三軸五檔手動變速器設(shè)計

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1、精品文檔，僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 河北工程大學課程設(shè)計 題 目 三軸五檔手動變速器設(shè)計 專 業(yè) 車輛工程 學 號 110700209 學 生 張新寶 指導教師 孔江生 2014年12月31日星期三 目 錄I 第1章 緒論 1 1.1 本設(shè)計的目的和意義 1 1.2 變速器的發(fā)展 1 1.3變速器的設(shè)計要求 3 1.4設(shè)計內(nèi)容與思路 3 1.4.1設(shè)計內(nèi)容 3 1.4.2設(shè)計思路 4 1.5本章小結(jié) 4 第2章 變速器的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 5

2、 2.1變速器傳動機構(gòu)的型式選擇與結(jié)構(gòu)分析 5 2.1.1變速器傳動方案的比較 5 2.1.2倒檔的布置方案 6 2.2本章小結(jié) 7 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設(shè)計 9 3.1變速器主要參數(shù)的選擇 9 3.1.1檔位數(shù)和傳動比 9 3.1.2中心距 10 3.1.3齒輪模數(shù) 11 3.1.4壓力角α、螺旋角β和齒寬b 12 3.1.5齒輪的變位系數(shù) 13 3.2各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定 13 3.2.1確定一檔齒輪的齒數(shù) 13 3.2.2確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 14 3.2.3確定其他檔位的齒數(shù) 15 3.2.4確定倒檔齒輪的齒數(shù) 15 3.2.5確

3、定齒輪輪齒尺寸 15 3.3本章小結(jié) 16 第4章 變速器齒輪的強度計算與材料選擇 17 4.1齒輪的主要失效形式 17 4.2齒輪的強度計算及材料接觸應(yīng)力 17 4.2.1齒輪彎曲強度計算 17 4.2.2齒輪材料接觸應(yīng)力 19 4.3本章小結(jié) 21 第5章 變速器軸的設(shè)計與校核 22 5.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 22 5.1.1軸的結(jié)構(gòu) 22 5.1.2軸的尺寸 22 5.2軸的校核 23 5.2.1第一軸的強度與剛度校核 23 5.2.2第二軸的強度與剛度校核 24 5.3本章小結(jié) 26 第6章 變速器同步器與操縱機構(gòu)的設(shè)計 27 6.1同步器設(shè)計 27

4、 6.1.1同步器的工作原理 27 6.1.2同步環(huán)主要參數(shù)的確定 28 6.2變速器的操縱機構(gòu) 30 6.2.1操縱機構(gòu)的功用 30 6.2.2操縱機構(gòu)的設(shè)計要求 31 6.2.3變速器的換檔位置 32 6.3本章小結(jié) 32 第7章 軸承的選用與壽命計算 33 7.1 第一軸軸承選用與計算 33 7.2第二軸軸承選用與計算 33 7.3本章小結(jié) 34 結(jié) 論 41 致 謝 42 參考文獻 43 【精品文檔】第 23 頁 第1章 緒論 1.1 本設(shè)計的目的和意義 隨著我國汽車工業(yè)不斷的壯大，以及汽車行業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，如何設(shè)計出經(jīng)濟實惠，工作可靠，性能

5、優(yōu)良汽車已經(jīng)是當前汽車設(shè)計者的緊迫問題。為了發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能，就必須有一套傳動效率高，維修保養(yǎng)成本低，能夠帶來駕駛樂趣變速裝置，來協(xié)調(diào)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪的實際行駛速度。 該課題針對機械專業(yè)學生，使學生了解變速器的設(shè)計，通過本課題的研究使學生完成理論課程的實踐總結(jié)，獲得一定的工程設(shè)計工作方法，可以更好的學習并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計與機械設(shè)計的全面知識和鍛煉學生利用所學知識分析問題和解決問題的能力。 1.2 變速器的發(fā)展 在汽車變速箱100多年的歷史中，主要經(jīng)歷了從手動到自動的發(fā)展過程。目前世界上使用最多的汽車變速器為手動變速器（MT）、自動變速器（AT）、手自一體變速器（AMT）、無級變速器

6、（CVT）、雙離合變速器（DCT）五種型式。 （1）手動變速器(MT) 手動變速器（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定值。曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動變速器會在不久被淘汰，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實有道理。但是從目前市場的需求和適用角度來看，手動變速器不會過早的離開。首先，從商用車的特性上來說，手動變速器的功用是其他變速器所不能替代的。其次，對于老司機和大部分男士司機來說，他們的最愛還是手動變速器。第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進入了家庭，對于普通工薪階級的老百姓來說，經(jīng)濟

7、型轎車最為合適，手動變速器以其自身的性價比配套于經(jīng)濟型轎車廠家，而且經(jīng)濟適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。 （2）自動變速器（AT） 自動變速器（AutomaticTransmission），利用行星齒輪機構(gòu)進行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動地進行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。雖說自動變速汽車沒有離合器，但自動變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動分離或合閉，從而達到自動變速的目的。 （3）手動/自動變速器（AMT） 此型車在其檔位上設(shè)有“+”、“-”選擇檔位。在D檔時，可自由變換降檔(-)或加檔(+)，如同手動檔一樣。自動—手動變速系統(tǒng)

8、向人們提供兩種駕駛方式—為了駕駛樂趣使用手動檔，而在交通擁擠時使用自動檔，這樣的變速方式對于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。 （4）無級變速器（CVT） 當今汽車產(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”。無級變速系統(tǒng)不像手動變速器或自動變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個滑輪和一個鋼帶來變速，其傳動比可以隨意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動變速器“突然換檔”、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點。 1.4設(shè)計內(nèi)容與思路 1.4.1設(shè)計內(nèi)容 1、齒輪主要參數(shù)的選擇設(shè)計與校核計算 2、齒輪軸的設(shè)計與校核計算

9、 3、同步器的設(shè)計計算 4、軸承的選擇設(shè)計與校核計算 5、用CATIA軟件進行三維建模 1.4.2設(shè)計思路 查看變速器相關(guān)資料，理解變速器的結(jié)構(gòu)組成與工作原理，先對變速器進行整體布置，包括整體的傳動方案和倒檔的布置。其次次變速器中的齒輪和軸進行設(shè)計計算，只要確定了齒輪和軸的尺寸就可以用CAD進行草圖的繪制，在此基礎(chǔ)上對同步器進行設(shè)計計算，進一步完善草圖。對各個部分進行校核計算，查看其尺寸是否滿足使用要求，如果不正確可以對其進行修改。著重分析同步器和操縱機構(gòu)的工作原理，對其進行細化處理，并出一張的操縱機構(gòu)圖紙。當CAD二維圖紙繪制完成后，用CATIA軟件進行三維建模，并仿真運動，

10、立體結(jié)構(gòu)能更直觀的把變速器呈現(xiàn)出來，也能把內(nèi)部機構(gòu)的配合看的更清楚。 1.5本章小結(jié) 本章對變速器的發(fā)展歷史和未來的方向進行了初步了解，我還是對手動變速器的未來比較樂觀，因為它有巨大的市場。本章還明確了該設(shè)計的目的和意義，設(shè)計會嚴格按照目的去做，保證了不會偏離方向。變速器的設(shè)計要求是需要嚴格遵守的，因為這直接關(guān)系到變速器的安全性和舒適性；最后還對本次設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計思路進行了展開，進一步明確了設(shè)計方案。 第2章 變速器的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 2.1變速器傳動機構(gòu)的型式選擇與結(jié)構(gòu)分析 變速器的種類很多，按其傳動比的改變方式可以分為有級、無級和綜合式的。有級變速器按根據(jù)前進檔檔

11、數(shù)的不同，可以分為三、四、五檔和多檔變速器；而按其軸中心線的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線式和綜合式的。其中固定軸式應(yīng)用廣泛，有兩軸式和三軸式之分，前者多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上，而后者多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上。 2.1.1變速器傳動方案的比較 圖2-3是三軸式五檔變速器傳動方案。它們的共同特點是：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高于其它檔位，因而提高了變速器的使

12、用壽命；在其它前進檔位工作時，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)傳動方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機構(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，三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，各種三軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方式和倒檔傳動方案上有差別。 圖

13、2-3a所示方案，除一，倒檔用直齒滑動齒輪換檔外，其余各檔為常嚙合齒輪傳動。圖2-3b、c、d所示方案的各前進檔，均用常嚙合齒輪傳動； 圖2-3d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，形成一個只有四個前進檔的變速器。 圖2-3 以上各種方案中，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。 變速器用圖2-3c所示的多支承結(jié)構(gòu)方案，能提高

14、軸的剛度。這時，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2-3c所示方案的高檔從動齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時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方案的特點。 本設(shè)計采用2-3b的布置方案。 2.1.2倒檔的布置方案 常見的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種： 圖2-4a為常見的倒擋布置方案。在前進檔的傳動路線中，加入一個傳動，使結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪處于正負交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四檔全同步器式變速器中。 圖2-4b所示方案的優(yōu)點是換倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度

15、。但換擋時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換擋困難。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。 圖2-4c所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點是換擋程序不合理。 圖2-4d所示方案針對前者的缺點做了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。 圖2-4e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2-4f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，有的貨車倒擋傳動采用圖2-4g所示方案。其缺點是一、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構(gòu)復雜一些。 圖2-4 綜合考慮，本次設(shè)計采用圖2-4f所示方案的倒檔換檔方式。 2.

16、2本章小結(jié) 本章分析比較了變速器傳動機構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)，著重分析了動力布置形式和倒檔形式。經(jīng)過分析和與別的結(jié)構(gòu)進行對比，明確了動力傳遞路線，可以更合理的布置各個檔位的，選取了傳動更加簡單可靠的倒檔布置方式，為后面的設(shè)計計算打下了基礎(chǔ)。 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設(shè)計 本設(shè)計是根據(jù) Polo 2011款勁取 1.6 MT實酷版而開展的，設(shè)計中所采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型，如表3-1所示： 表3-1 主減速比 3.16 最大扭矩 155Nm/3750rpm 最高時速 188km/h 最大功率 77kw/5000rpm 輪胎型號 185/60R15 發(fā)動

17、機型號 EA111 整備質(zhì)量 1155Kg 3.1變速器主要參數(shù)的選擇 3.1.1檔位數(shù)和傳動比 為了降低油耗，提高燃油利用率，變速器的檔數(shù)應(yīng)該適當增加。目前，乘用車一般用4--5個檔位的變速器。本設(shè)計也采用5個檔位。 選擇最低檔傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。 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。故有 （3-1） 則由最大爬坡度要求的變速器Ⅰ檔傳動比

18、 （3-2） 式中 m——汽車總質(zhì)量； g ——重力加速度； ψmax ——道路最大阻力系數(shù)； rr ——驅(qū)動輪的滾動半徑； Temax ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩； i0——主減速比； η ——汽車傳動系的傳動效率。 根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件 求得的變速器I檔傳動比為： （3-3） 式中 G2——汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給路面的載荷； φ ——路面的附著系數(shù)，計算時取φ=0.5--0.6。 由已知條件：滿載質(zhì)量 1530kg；rr=286mm；η=0.95；f=0.03。 根據(jù)公式（3-3

19、）可得：igI =3.48。 超速檔的的傳動比： (3-4) 由已知條件： 中間檔的傳動比理論上按公比為： （3-5） 的等比數(shù)列，實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些，另外還要考慮與發(fā)動機參數(shù)的合理匹配。根據(jù)上式可得出：=1.398。 故有：、、（修正為1）。 3.1.2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)能保證齒輪的強度。三軸式變速器的中心距A，可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式進行初選。

20、 （3-6） 式中K A ——中心距系數(shù)，對轎車取K A =8.9~9.3（取9.2）； TI max ——變速器處于一檔時，輸出軸的輸出扭矩： TI max=Te max igI η =517.8N﹒m 故可得出初始中心距A=73.88mm。 3.1.3齒輪模數(shù) 齒輪模數(shù)選取的一般原則： (1)為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時增加齒寬； (2)為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時減少齒寬； (3)從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)； (4)從強度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 對于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得

21、小些；對于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。 所選模數(shù)值應(yīng)符合國家標準的規(guī)定。 建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn （3-7） 其中=155Nm，可得出mn=2.52。 一檔直齒輪及倒檔齒輪的模數(shù)m mm （3-8） 通過計算m=2.6。 表3-2漸開線齒輪的標準模數(shù)m （摘自GB/T1357-1987）mm 第一系列 1 1.25 1.5 2.0 2.5 3 4 5 6 8 10 第二系列 1.75

22、2.25 2.75（3.25）3.5（3.75）4.5 5.5（6.5） 7 9 注：優(yōu)先采用第一系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用 由上可得： 3.1.4壓力角α、螺旋角β和齒寬b 壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。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)計中變速器齒輪壓力角α取國家規(guī)定的標準壓力角20°。 變速器斜齒輪螺旋角一般范圍是。螺旋角增大使齒輪嚙合的重合度系數(shù)增加、工作平穩(wěn)、噪聲降低，另外齒輪的強度也有所提高。但螺旋角太大，會使軸向力及軸承載荷過大。轎車變速器齒輪

23、轉(zhuǎn)速高，又要求噪聲小，故螺旋角取較大值。還應(yīng)該注意，在選取斜齒輪螺旋角的時候，應(yīng)該使中間軸上的軸向力平衡。第一、二軸上的軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受，因此，中間軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)該一律做成右旋，第一、二軸上的齒輪做成左旋。 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=(4.5--7.5)m，mm 斜齒 b=(6.5--8.5)，mm

24、 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，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 已知： m=2.6 得：常嚙合齒輪齒寬取20mm，2、3、5、檔齒輪齒寬取17.5mm，倒檔和一檔齒輪齒寬取13mm。 （注：為了保證裝配后的接觸寬度b，通常取小齒輪的寬度b比大齒輪的寬度b大2--10mm。強度計算時b=） 3.1.5齒輪的變位系數(shù) 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度，使它達到和大齒輪強度想接近的程度。高度變位齒輪副的缺點是不能同時增加一對齒輪的強度，也很難降低噪聲。角度變位

25、齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質(zhì)量指標，故采用得較多。 變位系數(shù)的選擇原則 ： (1)對于高檔齒輪，應(yīng)按保證最大接觸強度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。 (2)對于低檔齒輪，為提高小齒輪的齒根強度，應(yīng)根據(jù)危險斷面齒厚相等的條件來選擇大、小齒輪的變位系數(shù)。 (3)總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強度越低。但易于吸收沖擊振動，噪聲要小一些。 為了降低噪聲，對于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著檔位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二檔和倒檔齒輪，應(yīng)該選用較大的值。 3.2各檔傳動比及其齒

26、輪齒數(shù)的確定 3.2.1確定一檔齒輪的齒數(shù) 已知一檔動比： （3-9） 為了確定Z9和Z10的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和： （3-10） 其中 A =73.88mm，m =3；故有。選擇齒輪的齒數(shù)時應(yīng)注意最好不使相配齒輪的齒數(shù)和為偶數(shù)，以減少因大、小齒輪的齒數(shù)間有公約數(shù)的機會，否則會引起齒面的不均勻磨損。則取=57。當轎車三軸式的變速器時，則，此處取=18，則可得出=39。 上面根據(jù)初選的A及m計算出的可能不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，中

27、心距有了變化，這時應(yīng)從及齒輪變位系數(shù)反過來計算中心距A，再以這個修正后的中心距作為以后計算的依據(jù)。 這里修正為57，則根據(jù)式（3-10）反推出A=75mm。 3.2.2確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 由式（3-8）求出常嚙合齒輪的傳動比 （3-11） 由已知數(shù)據(jù)可得： 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等，且斜齒輪中心距 （3-12） 由此可得： （3-13） 根據(jù)已知數(shù)據(jù)可計算出：。 聯(lián)立方程式可得：=2

28、0、=33。 可計算出一檔實際傳動比為，實際螺旋角= 3.2.3確定其他檔位的齒數(shù) 二檔傳動比 （3-14） （3-15） 故有： 聯(lián)立方程式得：。 按同樣的方法可分別計算出：三檔齒輪 ；五檔齒輪。 3.2.4確定倒檔齒輪的齒數(shù) 取Z=22， A= （3-16） 得Z+Z=58，分配Z=17，Z=40， 倒擋軸與中間軸的中心距=50.7mm 為了防止干涉，11、12齒輪

29、齒頂圓保持0.5mm以上間隙 則有，d=90.6mm 3.2.5確定齒輪輪齒尺寸 齒頂高：， 斜齒輪齒頂高為2.5mm，直齒輪齒頂高為2.6mm 齒根高：， 斜齒輪齒根高為3.1mm，直齒輪齒根高為3.25mm 3.3本章小結(jié) 本章對變速器齒輪的主要參數(shù)進行了設(shè)計計算，確定了齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角，斜齒輪的螺旋角等。齒輪參數(shù)的確定為后來的CATIA參數(shù)化建模提供了依據(jù)，可以利用漸開線畫法進行三維制圖，也為草圖的繪制確定了分度圓的直徑。 第4章 變速器齒輪的強度計算與材料選擇 4.1齒輪的主要失效形式 齒輪的主要失效形式有：輪齒的折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合

30、和塑性形變。 4.2齒輪的強度計算及材料接觸應(yīng)力 與其他機械設(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、可以獲得較為準確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。 4.2.1齒輪彎曲強度計算 （1）直齒輪彎曲應(yīng)力 （4-1） 式中 ——彎曲應(yīng)力（MPa

31、）； ——一檔齒輪10的圓周力（N） ；其中為計算載荷（N·mm），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)，主動齒輪取1.1，從動齒輪取0.9； b ——齒寬（mm）， t ——端面齒距（mm）； y ——齒形系數(shù)，如圖4-1所示。 圖4-1 齒形系數(shù)圖 當處于一檔時，中間軸上的計算扭矩為： （4-2） 可求得 =139500N 故由可以得出；再將所得出的數(shù)據(jù)代入式（4-1）可得 當計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩時，一檔直齒輪的彎曲應(yīng)力在

32、400--850MPa之間。 （2）斜齒輪彎曲應(yīng)力 （4-3） 式中 為重合度影響系數(shù)，取2.0；其他參數(shù)均與式（4-1）注釋相同，，選擇齒形系數(shù)y時，按模數(shù)在圖（4-1）中查得。 二檔齒輪圓周力： （4-4） 根據(jù)斜齒輪參數(shù)計算公式可得出：=5370.1N 齒輪8的齒數(shù)z=22，可查表（4-1）得：。 故可求得： 同理可得

33、： 依據(jù)計算二檔齒輪的方法可以得出其他檔位齒輪的彎曲應(yīng)力，其計算結(jié)果如下： 三檔： ； 五檔： ； 當計算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時，對常嚙合齒輪和高檔齒輪，許用應(yīng)力在180--350MPa范圍內(nèi)。 因此，上述對直齒輪和斜齒輪的計算結(jié)果均符合彎曲強度要求。 4.2.2齒輪材料接觸應(yīng)力 齒輪接觸應(yīng)力 （4-5） 式中——齒輪的接觸應(yīng)力（MPa）； F ——齒面上的法向力（N），； ——圓周力在（N）； ——節(jié)點處的壓力角（°）； ——齒輪螺旋角（°）； E ——齒輪材料的

34、彈性模量（MPa），查資料可?。? B ——齒輪接觸的實際寬度； ——主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（mm）； 直齒輪： （4-6） （4-7） 斜齒輪： （4-8） （4-9） 其中，分別為主從動齒輪節(jié)圓半徑（mm）。 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)力見表4-1： 表4-1 齒輪 /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900-2000 950-1000 常嚙合齒輪

35、和高檔 1300-1400 650-700 通過計算可以得出各檔齒輪的接觸應(yīng)力分別如下： 一檔：=1849MPa；二檔：=1206.4MPa；三檔：=1191.5MPa 五檔：=1239.7MPa 對照上表4-1可知，所設(shè)計變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。 4.3本章小結(jié) 本章分析了齒輪的主要失效形式，并對所設(shè)計的齒輪進行了強度和接觸應(yīng)力的計算，通過計算發(fā)現(xiàn)齒輪符合設(shè)計要求，能夠保證使用要求。齒輪的校核計算時非常關(guān)鍵的一步，因為它可以檢測以前的選取和計算正確與否，防止最后更多錯誤的產(chǎn)生。 第5章 變速器軸的設(shè)計與校核 5.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 5.1.1軸的結(jié)

36、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)與離合器從動盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸如圖5-1所示： 圖5-1 變速器第一軸 中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動方案。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。 5.1.2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)計時，由齒輪、換檔部件的工作位置和尺寸可

37、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 第一軸和中間軸： （5-1） 第二軸： （5-2） 式中——發(fā)動機的最大扭矩，N·m 為保證設(shè)計的合理性，軸的強度與剛度應(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=0.160.18； 第二軸：d/L=0.180.21。 5.2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，一般來說強度是足夠的，僅對其危險斷面進行驗算即可。對于本設(shè)計的

38、變速器來說，在設(shè)計的過程中，軸的強度和剛度都留有一定的余量，所以，在進行校核時只需要校核一檔處即可；因為車輛在行進的過程中，一檔所傳動的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于第二軸結(jié)構(gòu)比較復雜，故作為重點的校核對象。下面對第一軸和第二軸進行校核。 5.2.1第一軸的強度與剛度校核 因為第一軸在運轉(zhuǎn)的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強度條件公式為: （5-3） 式中 ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa； T ——軸所受的扭矩，N·mm； ——軸的抗扭截面系數(shù)，； P ——軸傳遞的功率，kw；

39、 d ——計算截面處軸的直徑，mm； [] ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。 其中P =77kw，n =5000r/min,d =30mm；代入上式得： 由查表可知[]=55MPa，故[]，符合強度要求。 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。其計算公式為： （5-4） 式中 T ——軸所受的扭矩，N·mm； G ——軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對于鋼材，G =8.1MPa； ——軸截面的極慣性矩，，； 將已知數(shù)據(jù)代入上式可得： 對于一般傳動軸可

40、取；故也符合剛度要求。 5.2.2第二軸的強度與剛度校核 （1）軸的強度校核 計算用的齒輪嚙合的圓周力、徑向力及軸向力可按下式求出： （5-5） （5-6） （5-7） 式中 ——至計算齒輪的傳動比，此處為一檔傳動比3.48； d ——計算齒輪的節(jié)圓直徑為101.4mm； ——節(jié)點處的壓力角為20

41、6;； ——螺旋角為30°； ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩為155000N·mm。 代入上式可得： ； ； 。 危險截面的受力圖為： 圖5-3 危險截面受力分析 水平面：（160+83）=83 ，可得出=1527.2N； 水平面內(nèi)所受力矩： 垂直面： （5-8） 可求出 =5723.6N 垂直面所受力矩：。 該軸所受扭矩為：。 故危險截面所受的合成彎矩為： （5-9） 得M= 則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力（MPa）：

42、 （5-10） 將代入上式可得：，在低檔工作時[]=400MPa，因此有： ，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算： （5-11） （5-12） 式中 ——齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）,這里等于； ——齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N），這里等于； E ——彈性模量（MPa），（MPa）； I ——慣性矩（），

43、，d為軸的直徑（）； a、b ——為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離（）； L ——支座之間的距離（）。 將數(shù)值代入式（5-11）和（5-12）得：， 。 故軸的全撓度為，符合剛度要求。 5.3本章小結(jié) 本章對變速器的軸進行了設(shè)計計算，第一軸通常和齒輪做成一體，中間軸選用旋轉(zhuǎn)式的，而且低檔位齒輪和軸做成一體，高檔齒輪用鍵與軸連接傳遞扭矩；第二比較復雜，上面有矩形花鍵。對選取和設(shè)計好的軸進行了校核計算，滿足實際使用要求。 第6章 變速器同步器與操縱機構(gòu)的設(shè)計 6.1同步器設(shè)計 在前面已經(jīng)說明，本設(shè)計所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器，其結(jié)構(gòu)如下圖

44、6-1所示： 圖6-1 鎖環(huán)式同步器 1、9-變速器齒輪 2-滾針軸承 3、8-結(jié)合齒圈 4、7-鎖環(huán)（同步環(huán)） 5-彈簧 6-定位銷 10-花鍵轂 11-結(jié)合套 (6)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到零值才能進行換檔。影響鎖止角選取的因素，主要有摩擦因數(shù)、擦錐面的平均半徑R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在26°～46°范圍內(nèi)變化。 本次設(shè)計鎖止角取。 (7)同步時間t 同步器工作時，要連接的兩個部分達到同步的時間越短越好。除去同步器的結(jié)構(gòu)尺寸，轉(zhuǎn)動慣量對同步時間有影響以外，變速器輸入軸，輸出軸的角速度

45、差及作用在同步器摩擦錐面上的軸向力，均對同步時間有影響。軸向力大，同步時間減少。而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)，不同車型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時間與車型有關(guān)，計算時可在下屬范圍內(nèi)選?。簩I車變速器高檔取0.15～0.30s，低檔取0.50～0.80s；對貨車變速器高檔取0.30～0.80s，低檔取1.00～1.50s。 6.2變速器的操縱機構(gòu) 6.2.1操縱機構(gòu)的功用 變速器操縱機構(gòu)的功用是保證各檔齒輪、嚙合套或同步器移動規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時掛兩個檔位。 6.2.2操縱機構(gòu)的設(shè)計要求 (1)要有鎖止裝置，包括自鎖、互鎖和倒檔鎖。

46、a.互鎖裝置是保證移動某一變速叉軸時，其他變速桿叉軸互被鎖止，互鎖裝置的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：互鎖銷式、擺動鎖塊式、轉(zhuǎn)動鎖止式、三向鎖銷式，此次設(shè)計中互鎖裝置選擇第一種，其結(jié)構(gòu)型式如圖6-4所示。 b.自鎖裝置的作用是定位，防止因汽車振動或有小的軸向力作用而致脫檔，保證嚙合齒輪以全齒長進行嚙合，并使駕駛員有換檔的感覺。定位作用是通過自鎖裝置中的彈簧將鋼球（或鎖銷）推入叉軸的凹臼中實現(xiàn)的。變速叉軸的凹臼間距是由掛檔齒輪移動的距離來決定的，其結(jié)構(gòu)型式如圖6-4所示。 c.在汽車行駛過程中，為了防止誤掛倒檔，以致造成安全事故和損壞傳動系，在操縱機構(gòu)中都設(shè)有倒檔鎖或倒檔安全裝置。倒檔鎖能在駕駛員掛倒

47、檔時給駕駛員明顯手感，以起到提醒作用，防止誤掛倒檔，其結(jié)構(gòu)見總裝配圖。 圖6-4 變速器自鎖與互鎖結(jié)構(gòu) 1-自鎖鋼球 2-自鎖彈簧 3-變速器蓋4-互鎖鋼球 5-互鎖銷 6-撥叉軸 (2)要使換檔動作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強度。 (3)應(yīng)使駕駛員得到必要的手感。 6.2.3變速器的換檔位置 設(shè)計操縱機構(gòu)首先要確定換檔位置。換檔位置的確定主要從換檔方便考慮。為此應(yīng)該注意以下三點： (1)按換檔次序來排列 ； (2)將常用檔放在中間位置，其它檔放在兩邊； (3)為了避免誤掛倒檔，往往將倒檔安排在最靠邊的位置，有時與1檔組成一排。 6.3本章小結(jié) 本章對同

48、步器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進行了分析，并對同步器的參數(shù)進行了選取，包括螺紋槽的個數(shù)與寬度、半錐角、摩擦錐面平均半徑等。還了解了變速器操縱機構(gòu)的作用和設(shè)計要求，必須包括自鎖、互鎖和倒檔鎖，這樣才能保證操作省力，不容易掛錯檔位。 第7章 軸承的選用與壽命計算 7.1 第一軸軸承選用與計算 1、初選軸承型號 由工作條件和軸頸直徑初選一軸軸承型號6306，轉(zhuǎn)速=5000r/min 2、計算軸承當量動載荷 （7-1） （7-2）

49、 （7-3） 查表得e=0.38。，查表得X=0.56、Y=1.15 當量動載荷： =4831.7N （7-4） 3、計算軸承的基本額定壽命 軸承的基本額定壽命：（為壽命指數(shù)，對球軸承=3）； （7-5） 帶入得20187.3h20000h。滿足使用要求。 7.2第二軸軸承選用與計算 1、初選軸承型號 由工作條件和軸頸直徑初選二軸軸承型號6305，轉(zhuǎn)速=5000r/min 2、計算軸承當量動載荷 （7-6）

50、 （7-7） （7-8） 查表得e=0.44。，查表得X=0.56、Y=1.00 當量動載荷： =8628.5N （7-9） 3、計算軸承的基本額定壽命 軸承的基本額定壽命： （7-10） 帶入得21340.8h20000h。滿足使用要求。 結(jié) 論 本次設(shè)計的是汽車變速器部分。變速器是車輛不可或缺的一部分，其中機械式變速箱設(shè)計發(fā)展到今天，其技術(shù)已經(jīng)成熟，但對于我們即將踏出校門的學生來說，其中的設(shè)計理念還是很值得我們?nèi)ヌ接懞蛯W習的。 對于本次設(shè)計的變速箱來說，其特點是：扭矩變化范圍

51、大可以滿足不同的工況要求，結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)、使用和維修，價格低廉，而且采用同步器掛擋，可以使變速器掛擋平穩(wěn)，噪聲降低，輪齒不易損壞。在設(shè)計中采用了五檔手動變速器，通過較大的變速器傳動比變化范圍，可以滿足汽車在不同的工況下的要求，從而達到其經(jīng)濟性和動力性的要求；變速器掛檔時用結(jié)合套，雖然增加了成本，但是使汽車變速器操縱舒適度增加，齒輪傳動更平穩(wěn)。本著實用性和經(jīng)濟性的原則，在各部件的設(shè)計要求上都采用比較開放的標準，因此，安全系數(shù)不高，這一點是本次設(shè)計的不理想之處。但是，在以后的工作和學習中，我會繼續(xù)學習和研究變速器技術(shù)，以求設(shè)計更加合理和經(jīng)濟。 緊張忙碌的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，這次設(shè)計是對我大

52、學學習的一次綜合的檢驗，更是一次綜合的學習過程。畢業(yè)設(shè)計不僅使我學習和鞏固了專業(yè)課知識而且了解了不少相關(guān)專業(yè)的知識，個人能力得到很大提高。同時也鍛煉了與人協(xié)作的精神，為以后我踏入社會工作打下了良好的基礎(chǔ)。 致 謝 轉(zhuǎn)眼間，大學四年很快就要結(jié)束了。而作為大學生活的最后一個環(huán)節(jié)—畢業(yè)設(shè)計，經(jīng)過近12周的緊張準備，也將接近尾聲。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我不但鞏固了以前所學的知識，并從中學到了很多新的東西，尤其是《汽車設(shè)計》和《汽車理論》這兩門課程。在這里，我向那些在這四年里給于過我巨大幫助的老師和同學們表示衷心的感謝，正是他們的幫忙才讓我得以圓滿的完成四年的學業(yè)和最后的畢業(yè)設(shè)計。 在這次設(shè)計的過程

53、中，指導老師李斌一直都關(guān)注著我的每一步進展，并給了我很多好的意見和建議，同時也對我提出了嚴格的要求。我之所以能很順利地完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，這與李老師的指導是分不開的，在此，我對他表示感謝。 另外，遇到技術(shù)困難的時候，車輛工程專業(yè)的老師們也給了我很多幫助。需要他們幫助的時候，他們能非常耐心的給我解答，在這里也對他們表示衷心的感謝。 參考文獻 [1] 劉惟信. 汽車設(shè)計[M].北京:清華大學出版社,2001 [2] 郭新華.汽車構(gòu)造[M].北京:高等教育出版社.2004 [3] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社.2010 [4] 過學迅/鄧亞東.汽車設(shè)計[M].北京：人民交通

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