GD1042輕型貨車-傳動(dòng)軸、變速器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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汽車變速器的功用在當(dāng)代汽車上采用的是活塞式內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍小，而汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速能夠在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化是其復(fù)雜的使用條件要求的內(nèi)容。在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置變速器很好的解決了這一矛盾。它的作用是：（1）利用空擋中斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換擋或者進(jìn)行動(dòng)力輸出。變速器有變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)構(gòu)成，還可以增加裝動(dòng)力輸出器。（2）在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能夠倒退行駛。（3）改變傳動(dòng)比的大小，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，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。變速器為使汽車獲得不同的牽引力和加速度改變了發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。（4）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。1.2 汽車變速器的基本類型（1）變速器如果按傳動(dòng)比變化方式分可分為無(wú)級(jí)式、有級(jí)式和綜合式等幾種形式。有級(jí)式變速器是實(shí)際中的應(yīng)用最為廣泛的一種形式，它具有幾個(gè)不同值的傳動(dòng)比。如果按輪系布置的形式不同，可分為軸線旋轉(zhuǎn)式和有軸線固定式變速器。目前，乘用車和輕、中型貨車的變速比通常有1個(gè)倒檔和3至5個(gè)前進(jìn)檔，組合式變速器在重型貨車上使用，變換檔位可能會(huì)有更多。綜合式變速器的傳動(dòng)比可以作為無(wú)級(jí)變化，并且要在最小值和最大值之間的幾個(gè)不連續(xù)的范圍內(nèi)進(jìn)行，是目前應(yīng)用較多的一種變速形式。在無(wú)級(jí)式變速器中，傳動(dòng)比多級(jí)變化可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行，有液力式和電力式是比較常見(jiàn)的兩種形式。電力式無(wú)極變速器在超重型自卸車中應(yīng)用的趨勢(shì)很廣泛。液力變矩器是液力式變速器的主要傳動(dòng)部件。（2）變速器按操縱方式不同又可分為自動(dòng)操縱式，手動(dòng)操縱式和半自動(dòng)式三種形式。傳動(dòng)比選擇是自動(dòng)進(jìn)行的是自動(dòng)操縱式變速器。就是說(shuō)檔位變化是借助以下形式實(shí)現(xiàn)的：反映發(fā)動(dòng)機(jī)符合和車速的信號(hào)系統(tǒng)來(lái)控制換擋系統(tǒng)的執(zhí)行元件，控制車速只是需要駕駛員操縱加速踏板就可以實(shí)現(xiàn)。汽車若為多軸驅(qū)動(dòng)，為把轉(zhuǎn)矩分別輸送給汽車各個(gè)驅(qū)動(dòng)橋，變速器的后面一般還裝有分動(dòng)器?？狂{駛員用手操縱變速桿換擋的是手動(dòng)操縱式變速器，是大多數(shù)汽車所采用的一種形式。半自動(dòng)式變速器的操縱形式有兩種：（1）普通型式。就是說(shuō)駕駛員自己操縱實(shí)現(xiàn)不常用的檔運(yùn)行，自動(dòng)操縱形式在經(jīng)常使用的幾個(gè)檔位中進(jìn)行。（2）只預(yù)選式。就是說(shuō)提前來(lái)選定所用檔位由駕駛員完成，當(dāng)駕駛員松開(kāi)加速踏板或踏下加速踏板的時(shí)候，液壓裝置或電磁裝置自動(dòng)接通從而來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋的操作。2 汽車變速器、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)分析2.1 汽車變速器設(shè)計(jì)的技術(shù)要求變速器的目的是改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速?？論跏亲兯倨髟O(shè)置有的，可在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速的時(shí)候切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸。倒檔變速器一般也設(shè)置有，使汽車有倒退行駛的能力。實(shí)際中如有必要，動(dòng)力輸出也是變速器的一種功能。汽車變速器設(shè)計(jì)的基本要求如下：（1）正確選擇變速器的單位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。（2）設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間分離，設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行駛，改變行駛方向。（3）操縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力。（4）傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)無(wú)噪聲。（5）體積小、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠。（6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)。（7）貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)便準(zhǔn)規(guī)定。（8）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。（9) 變速器的工作效率要高。（10）變速器的工作噪聲低。2.2汽車傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的技術(shù)要求汽車傳動(dòng)軸是由萬(wàn)向節(jié)、軸管和伸縮花鍵組成的。中間支承一般還加裝在長(zhǎng)軸距汽車上，其主要作用是工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸之間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傳遞轉(zhuǎn)矩。汽車傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的基本要求如下：（1）保證兩傳動(dòng)軸的夾角在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)，能夠穩(wěn)定而且非常可靠地傳遞力矩。（2）保證兩軸在實(shí)際運(yùn)行中盡可能等速轉(zhuǎn)動(dòng)。萬(wàn)向節(jié)的夾角產(chǎn)生的附加荷載、噪聲和振動(dòng)應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)，使共振現(xiàn)象不在使用的車速范圍內(nèi)產(chǎn)生。（3）使用的時(shí)間長(zhǎng)，傳動(dòng)中的效率高，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造相對(duì)方便，維修也更容易。3 汽車變速器、傳動(dòng)軸的布置方案的選擇3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的方案的選擇傳動(dòng)布置方案在變速器設(shè)計(jì)中的重要形式非常明顯和突出的，主要涉及變速器軸布置的選擇和變速器型式的選擇。（1） 變速器軸布置的選擇傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，連接緊密并且除最高擋外其他各檔的傳動(dòng)效率都比高，噪聲低是兩軸式變暫定為速器與中間軸式變速器相比的突出優(yōu)點(diǎn)。但在一般中應(yīng)用的前置前驅(qū)的轎車布置中常常要綜合對(duì)比后才能選用哪個(gè)，一般選用選用中間軸式較多，所以我們將此次傳動(dòng)軸布置方案選擇為中間軸式。中間軸式即使在齒輪的中心距相對(duì)小的情況中仍可獲得較大的一檔傳動(dòng)比。當(dāng)然中間軸式的缺點(diǎn)是其他各檔位的傳動(dòng)效率相對(duì)于直接擋來(lái)說(shuō)相對(duì)較低。此次我們?cè)O(shè)計(jì)的為輕型載貨汽車設(shè)計(jì)，為使設(shè)計(jì)的車能在實(shí)際中得到應(yīng)用，綜合考慮到使用方便和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等諸多因素的存在，我們將變速器軸的布置形式選擇為中間軸式變速器。（2）變速器型式的選擇傳動(dòng)效率高，造價(jià)低廉是有級(jí)變速器和無(wú)級(jí)變速器相比所具有的優(yōu)點(diǎn)，因此各類汽車中廣泛采用有級(jí)變速器，所以說(shuō)在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也采用有級(jí)變速器，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩個(gè)類型。固定軸式在實(shí)際應(yīng)用中最廣泛。而前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上常采用兩軸式變速器。中間軸式變速器由于在直接擋工作的時(shí)候，第二軸的各檔齒輪與第一軸的常嚙合齒輪分別與相應(yīng)的中間軸齒輪嚙合，并且徑向載荷載荷都不在第一、二軸上體現(xiàn)，只起傳遞扭矩的作用。因此傳遞效率高的直接擋噪聲及磨損也是最小的?？紤]到設(shè)計(jì)的是GD1042輕型貨車變速器、傳動(dòng)軸，且輕型貨車發(fā)動(dòng)機(jī)所傳遞的扭矩、功率、轉(zhuǎn)矩等主要參數(shù)相對(duì)于載貨汽車來(lái)說(shuō)不是特別大，所以采用中間軸式5+1檔的結(jié)構(gòu)是符合汽車的使用要求和發(fā)展方向的。其中倒檔的布置在變速器中要盡量靠近支點(diǎn)。3.2 操縱機(jī)構(gòu)的布置方案的選擇駕駛員能夠根據(jù)具體的道路情況可靠準(zhǔn)確地摘下或掛上變速器某個(gè)檔位以保證汽車安全行駛是變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用。撥塊、撥叉軸、變速桿、撥叉等組成了操縱機(jī)構(gòu)，操縱結(jié)構(gòu)在變速器實(shí)際的工作中起到了相當(dāng)重要的作用，駕駛員只有通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)才能使整個(gè)駕駛?cè)蝿?wù)得以完成。如果按照駕駛員座位離變速器距離的遠(yuǎn)近來(lái)說(shuō)，變速器操縱機(jī)構(gòu)可以分為遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)和直接操縱機(jī)構(gòu)。直接操縱機(jī)構(gòu)在實(shí)際中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而且具有制造方便、使用符合一般情況、以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以說(shuō)非常適合在我們本次GD1042輕型貨車的設(shè)計(jì)中使用，因此我們采用的操縱機(jī)構(gòu)布置方案為直接操縱機(jī)構(gòu)。為了充分了變速器操縱機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過(guò)圖解的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。變速器操縱機(jī)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 六檔變速器操縱機(jī)構(gòu)示意圖在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中確定將發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用于汽車的總體布置，由于考慮到駕駛員和發(fā)動(dòng)機(jī)所在位置的距離相對(duì)較近，因此我們需要在變速器操縱系統(tǒng)中加裝一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以便使我們?cè)谶M(jìn)行操縱的時(shí)候更為省力、方便、快捷，為此我們將其稱之為直接操縱機(jī)構(gòu)，即：直接操縱機(jī)構(gòu)是我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所采用的操縱形式。3.3 變速器主要零部件的選擇變速器的主要零部件選擇在具體的汽車設(shè)計(jì)中非常重要，選擇的好與不好也與汽車的性能參數(shù)有比較大的影響。特別是在變速器的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性的影響更大，因此我們要慎重選擇變速器的換擋形式，其主要涉及到換擋形式的選擇和齒輪型式的選擇。（1）換擋形式選擇嚙合套換擋，直齒滑動(dòng)齒輪換擋以及同步器換擋三種形式是變速器的幾種常用換擋形式。在以上三種換擋形式中，同步器換擋形式具有諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是鎖銷式同步器在變速器中更是起到很大的作用。同步器換擋能使換擋迅速，無(wú)沖擊和噪聲，從而使汽車的行駛安全性、經(jīng)濟(jì)性和加速性得到一定程度上的提高。雖然同步器換擋的軸向尺寸相對(duì)較大，裝配制造精度要求相對(duì)較高，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的缺點(diǎn)，但在綜合對(duì)比分析的時(shí)候考慮到以上所述的具體優(yōu)點(diǎn)和在實(shí)際中的應(yīng)用方便性，在實(shí)際中應(yīng)用依然較大。這就要求我們對(duì)同步器的具體結(jié)構(gòu)作具體的了解和分析，并加以認(rèn)識(shí)和揣摩，保證做到在一定程度上充分理解鎖銷式同步器的工作原理。為了充分了解鎖環(huán)式同步器的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過(guò)圖解的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。鎖銷式同步器如圖3-2所示。 圖3-2 鎖銷式同步器 1、6-變速器齒輪 2-錐盤 3-錐環(huán) 4-定位銷 5-接合套 7-第二軸 8-鎖銷 9-齒轂（2）齒輪形式的選擇斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪是變速器齒輪的兩種形式。具體使用中各有優(yōu)缺點(diǎn)，工作噪聲相對(duì)比較低，運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)平穩(wěn)，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)是斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪比較時(shí)所具有的優(yōu)點(diǎn)；工作的時(shí)候通常會(huì)有軸向力，相對(duì)復(fù)雜的制造過(guò)程以及裝配相對(duì)是在比較時(shí)所具有的缺點(diǎn)。斜齒圓柱齒輪這些優(yōu)點(diǎn)使其成為在變速器中的常嚙合齒輪采用的一般齒輪傳動(dòng)形式，即使是在變速器嚙合過(guò)程中增加齒輪數(shù)的情況下，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量相對(duì)增大的情況下。直齒圓柱齒輪僅在倒檔中得到應(yīng)用。3.4 傳動(dòng)軸主要零部件的選擇傳動(dòng)軸的主要零部件包括多個(gè)部分，為滾針軸承和萬(wàn)向節(jié)，因此我們主要分析這兩個(gè)主要部件。（1）滾針軸承軸向定位形式的選擇滾針軸承軸向定位有多種形式，并且每一種定位形式都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，目前應(yīng)用比較廣泛的有瓦蓋固定式、卡環(huán)式、蓋板式和塑料環(huán)定位式等幾種滾針軸承軸向定位方式。但每種形式都有其應(yīng)用范圍和使用條件，然而在具體的實(shí)際使用中我們必須要選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且傳動(dòng)效率相對(duì)較高的定位形式。在上述四種滾針軸承軸向定為的方式中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、零件少和工作可靠的優(yōu)點(diǎn)是卡環(huán)式的內(nèi)擋圈所具有，所以在這種形式的輕型貨車中很適合。綜合以上分析，我將在本次設(shè)計(jì)中采用內(nèi)擋圈定位。為了充分了解內(nèi)擋圈的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過(guò)圖解的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。內(nèi)擋圈形式如圖3-3所示：圖3-3 滾針軸承的內(nèi)擋圈定位（2）萬(wàn)向節(jié)的論證分析軸向定位件、主動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承及其從動(dòng)叉和橡密封件等組成了普通的十字軸萬(wàn)向節(jié)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、兩軸之間所允許所連接的較大交角、工作可靠是十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)的主要特點(diǎn)，因此在汽車實(shí)際應(yīng)用中最為常見(jiàn)。兩個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)組合而成又聯(lián)式萬(wàn)向節(jié)，其主要優(yōu)點(diǎn)是軸承密封性好，允許兩軸間的夾角相對(duì)較大，傳動(dòng)效率相對(duì)較高，制造相對(duì)較方便；缺點(diǎn)是零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，外形尺寸比較大、數(shù)目相對(duì)較多。為了充分了解花鍵的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過(guò)圖解的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，花鍵具體結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖3-4 萬(wàn)向傳動(dòng)軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-蓋子；2-蓋板；3-滑動(dòng)花鍵槽；4-蓋墊；5-傳動(dòng)軸管；6-伸縮套；7-加油嘴；8-油封9-油封蓋； 10-萬(wàn)向節(jié)叉論證結(jié)果通過(guò)對(duì)以上論證的綜合分析，并考慮到GD1042輕型貨車變速器、傳動(dòng)軸的具體性能特點(diǎn)和工作情況，我們最終確定本設(shè)計(jì)的最終方案為: （1）傳動(dòng)方案布置結(jié)果：有級(jí)機(jī)械固定式中間軸式5+1檔傳動(dòng)方案，其齒輪布置方案如圖所示。 變速器齒輪布置方案 （2）操縱機(jī)構(gòu)布置方案：直接操縱機(jī)構(gòu)。（3）主要零部件結(jié)構(gòu)方案：1.變速器各軸傳動(dòng)齒輪形式：斜齒圓柱齒輪用于1-5檔；直齒圓柱齒輪用于倒檔。2.換擋形式：同步器式換擋 。3.傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)：普通的十字軸萬(wàn)向節(jié)。參考資料1王望予汽車設(shè)計(jì) M第4版吉林大學(xué)：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.82劉惟信汽車設(shè)計(jì) M第1版北京：清華大學(xué)出版社，2001.73汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì)汽車工程手冊(cè)基礎(chǔ)篇M北京：人民交通出版社，2001.64汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì)汽車工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇M北京：人民交通出版社，2001.65陳家瑞汽車構(gòu)造 （上冊(cè)）M第2版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.16陳家瑞汽車構(gòu)造 （下冊(cè)）M第2版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.17余志生汽車?yán)碚?. 第三版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.108（美）諾頓）. 機(jī)械設(shè)計(jì)：機(jī)器和機(jī)構(gòu)綜合與分析. 英文版,第二版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.210喻凡，林逸汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.711 林寧.汽車設(shè)計(jì).第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200412徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第4卷).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,199113濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì).6版.北京:高等教育出版社,199614 吳俊澤.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200415濮良貴.機(jī)械零件.3版.北京:人民教育出版社,198216吉林工業(yè)大學(xué)汽車教研室編.汽車設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981 17簡(jiǎn)曉春，杜仕武.現(xiàn)代汽車技術(shù)及運(yùn)用M.北京:人民交通出版 社,20049機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目:GD1042輕型貨車設(shè)計(jì)變速器、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 20xx年5月22日目次1 概述12 變速器結(jié)構(gòu)方案確定12.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案12.2零部件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)23 變速器主要參數(shù)的選擇33.1變速器的傳動(dòng)比范圍、擋位數(shù)及各擋傳動(dòng)比33.2變速器中心距53.3變速器外型尺寸63.4齒輪參數(shù)63.5各擋齒輪齒數(shù)的分配84變速器齒輪及軸的計(jì)算與校核104.1齒輪的失效形式104.2齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核114.3軸的設(shè)計(jì)145 同步器設(shè)計(jì)計(jì)算185.1同步器簡(jiǎn)介185.2同步器主要參數(shù)196傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算206.1傳動(dòng)軸的簡(jiǎn)介206.2萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算206.3十字軸萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)216.4傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)24設(shè)計(jì)總結(jié)28致 謝29參考文獻(xiàn)301 概述變速箱的優(yōu)良性能在日常駕駛中起著非常重要的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的力量再大,也必須通過(guò)變速箱的輸出才能起作用。如果遇到一個(gè)性能不太好的變速器,當(dāng)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)就容易停滯,轉(zhuǎn)變不平穩(wěn),振動(dòng),即使再好的匹配引擎也是沒(méi)有用的。因此設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的變速器很重要。變速器的設(shè)計(jì)原則如下所示:（1）保證汽車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能要高；（2）汽車的變速器的工作效率要高；（3）應(yīng)該安置P擋(空擋)，可以用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的能源輸送；（4）應(yīng)安置R擋（倒擋），使汽車能夠向后倒退運(yùn)動(dòng)；（5）應(yīng)該安置功率輸出裝置，用于輸出功率需要；（6）換擋迅速，便捷，輕快 ，準(zhǔn)確；（7）變速器工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)噪聲很低；2變速器結(jié)構(gòu)方案的確定2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案變速器有兩部分組成，這兩部分分別是變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)。按照行進(jìn)擋數(shù)目的差異，變速器能夠分為三、四、五和多擋幾種模式；依據(jù)軸的類型可以分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩種。在固定軸式的變速器中，兩軸式和中間軸式，這兩種變速器的運(yùn)用更加普遍。2.1.1 固定軸式變速器固定軸式能夠分為兩軸式和中間軸式變速器。固定軸式變速器運(yùn)用較為寬泛，一般放在FR車上用。中間軸式變速器效率較高，傳動(dòng)基本上不會(huì)產(chǎn)生太大的聲音，使用過(guò)程中損耗也小。它的弊端是除直接擋外其余各擋位的傳動(dòng)效率較低。將中間軸式和兩軸式放在一起，能夠看出兩軸式內(nèi)部結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，且零件之間布置間隙非常緊密，此外它的工作效率也比較高，傳動(dòng)產(chǎn)生的聲音小，它多用在RR布置裝置中。經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比之后，此次設(shè)計(jì)我所的選用的變速器是中間軸式變速器。2.1.2 倒擋布置方案倒擋R是一個(gè)很重要的附加裝置，它方便了駕駛者，但是用到它的地方很少，例如停車，其他情況一般情況下是不會(huì)用到的。所以換倒擋一般采用直齒滑動(dòng)齒輪形式。倒擋R是一個(gè)很重要的附加裝置，它方便了駕駛者，但用到它的地方卻很少，例如停車，其他情況一般不會(huì)用得到。所以換倒擋普遍運(yùn)用的是直齒滑動(dòng)齒輪形式。倒擋的布置設(shè)計(jì)方案如下圖所示： (a) (b) (c) (d) 圖2.1 倒擋布置方案(c)(b)(a)(d)上圖的倒擋布置方案各有各的優(yōu)點(diǎn)，各有各的缺點(diǎn)。（a） 圖優(yōu)點(diǎn)是中間軸相對(duì)較短，弊端是換擋較困難。（b） 圖優(yōu)勢(shì)是倒擋的傳動(dòng)比大，缺點(diǎn)是混亂的換擋次序。（c） 圖優(yōu)點(diǎn)是齒寬變長(zhǎng)。（d） 圖的優(yōu)點(diǎn)是換擋順序合理，很容易換擋。綜上所述，本設(shè)計(jì)所選擇得方案(d)較為適合。2.2零部件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.2.1齒輪形式變速器所用的齒輪能夠分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪。把斜齒和直齒圓柱齒輪放在一起，斜齒在壽命，運(yùn)轉(zhuǎn)工況，產(chǎn)生噪音方面都優(yōu)異些；但在制造方面困難一些。斜齒圓柱齒輪經(jīng)常用于變速器中的常嚙合齒輪。2.2.2 換擋機(jī)構(gòu)形式換擋機(jī)構(gòu)形式很多，有些多數(shù)位置應(yīng)用，而有些只在少數(shù)的位置才能得到使用。例如直齒滑動(dòng)齒輪，嚙合套，同步器等等。直齒滑動(dòng)齒輪換擋方式具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且有比較方便維修的優(yōu)勢(shì)。但這種轉(zhuǎn)變將影響齒面，并且噪音大，造成齒輪磨損和損傷，轉(zhuǎn)變時(shí)間很長(zhǎng)。這種情況下可以使換擋行程縮短，并且增加承受換擋沖擊的接合齒齒數(shù)，而輪齒又不參與換擋，進(jìn)而延長(zhǎng)輪齒壽命；但換擋會(huì)產(chǎn)生殘余沖擊，對(duì)駕駛者有很高的技術(shù)要求。 同步器換擋能夠保證快速，沒(méi)有大的沖擊，沒(méi)有噪音，沒(méi)有需求的駕駛技術(shù)，能提高汽車的加速度，燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛安全，因而得到廣泛應(yīng)用。雖然同步器換擋的軸向尺寸相對(duì)較大，再加上較高的制造精度要求和結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的弊端，但在綜合對(duì)比分析的時(shí)候考慮到以上所述的具體優(yōu)點(diǎn)和在實(shí)際中的運(yùn)用的方便性，在實(shí)際中應(yīng)用依然較為廣泛。通過(guò)對(duì)同步器的具體結(jié)構(gòu)作具體的了解和分析，并加以認(rèn)識(shí)和揣摩，最終決定本次設(shè)計(jì)選用同步器換擋形式。3 變速器主要參數(shù)的選擇3.1變速器的傳動(dòng)比范圍、擋位數(shù)及各擋傳動(dòng)比3.1.1 擋數(shù)320個(gè)擋位一般情況下是變速器的擋數(shù)變化范圍，變速器的擋數(shù)普遍在6擋以下。隨著變速器擋數(shù)的逐漸增加，汽車將更加省油，跑得更快，馬力更大。當(dāng)擋位數(shù)越多時(shí)，變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，并且使得輪廓尺寸和質(zhì)量變大，同時(shí)使操縱機(jī)構(gòu)變的復(fù)雜，因此，需要設(shè)計(jì)者綜合考慮設(shè)計(jì)要求來(lái)選取合適的擋位，本次設(shè)計(jì)采用5+1擋。3.1.2 傳動(dòng)比范圍 變速箱比率是最低和最高變速比的比率。本次設(shè)計(jì)的最大的擋為5擋，變速比取為1。在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大的動(dòng)力和最低傳輸引擎速度的前提條件下，車輛的爬坡能力最大,車輪所要求的徑向距離，主減速比，以及選擇低傳輸引擎速度都會(huì)影響最小的穩(wěn)定的比率。所選用的技術(shù)參數(shù)如下：整車整備質(zhì)量：2000Kg最高車速：130Km/h 爬坡度：30%最大總質(zhì)量：4000Kg 主減速器的傳動(dòng)比:5.86 最大轉(zhuǎn)矩:160Nm 最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速:2700rmp 最大功率：96kw汽車的省油能力會(huì)影響傳動(dòng)齒輪最高變速比的數(shù)值，一般最高變速比的取值小于等于1。然后，根據(jù)驅(qū)動(dòng)軸齒輪比確定的汽車的動(dòng)力、油耗。汽車爬過(guò)的最陡坡度對(duì)傳動(dòng)比也有影響，它可以通過(guò)計(jì)算得出1擋的變速比數(shù)值。汽車從下往上爬坡的時(shí)候，因?yàn)槭巧掀?，所以行車的速度并不是很高，又加上空氣阻力可以忽略，則發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳輸?shù)津?qū)動(dòng)輪的力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力，查文獻(xiàn)1可知： （3-1）式中：汽車總質(zhì)量，4000kg；重力加速度，取=9.8；道路最大阻力系數(shù)，0.31；驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑，取0.42m；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，160 Nm；主減速比，5.86；汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率,0.9；最大爬坡度30%，即=；滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.020；變速器一擋傳動(dòng)比。查文獻(xiàn)1由最大爬坡度要求的變速器一擋傳動(dòng)比可知： （3-2） 2.69依據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件可得： （3-3）上式中：車輛在地面上完全裝載的一個(gè)水平面上固定軸重；道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取。查文獻(xiàn)1,一擋傳動(dòng)比可知： （3-4）=8.21按照本設(shè)計(jì)要求的通常情況和必要條件可以初步確定一擋傳動(dòng)比的數(shù)值為5.42。3.1.3各擋傳動(dòng)比當(dāng)變速器的最高擋傳動(dòng)比與最低擋傳動(dòng)比確定以后，中間各擋的傳動(dòng)比從理論上來(lái)說(shuō)是可以按照公比（查文獻(xiàn)1可知）： （3-5）擋位數(shù)擋數(shù) 由于齒的數(shù)量都是整數(shù)，也可以配置稍有不同，使用小擋位之間的共同的比率，方便切換擋位。五擋傳動(dòng)比，另外，必須考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的合理配置，因此，每個(gè)齒輪比初選為： ， ， ， ， 3.2 變速器中心距A 中間軸式變速器的中心距離是指一段距離，這段距離的數(shù)值代表著第二軸和中間軸，這兩根軸中心線之間的距離。這段距離影響變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量。中心距A可以根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算（查文獻(xiàn)1）： （3-6）式中： 中心距系數(shù)，貨車（）；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，Nm；變速器1擋傳動(dòng)比，；變速器的傳動(dòng)效率，取。本設(shè)計(jì)變速器的中心距為： （3-7）=85mm3.3變速器外型尺寸 傳動(dòng)裝置的橫向外形尺寸可以通過(guò)該齒輪裝置和倒擋齒輪和變速機(jī)構(gòu)的直徑來(lái)初步確定。傳動(dòng)擋數(shù)的多少，齒輪切換部件的形態(tài)以及齒輪的樣式都會(huì)影響傳動(dòng)裝置的在軸線方向的尺寸。 貨傳動(dòng)裝置外廓在軸向方向的尺寸參考：五擋，中心距A最好取為整數(shù)時(shí)，檢測(cè)比較方便。3.4 齒輪參數(shù)3.4.1模數(shù)在相同條件下的傳輸?shù)闹行木?，選擇較小的彈性模量可以增加齒的數(shù)目，并且增大齒寬可以增加齒輪的重疊部分，并降低齒輪噪音，因此為了降低噪聲應(yīng)降低模量，選取合理數(shù)，同時(shí)增加齒寬;較小的質(zhì)量，應(yīng)增加模量，同時(shí)減少齒寬;從工藝方面的考慮，各種齒輪，應(yīng)使用一個(gè)模數(shù)，并從強(qiáng)度的觀點(diǎn)來(lái)看，每個(gè)齒輪應(yīng)不同的模量； = =2.52 高擋齒輪K=1 = =4.00 一擋齒輪 (3-8)式中： 為斜齒輪法向模數(shù)； 為直齒輪模數(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，Nm ；變速器一擋傳動(dòng)比； 變速器傳動(dòng)效率，取0.96； 本次設(shè)計(jì)取同步器和嚙合套的接合普遍運(yùn)用的是漸開(kāi)線齒輪的形式。因此，一個(gè)傳輸機(jī)構(gòu)中的接合套模數(shù)盡量取相同值，總質(zhì)量在的貨車取。本次設(shè)計(jì)取模數(shù)m=3，因?yàn)檫x取較小的模數(shù)可以使齒數(shù)增加，便于換擋。3.4.2 壓力角壓力角小，造成重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)；壓力角大時(shí)輪齒抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度得到提高。其實(shí)，壓力角為20已經(jīng)被寫(xiě)入國(guó)家規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此在本次設(shè)計(jì)中的變速器的齒輪采用的壓力角數(shù)值也為20度。嚙合套或者同步器的結(jié)合齒壓力角有時(shí)也可以為20、25、30等。此次設(shè)計(jì)所選用30的壓力角。當(dāng)壓力角小時(shí),降低了齒輪鋼度,但優(yōu)勢(shì)是相對(duì)穩(wěn)定的傳輸,噪音低,重合度較大;相反壓力角大齒輪的剛度就有了很大程度上的提高。對(duì)與乘用車而言取小些將更加有利于汽車的平穩(wěn)性的提高；對(duì)與載重汽車而言，取大些將有利于提高相應(yīng)齒輪的承重負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)能力。3.4.3 螺旋角螺旋角數(shù)值的選擇很重要，它的變化會(huì)帶來(lái)兩個(gè)意想不到的結(jié)果，隨著值的增加，輪齒的抵抗彎曲的能力在增加。此外，螺旋角數(shù)值的變化，還會(huì)影響兩齒輪間的嚙合，以及產(chǎn)生噪音的大小。實(shí)驗(yàn)得證：螺旋角的相對(duì)增大，會(huì)相應(yīng)提高齒的強(qiáng)度。當(dāng)選擇大的螺旋角數(shù)值時(shí)，會(huì)減少輪齒抵抗彎曲的能力，不過(guò)也會(huì)增加相應(yīng)的接觸強(qiáng)度。考慮到低擋齒輪的的抗彎強(qiáng)度，角度不宜過(guò)大，取15- 25之間的值；結(jié)合本設(shè)計(jì)技術(shù)要求初選螺旋角為=20。圖3.1 中間軸軸向力平衡圖依據(jù)圖3.1可以得到，要使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡，需要滿足的條件如下所示：因?yàn)?，可?（3-9）式中，和是作用在中間軸齒輪1和2上的軸向力；和是作用在中間齒輪1和2上的圓周力；和的節(jié)圓半徑；為中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。貨車變速器斜齒螺旋角的選擇范圍18-26。3.4.4齒寬b齒寬的定義是輪齒的寬度，是齒輪的一個(gè)非常重要的參數(shù)，齒寬的大小對(duì)于變速器的質(zhì)量和尺寸、齒輪的工作的穩(wěn)定性、齒輪強(qiáng)度等都有一定的影響。通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來(lái)選定齒寬：直齒，為齒寬系數(shù)，取為4.58.0，=8.0 b=48.0=32mm斜齒，取為6.08.5，=8.b=38.0=24mm3.5各擋齒輪齒數(shù)的分配當(dāng)每個(gè)齒輪的初選中心距、模數(shù)以及螺旋角的數(shù)據(jù)確定后，齒輪的齒可以依據(jù)擋數(shù)、變速比和傳輸方案來(lái)分配齒數(shù)。當(dāng)分配盡可能使各傳動(dòng)比的齒數(shù)不是整數(shù)，可以使輪齒表面均勻磨損。本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如右圖。3.5.1 確定一擋齒輪的齒數(shù) 一擋圖3.2 五擋變速器示意圖 當(dāng)一擋的齒數(shù)和Zh確定后，就可以確定Z9、Z10的齒數(shù): 直齒齒輪 斜齒齒輪Zh=2Acos/mn 其中 ；故有。貨車變速器一擋齒輪Z10可在1217之間選擇，此處取。則可得出。3.5.2 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 由已經(jīng)得出的數(shù)據(jù)可確定Z2/Z1=2.35 1 而常嚙合齒輪的中心距和一擋齒輪的中心距相等 由此可知： (3-10) 而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出：。 21與2聯(lián)立可得：。則根據(jù)式（2-7）可計(jì)算出一擋實(shí)際傳動(dòng)比為。3.5.3 確定其他擋位的齒數(shù)二擋傳動(dòng)比 （3-11） 聯(lián)立得：。按同樣的方法可分別計(jì)算出：三擋齒輪 =26 ，=28 四擋齒輪 =21 , =33。 3.5.4 確定倒擋齒輪的齒數(shù)倒擋傳動(dòng)比與一擋傳動(dòng)比，相比較來(lái)說(shuō)比較靠近，所以在本次設(shè)計(jì)中倒擋的傳動(dòng)比可以取為5.40，中間軸上倒擋傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一擋主動(dòng)齒輪10略小一些，可以取Z12=12。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，倒擋軸齒輪Z13取2123，此處取Z13=22。由 （3-12）可計(jì)算出Z11=28。故可得出中間軸與倒擋軸的中心距： （3-13） 而倒擋軸與第二軸的中心: （3-14）3.5.5 齒輪變位系數(shù)的選擇原則為了防止產(chǎn)生根切、干涉、中心距配湊等問(wèn)題，常用變位齒輪來(lái)解決。而且對(duì)變速器而言，不同的齒輪輪齒的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度,抵抗粘接在一起的能力,耐磨性等有不同的要求。變位齒輪的使用滿足了以上的要求，并且可以有效地提高齒輪壽命極限。變位齒輪分為高度變位和角度變位兩種。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)的和為零。高度變位可使小齒輪的齒根強(qiáng)度增強(qiáng)，但很難降低傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲。如果實(shí)際中心距等于中心距，使用高系數(shù)。如果實(shí)際中心距不等于已定中心距時(shí)，采用角度變位的方式。其中,角度位移可以獲得良好的嚙合性能和傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo),被最多使用。齒輪傳動(dòng)裝置工作頻繁,經(jīng)常在循環(huán)荷載作用下,也在沖擊荷載作用下。根據(jù)實(shí)際齒輪損壞統(tǒng)計(jì)，變速器齒輪損壞形式大多是因?yàn)辇X面剝落和疲勞強(qiáng)度破壞。因此，選擇變位系數(shù)，主要著眼于提高齒面耐磨性和強(qiáng)度?？偟膩?lái)說(shuō)，總變位系數(shù)的取值應(yīng)該謹(jǐn)慎，不能取得過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生不利的后果，酌情可以取小一些的值。其中，一擋主動(dòng)齒輪10的齒數(shù)小于17，因此一擋齒輪需要變位。變位系數(shù)： （3-15）式中Z為要變位的齒輪齒數(shù)。4 變速器齒輪及軸的校核4.1 齒輪的失效形式齒輪的損毀形式是有很多形式，比較突出的就是齒面點(diǎn)蝕，齒面磨損，輪齒斷裂等幾種形式，這些損壞形式對(duì)齒輪造成不可修付的損壞。輪齒破碎方法有兩類：一個(gè)大的沖擊載荷的齒牙，使輪齒彎曲斷裂；輪齒表面不斷地受力，一次一次的施加力，會(huì)破壞齒根，可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，因?yàn)榱κ且淮未尾粩嗍┘拥模褪橇鸭y過(guò)大，最終輪齒折斷了。前者在變速器中發(fā)生的很少，后者出現(xiàn)的較多。4.2 齒輪的計(jì)算與校核4.2.1齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算（1）一擋直齒輪彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)2可知： （4-1）式中： 彎曲應(yīng)力（Mp）；圓周力（N），；為計(jì)算載荷（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(dòng)齒輪=1.1，從動(dòng)齒輪=0.9；齒寬(mm)；端面齒距，；齒形系數(shù)，=0.46因?yàn)辇X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(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)距時(shí)，一擋和倒擋直齒輪可以允許使用彎曲應(yīng)力取值范圍在400850MPa之間。由公式（4-2）得：=526MPa 設(shè)計(jì)比較合理。（2）二擋斜齒輪彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)2可知： （4-3）彎曲應(yīng)力（兆帕）；圓周力（N），；為計(jì)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，;齒形系數(shù)，=0.47；重合度影響系數(shù)，=2.0。 將上述相關(guān)參數(shù)帶入公式（4-3）中，整理后可以得到斜齒輪彎曲應(yīng)力的式子為： （4-4） 當(dāng)計(jì)算載荷取時(shí)，可以得到斜齒輪許用彎曲應(yīng)力在。 由公式（4-4）得：=設(shè)計(jì)比較合理。4.2.2輪齒接觸應(yīng)力 （4-5） 式中：輪齒的接觸應(yīng)力（兆帕）；齒面上的法向力（N），為圓周力；斜齒輪螺旋角( )；齒輪材料的彈性模量（兆帕）, ；齒輪接觸的實(shí)際寬度(mm)；主動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm)，直齒輪，；從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm)，直齒輪，； 當(dāng)選擇作為計(jì)算載荷時(shí),變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力查文獻(xiàn)2可知，見(jiàn)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950100019002000一擋和倒擋齒輪65070013001400常嚙合齒輪和高擋齒輪 計(jì)算所得結(jié)果分別如下：一擋： 二擋： 三擋： 四擋： 五擋： 倒擋： 所以設(shè)計(jì)的是合格的。 本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪的材料采用的是20CrMnTi鋼和滲碳處理，提高了其耐磨損性，并且改善了齒輪彎曲疲勞和接觸疲勞。4.3軸的參數(shù)設(shè)計(jì)變速器中有非常多的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，且大部分都是齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)在傳遞動(dòng)力過(guò)程中，輪齒經(jīng)常會(huì)受到圓周力、徑向力、以及軸向力，這些力最后會(huì)集中的施加到承載齒輪的軸上，軸在受到外力情況下，會(huì)產(chǎn)生彎矩和扭矩，使軸發(fā)生彎曲變形。所以選擇承載齒輪的軸應(yīng)該具有抵抗外界施加的彎矩和扭矩的能力。因?yàn)槿狈傂?，?huì)引起彎曲變形，會(huì)破壞正確的齒輪，所述齒輪的沖擊強(qiáng)度、工作磨損和噪音。因此，在設(shè)計(jì)變速器的時(shí)候，要求它的剛度大小應(yīng)該確保該齒輪可以被接合到正確的先決條件。 （1）初選軸的直徑在中心距數(shù)值已經(jīng)給出的情況下，中間軸式的變速器的第二軸與中間軸的最大直徑可以按照中心距根據(jù)下式初選。初選二軸中部直徑mm，圓整至d=43mm。 （2）按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算計(jì)算二軸一擋齒輪嚙合的圓周力、徑向力和軸向力。查文獻(xiàn)2可知： （4-6） （4-7） （4-8） 式中： 至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比；計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑，mm； 節(jié)點(diǎn)處壓力角；螺旋角。 因?yàn)槎S一擋齒輪是直齒輪，所以，軸向力。 圖4.1為變速器二軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖4.1變速器二軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖4-2軸的載荷分析圖 如圖4.2所示，I截面為危險(xiǎn)截面 由公式（4-6）計(jì)算二軸一擋齒輪所受圓周力為：d=mz=430=120mm=25714.3N 由公式（4-7）計(jì)算二軸一擋齒輪所受徑向力為：=1256N 垂直力計(jì)算：1256102+FNV1322=0FNV1=(1256102)/322= 398N 水平力計(jì)算： 彎矩計(jì)算： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩：Nmm力和在軸鉛垂面內(nèi)彎曲變形并產(chǎn)生垂向撓度；另外，使軸在水平面內(nèi)彎曲變形并產(chǎn)生水平撓度。在求得各支點(diǎn)的鉛垂反力和水平反力后，計(jì)算相應(yīng)垂向彎矩和水平彎矩。在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸向應(yīng)力： （MPa） （4-8） 式中：計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nmm; 軸在計(jì)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(jì)算斷面處軸的水平彎矩，Nmm；在計(jì)算斷面出軸的垂向彎矩，Nmm；許用應(yīng)力，在低擋工作時(shí)參閱文獻(xiàn)2可知MPa.Nmm 由公式（4-8）得： =105MPa影響最大的是在齒輪該部分的水平面上的偏轉(zhuǎn)角和軸的的垂直方向距離變化。前者改變了齒輪的中心距，并破壞其正常嚙合；后者使大，小齒輪傾斜，如圖所示。 圖4-3變速器軸的變形簡(jiǎn)圖變速器齒輪在軸上的位置如圖4-3所示時(shí)，假如軸在垂直面內(nèi)撓度是，在水平面內(nèi)撓度是和轉(zhuǎn)角是，查文獻(xiàn)2可知： (4-9) （4-10） 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周力（N）；彈性模量（MPa）,MPa;慣性矩(mm)，對(duì)于實(shí)心軸，；軸的直徑，花鍵處按平均直徑計(jì)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 由文獻(xiàn)2可知，軸的合成撓度為： （4-11） 可得慣性矩：mm 將數(shù)值代入式(4-9)(4-10)得： 可得軸的全撓度，則剛度符合要求。5 同步器設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 同步器簡(jiǎn)介同步器按照某個(gè)條件可以分為三種，分別是常壓式、慣性式和慣性增力式。在這三者中，慣性式同步器是使用最多的。慣性同步器換擋有自己的特殊要求-只有當(dāng)換擋時(shí)機(jī)合適時(shí)，即將換擋的兩元件的角速度達(dá)到同步才可以換擋，否則就不能成功換擋。慣性式同步器可以分很多種類，比如鎖銷式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式等等。這些分類的結(jié)構(gòu)可能有所不同，與其說(shuō)它們有些相同點(diǎn)，不如說(shuō)一些元器件是一樣的，例如摩擦元件、彈性元件等等。本設(shè)計(jì)所采用的同步器是鎖銷式同步器。5.2 同步器主要參數(shù)5.2.1 摩擦因數(shù)同步器工作的次數(shù)很多，在高擋區(qū)進(jìn)行傳動(dòng)比的切換時(shí)，磨損消耗會(huì)比較大的，所以它要求很耐磨，來(lái)保持較長(zhǎng)的壽命。選擇其材料很重要，為了獲得良好的摩擦因數(shù)。較大的摩擦因數(shù)，會(huì)省力，縮短工作時(shí)間；較小的摩擦因數(shù)，有可能失去換擋同步。5.2.2 同步環(huán)主要尺寸的確定（1）同步環(huán)錐面上的螺紋槽 接觸表面的寬度較窄的頂部會(huì)對(duì)壓力產(chǎn)生影響，磨損加快。大螺紋槽設(shè)，有很多好處，方便存油，但也有些壞的影響，會(huì)使損耗速度增加，使零件的壽命變的更短。一般情況下軸向泄油槽為612個(gè)，且槽寬范圍34mm。（2） 錐面半錐角 當(dāng)摩擦錐面半錐角的數(shù)值取得較小時(shí)，產(chǎn)生的摩擦力矩就會(huì)越大。但過(guò)小將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是 f 。一般情況下=68。當(dāng)=6時(shí)，會(huì)出現(xiàn)咬住、粘著的現(xiàn)象；在=7時(shí)，就會(huì)很少出現(xiàn)咬住的現(xiàn)象。 （3）摩擦錐面平均半徑R 隨著R越大，會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力矩。原則上是盡可能將R取的大一些。 （4）錐面工作長(zhǎng)度b錐面工作長(zhǎng)度b值小一些，可以減小傳輸裝置軸向長(zhǎng)度，但也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面的影響，例如工作面積錐面少了使單位面積的受力變大，表面損耗加速。 （5）同步環(huán)徑向厚度同步環(huán)徑向厚度受到外界條件（結(jié)構(gòu)布置等）的限制，厚度不能太厚，但也不能太薄。為保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度，必須選取合適的厚度。5.2.3 鎖止角 鎖止角的選擇很值得關(guān)注，選取的角度合適，換擋成功幾率就越大。上述值得大小都會(huì)影響鎖止角的選擇。5.2.4 同步時(shí)間t 同步時(shí)間是一個(gè)很關(guān)鍵的概念。它的取值大小會(huì)影響換擋時(shí)機(jī)，當(dāng)在最短的時(shí)間，使兩個(gè)傳動(dòng)零件同步，使換擋更加迅速、方便。諸多因數(shù)都會(huì)影響其值的大小。例如同步器的結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、軸向力等等，除了這些因素之外，車的外貌形狀也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。比如說(shuō)，高擋貨車變速器同步時(shí)間的值取一般取的小一些，在0.300.80s之間，貨車低擋值取的值大一些，大概在1.001.50s之間.5.2.5 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算要根據(jù)具體的情況而定。對(duì)與現(xiàn)在已經(jīng)存在的零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的值通常用扭擺法測(cè)量出來(lái)；對(duì)于不存在的零件,可以重新設(shè)計(jì)，應(yīng)該先經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析、觀察，然后用數(shù)學(xué)的方法求出具體數(shù)值。6 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1 傳動(dòng)軸的概述萬(wàn)向傳動(dòng)軸是一個(gè)很普通的傳動(dòng)部件，但它肩負(fù)著很重要的任務(wù)，動(dòng)力傳遞、改變轉(zhuǎn)矩等等。萬(wàn)向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求： (1) 能可靠而又穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力。 (2) 保證所連接的兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。 (3) 肩負(fù)著動(dòng)力傳遞、保證動(dòng)力的最高效利用，傳遞過(guò)程的損失要少。 （4）傳動(dòng)軸很普通，但又很重要，要求使用周期盡量長(zhǎng)久一些。萬(wàn)向傳動(dòng)軸在汽車上有著比較廣泛的應(yīng)用，可以分為多種。大類主要分為剛性和撓性萬(wàn)向節(jié)兩種。剛性萬(wàn)向節(jié)又分為不等速、準(zhǔn)等速、等速萬(wàn)向節(jié)。不等速萬(wàn)向節(jié)內(nèi)有十字軸式萬(wàn)向節(jié)。本次設(shè)計(jì)采用的萬(wàn)向節(jié)是十字軸萬(wàn)向節(jié)，結(jié)構(gòu)如下圖：6.1萬(wàn)向傳動(dòng)軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1-蓋子，2-蓋板，3-蓋墊，4-萬(wàn)向節(jié)叉，5-加油嘴，6-伸縮套，7-滑動(dòng)花鍵槽，8-油封，9-油封蓋，10-傳動(dòng)軸管6.2 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的載荷計(jì)算傳動(dòng)力的計(jì)算一般有三種算法：(1) 依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大的轉(zhuǎn)矩和一擋的傳動(dòng)比來(lái)確定；(2) 依據(jù)驅(qū)動(dòng)輪找滑來(lái)確定；(3) 依據(jù)日常平均使用轉(zhuǎn)矩來(lái)確定；本次傳動(dòng)軸傳動(dòng)力的計(jì)算一般采用第一種算法： (6-1)其中： 為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；為1擋傳動(dòng)比；為從發(fā)動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率；為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)。6.3 十字軸萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)十字軸萬(wàn)向節(jié)是個(gè)非常重要的零部件，必須注意對(duì)它的保護(hù)，以免其受到損壞。由于它經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生磨損，當(dāng)受到重壓作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生深深的痕跡，甚至表面的物質(zhì)被去除。像上面這些損壞，容易出現(xiàn)在軸頸和滾針軸承表面兩個(gè)地方。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)出現(xiàn)的磨損或壓痕超過(guò)0.15mm時(shí)，十字軸萬(wàn)向節(jié)應(yīng)該被更換。因?yàn)槭州S軸頸的根部很脆弱，容易斷裂，所以要非常重視十字軸軸頸的抵抗彎曲的能力。(a) (b)圖6.2 萬(wàn)向節(jié)叉危險(xiǎn)截面示意圖 (a) 十字軸 （b）萬(wàn)向節(jié)叉設(shè)各滾針軸承對(duì)十字軸軸徑的作用的合力為F，則 (6-2)其中： 為萬(wàn)向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷，=min（）； r為合力作用線到十字軸中心的距離；為主、從動(dòng)叉的最大夾角。十字軸軸徑根部彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力應(yīng)滿足下式：(6-3)(6-4)式中： 為十字軸軸徑直徑（mm）；本次取32mm；為十字軸油道孔直徑（mm）；本次取4mm；s為合力F作用線到軸頸根部矩離（mm），本次取20mm ；為彎曲應(yīng)力的許用值，為250350MPa； 為許用的切應(yīng)力，為80120Mpa；滾針軸承的直徑有要求，一般不能小于1.6mm，否則會(huì)被粉碎。大小差異要盡量小，否則會(huì)增加不均勻性之間的負(fù)載分配。一般控制0.003mm以內(nèi)。滾針軸承徑向間隙也要控制的合理，一般也有特殊的要求，合適的間隙為0.0090.095mm .滾針軸承得軸向總間隙以0.080.30mm為最好。滾針的軸向間隙一般不超過(guò)0.20.4mm。滾針軸承的接觸應(yīng)力為： (6-5)式中： 滾針直徑(mm)；滾針工作長(zhǎng)度(mm)(N)，由下式?jīng)Q定： (6-6)滾針和十字軸軸頸表面硬度有嚴(yán)格的要求，不同的硬度值，對(duì)應(yīng)的許用接觸應(yīng)力也不一樣。當(dāng)硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力取值范圍在之間。 本次取。萬(wàn)向節(jié)叉與十字軸軸承整體的連接，軸承受力F，孔軸中心線截面產(chǎn)生的反作用力，在45的B-B截面，承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)滿足下式: (6-7) (6-8)式中，、分別表示的為截面處的抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)，矩形截面系數(shù)，矩形截面：，；橢圓形截面：，分別為矩形截面的高和寬；是有關(guān)的系數(shù)，按表選取，如圖所示；彎曲應(yīng)力的許用值 為，扭應(yīng)力的許用值為。表6-1 系數(shù)k的選取h/b11.51.7522.53410k0.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2920.312本次取，。十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率受到很多因素的影響，具體可以從（6-9）看出。當(dāng)25O 時(shí)，可按下式計(jì)算 (6-9)是十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率，是軸頸與萬(wàn)向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，對(duì)于滑動(dòng)軸承：，對(duì)于滾針軸承：；其它符號(hào)的意義同前。通常情況下，十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率約為。符合設(shè)計(jì)要求。十字軸適用的材料通常是低碳合金鋼，例如20CrMnTi、20Cr、20MnVB、12CrNi3A等等，為了軸頸表面高硬度和高耐磨強(qiáng)度，滲碳淬火工藝是必須的。經(jīng)過(guò)滲碳處理，使得滲碳層深度達(dá)到0.81.2mm，并改變其表面硬度，大約在5864HRC,使軸頸端面硬度55HRC，心部硬度為3348HRC。萬(wàn)向節(jié)叉可以使用的材料是中碳鋼或中碳合金鋼，為了獲取更好地硬度，經(jīng)過(guò)特殊加工，所能達(dá)到的硬度在1833HRC之間,滾針軸承碗材料一般采用GCr15.綜合以上結(jié)果，十字軸相關(guān)參數(shù)如下：表6-2十字軸相關(guān)參數(shù)6.4 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸中的滑動(dòng)花鍵能夠伸縮，進(jìn)而能改變傳動(dòng)的距離。當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩的花健進(jìn)行伸縮時(shí)，產(chǎn)生的軸向阻力如下式所示： (6-10)以減小軸向滑動(dòng)花鍵滑動(dòng)阻力和磨損，有時(shí)花鍵齒磷酸鹽處理或者噴涂尼龍層，而其他的放滾針，滾子或球軸承，以便滾動(dòng)元件的滾動(dòng)摩擦而不是滑動(dòng)摩擦，因此提高了其傳輸效率。有時(shí)對(duì)于有嚴(yán)重沖擊載荷的傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，還采用具有彈性的傳動(dòng)軸?；ㄦI軸應(yīng)該進(jìn)行潤(rùn)滑，并且在花鍵和鍵槽間隙的防塵措施不應(yīng)該過(guò)大，為了避免安裝錯(cuò)誤，均衡驅(qū)動(dòng)軸總成以免損壞。汽車的總體布置影響了傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度的變化范圍。在一個(gè)特定的長(zhǎng)度，具有驅(qū)動(dòng)軸的截面尺寸驅(qū)動(dòng)軸應(yīng)確保足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界速度。臨界速度就是接近其運(yùn)行速度軸彎曲固有頻率，共振現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，急劇增加幅度的所造成的驅(qū)動(dòng)軸破損時(shí)速度，它決定于傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度，形態(tài)和支撐情況，傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為：(6-11) 式中，為傳動(dòng)軸的最大轉(zhuǎn)速（r/min）；傳動(dòng)軸的兩萬(wàn)向節(jié)的中心之間的長(zhǎng)度；和分別為傳動(dòng)軸軸管的內(nèi)、外徑（mm）。在設(shè)計(jì)時(shí)，安全系數(shù)取值范圍是；為傳動(dòng)軸的的最高轉(zhuǎn)速（r/min）。初選,則，進(jìn)而求115mm，又因3-6，故可選得，。為了值以及總體的放置位置相對(duì)合格，當(dāng)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度超過(guò)時(shí)，要增設(shè)中間支撐，一般會(huì)打斷傳動(dòng)軸成23段，選取3或4個(gè)萬(wàn)向節(jié)。除管段的驅(qū)動(dòng)軸軸線的尺寸應(yīng)滿足的臨界速度的要求以外，而且要確保有足夠的抗扭強(qiáng)度。軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）應(yīng)滿足 (6-12)計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nmm）；為許用扭應(yīng)力，=300Mpa；其余符號(hào)如前。公式如下所示：(6-13)（-計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位N.m;花鍵的內(nèi)徑，單位mm）傳動(dòng)花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力（Mpa）應(yīng)滿足(6-14)式中：為傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nmm）；為花鍵處轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，；為花鍵外徑（mm）；為花鍵內(nèi)徑（mm）；為花鍵的有效工作長(zhǎng)度（mm）；為花鍵齒數(shù)；花鍵的齒面硬度有要求，取不同的值域，會(huì)有不同的選擇結(jié)果。當(dāng)選他的值高于35HRC時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不同的許用擠壓應(yīng)力，其一:=,其二：=所選的數(shù)據(jù)均符合要求。設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)的是GD1042輕型貨車的變速器、傳動(dòng)軸部分。汽車零部件的設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)工作的主要內(nèi)容之一，汽車變速器是在汽車使用中比較容易損壞的一個(gè)部件，本次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，初步進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高變速器工作性能的目的，并與合適的傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)相匹配。然而在設(shè)計(jì)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了許多不足，平時(shí)在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)并不能很好的運(yùn)用在實(shí)際的工作中。對(duì)具體的設(shè)計(jì)步驟也不是很了解，特別是機(jī)械中的一些知識(shí)更需要學(xué)習(xí)。這些缺點(diǎn)都需要在日后的學(xué)習(xí)和實(shí)際工作中需要改善。在這段時(shí)間里，從收集資料到方案定型、繪圖、修改、編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，使我對(duì)汽車設(shè)計(jì)過(guò)程有了更加深刻的理解，收獲了很多。不但使我重新對(duì)我所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了全新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)還使我學(xué)習(xí)到了很多以前沒(méi)有接觸到的東西，這些使我對(duì)四年所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)更深層次的認(rèn)知。致 謝經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上到達(dá)終點(diǎn)，如今我們也基本上完成了對(duì)GD1042貨車的設(shè)計(jì)工作，這次的設(shè)計(jì)緊張而又短暫，但是在工作完成之后伴隨在內(nèi)心的最大的感覺(jué)還是發(fā)自內(nèi)心的開(kāi)心，以及對(duì)自己工作的成就感。在此時(shí)此刻，由衷的感謝鄧偉老師對(duì)我的幫助和指導(dǎo)。在這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)習(xí)到了許多以前在課堂上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)和方法。自己運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力有了一定程度的提高，同時(shí)也為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束的現(xiàn)在，看著自己的工作成果，成就感油然而生。再次感謝鄧偉老師的悉心指導(dǎo)，鄧?yán)蠋熦S富的專業(yè)知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度，都深深的影響了我，使我受益匪淺。感謝同組同學(xué)指導(dǎo)幫助，感謝學(xué)校給的這次機(jī)會(huì)，沒(méi)有老師和同學(xué)的大力支持我的設(shè)計(jì)不可能順利地完成。參考文獻(xiàn)1羅永革汽車設(shè)計(jì)第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20112陳家瑞汽車構(gòu)造(下)第5版.北京：人民交通出版社，2004.13汽車工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇北京：人民交通出版社，2001.54王望予汽車設(shè)計(jì).第4版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.85曹紅兵.汽車?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20086余志生汽車?yán)碚摚ǖ?版）吉林：機(jī)械工業(yè)出版社，20007中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部轎車輪胎標(biāo)準(zhǔn)JB398488吳文琳?qǐng)D解汽車底盤構(gòu)造手冊(cè)北京機(jī)械工業(yè)出版社，20009國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB/TT0400589汽車產(chǎn)品零件編號(hào)規(guī)則,200310劉鴻文材料力學(xué)（第4版）北京：高等教育出版社，2004.111王昆，何小伯，汪信遠(yuǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)北京：高等教育出版社12紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì)（第8版）西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，200113胡寧.崔靖現(xiàn)代汽車底盤構(gòu)造上海：上海交通大學(xué)出版社，199214劉修冀車輛傳動(dòng)系統(tǒng)分析北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.915黃余平汽車構(gòu)造教學(xué)圖解北京：人民交通出版社，2003.416汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì)汽車工程手冊(cè)基礎(chǔ)篇M北京：人民交通出版社，2004.617張紅偉.汽車底盤結(jié)構(gòu)與維修西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.0418Hartley,J,1984.Designtheteachingtext,thirdedition,high 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