橋車(chē)手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)（5+1）【轎車(chē)5擋機(jī)械式手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)】【微型轎車(chē)五菱宏光】

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In conditions that knowing the engine output torque , speed of engine and maximum speed of vehicles, maximum degree, focuson the designing of transmission gear structural parameters, axis geometry design computation; as well as the transmission and drive program structure design ，Structure by the process performance together, and fit and strong, smooth transmission and low noise, fuel-efficient and low cost。Key words: transmission ; gear ; synchrotron ; design 29第一章 緒論 變速器是用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車(chē)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(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪牽引力及車(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工況下，使汽車(chē)獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能直接影響汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的參數(shù)源于微型轎車(chē)五菱宏光而開(kāi)展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來(lái)源于此種車(chē)型：主減速比4.75最高時(shí)速140km/h輪胎型號(hào)175/ 70 R14發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)L2B最大扭矩3600-4000r/min(rpm)最大功率5800r/min(rpm) 本設(shè)計(jì)側(cè)重于手動(dòng)變速器的齒輪和軸的計(jì)算與校核，關(guān)于同步器和掛檔機(jī)構(gòu)由10級(jí)學(xué)生朱繼軍完成。1.1手動(dòng)變速器的應(yīng)用與發(fā)展 面對(duì)日益增長(zhǎng)的乘用車(chē)市場(chǎng)，乘用車(chē)變速器的市場(chǎng)規(guī)模也將越來(lái)越大。2006年中國(guó)手動(dòng)檔乘用車(chē)共銷(xiāo)售354.54萬(wàn)臺(tái)。在中國(guó)每個(gè)大城市路況越來(lái)越擁堵的今天，堵車(chē)時(shí)走走停停的狀態(tài)下，手動(dòng)擋操作繁瑣的劣勢(shì)更為突出。因此，目前國(guó)內(nèi)轎車(chē)市場(chǎng)上，手動(dòng)擋車(chē)型的市場(chǎng)正在被各式各樣的自動(dòng)擋車(chē)型蠶食，而在汽車(chē)工業(yè)高度發(fā)達(dá)的歐洲，手動(dòng)擋車(chē)型依舊占有很大的市場(chǎng)份額。這說(shuō)明，在許多追求純粹駕駛樂(lè)趣的人眼里，那種離合器、油門(mén)以及擋桿之間綿密細(xì)膩的配合樂(lè)趣是自動(dòng)擋所無(wú)法替代的。1.2變速器作用（1）、改變傳動(dòng)比，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，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作；（2）、在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車(chē)能倒退行駛；（3）、利用空檔，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于發(fā)動(dòng)機(jī)換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。1.3變速器的形式 汽車(chē)變速箱大致分為以下類(lèi)型： 手動(dòng)變速器（MT） 手動(dòng)變速箱稱(chēng)手動(dòng)變速器（ManualTransmission，簡(jiǎn)稱(chēng)MT）又稱(chēng)機(jī)械式變速器，即必須用手撥動(dòng)變速桿（俗稱(chēng)“擋把”）才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的。踩下離合時(shí)，方可撥得動(dòng)變速桿。2）自動(dòng)變速器（AT） AT(automatic transmission)代表自動(dòng)變速器， 自動(dòng)變速器又稱(chēng)自動(dòng)檔。自動(dòng)變速器由：液力變扭器、行星齒輪變速器、控制機(jī)構(gòu)組成。自動(dòng)變速器具有操作容易、駕駛舒適、能減少駕駛者疲勞的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代轎車(chē)配置的一種發(fā)展方向。裝有自動(dòng)變速器的汽車(chē)能根據(jù)路面狀況自動(dòng)變速變矩，駕駛者可以全神貫注地注視路面交通而不會(huì)被換擋搞得手忙腳亂。 汽車(chē)自動(dòng)變速器常見(jiàn)的有三種型式：分別是液力自動(dòng)變速器(AT)、機(jī)械無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器(CVT)、電控機(jī)械自動(dòng)變速器(AMT)。目前轎車(chē)普遍使用的是AT，AT幾乎成為自動(dòng)變速器的代名詞。 AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過(guò)液力傳遞和齒輪組合的方式來(lái)達(dá)到變速變矩。其中液力變扭器是AT最重要的部件，它由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪等構(gòu)件組成，兼有傳遞扭矩和離合的作用。3）電腦控制液力換擋機(jī)械式變速器（AMT） AMT變速箱是在干式離合器和齒輪變速器基礎(chǔ)上加裝微機(jī)控制的自動(dòng)變速系統(tǒng)，能根據(jù)車(chē)速、油門(mén)、駕駛員命令等參數(shù)，確定最佳檔位控制原來(lái)由駕駛員人工完成的離合器分離與接合、換檔手柄的摘檔與掛檔以及發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)開(kāi)度的同步調(diào)節(jié)等操作過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)換檔過(guò)程的操作自動(dòng)化。AMT變速箱采用的是手動(dòng)變速箱的齒輪式機(jī)械變速模式，相對(duì)于傳統(tǒng)自動(dòng)變速箱的液體傳動(dòng)4）CVT無(wú)級(jí)變速箱/CVT帶擋位的變速箱 無(wú)級(jí)變速箱有著連續(xù)的變速比。其一直因?yàn)閮r(jià)格、尺寸及可靠性的關(guān)系而沒(méi)有大量裝備汽車(chē)。改進(jìn)的設(shè)計(jì)使得CVT的使用已比較普遍。國(guó)產(chǎn)AUDI 2.8 CVT變速箱通過(guò)離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，這樣，變速箱的輸入軸就可以和發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。5）雙離合變速箱（DCT） 雙離合變速箱簡(jiǎn)稱(chēng)DCT，英文全稱(chēng)為DualClutchTransmission，中文翻譯過(guò)來(lái)應(yīng)該為“雙離合變速器”，因?yàn)槠溆袃山M離合器，所以也有不少人干脆就叫它雙離合變速器。離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，發(fā)動(dòng)是機(jī)與變速器動(dòng)力傳遞的“開(kāi)關(guān)”，它是一種既能傳遞動(dòng)力，又能切斷動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它的作用主要是保證汽車(chē)能平穩(wěn)起步，變速換擋時(shí)減輕變速齒輪的沖擊載荷并防止傳動(dòng)系過(guò)載。在一般汽車(chē)上，汽車(chē)換檔時(shí)通過(guò)離合器分離與接合實(shí)現(xiàn)，在分離與接合之間就有動(dòng)力傳遞暫時(shí)中斷的現(xiàn)象。這在普通汽車(chē)上沒(méi)有什么影響，但在爭(zhēng)分奪秒的賽車(chē)上，如果離合器掌握不好動(dòng)力跟不上，車(chē)速就會(huì)變慢，影響成績(jī)。6）序列變速箱 序列式變速箱(SEQUENTIAL Manual Gearbox ) 全稱(chēng)序列式手動(dòng)變速箱 也稱(chēng)直齒變速箱。它區(qū)別于H-GEAR的只是操作方法，加檔和減檔只需要前后推拉排擋桿就可以完成降檔和加檔。而不是自動(dòng)換檔由于普通波箱的斜齒配錐形同步器的設(shè)計(jì)雖然便于操作，噪音小，但是動(dòng)力流失過(guò)多，只適用于民用車(chē)型。因此賽車(chē)波箱大都采用了直牙無(wú)同步器設(shè)計(jì)來(lái)減少傳動(dòng)系統(tǒng)上的動(dòng)力流失，增加輪下馬力。但是，直牙波箱的缺點(diǎn)在于，對(duì)車(chē)手的駕駛技術(shù)要求高，HEEL-TOE時(shí)的補(bǔ)油必須精確到剛好適合下一檔的轉(zhuǎn)速，同時(shí)H檔在操作時(shí)又很容易產(chǎn)生“錯(cuò)檔”，而以上兩個(gè)失誤出現(xiàn)任何一個(gè)，都有可能損壞整個(gè)波箱。1.4手動(dòng)變速器工作原理 手動(dòng)變速箱是有不同齒比的齒輪組構(gòu)成的，它工作的基本原理就是通過(guò)切換不同的齒輪組，來(lái)實(shí)現(xiàn)齒比的變換。作為分配動(dòng)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，變速箱必須有動(dòng)力輸入軸和輸出軸這兩大件，再加上構(gòu)成變速箱的齒輪，就是一個(gè)手動(dòng)變速箱最基本的組件。動(dòng)力輸入軸與離合器相連，從離合器傳遞來(lái)的動(dòng)力直接通過(guò)輸入軸傳遞給齒輪組，齒輪組是由直徑不同的齒輪組成的，不同的齒輪比例所達(dá)到的動(dòng)力傳輸效果是完全不同的，平常駕駛中的換擋也就是指換齒輪比。輸入軸，通過(guò)離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)相連，軸和上面的齒輪是一個(gè)硬連接的部件。輸入軸和中間軸的兩個(gè)齒輪是處于常嚙合狀態(tài)的，因此當(dāng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)帶動(dòng)中間軸的旋轉(zhuǎn)。輸出軸，它也叫輸出軸直接和驅(qū)動(dòng)軸相連（只針對(duì)后輪驅(qū)動(dòng)，前驅(qū)一般為兩軸），再通過(guò)差速器來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。 當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)同樣會(huì)帶著花鍵軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，軸上的齒輪可以在花鍵軸上發(fā)生相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止，而車(chē)輪仍在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪和中間軸處在靜止?fàn)顟B(tài)，而花鍵軸則隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)原理和自行車(chē)后軸的飛輪很相似。齒輪和花鍵軸是由套筒來(lái)連接的，套筒隨著花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但同時(shí)也可以在花鍵軸上左右自由滑動(dòng)來(lái)嚙合齒輪。第二章 變速器總體方案設(shè)計(jì)2.1變速器的性能要求 變速器的性能要求對(duì)變速器的要求，除一般便于制造，使用，維修以及質(zhì)量輕，尺寸緊湊外主要還有以下幾點(diǎn)：1）保障汽車(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)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸3）設(shè)置倒檔，讓汽車(chē)能倒退行駛4）換擋迅速，省力，方便5）工作可靠，行駛過(guò)程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生6）變速器應(yīng)有高的工作效率7）變速器工作噪聲低2.2變速器的結(jié)構(gòu)方案 變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是變速器的主題，按工作軸的數(shù)量（不包括倒檔軸）可分為兩軸式變速器和三軸式變速器。 兩軸式變速器沒(méi)有中間軸， 只有輸入和輸出兩根軸的變速器。通常用在前驅(qū)車(chē)上輸入軸接受發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的動(dòng)力輸出軸連接主減和差速器傳到半軸最后將動(dòng)力傳到車(chē)輪 三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。變速器輸入軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，輸入軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤(pán)，而輸出軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。各傳動(dòng)方案的共同特點(diǎn)是：變速器的輸入軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的輸出軸前端經(jīng)軸承支承在輸入軸后端的孔內(nèi)，且保持兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔。是直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器輸入軸和輸出軸直接輸出，此時(shí)變速器傳動(dòng)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的利用率要高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在輸入軸、中間軸和輸出軸上的兩對(duì)齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與輸出軸之間的距離（中心距）不太大的條件下，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔外的其它檔位換檔機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合齒套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在輸出軸上。 本設(shè)計(jì)選用的汽車(chē)車(chē)型為五菱宏光，其采用的是發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)，采用三軸式變速器較合理。2.2.1 齒輪型式 齒輪形式有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪。 有級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)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(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。 直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。因此倒檔采用直齒輪傳動(dòng)方案，即除一檔和倒檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。2.2.2 軸承型式 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)軸套等。在本設(shè)計(jì)中，輸入軸常嚙合齒輪及輸出軸上齒輪由于內(nèi)腔尺寸較小，所以采用滾針軸承。變速器輸入軸、輸出軸的后部軸承按直徑系列選用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。中間軸前、后軸承采用深溝球軸承。2.2.3 換檔結(jié)構(gòu)型式 現(xiàn)在大多數(shù)汽車(chē)的變速器都采用同步器換檔。采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時(shí)操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車(chē)的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。 在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。 換檔位置結(jié)構(gòu)圖2-12.3變速器的傳動(dòng)方案 通過(guò)對(duì)變速器型式、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案及主要零件結(jié)構(gòu)方案的分析與選擇，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，最終確定的傳動(dòng)方案如圖2-2所示。其傳動(dòng)路線：一檔：一軸12中間軸1099、11間同步器二軸輸出二檔：一軸12中間軸875、7間同步器二軸輸出三檔：一軸12中間軸655、7間同步器二軸輸出四檔：為直接檔，即一軸11、3間同步器二軸輸出五檔：一軸12中間軸431、3間同步器二軸輸出倒檔：一軸12中間軸1213119、11間同步器二軸輸出 傳動(dòng)方案圖2-2第三章 變速器齒輪參數(shù)的選擇與主要零件的選擇3.1 檔位數(shù)和傳動(dòng)比 近年來(lái)，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車(chē)一般用45個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用5個(gè)檔位。選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。汽車(chē)爬陡坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有 （3-1）則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動(dòng)比 式中 m汽車(chē)總質(zhì)量；1800kgg 重力加速度；max 道路最大阻力系數(shù)；假定取值0.5rr 驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑；依據(jù)本設(shè)計(jì)提供的車(chē)型輪胎參數(shù)175/70R14，175是指輪胎斷面寬度70是指輪胎扁平比(公制)70mm R14是輪胎配合輪輞(車(chē)輪)直徑是14英寸。可知Temax 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 依據(jù)汽車(chē)型號(hào)五菱宏觀發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)L2B可知，排氣量：1485ml 最大功率：81KW 最大扭矩：146Nmi0主減速比；4.75 汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。95% 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件 （3-2 求得的變速器I檔傳動(dòng)比為： 式中 G2汽車(chē)滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷； 路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取=0.50.6。本設(shè)計(jì)取用的路面附著系數(shù)為0.5由已知條件：滿載質(zhì)量 1800kg；rr=300.3mm；Temax=146Nm；i0=4.75；=0.95。根據(jù)公式（3-2）可得： 。超速檔的的傳動(dòng)比一般為0.70.8，本設(shè)計(jì)取五檔傳動(dòng)比。中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為： （3-3） 的等比數(shù)列，實(shí)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(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。根據(jù)上式可得出：。故有：，。修正為13.2 中心距 中心距對(duì)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(qiáng)度。三軸式變速器的中心距A，可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初選。 （3-4）式中 中心距系數(shù)，對(duì)轎車(chē)取 =9.2； 變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩：故可得出初始中心距A=75.72mm。3.3軸向尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。 轎車(chē)四檔變速器殼體的軸向尺寸3.03.4A。貨車(chē)變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)：四檔(2.22.7)A五檔(2.73.0)A六檔(3.23.5)A 當(dāng)變速器選用常嚙合齒輪對(duì)數(shù)和同步器多時(shí)，中心距系數(shù)KA應(yīng)取給出系數(shù)的上限。為檢測(cè)方便，A取整。 本次設(shè)計(jì)采用5+1手動(dòng)擋變速器，其殼體的軸向尺寸是3.472mm=244.8mm，變速器殼體的最終軸向尺寸應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定3.4 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(shí)增加齒寬；2）、為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)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(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 對(duì)于轎車(chē)，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對(duì)于貨車(chē)，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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，輸入軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn （3-5） 其中=146Nm，可得出mn=2.5。 一檔和倒檔直齒輪的模數(shù)m （3-6） 其中通過(guò)計(jì)算m=3。 同步器和嚙合套的接合大都采用漸開(kāi)線齒形。變速器中齒輪上的花鍵和結(jié)合套模數(shù)取2.5或2。3.5齒輪參數(shù) 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表3-1選取。表3-1 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角齒形壓力角螺旋角轎車(chē)高齒并修形的齒形14.5、15、16、16.52545一般貨車(chē)GB/T1356-2001規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形202030重型車(chē)GB/T1356-2001規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形低檔、倒檔齒輪22.5、25小螺旋角壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)于轎車(chē)為加大重合度已降低噪聲而取小些；對(duì)于貨車(chē)為了提高齒輪承載力而取大些。實(shí)際上，因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20，所以變速器普遍采用的壓力角為20。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選用較大些的螺旋角時(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)度也相應(yīng)提高。不過(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)度仍繼續(xù)上升。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角取20,嚙合套或同步器取30，螺旋角取30。 應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使中間軸上是軸向力相互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律去右旋，而輸入軸和輸出軸上的的斜齒輪去左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。 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(yàn)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(qiáng)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(lái)選定齒寬： 直齒 b=(4.58.0)m，mm b=63=18 斜齒 b=(6.08.5)m，mm b=7.02.5=17.5 圓整為18 輸入軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命,具體尺寸根據(jù)裝配圖選定。3.6各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定3.6.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 已知一檔傳動(dòng)比 （3-7） 為了確定Z9和Z10的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和： （3-8） 其中 A =75.72mm、m =3；故有。選擇齒輪的齒數(shù)時(shí)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(jī)會(huì)，否則會(huì)引起齒面的不均勻磨損。則取=51。當(dāng)轎車(chē)三軸式的變速器時(shí)，則可在1518之間選擇，此處取=18，則可得出=33。 上面根據(jù)初選的A及m計(jì)算出的可能不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，從式（3-8）看出中心距有了變化，這時(shí)應(yīng)從及齒輪變位系數(shù)反過(guò)來(lái)計(jì)算中心距A，再以這個(gè)修正后的中心距作為以后計(jì)算的依據(jù)。 這里修正為51，則根據(jù)式（3-8）反推出A=76.5mm。3.6.2確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 由式（3-7）求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比 （3-9） 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 （3-10） 由此可得： （3-11） 根據(jù)已知數(shù)據(jù)可計(jì)算出：。 聯(lián)立方程式可得：=19、=34。 則根據(jù)式（3-7）可計(jì)算出一檔實(shí)際傳動(dòng)比為： 。 3.6.3確定其他檔位的齒數(shù) 二檔傳動(dòng)比 （3-12） 而故有：，對(duì)于斜齒輪： （3-13） 故有： 聯(lián)立方程式得：。 按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪 ；五檔齒輪 。3.6.4確定倒檔齒輪的齒數(shù) 一般情況下，倒檔傳動(dòng)比與一檔傳動(dòng)比較為接近，在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比取3.7。中間軸上倒檔傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一檔主動(dòng)齒輪10略小，取。而通常情況下，倒檔軸齒輪取2123，此處取=23。 由 （3-14） 可計(jì)算出。 因本設(shè)計(jì)倒檔齒輪是直齒輪，故可得出中間軸與倒檔軸的中心距 而倒檔軸與輸出軸的中心距 取整72mm3.7齒輪的變位系數(shù)的選擇 變位齒輪主要有兩類(lèi)：高度變位和角度變位。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(shí)增加一對(duì)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。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故采用得較多。 變位系數(shù)的選擇原則 ：（1）、對(duì)于高檔齒輪，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)。（2）、對(duì)于低檔齒輪，為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)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(qiáng)度越低。但易于吸收沖擊振動(dòng)，噪聲要小一些。為了降低噪聲，對(duì)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。 最小變?yōu)橄禂?shù) 第四章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料選擇4.1變速器齒輪的幾何計(jì)算 汽車(chē)變速器齒輪均為漸開(kāi)線齒輪。漸開(kāi)線齒輪除了能滿足傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比恒定不變等傳動(dòng)的基本要求外，還有互換性好、中心距具有可分離性及刀齒刀具制造容易等優(yōu)點(diǎn)。漸開(kāi)線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)、分度圓壓力角必須分別相等，兩齒輪的螺旋角必須相等而方向相反。如圖4-1 基圓齒形表4-1漸開(kāi)線圓柱齒輪的基準(zhǔn)齒形基本要素名稱(chēng)代號(hào)標(biāo)準(zhǔn)齒短齒增大齒形角齒形角齒頂高系數(shù)徑向間隙系數(shù)齒根圓角半徑（1）直齒圓柱齒輪計(jì)算 （見(jiàn)表4-2）檔直齒圓柱齒輪計(jì)算：m=3mm表4-2直齒圓柱齒輪尺寸計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算公式齒輪編號(hào)Z10Z9Z12Z11Z13齒寬 b18162118.518.5齒數(shù) Z1833122723分度圓直徑mm5499368169齒頂圓直徑mm60105428775齒根圓直徑mm46.591.528.573.561.5基圓直徑mm50.7493.0333.8376.1264.84（2）斜齒圓柱齒輪計(jì)算表4-3 斜齒圓柱齒輪計(jì)算名稱(chēng)符號(hào)二檔三檔五檔常嚙Z8Z7Z6Z5Z4Z3Z2Z1齒數(shù)Z2231272636173419螺旋角3030303030303030法面模數(shù)2.52.52.52.52.52.52.52.5端面模數(shù)2.892.892.892.892.892.892.892.89法面壓力角2020202020202020端面壓力角25.325.325.325.325.325.325.325.3法面齒距7.857.857.857.857.857.857.857.85端面齒距9.089.089.089.089.089.089.089.08分度圓直徑63.5889.5978.0375.14104.0449.1398.2654.91齒頂圓直徑68.5894.5983.0380.14109.0454.13103.2660.91齒根圓直徑57.3383.3371.7868.8997.7942.8892.0148.66基圓直徑70.3298.7686.3183.11115.0753.34108.6860.73計(jì)算公式如下：端面模數(shù) 法面齒距 端面齒距 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 4.2齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 4.2.1.齒輪彎曲應(yīng)力計(jì)算 檔直齒圓柱齒輪：m=3mm （4-1） （4-2） （4-3） （4-4） （4-5） （4-6）應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取1.65摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)輪取1.1，從動(dòng)輪取0.9齒寬（mm），b10取18，b9取16端面齒距（mm），t=m=9.5齒形系數(shù)，取0.21 （4-7） （4-8） 當(dāng)計(jì)算載荷取到作用到變速器輸入軸時(shí)的最大扭矩時(shí)，一擋直齒輪的彎曲應(yīng)力在400850MPa，故符合要求。（2）斜齒輪彎曲應(yīng)力 （4-9） 式中為重合度影響系數(shù)，取2.0 應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取1.50 齒寬（mm），依據(jù)各齒輪的齒寬取值 端面齒距（mm）， 齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)查表得二檔齒輪圓周力： （4-10） 齒輪8的當(dāng)量齒數(shù)齒形系數(shù)查表得 （4-11） 同理得： 依據(jù)計(jì)算二擋齒輪的方法可以得到其他檔位的彎曲應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果如下：三擋：五擋： 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到輸入軸的最大扭矩時(shí)，對(duì)常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180MPa700MPa,以上校核在其范圍內(nèi)，強(qiáng)度要求符合。4.2.2 輪齒接觸應(yīng)力計(jì)算 （4-12）（1）直齒圓柱齒輪：m=3mm （4-13） （4-14） （4-15）滲碳齒輪的許用應(yīng)力在19002500 之間，應(yīng)力基本符合要求 （2）斜齒圓柱齒輪：m=2.5mm （4-16） （4-17） （4-18） 同理得 同理得： 三檔： 五檔滲碳齒輪的許用應(yīng)力在17003300之間，強(qiáng)度大概符合要求。4.3變速器齒輪的材料及熱處理 現(xiàn)代汽車(chē)變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造，使輪齒表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合，以大大提高其接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮到其機(jī)械加工性能及制造成本。 國(guó)產(chǎn)汽車(chē)變速器齒輪常用材料是20CrMnTi(過(guò)去的鋼號(hào)18 CrMnTi)，也采用20Mn2TiB,20MnVB,20MnVoB的，這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶粒。為了消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火8。變速器齒輪輪齒表面滲碳層深度的推薦范圍如下： 滲碳層深度 0.81.2mm 滲碳層深度 0.91.3mm 滲碳層深度 1.01.6mm第五章 變速器軸的設(shè)計(jì)與校核 5.1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸5.1.1 軸的結(jié)構(gòu) 輸入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(shí)現(xiàn)。輸入軸長(zhǎng)度由離合器的軸向尺寸確定，而花鍵尺寸應(yīng)依離合器從動(dòng)盤(pán)轂的標(biāo)準(zhǔn)件內(nèi)花鍵設(shè)計(jì)。輸入軸形狀如圖5-1所示：圖5-1 變速器輸入軸 中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計(jì)采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動(dòng)方案。由于一檔齒輪較小，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。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖5-2 變速器中間軸 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(jì)時(shí)，由齒輪、換檔部件的工作位置和尺寸可初步確定軸的長(zhǎng)度。而軸的直徑可參考同類(lèi)汽車(chē)變速器軸的尺寸選定，也可由下列經(jīng)驗(yàn)輸入軸和中間軸： （5-1）輸出軸： （5-2）式中發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，Nm 為保證設(shè)計(jì)的合理性，軸的強(qiáng)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(zhǎng)度L的關(guān)系可按下式選取：輸入軸和中間軸：d/L=0.160.18；輸出軸：d/L=0.180.21。本次汽車(chē)變速器軸的設(shè)計(jì)主要是輸入軸、輸出軸與中間軸，還有一軸為倒檔齒輪用軸。軸的具體樣式與尺寸在零件圖中有具體的體現(xiàn)，下表列出軸的設(shè)計(jì)最小半徑尺寸與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度：表 5-1 軸參數(shù)表設(shè)計(jì)最小半徑（mm）設(shè)計(jì)長(zhǎng)度（mm）輸入軸18186輸出軸20326中間軸25300倒檔軸10100 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(lái)說(shuō)強(qiáng)度是足夠的，僅對(duì)其危險(xiǎn)斷面進(jìn)行驗(yàn)算即可。對(duì)于本設(shè)計(jì)的變速器來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，軸的強(qiáng)度和剛度都留有一定的余量，所以，在進(jìn)行校核時(shí)只需要校核一檔處即可；因?yàn)檐?chē)輛在行進(jìn)的過(guò)程中，一檔所傳動(dòng)的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于輸出軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故作為重點(diǎn)的校核對(duì)象。下面對(duì)輸入軸和輸出軸進(jìn)行校核。5.2.1輸入軸的強(qiáng)度與剛度校核 因?yàn)檩斎胼S在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強(qiáng)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，Nmm； 軸的抗扭截面系數(shù)，； P 軸傳遞的功率，kw； d 計(jì)算截面處軸的直徑，mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。 其中P =95kw，n =5750r/min,d =24mm；代入上式得： 由查表可知=55MPa，故，符合強(qiáng)度要求。 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示。其計(jì)算公式為： （5-4） 式中T 軸所受的扭矩，Nmm； G 軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對(duì)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(duì)于一般傳動(dòng)軸可??；故也符合剛度要求。5.2.2輸出軸的強(qiáng)度與剛度校核 （1）、軸的強(qiáng)度校核 計(jì)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(jì)算齒輪的傳動(dòng)比，此處為三檔傳動(dòng)比3.85；d 計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑，mm，為105mm； 節(jié)點(diǎn)處的壓力角，為16； 螺旋角，為30； 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為170000Nmm。代入上式可得： ； ； 。 危險(xiǎn)截面的受力圖為： 圖5-3 危險(xiǎn)截面受力分析水平面：（160+75）=75 ，可得出=1317.4N；水平面內(nèi)所受力矩：垂直面： （5-8）可求出 =6879.9N垂直面所受力矩：。該軸所受扭矩為：。故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為： （5-9）可得M則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力（MPa）： （5-10）將代入上式可得：，在低檔工作時(shí)=400MPa，因此有： ，符合要求。（2）、軸的剛度校核輸出軸在垂直面內(nèi)的撓度和在水平面內(nèi)的撓度可分別按下式計(jì)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），E =MPa；I 慣性矩（），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。第六章 同步器及換擋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉(zhuǎn)，變換檔位時(shí)會(huì)存在一個(gè)同步問(wèn)題，同步器使將要嚙合的齒輪達(dá)到一致的轉(zhuǎn)速而順利嚙合的機(jī)構(gòu)。同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類(lèi)，鎖環(huán)式同步器是慣性式同步器的一種，它主要由接合套、同步鎖環(huán)等組成，它的特點(diǎn)是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步。接合套、同步鎖環(huán)和待接合齒輪的齒圈上均有倒角（鎖止角），同步鎖環(huán)的內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸產(chǎn)生摩擦。鎖止角與錐面在設(shè)計(jì)時(shí)已作了適當(dāng)選擇，錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步，同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生一種鎖止作用，防止齒輪在同步前進(jìn)行嚙合。當(dāng)同步鎖環(huán)內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸后，在摩擦力矩的作用下齒輪轉(zhuǎn)速迅速降低（或升高）到與同步鎖環(huán)轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)，齒輪相對(duì)于同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速為零，因而慣性力矩也同時(shí)消失，這時(shí)在作用力的推動(dòng)下，接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合，并進(jìn)一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換檔過(guò)程。 本設(shè)計(jì)關(guān)于同步器和換擋機(jī)構(gòu)不再詳敘。第七章 結(jié)論變速器是完成傳動(dòng)系任務(wù)的重要部件。也是決定整車(chē)性能的主要部件之一。變速器的結(jié)構(gòu)對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。本設(shè)計(jì)依據(jù)微型轎車(chē)五菱宏光給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車(chē)速、最大爬坡度相關(guān)參數(shù)匹配，設(shè)計(jì)中間軸式機(jī)械變速器。特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且最抵擋外其他各擋的傳動(dòng)效率高、噪聲低，中間軸式變速器結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目。本設(shè)計(jì)采用常嚙合式，且采用斜齒輪，因?yàn)樾饼X比直齒有更長(zhǎng)的壽命、更低的噪聲。著重對(duì)變速器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)對(duì)各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)、改進(jìn)，合理布置各部分總成，以達(dá)到良好的性能。一擋和高檔匹配最高車(chē)速，承載發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，整個(gè)變速器結(jié)構(gòu)尺寸滿足微型轎車(chē)五菱宏光的結(jié)構(gòu)要求。參考文獻(xiàn)1濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.北京：高等教育出版社，20062潘存云，唐進(jìn)元主編.機(jī)械原理.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20113趙右紅，周知進(jìn)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20114周良德，朱泗芳主編.現(xiàn)代工程圖學(xué).長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，20085鄭江 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