三軸式五檔手動變速器設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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While its logical for many types of todays vehicles to be equipped with an automatic - such as a full-size sedan, SUV or pickup - the fact remains that nothing is more of a thrill to drive than a tautly suspended sport sedan, sport coupe or two-seater equipped with a precise-shifting five- or six-speed gearbox. Its what makes cars such as a Corvette, Mustang, Miata or any BMW sedan or coupe some of the most fun-to-drive cars available today.We know which types of cars have manual trannies. Now lets take a look at how they work. From the most basic four-speed manual in a car from the 60s to the most high-tech six-speed in a car of today, the principles of a manual gearbox are the same. The driver must shift from gear to gear. Normally, a manual transmission bolts to a clutch housing (or bell housing) that, in turn, bolts to the back of the engine. If the vehicle has front-wheel drive, the transmission still attaches to the engine in a similar fashion but is usually referred to as a transaxle. This is because the transmission, differential and drive axles are one complete unit. In a front-wheel-drive car, the transmission also serves as part of the front axle for the front wheels. In the remaining text, a transmission and transaxle will both be referred to using the term transmission.The function of any transmission is transferring engine power to the driveshaft and rear wheels (or axle halfshafts and front wheels in a front-wheel-drive vehicle). Gears inside the transmission change the vehicles drive-wheel speed and torque in relation to engine speed and torque. Lower (numerically higher) gear ratios serve as torque multipliers and help the engine to develop enough power to accelerate from a standstill.Initially, power and torque from the engine comes into the front of the transmission and rotates the main drive gear (or input shaft), which meshes with the cluster or counter shaft gear - a series of gears forged into one piece that resembles a cluster of gears. The cluster-gear assembly rotates any time the clutch is engaged to a running engine, whether or not the transmission is in gear or in neutral.There are two basic types of manual transmissions. The sliding-gear type and the constant-mesh design. With the basic - and now obsolete - sliding-gear type, nothing is turning inside the transmission case except the main drive gear and cluster gear when the trans is in neutral. In order to mesh the gears and apply engine power to move the vehicle, the driver presses the clutch pedal and moves the shifter handle, which in turn moves the shift linkage and forks to slide a gear along the mainshaft, which is mounted directly above the cluster. Once the gears are meshed, the clutch pedal is released and the engines power is sent to the drive wheels. There can be several gears on the mainshaft of different diameters and tooth counts, and the transmission shift linkage is designed so the driver has to unmesh one gear before being able to mesh another. With these older transmissions, gear clash is a problem because the gears are all rotating at different speeds.All modern transmissions are of the constant-mesh type, which still uses a similar gear arrangement as the sliding-gear type. However, all the mainshaft gears are in constant mesh with the cluster gears. This is possible because the gears on the mainshaft are not splined to the shaft, but are free to rotate on it. With a constant-mesh gearbox, the main drive gear, cluster gear and all the mainshaft gears are always turning, even when the transmission is in neutral.Alongside each gear on the mainshaft is a dog clutch, with a hub thats positively splined to the shaft and an outer ring that can slide over against each gear. Both the mainshaft gear and the ring of the dog clutch have a row of teeth. Moving the shift linkage moves the dog clutch against the adjacent mainshaft gear, causing the teeth to interlock and solidly lock the gear to the mainshaft.To prevent gears from grinding or clashing during engagement, a constant-mesh, fully synchronized manual transmission is equipped with synchronizers. A synchronizer typically consists of an inner-splined hub, an outer sleeve, shifter plates, lock rings (or springs) and blocking rings. The hub is splined onto the mainshaft between a pair of main drive gears. Held in place by the lock rings, the shifter plates position the sleeve over the hub while also holding the floating blocking rings in proper alignment.Thats the basics on the inner workings of a manual transmission. As for advances, they have been extensive over the years, mainly in the area of additional gears. Back in the 60s, four-speeds were common in American and European performance cars. Most of these transmissions had 1:1 final-drive ratios with no overdrives. Today, overdriven five-speeds are standard on practically all passenger cars available with a manual gearbox.Overdrive is an arrangement of gearing that provides more revolutions of the driven shaft (the driveshaft going to the wheels) than the driving shaft (crankshaft of the engine). For example, a transmission with a fourth-gear ratio of 1:1 and a fifth-gear ratio of 0.70:1 will reduce engine rpm by 30 percent, while the vehicle maintains the same road speed. Thus, fuel efficiency will improve and engine wear will be notably reduced. Today, six-speed transmissions are becoming more and more common. One of the first cars sold in America with a six-speed was the 89 Corvette. Designed by Chevrolet and Zahnradfabrik Friedrichshafen (ZF) and built by ZF in Germany, this tough-as-nails six-speed was available in the Corvette up to the conclusion of the 96 model year. Today, the Corvette uses a Tremec T56 six-speed mounted at the back of the car.Many cars are available today with six-speeds, including the Mazda Miata, Porsche Boxster S and 911, Dodge Viper, Mercedes-Benz SLK350, Honda S2000, BMW 3-Series and many others. Some of these gearboxes provide radical 50-percent (0.50:1) sixth-gear overdrives such as in the Viper and Corvette, while others provide tightly spaced gear ratios like in the S2000 and Miata for spirited backroad performance driving. While the bigger cars mentioned above such as the Viper and Vette often have two overdrive ratios (fifth and sixth) the smaller cars like the Celica and S2000 usually have one overdriven gear ratio (sixth) and fifth is 1:1.Clearly a slick-shifting manual transmission is one of the main components in a fun-to-drive car, along with a powerful engine, confidence-inspiring suspension and competent brakes. For more information on a manual transmissions primary partner component, check out our basic primer on clutches and clutch operation.附錄B 文獻(xiàn)翻譯手動變速器基礎(chǔ)汽車手動變速器相比于自動變速器的駕駛裝備來說，在駕駛方面擁有更多的樂趣，這已不再是什么秘密了。如果你有興趣超速駕駛，那么，你會贊賞對手動變速器汽車的超速進(jìn)行罰款。但是，手動擋變速器汽車是如何工作的？我們將原始的自動檔變速器（或slushboxex,因?yàn)榉磳φ哌@樣稱呼他們）提供給您審閱，我們認(rèn)為將一個概述手冊提供給合作伙伴是一個好主意。簡明的歷史教訓(xùn)表明，自從有了手動變速器，幾十年間，事實(shí)上，直至1938年通用汽車才開發(fā)了自動變速器。所有汽車才有了改變車型的想法?，F(xiàn)在多種類型的汽車上配備了自動變速器，雖然這是合乎邏輯的，例如，全尺寸轎車，越野車或皮卡。但事實(shí)上，相對于落后的運(yùn)動轎車，沒有比這更刺激的駕駛樂趣了。運(yùn)動跑車或兩個座位的跑車配備了精確地五檔或六檔變速器，這是為什么使得汽車如克爾維特，野馬Miata或任何寶馬轎車或跑車強(qiáng)調(diào)駕駛樂趣的汽車上市的原因了。我們知道一些類型的汽車手冊，現(xiàn)在讓我們看看他們?nèi)绾喂ぷ?。從六十年代最基本的四檔手動變速器汽車到今天的高科技六檔手動變速器汽車，這些手動檔變速器的原理是一樣的。駕駛者換擋是從一個齒輪到另一個齒輪，正常情況下，手動變速器螺栓連接離合器殼，而離合器殼的另一面通過螺栓與發(fā)動機(jī)后部相連。如果車輛是前輪驅(qū)動的汽車，變速器仍然以同樣的方式連接發(fā)動機(jī)，通常稱之為橋。這是因?yàn)樽兯倨鳎钏倨骱万?qū)動橋是一個完整的單元。前輪驅(qū)動的汽車變速器用于驅(qū)動前軸上的前輪。在下面的文章里，變速器和驅(qū)動橋都將提到并使用它。所有變速器的功能都是傳遞發(fā)動機(jī)的動力給后驅(qū)動輪（或前驅(qū)動輪）。變速器內(nèi)部的齒輪傳動改變車輛的速度和扭矩，它與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩有關(guān)。低（數(shù)值高）傳動比用于多種扭矩，它能夠幫助發(fā)動機(jī)獲得足夠的動力，用以加速或停車。起初，功率和扭矩從發(fā)動機(jī)的前端傳遞和旋轉(zhuǎn)至主傳動齒輪（或輸入軸）。其中，嚙合的從動齒輪或中間軸齒輪-一系列齒輪鍛造成一個類似于一組齒輪。在任何時候，從動齒輪都處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，離合器在一個運(yùn)行的引擎作用下運(yùn)行，無論是在齒輪傳動或是處于空擋。有兩種基本類型的手動檔變速器?；瑒育X輪式和常嚙合齒輪式。和基本的一樣-現(xiàn)在已經(jīng)過時-滑動齒輪類型，當(dāng)檔位處于空擋時，沒有什么使傳動箱內(nèi)除了主傳動齒輪及齒輪組轉(zhuǎn)動。為了使嚙合的齒輪適用于發(fā)動機(jī)的功率以驅(qū)動車輛，駕駛者踩踏離合器踏板和移動變速器操縱桿，這使得換擋拉線和撥叉促使齒輪沿主軸方向滑動，這就是直接換擋。一旦齒輪嚙合，離合器踏板釋放，發(fā)動機(jī)功率傳遞到驅(qū)動車輪?？赡苡袔讉€在不同軸頸上的齒輪和齒，變速器的換擋杠桿機(jī)構(gòu)是被設(shè)計(jì)用來方便駕駛員換擋的機(jī)構(gòu)。這些過時的變速器，齒輪的碰撞是一個問題，因?yàn)辇X輪都以不同的速度旋轉(zhuǎn)。所有的現(xiàn)代變速器都是常嚙合齒輪式，它仍然使用了類似的布置，齒輪滑動齒輪類型。然而，所有的主動齒輪與從動齒輪嚙合，這是因?yàn)辇X輪的主軸不以花鍵軸的形式存在，但他可以自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)常嚙合變速器，主要的傳動齒輪，齒輪組和所有的主軸齒輪總是旋轉(zhuǎn)的，這就是變速器的空檔。除了主軸上的齒輪都有爪形離合器，兩個主軸齒輪和爪形離合器都各設(shè)有一排齒，移動轉(zhuǎn)向杠桿機(jī)構(gòu)，爪形離合器的運(yùn)動對臨近主軸齒輪，造成自鎖和互鎖。為了防止在工作時齒輪磨損或發(fā)生碰撞，常嚙合，完全“同步”手動變速器裝有同步器。同步器通常包括一個內(nèi)花鍵轂，接合套，滑塊，鎖環(huán)（或彈簧）和卡環(huán)，該花鍵轂兩端分與兩個齒輪之間各裝有鎖環(huán)。這是手動變速器內(nèi)部工作的基本情況。至于使得變速器工作的更加合理，他們已經(jīng)進(jìn)行了多年的研究，主要是在該領(lǐng)域的其他裝備上。早在六十年代，四檔變速器在美國和歐洲的汽車上已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用。大多數(shù)汽車選擇了傳動比為1:1的變速器，而沒有設(shè)置超速檔。今天，幾乎所有的轎車都配備了超速5檔變速器。超速行駛使齒輪傳動的一種布置形式，它提供了更多更新的傳動方式。例如，車輛保持在同一速度下行駛，變速器四檔傳動比為1:1比五檔傳動比為0.70:1的變速器，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低百分之三十。因此，燃油效率將使發(fā)動機(jī)的磨損明顯減少。今天，六檔變速器也越來越常見。第一款在美國銷售的六檔變速器是89克爾維特。它是雪弗蘭和非德列斯哈芬齒輪廠，以及ZF建造在德國的公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的。如今，克爾維特使用Tremrc T56型的六檔變速器，并把它安裝在汽車的后部。許多汽車推出了六檔手動變速器，其中包括：馬自達(dá)Miata，保時捷Boxster S和911，道奇Viper,奔馳SLK350，本田S200，寶馬3系列和其他的許多汽車。這些變速器中有一些提供百分之五十（0.50:1）的六檔超速檔變速器，如毒蛇和克爾維特，而另一些則提供齒輪間距緊密的變速器，像S2000和Miata等，他們的駕駛性能一樣優(yōu)越。上文提到的大排量汽車，如毒蛇和克爾維特往往有兩個超速檔（五檔和六檔），小排量汽車，如切利卡和S2000往往有一個超速檔（六檔），而五檔傳動比是1:1。顯然，對強(qiáng)調(diào)駕駛樂趣的汽車來說，一個手動變速箱是它的一個重要組成部分，與之相匹配的還有一個強(qiáng)有力的發(fā)動機(jī)，牢固耐用的懸掛和安全的剎車。欲了解手動變速器及組成的更多信息，請查閱我們的基本入門，離合器和離合器的操作。8SY-025-BY-5畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表填表日期年 月 日迄今已進(jìn)行 周剩余 周學(xué)生姓名 系部汽車與交通工程學(xué)院專業(yè)、班級 指導(dǎo)教師姓名 職稱 從事專業(yè)車輛工程是否外聘是否題目名稱五檔變速器設(shè)計(jì)學(xué)生填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度已完成主要內(nèi)容待完成主要內(nèi)容存在問題及努力方向?qū)W生簽字： 指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日教研室意 見教研室主任簽字： 年 月 日本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)三軸式五檔手動變速器設(shè)計(jì)系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of The Five gear TransmissionCandidate： Specialty： Class： Supervisor： 2011-06Harbin 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是汽車總成部件中的重要組成部分，是主要的傳動系統(tǒng)。變速器的結(jié)構(gòu)要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。本文設(shè)計(jì)研究了三軸式五檔手動變速器，其目的主要是基于對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、AutoCAD等知識的熟練運(yùn)用和掌握，同時運(yùn)用汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、互換性測量等學(xué)科知識，對三軸式變速器的各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用AutoCAD軟件繪制裝配圖和零件圖等六項(xiàng)內(nèi)容。首先，本文將概述變速器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹變速器領(lǐng)域的最新發(fā)展?fàn)顩r。其次，對工作原理做了闡述，對不同的變速器傳動方案進(jìn)行比較，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。再次，對變速器的各檔齒輪和軸以及軸承做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了受力分析、強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算,并為為這些元件選擇合適的工程材料及熱處理方法。對一些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了選型以及變速器的傳動方案設(shè)計(jì)。簡單講述了變速器中各部件材料的選擇。最后，本文將對變速器換檔過程中的重要部件同步器以及操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行闡述，講述同步器的類型、工作原理、選擇方法以及重要參數(shù)。關(guān)鍵詞：變速器；傳動比；軸；齒輪；花鍵；校核ABSTRACTTransmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, Automotive transmission parts in the automobile assembly of an important part of the main drive system. Transmission of the power structure of the vehicle, economy, manipulation of the reliability and portability, the smooth drive and have a direct impact on efficiency. This design study of the three-axis 5-speed manual transmission, the purpose is based on the skillful of using mechanic theory ,mechanic design, AutoCAD. Meanwhile, my paper is incorporated structure of vehicle, design of vehicle, mechanic of materials, and survey of interchangeability. I will design the parts of three-shaft transmission, and using Auto CAD software, drawing assembly drawings and parts diagrams of five elements. At the same time the use of vehicle construction, automotive design, material mechanics, interchangeability of measurement knowledge of the subjects on the three-axis gearbox design file 12.At first, I will give a summary of the current situation and the tendency of development of the vehicle transmission, and introduce the latest development state in the field of the transmission.The second, I will compare the transmitting scheme of different transmission, and choose a better structure scheme.Next, I will do some mechanic analyses, strength, stiffness check of the shafts and gears, which are the important parts of the transmission, and choose appropriate materials and heat treatment.At last, I will introduce the operation mechanism and the synchronizer, which plays an important role in changing gear. I will give an account of the type, operation, design procedure and major parameter of the synchronizer.At the supplement, I will write some thing like formula, tableau graph and so on. It may be helpful for the future design.Key words: Transmission；Transmission Ratio；Shaft；Gear；spline； CheckingII 目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1汽車變速器的概述11.2汽車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果21.3汽車變速器設(shè)計(jì)的目的和意義41.4汽車變速器的設(shè)計(jì)方法和研究內(nèi)容5第2章 變速器的結(jié)構(gòu)方案的確定62.1變速器傳動機(jī)構(gòu)分析和布置方案的設(shè)計(jì)62.1.1兩軸式變速器和中間軸式變速器的特點(diǎn)分析62.1.2變速器倒擋布置方案分析確定72.1.3傳動機(jī)構(gòu)布置中齒輪安排的分析確定82.2變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析確定92.2.1齒輪形式92.2.2變速器自動脫檔機(jī)構(gòu)形式分析確定102.3本章小結(jié)11第3章 變速器主要參數(shù)的選擇123.1變速器檔位數(shù)目及各檔傳動比123.1.1變速器檔位數(shù)目的確定123.1.2主減速比的確定123.1.3 變速器檔傳動比的確定133.1.4變速器各檔傳動比的確定153.2變速器中心距的確定153.3變速器的外形尺寸163.4變速器的齒輪參數(shù)的確定173.4.1齒輪齒數(shù)173.4.2齒輪模數(shù)173.4.3齒形、壓力角及螺旋角193.4.4齒寬213.4.5齒頂高系數(shù)213.4.6齒輪的修正213.5變速器各檔齒輪齒數(shù)的分配233.5.1確定一擋齒輪的齒數(shù)233.5.2對中心距進(jìn)行修正233.5.3確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)243.5.4確定其他各檔的齒數(shù)263.5.5確定倒檔齒輪齒數(shù)313.6本章小結(jié)33第4章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)及校核344.1 齒輪的材料選擇344.1.1 齒輪壞損形式及避免錯失344.1.2 齒輪的材料選擇354.2計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩364.3齒輪的強(qiáng)度計(jì)算364.3.1輪齒的彎曲應(yīng)力364.3.2輪齒接觸應(yīng)力394.3.3各檔齒輪的強(qiáng)度計(jì)算校核404.4計(jì)算各檔齒輪的受力484.5本章小結(jié)51第5章 變速器軸和軸承的設(shè)計(jì)及校核525.1軸的設(shè)計(jì)52 5.1.1軸的功用及其設(shè)計(jì)要求525.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)525.1.3軸的尺寸535.2軸的強(qiáng)度驗(yàn)算545.2.1軸的剛度驗(yàn)算545.2.2軸的強(qiáng)度計(jì)算595.2.3軸承的選擇及校核615.3本章小結(jié)65第6章 同步器的確定666.1鎖銷式同步器666.2鎖環(huán)式同步器676.3本章小結(jié)68第7章 操縱機(jī)構(gòu)和箱體的確定697.1操縱機(jī)構(gòu)的功用697.2 換檔位置697.3變速桿的布置697.3.1直接操縱手動換擋變速器697.3.2遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器707.4鎖止裝置707.4.1互鎖裝置707.4.2自鎖裝置717.4.3倒檔鎖裝置717.5變速器箱體的設(shè)計(jì)717.6本章小結(jié)72結(jié)論73參考文獻(xiàn)74致謝75附錄76第1章 緒 論1.1汽車變速器的概述汽車是一種快速機(jī)動的道路交通工具。一般是指自帶動力裝置的可以獨(dú)立行駛并完成運(yùn)載任務(wù)的輪式車輛，具有四個或四個以上的車輪。按照國家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)規(guī)定，汽車可分為載貨汽車，越野汽車，自卸汽車，牽引汽車，專業(yè)汽車，客車，轎車等種類。汽車的基本組成是相同的，均由發(fā)動機(jī)，底盤，車身和電氣設(shè)備四大部分組成，現(xiàn)代汽車將以往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)為主要動力源，而發(fā)動機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速與汽車的牽引力、車速要求之間的矛盾，靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。為此，在汽車傳動系中設(shè)置了變速器和主減速器。既可使驅(qū)動車輪的扭矩增大為發(fā)動機(jī)扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的若干分之一。變速器用于改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下，滿足驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，今后要求汽車車型的多樣化、個性化、智能化已成為汽車的發(fā)展趨勢。但變速器設(shè)計(jì)一直是汽車設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。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(jī)的最低穩(wěn)定車速是難以達(dá)到的。變速器的倒檔使汽車能倒退行駛；其空檔使汽車在啟動發(fā)動機(jī)、停車和滑行時能長時間將發(fā)動機(jī)和傳動系分離1。變速器的結(jié)構(gòu)除了對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性有影響同時對汽車操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒檔安全裝置，其他結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不產(chǎn)生跳檔、亂檔、自動脫檔和誤掛倒檔；采用同步器可使換檔輕便，無沖擊及噪聲；采用斜齒輪、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低，不同的傳動比還可以使在其不同路面提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，使汽車和發(fā)動機(jī)有良好的匹配性。1.2汽車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機(jī)械式變速器不能滿足人們的需要。從40年代初，美國成功研制出兩檔的液力-機(jī)械變速器以來，自動變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。80年代，美國已將液力自動變速器作為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。1983年時，美國通用汽車公司的自動變速器裝車率已經(jīng)達(dá)到了94%。近些年來，由于電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動變速器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。自動變速器與機(jī)械式變速器相比，具有許多不可比擬的優(yōu)勢：提高發(fā)動機(jī)和傳動系的使用壽命；提高汽車的通過性；具有良好的自適應(yīng)性；操縱更加方便。目前，國內(nèi)變速器廠商都朝無級變速器和自動變速器方向發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無級變速器，而重型汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。汽車行駛的速度是不斷變化的，這就要求汽車的變速器的變速比要盡量多，這就是無級變速(Continuously Variable Transmission簡稱CVT) 。盡管傳統(tǒng)的齒輪變速箱并不理想，但其以結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點(diǎn)依然占領(lǐng)著汽車變速箱的主流地位2。在跨越了三個世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級變速箱。這是汽車的無奈和缺憾。但是,人們始終沒有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力,各大汽車廠商對無級變速器(CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極度重視CVT在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標(biāo)。圍繞汽車變速箱四個研究方向，各國汽車變速器專家展開了激烈的角逐。1摩擦傳動CVT金屬帶式無級變速箱3 (VDT-CVT)的傳動功率已能達(dá)到轎車實(shí)用的要求，裝備金屬帶式無級變速箱的轎車已達(dá)100多萬輛。據(jù)報(bào)道：大排量6缸內(nèi)燃機(jī)（2.8L）的奧迪A6轎車上裝備的金屬帶式無級變速箱Multitronic CVT ，能傳動142kw（193bhp）功率，280 Nm扭矩。這是真正意義的無級變速器4。另一種摩擦傳動CVT(名為Extroid CVT)是滾輪轉(zhuǎn)盤式。日產(chǎn)把它裝在概念車XVL上首次于去年東京車展展示，新款公爵(Cedric)車也裝用這種CVT?？膳c3L以上排量的大馬力內(nèi)燃機(jī)(XVL的引擎輸出為330 Nm /194kw)搭配使用，可謂汽車變速箱發(fā)展史上又一重要進(jìn)步。從V形橡膠帶CVT到V型金屬帶CVT再到滾輪轉(zhuǎn)盤式CVT，摩擦傳動CVT的研究已持續(xù)了整整一個世紀(jì)，盡管摩擦傳動無級變速器的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到很高的水平，也已經(jīng)裝備上汽車達(dá)到了實(shí)用的水平5。但齒輪變速箱依然占據(jù)著半壁河山，這至少說明了四個問題：（1）無級變速（CVT）是汽車變速箱始終追逐的目標(biāo)。（2）摩擦傳動CVT實(shí)現(xiàn)大功率的無級變速傳動是極為困難的。（3）摩擦傳動CVT傳動效率低是必然的。（4）摩擦傳動CVT的效率，功率無法與齒輪變速相比。2液力傳動6人們經(jīng)常把液力自動變速器（AT）和無級變速器（CVT）兩個概念混為一談。實(shí)際上這兩種變速器工作原理完全不同。液力自動變速器免除了手動變速器繁雜的換檔和腳踩離合器踏板的頻繁操作，使開車變得簡單、省力。但是, 液力自動變速器（AT）不是無級變速，是有級變速的自動控制，沒有從根本上滿足汽車對變速器的要求。從原始橡膠帶無級變速箱到現(xiàn)代金屬鏈無級變速箱、滾輪轉(zhuǎn)盤式CVT，百年大回轉(zhuǎn)說明：無級變速箱是汽車變速箱的最終歸屬，液力自動變速器只不過是一種過渡產(chǎn)品。3電控機(jī)械式自動變速器電控機(jī)械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission簡稱AMT)和液力自動變速器（AT）一樣，不是無級變速器，是有級變速器的自動換檔控制。其特點(diǎn)是機(jī)械傳動部分沿用了傳統(tǒng)的有級變速箱，但控制參量太多，實(shí)現(xiàn)自動控制相當(dāng)困難。 4齒輪無級變速器齒輪無級變速器（Gear Continuously Variable Transmission）這是一種全新的設(shè)計(jì)思想，是利用齒輪傳動實(shí)現(xiàn)高效率、大功率的無級變速傳動。據(jù)最新消息：一種齒輪無級變速裝置(Gear Continuously Variable Transmission簡稱G-CVT)已經(jīng)試制成功，并已經(jīng)進(jìn)行了多次樣機(jī)試驗(yàn)。齒輪無級變速裝置結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，只有不足20種非標(biāo)零件，51個零件，生產(chǎn)成本甚至低于手動變速箱。預(yù)計(jì)今年進(jìn)行裝車試驗(yàn)7。齒輪無級變速器的優(yōu)勢表現(xiàn)為：（1）傳動功率大，200KW的傳動功率是很容易達(dá)到的；（2）傳動效率高，90%以上的傳動效率是很容易達(dá)到的；（3）結(jié)構(gòu)簡單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當(dāng)于自動變速箱的1/10；（4）對汽車而言，提高傳動效率，節(jié)油20%；（5）發(fā)動機(jī)在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對環(huán)境的污染。1.3汽車變速器設(shè)計(jì)的目的和意義現(xiàn)代汽車的動力設(shè)置，幾乎都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。它具有體積小，質(zhì)量輕，工作可靠，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但其性能與汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。大家知道，汽車需要克服作用在它上面的阻力，才能起步和正常的行駛。即使在平坦的柏油路上，汽車以低速等速直線行駛，也需要克服約占汽車總質(zhì)量1.5%的滾動阻力。 例如，NJ130汽車，滿載時總質(zhì)量為5360kg，其滾動阻力為800N左右。若需要滿載汽車在坡度為9%的道路上等速上坡行駛，僅上坡阻力就達(dá)4824N。如果用發(fā)動機(jī)直接帶動汽車驅(qū)動輪，則發(fā)動機(jī)需要發(fā)出2050 Nm的扭矩。而NJ130汽車發(fā)動機(jī)的最大扭矩只有205Nm，此時，所產(chǎn)生的最大牽引力為482N，和上坡阻力相差10倍之多。顯然，如此小的牽引力，不僅不能上坡行駛，即使在平坦的道路上也不能行駛。另一方面，NJ130汽車發(fā)動機(jī)，最大功率為51.5kW，此時曲軸的轉(zhuǎn)速為2800r/min。如發(fā)動機(jī)和車輪直接相連，則對應(yīng)于該轉(zhuǎn)速所換算的汽車速度，竟達(dá)到458km/h。顯然，這樣高的車速是不能實(shí)現(xiàn)的。上述發(fā)動機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速與汽車的牽引力、車速要求之間的矛盾，靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。汽車發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化范圍小，而多變的使用環(huán)境要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為此，在傳動系中設(shè)置了變速器，用于轉(zhuǎn)變發(fā)動機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同要求的需要，以適應(yīng)汽車經(jīng)常變化的行駛條件，并與發(fā)動機(jī)配合工作，使汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。既可使驅(qū)動車輪的扭矩增大為發(fā)動機(jī)扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的若干分之一。此外，汽車的使用條件頗為復(fù)雜，變化很大。如汽車的載貨量、道路坡度、路面好壞以及交通情況等。這就要求汽車的牽引力和車速具有較大的變化范圍，以及適應(yīng)使用的需要。當(dāng)汽車在平坦的道路上，以高速行駛時，可掛入變速器的高速檔；而在不平的路上或爬較大的坡道時，則應(yīng)掛入變速器的低速檔。根據(jù)汽車的使用條件，選擇合適的變速器檔位，不僅是汽車動力性的要求，而且也是汽車燃料經(jīng)濟(jì)性的要求。例如，汽車在同樣的載貨量、道路、車速等條件下行時，往往可掛入較高的變速器檔位，也可掛入較低的檔位工作。此時只是發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速或大或小而已，可是發(fā)動機(jī)在不同的工況下，燃料的消耗量是不一樣的。一般變速器具有四個或更多的檔位，駕駛員可根據(jù)情況選擇合適的檔位，使發(fā)動機(jī)燃料消耗量減小。汽車在某些情況下，如進(jìn)出停車場或車庫，或在較窄的路上掉頭等需要倒向行駛。然而，汽車發(fā)動機(jī)不能倒轉(zhuǎn)工作，因此在變速器設(shè)立倒檔。此外，變速器還設(shè)有空檔，可中斷動力傳遞，以滿足汽車暫時停止行駛和對發(fā)動機(jī)檢查調(diào)整的需要。1.4汽車變速器的設(shè)計(jì)方法和研究內(nèi)容在本次設(shè)計(jì)中，由于是對傳統(tǒng)的變速器進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中參考了一汽集團(tuán)的CA1051K26L4-3中型貨車的變速器，采用了鎖環(huán)式同步器的換檔方式8。在設(shè)計(jì)中，我們除了對汽車變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的布置外，還運(yùn)用了材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等知識，對變速器的重要零件軸和齒輪進(jìn)行受力分析，強(qiáng)度、剛度的校核，以及為這些零件選擇合理的工程材料和熱處理方法，同時也為變速器選擇合理的同步器和操縱機(jī)構(gòu)。通過參考CA1051K26L4-3中型貨車的變速器，對變速器進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)布置，校核軸和齒輪的強(qiáng)度、剛度，選擇材料和熱處理方法；后面的主要任務(wù)是繪制變速器的裝配圖和重要的零件圖，確定個零件的精度等級及其它參數(shù)；最后，是對整體論文的編寫整理整個設(shè)計(jì)過程中的各種資料，以及對前期設(shè)計(jì)中的錯誤做出修改。本設(shè)計(jì)是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的變速器作為設(shè)計(jì)原型，在給定發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，自己獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的中間軸式五檔變速器。其中本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分是檔位傳動比的選擇及計(jì)算依據(jù)、齒輪參數(shù)的選擇計(jì)算及校核、二軸及中間軸的強(qiáng)度校核等。第2章 變速器的結(jié)構(gòu)方案的確定2.1變速器傳動機(jī)構(gòu)分析和布置方案的設(shè)計(jì)目前，汽車上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國汽車的使用、制造、修理等條件不同，也是由于各種類型汽車的使用要求不同所決定的。盡管如此，一般變速器的結(jié)構(gòu)形式，仍具有很多共同點(diǎn)。各種機(jī)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)隨主觀和客觀條件的變化而變化。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入實(shí)際，收集資料，調(diào)查研究，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并盡可能地考慮到產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后確定較合適的方案。機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用9。通常，有級變速器具有三個、四個、五個前進(jìn)檔；重型載貨汽車和重型越野車則采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多大616個甚至20個。變速器檔位的增多可提高發(fā)動機(jī)的功率利用率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和平均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但檔位數(shù)的增多也使變速器的尺寸及質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，操縱也復(fù)雜。某些轎車和貨車的變速器，采用僅在良好的路面和空載行駛時才使用的超速檔。采用傳動比小于1（約為0.70.8）的超速檔，可充分地利用發(fā)動機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會減少發(fā)動機(jī)的磨損，降低燃料消耗。但與傳動比為1的直接檔比較，采用超速檔會降低傳動效率。機(jī)械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括齒輪副的數(shù)目、齒輪的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。2.1.1兩軸式變速器和中間軸式變速器的特點(diǎn)分析1兩軸式變速器 兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，發(fā)動機(jī)橫置時則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他檔位均采用常嚙合齒輪傳動。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高，同時噪聲低。但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，工作噪聲增大且易損壞；受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計(jì)的很大；對于前進(jìn)檔，兩軸式變速器輸入軸的傳動方向與輸出軸的傳動方向相反。2中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體。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條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔，變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，發(fā)動機(jī)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(dá)90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訖n的利用率要高于其他檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其他前進(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)傳動方案中除了一檔以外的其他檔位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或結(jié)合套換擋，還有各檔同步器或結(jié)合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。在除直接檔以外的其他檔位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。2.1.2變速器倒檔布置方案分析確定倒檔齒輪的結(jié)構(gòu)及其軸的位置，應(yīng)與變速器的整體結(jié)構(gòu)方案同時考慮。倒檔設(shè)計(jì)在變速器的左側(cè)或右側(cè)在機(jī)構(gòu)上均能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒檔時駕駛員移動變速桿的方向改變了。在結(jié)構(gòu)布置上，要注意的是在不掛入倒檔時，為了防止意外掛入倒檔，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。倒檔齒輪不能與第二軸齒輪有嚙合的狀況。換倒檔時能順利換入倒檔，而不和其它齒輪發(fā)生干涉10。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(shí)現(xiàn)換倒檔，故多數(shù)方案采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案；也有利用兩個聯(lián)體齒輪方案的。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒，是在最不利的正、負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作；而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，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)雜和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。圖2-1 倒檔布置方案圖2-1為常見的倒檔布置方案。圖2-1b所示方案的優(yōu)點(diǎn)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。但換擋時有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合，使換檔困難。圖2-1c所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖2-1d所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便，且能獲得較大的倒檔傳動比。圖2-1e所示方案針對圖2-1c所示方案的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖2-1c所示方案。圖2-1f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2-1g所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒檔傳動采用圖2-1h所示方案。其缺點(diǎn)是倒檔須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。故采用2-1a方案。2.1.3傳動機(jī)構(gòu)布置中齒輪安排的分析確定各齒輪副的相對安裝位置對于整個變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各檔位置的安排應(yīng)考慮以下四個方面：1整車總布置 根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸和輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。2駕駛員的使用習(xí)慣 有人認(rèn)為人們習(xí)慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到左排列來換檔。但是也有人認(rèn)為應(yīng)該將常用檔位放在中間位置。值得注意的是倒檔，雖然他是平常換檔序列之外的一個特殊檔位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。按習(xí)慣，倒檔最好與序列不接合。否則，從安全角度考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。在五檔變速其中，倒檔與序列接合與不接合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個撥叉和一根變速滑桿，后者的布置適當(dāng)，則可使變速器的軸向長度縮短。3提高平均傳動效率 為提高平均傳動效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動方案，并盡可能地將使用時間最多的檔位設(shè)計(jì)成直接檔。4改善齒輪受載狀況 各檔齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。承受載荷大的低檔齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以較小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支撐較遠(yuǎn)處較好。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。因?yàn)樽兯倨髟谝粰n和倒檔工作時有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒檔，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高檔順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒檔的傳動比雖然與一檔的傳動比接近，但因?yàn)槭褂玫箼n的時間非常短，從這點(diǎn)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，齒輪磨損與噪聲在短時間內(nèi)略有增加，與此同時在一檔工作時齒輪的磨損與噪聲有所減少。綜上所述，由于本次設(shè)計(jì)的為中型貨車變速器，布置形式采用發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動，變速器布置的空間較大，對變速器的結(jié)構(gòu)要求較高，要求運(yùn)行時噪聲要小，故選用三軸五檔變速器，并且五檔為直接檔。采用圖2-1d的倒檔布置形式。2.2變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析確定2.2.1齒輪形式變速器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，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、作時噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時工藝復(fù)雜，工作時有軸向力。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)致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔。變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度（圖2-2）影響齒輪強(qiáng)度。要求尺寸應(yīng)該大于或等于輪齒危險(xiǎn)斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸要求： (3.1)式中：花鍵內(nèi)徑。圖2-2 變速器齒輪尺寸控制圖為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度應(yīng)在滿足強(qiáng)度條件下設(shè)計(jì)得薄些。圖3-2中的尺寸可取為花鍵內(nèi)徑的1.251.40倍。齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在m范圍內(nèi)選用。2.2.2變速器自動脫檔機(jī)構(gòu)形式分析確定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)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種：1將兩接合齒的嚙合位置錯開，如圖2-3a所示。這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒的13mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來阻止接合齒自動脫檔。2將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?.30.6mm），這樣，換檔后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動脫檔，如圖2-3b所示。3將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜23），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力，如圖2-3c所示。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)并加工成臺階形狀，也具有相同的阻止自動脫檔的效果。a） b) c)圖2-3防止自動脫擋的機(jī)構(gòu)措施2.3本章小結(jié)本章主要針對變速器傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和布置方案方案的確定以及變速器零、部件的結(jié)構(gòu)的確定，為下面的設(shè)計(jì)過程作鋪墊。第3章 變速器主要參數(shù)的選擇3.1變速器檔位數(shù)目及各檔傳動比3.1.1變速器檔位數(shù)目的確定對不同類型的汽車，具有不同的傳動系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同。而傳動系的檔位數(shù)的多少對汽車動力性、經(jīng)濟(jì)性影響很大。檔數(shù)多，可以使發(fā)動機(jī)經(jīng)常在最大功率附近的轉(zhuǎn)速工作，而且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍小，發(fā)動機(jī)平均功率高，故可提高汽車的動力性。即提高汽車的加速能力和爬坡能力。檔數(shù)多也增加了發(fā)動機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性，因而提高了汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。檔數(shù)多少還影響相鄰的低檔與高檔間傳動比的比值。檔數(shù)多，則此比值小，換檔容易。相鄰的低檔與高檔間傳動比的比值不應(yīng)大于1.8，而且高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。檔數(shù)多的缺點(diǎn)是使變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量增大、操縱不輕便等。CA5-38變速器參數(shù)：發(fā)動機(jī)最大功率88 Kw車輪滾動半徑0.41m發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩245 Nm額定轉(zhuǎn)速3200 r/min最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速2000 r/min最高車速95 km/h總質(zhì)量5500 r/min最大功率時轉(zhuǎn)速5000 r/min3.1.2主減速比的確定 (3.1)式中： 汽車行駛速度（km/h）； 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）； 車輪滾動半徑（m）； 變速器傳動比； 主減速器傳動比。 (3.2)式中： 發(fā)動機(jī)最大扭矩（Nm）； 發(fā)動機(jī)最大功率（Kw）；發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速（r/min）轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)=1.11.3 (3.3)式中： 發(fā)動機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速已知：最高車速=95 km/h；最高檔為直接檔，傳動比=1；車輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格7.5016得到=0.41(m)；發(fā)動機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速=2000 (r/min)；轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)=1.11.3；由公式（3.2）和（3.3）得到發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速=4000 (r/min)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速=4000（r/min）；由公式（3.1）得到主減速器傳動比：3.1.3 變速器一檔傳動比的確定在選擇最低檔傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動車輪和地面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動車輪的滾動半徑等來綜合考慮來確定。汽車行駛方程式 (3.4)汽車爬坡時車速不高，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： (3.5)一般貨車的最大爬坡度約為30%，即=16.7則由最大爬坡度要求的變速器1擋傳動比為： (3.6)式中：汽車總質(zhì)量，Kg；重力加速度，m/s；道路附著系數(shù)，；驅(qū)動車輪的滾動半徑，m；發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，Nm主減速比，；汽車傳動系的傳動效率，。將各數(shù)據(jù)代入式(3.6)中得：根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件：(3.7)可求得變速器一檔傳動比為： (3.8) 式中：汽車滿載靜止與水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷，因?yàn)樨涇?2后輪雙胎滿載時后軸的軸荷分配范圍為60%68%4，所以G2=55009.865=35035N道路的附著系數(shù)，計(jì)算時??；其他參數(shù)同式(3.6)。將各數(shù)據(jù)代入式(3.8)得：通過以上計(jì)算可得到5.3136.006，國產(chǎn)汽車中，轎車變速器傳動比變化范圍是34，中、輕型貨車約為56，其他貨車在7以上。所以在本設(shè)計(jì)中，取。3.1.4變速器各檔傳動比的確定變速器各檔傳動比之間的關(guān)系基本是幾何級數(shù),故相鄰檔位傳動比比值就是幾何級數(shù)的公比；但是實(shí)際上與理論值略有出入，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(jī)參數(shù)的合理匹配。此變速器的最高檔為直接檔，其傳動比為1.0，一檔傳動比初選為5.625中間各檔的傳動比按理論公式 （其中n為檔位數(shù)）求得公比。因?yàn)?，所以?.2變速器中心距的確定對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距；對兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸線之間的距離稱之為變速器中心距。它是一個基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一檔小齒輪齒數(shù)不能過少的限制，要求中心距也要取大些。還有，變速器中心距取得過小，會使變速器長度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。中間軸式變速器的中心距(mm)可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選，經(jīng)驗(yàn)公式為： (3.9)式中：中心距系數(shù)，乘用車： ，商用車： 發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(Nm)；變速器一擋傳動比；變速器的傳動效率，取96%；將各數(shù)代入式(3.9)中得 也可以由發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出：(3.10)式中：按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩直接求時的中心距系數(shù)，對乘用車取14.516.0；對商用車取17.019.5將各數(shù)代入式(3.10)中得綜上所述，初選中心距=110mm。3.3變速器的外形尺寸變速器的外形尺寸主要指變速器的軸向尺寸，其軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式、換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系，設(shè)計(jì)初可根據(jù)中心距的尺寸參照下列關(guān)系式初選。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 （2.22.7）五檔 （2.73.0）六檔 （3.23.5）此變速器為五檔，故外形尺寸為（2.73.0）=291330mm。3.4變速器的齒輪參數(shù)的確定3.4.1齒輪齒數(shù)確定變速器齒輪齒數(shù)時，應(yīng)考慮：1盡量符合動力性、經(jīng)濟(jì)性等對各檔傳動比的要求；2最少齒數(shù)不應(yīng)產(chǎn)生根切。通常，變速器中間軸一檔齒輪是齒數(shù)最少的齒輪，此齒輪不應(yīng)產(chǎn)生根切，而且齒根圓直徑應(yīng)大于中間軸直徑；3互相嚙合的齒輪，齒數(shù)間不應(yīng)有公因數(shù)，速度高的齒輪更應(yīng)注意這點(diǎn)；4齒數(shù)多，可降低齒輪傳動的躁聲。3.4.2齒輪模數(shù)齒輪模數(shù)由輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所決定。選擇模數(shù)時應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對轎車很重要，而對載貨汽車則應(yīng)重視減小質(zhì)量。根據(jù)圓柱齒輪強(qiáng)度的簡化計(jì)算方法，可列出齒輪模數(shù)m與彎曲應(yīng)力之間有如下關(guān)系：直齒輪模數(shù) (3.11)式中 計(jì)算載荷，Nmm；應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取1.65；摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9；齒輪齒數(shù)；齒寬系數(shù)，直齒齒輪取4.47.0；齒形系數(shù)，見圖3-1；輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng)時，直齒齒輪的許用應(yīng)力MPa。斜齒輪法向模數(shù) (3.12)式中 計(jì)算載荷，Nmm；應(yīng)力集中系數(shù)，斜齒齒輪取1.5；斜齒螺旋角；摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9；齒輪齒數(shù)；齒寬系數(shù)，斜齒齒輪取7.08.6；齒形系數(shù)，見圖3-1；輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng)時，對乘用車變速器斜齒齒輪的許用應(yīng)力MPa，商用車變速器斜齒齒輪的許用應(yīng)力MPa。從輪齒應(yīng)力的合理性及強(qiáng)度考慮,每對齒輪應(yīng)有各自的模數(shù),但出于工藝考慮，模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一,多采用折衷方案。表3.1給出了汽車變速器齒輪模數(shù)范圍。表3.1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù)（mm）車型乘用車的發(fā)動機(jī)排量V/L貨車的最大總質(zhì)量/t1.0V1.61.6V2.56.014.014.0模數(shù)/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00設(shè)計(jì)時所選模數(shù)應(yīng)符合國標(biāo)GB1357-78規(guī)定（表3.1）并滿足強(qiáng)度要求。表3.2 汽車變速器常用齒輪模數(shù)（mm）一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.75（3.25）3.50（3.75）4.505.50圖3-1 齒形系數(shù)y（當(dāng)載荷作用在齒頂,=20,=1.0）嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量在1.814.0t的貨車為2.03.5mm；總質(zhì)量大于14.0t的貨車為3.55.0mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換檔。由表3.1和表3.2并且參照同類車型選取模數(shù)3.4.3齒形、壓力角及螺旋角壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)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。變速器齒輪用20,嚙合套或同步器的接合齒壓力角用30。斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。選斜齒輪的螺旋角，要注意它對齒輪工作噪聲齒輪的強(qiáng)度和軸向力的影響。從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用：兩軸式變速器為 ：2030中間軸式變速器為：2234貨車變速器：1834汽車變速器的齒形、壓力角及螺旋角按表3.3選取。表3.3 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角項(xiàng)目車型齒形壓力角螺旋角轎車高齒并修形的齒形，一般貨車GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形重型車GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形低檔、倒檔齒輪，小螺旋角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)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時的受力均勻程度等均有影響?？紤]到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減少質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬窄又會使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用寬些的齒寬，工作時會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m(mn)的大小來選定齒寬直齒，為齒寬系數(shù)，取為4.58.0；斜齒，取為6.08.5。采用嚙合套或同步器換檔時，其接合齒的工作寬度初選時可取為24mm。第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，使接觸線長度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動平穩(wěn)性和齒輪壽命。對于模數(shù)相同的各檔齒輪，檔位低的齒輪的齒寬系數(shù)取的稍大。3.4.5齒頂高系數(shù)齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.750.80的短齒制齒輪。我國規(guī)定，齒頂高系數(shù)取為1.00。3.4.6齒輪的修正為了改善齒輪傳動的某些性能，常對齒輪進(jìn)行修正。修正的方法有三種：1加工時改變刀具與齒輪毛坯的相對位置，又稱變位；2改變刀具的原始齒廓參數(shù)；3改變齒輪齒廓的局部漸開線，又稱修形。齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。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(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度想接近的程度。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時增加一對齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免了其缺點(diǎn)。有幾對齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器，會因保證各檔傳動比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對齒輪有相同的中心距，此時應(yīng)對齒輪進(jìn)行變位。當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動或高度變位時，則對齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質(zhì)量指標(biāo)，故采用的較多。對斜齒輪傳動，還可通過選擇合適的螺旋角來達(dá)到中心距相同的要求。變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時還承受沖擊負(fù)荷。對于高檔齒輪，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對于低檔齒輪，由于小齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象?？傋兾幌禂?shù)越小，一對齒輪齒根總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。但是由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動，故噪聲要小些。根據(jù)上述理由，為降低噪聲，對于變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動。3.5變速器各檔齒輪齒數(shù)的分配圖3-3變速器傳動示意圖在初選中心距、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。3.5.1確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔齒輪選用斜齒圓柱齒輪，模數(shù)=4mm，初選螺旋角=22。中間軸一檔齒輪齒數(shù)，貨車可在12-17之間選用，最小為12-14，取=13，一檔齒輪為斜齒輪。一檔傳動比為: (3.15)為了求，的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和， 斜齒: (3.16)=50.995取整為51即=-=51-13=383.5.2對中心距進(jìn)行修正因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正