變速箱設(shè)計(jì)兩軸式四檔手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)論文

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1、 . . . 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 指導(dǎo)教師： 兩軸式四檔手動(dòng)變速器設(shè)計(jì) 摘要 轎車(chē)作為一種最常用汽車(chē)，已在現(xiàn)代的社會(huì)中占有舉足輕重的地位。而變速器是汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最重要的部分之一，汽車(chē)的前進(jìn)、后退，增速、減速都要靠變速器傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且變速器在汽車(chē)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上也有很重要的影響。 本次設(shè)計(jì)的汽車(chē)變速箱主要是從強(qiáng)度方面來(lái)對(duì)齒輪的尺寸計(jì)算與校核，軸的尺寸計(jì)算和位置的確定，選擇設(shè)計(jì)滿足其承載能力的

2、同步器。另外，針對(duì)齒輪作用力的不同，在不同的軸上選擇合適的軸承。利用軟件AUTCAD完成變速器總成圖、第一軸、第二軸、中間軸、各個(gè)擋齒輪與同步器的設(shè)計(jì)。 隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)的需求也越來(lái)越高。通過(guò)對(duì)轎車(chē)車(chē)變速器的設(shè)計(jì)，我了解到變速器在汽車(chē)結(jié)構(gòu)中具有著重要的作用，因此變速器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對(duì)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步具有著深遠(yuǎn)的意義。 關(guān)鍵詞：汽車(chē)；變速器；齒輪 目錄 ABSTRACT 第1章 緒 論 ---------------------------------------------1 1.1變速器的概述--------

3、----------------------------------1 1.2 變速器的種類(lèi) -------------------------------------------1 1.3機(jī)械式變速器的特點(diǎn) ---------------------------------------4 第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案-----------------------------5 2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案分析 ---------------------------5 2.1.1固定軸式變速器-----------------------------------5 2.1.2倒檔的布

4、置方案--------------------------------------8 2.2變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 ----------------------------9 2.2.1齒輪型式 ----------------------------------------9 2.2.2換檔結(jié)構(gòu)型式 ---------------------------------------9 2.2.3變速器軸承形式 -------------------------------10 2.2.4齒輪變位系數(shù)的選擇原則 -------------------------11 2.2.5其他

5、問(wèn)題 ------------------------------------11 第三章 變速器主要參數(shù)選擇 ----------------------------------12 3.1中心距A的選定 -----------------------------------12 3.2齒輪參數(shù) -----------------------------------------12 3.2.1模數(shù)的選取 -------------------------------------12 3.2.2壓力角α ----------------------------------------

6、13 3.2.3螺旋角β ---------------------------------------14 3.2.4齒寬b ----------------------------------------14 3.3各檔齒數(shù)的分配與計(jì)算 -------------------------------14 3.3.1一檔齒輪齒數(shù)的確定---------------------------------14 3.3.2二檔齒輪齒數(shù)的確定--------------------------------15 3.3.3三檔齒輪齒數(shù)的確定--------------------------

7、------15 3.3.4四檔齒輪齒數(shù)的確定---------------------------------15 3.3.5倒檔齒輪齒數(shù)的確定--------------------------------16 3.3.6各檔齒輪參數(shù)表--------------------------------16 第四章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 -------------------------------17 4.1齒輪的損壞形式 ---------------------------------17 4.2齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 ---------------------------------

8、17 4.3軸的強(qiáng)度計(jì)算 ---------------------------------------20 4.3.1初選軸的直徑 ---------------------------------------21 4.3.2軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 ------------------------------------21 4.3.3校核各擋齒輪處軸的強(qiáng)度和剛度 -------------------22 第五章 同步器的設(shè)計(jì) ----------------------------------30 5.1慣性式同步器----------------------------------3

9、0 5.2鎖環(huán)式同步器 -------------------------------------30 5.2.1鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu) ---------------------------30 5.2.2鎖環(huán)式同步器的工作原理 -----------------------31 5.3同步器重要參數(shù)的確定---------------------------------31 第六章 變速器的操縱機(jī)構(gòu) --------------------------------34 參考文獻(xiàn) ------------------------------------------------35

10、致 ------------------------------------------------------36 33 / 37 第一章 緒論 1.1變速器的概述 變速器作為傳遞力和改變汽車(chē)車(chē)速的主要裝置，現(xiàn)在對(duì)其操縱的方便性和檔位數(shù)方面的要求愈來(lái)愈高。目前，四、五檔特別是五檔的變速器的用量有日漸增加的趨勢(shì)。同時(shí)，六擋變速器的裝車(chē)率也在上升。 變速器是用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車(chē)在起步、加速、行駛以與克服各種路障的不同條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪牽引力級(jí)車(chē)速不同要求的汽車(chē)總成。設(shè)置變速器的目的是在各種行駛狀況下，是汽車(chē)獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工作圍工作。

11、因此它的性能直接影響到汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 我們知道，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下能夠達(dá)到最好的狀態(tài)，此時(shí)發(fā)出的功率你較大，燃油經(jīng)濟(jì)性也比較好。因此，我們希望發(fā)動(dòng)機(jī)總能在其最佳狀態(tài)下工作。但是，汽車(chē)在實(shí)際使用中還是需要有不同的速度，這樣就產(chǎn)生了矛盾。這個(gè)矛盾需要通過(guò)變速器來(lái)解決。 變速器的作用用一句話來(lái)概括就是變速變扭，即減速增扭或增速減扭。為什么減速可以增扭，而增速又要減扭呢？在一樣情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率是不變的，功率可以表示為N=ωT，其中ω是傳動(dòng)角速度，T是扭矩。當(dāng)N固定的時(shí)候，ω和T是成反比的。所以減速必增扭，反之亦然。汽車(chē)變速器的就是根據(jù)變速器變速變扭的原理，分成各個(gè)檔位對(duì)應(yīng)不同

12、的傳動(dòng)比，以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀況。 那么變速器的具體作用是什么？ 1）改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的形式條件、如起步、加速、上坡等，同時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)在最有利的情況下工作； 2）在發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，是汽車(chē)能倒退行駛； 3）利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)、怠速，并是變速器便于換擋或進(jìn)行動(dòng)力輸出。必要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。 對(duì)于變速器提出如下基本要求： 1）保證汽車(chē)有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 2）設(shè)置空擋，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳輸 3）設(shè)置倒檔，使汽車(chē)能倒退行駛 4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出 5）換擋迅速、省

13、力、方便 6）工作可靠。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，變速器不得有跳擋、亂檔以與換擋沖擊等現(xiàn)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 此外，變速器還要滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易和維修方便等要求。 1.2 變速器的種類(lèi) 變速器有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車(chē)型所配置的變速器來(lái)看，主要分為：手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、手/自一體變速器（AMT）、無(wú)級(jí)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(jí)” )

14、。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(jí))，所以說(shuō)它是有級(jí)變速器。 曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車(chē)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(lái)說(shuō)，這話確實(shí)有道理。但是從目前市場(chǎng)的需求和適用角度來(lái)看，筆者認(rèn)為手動(dòng)變速器不會(huì)過(guò)早的離開(kāi)。 首先，從商用車(chē)的特性上來(lái)說(shuō)，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車(chē)為例，卡車(chē)用來(lái)運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對(duì)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

15、步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車(chē)帶動(dòng)。特別是面對(duì)爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對(duì)于其他新型的變速器，雖然具有操作簡(jiǎn)便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。 其次，對(duì)于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來(lái)說(shuō)，他們的最?lèi)?ài)還是手動(dòng)變速器。從我國(guó)的具體情況來(lái)看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國(guó)的汽車(chē)發(fā)展歷史，資歷郊深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車(chē)的，他們對(duì)手動(dòng)變速器的認(rèn)識(shí)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)變速器以與無(wú)級(jí)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(chē)時(shí)手動(dòng)變速帶來(lái)的那種快感，所以一些中高檔的汽車(chē)（尤其是轎車(chē)）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速器。另外，現(xiàn)在在我國(guó)的汽車(chē)

16、駕駛學(xué)校中，教練車(chē)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)的基本功以與鍛煉?cǎi){駛協(xié)調(diào)性。 第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車(chē)已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對(duì)于普通工薪階級(jí)的老百姓來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)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(chē)廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車(chē)的銷(xiāo)量一直在車(chē)市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等國(guó)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)都是手動(dòng)變速的車(chē)，它們的各款車(chē)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(mén)踏板程度和車(chē)速變化，自動(dòng)地進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速

17、踏板控制車(chē)速即可。雖說(shuō)自動(dòng)變速汽車(chē)沒(méi)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(chē)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(chē)的市場(chǎng)上，自動(dòng)變速器有著一片自己的天空。使用此類(lèi)車(chē)型的用戶希望在駕駛汽車(chē)的時(shí)候?yàn)榱撕?jiǎn)便操作、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時(shí)快樂(lè)的感覺(jué)。在高速公路上，這是個(gè)體現(xiàn)地非常完美。而且，以市來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的交通狀況不好，堵車(chē)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(duì)于新手來(lái)說(shuō)更是苦不堪言。使用自動(dòng)檔，就不會(huì)這樣麻煩了。 在市場(chǎng)上，此類(lèi)汽車(chē)銷(xiāo)售狀況還是不錯(cuò)的，尤其是對(duì)于女性朋友比較

18、適合，通常女性朋友駕車(chē)時(shí)力求便捷。而我國(guó)要普與這種車(chē)型，關(guān)鍵要解決的是路況問(wèn)題，現(xiàn)在的路況狀況不均勻，難以發(fā)揮自動(dòng)檔汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)。 三、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT） 其實(shí)通過(guò)對(duì)一些車(chē)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(jué)。這樣手動(dòng)/自動(dòng)變速器便由此誕生。這種變速器在德國(guó)保時(shí)捷車(chē)廠911車(chē)型上首先推出，稱為T(mén)iptronic，它可使高性能跑車(chē)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(lè)趣。此型車(chē)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

19、式—為了駕駛樂(lè)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(duì)于我國(guó)的現(xiàn)狀還是非常適合的。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)女士群體以與解決交通堵塞帶來(lái)的麻煩，這樣對(duì)于一些夫妻雙方均會(huì)駕車(chē)的家庭來(lái)說(shuō)，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(lèi)的汽車(chē)并不會(huì)在價(jià)格上都高不可攀，比如本田飛度1.3L CVT 兩廂、菲亞特2004派力奧1.3 HL Speedgear、菲亞特 西耶那Speedgear EL這些“二合一”的車(chē)型價(jià)格均在10萬(wàn)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(chē)在普與上還是具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)

20、勢(shì)。而汽車(chē)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(chǎng)要求精心打造此類(lèi)變速器。因?yàn)檫@類(lèi)變速器是有比較廣闊的市場(chǎng)的。 四、無(wú)級(jí)變速器 當(dāng)今汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對(duì)于汽車(chē)性能的要越來(lái)越高的。汽車(chē)變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無(wú)級(jí)變速器便是人們追求的“最高境界”。無(wú)級(jí)變速器最早由荷蘭人·多尼斯（VanDoorne’s）發(fā)明。無(wú)級(jí)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(lái)變速，其傳動(dòng)比可以隨意變化，沒(méi)有換檔的突跳感覺(jué)。它能克服普通自動(dòng)變速器“突然換檔”、油門(mén)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(wú)級(jí)變速器，這是錯(cuò)誤的。雖然它們有著共

21、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(jí)的，也就是我們常說(shuō)的檔，一般自動(dòng)變速器有2～7個(gè)檔。而無(wú)級(jí)變速器能在一定圍實(shí)現(xiàn)速比的無(wú)級(jí)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(chǎng)走向來(lái)看，雖然無(wú)級(jí)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(chē)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(wú)級(jí)變速器，既方便又省油，且售價(jià)也僅在9.68～11.68萬(wàn)元。而且奇瑞汽車(chē)銷(xiāo)售公司表示 無(wú)級(jí)變速器型年底上市?？磥?lái)無(wú)級(jí)變速器在中檔車(chē)中的運(yùn)用將越為廣泛。 本次設(shè)計(jì)的變速器為手動(dòng)變速器。 1.3機(jī)械式變速

22、器的特點(diǎn) 機(jī)械式變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修維護(hù)方便，造價(jià)低廉，窗洞效率高，工作可靠性強(qiáng)。機(jī)械式變速器分為兩軸式和中間軸式。兩軸式多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置的前驅(qū)的乘用車(chē)上，中間軸式為發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)和后置后驅(qū)的中型貨車(chē)上。中間軸式機(jī)械效率低，噪聲大。為兩軸式軸和軸承數(shù)少，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輪廓尺寸小和容易布置等有點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)中的所選擇的汽車(chē)與其主要參數(shù)如下所示： 表1-1 變速器設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 車(chē)型名稱 基本參數(shù) 變速箱 常X寬X高 車(chē)體結(jié)構(gòu)（mm） 百公里加速（S） 總質(zhì)量Kg 發(fā)動(dòng)機(jī)布置 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 排量 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 驅(qū)動(dòng)方式 桑塔納2000

23、GSi時(shí)代驕子1.8（SVW7182HFi） 4速 手動(dòng) 4680X1700X1423 三廂轎車(chē) 14.4 1140 縱置，前置 74Kw5200轉(zhuǎn)/分 1.8 155N.m 3800轉(zhuǎn)/分 前輪驅(qū)動(dòng) 第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車(chē)上得到廣泛的應(yīng)用。 2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 2.1.1固定軸式變速器 （1） 兩軸式變速器 固定軸式變速器中的兩軸式和中間軸式變速器得到廣泛應(yīng)用。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)上。 與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因

24、軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外，各中間擋位因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，故傳動(dòng)效率高同時(shí)燥聲也低。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋，所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作燥聲增大，容易損壞，還有，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器與一擋速比不可能設(shè)計(jì)的很大。對(duì)于前進(jìn)擋，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反;而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一樣。 圖2-1 兩軸式變速器的傳動(dòng)方案 圖2-1示出用在發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車(chē)的兩軸式變速器傳動(dòng)方案，其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器采用弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則

25、采用圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其他擋位均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖2－1f中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并且用同步器換檔；同步器多數(shù)用在輸出軸上，這是因?yàn)橐粨踔鲃?dòng)齒輪尺寸小，同步器裝在輸入軸上有困難，而高擋的同步器可以裝在輸入軸后端，如圖2－1d,e所示；圖2－1d所示方案有輔助支撐，用來(lái)提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲。圖2－1f所示方案為五擋全同步器式變速器，以此為基礎(chǔ)，只要將五擋齒輪用尺寸相當(dāng)?shù)母籼滋娲纯筛淖優(yōu)樗膿踝兯倨?，從而形成一個(gè)系列產(chǎn)品。 （2） 中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車(chē)上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支

26、撐在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上,第一軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤(pán),而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。 圖分別示出了幾種中間軸式變速器的傳動(dòng)方案。各種傳動(dòng)方案的共同特點(diǎn)是:變速器的第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸支撐在第一軸的后端的孔,并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擋。使用直接擋,變速器的齒輪和軸承與中間軸均不承載,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)到90%以上,噪聲低,齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訐醯睦寐室哂谄渌鼡跷?因而提高了變速器的使用壽命;在其它前進(jìn)擋位工作時(shí),變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第

27、一軸,中間軸和第二軸上的兩對(duì)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,一擋仍然有較大的傳動(dòng)比;檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng),擋位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng),多數(shù)傳動(dòng)方案中除一擋以外的其它擋位的換檔機(jī)構(gòu),均采用同步器或嚙合套換擋,少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或嚙合套換擋,還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在除直接擋以外的其它擋位工作時(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)。 在擋數(shù)一樣的情況下,中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù),軸的支撐方式,換擋方式和倒擋傳動(dòng)方案以與擋位布置順序上有差別。 圖2-2 中間軸式四

28、檔變速器 如圖2-2中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別為：圖2-2a、b所示方案有四對(duì)常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔。第二軸為三點(diǎn)支承，前端支承在第一軸的末端孔，軸的中部和后端分別支承在變速器殼體和附加殼體上。圖2-2a所示的傳動(dòng)方案又能達(dá)到提高中間軸和第二軸剛度的目的；圖2-3c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，第二軸為支承點(diǎn)。 如圖2－3中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案中,圖2-3a所示方案中,除一,倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋外,其余各擋為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖2-3b、c、d所示的方案的各前進(jìn)擋均采用常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖2-3d所示方案中的

29、倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體,這樣布置除可以提高軸的剛度,減少齒輪磨損和降低噪聲外還可以在不需要超速擋的條件下,很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)擋的變速器。圖2-4a所示方案中的一擋,倒擋和圖2-4b所示方案中的倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋,其余各擋均為常嚙合齒輪。 圖2-3 中間軸四檔變速器傳動(dòng)方案 圖2-4 中間軸式六擋變速器傳動(dòng)方案 以上各方案中,凡采用嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位,其換擋方式可以用同步器或嚙合套來(lái)實(shí)現(xiàn)。同一變速器中,有的擋位用用同步器換擋,有的擋位用嚙合套換擋,那么一定是擋位高的用同步器換擋,擋位低的用嚙合套換擋。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的承用車(chē)采用中間軸式變

30、速器,為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度,將第二軸加長(zhǎng)置于附加殼體,如果在附加殼體布置倒擋傳動(dòng)齒輪和換擋機(jī)構(gòu),還能減少變速器主體部分的外形尺寸與提高中間軸和輸出軸的剛度。 變速器用圖2－3c所示的多支撐結(jié)構(gòu)方案,能提高軸的剛度。這時(shí)如用在軸的平面上可分開(kāi)的殼體,就能很好的解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問(wèn)題。圖2－3 c所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài),同時(shí)一擋和倒擋齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里,而中間擋的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。 2.1.2倒擋布置方案 與前進(jìn)擋相比，倒擋使用率不高，而且都是在停車(chē)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒擋，故多數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換擋。為了實(shí)現(xiàn)倒擋傳動(dòng)，有些方案利用在中

31、間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中 加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案。 圖2-5 倒檔布置方案 圖2－3為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖2－3b所示方案的優(yōu)點(diǎn)是倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間周的長(zhǎng)度；但倒擋時(shí)要求有兩隊(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使倒擋困難，圖2－3c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2－3d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)作了修改，因而取代了圖2－3c 所示方案。圖2－3e所示方案是將中間軸上的一倒擋齒輪做成一體，將齒寬加長(zhǎng) 。圖2－3f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器的軸向長(zhǎng)度，有的貨車(chē)倒擋傳動(dòng)采用圖2－3g所

32、示方案；其缺點(diǎn)是一，倒擋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。 變速器的一擋或倒擋因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力也大，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)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，無(wú)論使兩軸式變速器還是中間軸式變 速器的一擋與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支撐處，以便改善上述不良狀況， 然后按照從低擋到高擋的三順序布置各擋齒輪，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靠近軸的支撐處。

33、 倒擋設(shè)置在變速器的左側(cè)或右側(cè)，在結(jié)構(gòu)上均能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒擋時(shí)駕駛員移動(dòng)變速桿的方向改變了。為防止以外掛如倒擋，一般在掛倒擋時(shí)設(shè)有一個(gè)掛倒擋時(shí)需要克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來(lái)提醒駕駛員注意。 本次設(shè)計(jì)的變速箱是手動(dòng)四檔兩軸式變速箱，器傳動(dòng)方案如上圖2-1b所示，考慮到縮小軸向的尺寸，故將器倒檔置于一、二檔得結(jié)合套上，具體布置如下圖2-6所示。 圖2-6 兩軸式手動(dòng)四檔變速器布置方案 2.2變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 2.2.1齒輪型式 變速器所用的齒輪有斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪兩

34、種。 與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪雖然制造時(shí)復(fù)雜、工作時(shí)有軸向力，但因其使用壽命長(zhǎng)、工作平穩(wěn)、噪音小而仍然得到廣泛的使用。變速器中的長(zhǎng)嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使長(zhǎng)嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪用于低檔和倒檔。本次設(shè)計(jì)中除一、倒檔，其余全為斜齒圓柱齒輪 2.2.2換檔結(jié)構(gòu)型式 變速器換檔結(jié)構(gòu)型式有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套、同步器等三種。 汽車(chē)行駛時(shí)各檔齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動(dòng)齒輪方法換檔，會(huì)在齒輪端面產(chǎn)生沖擊，并伴有噪音。這使齒輪端面磨損加劇并過(guò)早損壞。同時(shí)使駕駛員精神緊，而換檔時(shí)的噪音又使汽車(chē)的舒適度減低。只有駕駛員用熟練

35、的技術(shù)，使齒輪換檔時(shí)無(wú)沖擊，才能克服上述缺點(diǎn)。但是，該瞬間駕駛員注意力被分散，影響行使安全性。因此盡管這種換檔方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。除一檔、倒檔外已很少使用。 由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪嚙合狀態(tài)，所以可用嚙合套換檔。這時(shí)，因同時(shí)承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換檔。它們都不會(huì)過(guò)早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍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)部分的慣性力矩增大。因此，這種換檔方法，目前只在某些要求不高的檔位大貨車(chē)變速器上使用。 使用同步器能保證迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲換檔，而與操作技術(shù)熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高汽車(chē)的加速性、經(jīng)濟(jì)性、和行駛安全

36、性。同上述兩種換檔方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命較短等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛的應(yīng)用。 2.2.3變速器軸承形式 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸承等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用什么軸承，是守結(jié)構(gòu)限制并所受的載荷的點(diǎn)不同而不同。 汽車(chē)變速器有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小的特點(diǎn)，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長(zhǎng)嚙合齒輪的腔中，腔尺寸足夠時(shí)可布置圓柱滾子軸承，如空間不足則采用滾針軸承。第二軸后端常采用球軸承，用來(lái)承受軸向力和徑向力。變速器第一軸前端支承在飛輪的腔里，因有足夠大的空間，常采用一端有密

37、封的的球軸承來(lái)承受徑向力。作用在第一軸的長(zhǎng)嚙合齒輪上的軸向力，經(jīng)第一軸后部的軸承傳遞給變速器殼體，此處常用委員有擋圈的球軸承。由于變速器向輕量化發(fā)展的需要，要求減少變速器中心距，這樣就影響到軸承外徑尺寸。為保證軸承有足夠的壽命，可選用能承受一定軸向里的無(wú)保持架的圓柱滾子軸承。中間軸上的齒輪工作時(shí)產(chǎn)生的的軸向力，原則上由前或后軸承承受都可以，但當(dāng)在殼體前端布面布置軸承蓋有困難，必須由后軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來(lái)承受徑向力，而后端采用外圓有擋圈的球軸承或圓柱滾子軸承。 圓錐滾子軸承因具有直徑較小、寬度較寬，因而容量大，可承受高負(fù)荷和通過(guò)對(duì)軸承的預(yù)緊能消除軸向間隙和軸向傳竄動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，固

38、在一些變速器上得到應(yīng)用。圓錐滾子軸承軸承也有裝配后需要調(diào)整預(yù)緊，是裝配變的麻煩且磨損后易歪斜，導(dǎo)致齒輪不能正常嚙合而損壞。因此，錐軸承不適合用在線膨脹系數(shù)較大的鋁合金殼體上。 變速器第一軸、第二軸的后端軸承，以與中間軸承、后軸承，按直徑系列一般選用種系列球軸承或圓柱滾子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于6~20mm。 滾針軸承、滑動(dòng)軸套主要用在齒輪和周不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。滾針軸承有滾動(dòng)摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、徑向配合間隙小、定位與運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、有利于齒輪嚙合的優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)軸套的徑向配合間隙大、易磨損、間隙大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)

39、精度并使工作噪聲增大?；瑒?dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是易制造、成本低。 此次設(shè)計(jì)中采用圓柱滾子軸承。 2.2.4 齒輪變位系數(shù)的選擇原則： 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)。何謂變位？即通過(guò)改變標(biāo)準(zhǔn)刀具對(duì)齒輪毛坯的徑向位置或改變標(biāo)準(zhǔn)刀具齒槽寬后切制的齒形為非標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線齒形的齒輪。采用變位齒輪，除了避免根切和配湊中心距之外，它還影響齒輪強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗校核能力與齒輪的嚙合噪聲。 齒輪的變位分為高度變位和角度變位兩類(lèi)。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪齒根部分的強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度相接近的程度。高度變?yōu)榈娜秉c(diǎn)就是不能痛風(fēng)石增加一對(duì)齒輪的強(qiáng)度，也

40、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。角度變位既具備了高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免餓其缺點(diǎn)。 總體變?yōu)橄禂?shù)ξc=ξ1+ξ2越小，一對(duì)齒輪的齒根總的厚度越薄，齒根越弱，抗彎曲強(qiáng)度越低。但是由于齒輪的剛度減少，易于吸收沖擊振動(dòng)，故噪聲會(huì)小一點(diǎn)。另外，ξc值越小，齒輪的齒形重合度越大，這不但有利于較低噪聲，而且由于齒形重合度增大，單齒承受最大載荷的著力點(diǎn)距齒根越近，彎曲力矩越小，相當(dāng)于齒根強(qiáng)度的提高，由于齒根減薄而產(chǎn)生的消弱強(qiáng)度的因素也有所抵消。 根據(jù)上述的理由，為降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一檔、二檔和倒檔以外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用小一些的數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。一般情況下，

41、最高檔和一檔齒輪副的ξc可選用-0.2~0.2.隨著檔位的降低，ξc值應(yīng)該逐擋增大。一、二擋和倒檔齒輪應(yīng)選用較大的ξc值，以便獲得高強(qiáng)度齒輪副。一檔齒輪的ξc可取1.0以上。 在本次設(shè)計(jì)中考慮到根切問(wèn)題，一擋和倒擋采用變位齒輪，其他齒輪不選用變位?？砂凑障旅娴墓絹?lái)確定： ξ= 2.2.5其他問(wèn)題 因?yàn)樽兯倨髟诘蜋n工作時(shí)有較大的力，所以典型的兩軸式變速器的低檔，布置在靠近后支撐處，然后按照從低檔到高檔順序不止各檔位齒輪。這樣做既能使軸有足夠大的剛性，有能保證容易裝配。多數(shù)情況下，輸出軸和輸入軸與其上面的零部件是通過(guò)變速器殼體上方孔口設(shè)計(jì)在變速器殼體下方或者側(cè)面。輸入軸上做在軸上的齒輪外

42、徑，應(yīng)該比殼體前壁軸承孔的尺寸小，因?yàn)樗?jīng)過(guò)該孔裝。 變速器整體結(jié)構(gòu)剛性與軸和殼體的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。對(duì)于典型的兩軸式變速器，通過(guò)控制軸的長(zhǎng)度既控制檔數(shù)，可以作到有足夠的剛性。通常殼體是整體的，有些地方設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋板 。殼體前或后壁軸承孔之間的連接部分應(yīng)當(dāng)留有足夠的尺寸。裝操縱機(jī)構(gòu)的變速器蓋，用螺栓固定到殼體上，裝配后的變速器結(jié)構(gòu)剛度，還與該螺栓的扭緊程度有關(guān)。 第三章 變速器主要參數(shù)選擇 3.1中心距A的選定 對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距A。對(duì)兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距A。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)

43、變速器的外形尺寸、體積大小由影響，而且對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度由影響。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力越大，齒輪的壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證齒輪必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與反便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一擋小齒輪齒數(shù)不能過(guò)少的限制，要求中心距也要大些。還有，變速器中心距取的過(guò)小，會(huì)使變速器長(zhǎng)度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。 對(duì)于中間軸式變速器，初選中心距是可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算: A=KA 式中，A為變速器中心距（mm）；KA為中心距系數(shù)，乘用車(chē)：KA=8

44、.9~9.3；Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（N.m）；i1為變速器的一檔傳動(dòng)比；ng為發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)效率，取96%。 已知桑塔納2000手動(dòng)變速器的一檔傳動(dòng)比在3.5左右，先取i1=3.5， Temax=155N.m 帶入上式得出初選中心距的圍A=,71.6~ 74.8mm 而此次設(shè)計(jì)中的變速器為乘用車(chē)一類(lèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)，也可以根據(jù)變速器中心距A和發(fā)動(dòng)機(jī)的排量的關(guān)系來(lái)初選，乘用車(chē)中心距在70~80mm。 故綜上，此次設(shè)計(jì)初選中心距為74mm。 外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以與倒檔中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置方案來(lái)初步確定。 影響殼體軸向尺寸的因素有擋數(shù)、換擋機(jī)

45、構(gòu)形式以與齒輪形式。 乘用車(chē)四檔變速器殼體的軸向尺寸為（3.0~3.4）A 商用車(chē)變速器殼體的軸向尺寸可參照下類(lèi)數(shù)據(jù)選用： 四檔 （2.2~2.7）A 五檔 （2.7~3.0）A 六檔 （3.2~3.5）A 當(dāng)變速器選用的擋數(shù)和同步器較多時(shí)，上述中心距系數(shù)應(yīng)選取上限。為了檢測(cè)的方便，中心距A最好為整數(shù)。 3.2齒輪參數(shù) 3.2.1模數(shù)的選取 齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響他的選取因數(shù)又有很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。 選取模數(shù)應(yīng)該遵守以下原則： 在變速器中心距一樣的情況下，選取較小的模數(shù)

46、，就可以增加齒輪的齒數(shù)，同時(shí)增加齒寬可是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)合理減少模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪的應(yīng)該選取一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪要有不同的模數(shù)；減少乘用車(chē)齒輪工作噪聲有較為重要的意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng)取得小些；對(duì)于貨車(chē)減少質(zhì)量比減少噪聲重要，固齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)；變速器低檔應(yīng)選用大些的模數(shù)，其他檔位應(yīng)選用另一種模數(shù)。少數(shù)情況下汽車(chē)變速器各檔的齒輪選用一樣的模數(shù)。 表3-1 汽車(chē)變速器齒輪的法向模數(shù)mn 車(chē) 型 乘用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L 貨車(chē)的最大總質(zhì)量ma/t 1.0>V≤

47、1.6 1.614.0 模數(shù)mn/mm 2.25~2.75 2.75~3.0 3.50~4.50 4.50~6.00 所選模數(shù)數(shù)值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1357—1987的規(guī)定，見(jiàn)下表。選用時(shí)應(yīng)用第一系列，括號(hào)的模數(shù)盡量不用。 表3-2 汽車(chē)變速器常用的齒輪模數(shù) 第一系列 1.25 1.5 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 第二系列 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.50 (3.75) 4.50 5.50

48、 表3－1 汽車(chē)變速器齒輪的法向模數(shù) 車(chē)型 微型、輕型轎車(chē) 中級(jí)轎車(chē) 中型貨車(chē) 重型汽車(chē) 2.25-2.75 2.75-3 3.50-4.5 4.50-6 已知此次所設(shè)計(jì)的變速器是桑塔納2000手動(dòng)四速變速器，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量是1.8V，為中級(jí)汽車(chē)，一般情況下，汽車(chē)的一、倒擋會(huì)使用較大的模數(shù)，故根據(jù)以上三表格的容，一、倒擋選用模數(shù)為m=3mm，其余各檔的模數(shù)m=2.75mm 3.2.2壓力角α 齒輪壓力角較小時(shí)，重合度較大并降低了齒輪的剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合是的動(dòng)載荷，是傳動(dòng)平穩(wěn)，有力與降低噪聲；壓力角較大時(shí)可提高齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證

49、明：對(duì)于直齒輪，壓力角在28°是強(qiáng)度最高，超過(guò)28°時(shí)強(qiáng)度增加的不多；對(duì)于斜齒輪，壓力角在25°時(shí)強(qiáng)度最高。 實(shí)際上因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以變速器的齒輪采用的壓力角普遍是20°。嚙合套或同步器的結(jié)合壓力角有20°、25°、30°等，但普遍使用30°的壓力角。 所以此次設(shè)計(jì)中的齒輪鎖采用的壓力角為20°，同步器的壓力角為30°。 3.2.3 螺旋角β 斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意他對(duì)齒輪工作噪聲、齒輪的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。實(shí)驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也隨著提高。不

50、過(guò)當(dāng)螺旋角大于30°時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度繼續(xù)上升。因此從高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望有過(guò)大的螺旋角，以15°~25°為宜；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。 斜齒輪螺旋角可以在以下提供的圍選?。? 中間軸式變速器22°~34° 兩軸式變速器為20°~25° 3.2.4 齒寬b 通常根據(jù)齒輪模數(shù)m（mn）的大小來(lái)確定齒寬b： 直齒輪 b=Kcm，Kc為齒寬系數(shù)，為4.5~8.0 斜齒輪 b=Kcmn，Kc取6.0~8.5 采用嚙合套或同步器換擋時(shí)，其接合齒輪的工作寬度初選是可取2~4mm。 3.3各檔齒數(shù)的分配與計(jì)算 此次

51、所設(shè)計(jì)的桑塔納2000手動(dòng)四速變速箱的各檔齒輪分配方案如上一章節(jié)中圖2-6所示。在分配齒數(shù)的時(shí)候，應(yīng)該注意的是各檔齒輪的齒數(shù)應(yīng)該盡可能的不是整數(shù)，以便齒輪均勻磨損。 3.3.1一檔齒輪齒數(shù)的確定 桑塔納2000手動(dòng)四速兩軸式變速器，已知：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率p=74千瓦，轉(zhuǎn)速n=5200r/min，最大扭矩 Te=155N.M，排量1.8V，載荷平穩(wěn)，可靠性一般。 確定一檔齒輪齒數(shù)： (1)一檔傳動(dòng)比 i1= （3-1） 為了求Z1和Z2的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和Zh，公式如下： 直齒 Zh= 斜齒 Zh= （

52、3-2） (2)選取中間軸一檔的齒數(shù) 轎車(chē)兩軸式變速器一檔傳動(dòng)比i=3.5～3.8時(shí)，一檔的齒數(shù)在Z8=11～17，由于所設(shè)計(jì)為一般中級(jí)轎車(chē)，載荷平穩(wěn)、可靠性要求一般。一檔齒輪傳動(dòng)比i=3.5，模數(shù)m=3mm，取一檔主齒輪齒數(shù)Z1=11。 由于齒數(shù)為11，將會(huì)發(fā)生根切，故需要對(duì)其進(jìn)行變位，變位系數(shù) ξ=(17-Z1)/17 = (17-11)/17=0.36 Z2= Z1×i1=11×3.5=38.5 取整后Z2=39，重新計(jì)算i1= Z2 /Z1=39/11=3.545 計(jì)算中心距，A=（Z1+Z2）m=（39+11）× 3=75mm 3.3.2二擋齒輪齒數(shù)的確定

53、 i2= （3-3） 根據(jù)初選的中心距A=74，模數(shù)為m=2.75。初選螺旋角β=20°帶入上式（3-2）中， Zh= = =47.52 取整，Zh=48。 先取二擋的傳動(dòng)比i2=1.8，則帶入式（3-3）中得到，2.8Z3=48 Z3=17.14，取 Z3=17則Z4=48-17=31. 然后對(duì)中心距A進(jìn)行修正 由于齒輪齒數(shù)取整后會(huì)使中心距發(fā)生變化，固需要重新計(jì)算中心距： A=Zhmn/2cosβ A=74.74 為了方便檢測(cè)，故中心距應(yīng)當(dāng)取整，取A=75mm。 由于中心距發(fā)生了變化則需要對(duì)螺旋角β進(jìn)行修

54、正，β=20.27°=20°16＇12＇＇。 由于齒數(shù)的取整，傳動(dòng)比發(fā)生了變化，修正后的傳動(dòng)比為i2=31/17=1.823 3.3.3三檔齒輪齒數(shù)的確定 i2= （3-4） 先取三檔的傳動(dòng)比為i3=1.2，則帶入式（3-4）中得到，2.2Z5=48 Z5=21.8，取 Z5=22則Z6=48-22=26.螺旋角不變，為β=20°16＇12＇＇ 由于齒數(shù)的取整，傳動(dòng)比發(fā)生了變化，修正后的傳動(dòng)比為i3=26/22=1.189 3.3.4四檔齒輪齒數(shù)的確定 i2= （3-5） 該擋為最高檔，選

55、用超速擋，傳動(dòng)比在0.7~0.9之間，初選四檔的傳動(dòng)比為i4=0.85，則帶入式（3-5）中得到，1.85Z7=48 Z7=25.94，取 Z7=26則Z8=48-26=22.螺旋角不變，為β=20°16＇12＇＇ 由于齒數(shù)的取整，傳動(dòng)比發(fā)生了變化，修正后的傳動(dòng)比為i4=22/26=0.846 3.3.5確定倒檔齒輪齒數(shù) 一檔、倒檔齒輪常選用一樣的模數(shù)，所以m=3mm。倒檔齒輪Z11的齒數(shù)，一般在21～23之間，可選倒檔齒輪齒數(shù)Z11=22，為避免齒輪9，與齒輪10齒頂圓的接觸，故將齒數(shù)Z9取為Z9=11，可計(jì)算出輸入軸與倒檔軸的中心距：A＇

56、 A＇=1/2m(Z9+Z11) =1/2 ×3×（11＋22） =49.5mm 初選倒檔的傳動(dòng)比為i倒=3.2，i倒=Z10Z11/Z11Z9， 計(jì)算得出Z10=35.2，取整后，Z10=35 重新計(jì)算倒檔傳動(dòng)比，i倒= Z10Z11/Z11Z9=35/11=3.182 計(jì)算倒檔齒輪與輸出軸的中心距A＇＇=（Z10+Z11）m/2=（35+22）×3/2=85.5mm 由于Z9的齒數(shù)為11會(huì)發(fā)生根切，對(duì)其進(jìn)行變位，變位系數(shù)x=（17-11）/17=0

57、.36 驗(yàn)證中心距：為了保證齒輪10與齒輪9不發(fā)生接觸，則其兩者齒頂圓直徑之和必須小于2A。 da9=m（Z+2+x）=3×（11+2+0.36）=40.08mm da10=m（Z+2-x）=3×（35+2-0.36）=109.92mm 2A-（da9+ da10）=150-（40.08+109.92）=0mm， 會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，故采用短齒齒輪，齒頂高系數(shù)ha取0.8，再代入上兩式， da9=m（Z+1.6+x）=3×（11+1.6+0.36）=38.88mm da10=m（Z+1.6-x）=3×（35+1.6-0.36）=108.72mm 2A-（da9+ da10）=150

58、-（38.88+108.72）=2.4mm 有足夠的空間，不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。 3.3.6各擋齒輪參數(shù)表 一、倒擋的齒寬系數(shù)應(yīng)取得稍微大些，因此去Kc=8，所以一、倒檔的齒寬b=kcm=8×3=24mm。 其余各擋的齒寬系數(shù)取kc=6，b=kcmn=6×2.75/cosβ=15.99，取b=16mm 各擋齒輪的參數(shù)如下表所示： 表3-1各擋齒輪的參數(shù) 擋數(shù) 從動(dòng)齒輪 齒數(shù) 主動(dòng)齒輪 齒數(shù) 中間齒輪 齒數(shù) 齒寬b（mm） 模數(shù)m （mm） 螺旋角β （°） 傳動(dòng)比i 一擋 39 11 24 3 0 3.545 二擋 31 17

59、 16 2.75 20.27 1.823 三擋 26 22 16 2.75 20.27 1.189 四擋 22 26 16 2.75 20.27 0.846 倒擋 35 11 22 24 3 0 3.182 第四章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1齒輪的損壞形式 取力器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、移動(dòng)換擋齒輪端部破壞以與齒面膠合。 齒輪折斷發(fā)生在以下幾種情況：齒輪收到足夠大的沖擊載荷作用，造成齒輪彎曲折斷；齒輪在重復(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。前者在變速器中極其少見(jiàn)，而后

60、者出現(xiàn)的多些。 齒輪工作時(shí)，一對(duì)齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓，這時(shí)存在于齒面細(xì)小裂紋中的潤(rùn)滑油壓升高，并導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點(diǎn)，稱之為齒面點(diǎn)蝕。它使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，并可能導(dǎo)致齒輪折斷。 用移動(dòng)齒輪的方法完成的換擋的低檔和倒檔出論，由于換擋時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪的存在角速度差，換擋瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。 負(fù)荷大、齒面相對(duì)滑動(dòng)速度又高的齒輪，在接觸壓力大且接觸處產(chǎn)生高溫作用下的情況使齒面間的潤(rùn)滑油膜遭到破壞，導(dǎo)致齒面直接接觸，在局部高溫、高壓作用下齒面互相熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，稱之為齒面膠合。變速器齒輪的這種破壞出現(xiàn)的較少。

61、 4.2齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （1）直齒輪彎曲應(yīng)力σW σW= （4-1） 式中，σW為彎曲應(yīng)力（MPa）；F1為圓周力（N），F(xiàn)1=2Tg/d；Tg為計(jì)算載荷（N.mm）；d為節(jié)圓直徑（mm）；Kσ為集中應(yīng)力系數(shù)，可取近似值 Kσ=1.65；Kf為摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，對(duì)彎曲應(yīng)力的影響也不同：主動(dòng)齒輪Kf=1.4從動(dòng)齒輪Kf=0.9；b為齒寬（mm）；t為端面齒距（mm）t=πm，m為模數(shù)；y為齒形系數(shù)，如圖（4-1）所示。 應(yīng)為齒輪的節(jié)圓直徑為d=mz，式中z為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)帶入（4-1）后得到當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的

62、最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，一、倒檔得許用彎曲應(yīng)力在400~850MPa，承受雙向交變載荷作用的倒檔齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。 圖4-1齒形系數(shù)圖（假定載荷作用在齒頂α=20°，f0=10） σW = （4-2） 已知發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為T(mén)emax=155N. m=155000N.mm， 輸入軸上的齒輪其Tg=Temax，輸出軸上的齒輪其Tg=iTemax 計(jì)算一檔主動(dòng)齒輪：齒數(shù)z1=15，已知其正變位為0.36，根據(jù)上圖，取得y=0.153齒寬系數(shù)Kc=8，帶入式（4-2），一擋的許用彎曲應(yīng)力為400~850Mpa。 σw= =492.6Mpa。 故滿足許用彎曲應(yīng)力

63、要求。 計(jì)算一檔從動(dòng)齒輪：齒數(shù)z2=39，已知其負(fù)變位為0.36，根據(jù)上圖，取得y=0.128齒寬系數(shù)Kc=8，帶入式（4-2），一擋的許用彎曲應(yīng)力為400~850Mpa。 σw= = 481.8Mpa 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計(jì)算倒主動(dòng)齒輪Z9：齒數(shù)Z9=11，已知其正變位為0.36，根據(jù)上圖，取得y=0.153齒寬系數(shù)Kc=,8，倒擋的許用彎曲應(yīng)力為400~850Mpa。 σw= = 492.8Mpa 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計(jì)算倒從動(dòng)檔齒輪Z10：齒數(shù)z10=35已知其負(fù)變位為0.36，根據(jù)上圖，取得y=0.123齒寬系數(shù)Kc=8，的許用彎曲應(yīng)力為400~850Mpa。

64、σw= = 501.54Mpa 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 （2）斜齒輪彎曲應(yīng)力σw σW = （4-3） 式中，式中，σW為彎曲應(yīng)力（MPa）；F1為圓周力（N），F(xiàn)1=2Tg/d；Tg為計(jì)算載荷（N.mm）；d為節(jié)圓直徑（mm）d=（mnz）/cosβ，mn為法向模數(shù)（mm）；Kσ為集中應(yīng)力系數(shù)，可取近似值 Kσ=1.50； b為齒寬（mm）；t為法向齒距（mm）t=πmn；y為齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)Zn= Z/cos3β在上圖中查得；Kε為重合度影響系數(shù)，Kε=2.0。 將上述有關(guān)參數(shù)帶入（4-3）后得到 σW =

65、 （4-4） 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)乘用車(chē)常嚙合和高檔齒輪，許用應(yīng)力在180~350MPa 的圍。 在計(jì)算常嚙合齒輪時(shí)由于沒(méi)有采用變位，所以主、從動(dòng)齒輪的彎曲應(yīng)力大小只差在y上，而y隨著當(dāng)量齒數(shù)的增大而減小，所以計(jì)算時(shí)只要計(jì)算該對(duì)齒輪中彎曲應(yīng)力大的，即齒數(shù)小的那個(gè)齒輪即可。 計(jì)算二擋常嚙合齒輪齒輪的彎曲應(yīng)力 已知 Z3=17，Kc=6，β=20.27°，Zn=20.6，從表中查的y=0.128 帶入式（4-4） σw= = 211.17MPa。 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計(jì)算三檔常嚙合齒輪的彎曲應(yīng)力 已知 Z5=22，Kc=6，β=20.2

66、7°，Zn=26.65從表中查的y=0.137 帶入式（4-4） σw= =152.45Mpa 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 計(jì)算四檔常嚙合齒輪的彎曲應(yīng)力 已知 Z8=22，Kc=6，β=20.27°，Zn=26.65從表中查的y=0.137 帶入式（4-4） σw= =128.98Mpa 滿足許用彎曲應(yīng)力要求。 2.齒輪接觸應(yīng)力σj σj= 0.418 (4-5) 式中，σj為齒輪的接觸應(yīng)力（MPa）；F為齒面法向力（N）；α為節(jié)點(diǎn)處壓力角（°）；E為齒輪材料的彈性模量（MPa）；b為齒輪接觸的實(shí)際寬度；ρZ、ρb為主、從動(dòng)輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪ρZ = rzsinα、ρb = rbsinα，斜齒輪ρZ = （rzsinα）/cos2β、ρb = （rbsinα）/cos2β；rz、rb為主、從動(dòng)輪節(jié)圓半徑（mm）。 將作用在變速器第一軸上的載荷Temax/2作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)下表所示： 表4-1變速器齒輪的接觸應(yīng)力 齒輪 σj/MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1