轎車變速箱設(shè)計(jì)【含CAD圖紙】

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According to the contour,track，wheel base，the smallest ground clearance,the smallest turning radium,the vehicles weight, the all-up weight as well as the highest speed and so on, union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power,the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon,choose the suitable final drive ratio.According to the above parameters,combining the knowledge of automobile design, automobile theory, machine design and so on, calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. Its function is:Changing gear ratio,expanding the torque of the driving wheel and the range of the rotational speed,to adapt the travel condition which frequently changes, like start, acceleration, climbing and so on, simultaneously causes the engine to work under the advantageous operating mode;Under the premise of the invariable rotation, enables the automobile to travel back;Using neutral, severances the power transmission, to make the engine start, idle, and is advantageous for the engine to shift gears or to carry on the dynamic output. This gearbox has five (including over drivefifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. KEY WORDS：transmission, inertial type of synchronizer,gear ratio, countershaft,second axis, gear 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 III 目 錄 符號說明. 1 前言. 3 第一章 機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定. 6 1.1 變速器的功用和要求. 6 1.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定. 6 1.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析. 12 第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì). 15 2.1 變速器主要參數(shù)的選擇. 15 2.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定. 19 2.3 齒輪變位系數(shù)的選擇. 21 第三章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇. 22 3.1 齒輪的損壞原因及形式. 22 3.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核. 22 第四章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核. 25 4.1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 . 25 4.2 軸的校核. 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 IV 27 第五章 變速器同步器的設(shè)計(jì). 30 第六章 變速器的操縱機(jī)構(gòu). 33 結(jié)論.34 參考文獻(xiàn).35 致謝.36車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 1 - 轎車變速箱設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于轎車上的 FR 式的手動(dòng)變速器。本設(shè)計(jì)采用中間 軸式變速器，該變速器具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是其直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損 及噪聲也最??；二是在齒輪中心距較小的情況下仍然可以獲得較大的一檔傳動(dòng)比。 根據(jù)轎車的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車輛重量、 滿載重量以及最高車速等參數(shù)結(jié)合自己選擇的適合于該轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)型號可以得 出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)。再結(jié)合某些轎車的基本參 數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比。根據(jù)上述參數(shù)，再結(jié)合汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚?、機(jī)械設(shè) 計(jì)等相關(guān)知識，計(jì)算出相關(guān)的變速器參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。 它功用是：改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常 變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作； 在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；利用空檔，中斷動(dòng)力 傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于發(fā)動(dòng)機(jī)換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。這臺(tái)變 速器具有五個(gè)前進(jìn)檔（包括一個(gè)超速檔五檔）和一個(gè)倒檔，并通過鎖環(huán)式同步器 來實(shí)現(xiàn)換檔。 關(guān)鍵詞：變速器，鎖環(huán)式同步器，傳動(dòng)比，中間軸，第二軸，齒輪 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 2 - THE DESIGN OF SALOON GEARBOX ABSTRACT The duty of this design is to design a FR type manual transmission used in the saloon,Its the countershaft-type transmission gearbox.This transmission has two prominent merits: Firstly,the transmission efficiency of the direct drive keeps off high, the attrition and the noise are also slightest;Secondly ,its allowed to obtain in the biger gear ratio of the first gear when the center distance is smaller. According to the contour,track，wheel base，the smallest ground clearance,the smallest turning radium,the vehicles weight, the all-up weight as well as the highest speed and so on, union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power,the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon,choose the suitable final drive ratio.According to the above parameters,combining the knowledge of automobile design, automobile theory, machine design and so on, calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. Its function is:Changing gear ratio,expanding the torque of the driving wheel and the range of the rotational speed,to adapt the travel condition which frequently changes, like start, acceleration, climbing and so on, simultaneously causes the engine to work under the advantageous operating mode;Under the premise of the invariable rotation, enables the automobile to travel back;Using neutral, severances the power transmission, to make the engine start, idle, and is advantageous for the engine to shift gears or to carry on the dynamic output. This gearbox has five (including over drivefifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. KEY WORDS：transmission, inertial type of synchronizer,gear ratio, countershaft,second axis, gear 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 3 - 目 錄 符號說明. 1 前言. 3 第一章 機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定. 6 1.1 變速器的功用和要求. 6 1.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定. 6 1.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析. 12 第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì). 15 2.1 變速器主要參數(shù)的選擇. 15 2.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定. 19 2.3 齒輪變位系數(shù)的選擇. 21 第三章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇. 22 3.1 齒輪的損壞原因及形式. 22 3.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核. 22 第四章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核. 25 4.1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸. 25 4.2 軸的校核. 27 第五章 變速器同步器的設(shè)計(jì). 30 第六章 變速器的操縱機(jī)構(gòu). 33 結(jié)論.34 參考文獻(xiàn).35 致謝.36 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 4 - 符 號 說 明 汽車總質(zhì)量 kgm 重力加速度 N/kgg 道路最大阻力系數(shù)ax 驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑 mmr 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 NmmaxeT 主減速比0i 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 一檔傳動(dòng)比gIi 汽車滿載載荷 N2G 路面附著系數(shù) 第一軸與中間軸的中心距 mmA 中間軸與倒檔軸的中心距 mm 第二軸與中間軸的中心距 mm 中心距系數(shù)AK 直齒輪模數(shù)m 斜齒輪法向模數(shù)n 齒輪壓力角 斜齒輪螺旋角 齒輪寬度 mmb 齒輪齒數(shù)xZ 齒輪變位系數(shù) 齒輪彎曲應(yīng)力 MPaW 齒輪接觸應(yīng)力 MPaj 齒輪所受圓周力 NtF 軸向力 N a 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 5 - 徑向力 NrF 計(jì)算載荷 NmgT 應(yīng)力集中系數(shù)K 摩擦力影響系數(shù)f 齒輪材料的彈性模量 MPaE 重合度影響系數(shù) 主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mmzr 從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm b 主動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mmz 從動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mmb 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaT 軸的抗扭截面系數(shù) W3m 軸的材料的剪切彈性模量 MPaG 軸截面的極慣性矩 PI 4 垂直面內(nèi)的撓度 mmcf 水平面內(nèi)的撓度 mms 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 6 - 前 言 現(xiàn)在，每當(dāng)人們觀看 F1 大賽，總會(huì)被那種極速的感覺所折服。此刻，大家似 乎談?wù)摰米疃嗟木褪前l(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及車手的駕駛技術(shù)。而且，不忘在自己駕車 的時(shí)候體會(huì)一下極速感覺或是在買車的時(shí)候關(guān)注一下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這似乎成為 了橫量汽車品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的， 因?yàn)樗莿?dòng)力的締造者。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。 從現(xiàn)在市場上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動(dòng)變速器（MT） 、 自動(dòng)變速器（AT） 、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT） 、無級變速器（CVT） 。 一、手動(dòng)變速器(MT) 手動(dòng)變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定 的，所以各檔的變速比是個(gè)定值(也就是所謂的“級” )。比如，一檔變速比是 3.85,二 檔是 2.55,再到五檔的 0.75,這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動(dòng)比，總共只有 5 個(gè)值( 即有 5 級 )，所以說它是有級變速器。 曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動(dòng)變 速器會(huì)在不久“下課” ，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實(shí)有道理。但是從目前市 場的需求和適用角度來看，筆者認(rèn)為手動(dòng)變速器不會(huì)過早的離開。 首先，從商用車的特性上來說，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代 的。以卡車為例，卡車用來運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對如此高的“壓力” ， 除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔有 “勁” ，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車帶動(dòng)。特別是面對爬坡路段，它 的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對于其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性， 但這些特點(diǎn)尚不具備。 其次，對于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來說，他們的最愛還是手動(dòng)變速器。從 我國的具體情況來看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國的汽車發(fā)展歷史，資歷郊 深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車的，他們對手動(dòng)變速器的認(rèn)識程度是非常深刻的，如 果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動(dòng)變速器以及無級變速器已非 常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng)，尤其是喜歡超車時(shí)手動(dòng)變速帶 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 7 - 來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速 器。另外，現(xiàn)在在我國的汽車駕駛學(xué)校中，教練車都是手動(dòng)變速器的，除了經(jīng)濟(jì) 適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。 第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對于普通工薪階 級的老百姓來說，經(jīng)濟(jì)型轎車最為合適，手動(dòng)變速器以其自身的性價(jià)比配套于經(jīng) 濟(jì)型轎車廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如，夏利、 奇瑞、吉利等國內(nèi)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車都是手動(dòng)變速的車，它們的各款車型基本上 都是 5 檔手動(dòng)變速。 二、自動(dòng)變速器（AT） 自動(dòng)變速器（AutomaticTransmission） ，利用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根 據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動(dòng)地進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制 車速即可。雖說自動(dòng)變速汽車沒有離合器，但自動(dòng)變速器中有很多離合器，這些 離合器能隨車速變化而自動(dòng)分離或合閉，從而達(dá)到自動(dòng)變速的目的。 在中檔車的市場上，自動(dòng)變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶 希望在駕駛汽車的時(shí)候?yàn)榱撕啽悴僮鳌⒔档婉{駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時(shí) 快樂的感覺。在高速公路上，這是個(gè)體現(xiàn)地非常完美。而且，以北京市來說，現(xiàn) 在的交通狀況不好，堵車是經(jīng)常的事情，有時(shí)要不停地起步停步數(shù)次，司機(jī)如果 使用手動(dòng)檔，則會(huì)反復(fù)地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對于新手來說更是苦不 堪言。使用自動(dòng)檔，就不會(huì)這樣麻煩了。 在市場上，此類汽車銷售狀況還是不錯(cuò)的，尤其是對于女性朋友比較適合， 通常女性朋友駕車時(shí)力求便捷。而我國要普及這種車型，關(guān)鍵要解決的是路況問 題，現(xiàn)在的路況狀況不均勻，難以發(fā)揮自動(dòng)檔汽車的優(yōu)勢。 三、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT） 其實(shí)通過對一些車友的了解，他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器，而且在 某些時(shí)候也需要自動(dòng)的感覺。這樣手動(dòng)/自動(dòng)變速器便由此誕生。這種變速器在德 國保時(shí)捷車廠 911 車型上首先推出，稱為 Tiptronic，它可使高性能跑車不必受限于 傳統(tǒng)的自動(dòng)檔束縛，讓駕駛者也能享受手動(dòng)換檔的樂趣。此型車在其檔位上設(shè)有 “+”、 “-”選擇檔位。在 D 檔時(shí)，可自由變換降檔(-)或加檔(+)，如同手動(dòng)檔一樣。 自動(dòng)手動(dòng)變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式為了駕駛樂趣使用手動(dòng)檔， 而在交通擁擠時(shí)使用自動(dòng)檔，這樣的變速方式對于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 8 - 筆者曾在上面提到，手動(dòng)變速器有著很大的使用群體,而自動(dòng)變速器也能適應(yīng)女士 群體以及解決交通堵塞帶來的麻煩，這樣對于一些夫妻雙方均會(huì)駕車的家庭來說， 可謂是兼顧了雙方，體現(xiàn)了“夫妻檔” 。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術(shù)含 量，但這類的汽車并不會(huì)在價(jià)格上都高不可攀，比如廣州本田飛度 1.3L CVT 兩廂、 南京菲亞特 2004 派力奧 1.3 HL Speedgear、南京菲亞特 西耶那 Speedgear EL 這些 “二合一”的車型價(jià)格均在 10 萬元左右，這個(gè)價(jià)格層面還比較低的。 所以， 手動(dòng)/自動(dòng)車在普及上還是具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。而汽車廠商和配套的變速器廠家應(yīng)該 以此為契機(jī)，根據(jù)市場要求精心打造此類變速器。因?yàn)檫@類變速器是有比較廣闊 的市場的。 四、無級變速器 當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對于汽車性能的要求是越來越高 的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無級變速器便是人們追求的“最高境界” 。 無級變速器最早由荷蘭人范多尼斯（VanDoornes ）發(fā)明。無級變速系統(tǒng)不像 手動(dòng)變速器或自動(dòng)變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個(gè)滑輪和一個(gè)鋼帶來變速， 其傳動(dòng)比可以隨意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動(dòng)變速器“突然 換檔” 、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點(diǎn)。通常有些朋友將自動(dòng)變速器稱為無級變速器， 這是錯(cuò)誤的。雖然它們有著共同點(diǎn)，但是自動(dòng)變速器只有換檔是自動(dòng)的，但它的 傳動(dòng)比是有級的，也就是我們常說的檔，一般自動(dòng)變速器有 27 個(gè)檔。而無級變 速器能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)速比的無級變化，并選定幾個(gè)常用的速比作為常用的 “檔” 。裝配該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可在任何轉(zhuǎn)速下自動(dòng)獲得最合適的傳動(dòng)比。 從市場走向來看，雖然無級變速器是一個(gè)技術(shù)分量比較高的部件，但是也已 經(jīng)走進(jìn)了普通轎車的“身體” 之中，廣本兩廂飛度每個(gè)排量都有一款配置了 CVT 無級變速器，既方便又省油，且售價(jià)也僅在 9.6811.68 萬元。而且奇瑞汽車銷售 公司表示 QQ 無級變速器型年底上市。看來無級變速器在中檔車中的運(yùn)用將越為廣 泛。 本設(shè)計(jì)是根據(jù)東方之子 1.8L 手動(dòng)豪華車型而開展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參 數(shù)均來源于此種車型： 主減速比：4.782 最高時(shí)速：190km/h 輪胎型號：205/65R15 發(fā)動(dòng)機(jī)型號：SQR481FC 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 9 - 最大扭矩：170Nm/4500 最大功率：95kw/5750 最高轉(zhuǎn)速：6000r/min 奇瑞東方之子 1.8L豪華型 第一章 機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定 1.1 變速器的功用和要求 變速器的功用是根據(jù)汽車在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭 矩和轉(zhuǎn)速，使汽車具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況 范圍內(nèi)工作。為保證汽車倒車以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離，變速器具有倒檔 和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率輸出裝置。 對變速器的主要要求是： 1. 應(yīng)保證汽車具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽車 載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來滿足 這一要求。 2. 工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、亂 檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行駛安全性，操縱 輕便的要求日益顯得重要，這可通過采用同步器和預(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng) 換檔來實(shí)現(xiàn)。 3. 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì) 鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸 承可以減小中心距。 4. 傳動(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精度 和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐櫥投伎梢蕴岣邆鲃?dòng)效率。 5. 噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝剛 性可減小齒輪的噪聲。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 10 - 1.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。 1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 有級變速器與無級變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡單、制造低廉，具有高的傳動(dòng)效率 （=0.960.98 ） ，因此在各類汽車上均得到廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動(dòng)比范圍、檔位數(shù) 及各檔的傳動(dòng)比，因?yàn)樗鼈儗ζ嚨膭?dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的直接影響。 傳動(dòng)比范圍是變速器低檔傳動(dòng)比與高檔傳動(dòng)比的比值。汽車行駛的道路狀況 愈多樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動(dòng)比范圍應(yīng)愈大。目 前，轎車變速器的傳動(dòng)比范圍為 3.04.5；一般用途的貨車和輕型以上的客車為 5.08.0；越野車與牽引車為 10.020.0。 通常，有級變速器具有 3、4、5 個(gè)前進(jìn)檔；重型載貨汽車和重型越野汽車則 采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多達(dá) 616 個(gè)甚至 20 個(gè)。 變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性及平 均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但采用手動(dòng)的機(jī)械式操縱 機(jī)構(gòu)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)迅速、無聲換檔，對于多于 5 個(gè)前進(jìn)檔的變速器來說是困難的。 因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為 5 檔。多于 5 個(gè)前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù) 雜化，或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副變速器，后者僅用于一定行駛工況。 某些轎車和貨車的變速器，采用僅在好路和空載行駛時(shí)才使用的超速檔。采 用傳動(dòng)比小于 1（0.70.8）的超速檔，可以更充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低單位行 駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，降低燃料消耗。但與傳 動(dòng)比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會(huì)降低傳動(dòng)效率。 有級變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù) 目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精 度、剛度等。 三軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應(yīng)用。 三軸式變速器如圖 1-1 所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別 與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起 來傳遞扭矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二 軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 11 - 速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此。在齒輪中心 距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比， 這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：處直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所 下降。 圖 1-1 轎車中間軸式四檔變速器 1第一軸；2第二軸；3中間軸 兩軸式變速器如圖 1-2 所示。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除 最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布 置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量降低 6%10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡單。如圖所示，兩軸 式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)， 主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡 化了制造工藝，降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔 均采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n的主動(dòng) 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 12 - 齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端，如圖 示。 兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪 聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，低檔傳動(dòng)比取值的上限 （i g =4.04.5）也受到較大限制 ,但這一缺點(diǎn)可通過減小各檔傳動(dòng)比同時(shí)增大主減 速比來取消。 圖 1-2 兩軸式變速器 1第一軸；2第二軸；3同步器 有級變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。 后者比直齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍復(fù)雜些且在工作中有軸 向力。因此，在變速器中，除低檔及倒檔外，直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪 所代替。但是在本設(shè)計(jì)中，由于倒檔齒輪采用的是常嚙式，因此也采用斜齒輪。 由于所設(shè)計(jì)的汽車是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式變速器。 圖 1-3、圖 1-4、圖 1-5 分別示出了幾種中間軸式四，五，六檔變速器傳動(dòng)方 案。它們的共同特點(diǎn)是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套 將它們連接得到直接檔。使用直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載， 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá) 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 13 - 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少因?yàn)橹苯訖n的利用率高于其它檔位，因 而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng) 過設(shè)置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第 二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高的 齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪 傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合 套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換檔，還有各檔同步器或嚙合套 多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接檔以外的其他檔位工作時(shí)，中間軸式變速器 的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。在檔數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變速 器主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。 圖 1-3 中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案 如圖 1-3 中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別：圖 1-3a、b 所示方 案有四對常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔；圖 1-3c 所示傳動(dòng)方案的二，三， 四檔用常嚙合齒輪傳動(dòng)，而一檔和倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔。 圖 1-4a 所示方案，除一，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外，其余各檔為常嚙合齒 輪傳動(dòng)。圖 1-4b、c、d 所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖 1-4d 所 示方案中的倒檔和超速檔安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提 高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下， 很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)檔的變速器。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 14 - 圖 1-4 中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案 圖 1-5a 所示方案中的一檔、倒檔和圖 b 所示方案中的倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪 換檔，其余各檔均用常嚙合齒輪。 圖 1-5 中間軸式六檔變速器傳動(dòng)方案 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以用同步器 或嚙合套來實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有的檔位用嚙合套換 檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合套換檔。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長度，可將 變速器后端加長，如圖 1-3a、b 所示。伸長后的第二軸有時(shí)裝在三個(gè)支承上，其 最后一個(gè)支承位于加長的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒檔傳動(dòng)齒輪和 換檔機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。 變速器用圖 1-4c 所示的多支承結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。這時(shí)，如用在軸 平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。圖 1- 4c 所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)一檔和倒檔齒輪布置在變速器殼 體的中間跨距里，而中間檔的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。 2倒檔傳動(dòng)方案 圖 1-6 為常見的倒擋布置方案。圖 1-6b 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 15 - 間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時(shí)有兩對齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙 合，使換擋困難。圖 1-6c 所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不 合理。圖 1-6d 所示方案針對前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖 1-6c 所示方案。 圖 1-6e 所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖 1- 6f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空 間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖 1-6g 所示方案。其缺點(diǎn)是一， 倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。 本設(shè)計(jì)采用圖 1-6f 所示的傳動(dòng)方案。 圖 1-6 變速器倒檔傳動(dòng)方案 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是 中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變 形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高擋順序布置各擋齒輪，這樣 做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳 動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠 近軸的支承處。 1.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化等要求。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 16 - 在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤滑 和密封等因素。 1.齒輪型式 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)； 缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱 齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓 柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設(shè)計(jì)中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因 此倒檔也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。 2.換檔結(jié)構(gòu)型式 換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時(shí)齒 端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等 原因，初一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少 了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套有分為內(nèi)齒嚙合套和外齒嚙 合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向 尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔 位上常被使用。 采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮， 同時(shí)操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全 性，此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要 求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應(yīng)用 于各式變速器中。 自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問題，除工藝上采取措施外， 在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下 幾種： 1） 將嚙合套做得長一些（如圖 1- 7a） 或者兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開（圖 1- 7b） ，這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過 被接合齒約 13mm。使用中因接觸部 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 17 - 分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫檔。 2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?.30.6mm） ，這樣，換檔后嚙合套的 后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔（圖 1-8） 。 3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜 2030） ，使接合 齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力 a b （圖 1-9） 。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效， 圖 1-7 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 采用較多。 此段切薄 圖 1-8 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 加工成斜面 圖 1-9 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。 但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸， 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 18 - 以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結(jié)構(gòu)如圖 1-10 所示： 圖 1-10 鎖環(huán)式同步器 l、4-同步環(huán);2-同步器齒鼓;3-接合套;5-彈簧;6滑塊; 7-止動(dòng)球;8-卡環(huán);9輸出軸;10、11-齒輪 第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì) 2.1 變速器主要參數(shù)的選擇 一、檔數(shù)和傳動(dòng)比 近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用 45 個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用 5 個(gè)檔位。 選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車 的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。 汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 19 - max0maxaxmax(cosin)egITrif gaxm0rgeiTi max2egITriG2max0rgIeTii max1ingq 面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有 則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動(dòng)比為 （2-1） 式中 m-汽車總質(zhì)量； g-重力加速度； max-道路最大阻力系數(shù)； rr-驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑； Temax-發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； i0-主減速比； -汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件 求得的變速器 I 檔傳動(dòng)比為： （2-2） 式中 G2-汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷； -路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 =0.50.6。 由已知條件：滿載質(zhì)量 1800kg； rr=337.25mm； Te max=170Nm； i0=4.782； =0.95。 根據(jù)公式（2-2）可得：i gI =3.85。 超速檔的的傳動(dòng)比一般為 0.70.8，本設(shè)計(jì)去五檔傳動(dòng)比 ig =0.75。 中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為： （2-3） 的等比數(shù)列，實(shí)際上與理論上略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 20 - 2.5169.()gIgIVii修 正 為 3IAmaxKT些，另外還要考慮與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。根據(jù)上式可的出： =1.51。q 故有： 二、中心距 中心距對變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距、應(yīng)能保證齒輪的 強(qiáng)度。三軸式變速器的中心局 A（mm）可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn) 公式初定： (2-4) 式中 K A-中心距系數(shù)。對轎車，K A =8.99.3；對貨車， K A =8.69.6；對多檔 主變速器，K A =9.511； TI max -變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩： TI max=Te max igI =628.3N m 故可得出初始中心距 A=77.08mm。 三、軸向尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布 置初步確定。 轎車四檔變速器殼體的軸向尺寸 3.03.4A。貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔 數(shù)有關(guān)： 四檔(2.22.7) A 五檔(2.73.0) A 六檔(3.23.5) A 當(dāng)變速器選用常嚙合齒輪對數(shù)和同步器多時(shí)，中心距系數(shù) KA 應(yīng)取給出系數(shù)的 上限。為檢測方便， A 取整。 本次設(shè)計(jì)采用 5+1 手動(dòng)擋變速器，其殼體的軸向尺寸是 3 77.08mm=231.24mm， 變速器殼體的最終軸向尺寸應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。 四、齒輪參數(shù) （1）齒輪模數(shù) 建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應(yīng)符合 JB111-60 規(guī)定的標(biāo) 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 21 - 準(zhǔn)值。 第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù) mn (2-5)3ax0.47eT 其中 =170Nm，可得出 mn=2.5。maxeT 一檔直齒輪的模數(shù) m mm (2-6)31max0. 通過計(jì)算 m=3。 同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。由于制造工藝上的原因，同一變 速器中的結(jié)合套模數(shù)都去相同，轎車和輕型貨車取 23.5。本設(shè)計(jì)取 2.5。 （2）齒形、壓力角 、螺旋角 和齒寬 b 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表 2-1 選取。 表 2-1 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項(xiàng)目 車型 齒形 壓力角 螺旋角 轎車 高齒并修形的齒形 14.5，15，1616.5 2545 一般貨車 GB1356-78 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形 20 2030 重型車 同上 低檔、倒檔齒輪 22.5，25 小螺旋角 壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng) 度和表面接觸強(qiáng)度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提 高齒輪承載力，取大些。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角 取 20,嚙合套或同步器 取 30；斜齒輪螺旋角 取 30。 應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使中間軸上是軸向力相互抵消。為 此，中間軸上的全部齒輪一律去右旋，而第一軸和第二軸上的的斜齒輪去左旋，其 軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。 齒輪寬度 b 的大小直接影響著齒輪的承載能力，b 加大，齒的承載能力增高。 但試驗(yàn)表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載 能力降低。所以，在保證齒輪的強(qiáng)度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕 變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬： 直齒 b=(4.58.0)m，mm 斜齒 b=(6.08.5)m，mm 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 22 - 1092ZigImAZ2 第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長度增加，接觸應(yīng)力 降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 2.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定 在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳 動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來說明分配各檔齒數(shù)的方 法。 1.確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)比 （2-7） 為了確定 Z9 和 Z10 的齒數(shù)， 先求其齒數(shù)和 : （2- 8） 其中 A =77.08mm、 m =3；故 有 。4.51Z 圖 2-1 五檔變速器示意圖 當(dāng)轎車三軸式的變速器 時(shí)，則 ，此處取9.35gIi 范 圍 內(nèi) 選 擇可 在 17510Z =16，則可得出 =35。10Z9Z 上面根據(jù)初選的 A 及 m 計(jì)算出的 可能不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，從式 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 23 - 91012ZigI76.12Zcos2)(21ZmAnn21 91.3 gIi8712Zig45.87nmAZcos25.2gi （2-8）看出中心距有了變化，這時(shí)應(yīng)從 及齒輪變位系數(shù)反過來計(jì)算中心距 A，再Z 以這個(gè)修正后的中心距作為以后計(jì)算的依據(jù)。 這里 修正為 51，則根據(jù)式（ 2-8）反推出 A=76.5mm。Z 2.確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 由式（2-7 ）求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比 （2-9） 由已經(jīng)得出的數(shù)據(jù)可確定 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 （2-10） 由此可得： (2-11) 而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出： 。 5Z 與聯(lián)立可得： =19、 =34。12 則根據(jù)式（2-7）可計(jì)算出一檔實(shí)際傳動(dòng)比為： 。 3.確定其他檔位的齒數(shù) 二檔傳動(dòng)比 （2-12） 而 ，故有： 對于斜齒輪， （2-13） 故有： 5387Z 聯(lián)立得： 。2187、 按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪 ；四檔齒輪 2765Z、 。31643、 4.確定倒檔齒輪的齒數(shù) 一般情況下，倒檔傳動(dòng)比與一檔傳動(dòng)比較為接近，在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比 取gri 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 24 - 1231Zigr)(2132Zmn)(2113ZA3.7。中間軸上倒檔傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一檔主動(dòng)齒輪 10 略小，取 。132Z而通常情況下，倒檔軸齒輪 取 2123，此處取 =23。113由 （2-14） 可計(jì)算出 。271Z 故可得出中間軸與倒檔軸的中心距 A = (2-15) =50mm 而倒檔軸與第二軸的中心: (2-16) =72.5mm。 2.3 齒輪變位系數(shù)的選擇 齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免 齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、 抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。 變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對嚙合齒 輪的變位系數(shù)的和為零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪 強(qiáng)度想接近的程度。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時(shí)增加一對齒輪的強(qiáng)度，也 很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位既具有高度 變位的優(yōu)點(diǎn)，有避免了其缺點(diǎn)。 有幾對齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器，會(huì)因保證各檔傳 動(dòng)比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對齒輪有相同的中心 距，此時(shí)應(yīng)對齒輪進(jìn)行變位。當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)或高度變位 時(shí)，則對齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙 合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故采用的較多。對斜齒輪傳動(dòng)，還可通過選擇合適的螺 旋角來達(dá)到中心距相同的要求。 變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。對于高檔 齒輪，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合劑 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 25 - 17Z耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對于低檔齒輪，由于小齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象。 總變位系數(shù)越小，一對齒輪齒更總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。但是由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動(dòng)，故噪聲要小些。 根據(jù)上述理由，為降低噪聲，變速器中除去一、二檔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)。其中，一檔主動(dòng)齒輪 10 的齒數(shù) Z1017，因此一檔齒輪需要變位。變位系數(shù) （2-17） 式中 Z 為要變位的齒輪齒數(shù)。 第三章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇 3.1 齒輪的損壞原因及形式 齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動(dòng)換檔齒輪端部破壞。 輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒再 重復(fù)載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。 前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。 齒輪工作時(shí)，一對相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤滑 油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使 齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。 用移動(dòng)齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的 齒輪存在角速度茶，換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。 3.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 26 - 10tfWFKby102/tgTdK102/gFTd 92max10geZT102gTFd g 與其他機(jī)械設(shè)備使用的變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是 相似的。此外，汽車變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級、 支撐方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或齒輪精加 工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于 7 級。因此，比用于計(jì)算 通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡化一些的計(jì)算公式來計(jì)算汽車齒輪，同樣、可以獲得較為 準(zhǔn)確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為 40Cr。 1. 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （1） 直齒輪彎曲應(yīng)力 （3-1） 式中， -彎曲應(yīng)力（MPa） ；W -一檔齒輪 10 的圓周力t （N）， ；其中 為計(jì)算 載荷（Nmm） ， d 為節(jié)圓直徑。 -應(yīng)力集中系數(shù)，可近 似取 1.65； -摩擦力影響系數(shù)，主f 動(dòng)齒輪取 1.1，從動(dòng)齒輪取 0.9； b-齒寬（mm） ，取 20 t-端面齒距（mm） ； y-齒形系數(shù)，如圖 3-1 所 示。 圖 3-1 齒形系數(shù)圖 當(dāng)處于一檔時(shí)，中間軸上的計(jì)算扭矩為： （3-2） =170 1000 2.18 1.78 =659668Nm 故由 可以得出 ；再將所得出的數(shù)據(jù)代入式（3-1）可得10tF 65.3wMPa 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 27 - 1wFKbty8782gttTFd8679.152.8203w MPa 5627.4wMPa12.97wa348.6PMj10.48 j zbFE 953.01wMPa 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩 時(shí)，一檔直齒輪的彎曲應(yīng)maxeT 力在 400850MPa 之間。 （2） 斜齒輪彎曲應(yīng)力 （3-3） 式中 為重合度影響系數(shù)，取 2.0；其他參數(shù)均與式（3-1）注釋相同，K ，1.50 選擇齒形系數(shù) y 時(shí)，按當(dāng)量模數(shù) 在圖（3-1）中查得。3/cosnz 二檔齒輪圓周力： （3-4） 根據(jù)斜齒輪參數(shù)計(jì)算公式可得出： =6798.8N7ttF 齒輪 8 的當(dāng)量齒數(shù) =47.7，可查表（3-1）得： 。3/cosnz80.153y 故 同理可得： 。7. 依據(jù)計(jì)算二檔齒輪的方法可以得出其他檔位齒輪的彎曲應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果如下： 三檔： 四檔： 五檔： 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時(shí)，對常嚙合齒輪和高檔齒輪，許用應(yīng) 力在 180350MPa 范圍內(nèi)，因此，上述計(jì)算結(jié)果均符合彎曲強(qiáng)度要求。 2. 齒輪接觸應(yīng)力 （3-5） 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 28 - j12/gFTdsinzbr 2sin/coszzbr 1234598.657.081.792jjjjjjRMPaaPM 式中， -齒輪的接觸應(yīng)力（MPa） ； F-齒面上的法向力（N） ， ；1(cos) -圓周力在（N） ， ；1 -節(jié)點(diǎn)處的壓力角（） ； -齒輪螺旋角（） ； E-齒輪材料的彈性模量（MPa） ，查資料可取 ；3190EMPa b-齒輪接觸的實(shí)際寬度，20mm； -主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm） ；z、 直齒輪： （3-6） （3-7） 斜齒輪： （3-8） （3-9） 其中， 分別為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm） 。zbr、 將作用在變速器第一軸上的載荷 作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸maxeT 應(yīng)力 見下表：j 表 3-1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 /MPaj 齒輪 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 19002000 9501000 常嚙合齒輪和高檔 13001400 650700 通過計(jì)算可以得出各檔齒輪的接觸應(yīng)力分別如下： 一檔： 二檔： 三檔： 四檔： 五檔： 倒檔： 對照上表可知，所設(shè)計(jì)變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 29 - 第四章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 4.1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 1. 軸的結(jié)構(gòu) 第一軸通常和齒輪做成一體，前端大都支撐在飛輪內(nèi)腔的軸承上，其軸徑根 據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。該軸承不承受軸向力，軸的軸向定位一般由后軸承用卡環(huán)和 軸承蓋實(shí)現(xiàn)。第一軸長度由離合器的軸向尺寸確定，而花鍵尺寸應(yīng)與離合器從動(dòng) 盤轂的 內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸如圖 4-1 所示： 圖 4-1 變速器第一軸 中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計(jì)采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動(dòng)方案。由于 一檔和倒檔齒輪較小，通常和中間軸做成一體，而高檔齒輪則分別用鍵固定在軸 上，以便齒輪磨損后更換。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 一檔齒輪 倒檔齒輪 圖 4-2 變速器中間軸 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 30 - 3950.2TTPnWd 2. 確定軸的尺寸 變速器軸的確定和尺寸，主要依據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求并考慮加工工藝和裝配 工藝要求而定。在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，由齒輪、換檔部件的工作位置和尺寸可初步確定 軸的長度。而軸的直徑可參考同類汽車變速器軸的尺寸選定，也可由下列經(jīng)驗(yàn)公 式初步選定： 第一軸和中間軸： （4-(0.45),dAm 1） 第二軸： （4-3max1.07,edT 2） 式中 -發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，NmmaxeT 為保證設(shè)計(jì)的合理性，軸的強(qiáng)度與剛度應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，軸的直 徑 d 與軸的長度 L 的關(guān)系可按下式選?。?第一軸和中間軸： d/L=0.16 0.18； 第二軸： d/L=0.18 0.21。 4.2 軸的校核 由變速器結(jié)構(gòu)布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來說強(qiáng)度是足 夠的，僅對其危險(xiǎn)斷面進(jìn)行驗(yàn)算即可。對于本設(shè)計(jì)的變速器來說，在設(shè)計(jì)的過程 中，軸的強(qiáng)度和剛度都留有一定的余量，所以，在進(jìn)行校核時(shí)只需要校核一檔處 即可；因?yàn)檐囕v在行進(jìn)的過程中，一檔所傳動(dòng)的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也 最大。由于第二軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故作為重點(diǎn)的校核對象。下面對第一軸和第二 軸進(jìn)行校核。 1. 第一軸的強(qiáng)度與剛度校核 因?yàn)榈谝惠S在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受 扭矩。此中情況下，軸的扭矩強(qiáng)度條件公式為 （4-3） 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 31 - 395070.2T MPa45.7310PTGI 4441705.730.93.258.maxax max2tncos2tetereaTiFdiTiFd 式中： -扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T T-軸所受的扭矩，Nmm； -軸的抗扭截面系數(shù)， ；W3m P-軸傳遞的功率，kw； d-計(jì)算截面處軸的直徑，mm； -許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。T 其中 P =95kw， n =5750r/min,d =24mm；代入上式得： 由查表可知 =55MPa，故 ，符合強(qiáng)度要求。T 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角 來表示。其計(jì)算公式為： （4-4） 式中， T -軸所受的扭矩，Nmm； G -軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對于鋼材， G =8.1 MPa；410 -軸截面的極慣性矩， ， ；PI 4m/4dIp 將已知數(shù)據(jù)代入上式可得： 。 對于一般傳動(dòng)軸可取 ；故也符合剛度要求。0.1()/ 2. 第二軸的校核計(jì)算 1）軸的強(qiáng)度校核 計(jì)算用的齒輪嚙合的圓周力 、徑向力 及軸向力 可按下式求出：traF （4-5） （4-6） （4-7） 式中 -至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比，此處為三檔傳動(dòng)比 3.85；i 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 32 - 1246.789.traFN160275 atAdF22225(10.78)(10.78)(654.10)69csjMTNm 32d d -計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑，mm，為 105mm； -節(jié)點(diǎn)處的壓力角，為 16； -螺旋角，為 30； -發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為 170000Nmm。maxeT 代入上式可得： ， ， 。 危險(xiǎn)截面的受力圖為： 圖 4-1 危險(xiǎn)截面受力分析 水平面： （160+75）= 75 =1317.4N；Ar AF 水平面內(nèi)所受力矩： 32.78cAMNm 垂直面： （4-8） =6879.9N 垂直面所受力矩： 。316010.8sAFNm 該軸所受扭矩為： 。7.564jT 故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為： （4-9） 則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力 （MPa）: （4-10） 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 33 - 23sFabfEIL21cfI0.135 csf 將 代入上式可得： ，在低檔工作時(shí) =400MPa，因此有：M136.MPa ；符合要求。 2）軸的剛度校核 第二軸在垂直面內(nèi)的撓度 和在水平面內(nèi)的撓度 可分別按下式計(jì)算：cf sf （4-11） （4-12） 式中, -齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）,這里等于 ；1F tF -齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N） ，這里等于 ；2 r E-彈性模量（MPa） ， （MPa） ，