三軸四檔式手動變速器設(shè)計(總56頁)

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1、 三軸四檔式手動變速器設(shè)計 1 緒論 1.1概述 自1886年世界上第一輛汽車誕生以來，汽車已經(jīng)歷了近120年的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，汽車的各項性能也日臻完善?，F(xiàn)代汽車已成為世界各國國民經(jīng)濟(jì)和社會生活中不可缺少的交通工具?，F(xiàn)代汽車除了裝有性能優(yōu)良的發(fā)動機外還應(yīng)該有性能優(yōu)異的傳動系與之匹配才能將汽車的性能淋漓盡致的發(fā)揮出來，因此汽車變速器的設(shè)計顯得尤為重要。 動力傳動系統(tǒng)是指動力裝置輸出的動力，經(jīng)過傳動系統(tǒng)到達(dá)驅(qū)動車輪之間的一系列部件的總稱，它使汽車實現(xiàn)起步、變速、減速、差速、變向等功能，為汽車提供良好的動力性與燃油經(jīng)濟(jì)性能。其基本功能是將發(fā)動機發(fā)出的動力傳給驅(qū)動車輪。動力傳遞

2、的方式按結(jié)構(gòu)和傳動介質(zhì)可分為機械式、液力機械式、靜液式（容積液壓式）、電力式等。 傳動系的組成及其在汽車上的布置形式，取決于發(fā)動機的形式和性能、汽車總體結(jié)構(gòu)形式、汽車行駛系及傳動系本身的結(jié)構(gòu)形式等許多因素。 變速器在發(fā)動機和汽車之間主要起著匹配作用，通過改變變速器的傳動比，可以使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。 變速器通常還設(shè)有到檔，在不改變發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向的情況下汽車能倒退行駛；設(shè)有空檔，在滑行或停車時發(fā)動機和傳動系能保持分離。變速器還應(yīng)能進(jìn)行動力輸出。手動變速器基本上是由齒輪、軸、軸承、同步器等動力傳動部件組成。 變速器能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛，而這種低的車速只靠內(nèi)燃機的最低穩(wěn)

3、定轉(zhuǎn)速是難以達(dá)到的。變速器的倒檔使汽車可以倒退行駛；其空檔使汽車在啟動發(fā)動機、停車和滑行時能長時間將發(fā)動機與傳動系分離。 變速器由變速器傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。根據(jù)需要，還可以加裝動力輸出器。 按傳動比變化方式，變速器可以分為有級式、無級式和綜合式三種。 有級式變速器應(yīng)用最為廣泛。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用輪系形式不同，有軸線固定式（普通變速器）和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器（行星齒輪變速器）兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動比通常有3～5個前進(jìn)檔和一個倒檔，在重型貨車用的組合變速器中，則有更多檔位。所謂變速器檔數(shù)即指其前進(jìn)檔位數(shù)。 無級式變速器的傳動比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)

4、可按無限多級變化，常見的有電力式和液力式（動液式）兩種。電力式無級變速器的變速傳動部件為直流串激電動機，除在無軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動系中也有廣泛采用的趨勢。動液式無級變速器的傳動部件是液力變矩器。 綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機械式變速器，其傳動比可在最大值與最小值之間的幾個間斷的范圍內(nèi)作無級變化，目前應(yīng)用較多。 強制操縱式變速器靠駕駛員直接操縱變速桿換擋，為大多數(shù)汽車所采用。 半自動操縱式變速器有兩種型式。一種是常用的幾個檔位自動操縱，其余檔位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電

5、磁裝置或液壓裝置來進(jìn)行換檔。 在多軸驅(qū)動汽車上，變速器之后還裝有分動器，以便把轉(zhuǎn)矩分別輸送給各驅(qū)動橋。 除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足拆裝容易和維修方便等要求。變速器由變速器傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。變速傳動機構(gòu)可按前進(jìn)檔數(shù)或軸的形式不同分類。具體分類如下： 變 速 器 三檔變速器 四檔變速器 五檔變速器 多檔變速器 固定軸式 旋轉(zhuǎn)軸式 多中間軸式 雙中間軸式 中間軸式 兩軸式 變速器的結(jié)構(gòu)對汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性，傳動的平穩(wěn)性與效率性等都有直的影響。采用優(yōu)化設(shè)計方法對變速器與主減速器，以及發(fā)動機的參數(shù)作優(yōu)化匹配，可得到良好的動力性

6、與燃油經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置、倒檔安全裝置，對接合齒采取倒錐齒側(cè)（或越程咬合、錯位接合、齒厚減薄、臺階齒側(cè)）等措施，以及其它結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不跳檔、亂檔、自行脫檔和誤掛倒檔；采用同步器可使換檔輕便、無沖擊及噪聲；采用高齒、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低。降低噪聲水平已成為提高變速器質(zhì)量和設(shè)計、工藝水平的關(guān)鍵。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，增力式同步器，雙及三中間軸變速器，后置常嚙合傳動齒輪、短第二軸的變速器，各種自動、半自動以及電子控制的自動換檔機構(gòu)等新結(jié)構(gòu)也相繼問世。 變速器多采用飛濺潤滑，重型汽車有時強制潤滑第一、二軸等。 變速器都裝有單向的通氣閥，以防殼內(nèi)空氣熱脹而漏

7、油及潤滑油氧化。殼底的放油塞多置磁鐵，以吸附油中鐵屑。涉水車需有防水措施。 變速器的設(shè)計系列按輸出轉(zhuǎn)矩分級，供各種車型選用，也可根據(jù)具體車型的使用壽命要求進(jìn)行設(shè)計?？筛鶕?jù)同類型在典型路段上實測的隨機載荷，用統(tǒng)計分析法組成載荷譜，進(jìn)行變速器的疲勞壽命計算。這種可靠性設(shè)計方法比較符合實際，如果再以油畫設(shè)計方法選擇有關(guān)設(shè)計參數(shù)作最佳匹配，則可得到以最小零部件尺寸滿足設(shè)計所要求的壽命和性能的設(shè)計方案。有時亦可輔以有限元分析。 為保證變速器具有良好的工作性能，對變速器應(yīng)提出如下的設(shè)計要求。 (1) 正確地選擇變速器的檔位數(shù)和傳動比，并使之與發(fā)動機參數(shù)及主減速比作優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動力性

8、與燃料經(jīng)濟(jì)性。 (2) 設(shè)置空擋，以保證汽車在必要時能將發(fā)動機與傳動系長時間分離；使汽車可以倒退行駛。 (3) 體積小、質(zhì)量小、承載能力強、使用壽命長、工作可靠。 (4) 操縱簡單、準(zhǔn)確、輕便、迅速。 (5) 傳動效率高、工作平穩(wěn)、無噪聲或低噪聲。 (6) 制造工藝性好、造價低廉、維修方便。 (7) 貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和變速器總成系列化等設(shè)計要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。 (8) 需要時應(yīng)設(shè)置動力輸出裝置。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展趨勢 回顧變速器技術(shù)的發(fā)展可以清楚的知道，變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項重要依據(jù)。21世紀(jì)能源與

9、環(huán)境、先進(jìn)制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動了變速器技術(shù)的發(fā)展。 變速器技術(shù)的發(fā)展動向如下： （1）節(jié)能與環(huán)境保護(hù)。表示且的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)既包括傳動系統(tǒng)本身的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)，也包括發(fā)動機本身的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)。因此研究高效率的傳動副來節(jié)約能源，采用零污染的工作介質(zhì)或潤滑油來避免環(huán)境污染，根據(jù)發(fā)動機的特性和形式工況來設(shè)計變速器，提高傳動效率和最低污染物排放區(qū)運行等措施。 （2）應(yīng)用新型材料。材料科學(xué)與技術(shù)是21世紀(jì)重點發(fā)展的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。各種新型材料在變速器中的應(yīng)用已經(jīng)推動了汽車技術(shù)的發(fā)展和性能的提高。 （3）高性能、低成本、微型化。高

10、性能、高效、精密、低噪聲、長壽命、重量輕、體積小、低成本一直以來是變速器的發(fā)展方向。 2 變速器機構(gòu)方案的確定 2.1 傳動機構(gòu)布置方案分析 本設(shè)計應(yīng)用在現(xiàn)今使用廣泛的發(fā)動機前置、后輪驅(qū)動的42總體布置方案，發(fā)動機發(fā)出的動力依次經(jīng)過離合器、變速器、萬向傳動裝置（萬向節(jié)和傳動軸）、主減速器、差速器、半軸，傳到驅(qū)動輪，如圖2.1所示 1.離合器； 2.變速器； 3.萬向傳動裝置； 4.驅(qū)動橋 圖2.1 發(fā)動機前置后輪驅(qū)動汽車傳動系 變速器由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)的不同，變速器有三、四、五和多檔幾種。根據(jù)

11、軸的不同類型，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。 2.1.1 固定軸式變速器 （1）兩軸式變速器 固定軸式中的兩軸式和中間軸式變速器應(yīng)用廣泛。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動汽車上。 與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸承數(shù)少，所以有結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點，此外，各中間檔位因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時噪聲也低。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，而且易損壞。還有，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一檔速比不可能設(shè)計得很大。對于前進(jìn)檔，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動方向與輸出軸的

12、轉(zhuǎn)動方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動方向相同。 本設(shè)計主要針對的是一噸級貨車或旅行車，所以兩軸式變速器不適用于本設(shè)計。 （2）中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動機飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設(shè)離合器的從動盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。各傳動方案的共同特點是：變速器的第一軸后端與常嚙合主動齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保持兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔。是直接檔，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

13、第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器傳動效率高，可達(dá)90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因為直接檔的利用率要高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)檔位工作時，變速器傳遞的動力需要經(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）不太大的條件下，一檔仍然有較大的傳動比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一檔外的其它檔位換檔機構(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齒套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在除直接檔以外的其它檔位

14、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。 在檔數(shù)相同的條件下，各中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)、軸的支承方式、換檔方式和倒檔傳動方案以及檔位布置順序上有差別。 由于本設(shè)計針對的是輕型汽車，中間軸式五檔和六檔變速器體積和質(zhì)量顯得過于龐大，而且傳動比大不適用于本設(shè)計，因此，選用中間軸式三軸四檔變速器設(shè)計方案。 凡采用常嚙合齒輪傳動的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實現(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)動機前置后輪驅(qū)動的乘用車采用中間軸式變速器，為縮短傳動軸長度，將第二軸加長，置于附

15、加的殼體內(nèi)。如果在附加殼體內(nèi)布置倒檔傳動齒輪和換檔機構(gòu)，還能減小變速器主體部分的外形尺寸及提高中間軸和輸出軸的剛度。因此，這種方案比較適合本設(shè)計，但需要加以改進(jìn)。 2.1.2 倒檔布置方案 與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)倒檔，故多次數(shù)方案均采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實現(xiàn)倒檔傳動，有些方案利用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(fù)交替變化的彎曲應(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)下工作，并使倒檔傳動比略有增加。也有少數(shù)變速器采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜

16、和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。 (d) 圖2.2 倒檔布置方案 (c) (b) (a) 圖2.2為常見的倒檔布置方案。圖2.2(a)所示方案的優(yōu)點是換倒檔時利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度；但換檔時要求有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合，使換檔困難。圖2.2(b)所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理。圖2.2(c)所示方案是將中間軸上的一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖2.2(d)所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔更為輕便。 綜上所述，方案(c)較為適合本設(shè)計 變速器的一檔或倒檔因傳動比大，工作時在齒輪上作用的力增大，并導(dǎo)

17、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)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從抵檔到高檔的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒檔的傳動比雖然與一檔的傳動比接近，但因為使用倒檔的時間非常短，從這點出發(fā)有些方案將一檔布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒檔。此時在倒檔工作時，輪齒磨損與噪聲在短時間內(nèi)略有增加，而在一檔工作時輪齒的磨損與噪聲有所減少。 倒檔設(shè)置在變速器的左側(cè)或右側(cè)，在結(jié)構(gòu)上均能實現(xiàn)，不同之處是掛倒檔時駕駛員移動變速桿的方向改

18、變了。為防止意外掛入倒檔，一般在掛倒檔時設(shè)有一個掛倒檔時需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕駛員注意。從這一點來考慮，圖2.3(a)、(b)的換檔方案比圖2.3(c)的方案更合理。圖2.3(c)所示方案在掛一檔時也需克服用來防止誤掛倒檔所產(chǎn)生的力，這對換檔不熟練的駕駛員是不利的。除此之外，倒檔的中間齒輪位于變速器的左側(cè)或右側(cè)對倒檔軸的受力情況有影響。 圖2.3 變速桿換檔位置與順序 (c) (b) (a) 2.1.3其它問題 常用檔位的齒輪因接觸應(yīng)力過高而易造成表面點蝕損壞。將高檔布置在靠近軸的兩端支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角較小，齒輪可保持較好的嚙

19、合狀態(tài)，以減少偏載并提高、齒輪壽命。 機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力時處于工作狀態(tài)的齒輪對數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪和殼體等零件的制造精度等。 圖2.4 四檔變速器結(jié)構(gòu)方案 圖2.4為中間軸式四檔變速器結(jié)構(gòu)簡圖。其結(jié)構(gòu)特點是：前進(jìn)檔全部采用常嚙合齒輪傳動，用同步器換檔，同步器裝在第二軸上；本設(shè)計就是選擇的這種方案并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計的。 2.2零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 2.2.1齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點；缺點

20、是制造時稍復(fù)雜，工作時有軸向力，這對軸承不利。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔，本設(shè)計為一檔和倒檔采用直齒圓柱齒輪，二、三、四檔常嚙合齒輪采用斜齒圓柱齒輪。 2.2.2換檔機構(gòu)形式 變速器換檔機構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。 汽車行駛時，因變速器內(nèi)各轉(zhuǎn)動齒輪有不同的角速度，所以用軸向滑動直齒齒輪方式換檔，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨噪聲。這不僅使齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時使駕駛員精神緊張，而換檔產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。除此之外，采用直齒滑動齒輪換檔時，換檔行程長也

21、是它的缺點。因此現(xiàn)在已很少在輕型汽車的變速器中使用。當(dāng)變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時，可以用移動嚙合套換檔。這時，不僅換檔行程短，同時因承受換檔沖擊的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換檔，所以它們都不會過早損壞；但因不能消除換檔沖擊，仍然要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性力矩增大。因此，目前這種換檔方法只在某些要求不高檔位及重型貨車變速器上應(yīng)用。 使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，而與操作技術(shù)程度無關(guān)，從而提高了汽車 的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺

22、點，但仍然得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計的全部前進(jìn)檔位均采用同步器換檔。 2.2.3自動脫檔 自動脫檔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)致自動脫檔。為解決這個問題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施行之有效的方案有：將兩接合齒的嚙合齒位置錯開;將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切??；將接合齒的工作面設(shè)計并加工成斜面，形成倒錐角等等一些措施可以有效防止脫檔現(xiàn)象的發(fā)生。 2.2.4變速器軸承 作旋轉(zhuǎn)運動的變速器軸支承在殼體或其它部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接處應(yīng)安置軸承。變速器軸承常采用圓柱輥子軸承、球軸承、滾針軸承圓錐輥子軸承、滑動軸套等。至于何處應(yīng)

23、當(dāng)采用何種類型的軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點不同而不同的。 汽車變速器結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小的特點，采用尺寸大些的軸承受限制，常在布置上有困難。如變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時可布置圓柱輥子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。本設(shè)計主要針對的是輕型汽車，故內(nèi)腔空間比較狹小，只能采用滾針軸承，而第二軸后端采用球軸承，用來承受軸向力和徑向力。作用在第一軸常嚙合齒輪上的軸向力，經(jīng)第一軸后部軸承傳給變速器殼體，此處用軸承外圈有擋圈的球軸承。中間軸上齒輪工作時產(chǎn)生的軸向力，原則上由前或后軸承來承受都可以，但在殼體前端面布置軸承蓋有困難，必須由后端軸承承受軸向力，前端采

24、用圓柱輥子軸承來承受徑向力，而后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓柱輥子軸承，本設(shè)計兩端均采用有擋圈的球軸承。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承，以及中間軸前、后軸承，按之直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱輥子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證后壁兩軸承孔之間的距離不小于6～20mm。 滾針軸承、滑動軸承主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運動的地方。滾針軸承有滾動摩擦損失小、傳動效率高、徑向配合間隙小、定位及運轉(zhuǎn)精度高、有利于齒輪嚙合等優(yōu)點?；瑒虞S套的徑向配合間隙大、易磨損、間隙增大后影響齒輪的定位和運轉(zhuǎn)精度并使工作噪聲增加?；瑒虞S套的優(yōu)點是制造容易、成本低，但為了設(shè)計的整

25、體質(zhì)量，在設(shè)計中只采用滾針軸承。 3 變速器主要參數(shù)的選擇 變速器設(shè)計時選取的各主要參數(shù)將直接影響變速器的技術(shù)性能及與汽車發(fā)動機和其它傳動系匹配，因此，選擇合適的主要參數(shù)就顯得尤為重要。 選取汽車發(fā)動機主要是通過計算汽車的整備質(zhì)量和動力特性來選取。由于發(fā)動機是生產(chǎn)成品，所以只要根據(jù)所設(shè)計汽車的性能選擇合適的發(fā)動機即可。在選取發(fā)動機時，一般用適用性系數(shù)Q表示發(fā)動機的適應(yīng)性，Q值越大，說明發(fā)動機的適應(yīng)性越好。查文獻(xiàn)[1，2-1]可知： 式中：—發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Nm； —發(fā)動機額定功率時的轉(zhuǎn)矩Nm； —發(fā)動機額定功率時的轉(zhuǎn)速r/m

26、in； —發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速r/min。 本設(shè)計選擇的發(fā)動機是一汽解放生產(chǎn)的CA488-1型發(fā)動機，形式為四沖程、直列、四缸、單頂置凸輪軸化油器式汽油發(fā)動機，工作容積為2.2L，發(fā)動機在4500r/min時最大功率59kW，發(fā)動機在2600r/min時的最大扭矩為196Nm。由上式可得該型發(fā)動機的適應(yīng)性系數(shù)Q： = =2.714 3.1變速器的傳動比范圍、檔位數(shù)及各檔傳動比 設(shè)計時首先應(yīng)根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動比范圍、檔位數(shù)及各檔傳動比，因為它們對汽車的動力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的直接影響。 3.1.1檔數(shù) 變速器的檔數(shù)可在3～20個檔位范圍內(nèi)變化，

27、通常變速器的檔數(shù)在6檔以下。增加變速器的檔數(shù)，能夠改善汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及平均車速。檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時操縱機構(gòu)復(fù)雜，因此，需要設(shè)計者綜合考慮設(shè)計要求來選取合適的檔位。 在最近檔傳動比不變的條件下，增加變速器的檔數(shù)會使變速器相鄰的低檔與高檔之間的傳動比比值小，使換檔工作容易進(jìn)行，一般要求相鄰檔位之間的傳動比值在1.8以下。 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4～5個檔位的變速器。商用車變速器采用4～5個檔或多檔。載荷質(zhì)量在2.0～3.5噸的貨車采用五檔變速器，載質(zhì)量在4.0～8.0噸的貨車采用六檔變速器。本設(shè)計

28、主要應(yīng)用在旅行車和一噸級輕型貨車上，所以采用四檔變速器。 3.1.2傳動比范圍 表3.1 變速器設(shè)計原始參數(shù)表 發(fā)動機最大扭矩 (2600r/min) 196Nm 發(fā)動機最大功率 (4500r/min) 59kw 空載整車質(zhì)量 1470kg 滿載整車質(zhì)量 2470kg 滿載時前軸軸荷 985kg 滿載時后軸軸荷 1389kg 設(shè)計最高時速 最大爬坡度 主減速比 15 105km/h 6.17 車輪滾動半徑 325mm 項目 參數(shù) 變速器的傳動比范圍是指變速器最低檔傳動比與最高檔傳動比的比值。本設(shè)計最高檔位是四檔，傳動比為1.0。影響最低

29、檔傳動比的選取的因素有：發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛的車速等。目前乘用車的傳動比范圍在3.0～4.5之間，輕型商用車的傳動比在3.0～5.5之間。本設(shè)計的一些重要技術(shù)參數(shù)見表3.1 考慮到汽車在平坦硬路面上行駛時的燃油經(jīng)濟(jì)性，變速器的最高檔位多為直接檔（傳動比為1）或超速檔（傳動比小于1）。這時汽車的動力性及燃油經(jīng)濟(jì)性由發(fā)動機及驅(qū)動橋減速比決定。變速器低檔（一檔，有時還有爬坡檔）的傳動比則決定了汽車的最大爬坡度。選擇最低檔傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動車輪與路面的附著力、汽車的最低

30、穩(wěn)定車速，以及主減速比和驅(qū)動車輪的滾動半徑等來綜合考慮。 汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力，查文獻(xiàn)[1，4-1]可知： （3.1） 式中：—汽車總質(zhì)量； 　　　—重力加速度； —道路最大阻力系數(shù)； —驅(qū)動車輪的滾動半徑； —發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩； —主減速比； —汽車傳動系的傳動效率； —最大爬坡度； —滾動阻力系數(shù)； —變速器一檔傳動比。 則由最大爬坡度要求的變速器一檔傳動比查文獻(xiàn)[1，4-4]可知： 　　　　　　　　　　　　

31、 （3.2） 　　　　　　　　　　　　 ＝ =2.0094 根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件有： （3.3） 式中：—汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷； 　　　—道路的附著系數(shù)，計算時取。 　　　求得的變速器一檔傳動比查文獻(xiàn)[1，4-4]可知： 　 　　 　 （3.4） =4.0647 根據(jù)本設(shè)計要求的具體情況和上述條件可以初選一檔傳動比。 3.1.3各檔傳動比 變速器最高檔的傳動比與最低檔的傳

32、動比確定以后，中間各檔的傳動比理論上是按公比查文獻(xiàn)[1，4-4]可知： （3.5） 的幾何級數(shù)排列，式中為檔位數(shù)（），四檔傳動比。 =1.5639 　　　　　　　　 實際上各檔傳動比之間的排列與幾何級數(shù)排列略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比醫(yī)小些，以便于換檔。另外還要考慮與發(fā)動機參數(shù)的合理配合。因此初選各檔傳動比： 　　　　　　　　　 3.2.變速器中心距A的確定 對三軸式變速器而言，其中心距系指第一、第

33、二中心線與中間軸中心線之間的距離。變速器的中心距對其尺寸及質(zhì)量的大小有直接影響，它也代表著變速器的承載能力。三軸式變速器的中心距A，可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)而得出經(jīng)驗公式進(jìn)行初選，查文獻(xiàn)[1，4-4]可知： 　　　　　　　　　　　　 （3.6） 式中： —中心距系數(shù)，轎車取K=8.9~9.3，貨車取K=8.6~9.6，多檔變速器取K=9.5~11； —發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，Nm； —變速器一檔傳動比； —變速器的傳動效率，取。 本設(shè)計變速器的中心距為： =81mm 3.3外型尺寸的確定 變速器的橫向外型尺寸，可根

34、據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間（過度）齒輪和換檔機構(gòu)的布置初步確定。 影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機構(gòu)形式以及齒輪形式。 乘用車四檔變速器殼體的軸向尺寸為(3.0~3.4)。 商用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列數(shù)據(jù)選用： 　　　　　　　 四檔—— 　　　　　　　　 　五檔—— 　　　　　　　　　 六檔—— 　　當(dāng)變速器選用的檔數(shù)和同步器時，上述中心距應(yīng)取給出范圍的上限。為了檢測方便，中心距最好為正數(shù)。 軸向尺寸處取 mm 3.4齒輪參數(shù) 3.4.1模數(shù) 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

35、的強度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。 應(yīng)該指出的，選取齒輪模數(shù)時一般遵守的原則是： 在變速器中心距相同的條件下，選取較小的模數(shù)，就可以增加齒輪的齒數(shù)，同時增加齒寬可使齒輪嚙合的重合度增加，并減少齒輪噪聲，所以為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時減小齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)，而從強度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)；變速器 低檔齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)，其它檔位選用另一種模數(shù)。結(jié)合本設(shè)計的具體情況查文獻(xiàn)[2，3-3]可知：一檔齒輪初選=2.75mm;其它檔位初選mm。 3.4.2壓力角 齒輪壓力角較小時，重合度較大并降低了齒輪的剛度，

36、為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合的動載荷，使傳動平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角大時，可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。因此，理論上對于乘用車為加大重合度以降低噪聲應(yīng)取用14.5、15、1616.5等小些的壓力角；對商用車為提高齒輪承載能力應(yīng)選用22.5或25等大些的壓力角。 實際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20，所以變速器齒輪普遍采用壓力角為 20。本設(shè)計從實際出發(fā)，為滿足各項技術(shù)要求和工藝性要求查文獻(xiàn)[2，3-3]可知：壓力角。 3.4.3螺旋角 斜齒輪在變速器中得到廣泛用。選取斜齒輪的螺旋角，因該注意它對齒輪工作噪聲、輪齒的強度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的

37、重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。實驗還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強度也相應(yīng)提高。不過當(dāng)螺旋角大于30時，其抗彎強度驟然下降，而接觸強度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強度出發(fā)，以15~25宜；結(jié)合本設(shè)計技術(shù)要求初選螺旋角。 圖3.1 中間軸軸向力平衡 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計時，應(yīng)力要求使中間軸上同時作用的兩對齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡，以減小軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上不同檔位齒輪的螺旋角因該是不一樣的。為使工藝簡便，在中間軸軸向力不大時，可將螺旋角設(shè)計成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。 根據(jù)圖3.1可知，欲使中間軸上兩個斜齒輪的軸向力平

38、衡，需滿足下述條件 由于，為使兩軸向力平衡，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知必須滿足： （3.7） 式中，、為作用在中間軸齒輪1、2上的軸向力；、為作用在中間齒輪1、2上的圓周力；、的節(jié)圓半徑；為中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。 斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用： 乘用車變速器： 兩軸式變速器為20~25； 中間軸式變速器為22~34； 由公式3.7可得 3.4.4齒寬 在選擇齒寬時，應(yīng)該注意齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)、齒輪強度和齒輪工作時的受力均勻

39、程度等均有影響。 考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小時斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點被削弱，此時雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補償，但這時軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬： 直齒，為齒寬系數(shù)，取為4.5~8.0，=6.0 mm 斜齒，取為6.0~8.5，=8.0 mm 3.5各檔齒輪齒數(shù)的分配 在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。圖3.2為本設(shè)計傳動方案結(jié)構(gòu)

40、簡圖。 圖3.2 四檔變速器傳動方案簡圖 3.5.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動比，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知： （3.8） 如果和的齒數(shù)確定了, 則與的傳動比可求出. 為了求和的齒數(shù), 先求其齒數(shù)合，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知： 斜齒 直齒 （3.9） 計算后取為整數(shù)，然后進(jìn)行大、小齒輪齒數(shù)的分配。中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)盡可能取少些，以便使的傳動比大些，在一定的條件下，的傳動比可分配

41、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)置第二軸的前軸承保證輪輻有足夠的厚度。考慮到殼體上的第一軸軸承孔的限制和裝配的可能性，該齒輪齒數(shù)又不易取多。乘用車中間軸式變速器一檔傳動比=3.5~3.8時，中間軸上一檔齒數(shù)可在=15~17之間選取，貨車可在12~17之間選用。一檔大齒輪齒數(shù)用計算求得。 由公式（3.9）得： 初選=17，則=59-17=42 對中心距進(jìn)行修正： = =81.125mm 3.5.2確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 由公式（3.9）求出常嚙合傳動齒輪的傳動比

42、 （3.10） 而常嚙合傳動齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知： （3.11） 解方程式（3.10）和式（3.11）求與，、都應(yīng)取整數(shù)；然后計算一檔傳動比，最后根據(jù)所確定的輪齒數(shù)，按式（3.11）算出精確的螺旋角。 聯(lián)立公式（3.10）和公式（3.11）得： 解方程組 解得： 由公式（3.11）算出精確的螺旋角：

43、= = = 3.5.3確定其它各檔的齒數(shù) 二檔齒輪是斜齒輪，螺旋角與常嚙合齒輪的不同時，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知： （3.12） 而 （3.13） 初選，由公式（3.12）和公式（3.13）得： 解方程組 解得： 此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知，還必須滿足下列關(guān)系式：

44、 （3.14） 由公式（3.14）得： =1.546 =1.583 由于相差不大，滿足設(shè)計要求，所以不需要調(diào)整。 三檔齒輪是斜齒輪，螺旋角與常嚙合齒輪的不同時，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知： （3.15） 而 （3.16） 查文獻(xiàn)[2，3-3]可知：，由公式（3.15）和式（3.16）得： 解方程組

45、 解得： 此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知，還必須滿足下列關(guān)系式： （3.17） 由公式（3.17）得： =1.153 =1.157 由于相差不大，滿足設(shè)計要求，所以不需要調(diào)整。 3.5.4確定倒檔齒輪齒數(shù) 倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔相近。圖3.7所示倒檔齒輪的齒數(shù)，一般在21~28之間，初選=26，計算出中間軸與倒檔軸的中心距，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知：

46、 （3.18） 由公式（3.18）得： =59 mm 為保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運動干涉，齒輪8和9的齒頂圓之間保持有0.5mm以上的間隙，查文獻(xiàn)[2，3-3]可知，齒輪9的齒頂圓直徑應(yīng)為： （3.19） 齒輪8的齒頂圓直徑 =172.75 =46.75mm mm mm 由公式（3.19）得 =259.125-52.25-1 =65mm 由可得： mm 齒輪

47、圓整至 變速器倒檔傳動比： 計算倒檔軸與第二軸的中心距查文獻(xiàn)[2，3-3]可知：， （3.20） =89mm 確定各檔齒數(shù)后重新計算各檔傳動比 一檔 二檔 三檔 四檔 倒檔 4 變速器的設(shè)計計算 變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞剝落（點蝕）、移動換檔齒輪端部破壞以及齒面膠合。變速器在工作時，齒輪受到較大的沖擊載荷作用；一對齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓造成齒面點蝕；換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷。 所以需要對齒輪進(jìn)行計算和校荷。 4.1輪齒設(shè)

48、計計算 與其它機械設(shè)備用變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級別、支承方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒或磨齒精加工，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，比用于計算通用齒輪強度公式更為簡化一些的計算公式來計算汽車齒輪，同樣可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。 4.1.1齒輪彎曲強度計算 （1）一檔直齒輪彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)[2，3-4]可知： （4.1） 式中： —彎曲應(yīng)力（MPa）； —圓周力（N），；為計算

49、載荷（Nmm）；為節(jié)圓直徑（mm）； —應(yīng)力集中系數(shù)， =1.65； —摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪=1.1，從動齒輪=0.9； —齒寬(mm)； —端面齒距，； —齒形系數(shù)，=0.46 因為齒輪節(jié)圓直徑，式中為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)帶入式（4.1）后得 （4.2） 當(dāng)計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)距時，一、倒檔直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400~800MPa, 查文獻(xiàn)[2，3-4]可知，[]=600 MPa。 由公式（4.2）

50、得： = =225.33MPa<[] 滿足設(shè)計要求。 （2）二檔斜齒輪彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)[2，3-4]可知： （4.3） —彎曲應(yīng)力（MPa）； —圓周力（N），；為計算載荷（Nmm）；為節(jié)圓直徑（mm）； ； —斜齒輪螺旋角( )，=20； —應(yīng)力集中系數(shù)， =1.50； —齒寬(mm)； —法向齒距，； —齒形

51、系數(shù)，=0.47 —重合度影響系數(shù)，=2.0。 將上述有關(guān)參數(shù)帶入公式（4.3），整理后得到斜齒輪彎曲應(yīng)力為： （4.4） 當(dāng)計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)距時，斜齒輪許用彎曲應(yīng)力在180~350MPa, 查文獻(xiàn)[2，3-4]可知， []=320 MPa。 由公式（4.4）得： = =299.62MPa<[] 滿足設(shè)計要求。 4.1.2輪齒接觸應(yīng)力 （4.5） 式中： —輪齒的接觸應(yīng)力（MPa）； —齒面上的法向力（N），；為圓周力；

52、 —斜齒輪螺旋角( )； —齒輪材料的彈性模量（MPa）, —齒輪接觸的實際寬度(mm)； —主動齒輪節(jié)點處的曲率半徑(mm)，直齒輪， 斜齒輪； —從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑(mm)，直齒輪， 斜齒輪； 將作用在變速器第一軸上的載荷作為計算載荷時,變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力查文獻(xiàn)[2，3-4]可知，見表4.1 表4.1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力(MPa) 齒 輪 液體碳氮共滲齒輪 滲 碳 齒 輪 950~1000 1900~2000 一檔和倒檔齒輪 650~700 1300~1400 常嚙

53、合齒輪和高檔齒輪 計算二軸一檔直齒輪接觸應(yīng)力 N N mm mm 由公式(4.5)得： =145.73 MPa<[] 滿足設(shè)計要求。 本設(shè)計變速器齒輪材料采用20CrMnTi，并進(jìn)行滲碳處理，大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。 4.2軸的設(shè)計計算 變速器在工作時，由于齒輪上的圓周力、徑向力和軸向力作用，變速器的軸要受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強度。因為剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。因此，在設(shè)計變速器時，其剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。

54、（1）初選軸的直徑 在已知中間軸式變速器的中心距時，第二軸和中間軸中部直徑，三軸式變速器的第二軸與中間軸的最大直徑可根據(jù)中心距按下式初選。 （mm） 初選二軸中部直徑，圓整至。 （2）按彎扭合成強度條件計算 計算二軸一檔齒輪嚙合的圓周力、徑向力和軸向力。查文獻(xiàn)[2，3-4]可知： （4.6） （4.7） （4.8） 式中： —至計算齒輪的傳動比； —計算齒輪的節(jié)圓直徑，mm； —節(jié)點處壓力角； —螺旋角。 圖4.1

55、二軸結(jié)構(gòu)簡圖 因為二軸一檔齒輪是直齒輪，所以，軸向力。 圖4.1為變速器二軸結(jié)構(gòu)簡圖 圖4.2 軸的載荷分析圖 如圖4.2所示，I截面為危險截面 由公式（4.6）計算二軸一檔齒輪所受圓周力為： mm =12958.06 N 由公式（4.7）計算二軸一檔齒輪所受徑向力為： = =1235.3 N 垂直力計算： = 176.47N ∴ 水平力計算： =1851.15N ∴N 彎矩計算： Nmm Nmm 計算轉(zhuǎn)矩： Nmm 作用在齒輪上的和使軸在鉛垂面內(nèi)彎曲變形并產(chǎn)生垂向撓度；而使軸在水平面內(nèi)彎曲變形并產(chǎn)生水平撓

56、度。在求得各支點的鉛垂反力和水平反力后，計算相應(yīng)的垂向彎矩和水平彎矩。則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸向應(yīng)力為： （MPa） （4.8） 式中： —計算轉(zhuǎn)矩，Nmm; —軸在計算斷面處的直徑，花鍵處取內(nèi)徑，mm； —彎曲截面系數(shù)，mm； —在計算斷面處軸的水平彎矩，Nmm； —在計算斷面出軸的垂向彎矩，Nmm； —許用應(yīng)力，在低檔工作時查文獻(xiàn)[2，3-4]可知MPa. Nmm 由公式（4.8）得： =139.32 MPa. 對齒輪工作影響最大的是軸的垂向撓度和軸斷面在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。前者改變了齒輪中心距并破壞了其正確嚙合；后

57、者使大、小齒輪相互歪斜，如圖（4.3）所示，易導(dǎo)致沿齒長方向壓力分布不均勻。 a)軸在垂直面內(nèi)的變形 b)軸在水平面內(nèi)的變形 圖4.3 變速器軸的變形簡圖 b) a) 變速器齒輪在軸上的位置如圖（4.4）所示時，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，查文獻(xiàn)[2，3-4]可知： （4.9） （4.10） （4.11） 式中： —齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）； —齒輪齒寬中間平面上的圓

58、周力（N；） —彈性模量（MPa）,MPa; —慣性矩(mm)，對于實心軸，； —軸的直徑，花鍵處按平均直徑計算； 、—為齒輪上的作用力距支座、的距離（mm）； —支座間的距離（mm）。 圖4.4 變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角 查文獻(xiàn)[2，3-4]可知，軸的合成撓度為： mm （4.12） 計算慣性矩： mm 計算垂直面內(nèi)撓度 由公式（4.9）得： = =0.00209 mm 計算水平面內(nèi)撓度 由公式（4.10）得： = =0.0254 mm 計算軸的轉(zhuǎn)角，由式（4.11）得： = =0.000098 rad 計

59、算軸的合成撓度 由公式（4.12）得： = =0.0255 mm〈 軸的垂向撓度的容許值=0.05~0.10mm；軸的水平撓度=0.10~0.15mm;軸斷面的角不應(yīng)大于0.002rad。經(jīng)過驗算，變速器二軸滿足設(shè)計要求。 5 同步器設(shè)計計算 同步器使變速器換檔輕便、迅速、無沖擊、無噪聲，且可延長齒輪壽命、提高汽車的加速性能并節(jié)油，故轎車變速器除倒檔、貨車除一、倒檔外，其它檔位多裝用。要求其轉(zhuǎn)矩容量較大、性能穩(wěn)定、耐用。 同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種，其中，慣性式同步器應(yīng)用最

60、為廣泛。本設(shè)計所采用就是慣性式同步器。 慣性式同步器能做到換檔時，在兩換檔元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前不允許換檔，因而能很好地完成同步器的功能和實現(xiàn)對同步器的基本要求。 按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖銷式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式和多維式幾種。雖然它們的結(jié)構(gòu)不同，但是它們都有摩擦元件、鎖止元件和彈性元件。本設(shè)計所采用的是鎖環(huán)式慣性同步器。 5.1鎖環(huán)式慣性同步器結(jié)構(gòu) 如圖5.1所示，鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)特點是同步器的摩擦元件位于鎖環(huán)1或4和齒輪5或8凸肩部分的錐形斜面上。作為鎖止元件是做在鎖環(huán)1或4上的齒和做在嚙合套7上的齒的端部，且端部均為斜面稱為鎖止面。彈性元件是位于嚙合套座

61、兩側(cè)的彈簧圈。彈簧圈將置于嚙合套座花鍵上中部呈凸起壯的滑塊壓向嚙合套。在不換檔的中間位置，滑塊凸起部分嵌入嚙合套中部的內(nèi)環(huán)槽中，使同步器用來換檔的零件保持在中立位置上。滑塊兩端伸入鎖環(huán)缺口內(nèi)，而缺口的尺寸要比滑塊寬一個接合齒。 1.鎖環(huán) 2滑塊 3.彈簧 4.鎖環(huán) 5.齒輪 6.嚙合套座 7.嚙合套 8.齒輪 圖5.1 鎖環(huán)式同步器 5.2鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 （1）接近尺寸 同步器換檔第一階段中間，在滑塊側(cè)面壓在鎖環(huán)缺口側(cè)邊的同時，且嚙合套相對滑塊作軸向移動前，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合倒角之間的軸向距離，稱為接近尺寸。尺寸應(yīng)大于零，取=

62、0.2~0.3 mm。查文獻(xiàn)[2，3-5]取=0.3 mm。 （2）分度尺寸 滑塊側(cè)面與鎖環(huán)缺口側(cè)邊接觸時，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒中心線間的距離，稱為分度尺寸。尺寸等于1/4接合齒齒距。尺寸和是保證同步器處于正確鎖止位置的重要尺寸，應(yīng)予以控制，查文獻(xiàn)[2，3-5]可知=1 mm。 （3）滑塊轉(zhuǎn)動距離 滑塊在鎖環(huán)缺口內(nèi)轉(zhuǎn)動距離(圖5.2)影響分度尺寸?；瑝K寬度、滑塊轉(zhuǎn)動距離與缺口寬度尺寸之間的關(guān)系如下： 滑塊轉(zhuǎn)動距離與接合齒齒距的關(guān)系如下： 式中，為滑塊軸向移動后的半徑；為接合齒分度圓半徑。 1.嚙合套 2.鎖環(huán) 3.滑塊 4.鎖環(huán)缺口 圖5.2 滑塊移動距離

63、 滑塊移動距離：mm 缺口寬度：mm （4）滑塊端隙 滑塊端隙系指滑塊端面與鎖環(huán)缺口端面之間的間隙，如圖5.3所示，同時，嚙合套端面與鎖環(huán)端面的間隙為，要求〉。查文獻(xiàn)[2，3-5]可知mm，mm。 鎖環(huán)端面與齒輪接合端面應(yīng)留有間隙，并可稱之為后備行程，一般應(yīng)取=1.2~2.0 mm，查文獻(xiàn)[2，3-5]可知mm。 圖5.3 滑塊端隙 5.3主要參數(shù)的確定 以三、四檔間慣性鎖環(huán)式慣性同步器為例。 （1）摩擦因數(shù)和摩擦錐面角 汽車在行駛過程中換檔，特別是在高檔區(qū)換檔次數(shù)較多，意味著同步器工作頻繁。同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差

64、的條件下工作，要求同步環(huán)有足夠的使用壽命，應(yīng)當(dāng)選用耐磨性能良好的材料。愈小，則摩擦力矩愈大。但為了避免摩擦面自鎖，應(yīng)使大雨摩擦角，后者又與摩擦系數(shù)有關(guān)，即。推薦， 但當(dāng)時，當(dāng)錐面粗糙度控制不嚴(yán)會有粘著和咬住現(xiàn)象。對于在油中工作的青銅—鋼同步器摩擦副，可按計算，查文獻(xiàn)[2，3-5]可知=0.1，。 （2）摩擦錐面的平均半徑 設(shè)計的越大，則摩擦力矩越大。往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件尺寸和布置限制，原則上是在可能的條件下，盡可能將取大些，查文獻(xiàn)[2，3-5]可知=25 mm。 （3）摩擦錐面的工作面寬 查文獻(xiàn)[2，3-5]可知根據(jù)摩擦表面許用壓力來確定： （mm）

65、 （5.1） 式中：—摩擦力矩，Nmm，； —摩擦系數(shù)； -摩擦面的平均半徑，mm； —摩擦表面的許用壓力，鋼、青銅摩擦副，查文獻(xiàn)[2，3-5]可知=1.2MPa。 Nmm 由公式（5.1）得： = =6 mm （4）鎖止角 鎖止角選取的正確，可以保證只有在換檔的兩個部分之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔。影響鎖止角的選取因素，主要有摩擦因數(shù)、摩擦錐面的平均半徑、鎖止面平均半徑和錐面半錐角。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在范圍內(nèi)變化。查文獻(xiàn)[2，3-5]可知。 （5）同步時間與軸向力 一般軸向力在100~350N范圍內(nèi)，轎車和輕

66、型客、貨車取下限。同步時間應(yīng)控制在1.0s以下，其中輕型車掛高檔時應(yīng)在0.1~0.5s范圍內(nèi)。 圖5.４　同步器計算模型 5.4同步器計算 慣性同步器的結(jié)構(gòu)型式雖各有不同，但工作原理都是一樣的，其實質(zhì)是利用接合件的慣性防止同步前掛檔。圖5.4是計算模型。在分析計算中，認(rèn)為在常溫條件下潤滑油阻力對齒輪轉(zhuǎn)速的影響可忽略不計，且假設(shè)在同步過程中車速保持不變。這意味著變速器輸出端的轉(zhuǎn)速在換檔瞬時保持不變，而輸入端靠摩擦作用達(dá)到與輸出端同步。 則可知同步時間為： （5.2） 式中：—同步器輸入端零件的轉(zhuǎn)動慣量； —同步器輸出端零件的角速度； —同步器的摩擦力矩； —發(fā)動機曲軸的角速度，； 、—分別為變速器第和（）檔傳動比，，； —摩擦面所受的軸向力即換檔力； —同步器摩擦面的摩擦系數(shù)； 、—摩擦錐面的半錐角和平均半徑； —發(fā)動機轉(zhuǎn)速，由較低檔換至較高檔時取為發(fā)動機最大功率下的轉(zhuǎn)速，否則取為最大轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。 查文獻(xiàn)[1，4-4]可知同步器摩擦錐面的滑磨功為：