輕型客車變速器設(shè)計

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1、 中文摘要 商用車作為汽車家族的主要成員， 近年來，以其前所未有的發(fā)展勢頭，成為客運、貨運用車的主力軍。輕型客車作 為一種常用商用車型，為我們的日常生活帶來了許多方便。 變速器是汽車傳動系統(tǒng)中一個比較關(guān)鍵的部件，它設(shè)計的好壞直接影響到汽 車的實際使用性能。 大部分——設(shè)計部分和工藝部分。 設(shè)計部分?jǐn)⑹隽溯p型汽車手動機械變速器的功用、要求，比對了變速器各種 結(jié)構(gòu)方案，說明了變速器主要參數(shù)的確定方法、齒輪的幾何計算和校核過程、軸 的尺寸確定和校核過程、軸承等標(biāo)準(zhǔn)零件的選用方

2、法和同步器的選用方法。同時 分析設(shè)計了與之相適應(yīng)的操縱機構(gòu)，最后給變速器殼體的設(shè)計方案圖紙。計算過 程采用MATLAB編程來進行，主要包括齒輪強度校核程序，軸的強度校核程序和軸 的剛度校核程序。主要電算程序和計算結(jié)果將另附一冊進行詳細說明。 機械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，組織生產(chǎn)，加工操作，保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要 依據(jù)技術(shù)保證。本文的工藝部分主要對典型零件的工藝過程進行了分析，包括軸 類零件、齒輪類零件、殼體類零件、叉類零件及其他類零件，并選取有代表性的 零件，確定了各類零件的材料，制定了工藝過程卡片。另外，對裝配過程也給

3、出 了詳細的說明。 關(guān)鍵詞 手動變速器 齒輪 軸 同步器 殼體 工藝 MATLAB Title The transmission design for the light-duty coach Abstract As a main kind of modern automotive vehicle, the commercial vehicle is playing an important role in transportation which can not be placed by ot

4、hers nowadays. In resent years, the commercial vehicle is widely used for freight and passenger transportation. As a common type of commercial car, the light-duty coach makes our living more convenient. The transmission is a key component in the driveline of an automotive vehicle.

5、This paper, which mainly consists of two parts—the part design and the machining, introduces how the manual transmission for light-duty coach is designed and produced. The first part introduces the function of the transmission and the demand. By comparing some kinds of alinements,

6、the paper made an optimization. The paper also introduces how to choose the main parameters of transmission, the gears, the shafts, the synchronizers etc. The paper gives some MATLAB programs to check the gears and shafts in order to ensure that transmission is safe enough when it is w

7、orking. The main program of the calculation and the result will be explained in details in another appendix. What is more, a brief introduction to the design of shift mechanics and the drawings is given. The second part introduces the processing of machining. Machining is an import

8、ant guarantee and proof for succeed of product design, manufacturing, processing operation and high quality. This part mainly analyzes the machining processing of typical components, such as shafts, gears, shells, picks and so on. It also takes some of the typical components as exa

9、mples to show how to make a choice of the materials for varies of components and makes the flowchart for the processing. Finally, the assembly process will be explained in details. Keywords Manual transmission Gear Shaft Synchronizer Housing Machining MATLAB 目錄

10、 1 2 3 4 5 6 緒論................................................................1 1.1 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)及要求.............................................1 1.2 變速器的功用和設(shè)計要求....................................

11、.......................................................... 1 變速器結(jié)構(gòu)方案的選擇................................................3 2.1 兩軸式變速器和中間軸式變速器................................................................................ 3 2.2 齒輪的安排.........................................................

12、................................................................ 4 2.3 換擋結(jié)構(gòu)形式.................................................................................................................... 6 2.4 倒擋的結(jié)構(gòu)方案及倒擋的位置...............................................................................

13、...... 8 變速器主要參數(shù)的選擇...............................................10 3.1 變速器擋數(shù)及各擋傳動比.............................................................................................10 3.2 中心距A....................................................................................................

14、..........................10 3.3 外形尺寸.............................................................................................................................11 變速器齒輪參數(shù)的確定...............................................12 4.1 模數(shù).........................................................

15、.............................................................................12 4.2 壓力角.................................................................................................................................12 4.3 螺旋角..................................................................

16、...............................................................12 4.4 齒寬......................................................................................................................................13 4.5 各擋齒輪齒數(shù)的分配......................................................................

17、................................13 同步器的設(shè)計計算...................................................18 變速器結(jié)構(gòu)元件.....................................................21 6.1 齒輪..........................................................................................................................

18、............21 6.2 軸及相關(guān)零件...................................................................................................................21 6.3 變速器殼體....................................................23 7 8 9 10

19、 致 零件的校核.........................................................24 7.1 齒輪的校核....................................................24 7.2 軸的校核......................................................26 變速器操縱機構(gòu).....................................................30 工藝分析.............

20、..............................................31 9.1 殼體加工工藝...................................................................................................................31 9.2 撥叉加工工藝.........................................................................................................

21、..........31 9.3 齒輪加工工藝...................................................................................................................32 9.4 軸的加工工藝...................................................................................................................33 9.5 工序尺寸鏈計算........

22、.......................................................................................................34 9.6 變速器總成的裝配..........................................................................................................36 9.7 裝配尺寸鏈計算......................................................

23、.........................................................36 英文翻譯..........................................................39 謝................................................................51 參 考 文 獻...........................................................52 附 錄..............

24、.................................................530 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 1.1 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)及要求 題 目：輕型客車變速器設(shè)計 設(shè)計參數(shù)： 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩：94 N ? m / 3000rpm； 發(fā)動機最大功率：51 kW / 6000rpm ； 最高車速：120 km /h ； 主減速器速比：5.125 ； 第 1 頁 共 50 頁 各擋速比：i 1 = 3.652, i 2 = 1.948, i 3 = 1.424, i 4 =

25、1.000, i 5 = 0.795, iR = 0.346. 課題內(nèi)容： 完成變速器的選型、設(shè)計計算并繪制相關(guān)圖紙。 1.2 變速器的功用和設(shè)計要求 現(xiàn)代汽車廣泛采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機作為動力裝置，它具有體積小，質(zhì)量輕， 工作可靠，使用方便等優(yōu)點。但其性能與汽車的動力性和經(jīng)濟性之間存在著較大 的矛盾。發(fā)動機的扭矩、轉(zhuǎn)速與汽車的牽引力、車速要求之間的矛盾，靠現(xiàn)代汽 車的內(nèi)燃機本身是無法解決的。為此，在汽車傳動系中設(shè)置了變速器和主減速器。 既可以使驅(qū)動車輪的扭矩增大為發(fā)動機扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到

26、 發(fā)動機轉(zhuǎn)速的若干分之一。 此外，汽車的使用條件頗為復(fù)雜，如汽車的載貨量、道路坡度、路面好壞以 及交通情況等。這就要求汽車的牽引力和車速具有較大的變化范圍，以適應(yīng)使用 的需要。當(dāng)汽車在平坦的道路上，以高速行駛時，可掛入變速器的高速擋；而在 不平的路上或爬較大的坡道時，則應(yīng)掛入變速器的低速擋。根據(jù)汽車的使用條件， 選擇合適的變速器擋位，不僅是汽車動力性的要求，而且也是汽車燃料經(jīng)濟性的 要求。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 共 50 頁 汽車在某些情況下，需要倒向行駛。然而，汽車發(fā)動

27、機不能倒轉(zhuǎn)工作，因此 在變速器內(nèi)設(shè)有倒擋。此外，變速器還沒有空擋，可中斷動力傳遞，以滿足汽車 暫時停駛和對發(fā)動機檢查調(diào)整的需要。對變速器的要求，除一般便于制造、使用、 維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊外，主要還有以下幾點： 1) 保證汽車必要的動力性和經(jīng)濟性。 2) 設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機動力向驅(qū)動輪的傳輸。 3) 設(shè)置倒擋，使汽車能倒退行駛。 4) 設(shè)置動力輸出裝置，需要時能進行功率輸出。 5) 換擋迅速、省力、方便。 6) 工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)

28、 象發(fā)生。 7) 變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。 8) 變速器的工作噪聲低。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 2 變速器結(jié)構(gòu)方案的選擇 第 3 頁 共 50 頁 目前，汽車上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國汽車的使 用、創(chuàng)造、修理等條件不同，也由于各種類型汽車的使用要求不同所決定的。盡 管如此，一般變速器的結(jié)構(gòu)形式，仍具有很多共同點。 各種結(jié)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點，這些優(yōu)缺點隨主觀和客觀條件的變化而 變化。因此，在設(shè)計過程中我們應(yīng)深入實際，收集資料，調(diào)查研究，對結(jié)構(gòu)進行

29、 分析比較，并盡可能地考慮到產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后確定較合適 的方案。 機械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡單、傳功效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點， 在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計采用的結(jié)構(gòu)方案如圖2-1所示，下文 將對其進行具體說明。 2 6 4 8 1 3 5 7 13 10 11 9 12 圖2-1 變速器結(jié)構(gòu)方案圖 2.1 兩軸式變速器和中間軸式變速器 現(xiàn)代汽車大多

30、數(shù)都采用中間軸式變速器。兩軸式變速器只用于發(fā)動機前置、 前輪驅(qū)動或發(fā)動機后置、后輪驅(qū)動的轎車上。除了汽車總布置的要求外，主要考 慮以下幾方面，本次輕型客車變速器的設(shè)計中選擇三軸式變速器。 1、變速器的徑向尺寸 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4 頁 共 50 頁 兩軸式變速器的前進擋均由一對齒輪傳遞動力，當(dāng)需要大的傳動比時，需將 主動齒輪做得小些，而將從動輪做得很大，因此兩軸的中心距和變速器完的相關(guān) 尺寸也必然增大。受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一擋傳動比不可能設(shè)計得很大。 而三軸式變速器，由兩對齒輪傳

31、遞動力。在同樣傳動比的情況下，可將大齒 輪的徑向尺寸做得小些，因此中心距及變速器殼的相關(guān)尺寸均可減小。在中心距 不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動比。 2．變速器的效率 兩軸式變速器，雖然可以有等于1的傳動比，但仍要經(jīng)過一對齒輪傳遞動力， 因此有功率損失。 而三軸式變速器，第二軸的前端經(jīng)軸承在第一軸孔內(nèi)，且保持兩軸線在同一 直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接擋，使用直接擋，變速器的齒輪和軸 承及中間軸均不承載，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速 器的傳動效率高，可達到90

32、%以上，噪聲低、齒輪和的磨損減少。然而，在除直 接擋以外的其它擋住工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺 點。 3．變速器的壽命 兩軸式變速器的低擋齒輪副，大小相差懸殊，小齒輪工作循環(huán)次數(shù)比大齒輪 要高得多。因此小齒輪的壽命，比大齒輪的壽命短。 三軸式變速器各前進擋(除直接擋)，均為常嚙合齒輪傳動，大小齒輪的徑向 尺寸相差較小，工作循環(huán)次數(shù)和齒輪壽命也比較接近。用直接擋工作時，因第一 軸與第二軸直接連在一起，齒輪只是空轉(zhuǎn)，并不傳通動力，故不影響齒輪壽命。 因為直接擋的利用率要高于其他

33、擋位,因而提高了變速器的使用壽命。 2.2 齒輪的安排 各齒輪副的相對安裝位置，對于整個變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各擋 位置的安排，考慮到以下四個方面的要求： 1、整車總布置 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 50 頁 根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸與輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形 狀以及換擋機構(gòu)提出要求。 2、駕駛員的使用習(xí)慣 有人認(rèn)為人們習(xí)慣于按擋位的高低順序，由左到右或由右到左排列來換擋， 但是也有人認(rèn)為應(yīng)該將常用擋放在中間位置而將不常用的低擋放在兩邊

34、。 值得注意的是倒擋，雖然它是平常換擋序列之外的一個特殊擋位，但它卻是 決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。按習(xí)慣，倒擋最好不與序列結(jié)合。否則，從安全 考慮，按倒擋與一擋放在一起較好。在五擋變速器中，倒擋與序列結(jié)合與不結(jié)合 兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個撥叉和一根變速滑桿；后者如布置適當(dāng)，則 可使變速器的軸向長度縮短。 本設(shè)計中采用如圖2-1所示的方案：倒擋與序列結(jié)合，并與五擋放在一起。 3．提高平均傳動效率 為提高平均傳動效率，采用具有直接擋的傳動方案，并盡可能地將使用時間 最多的擋位設(shè)計成直按擋。

35、 4．改善齒輪受載狀況 各擋位齒輪在變速器中的位置安排，考慮到齒輪的受載狀況。承受載荷大的 低擋齒輪，安置在離軸承較近的地方，以減小鈾的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致 下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點蝕損壞，因此將高擋 齒輪安排在離兩支承較遠處。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪 的偏載也小。 因為變速器在一擋和倒擋工作時有較大的力．所以無論是兩軸式變速器還是 中間軸式變速器的低擋與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在我靠近軸的支承處．以減少軸的變 形，保證齒輪重合度下降不多；然后按照從低擋

36、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。 本設(shè)計中采用了中間支承這種結(jié)構(gòu)形式，將—擋和倒擋分別布置在中間支承 板兩側(cè)。這種方案不僅可以提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲，而且 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 50 頁 可以在不需要超速擋的條件下，很容易形成一個只有四個前進擋的變速器。 2.3 換擋結(jié)構(gòu)形式 目前汽車上的機械式變速器采用的換擋結(jié)構(gòu)形式有三種： 1．滑動齒輪換擋 通常是采用滑動直齒輪進行換擋，但也有采用滑動斜齒輪換擋的。滑動直齒

37、 輪換擋的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、容易制造。缺點是換擋時齒端面承受很大的沖 擊，會導(dǎo)致齒輪過早損壞，并且直齒輪工作噪聲大。所以這種換擋方式，一般僅 用在一擋和倒擋上。采用滑動斜齒輪換擋，雖有工作平穩(wěn)、承裁能力大、噪聲小 的優(yōu)點，但它的換擋仍然避免不了齒端面承受沖擊，所以現(xiàn)代汽車的變速器中， 前進擋采用滑動齒輪換擋的已甚為少見。 2．嚙合套換擋 用嚙合套換擋，可將構(gòu)成某傳動比的一對齒輪，制成常嚙合的斜齒輪。而斜 齒輪上另外有一部分做成直的接合齒，用來與嚙合套相嚙合。這種結(jié)構(gòu)既具有斜 齒輪傳動的優(yōu)點，同時

38、克服了滑動齒輪換擋時，沖擊力集中在1～2個輪齒上的缺 陷。因為在換擋時，由嚙合套以及相嚙合的接合齒上所有的輪齒共同承擔(dān)所受到 的沖擊，所以嚙合套和接合齒的輪齒所受的沖擊損傷和磨損較小。 它的缺點是增大了變速器的軸向尺寸， 本設(shè)計中倒擋采用這種換擋方式。 3．同步器換擋 現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器。使用同步器可減輕接合齒在換擋時 引起的沖擊及零件的損壞。并且具有操縱輕便，經(jīng)濟性和縮短換擋時間等優(yōu)點， 從而改善了汽車的加速性、經(jīng)濟性和山區(qū)行駛的安全性。其缺點是零件增多，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸

39、增加，制造要求高，同步環(huán)磨損大，壽命低。但是近年來，由 于同步器廣泛使用，壽命問題已解決。比如在其工作表面上鍍一層金屬，不僅提 高了耐腐性，而且提高了工作表面的摩擦系數(shù)。 本設(shè)計中前進擋采用鎖環(huán)式同步器擋換方式，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 圖2-2 鎖環(huán)式同步器 第 7 頁 共 50 頁 1-第一軸 2、13-滾針軸承 3-四擋結(jié)

40、合齒圈 4、9-鎖環(huán) 5-滑塊 6-定位銷 7-結(jié)合套 8-三擋結(jié)合齒圈 10-第二軸三擋齒輪 11-襯套 12、18、19-卡環(huán) 14-第二軸 15-花鍵轂 16-彈簧 17-中間軸三擋齒輪 20-擋圈 此外，自動脫擋是變速器的主要故障之一。由于接合齒磨損、變速器軸剛度 不足以及振動等原因，都會導(dǎo)致自動脫擋。為解決這個問題，除工藝上采取措施 以外，在結(jié)構(gòu)上也采取相應(yīng)的措施。本設(shè)計中將接合齒的工作面設(shè)計并加工成斜 面，形成倒錐角（傾斜2） 所示。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書

41、 圖2-3 防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)措施 2.4 倒擋的結(jié)構(gòu)方案及倒擋的位置 第 8 頁 共 50 頁 倒擋齒輪的結(jié)構(gòu)及倒擋軸的位置，應(yīng)與變速器的整體結(jié)構(gòu)方案同時考慮。有 些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方 案；也有利用兩個聯(lián)體齒輪方案的。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是中間傳動齒輪的輪 齒，是在最不利的正、負交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，而后者是在較為 有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下作，并使倒擋傳動比略有增加。在輕型汽車中， 通常只采用一個倒擋齒輪，結(jié)構(gòu)較簡單。為了使

42、結(jié)構(gòu)更加緊湊，本設(shè)計中采用前 一種結(jié)構(gòu)方案,如圖2-4所示。 圖2-4 倒擋布置方案 因倒擋傳動比較大，工作時在齒輪上作用的力也增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生 較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出輪齒磨損加快和工作 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 50 頁 噪聲增加。為此，把倒擋布置在靠近軸的中間支承的位置，便改善上述不良狀況。 此外，結(jié)構(gòu)布置上，倒擋齒輪不能與第二軸齒輪有嚙合的狀況。換倒擋時能順利

43、 換人倒擋，而不和其他齒輪發(fā)生干涉。倒擋齒輪安排在變速器的左側(cè)或右側(cè)，在 結(jié)構(gòu)上均能現(xiàn)，但關(guān)系到操縱桿撥動的方向和倒擋軸的受力狀況。掛倒擋時，操 縱桿向左側(cè)(由變速器后部向前看)撥動，比較符合習(xí)慣要求。但此時倒擋齒輪需 安置右側(cè)，這使倒擋軸的軸承受較大的作用力。反之，操縱桿向右側(cè)撥動，雖不 符合使用習(xí)慣，但可以減輕倒擋軸的負荷。 a 圖2-2 倒擋軸位置與受力分析 b 為防止意外掛入倒擋，設(shè)置倒擋鎖，在掛倒擋時需克服倒擋鎖彈簧所產(chǎn)生的 力，用來提

44、醒駕駛員注意。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 變速器主要參數(shù)的選擇 3.1 變速器擋數(shù)及各擋傳動比 第 10 頁 共 50 頁 汽車的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)與變速器的擋數(shù)、傳動比范圍和各擋傳動比密切 相關(guān)。擋數(shù)多，可以使發(fā)動機經(jīng)常在最大功率附近的轉(zhuǎn)速工作，而且使發(fā)動機轉(zhuǎn) 速變化范圍小，發(fā)動機平均功率高，故可提高汽車的動力性，即提高汽車的加速 能力和爬坡能力。擋數(shù)多，也增加了發(fā)動機在低油耗區(qū)工作的可能性，因而提高 了汽車的燃料經(jīng)濟性。擋數(shù)多少還影響相鄰的低擋與高擋間傳動比的比值。擋數(shù) 多，則

45、此比值小，換擋容易。擋數(shù)多的缺點是使變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量增大、 操縱不輕便等。 不同類型汽車的變速器擋數(shù)也不相同。目前轎車一般用4～5個擋位的變速 器，級別高的轎車變速器多用5個擋，貨車變速器采用4～5個擋或多擋。裝載質(zhì) 量在2～3.5t的貨車采用5擋變速器，載質(zhì)量在4～8t的貨車采用6擋變速器。 多擋受速器多用于重型貨車和越野汽車。 根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計的要求，采用五擋變速方案。各擋傳動比如下： i 1 = 3.652, i 2 = 1.948, i 3 = 1.424, i 4 = 1.000, i 5 = 0.7

46、95, iR = 0.346. 3.2 中心距A 對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距A。 它是一個基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小，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(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強度來確定。變速器的軸經(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。 乘用車變速器的中心距在65～80

47、㎜范圍內(nèi)變化，原則上總質(zhì)量小的汽車，變 速器中心距也小些。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 根據(jù)經(jīng)驗公式：A = K A 3 T e max i1ηg 第 11 頁 共 50 頁 式中，為變速器中心距(mm)；KA 為中心距系數(shù)、用車：KA =8.9~9.6；Te max η 可確定中心距： A = (8.9 ~ 9.6) 3 94 3.652 0.96 mm = (61.5 ~ 66.3)mm 為檢測方便，圓整中心距取A＝65㎜. 3.3 外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根

48、據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機構(gòu)的布 置初步確定。乘用車五擋變速器殼體的軸向尺寸為(3.4～3.7)A，即220～240mm。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 4 變速器齒輪參數(shù)的確定 4.1 模數(shù)的選取 第 12 頁 共 50 頁 齒輪模數(shù)是一個重要參數(shù)，并且影響它的選取因素又很多，如齒輪的強度、 質(zhì)量、噪聲、工藝要求、載荷等。 決定齒輪模數(shù)的因素很多．具中最主要的是載荷的大小。由于高檔齒輪和低 檔齒輪載荷，不同，故高檔和低檔齒輪的模數(shù)不宜相同。從加工工藝及維修觀點 考慮，同一變速器中齒

49、輪模數(shù)種類不應(yīng)過多?，F(xiàn)代汽車變速器通常是高檔齒輪用 一種模數(shù)，一檔及倒檔齒輪用另一種模數(shù)，其它各檔齒輪模數(shù)在二者之間。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB1357—78的規(guī)定，選取各齒輪副模數(shù)如下： 常嚙合齒輪：mn =2.75mm； 一擋：mn =3mm； 二擋：mn =3mm； 三擋：mn =2.75mm； 五擋：mn =2.5mm； 倒擋：m=3mm. 同步器采用漸開線齒形，同一變速器中的接合齒數(shù)相同，取m=1mm. 壓力角α 壓力角較小時，重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角

50、較大時，可提高 輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對于轎車，為加大重合度以降低噪聲，應(yīng)取用 小些的壓力角；對于貨車，為提高齒輪承載能力，應(yīng)選用大些的壓力角。 因國家規(guī)定的標(biāo)淮壓力角為20o，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角 為20o。 嚙合套或同步器的接合齒壓力角有20o、25o、30o等，但普遍采用30o壓力角。 螺旋角β 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 共 50 頁 關(guān)于螺旋角的方向，第一軸齒輪采用左旋，這樣可使第一軸所受的軸向力直 接經(jīng)過軸承蓋作用在變速器殼體上，而不必經(jīng)過軸承的

51、彈性擋圈傳遞。中間軸齒 輪全部采用右旋，因此同時嚙合的兩對齒輪軸向力方向相反，軸向力可互相抵消 一部分。 4.4 齒寬 齒輪寬度大，承載能力高。但齒輪受載后，由于齒向誤差及軸的撓度變形等 原因，沿齒寬方向受力不均勻，因而齒寬不宜太大。 齒寬可根據(jù)下列公式初選：直齒輪b=(4.5~7.5)m ,斜齒輪b=(6.0~8.5)mn 。 綜合各個齒輪的情況，倒擋齒輪為直齒輪，齒寬選為18mm;前進擋均為斜齒 輪，齒寬選為20mm。 4.5 4.5.1 各擋齒輪齒數(shù)的分配 確定常嚙

52、合齒輪副齒數(shù)和一擋齒輪齒數(shù) 在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的擋數(shù)、傳動比和傳 動方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。 先求齒數(shù)和， 2 A cos β2 65 cos 25 o z 1 + z 2 = mn 1 = 3 =39.2733 取整得z 1 + z2 = 39 根據(jù)經(jīng)驗數(shù)值， 第一軸一擋齒輪齒數(shù)在z1 =15 ~ 17間選取。不妨通過下列關(guān) 系對由這三個數(shù)值得出的參數(shù)進行比較。 表4-1 z 1 z 2 z 7 z 8 i 1 15 24 13

53、 30 3.692 16 23 12 31 3.714 17 22 11 32 3.764 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 50 頁 通過比較可以得出當(dāng)z 1 = 15, z2 =24時，i1 =3.692，與設(shè)計要求i1 =3.652最接 近。 下面以z1 =15為例對計算過程進行簡要說明： z 2 = 39 ? z1 = 25 m n 1 A = = 2 cos β1 3 mm = 64.547 mm 2 cos 25o 對

54、中心距A進行修正，取A=65㎜ 重新確定螺旋角β，其精確值應(yīng)為 m n 1 ( z 1 + z 2 ) β1 = cos ? 1 = cos ? 1 2 A 下面根據(jù)方程組： 3 39 = 25.8419 o 2 65 2 A cos β2 65 cos 25 o z 7 + z 8 = m n z 7 z = 2.75 15 = 43 = i 1 ? 1 = 3.652 z 8 z2 24 =2.2825 確定常嚙合點齒輪副齒數(shù)分別為z 7 = 30, z8

55、= 13. 重新確定螺旋角β，其精確值應(yīng)為 m n ( z 7 + z 8 ) β4 = cos ? 1 = cos ? 1 2 A 4.5.2 確定其他各擋的齒數(shù) 1、二擋齒輪 z z 4 13 2.75 43 = 24.5477 o 2 65 = i 2 ? 8 = 1.948 =0.844 ， z 3 根據(jù)， z7 tan β 4 = 30 z 7 z 30 (1 + 4 ) = (1 + 0.844) = 1.2865 tan β2 z 7 + z 8 z3 30

56、 + 13 tan 24.5477 o 可以得出 β2 = tan ? 1 1.2865 =19.5458 o 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 2 A cos β2 2 65 cos19.5488 o z 3 + z 4 = = =41 mn 3 于是可以解出 z 3 = 19, z4 = 22. 重新確定螺旋角β，其精確值應(yīng)為 m n 2 ( z 3 + z 4 ) 3 41 β2 = cos ? 1 = cos ? 1 = 19.3551 o 2 652 A 2、三擋齒輪 z 6 z 13

57、 = i 2 ? 8 = 1.424 =0.617 ， z 5 z7 30 tan β 4 z 7 z 30 = (1 + 6 ) = (1 + 0.617) = 1.1282 根據(jù)， tan β3 z 7 + z 8 30 + 13z5 tan 24.5477 o 可以得出 β3 = tan ? 1 =22.0399 o 1.2865 2 A cos β3 2 65 cos19.5488 o z 5 + z 6 = = =44 mn 3 2.75 于是可以解出 z 5 = 17, z6 = 27. 重新確定螺旋角β，其精確值應(yīng)為

58、m n 3 ( z 5 + z 6 ) 2.75 44 β3 = cos ? 1 = cos ? 1 = 21.8861 o 2 652 A 3、五擋齒輪： z 10 z 13 = i 2 ? 8 = 0.795 =0.3445 ， z 9 z7 30 tan β 4 z 7 z 30 第 15 頁 共 50 頁 = 根據(jù)， tan β5 z 7 + z 8 (1 + 10 ) = 30 + 13z9  (1 + 0.3445) = 0.9380 tan 24.5477 o 可以得出 β5 = tan ?

59、 1 1.2865 =25.9619 o 2 A cos β5 2 65 cos 25.9619 o z 9 + z 10 = mn 5 = 2.5 =47 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 于是可以解出 z 9 = 35, z10 = 12. 重新確定螺旋角β，其精確值應(yīng)為 m n 5 ( z 9 + z 10 ) 2.5 47 β5 = cos ? 1 = cos ? 1 = 25.3317 o 2 652 A 齒輪的其他重要參數(shù)見表4-1. 4.5.3 確定倒擋齒輪的齒數(shù) 倒擋齒輪選用短

60、齒制直齒圓柱齒輪。 第 16 頁 共 50 頁 中間軸倒擋齒輪11和第二軸倒擋齒輪131齒頂圓之間應(yīng)留有一定距離， D e 9 + D e 11 ≤2A，參照一擋齒輪的齒數(shù)，選取中間軸倒擋齒輪109齒數(shù)z11 =14。 z 7 z 13 根據(jù)給定傳動比i R = ? z 8 z11 =3.466，可以求得z13 =21。 下面來確倒擋中間齒輪的齒數(shù)。為了結(jié)構(gòu)更加緊湊，箱體外形更為規(guī)則，將 其齒數(shù)選為19。 前進擋各擋位齒輪基本參數(shù) 表4-2 擋位 CONSTANT Ⅰ Ⅱ

61、 Ⅲ Ⅴ 齒輪齒數(shù) 理想傳動比 第一軸 中間軸 第二軸 中間軸 第二軸 中間軸 第二軸 中間軸 第二軸 中間軸 13 1 30 24 3.652 15 19 1.948 22 17 1.424 27 12 0.795 35 實際傳動比 1 3.692 1.993 1.453 0.791 螺旋角 法面模數(shù)(㎜) 24.5602 2.75 25.8550 3 18.8975 3 21.4558

62、 2.75 25.3445 2.5 法面齒頂高系數(shù) 1 1 1 1 0.8 法面頂隙系數(shù) 端面模數(shù)(㎜) 0.25 3.02 0.25 3.33 0.25 3.17 0.25 2.95 0.2 2.77 端面齒頂高系數(shù) (㎜) 0.91 0.90 0.95 0.93 0.72 端面頂隙系數(shù) 0.23 0.22 0.24 0.23 0.18 分度圓壓力角 21.8101 22.0212 21.0420

63、 21.3591 21.9363 分度圓直徑(㎜) 39.3062 90.7067 80.0089 50.0055 60.2473 69.7601 50.2310 79.7787 33.1950 96.8188 基圓直徑(㎜) 36.4927 84.2139 74.1718 46.3574 56.2299 65.1083 46.7810 74.2992 30.7917 89.8091 標(biāo)準(zhǔn)中心距(㎜) 65.0065 65.0072 65.0037 65.0048 65.0069

64、 實際中心距(㎜) 中心距變動系數(shù) 65 -0.002134444 65 -0.002161053 65 -0.0012 65 -0.0016 65 -0.0025 最少齒數(shù) 12.7907 12.7907 12.3889 12.3889 14.3966 14.3966 13.7050 13.7050 9.5960 9.5960 齒頂高(㎜) 2.75 3 3 2.75 2.0 齒根高(㎜) 3.43 3.75 3.75 3.43

65、2.5 齒全高(㎜) 6.18 6.75 6.75 6.18 4.5 有效齒寬(㎜) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 當(dāng)量齒數(shù) 17.2782 39.8728 32.9328 20.5830 22.4359 25.9784 21.0873 33.4915 16.2568 47.4158 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 同步器的設(shè)計計算 1、摩擦因數(shù)f 第 18 頁 共 50 頁 摩擦因數(shù)除與選用的材料有關(guān)外，

66、還與工作面的表面粗糙度、潤滑油種類和 溫度等因素有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪上的錐面部分與齒輪做成一體， 用低碳合金鋼制成。同步環(huán)選用能保證具有足夠高的強度和硬度、耐磨性能良好 的黃銅合金制造。由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副，在油中工作的摩擦因數(shù)取為 0.1。 摩擦因數(shù)f對換擋齒輪和軸的角速度能迅速達到相同有重要作用。摩擦因數(shù) 大，換擋省力或縮短同步時間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用。為此， 在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄油槽，用來保證 摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)。 2、同步環(huán)主要尺寸的確定 下面對以三、四擋同步器的尺寸確定過程進行說明： (1)錐面半錐角α 摩擦錐面半錐角α越小， 避免自鎖現(xiàn)象的條件是tanα≥f，于是可知α≥5.7105o。一般取α=6 ~ 8o，本設(shè) 計中取α=7o，這樣摩擦力矩較大，也很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。 (2