iⅠi總可以計(jì)算出在額定功率下各個(gè)檔位所能夠達(dá)到的最大速度。則有：

V1=29.9m/s V2=49.5m/s V3=80.4m/s V4=119.1m/s

再通過(guò)最大速度與所要求的速度進(jìn)行比較，由于汽車的第四檔穩(wěn)定速V≤25km/h。以汽車在行駛的過(guò)程中能夠省油為標(biāo)準(zhǔn)選取合適的檔位行使，則最后選定：

10km/h用1檔，20km/h用2檔，40km/h用3檔，60km/s用4檔。

三、微型汽車變速箱結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 ?受力最大的時(shí)候各軸的扭矩

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩最大是60.5N，由于發(fā)動(dòng)機(jī)直接輸出到變速器的輸入軸，所以變速器的輸入軸受到的最大扭矩T1，則有：T1=60.5N

根據(jù)公式p=Tω=Tπn/30可以計(jì)算出中間軸的最大扭矩TⅡ，中間軸的轉(zhuǎn)速是第一根軸的傳動(dòng)比轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的，則有：

TⅡ=TⅠ×imax

TⅡ=60.5×3.585=216.89N

同樣可以求出差速器所受到的最大扭矩為TⅢ，則有：

TⅢ=TⅠ×imax×i主=60.5×3.585×4.35=943.48N

3.2 ?各軸的最小直徑

根據(jù)公式p=Tω=Tπn/30，可以計(jì)算出在最大扭矩的前提下軸的功率p，也就是說(shuō)在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大扭矩的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有達(dá)到額定功率，那么可以計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的扭矩Te，則有：Te=46

遠(yuǎn)比最大扭矩小，這樣在最大扭矩下求得軸的最小直徑就是該軸的最小直徑，則有各個(gè)軸的最小直徑為：

3.3 ?各個(gè)檔位齒輪強(qiáng)度

變速箱各檔齒輪材料為：合金鋼（20CrMnTi）。材料強(qiáng)度極限為：[σF]=1100MPa。取7級(jí)精度。齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度為：

齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度為：

可見(jiàn)，齒輪的強(qiáng)度滿足要求。

四.汽車變速箱關(guān)鍵零部件反求分析

4.1零件公差反求分析

實(shí)測(cè)尺寸不等于原設(shè)計(jì)尺寸，需要從實(shí)測(cè)尺寸推論出原設(shè)計(jì)尺寸。假設(shè)所測(cè)的零件尺寸均為合格，實(shí)測(cè)值一定是圖樣上規(guī)定的公差范圍內(nèi)一數(shù)值，即

實(shí)測(cè)值 = 基本尺寸± 制造誤差± 測(cè)量誤差

采用基孔制：孔的實(shí)測(cè)值 - 基本尺寸 ≤1/2 孔公差（ITII級(jí)）

采用基軸制：基本尺寸 - 軸的實(shí)測(cè)值 ≤1/2 軸公差（ITII級(jí)

4.2件材料、熱處理反求分析

機(jī)械零件的材料選擇與熱處理方法直接影響到零件的強(qiáng)度，剛度，周，壽命，可靠性等指標(biāo)，材料的選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題。

材料的成分分析：對(duì)材料的整體，局部，表面進(jìn)行定性分析或定量分析時(shí)，可通過(guò)以下手段：火花鑒別法，音質(zhì)判別法，原子發(fā)射光譜分析法，化學(xué)成分分析法，微探針?lè)治龇ā?/p>

材料的組織結(jié)構(gòu)分析：可以用放大鏡觀察材料的晶體大小，淬火硬層的分布，縮孔的缺陷等情況。通過(guò)對(duì)材料的分析，結(jié)合我國(guó)國(guó)產(chǎn)材料的具體性能，選擇合適的代用品。

五、設(shè)計(jì)結(jié)論

作為學(xué)生我們的設(shè)計(jì)是不完美的，甚至有不切實(shí)際的可能，因?yàn)槲覀儧](méi)有結(jié)合實(shí)際考察，沒(méi)有經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)與檢驗(yàn)。我們應(yīng)該盡可能結(jié)合《機(jī)械制圖》與《機(jī)械設(shè)計(jì)》中學(xué)習(xí)到的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)誤區(qū)進(jìn)行考慮，避免常見(jiàn)的的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，使我們的設(shè)計(jì)更加合理，更加人性化，更加符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)概念。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃靖遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.

[2]黃純穎.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M]北京：清華大學(xué)出版社.1992.