一种商用车变速箱中心距估算方法、装置、变速箱及车辆与流程

本发明涉及商用车变速箱，具体涉及一种商用车变速箱中心距估算方法、装置、变速箱及车辆。

背景技术：

1、变速箱中心距是指平行轴齿轮副中，两齿轮轴线间公垂线段的长度。这一参数对于变速箱的设计至关重要，因为它不仅决定了变速器的整体外形和尺寸，还直接影响其成本效益。在输入和输出扭矩恒定的情况下，中心距的减小能显著减小变速箱的总体尺寸，从而降低制造成本。中心距的确定主要取决于具有最大扭矩放大系数的齿轮（通常是一挡齿轮速比），且一旦在变速箱壳体上确定，便不可更改，因此设计之初的精准预测尤为重要。

2、目前，变速箱中心距的评估主要依赖于个人经验和与现有相似变速箱的比较。这种方法虽然简便，但存在明显的不足。由于缺乏科学的量化分析和精确的数据支持，往往导致后期变速箱重量和成本的初步估算存在较大的偏差。

3、不准确的中心距评估可能导致变速箱设计过程中的多次迭代和调整，不仅增加了设计周期和成本，还可能影响产品的最终性能和质量。

技术实现思路

1、针对现有技术中变速箱中心距评估存在的问题，本发明提供一种商用车变速箱中心距估算方法、装置、变速箱及车辆。

2、第一方面，本发明技术方案提供一种商用车变速箱中心距估算方法，包括如下步骤：

3、确定变速箱的结构；包括整体式结构和组合式结构；

4、根据齿轮啮合传动原理构建中心距计算初始模型；

5、结合中心距计算初始模型建立齿轮计算接触应力与中心距的关系；

6、根据计算接触应力与中心距的关系对中心距计算初始模型进行参数变换，得到最终的中心距计算模型；

7、根据变速箱的结构计算所述中心距计算模型中各参数的取值；

8、将各参数的值输入中心距计算模型计算出变速箱中心距。

9、作为本发明技术方案的进一步限定，根据齿轮啮合传动原理构建中心距计算初始模型的步骤中，中心距计算初始模型为；

10、，；

11、；

12、；

13、式中，为中心距，为副轴一挡齿轮节圆直径，为主轴一挡齿轮节圆直径，为副轴一挡齿轮分度圆直径，为主轴一挡齿轮分度圆直径，为一挡齿轮副端面啮合角，为一挡齿轮副端面压力角，为一挡齿轮副传动比。

14、作为本发明技术方案的进一步限定，结合中心距计算初始模型建立齿轮计算接触应力与中心距的关系的步骤包括：

15、由赫兹接触理论得出齿轮计算接触应力模型

16、

17、其中，；

18、结合中心距计算初始模型以及副轴一挡齿轮切向力得到齿轮计算接触应力与中心距的关系

19、

20、式中，为一挡齿轮计算接触应力，为接触线上单位长度的载荷，为副轴一挡齿轮材料泊松比，为主轴一挡齿轮材料泊松比，为副轴一挡齿轮材料弹性模量，为主轴一挡齿轮材料弹性模量，为啮合齿面上啮合点的综合曲率半径，为副轴一挡齿轮节点处法面曲率半径，为主轴一挡齿轮节点处法面曲率半径，为一挡齿轮副基圆螺旋角，为副轴扭矩，为一挡齿轮副啮合齿宽，为材料系数，为节点区域系数，为重合度系数，为粗糙度系数，为润滑速度系数，为动载系数。

21、作为本发明技术方案的进一步限定，根据接触应力与中心距的关系对中心距计算初始模型进行参数变换，得到最终的中心距计算模型的步骤中，最终的中心距计算模型为：

22、

23、式中，为发动机扭矩，为常啮合齿轮副传动比，为安全系数，为许用接触应力。

24、作为本发明技术方案的进一步限定，根据变速箱的结构计算所述中心距计算模型中各参数的取值的步骤包括：

25、根据副轴一挡齿轮材料弹性模量、主轴一挡齿轮材料弹性模量以及一挡齿轮副传动比计算材料系数；

26、基于端面压力角和基圆螺旋角计算节点区域系数；

27、根据变位齿轮传动的无侧隙啮合条件计算端面啮合角。

28、作为本发明技术方案的进一步限定，根据变速箱的结构计算所述中心距计算模型中各参数的取值的步骤还包括

29、根据变速箱结构设置许用接触应力值，其中，组合式变速箱的许用接触应力值小于整体式变速箱的许用接触应力值。

30、第二方面，本发明技术方案提供一种商用车变速箱中心距估算装置，包括结构确定单元、初始模型构建单元、关系建立单元、模型变换处理单元、参数获取单元和执行单元；

31、结构确定单元，用于确定变速箱的结构；包括整体式结构和组合式结构；

32、初始模型构建单元，用于根据齿轮啮合传动原理构建中心距计算初始模型；

33、关系建立单元，用于结合中心距计算初始模型建立齿轮计算接触应力与中心距的关系；

34、模型变换处理单元，用于根据计算接触应力与中心距的关系对中心距计算初始模型进行参数变换，得到最终的中心距计算模型；

35、参数获取单元，用于根据变速箱的结构计算所述中心距计算模型中各参数的取值；

36、执行单元，用于将各参数的值输入中心距计算模型计算出变速箱中心距。

37、作为本发明技术方案的进一步限定，中心距计算初始模型为；

38、，；

39、；

40、；

41、式中，为中心距，为副轴一挡齿轮节圆直径，为主轴一挡齿轮节圆直径，为副轴一挡齿轮分度圆直径，为主轴一挡齿轮分度圆直径，为一挡齿轮副端面啮合角，为一挡齿轮副端面压力角，为一挡齿轮副传动比。

42、作为本发明技术方案的进一步限定，由赫兹接触理论得出齿轮计算接触应力模型

43、

44、其中，；

45、结合中心距计算初始模型以及副轴一挡齿轮切向力得到齿轮计算接触应力与中心距的关系

46、

47、式中，为一挡齿轮计算接触应力，为接触线上单位长度的载荷，为副轴一挡齿轮材料泊松比，为主轴一挡齿轮材料泊松比，为副轴一挡齿轮材料弹性模量，为主轴一挡齿轮材料弹性模量，为啮合齿面上啮合点的综合曲率半径，为副轴一挡齿轮节点处法面曲率半径，为主轴一挡齿轮节点处法面曲率半径，为一挡齿轮副基圆螺旋角，为副轴扭矩，为一挡齿轮副啮合齿宽，为材料系数，为节点区域系数，为重合度系数，为粗糙度系数，为润滑速度系数，为动载系数。

48、作为本发明技术方案的进一步限定，中心距计算模型为：

49、

50、式中，为发动机扭矩，为常啮合齿轮副传动比，为安全系数，为许用接触应力，为一挡齿轮副啮合齿宽，为材料系数，为节点区域系数，为重合度系数，为粗糙度系数，为润滑速度系数，为动载系数，为副轴一挡齿轮分度圆直径，为一挡齿轮副端面啮合角，为一挡齿轮副端面压力角，为一挡齿轮副传动比。

51、作为本发明技术方案的进一步限定，参数获取单元，具体用于根据副轴一挡齿轮材料弹性模量、主轴一挡齿轮材料弹性模量以及一挡齿轮副传动比计算材料系数；基于端面压力角和基圆螺旋角计算节点区域系数；根据变位齿轮传动的无侧隙啮合条件计算端面啮合角；根据变速箱结构设置许用接触应力值，其中，组合式变速箱的许用接触应力值小于整体式变速箱的许用接触应力值。

52、第三方面，本发明技术方案提供一种变速箱，所述变速箱为通过如第一方面所述的商用车变速箱中心距估算方法设计的变速箱。

53、第四方面，本发明技术方案还提供一种车辆，所述车辆包括如第三方面所述的变速箱。

54、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：通过构建中心距计算模型，该方法能够准确快速地估算出变速箱的中心距，避免了传统方法中繁琐的试错过程，提高了变速箱设计的效率和精度，有助于缩短产品开发周期，降低开发成本。考虑到变速箱可能存在的不同结构（整体式与组合式），本发明方法提供了灵活的计算框架，能够根据不同结构特性调整计算参数，确保了估算结果的广泛适用性和准确性。结合齿轮啮合传动原理，该方法建立了齿轮计算接触应力与中心距之间的直接关系，有助于在设计阶段就充分考虑齿轮的受力情况和磨损状况，从而优化齿轮参数设计，提升变速箱的整体性能和寿命。

55、通过精确计算变速箱中心距，可以更好地控制变速箱内部各部件的空间布局和配合精度，减少因装配误差或设计不当导致的故障发生，提高车辆运行的可靠性和稳定性。