浅谈变速箱轴系预紧计算校核方法.pdf

汽车实用技术
2017年第14期
测试试验
AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY
2017NO.14
10.16638/j.cnki.1671-7988-2017.14.049
浅谈变速箱轴系预紧计算校核方法
宁垒,文俊,温华明,杨士先
(安徽江淮汽车集股份有限公司,安微合肥230601)
摘要:文章旨在对变速箱轴系的预紧进行探讨,论证变速箱齿轴系统进行预紧的必要性,并对齿轴系统提出一种
简化的便于预紧力计算的模型,用以计算齿轴系统预紧所需的预紧力。主要针对以下三个问题:轴系繻要预紧的原
因分析,何时需要对轴系进行预紧,如何对轴系进行预紧。做具体阐述。
关键词:变速箱;齿轴系统;预紧
中图分类号:U467文献标识码:A文章编号:1671-7988(2017)14-141-03
A brief discussion on the calculation method of the gearbox shaft preload calculation
Ning Lei, Wen Jun, Wen Huaming, Yang Shixian
(Anhui Jianghuai Automobile group Co. Lid, Anhui Hefei 230601
Abstract: This papcr aims at finding a way to describe the dcsign of DCT gcar systcm pretension and thc assembling mcthod
which fulfill the pretension force needed. This paper mainly answers the following three questions: Why a gear system needs
to be prctightcncd, In what condition a gcar systcm nccds to bc prctightcncd, How Lo prctightcn a gcar systcm
Keywords: DCT; gear sy
retension
CLC NO: 0467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2017)14-141-03
靠近两端的齿轮受力状态指向外侧时
引言
输入轴后端预紧螺栓
离K2
输入轴2
输入轴1
在斜齿轮啮合传动的变速箱轴系当中,各挡齿轮会受到
往复轴向载荷作用,由于零部件的受载变形,可能在各部件
之间产生微小的轴向间隙而窜动,导致各零部件与轴之间出
柱车齿轮
4st 6st 2nd R
3rd 7at 5st
现微动磨损
输出至前桥差速器
若轴系各零部件之间没有足够的压紧力,则最终会由于
图1Audi纵置7DCT变速箱轴系布置
微动磨损而致使过盈配合失效,导致齿轮、同步器等移位甚
以图1中的AUDI7DCT变速箱为例,其就在输入轴后
至从轴上脱出。因此,对变速箱轴系进行预紧是非常有必要端设置了一个预紧螺栓(如图1所示),用以预紧深沟球轴承
内圏、5档主动齿轮、7档主动齿轮,以及5/7档同步器。
在一些结构中,虽然轴系两端设置了两个锥轴承,并使
1轴系预紧的方式以及应用情况
用调整垫片,使变速箱壳体合箱之后存在一定的过盈量,利
对于非行星轮式结构的机械变速箱而言,一般有两根或用变速箱売体的变形来对轴系提供一定的夹紧,但由于轴系
多根齿轮轴组成其传动系统,其中间轴或者输出轴轴系一般内部岺部件的布置以及受载情况所限,依然会使用一个螺栓
会采用一个螺栓或者螺母米进行预紧,尤其是对于轴系当巾或者螺母来压紧轴承内圈,对轴系进行预紧
以下图2中的VW某变速箱输出轴总成为例,在变速箱
作者简介:宁垒,就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。
万方数井
7年第14期
宁垒等:浅谈变速箱轴系预紧计算校核方法
转过程中,在前进档时各档从动齿轮的轴向力均指向脱出被压缩(如图4所示,轴的拉伸变形量为f,被压缩件的压
轴系的一側,有将图中左側锥轴承内圏顶出输出轴的趋势。缩变形量为が),二者在Fw的作用下达到受力平衡。
若仅依靠调整垫片的过盈,由变速箱壳体变形米预紧轴系
当变速箱运转时,在档位齿轮所受的轴向载荷F1的作用
有以下两个问题
下(如图5所示,F1可由齿轮参数以及变速箱速比、受载情
。锥轴承内圈、轴套、同步器齿毂等依然没有与轴直接况计算得到,且在此处不考虑其偏心加载的情况),轴会被进
压紧,在载荷作用下,依然存在相对运动的可能性
一步拉伸伸长(パ),而被压紧零部件则产生相同变形量的松
使用调整垫片预紧时,当工作温度升高后,由于变速弛或回蝉(/),造成被夹紧笭部件之间的预紧力下降。此
箱売体的受热膨胀,将在很大程度上抵消调整垫片的过盈,时的轴系中的残余预紧力由装配后的F下降至Fs,而预紧
使工作时的轴系预紧力大大減小。因此,在该例中,若无预螺栓/螺母端面下的压力(以及轴所受的拉力)则由Fa増加
紧螺栓对轴系进行预紧,最终将由于轴向微动暦损的作用,了7(即F+Fs)。同时被夹紧零部件的压缩变形量则由装
导致与轴过盈配合的同步器齿毂以及锥轴承内圈从轴上脱配后的減小至(4=-/)。
夹紧螺栓
图2V某变速箱输出轴各档齿轮前进档受力方向示意
图4轴系受载变形
2轴系预紧的设计校核方法
2.1轴系预紧设计计算过程简介
轴系预紧的关键,就是依靠一个紧固件,通过装配提供
足够的轴向预紧力,保证在任何工况的载荷条件下,在轴系
上各零部件之间,都保持有一定的残余预紧力(指工作载荷
夹紧螺栓
加载后轴系上各被夹紧零部件之间的夹紧力),始终使各零部
图5轴系内齿轮受载示意
件之间相互保持压紧,而不会产生间隙。
不难发现,Fk或者FkwR与F4存在对应的比例关系(以
在变速箱轴系当中,一般会有多个档位齿轮以及同步器轴系上各零部件都为弹性变形,未进入屈服阶段为前提):
齿毂需要进行预紧,本文将引入螺栓连接强度计算分析的
KA=? FA; FKR=FM-(1-Φ)·F
些理论来对轴系预紧进行分析,包含以下内容
轴系的受载变形理论
其比例系数Φ称为载荷传递系数,其取决于图4中两条
轴系预紧的计算校核简化模型;
伸轴力-变形量山线的斜率一一即空心轴与其上各被夹紧
计算校核的目标以及方法。
零部件的刚度之比
要确定所需的预紧力,则需要借助轴向预紧变形的理论
而部件的刚度,可以根据各零部件的结构、材料等建
确定经预紧、且齿轮加载后轴系中的残余预紧力。
立模型,使用施加单位力时所产生的变形量米表征。
2.2轴系部件的轴向变形
基于以上的分析,就可以通过建立模型米计算各零部件
在轴系完成装配预紧后,当齿轮加载时,并非所有的齿之间的残余预紧力'kR,以及在加载后轴系中的出现的最大
轮载荷均能会加载到预紧螺栓螺母之上,除开因齿轮載荷并预紧力FMAx( Mays F+FsA)。
非作用于轴系中心线(偏心加载),导致一部分载荷转化为弯
在本案中,要求齿轮加裁后在被夹紧的零部件之间仍然
矩外,最主要是因为轴系中各零部件受载后产生了拉伸、压留有足够的残余预紧力FsR,出于安全考虑,Fs的取