北京130 CAS5-20五檔變速箱的設(shè)計(jì)-中間軸式五檔變速器【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】【QX系列】

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煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 目 錄 一、前言…………………………….………….2 二、汽車變速器簡(jiǎn)介……………….………….3 1、變速器介紹……………………………………………………3 2、變速器的作用…………………………………………………4 3、變速器基本原理………………………………………………4 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)……………….………….6 四、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想……………….………….8 五、設(shè)計(jì)方案的確定……………….………….8 六、工作部件的設(shè)計(jì)……………………….….11 七、軸的校核……………………………….….21 八、本次設(shè)計(jì)的變速箱CAS5-20的特點(diǎn)…….28 九、變速箱故障的排除……………..……...….29 十、本次設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)……………….……….31 十一、運(yùn)用CAD的設(shè)計(jì)和作圖過(guò)程………....31 十二、變速器的發(fā)展現(xiàn)狀與方向………….….32 十三、致謝與總結(jié)………………………….….35 十四、參考資料…………………………….….36 一、前言 汽車行業(yè)近幾年在中國(guó)飛速發(fā)展， 汽車在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大?，F(xiàn)代汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器。在汽車部件中，變速箱是汽車傳動(dòng)系中最主要的部件之一,它通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的任務(wù)就是北京130 CAS5-20五檔變速箱的設(shè)計(jì), 大體思路是先充分調(diào)研,復(fù)習(xí)汽車設(shè)計(jì)的知識(shí)，然后親自拆裝變速器，再根據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，然后AutoCAD和UG畫(huà)圖，接著制作說(shuō)明書(shū)，最后認(rèn)真準(zhǔn)備答辯。 在調(diào)研過(guò)程中，吳教授帶領(lǐng)我們拆北京130變速箱，我們親自測(cè)量，安裝。為設(shè)計(jì)取得了許多感性資料。指導(dǎo)老師又向我們提出了設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)時(shí)間分配以及主要零部件的確定，為我們此次設(shè)計(jì)的完成奠定了良好的基礎(chǔ)。在此向吳老師表示誠(chéng)摯的感謝!!! 由于時(shí)間短促，我的水平所限，無(wú)論設(shè)計(jì)還是畫(huà)圖，其中都有不盡如人意之處，，錯(cuò)誤和疏漏在所難免。本人誠(chéng)懇希望老師及同學(xué)們給予意見(jiàn)和建議以使設(shè)計(jì)更加完美。 二、汽車變速器簡(jiǎn)介 1、變速器介紹 在汽車行駛中，要求驅(qū)動(dòng)力的變化范圍是很大的，而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的變化范圍有限。必須通過(guò)變速器來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的變化范圍能滿足汽車行駛的需要。同時(shí)，變速器還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)汽車的倒駛和發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)。目前汽車上多采用機(jī)械有級(jí)式變速器，由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（傳遞和變換扭矩）和變速操縱機(jī)構(gòu)（用來(lái)變換檔位）組成。一般設(shè)有3～6個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒檔。每一個(gè)檔位都有一個(gè)傳動(dòng)比，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩增大到和傳動(dòng)比相同的倍數(shù)。同時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到和傳動(dòng)比相同的倍數(shù)。擋位越低，傳動(dòng)比越大。因此，當(dāng)汽車低速行駛需要大扭矩時(shí)，可以將變速器掛入低擋，而汽車高速行駛需要小扭矩時(shí)，可將變速器掛入高檔。在前進(jìn)檔中，有一個(gè)檔的傳動(dòng)比為1。掛入該擋時(shí)變速器第一軸（輸入軸）和第二輪（輸出軸）初成一體同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出動(dòng)力不經(jīng)變化直接輸出，稱之為直接擋。直接擋傳動(dòng)效率最高，應(yīng)經(jīng)常使用。當(dāng)變速器不掛入任何擋位，稱之為空擋，動(dòng)力傳送中斷，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足汽車滑行和怠速時(shí)的需要。 按傳動(dòng)比變化方式，變速器可分為有級(jí)式，無(wú)機(jī)式和綜合式。有級(jí)變速就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，經(jīng)過(guò)變速器可以得到有限的幾種汽車行駛速度（例如五種）。最低速度叫一檔，依次向上排列。應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩都能在一定范圍內(nèi)變化，故動(dòng)力經(jīng)過(guò)變速器后，將能在幾個(gè)更大的范圍內(nèi)（例如五個(gè)）改變轉(zhuǎn)速和扭矩大小。無(wú)級(jí)變速是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速.扭矩一定時(shí)，經(jīng)過(guò)變速，可使汽車速度與驅(qū)動(dòng)輪上扭矩在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。 汽車上的有級(jí)式變速器又可分為普通齒輪變速器與行星變速器兩種。有級(jí)式變速器應(yīng)用最廣泛。特點(diǎn)為：它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。我們所要設(shè)計(jì)的北京130上用的屬于有級(jí)式。北京130所用變速器為CAS5-20中間軸式五檔變速器，即有五個(gè)前進(jìn)檔位。軸線固定。因?yàn)椋本?30屬于輕型貨車，從經(jīng)濟(jì)，工作環(huán)境等各個(gè)方面綜合考慮，有級(jí)式最合適。 變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。 對(duì)變速器提出如下基本要求： (一） 保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 （二） 設(shè)置空檔， 用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)輸 （三） 設(shè)置倒檔， 使汽車能倒退行駛。 （四） 設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。 （五） 換檔迅速、省力、方便。 （六）工作可靠。 汽車行駛過(guò)程中，變速器不得有跳檔、亂檔以及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。 （七） 變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。 （八） 變速器的工作噪聲低。 除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。 滿足汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比范圍和各檔傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。 本次設(shè)計(jì)的CAS5-20型五檔全同步變速器是為BJ130型汽車變速器的更新?lián)Q代需要，同時(shí)也為滿足一汽輕型汽車的發(fā)展而研制的。該變速器吸收了當(dāng)代國(guó)外變速器的先進(jìn)結(jié)構(gòu)并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況而設(shè)計(jì)，采用垂直對(duì)分式殼體、單滑軌操縱機(jī)構(gòu)、同一規(guī)格的慣性鎖止式同步器和錐軸承，以及采用電子束焊接等新技術(shù)，使該變速器具有可換檔靈活可靠，系列變型容易，適用范圍廣，節(jié)省燃料等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，相當(dāng)于國(guó)際80年代先進(jìn)水平。該產(chǎn)品1998年獲中汽聯(lián)分布發(fā)的優(yōu)秀協(xié)作產(chǎn)品獎(jiǎng)；1989年獲機(jī)電部?jī)?yōu)質(zhì)產(chǎn)品稱號(hào)。已為全國(guó)32個(gè)廠家配套。 本產(chǎn)品除可為一汽輕型車系列產(chǎn)品匹配外，還是國(guó)內(nèi)130系列變速器較為理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品，適用于130系列輕型載貨車，改裝車，專用車及中型旅行車、農(nóng)用車等。 2、變速器的作用 變速器是汽車傳動(dòng)系中最主要的部件之一。它的功用是： （1）在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動(dòng)輪上扭矩的大小。由于汽車行駛件不同，要求車行使速度應(yīng)能在很大范圍內(nèi)變化。例如，在高速公路上行駛，要求汽車能以超過(guò)或接近100km/h的高速行駛，而在繁華的市區(qū)或道路條件很差的情況下，要求汽車能以每小時(shí)幾公里的速度行駛。目前汽車所用的內(nèi)燃機(jī)，其曲軸轉(zhuǎn)速變化范圍都很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了車速應(yīng)在很大范圍內(nèi)變化的要求。 汽車在行駛時(shí)，行駛阻力變化也很大，要求汽車驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也應(yīng)在很大范圍內(nèi)變化。例如，汽車空車在水平路面行駛時(shí)，行駛阻力很小，而當(dāng)汽車滿載克服陡坡時(shí)，行駛阻力便很大，而目前汽車所用的內(nèi)燃機(jī)若供油量不變，當(dāng)汽車曲軸轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，曲軸輸出的扭矩變化范圍很小，完全不能滿足上述要求。 綜上所述，由于汽車行駛速度（或驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速）和驅(qū)動(dòng)輪扭矩都要求必須有很大的變化范圍，而內(nèi)燃機(jī)特性滿足不了這種要求，因而在汽車傳動(dòng)系中便要裝置變速器，以便在較大范圍內(nèi)改變車速和驅(qū)動(dòng)輪扭矩的變化范圍。 （2）實(shí)現(xiàn)倒車行駛（倒檔）。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸一般只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的（從發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出端看去是逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)），而汽車有時(shí)需要能倒退行駛，因此，往往利用變速器中設(shè)置的倒檔來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車倒車行駛。 （3）實(shí)現(xiàn)空檔。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與變速器的動(dòng)力輸入軸相結(jié)合在一起時(shí)，變速器可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不輸出（空擋）。這種變速器的工作狀態(tài)可以保證駕駛員在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火時(shí)松開(kāi)離合器踏板離開(kāi)駕駛員座位?？論鯇?duì)有級(jí)式變速器的換檔和進(jìn)行動(dòng)力輸出也是必要的。 3、變速器基本原理（參看圖二） CAS5-20變速器具有五個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔,由第一軸、中間軸、第二軸、倒檔軸、殼體及變速器操作機(jī)構(gòu)等幾部分組成。 第一軸與第一軸常嚙合齒輪制成一體，是變速器的動(dòng)力輸入軸。離合器從動(dòng)盤在離合器結(jié)合時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力經(jīng)第一軸前部花鍵傳到第一軸上。 中間軸與一、倒檔齒輪制成一體。中間軸還有過(guò)盈配合的二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪和五檔齒輪。 第二軸是變速器的動(dòng)力輸出軸，其上的一檔齒輪17、三檔齒輪9和二檔齒輪16、一、倒檔齒輪分別通過(guò)各自的滾針軸承支撐在軸23上。 倒檔中間齒輪28和34制成一體，通過(guò)滾針軸承支撐在倒檔軸27上。 變速器各機(jī)件在圖示位置時(shí)，變速器是處于空檔工作狀態(tài)。這時(shí)，第一軸的動(dòng)力經(jīng)一對(duì)常嚙合齒輪2與33使中間軸26及其上所有其他齒輪旋轉(zhuǎn)，其從動(dòng)齒輪17、16、9和8隨第一軸的旋轉(zhuǎn)而在第二軸上空轉(zhuǎn)，因此，第二軸不能被驅(qū)動(dòng)。固定在第二軸上的各個(gè)花健35、13、和24的外圓表面均制有與其相鄰的結(jié)合齒圈齒型完全相同的外花健，分別與相應(yīng)的具有內(nèi)花健的各個(gè)接合套相接合，結(jié)合套可沿花健轂軸向滑動(dòng)。 在該變速器中，除倒檔外，各檔都采用同步器換檔。欲掛上一檔，可操縱變速桿， 通過(guò)撥叉使接合套20左移，與一檔同步器鎖環(huán)19的接合齒圈和一檔齒輪接合齒圈18接合后，動(dòng)力便從第一軸依次經(jīng)齒輪2、33、中間軸26、齒輪29、17、接合齒圈18、接合套20以及花健轂24，傳給第二軸23輸出 。一檔傳動(dòng)比i1=Z33/Z2*Z17/Z29。欲脫開(kāi)一檔，可通過(guò)撥叉使接合套20右移，與接合齒圈18脫離嚙合，則變速器退回空檔位置。欲掛上二、三檔，四、五檔，可分別通過(guò)撥叉使接合套12、5左右移動(dòng)即可；掛倒檔時(shí)，接 合套20右移，與倒檔齒輪接合齒圈21接合，即得倒檔，其原理跟掛一檔時(shí)一樣，不再贅述。 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 煙 臺(tái) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū) 機(jī)電汽車工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 班級(jí) 01級(jí)011-1班 學(xué)生姓名 郭光銘 題目：汽車變速箱設(shè)計(jì) 一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 1. 發(fā)動(dòng)機(jī)功率：68.5kw /（380rpm）; 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定扭矩: 192N.m/(2500rpm) 2. 中間軸式變速器 3. 變速器總傳動(dòng)比：5~6 要求： 1. 完成變速箱傳動(dòng)方案，畫(huà)出功率流模型； 2. 確定變速器中心距； 3. 確定變速器外形尺寸； 4. 確定齒輪參數(shù)； 5. 完成變速器各檔齒輪齒數(shù)的分配； 6. 校核軸的強(qiáng)度和剛度。 7. 利用UG實(shí)體建摸軟件或利用AutoCAD軟件完成總體設(shè)計(jì) 二、 畢業(yè)設(shè)計(jì)完成日期 2005年6月17日 指導(dǎo)老師 簽字 教研室主任 審查 系主任 批準(zhǔn) 三、 應(yīng)完成的任務(wù)量（包括說(shuō)明書(shū)、圖紙） 1． 完成：變速箱總裝配圖（0號(hào)），變速箱箱體設(shè)計(jì)圖（0號(hào)），第一軸，中間軸，第一軸常嚙合齒輪、中間軸常嚙合齒輪、高速檔同步器設(shè)計(jì)圖。 共完成相當(dāng)于4張0號(hào)圖紙的繪圖工作量 2． 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 四、 進(jìn)度計(jì)劃表 階 段 日 期 計(jì) 劃 完 成 工 作 量 完 成 情 況 指導(dǎo)教師簽字 ～ 4.17 調(diào)研，收集資料，方案設(shè)計(jì) 4.18～ 4.30 變速箱總體設(shè)計(jì) 5.1～ 5.10 變速箱箱體設(shè)計(jì) 5.11～ 5.24 繪制零件圖 5.25～6.8 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6.9～6.17 答辯 五、 主要參考資料 1． 汽車設(shè)計(jì)，吉林工業(yè)大學(xué)王望予主編，機(jī)械工業(yè)出版社 2． 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社 3． 機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社 4． 汽車構(gòu)造，吉林工業(yè)大學(xué)陳家瑞主編，機(jī)械工業(yè)出版社 任務(wù)下達(dá)日期 年 月 日 四、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 在日常生活中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)貨車的身影。貨車在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用。因?yàn)榈赜虻牟煌?，道路條件不同，對(duì)貨車要求的具體側(cè)重方面也就不同。因此，要有不同型號(hào)的貨車以適應(yīng)不同地區(qū)、不同地形的生產(chǎn)要求。而汽車上變速箱是最重要的部件之一。現(xiàn)在貨車上應(yīng)用的主要還是齒輪式變速箱。目前已經(jīng)被使用的一些型號(hào)的變速箱也有很多不足之處，比如動(dòng)力不夠或運(yùn)輸速度不適應(yīng)等，仍需要進(jìn)一步的改進(jìn)。此次設(shè)計(jì)我本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、性能可靠、安全實(shí)用、增加功能、降低成本的原則，力求更好的原則來(lái)設(shè)計(jì)與改進(jìn)變速箱. 變速箱用以改變汽車的行駛速度，方向和驅(qū)動(dòng)力矩，并可以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可較長(zhǎng)時(shí)間停車。此次設(shè)計(jì)的北京130變速箱有足夠的排檔數(shù)，各檔的傳動(dòng)比應(yīng)與要求的行駛速度相適應(yīng)，提高了該車的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性；有空檔位，便于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)停車，換檔便捷.換檔機(jī)構(gòu)有自鎖和互鎖功能,能防止同時(shí)掛接兩檔，掛當(dāng)后能自鎖.防止自行跳檔和自行脫檔的現(xiàn)象，而減少變速器工作時(shí)的噪聲,減少變速器尺寸及提高齒輪壽命.傳動(dòng)路線短，即動(dòng)力流經(jīng)的齒輪副少，傳動(dòng)效率提高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫升小。 以上的就是本次設(shè)計(jì)總的設(shè)計(jì)思想。 五、設(shè)計(jì)方案的確定 在設(shè)計(jì)變速箱時(shí)，合理確定變速箱的傳動(dòng)方案至關(guān)重要。傳動(dòng)方案的合理與否，直接影響到傳動(dòng)系和整機(jī)的工作性能。由于一般采用專用設(shè)備加工，所以當(dāng)產(chǎn)品形成一定的生產(chǎn)能力后，再要改變傳動(dòng)方案是相當(dāng)困難的，因此必須慎重。 變速箱分為掛結(jié)式和動(dòng)力換檔式。我們采用掛接式，掛結(jié)式變速箱換檔方式有： （一）移動(dòng)外嚙合滑動(dòng)齒輪掛檔。 （二）移動(dòng)滑動(dòng)齒輪內(nèi)套掛檔。 （三）移動(dòng)式嚙合套掛擋，齒輪為經(jīng)常嚙合。 （四）移動(dòng)同步器套環(huán)掛檔，齒輪為經(jīng)常嚙合。 此次設(shè)計(jì)的是中間軸式變速箱移動(dòng)同步器套環(huán)掛檔。 （一）功率流模型如下： 黃色一檔,紅色-二檔,青色-三檔,品紅-四檔，綠色-五檔,藍(lán)色-倒檔 圖一、功率流模型 功率流模型 變速箱的主要的功能是為汽車提供所需的排擋數(shù)目和不同的速度數(shù)值。不同的排擋數(shù)和速度值是采用使功率流流經(jīng)不同的齒輪副的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以功率的流傳方式基本上表征了變速箱傳動(dòng)方案型式及其特點(diǎn)。用功率流來(lái)表示變速箱基本結(jié)構(gòu)的圖形，稱為“功率流模型”。 橫軸表示軸，水平箭頭表示直接傳動(dòng)的嚙合套或同步器和功率流傳方向；垂直箭頭表示齒輪副，箭頭尖端與橫線想交，表示該齒輪副將動(dòng)力傳給該軸。兩橫線間如果有雙向箭 頭，表示該齒輪副可以雙向傳遞功率；兩個(gè)垂直箭頭處于同一直線上表示該兩齒輪副有共同齒輪。 （二） 變速箱設(shè)計(jì)步驟 變速箱設(shè)計(jì)的大體步驟如下： 1. 根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,傳動(dòng)比和檔數(shù)的要求，和汽車總體設(shè)計(jì)對(duì)變速箱結(jié)構(gòu)的約束條件，確定傳動(dòng)方案，畫(huà)出功率流模型。 2. 在功率流模型中的垂直箭頭處畫(huà)出齒輪副；設(shè)置同步器，布置倒擋齒輪；畫(huà)出軸，軸承和變速箱壁。形成結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖。各齒輪副之間的相對(duì)位置和距離要根據(jù)換檔方式進(jìn)行預(yù)定。 3. 低檔和高檔之間的傳動(dòng)比要求相鄰兩擋位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下,而且要求高檔區(qū)相鄰兩擋傳動(dòng)比比值比抵擋區(qū)相鄰擋位傳動(dòng)比比值小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和以往成熟理論,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速，及總擋數(shù)總傳動(dòng)比,計(jì)算各檔的傳動(dòng)比和各齒輪副的齒數(shù)比。 4. 根據(jù)所傳動(dòng)的扭矩要求確定齒輪副中心和計(jì)算齒輪的幾何參數(shù)。 5. 根據(jù)制造，裝配和使用要求，確定結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 1-第一軸 2-第一軸常嚙合齒輪 3-第一軸齒輪接合齒圈 4-四檔同步器鎖環(huán) 5、12、20-接合套 6-五檔同步器鎖環(huán) 7-五檔齒輪接合齒圈 8-第二軸五檔齒輪 9-第二軸三檔齒輪 10-三檔齒輪接合齒圈 11-三檔同步器鎖環(huán) 13、24、 35-花健轂 14-二檔同步器鎖環(huán) 15-二檔齒輪接合齒圈 16-第二軸二檔齒輪 17-第二軸一檔齒輪 18-一檔齒輪接合齒圈 19-一檔同步器鎖環(huán) 21-倒檔齒輪接合齒圈 22-第二軸倒檔齒輪 23-第二軸 25-中間軸倒檔齒輪 26-中間軸 27-倒檔軸 28-倒檔中間齒輪 29-中間軸一檔齒輪 30-中間軸二檔齒輪 31-中間軸三檔齒輪 32-中間軸四檔齒輪 33-中間軸常嚙合傳動(dòng)齒輪 34-變速器殼體 圖二、北京130 CAS5-20中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案 圖三、北京130 CAS5-20中間軸式五檔變速器結(jié)構(gòu)圖 六、工作部件的設(shè)計(jì) 在變速箱傳動(dòng)方案確定之后，就可以進(jìn)行變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的計(jì)算。 （一） 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 變速箱殼體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 1. 確定變速器殼體的形式.殼體有整體式和對(duì)分式,整體式殼體與上蓋組成一體,優(yōu)點(diǎn)是變速器前后軸承孔的同心度容易保證,裝配和檢查方便,殼體用鑄鐵制造,上蓋用鋁合金壓鑄或鑄鐵鑄造,我們采用對(duì)分式.對(duì)分式要求加工精度高,多用于轎車。 2. 確定各檔齒輪副的相對(duì)位置 原則是使經(jīng)常用的和重載齒輪靠近軸承，這樣支撐剛度較好。還應(yīng)使齒輪的布置便于依次換檔。 3. 變速器殼體尺寸要盡可能小,同時(shí)質(zhì)量要小,并且要有足夠大的剛度,用來(lái)保證軸和軸承工作時(shí)不會(huì)歪斜。變速器縱向尺寸應(yīng)保證能布置下最大齒輪副,而且設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該注意到殼體側(cè)面的內(nèi)壁與傳動(dòng)齒輪齒頂之間有5-8毫米的間隙,否則由于增加了潤(rùn)滑油的液壓阻力,會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲和使變速器過(guò)熱。齒輪齒頂?shù)阶兯倨鞯撞恐g要有不小與15毫米的間隙.為了加強(qiáng)變速器殼體的剛度,在殼體上設(shè)有加強(qiáng)肋。加強(qiáng)肋的方向應(yīng)與軸承處的作用力有關(guān).變速器殼體不應(yīng)該有不利于吸收齒輪的振動(dòng)和噪聲的大平面。為了注油和放油，在變速器殼體上設(shè)有注油口和放油孔。注油孔設(shè)立在潤(rùn)滑油所在平面處，同時(shí)它作為檢查油面高度的檢查孔。放油孔應(yīng)該設(shè)計(jì)在殼體的最低處，放油塞采用永久磁性螺栓，可以吸住潤(rùn)滑油內(nèi)部的金屬顆粒。為了從第一軸或第二軸后支撐的軸承間隙處流出的潤(rùn)滑油流回變速器殼體內(nèi)，常在變速器前或后端面兩軸承孔之間開(kāi)設(shè)回游口，為保持變速器內(nèi)部為大氣壓，在變速器頂部有通氣塞。 （二） 潤(rùn)滑方式設(shè)計(jì)及潤(rùn)滑油的選擇 １.潤(rùn)滑方式的選擇 ?、亠w濺式：　齒輪或?qū)Ｓ盟τ捅P浸入潤(rùn)滑油中，旋轉(zhuǎn)時(shí)將潤(rùn)滑油濺入需潤(rùn)滑部位，并可在變速箱內(nèi)壁上引出油道，或另增設(shè)引油元件將潤(rùn)滑油引至需油部位。這種潤(rùn)滑方式最簡(jiǎn)單，但對(duì)于較隱蔽的運(yùn)動(dòng)部位和距油面較高的部件，則難保證良好的潤(rùn)滑效果；攪油損失較大，油溫可能較高。一般以油面以下軸（二軸）中心線±10㎜處為宜。北京１３０采用此種方式，由于結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，絕大部分零件能得到潤(rùn)滑，內(nèi)部并不加工油道。 ②壓力式和噴淋式 潤(rùn)滑可靠，能減少攪油損失，能保證充分潤(rùn)滑，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需另設(shè)供油系統(tǒng)和密封裝置以及油管系統(tǒng)。大功率拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)多采用這種潤(rùn)滑方式。 2. 潤(rùn)滑油的選擇 潤(rùn)滑油的功用是將兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦表面隔開(kāi)，從而降低接觸壓力，減少摩擦力，提高承載能力和傳動(dòng)效率，降低表面磨損，延長(zhǎng)零件壽命，潤(rùn)滑油還有降噪，冷卻和清洗的作用。 潤(rùn)滑油的主要性能指標(biāo)和選擇原則： ① 粘度 粘度系指潤(rùn)滑油抵抗外力作用發(fā)生流動(dòng)的性能。粘度一般用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)表示，量綱是m2/s。運(yùn)動(dòng)粘度常用“斯“（st）為單位。 1st=10-4m2/s 1斯的1﹪為厘斯（cst），即 1cst=0.01st=1mm2/s 潤(rùn)滑油的粘度因溫度的不同而不同。國(guó)際上采用40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。習(xí)慣上還有用100℃和50℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。 拖拉機(jī)變速箱潤(rùn)滑40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度應(yīng)在90-135cst范圍內(nèi)。 我國(guó)研制的拖拉機(jī)傳動(dòng)，液壓兩用油具有良好的實(shí)用性能，已經(jīng)推廣應(yīng)用。 ② 添加劑 為了改善潤(rùn)滑油的品質(zhì)，以滿足某些特殊的要求常在潤(rùn)滑中加入某種添加劑。常用添加劑有： a.極壓（EP）添加劑，其主要成分含有氯，硫，磷等化合物。在重載極重的場(chǎng)合使用，例如最終傳動(dòng)和準(zhǔn)雙面錐齒輪傳動(dòng)等。 b.油性添加劑，其主要為碳數(shù)10-20或更多的長(zhǎng)鍵型化合物，例如：脂肪酸等，用來(lái) 護(hù)摩擦面，從而減小摩擦系數(shù)，并防止?jié)袷侥Σ粮苯Y(jié)合時(shí)的尖叫聲。 c.提高粘度指數(shù)添加劑，如聚甲基丙烯酸脂等聚合物，用來(lái)減少因溫度變化而引起的粘度變化，以便冬夏季通用。 d. 降凝劑，成分同c，用來(lái)改善流動(dòng)性。 e.抗泡沫添加劑，典型的化合物是硅油，用來(lái)防止?jié)櫥推鹋莺陀鸵阂绯?，減少泵油輸油困難。 f.我國(guó)傳動(dòng)液壓兩用油不同程度上加有上述添加劑。為了同時(shí)滿足齒輪傳動(dòng)，液壓和濕式制動(dòng)器工作的要求，又研制成功了液壓，傳動(dòng)和制動(dòng)通用油。 （三）變速箱換檔方式的選擇 １.無(wú)同步器的變速器在換擋時(shí)，欲使不產(chǎn)生齒輪或花鍵間的沖擊，需要進(jìn)行復(fù)雜的操作，并應(yīng)該在短時(shí)間內(nèi)迅速而準(zhǔn)確的完成。這對(duì)于即使是技術(shù)很熟練的駕駛員，也很容易疲勞。因此，要求在變速器結(jié)構(gòu)上采取措施，既保證掛擋平順，又減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。同步器就適合。我們就采用同步器式變速器。 　２. 同步器有常壓式，慣性式和自行增力式 　　本次設(shè)計(jì)采用慣性同步器，由于常壓同步器工作不可靠，齒輪間有可能產(chǎn)生沖擊，而慣性同步器雖然也是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步，但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待結(jié)合的花鍵齒圈達(dá)到同步前不可能接觸，以避免齒間沖擊發(fā)生噪聲。慣性式同步器可分為鎖環(huán)式和鎖銷式同步器，由于鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)上布置的合理性，緊湊性以及錐面間產(chǎn)生的摩擦力矩大等因素，鎖環(huán)式同步器多用于轎車及輕型貨車上，北京１３０即用這一種，本次設(shè)計(jì)的CAS5-20就采用鎖環(huán)式同步器。鎖銷式同步器多用于中大型貨車上，因?yàn)榈诙S上的長(zhǎng)嚙合齒輪及結(jié)合齒圈直徑較大，在摩擦錐面間產(chǎn)生較大的摩擦力矩，縮短了同步時(shí)間。 圖四、鎖環(huán)式同步器的機(jī)構(gòu) （四）變速器操縱機(jī)構(gòu)的選擇 變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)該保證駕駛員能準(zhǔn)確可靠的使變速器掛入所需要的任一擋位工作，并可以隨時(shí)退到空擋。由于北京130的變速器離駕駛室較遠(yuǎn)，需要在變速桿與撥叉之間加一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，構(gòu)成遠(yuǎn)距離操縱。所以，我們選用間接操縱式變速器操縱機(jī)構(gòu)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們選用的操縱機(jī)構(gòu)為直接操縱手動(dòng)換檔。其特點(diǎn)：減少了變速叉軸，各檔同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，但它要求各檔換檔行程相等。該操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)該有足夠的剛性，而各個(gè)連接件間隙不能過(guò)大，否則換擋時(shí)手感不明顯。為保證變速器在任何情況下都能準(zhǔn)確，安全，可靠地工作。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有以下功能：保證變速器不自行脫檔或掛擋，在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有自鎖機(jī)構(gòu)。保證變速器不能同時(shí)掛入兩個(gè)擋，在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)立互鎖機(jī)構(gòu)。防止無(wú)掛入倒擋，在變速器操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有倒擋鎖。 自鎖裝置 由自鎖鋼球和自鎖彈簧組成，保證全齒寬上嚙合或完全推出嚙合所需的撥叉及其軸的移動(dòng)距離。 互鎖裝置 互鎖裝置由互鎖鋼球合互鎖銷組成，當(dāng)駕駛員用變速桿推動(dòng)桿推動(dòng)某一撥叉軸時(shí)，自動(dòng)鎖止其他所有撥叉軸。 倒擋鎖 汽車行進(jìn)中無(wú)掛入倒擋，變速器齒輪間將產(chǎn)生極大沖擊，導(dǎo)致零件損壞。汽車起步時(shí)無(wú)掛入倒擋，很容易出現(xiàn)安全事故。因此設(shè)立倒擋鎖裝置。倒擋撥塊中有倒擋鎖銷和倒擋彈簧，駕駛員要掛入倒擋時(shí)必須用較大的歷史變速桿壓縮彈簧，才能使變速桿下端進(jìn)入倒檔撥塊的凹槽中，以撥動(dòng)倒檔撥叉軸，使之掛入倒擋 （五）確定變速器的主要參數(shù) 1.中心距A的確定 對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離確定為變速器中心距A。他是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外型尺寸、體積和質(zhì)量大小，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪的壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)有保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)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影響殼體的強(qiáng)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(guò)少的限制，要求中心距也取大些。 初選中心距A時(shí)，可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 （1） 式中，A為變速器中心距（mm）；KA為中心距系數(shù)，貨車變速器：KA=8.6-9.6；Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.M）；i1為變速器一檔傳動(dòng)比；為變速器傳動(dòng)效率比，取96%。 將KA=8.6、Temax=192N.M、=5.57、=96%帶入式（1）中, 得 A=86.7mm 2.外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間（過(guò)渡）齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。橫向外形尺寸為266.6mm*141mm 貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)，可參照 ：五檔 （2.7—3）A，縱向尺寸為228.4mm-260.4mm，取261mm. 3.軸的直徑 變速器工作時(shí)，軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還承受來(lái)自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪，則還有軸向力。在這些力的作用下，變速器的軸必須有足夠的剛度和強(qiáng)度。軸的剛度不足會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正常嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度和耐磨性都有不利影響，還會(huì)增加噪聲。 中間軸式變速器的第二和中間軸中部直徑d=0.45A,軸的最大直徑和支撐間距的比值，對(duì)中間軸，d/L=0.16-0.18,對(duì)第二軸，d/L=0.18-0.21. 第一軸花鍵部分直徑可按下式初選 d＝K 式中，k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),K=4.0～4.6,T為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 4.齒輪的參數(shù) （1）模數(shù)的選取 選取齒輪模數(shù)時(shí)一般遵循的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減少模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對(duì)貨車，減少質(zhì)量比減少噪聲更重要，故齒輪應(yīng)該選用大些的模數(shù)。 變速器低檔齒輪應(yīng)選用較大的模數(shù)，其他擋位選用另一模數(shù)。 考慮到工藝上的原因，北京130變速器各檔齒輪均采用同一模數(shù)Mn=3.0. 嚙合套和同步器的結(jié)合齒輪多數(shù)采用漸開(kāi)線齒形。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒輪模數(shù)相同。其取用范圍是：轎車和輕、中型貨車為2.0—3.5mm，取模數(shù)為3.0mm。 （2） 壓力角 壓力角小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低，壓力角大時(shí)，可以提高齒輪的抗彎強(qiáng)度的表面接觸強(qiáng)度。國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°，所以變速器普遍采用的壓力角為20° 。嚙合套或同步器的接合齒輪壓力角有 20°、25°、30°等。，但普遍采用30°壓力角。 （3）螺旋角 斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。我們這次設(shè)計(jì)也選用斜齒輪。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)注意到他對(duì)齒輪工作噪聲，齒輪的強(qiáng)度，軸向力的影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)，噪聲較低，實(shí)驗(yàn)還證明，隨著螺旋角的增大，齒輪的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，不過(guò)，當(dāng)螺旋角大于30。時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍然繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪抗彎強(qiáng)度著眼，不希望過(guò)大螺旋角，而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)距時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求中間軸上同時(shí)工作的兩隊(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡，以減少軸承負(fù)荷提高軸承的壽命。因此，中間軸上的不同檔位齒輪的螺旋角應(yīng)該不相同。 為了使工藝方便，在汽車扭矩不大時(shí)，中間軸的軸向力不大，可以將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅為兩種螺旋角。中間軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)一律取為右旋，則第一，第二軸上的斜齒輪應(yīng)取為左旋。軸向力經(jīng)軸承蓋作用到殼體上。一檔和倒檔設(shè)計(jì)為直齒時(shí)，在這些檔位工作，中間軸上的軸向力不能抵消，而此時(shí)第二軸則沒(méi)有軸向力作用。 貨車變速器：18°～30°。一，二檔齒輪的螺旋角為20°，三檔及四檔齒輪螺旋角18°。 圖五、中間軸軸向力的平衡 貨車變速器：18°--26° 。一，二擋齒輪的螺旋角=200,三擋及四擋的齒輪螺旋角β=180 根據(jù)圖五可知，要使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡，須滿足下述條件 Fa1=Fn1tan1 （2） Fa2=Fn2tan （3） 由于，為使兩軸向力平衡，必須滿足 式中，F(xiàn)a1,Fa2為作用在中間軸齒輪1、2上的軸向力；Fn1,Fn2為作用在中間軸上齒輪1、2上的圓周力；r1.r2為齒輪1、2的節(jié)圓半徑；T為中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。最后可用調(diào)整螺旋角的方法，使各對(duì)嚙合齒輪隱模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因等而造成的中心距不等現(xiàn)象得以消除。 （4）齒寬 在選擇齒寬時(shí)，應(yīng)該注意到齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸，齒輪工作平穩(wěn)性，齒輪強(qiáng)度和齒輪工作受力時(shí)的均勻程度等均有影響。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)（m）的大小來(lái)選定齒寬： 直齒：， 直齒齒寬系數(shù)取為4.5-8.0 斜齒：， 斜齒齒寬系數(shù)取為6.0-8.6 b為齒寬（mm）。采用嚙合套或同步器換檔時(shí)，其接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為(2-4)mm。 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，使接觸線長(zhǎng)度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。 一軸常嚙合齒輪： =7.13*3.0=21.4 (Kc=7.13) 中間軸常嚙合齒輪： =6.6*3.0=19.8mm(Kc=6.6) 二軸一擋齒輪: =3*7.27=21.8mm (取Kc=7.27) 中間軸一擋齒輪: =3*8.5=25.5mm (取Kc=8.5) 二軸二擋齒輪: =3*6=18mm (取Kc=6.0) 中間軸二擋齒輪: =3*6.67=20mm(取Kc=6.67) 二軸三擋齒輪： =6.33Χ3.0=19mm(Kc=6.33) 中間軸三擋齒輪: =6Χ3.0=18mm(Kc=6) 二軸五檔齒輪： =7.67*3=23mm(Kc=7.67) 中間軸五檔齒輪 =6.67*3=20mm(Kc=6.67) 二軸倒擋齒輪: =3*7=21 mm (取Kc=7.0) 中間軸倒擋齒輪 : =3*8.5=25.5mm（取Kc=8.5） 在齒輪的實(shí)際制造及裝配過(guò)程中，考慮到將要產(chǎn)生的誤差，通常在一對(duì)齒輪副中將直徑較小的齒輪的寬度比理論值增大3-4毫米。 （5） 齒輪變位系數(shù)的選擇原則 采用變位齒輪，除了避免齒輪產(chǎn)生根切，和拼湊中心距外，還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨，抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。在北京130變速器上，中間倒檔齒輪及一檔齒輪的齒數(shù)較小，如不使其變位，將發(fā)生根切現(xiàn)象。 變位齒輪有兩種，高度變位和角度變位。高度變位一對(duì)齒輪副的變位系數(shù)之和等于零。高度變?yōu)榭稍黾有↓X輪的齒根強(qiáng)度，但降低大齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位變位系數(shù)之和不等于零，既有高度變?yōu)閮?yōu)點(diǎn)，又避免其缺點(diǎn)。我們采用角度變位。 變速箱安裝在中間軸及第二軸上有五對(duì)齒輪副，因要保證各檔傳動(dòng)比的需要，各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)之和不同。為保證各對(duì)齒輪有相同的中心距，此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行變位。 根據(jù)以上理由，為了降低噪聲，對(duì)變速器中除去一二和倒檔以外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。一般情況下，最高擋和一軸齒輪副的總變位系數(shù)可以選為-0.2-0.2。隨著擋位的降低，應(yīng)該逐漸增大，一二擋和倒擋齒輪，應(yīng)選用較大值，以便獲得較大強(qiáng)度齒輪副，值可以達(dá)1.0以上。 4. 各檔齒輪齒數(shù)的分配（參看圖二） （1）確定一檔的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)比 （4） 如果Z17和Z29的齒數(shù)確定了，則Z33與Z2的傳動(dòng)比可求出。為了求得Z17、Z29齒數(shù)，選求其齒數(shù)和Zh 斜齒： （5） 取=20°、A=86.7mm、 Mn=3.0，帶入式(5)中，得 = 54.34 取整為54 在一定的條件下，Z33/Z2的傳動(dòng)比可分配小些，使第一軸常嚙合齒輪的齒數(shù)多些，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承并保證輪富有足夠的厚度?？紤]到殼體上的第一軸軸承孔尺寸的限制和裝配的可能性，該齒輪齒數(shù)又不易取多。 中間軸上的小齒輪的最小齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，在選定時(shí)，對(duì)軸的尺寸及齒輪的齒數(shù)都要統(tǒng)一考慮。貨車在12-18之間選用，我選用Z29=13，故一擋大齒輪齒數(shù)，Z17=Zh-Z29=54-13=41. （2）對(duì)中心距A進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和Zh后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距A作為各個(gè)檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 修正后的中心距A=85.6mm。 （3) 確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù) 由式（4）求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比 （6） 而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一檔齒輪的中心距相等，即 （7） 解式（6）、（7），求出Z2=21、Z33=38，將帶入式（7）中，求出螺旋角四檔=18°。 （4） 確定其他各檔的齒數(shù) 二檔齒輪是斜齒輪，螺旋角與常嚙合齒輪的不同時(shí)，有式（4），得 （8） 而 （9） 用試湊法先設(shè)，得出 z16，z30，再代入tan/tan=r30/r33=Z33/Z30=Z33/(Z2 +Z33)*(1+Z16/Z30),檢查是否接近，若接近，則設(shè)的合適，若相差太大，則調(diào)整重復(fù)計(jì)算。 現(xiàn)設(shè)二檔=20°，mn=3.0、帶入式（9），得z16+z30=59，分配Z16=36、Z30=23。 同樣方法可求得，三檔的各齒輪的齒數(shù):Z9=28, Z31=31。 五檔的各齒輪的齒數(shù): Z8=18, Z32=40。 (5) 確定倒檔齒輪齒數(shù) 倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔相同m=3.0mm。倒檔齒輪Z28的齒數(shù)，一般在21-28之間，初選后，可計(jì)算出中間軸與倒檔軸的中心距。 （10）取Z28=27， 將m=3.0mm，中間軸Z25=13帶入式（10），得 =60mm 為保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪22和25的齒頂圓之間應(yīng)保持0.5mm以上的間隙。 選第二軸Z22=36。 七、軸的校核 變速器工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，其軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔愕妮S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞了齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪音等均有不利影響。所以設(shè)計(jì)變速器軸式，其剛度大小應(yīng)保證齒輪能實(shí)現(xiàn)正確的嚙合為前提條件。 對(duì)齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的腦度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角，前者 是齒輪中心矩發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪互相歪斜，如圖六所示，致使沿齒長(zhǎng)方向的壓力分布不均勻。 初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。欲求中間軸式變速器第一軸的支點(diǎn)反作用力，必須選求第二軸的支點(diǎn)反力。檔位不同，不僅圓周力、徑向力和軸向力不同，而且力到支點(diǎn)的距離也有變化。所以應(yīng)當(dāng)對(duì)每個(gè)檔位都進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)將軸看作鉸接支承的梁。作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取Temax。 圖六、變速器軸的變形簡(jiǎn)圖 軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按下列公式計(jì)算。計(jì)算時(shí)僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，距離支承點(diǎn)近、負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如圖七所示，若軸在垂直面內(nèi)撓度為 ，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，則可分別用下式計(jì)算 (13) (14) (15) 圖七、變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角 式中，F(xiàn)1為齒輪齒寬中間平面上的徑向力 (N)；F2為齒輪齒寬中間平面上的圓周力 (N);E為彈性模量(MPa),E=2.1x10Mpa;I為慣性矩(mm)。對(duì)于實(shí)心軸:I=;d為軸的直徑(mm)，花鍵處按平均直徑計(jì)算；a、b為齒輪上作用力矩支座的距離;L為支座間距離。 如果和分別表示軸在垂直面和水平面的撓度，則軸的全撓度為 （16） 軸在垂直面和水平面撓度的允許值=0.05—0.10mm，=0.10—0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)0.002rad。 與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪，通過(guò)滾真軸承裝在軸上，這就能夠增大軸的直徑，因此使軸的剛度增加。 作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力和之后，計(jì)算相應(yīng)彎矩軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩同時(shí)作用下，其應(yīng)力為 （17） 式中，（N.mm）;d為軸的直徑(mm)，花鍵處取內(nèi)徑；W為抗彎截面系數(shù)。 在低檔工作時(shí)，N/mm 變速器的軸用于齒輪相同的材料制造。 （一） 一擋時(shí)軸的校核 校核中間軸 常嚙合輪： Ft=2T/d33=2*192*31 /（0.108*28）=6433.9N Fr=Fttan200/cos180=2492N Fa=Ft*tan180=2341.7N a=12mm, b=155.8mm L=167.8mm 當(dāng)量直徑d=33mm I=3.14*(33)4/64=5.82*104mm4 fc=0.0024mm, fs2=0.053mm, =0.00049mm﹤0.002mm 安全 =0.0066mm<0.2mm 安全 中間軸一擋齒輪： a=183.1mm b=84.7mm L=267.8mm d=33mm Ft=2T/d29=2*192*38/(0.0431*21)=16122N Fr=Fttan200/cos200=6244.5N Fa=Ft tan200=5868N I=4/64=3.14*334/64=5.82*104mm4 fc=0.015mm fs=0.039mm =0.0419mm<0.2mm 安全 =0.00025mm<0.002 rad 安全 一擋時(shí)，軸承處的支反力： 左軸承: Fc=4355.4N Fs=1046.5N 向外 右軸承： Fc=4381.1N Fs=10734.6N 向里 從下圖八中可以看到，中間軸一檔齒輪主力矩大。 M=(Nmm) M=1.041*106N*mm =M/w=270 N/mm2<400 N/mm2 安全 圖八、一擋時(shí)中間軸的受力、彎矩、扭矩圖 二軸一檔齒輪處： 在垂直面內(nèi)第二軸的撓度f(wàn)c及軸斷面在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角對(duì)齒輪工作影響最大，前者改變了齒輪的中心距并破壞了齒輪的正確嚙合，后者使大小齒輪相互歪斜，導(dǎo)致沿齒長(zhǎng)方向壓力分布不均勻。 在垂直面內(nèi)第二軸的撓度f(wàn)c及軸斷面在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角為： fc=Fr*a2*b2 /3*EIL—Fa*a*b*r/3*EIL =Fr*a*b*（b-a）/3EIL—Fa*（a2—a*b—b2）*r/3EIL a= 166.8mm ,b=78mm,L=244.8mm 當(dāng)量直徑dv=32mm Ft=2T /d=16122N Fr=Fttan200/cos200=6244.5N Fa=Fttan20°=5868N I=4/64=3.14*324/64=51445.7mm4 求得fc =0.087mm <0.10mm =0.001rad<0.002rad 故安全 此時(shí),二軸左滾針軸承處的支撐力: Fs1=5136.9N Fc1=431.6N 二軸右軸承處的支撐力: Fs2=10985.1N Fc2=5812.9N Mc=453406.2N*mm Ms=856835N*mm Tn=381452.5N*mm M==1041753N*mm d=40mm =165.88N/mm2<400N/mm2 安全 一擋時(shí)，變速箱輸出扭矩最大，此時(shí)中間軸和二軸所受的力也最大，故此時(shí)最不安全，其他軸的校核方法和一擋時(shí)一樣。 圖九、一擋時(shí)二軸的受力、彎矩、扭矩圖 八、本次設(shè)計(jì)的變速箱CAS5-20的特點(diǎn) （1）技術(shù)特點(diǎn)： CAS5-20系列變速器為機(jī)械式手動(dòng)五速全同步變速器，它采用一系列新技術(shù)新 工藝、使用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備加工制造，具有高精度、低噪聲、低油耗、使用壽命長(zhǎng)等 特點(diǎn)。其外部尺寸可以據(jù)用戶需求專門設(shè)計(jì)。采用常嚙式斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)平 穩(wěn)。采用西德ZF公司短程同步器結(jié)構(gòu)，換檔輕便、可靠性高。中間軸軸承采用圓錐 滾子軸承，壽命更長(zhǎng)。 (2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) l)變速器殼體及外圍件 其殼體采用鑄鐵或鑄鋁,殼體上有加油孔和放油孔,并用螺塞封閉。 2）第一軸 第一軸分裝圖，其前端支承地發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸突緣的滑套中，后端通過(guò)球軸承支承在 變速器前殼體的軸承孔中。球軸承的外圈上套有止動(dòng)環(huán)，用以限制第一軸的軸向移動(dòng)。 3)中間軸 中間軸的分裝圖,它與倒擋主動(dòng)齒輪及一擋主動(dòng)齒輪做成一個(gè)整體,2擋齒輪和3擋齒輪為雙聯(lián)齒輪。中間軸的前端裝有錐軸承,用調(diào)整墊片調(diào)整該軸承的裝配尺寸(18-.mm),以保證各軸相應(yīng)齒輪的正確位置,圓錐滾子軸承的外圈頂在裝有彈簧擋圈的后端面上,用以限制中間軸總成向前移動(dòng)。中間軸的后端亦裝有錐軸承,軸承外圈與變速器后軸承蓋的孔臺(tái)之間裝有凋整墊片,從而使中間軸上的兩個(gè)圓錐滾子軸承有軸向預(yù)緊力,此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中間軸總成所需耍的轉(zhuǎn)矩為0.5～2.0N.m。 4)第二軸 第二軸總成分裝圖,其上裝有滾針軸承總成一、二、三、四擋與倒擋從動(dòng)齒輪總成,同步環(huán),二、三、四、五擋及倒擋同步器齒座等。裝配后,軸上的各個(gè)齒輪應(yīng)能自由、均勻傳動(dòng),不能有卡滯現(xiàn)象,且各擋齒輪軸向間隙不得大于0.24MIn。 5)變速機(jī)構(gòu)總成 CAS5-20變速器采用單滑軌式變速機(jī)構(gòu),變速機(jī)構(gòu)總成由變速機(jī)構(gòu)座總成和變速叉總成組成。 九、變速箱故障的排除 產(chǎn)生故障的主要原因。使用操作不當(dāng)，往往使變速箱技術(shù)狀態(tài)迅速惡化。 變速箱常見(jiàn)故障原因及其排除 故障現(xiàn)象 故障原因及特征 排除方法 掛檔 或摘 檔困 難 ⑴換檔時(shí)有齒輪沖擊聲 換檔操作不當(dāng)或離合器分離不徹底 該檔滑動(dòng)齒輪或固定齒輪端面損傷 ⑵換檔費(fèi)勁 操縱桿件變形 滑動(dòng)副被雜物塞滯。彈簧剛度過(guò)大。連鎖機(jī)構(gòu)調(diào)整不當(dāng)，鎖銷升程不足 修磨 校正、修理 調(diào)整 聲 音 異 常 ⑴變速箱第一軸軸承響 軸承磨損，外圈松弛 軸承嚴(yán)重磨損，徑向間隙過(guò)大 ⑵齒輪嚙合噪音齒輪不是成對(duì)的更換，或齒形不正確。 齒輪嚴(yán)重磨損，或因軸承松弛 引起側(cè)隙過(guò)大 ⑶撥叉變形掛碰齒輪 ⑷周期性沖擊聲，音量較強(qiáng) 更換修復(fù) 更換 校正及時(shí)檢查 自 動(dòng) 脫 檔 ⑴輪齒嚙合不良 輪齒工作表面磨損，形成楔形，產(chǎn)生軸向力 撥叉在變速滑軌上松動(dòng)，不能全齒寬嚙合 撥叉變形，影響滑動(dòng)齒輪的垂直度 ⑵花鍵軸傾斜軸承間隙過(guò)大 花鍵軸變形軸的彎曲剛度不足 ⑶變速箱及有關(guān)箱體變形，影響兩軸的平行度造成脫檔 ⑷齒輪加工形位精度不夠，形成 軸向力，自行脫檔 ⑸鎖定彈簧力減弱，斷裂定位力不足 ⑹“V”形定位槽及鎖銷頭部磨損嚴(yán)重 成對(duì)更換或調(diào)面使用 檢查固緊 校正 調(diào)整或更換 校直或更換 出廠造成 出廠造成 出廠造成 更換 更換，修磨 故障現(xiàn)象 故障原因及特征 排除方法 過(guò) 熱 ⑴潤(rùn)滑油油面過(guò)高，攪油發(fā)熱 ⑵潤(rùn)滑油油面過(guò)低，潤(rùn)滑不良而發(fā)熱 ⑶軸承裝配過(guò)緊 ⑷注意觀察過(guò)熱是否由懸掛系統(tǒng) 引起的油溫過(guò)高 檢查油面，按規(guī)定加 足合格品質(zhì)的潤(rùn)滑油 調(diào)整或更換 檢查是否超負(fù)荷 十、本次設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn) （一） 優(yōu)點(diǎn)： 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，可用十年以上 2、傳動(dòng)平穩(wěn)，維護(hù)方便 3、有過(guò)載保護(hù)功能 4、能在一定范圍內(nèi)，有效的改變速度 5. 傳動(dòng)效率高 （二） 缺點(diǎn)： 1、軸和軸承承受載荷大，承受過(guò)載及沖擊的能力差 2、倒擋無(wú)同步器，掛當(dāng)時(shí)齒輪易產(chǎn)生沖擊 3、攪油時(shí)能量損失大，油溫較高 十一、運(yùn)用CAD的設(shè)計(jì)和作圖過(guò)程 (一)關(guān)于CAD AutoCAD是由美國(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)的專門用于計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)計(jì)的軟件，由于該軟件具有簡(jiǎn)單易學(xué)、設(shè)計(jì)精確等優(yōu)點(diǎn),因此自從20世紀(jì)80年代推出以來(lái)一直受到廣大工程設(shè)計(jì)人員的青睞。現(xiàn)在AutoCAD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子、航天和水利工程等領(lǐng)域。 AutoCAD2004是Autodesk公司開(kāi)發(fā)的最新版本。在經(jīng)歷了多次完善后，AutoCAD2004的繪圖功能更強(qiáng)大，操作更加靈活，越來(lái)越便于小組的協(xié)同工作，并提供了許多行業(yè)的模板；而且它的三維繪圖功能更加強(qiáng)大，可以繪制出更加逼真的模型。 本次我所參考的AutoCAD2004機(jī)械圖形設(shè)計(jì)在講述的方法上更側(cè)重于在機(jī)械制圖上的應(yīng)用?，F(xiàn)在許多公司用AutoCAD設(shè)計(jì)。這次我們用AutoCAD進(jìn)行北京130變速箱的設(shè)計(jì)，正是適應(yīng)了發(fā)展趨勢(shì)的要求，是我們還沒(méi)走出校園的時(shí)候，為走出校園更好的適應(yīng)社會(huì)的要求，更好的為社會(huì)服務(wù)做好準(zhǔn)備。 (二) 變速箱箱體的設(shè)計(jì) 參閱前人的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際要求，確定變速箱的大體尺寸，距齒輪的傳動(dòng)情況，和需要滿足的變速要求，以及各軸的相對(duì)位置，確定出變速箱的總體尺寸，做出平面圖，形成箱體總體。然后根據(jù)實(shí)際情況，考慮加工工藝，確定需要加工的面，不需要加工的面，對(duì)定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)要初步確定。以待后面尺寸、粗糙度、形位公差等時(shí)有所依據(jù)。 （三） 零件圖的設(shè)計(jì) 汽車變速箱零件類型多，門類全，其中幾乎涵蓋了大多數(shù)常見(jiàn)零件，根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)，以及參照前人設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行零件圖的繪制，參閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)行零件的標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用多種畫(huà)法相結(jié)合的方法，力求使圖真實(shí)的再現(xiàn)零件的本來(lái)面目，在繪制過(guò)程中有意識(shí)的注意了零件的工藝性要求，堅(jiān)決杜絕僅觀賞性而無(wú)實(shí)用性的零件產(chǎn)生，因?yàn)橐郧暗脑O(shè)計(jì)圖紙資料關(guān)于手扶拖拉機(jī)的，因此讀懂圖紙并從中吸取經(jīng)驗(yàn)也成了關(guān)鍵，我本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，仔細(xì)的觀察實(shí)物和研讀圖紙，保證了設(shè)計(jì)的正確性。 十二、變速器的發(fā)展現(xiàn)狀與方向 （一） 無(wú)級(jí)變速器 汽車行駛的速度是不斷變化的，這就要求汽車的變速器的變速比要盡量多，這就是無(wú)級(jí)變速(Continuously Variable Transmission簡(jiǎn)稱"CVT") ?！”M管傳統(tǒng)的齒輪變速箱并不理想，但其以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點(diǎn)依然占領(lǐng)著汽車變速箱的主流地位。 　　在跨越了三個(gè)世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒(méi)有使用上滿意的無(wú)級(jí)變速箱。這是汽車的無(wú)奈和缺憾。但是,人們始終沒(méi)有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力,各大汽車廠商對(duì)無(wú)級(jí)變速器(CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極