商用汽車變速器中心距的估計

陳金柱

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

商用汽車變速器中心距的估計

陳金柱

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

影響齒輪式變速器扭矩容量的齒輪強度和軸承容量，與變速器中心距密切相關(guān)。因此，一般把中心距作為表示變速器扭矩容量的代表參數(shù)來使用。齒輪點蝕是重要的性能約束因素，文章從輪齒接觸應(yīng)力出發(fā)，推導(dǎo)出變速器中心距的近似公式，并給出利用近似公式計算的理論中心距與變速器實際中心距的比較。

變速器；中心距；估計

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.011

CLC NO.: U463.212 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-32-03

影響齒輪式變速器扭矩容量的齒輪強度和軸承容量，與輸入軸和中間軸或輸入軸與輸出軸之間的距離（中心距a）密切相關(guān)，它是一個基本參數(shù)，其大小不僅還對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對輪齒的接觸強度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當由保證輪齒有必要的接觸強度來確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與方便和不因同一垂直上面的兩軸承孔之間的距離過小而影響殼體的強度考慮，要求中心距取大些。此外，受一檔小齒輪齒數(shù)不能過少的限制，要求中心距也要取大些。還有，變速器中心距取得過小，會使變速器長度增加，并因此而使軸的剛度被消弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。

1、點蝕承載能力計算

赫茲（Hertz）所開發(fā)的為了計算兩個圓柱滾子的壓應(yīng)力的方程成為點蝕計算的基礎(chǔ)。小齒輪接觸應(yīng)力按下述公式確定：

式（1）中的符號含義如下：

ZB/D——單齒輪接觸系數(shù)ZB、齒輪接觸系數(shù)ZD，見GB/T 3480 7.1.5；

ZH——節(jié)點區(qū)域系數(shù)，見GB/T 3480 7.1.1；

ZE——彈性系數(shù)，N/mm2，見GB/T 3480 7.1.2；

Zε——重合度系數(shù)，見GB/T 3480 7.1.3；

Zβ——螺旋重系數(shù)，見GB/T 3480 7 .1.4；

Ft——名義圓周力，單位為N；

b——接觸齒寬，單位為mm；

d1——小齒輪分度圓直徑，單位為mm；

u——傳動比z2/ z1，|z2z1|≥1；

KA——應(yīng)用系數(shù)，見GB/T 3480 6.1；

KV——動載系數(shù)，見GB/T 3480 6.2；

KHβ——齒向載荷分布系數(shù)，見GB/T 3480 6.3；

KHα——齒向載荷分配系數(shù)，見GB/T 3480 6.4；

2、估計中心距

為了得到計算中心距a的公式，節(jié)點處計算接觸應(yīng)力的基本值σH0，N/mm2，用下式表示：

式（1）即可表示為：

小齒輪軸所傳遞的扭矩T1

且齒寬與直徑比b/d1由一下公式給出

式（5）中的直徑d1可下式代入

將表面應(yīng)力σH用許用應(yīng)力σH,perm替換：

式（8）中的符號含義如下：

σH,lim——實驗齒輪的接觸強度極限，N/mm2，見GB/T 3480 8.1；

ZNT——接觸強度計算的壽命系數(shù)，見GB/T 3480 8.2.1；

ZL——潤滑劑系數(shù)，見GB/T 3480 8.3.1；

ZR——粗糙度系數(shù)，見GB/T 3480 8.3.1；

ZV——速度系數(shù)，見GB/T 3480 8.3.1；

ZW——工作硬化系數(shù)，見GB/T 3480 8.4；

ZX——接觸強度計算的尺寸系數(shù)，見GB/T 3480 8.5.1；

現(xiàn)在，即可求出中心距a

對于具有最大放大系數(shù)的齒輪傳動機構(gòu)曾進行過評估，對于齒寬直徑比b/d1，采用了一個確認的實際值。為了減小不均勻的齒面磨損，每個檔位的齒輪都選擇了一個不同的b/d1值。圖1給出了現(xiàn)有的汽車變速器的b/d1的估值。

圖1 現(xiàn)有的5檔和6檔商用車變速器齒寬直徑比b/d1

為了估計中心距，式（9）中的各個因子可以采用下面取值：

KA=0.85（貨車）、0.65（乘用車），按DIN 3990 第41部分第28頁；

σH,lim=1800 N/mm2，按DIN 3990 第41部分第29頁，材料16MnCr5；

為了計算一檔齒輪嚙合的中心距，可使用下列近似公式（中心距a單位為mm，轉(zhuǎn)矩T1單位為N·mm）：

式中 對于乘用車Ka=0.255，對于貨車Ka=0.278

T1——一檔小齒輪軸的轉(zhuǎn)矩。

3、 變速器理論中心距實際中心距的比較

圖2給出了利用公式（10）計算得出的理論中心距與變速器實際中心距的比較。

4、總結(jié)

影響齒輪式變速器扭矩容量的齒輪強度和軸承容量，與輸入軸和中間軸或輸入軸與輸出軸之間的距離（中心距）密切相關(guān)。因此，一般把中心距作為表示變速器扭矩容量的代表參數(shù)來使用。本文從輪齒接觸應(yīng)力出發(fā)，推導(dǎo)出變速器中心距的近似公式，并給出利用近似公式計算的理論中心距與變速器實際中心距的比較，近似公式基本準確。

圖2 變速器理論中心距與實際中心距的比較

另外，因為中心距對變速比的設(shè)定范圍、變速器質(zhì)量以及同步裝置的能力等有直接影響，所以理論中心距要充分考慮車輛性能（動力性、油耗特性等）、操縱性能和系列化之后，結(jié)合設(shè)計工作的系統(tǒng)展開再確定這一重要參數(shù)。

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The estimates of the center distance of commercial vehicle transmission

Chen Jinzhu
(Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Institute, Shaanxi Xi'an 710119)

Influence gear transmission torque capacity of gear strength and bearing capacity, related with transmission center distance. Thus, generally use center distance as representative parameter that represents the transmission torque capacity. Gear pitting is an important performance constraint. In this paper, starting from the tooth contact stress, derived approximate formula of transmission center distance, and gives comparison of the theory center distance that calculated using the approximate formula and the actual center distance.

transmission; center distance; estimates

U463.212

A

1671-7988 (2016)12-32-03

陳金柱（1985-），男，工學(xué)碩士，就職于西安法士特汽車傳動有限公司研究院。