9噸中型載貨汽車三軸式五檔變速器設(shè)計(jì)【總質(zhì)量9.2噸】[含高清CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)]

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齒輪的材料及其選擇原則213.4.1常用的齒輪材料213.4.2齒輪材料的選擇原則223.5圓柱齒輪強(qiáng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算方法233.5.1接觸強(qiáng)度計(jì)算233.5.2彎曲強(qiáng)度計(jì)算24第4章 變速器軸的設(shè)計(jì)294.1軸的設(shè)計(jì)294.1.1軸的功用及其設(shè)計(jì)要求294.1.2軸的尺寸294.1.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)304.1.4接合器設(shè)計(jì)314.2軸的受力分析與校核計(jì)算314.2.1軸的受力分析314.2.2軸的強(qiáng)度計(jì)算344.2.3軸的剛度計(jì)算37第5章 同步器設(shè)計(jì)405.1慣性式同步器405.2同步器工作原理425.3同步器的主要參數(shù)的確定435.3.1摩擦系數(shù)435.3.2同步環(huán)主要尺寸的確定445.3.3鎖止角455.3.4同步時(shí)間t45第6章 變速器操縱機(jī)構(gòu)466.1操縱機(jī)構(gòu)的功用466.2 換檔位置圖466.3變速桿的布置476.3.1直接操縱手動(dòng)換擋變速器476.3.2遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器476.4鎖止裝置476.4.1互鎖裝置476.4.2自鎖裝置496.4.3倒檔鎖裝置49結(jié) 論51參考文獻(xiàn)52致 謝53附 錄54附錄A 英文文獻(xiàn)54附錄B 文獻(xiàn)翻譯58黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒 論1.1選題的目的及意義 現(xiàn)代汽車上廣泛采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍很小，而復(fù)雜的使用條件要求汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，用來(lái)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)在最有利的工況范圍下工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動(dòng)力輸出。變速器設(shè)計(jì)的目的就是為了滿足上述的要求，使汽車在特定的工況下穩(wěn)定的工作。變速器除了要能滿足一定的使用要求外，還要保證使其和汽車能有很好的匹配性，可以提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況范圍內(nèi)工作提高汽車的使用壽命、降低能源消耗、減少汽車的使用噪聲等。這就要求設(shè)計(jì)人員依據(jù)汽車的技術(shù)參數(shù)，合理的選擇變速器的參數(shù)，使所設(shè)計(jì)的變速器能和整車具有很好的匹配性。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）保證汽車有必要的動(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，使汽車能倒退行駛。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，省力，方便。6）工作可靠。汽車行駛過(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。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。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)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(guó)成功研制出兩擋的液力-機(jī)械變速器以來(lái)，自動(dòng)變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。80年代，美國(guó)已將液力自動(dòng)變速器作為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。1983年時(shí)，美國(guó)通用汽車公司的自動(dòng)變速器裝車率已經(jīng)達(dá)到了94%。近些年來(lái)，由于電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)變速器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。自動(dòng)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(shì)：提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的使用壽命；提高汽車的通過(guò)性；具有良好的自適應(yīng)性；操縱更加方便。目前，國(guó)內(nèi)變速器廠商都朝無(wú)級(jí)變速器和自動(dòng)變速器方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無(wú)級(jí)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(kāi)。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(wú)級(jí)變速(Continuously Variable Transmission簡(jiǎn)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(jiǎn)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。在跨越了三個(gè)世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒(méi)有使用上滿意的無(wú)級(jí)變速箱。這是汽車的無(wú)奈和缺憾。但是,人們始終沒(méi)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(duì)無(wú)級(jí)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(gè)研究方向，各國(guó)汽車變速器專家展開(kāi)了激烈的角逐。1摩擦傳動(dòng)CVT金屬帶式無(wú)級(jí)變速箱(VDT-CVT)的傳動(dòng)功率已能達(dá)到轎車實(shí)用的要求，裝備金屬帶式無(wú)級(jí)變速箱的轎車已達(dá)100多萬(wàn)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(wú)級(jí)變速箱Multitronic CVT ，能傳動(dòng)142kw（193bhp）功率，280Nm扭矩。這是真正意義的無(wú)級(jí)變速器。另一種摩擦傳動(dòng)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?yáng)|京車展展示，新款公爵(Cedric)車也裝用這種CVT。可與3L以上排量的大馬力內(nèi)燃機(jī)(XVL的引擎輸出為330Nm/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(dòng)CVT的研究已持續(xù)了整整一個(gè)世紀(jì)，盡管摩擦傳動(dòng)無(wú)級(jí)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。但齒輪變速箱依然占據(jù)著半壁河山，這至少說(shuō)明了四個(gè)問(wèn)題：（1）無(wú)級(jí)變速（CVT）是汽車變速箱始終追逐的目標(biāo)。（2）摩擦傳動(dòng)CVT實(shí)現(xiàn)大功率的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)是極為困難的。（3）摩擦傳動(dòng)CVT傳動(dòng)效率低是必然的。（4）摩擦傳動(dòng)CVT的效率，功率無(wú)法與齒輪變速相比。2液力傳動(dòng)人們經(jīng)常把液力自動(dòng)變速器（AT）和無(wú)級(jí)變速器（CVT）兩個(gè)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(dòng)變速器免除了手動(dòng)變速器繁雜的換檔和腳踩離合器踏板的頻繁操作，使開(kāi)車變得簡(jiǎn)單、省力。但是, 液力自動(dòng)變速器（AT）不是無(wú)級(jí)變速，是有級(jí)變速的自動(dòng)控制，沒(méi)有從根本上滿足汽車對(duì)變速器的要求。從原始橡膠帶無(wú)級(jí)變速箱到現(xiàn)代金屬鏈無(wú)級(jí)變速箱、滾輪轉(zhuǎn)盤式CVT，百年大回轉(zhuǎn)說(shuō)明：無(wú)級(jí)變速箱是汽車變速箱的最終歸屬，液力自動(dòng)變速器只不過(guò)是一種過(guò)渡產(chǎn)品。3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated Mechanical Transmission簡(jiǎn)稱AMT)和液力自動(dòng)變速器（AT）一樣，不是無(wú)級(jí)變速器，是有級(jí)變速器的自動(dòng)換檔控制。其特點(diǎn)是機(jī)械傳動(dòng)部分沿用了傳統(tǒng)的有級(jí)變速箱，但控制參量太多，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制相當(dāng)困難。 4齒輪無(wú)級(jí)變速器齒輪無(wú)級(jí)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(dòng)實(shí)現(xiàn)高效率、大功率的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。據(jù)最新消息：一種齒輪無(wú)級(jí)變速裝置(Gear Continuously Variable Transmission簡(jiǎn)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(wú)級(jí)變速裝置結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，只有不足20種非標(biāo)零件，51個(gè)零件，生產(chǎn)成本甚至低于手動(dòng)變速箱。預(yù)計(jì)今年進(jìn)行裝車試驗(yàn)。齒輪無(wú)級(jí)變速器的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：（1）傳動(dòng)功率大，200KW的傳動(dòng)功率是很容易達(dá)到的；（2）傳動(dòng)效率高，90%以上的傳動(dòng)效率是很容易達(dá)到的；（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當(dāng)于自動(dòng)變速箱的1/10；（4）對(duì)汽車而言，提高傳動(dòng)效率，節(jié)油20%；（5）發(fā)動(dòng)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(duì)環(huán)境的污染。1.3 變速器的設(shè)計(jì)思想根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的載貨汽車的基本參數(shù)，及發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，設(shè)計(jì)能夠匹配各項(xiàng)的新型后驅(qū)動(dòng)變速器。新型后驅(qū)動(dòng)變速器應(yīng)滿足：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)排量5.42升；（2）五個(gè)前進(jìn)擋，一個(gè)倒檔；（3）輸入、輸出軸保證兩點(diǎn)支承；（4）采用同步器，保證可靠平穩(wěn)換擋；（5）齒輪、軸及軸承滿足使用要求。1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容中間軸式變速器主要用于后輪驅(qū)動(dòng)變速器，所以，根據(jù)實(shí)際汽車發(fā)動(dòng)機(jī)匹配所需，本文計(jì)劃對(duì)適用于后驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)固定中間軸式變速器作為總的布置方案。1.確定合適的布置結(jié)構(gòu)變速器中各檔齒輪按照檔位先后順序在軸上排列；各檔的換擋方式；齒輪與軸的配套方案；軸承支承位置等結(jié)構(gòu)。2.進(jìn)行主要參數(shù)的選擇確定變速器的檔位數(shù)；各檔傳動(dòng)比；中心距；軸向長(zhǎng)度等。3.進(jìn)行主要零部件及其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)；各檔齒輪齒數(shù)分配；輪齒強(qiáng)度計(jì)算；軸的設(shè)計(jì)及校核；軸承的設(shè)計(jì)及校核；同步器主要參數(shù)的選??；操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。4.繪制圖紙 根據(jù)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)CAD完成裝配圖及零件圖的繪制。第2章 變速器結(jié)構(gòu)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(guó)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(duì)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。2.1兩軸式和三軸式變速器現(xiàn)代汽車大多數(shù)采用三軸式變速器。兩軸式變速器只用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)的轎車上。究竟采用哪種形式，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以下三個(gè)方面：2.1.1變速器的徑向尺寸兩軸式變速器的前進(jìn)檔均由一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力。當(dāng)需要大的傳動(dòng)比時(shí)，需將主動(dòng)齒輪做得小些，而將從動(dòng)齒輪做得大些，因此兩軸的中心距和變速器殼體的相關(guān)尺寸也必然增大。而三軸式變速器由兩對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，在同樣傳動(dòng)比的情況下，可將大齒輪的徑向尺寸做得小些，因此中心距及變速器殼的相關(guān)尺寸均可減小。2.1.2變速器的壽命兩軸式變速器的低檔齒輪幅大小相差懸殊，小齒輪工作循環(huán)次數(shù)比大齒輪要高得多，因此小齒輪的壽命比大齒輪的壽命短。三軸式變速器各前進(jìn)檔（除直接檔），均為常嚙合斜齒輪傳動(dòng)，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，工作循環(huán)次數(shù)和壽命也比較接近，用直齒輪工作時(shí)，因第一軸與第二軸直接連接在一起，齒輪只是空轉(zhuǎn)，并不傳遞動(dòng)力，故不影響齒輪的壽命。2.1.3變速器的效率兩軸式變速器雖然可以由等于1的傳動(dòng)比，但仍要經(jīng)過(guò)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，因此用功率損失。而三軸式變速器可將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接檔，這種動(dòng)力傳遞方式幾乎無(wú)功率損失，且噪聲較小。轎車、尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，這樣可將變速器和主傳動(dòng)器組成一個(gè)整體，使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的總體布置。因此，近年來(lái)在歐洲的轎車中采用的比較多。2.2齒輪安排各齒輪副的相對(duì)安裝位置對(duì)于整個(gè)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(gè)方面：2.2.1整車總布置根據(jù)整車的總布置，對(duì)變速器輸入軸和輸出軸的相對(duì)位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。2.2.2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(lái)?yè)Q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(gè)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(gè)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(zhǎng)度縮短。2.2.3提高平均傳動(dòng)效率為提高平均傳動(dòng)效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動(dòng)方案，并盡可能地將使用時(shí)間最多的檔位設(shè)計(jì)成直接檔。2.2.4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(guò)多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過(guò)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。2.3換檔結(jié)構(gòu)方式目前汽車上的機(jī)械式變速器采用的換檔結(jié)構(gòu)形式有三種：2.3.1滑動(dòng)齒輪換檔通常是采用滑動(dòng)直齒輪進(jìn)行換檔，但也有采用滑動(dòng)斜齒輪換檔的?；瑒?dòng)直齒輪換檔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、容易制造。缺點(diǎn)是換檔使齒面承受很大的沖擊，會(huì)導(dǎo)致齒輪過(guò)早損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種換檔方式一般僅用在倒檔上。2.3.2嚙合套換檔用接合套換檔，可將構(gòu)成某傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪，制成常嚙合斜齒輪。而斜齒輪上另外有一部分做成直的結(jié)合齒，用來(lái)與嚙合套向嚙合。這種結(jié)構(gòu)具有斜齒輪的傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了滑動(dòng)齒輪換檔時(shí)沖擊力集中在12個(gè)輪齒上的缺陷。因?yàn)樵趽Q檔時(shí)，有嚙合套以及相嚙合的結(jié)合齒上所有的輪齒共同承擔(dān)所受到的沖擊，所以嚙合套和結(jié)合齒的輪齒所受的沖擊損傷和磨損較小。它的缺點(diǎn)是增大了變速器的軸向尺寸，未能徹底消除齒輪端面所受到的沖擊。2.3.3同步器換檔現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器。使用同步器可減輕結(jié)合齒在換檔時(shí)引起的沖擊及零件的損壞。并且具有操縱輕便，經(jīng)濟(jì)性和縮短換檔時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，從而改善了汽車的加速性，經(jīng)濟(jì)性和山區(qū)行使的安全性。其缺點(diǎn)是零件增多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸增加，制造要求高，同步環(huán)磨損大，壽命低。但是近年來(lái)由于同步器的廣泛使用，受命問(wèn)題已解決。上述三種換檔方案，可同時(shí)用在同一變速器中的不同檔位上。一般考慮原則是不常用的倒檔和一檔采用結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的滑動(dòng)直齒輪或嚙合套的形式。對(duì)于常用的檔位則采用同步器或嚙合套。2.4倒檔的結(jié)構(gòu)方案及倒檔軸的位置倒檔齒輪的結(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(shí)考慮。在結(jié)構(gòu)布置上，要注意在不掛入倒檔時(shí)，不能與第二軸齒輪有嚙合情況。換倒檔時(shí)能順利換入倒檔，而不和其它齒輪發(fā)生干涉。在轎車和其它輕型汽車中，經(jīng)常只采用一個(gè)倒檔齒輪，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。載貨汽車由于需要較大的倒檔傳動(dòng)比，則多采用由兩個(gè)齒輪組成的齒輪組。為縮短變速器的軸向尺寸充分利用空間。但一檔和倒檔需各用一根變速滑桿，這比通常的換檔機(jī)構(gòu)多用一根變速滑桿和撥叉，使變速器的上蓋結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。倒檔齒輪安排在變速器的左側(cè)或右側(cè)，關(guān)系到操縱桿撥動(dòng)的方向和倒檔軸的受力狀況。掛倒檔時(shí)，操縱桿向左側(cè)撥動(dòng)，比較符合習(xí)慣要求。但此時(shí)倒檔齒輪需安排在右側(cè)，這是倒檔軸的軸向承受較大的作用力。反之，操縱桿向右側(cè)，雖不符合習(xí)慣，但可以減輕倒檔軸的負(fù)荷。2.5變速器最低檔傳動(dòng)比的確定在選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)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(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。汽車爬坡時(shí)車速不高，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4。故有則由最大爬坡度要求的變速器1檔傳動(dòng)比為 (2.1) 式中：為汽車總質(zhì)量，Kg；為重力加速度，m/s2；為道路最大阻力系數(shù)，；為驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑，mm；查劉惟信汽車設(shè)計(jì)48頁(yè)，滾動(dòng)半徑 =0.509m；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，mm；為主減速比，；為汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，。將各數(shù)據(jù)代入式(3.1)中得根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件可求得變速器一檔傳動(dòng)比為 (2.2)式中：為汽車滿載靜止與水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，.4N；為道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取。其他參數(shù)同式(3.1)。將各數(shù)據(jù)代入式(3.2)得通過(guò)以上計(jì)算可得到6.708.94，在本設(shè)計(jì)中，取2.6中心距的確定初選中心距時(shí)，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式 (2-3) 式中：變速器中心距（mm）；中心距系數(shù)，商用車：=8.69.6；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m）；變速器一擋傳動(dòng)比，=7.1；變速器傳動(dòng)效率，取96% ；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=353N.m 。 則，=115.24128.64（mm）初選中心距=125mm。本設(shè)計(jì)是根據(jù)東風(fēng)中型貨車EQ1090E車型而開(kāi)展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來(lái)源于此種車型：表2.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)值車型東風(fēng)EQ1090E發(fā)動(dòng)機(jī)東風(fēng)EQ6100-1額定功率（kw/r/min）99/3000最大扭矩(Nm/n)353/12001600額定總質(zhì)量（kg）9200車長(zhǎng)/寬/高（mm）69100/2470/2455最高車速（km/h）90最大爬坡度28%輪胎900-202.7變速器的傳動(dòng)方案圖2.1變速器傳動(dòng)方案圖第3章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)3.1齒輪傳動(dòng)的失效形式汽車變速器的齒輪都是裝載經(jīng)過(guò)精確加工而且封閉嚴(yán)密的變速箱里，屬于閉式齒輪傳動(dòng)。它與開(kāi)式或半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)相比，潤(rùn)滑及防護(hù)等條件都要好得多。一般地說(shuō)，齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效，而輪齒的失效形式又是多種多樣的，較為常見(jiàn)的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合等形式。至于齒輪的其它部分（如齒圈、輪輻、輪轂等），除了對(duì)齒輪的質(zhì)量大小需要嚴(yán)格限制外，通常指按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所定的尺寸對(duì)強(qiáng)度及剛度來(lái)說(shuō)均較富裕，實(shí)踐中也極少失效。3.1.1齒輪折斷輪齒折斷有多種形式，在正常工況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因?yàn)檩嘄X受載時(shí)，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，再加上齒根過(guò)渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作用，當(dāng)輪齒重復(fù)收載后，齒根處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使輪齒疲勞折斷。此外，在輪齒受到突然過(guò)載時(shí)，也可能出現(xiàn)過(guò)載折斷或剪斷；在輪齒經(jīng)過(guò)嚴(yán)重磨損后齒后過(guò)分減薄時(shí)，也會(huì)在正常載荷作用下發(fā)生折斷2。在斜齒輪傳動(dòng)中，輪齒工作面上的接觸線為一斜線，輪齒受載后，如有載荷集中時(shí)，就會(huì)發(fā)生局部折斷。如制造及安裝不良或軸的彎曲變形過(guò)大，輪齒局部受載過(guò)大時(shí)，即使是直齒輪，也會(huì)發(fā)生局部折斷。為了提高輪齒的抗折斷能力，可采取下列措施：1）用增大齒根過(guò)渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來(lái)減小齒根應(yīng)力集中；2）增大軸及支撐的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻；3）采用合適的熱處理方法使齒芯材料具有足夠的韌性；4）采用噴丸、滾壓等工藝措施對(duì)齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。3.1.2齒面點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，常見(jiàn)的失效形式多為點(diǎn)蝕。所謂點(diǎn)蝕就是齒面材料在變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象。齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅為針狀大小的麻點(diǎn)，如工作條件未加改善，麻點(diǎn)就會(huì)逐步擴(kuò)大，甚至數(shù)點(diǎn)連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。輪齒在嚙合過(guò)程中，齒面間的相對(duì)滑動(dòng)起著形成潤(rùn)滑膜的作用，而且相對(duì)滑動(dòng)速度越高，潤(rùn)滑也就越好。當(dāng)輪齒在靠近接線處嚙合時(shí)，由于相對(duì)滑動(dòng)速度低，形成油膜的條件差，潤(rùn)滑不良，摩擦力較大，特別是直齒輪傳動(dòng)中，通常這時(shí)只有一對(duì)齒嚙合，輪齒受力也最大，因此，點(diǎn)時(shí)也就首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根面上，然后再向其它部位擴(kuò)展。從相對(duì)意義上來(lái)說(shuō)，也就是靠近節(jié)線處的齒根面抵抗點(diǎn)蝕的能力最差。提高接觸強(qiáng)度的措施，一方面是合理選擇齒輪參數(shù)，使接觸應(yīng)力降低；另一方面是提高齒面硬度，如采用需用應(yīng)力大的鋼材等。3.1.3齒面膠合對(duì)于高速重載的齒輪傳中，齒面間的壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑效果差，當(dāng)瞬時(shí)溫度過(guò)高時(shí)，相嚙合的兩齒面就會(huì)粘在一起，由于此時(shí)兩齒面又在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，向粘結(jié)的部位即使撕破，于是在齒面上演相對(duì)滑動(dòng)的方向形成傷痕，成為膠合。加強(qiáng)潤(rùn)滑措施，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤(rùn)滑油，在潤(rùn)滑油中加入極壓添加劑等，均可防止或減輕齒面的膠合。3.2 變速器齒輪設(shè)計(jì)步驟齒輪設(shè)計(jì)主要是對(duì)齒輪參數(shù)的選取3.2.1模數(shù)的選取遵循的一般原則：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，增加齒寬；為使質(zhì)量小，增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒數(shù)應(yīng)有不同的模數(shù)。減少轎車齒輪工作噪聲有較為重要的意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng)選小；對(duì)貨車，減小質(zhì)量比噪聲更重要，故齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)。低檔齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)，其他檔位選另一種模數(shù)。少數(shù)情況下汽車變速器各檔齒輪均選用相同的模數(shù)。嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開(kāi)線齒輪。由于工藝上的原應(yīng)，同一變速器的接合齒模數(shù)相同。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利換檔。3.2.2壓力角壓力角較小時(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)轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對(duì)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。3.2.3螺旋角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(duì)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(guò)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。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡，以減少軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上的不同擋位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。為使工藝簡(jiǎn)便，在中間軸軸向力不大時(shí)，可將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。中間軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)一律取為右旋，則第一、第二軸上的斜齒輪應(yīng)取為左旋。軸向力經(jīng)軸承蓋作用到殼體上。一擋和倒擋設(shè)計(jì)為直齒時(shí)，在這些擋位上工作，中間軸上的軸向力不能抵消(但因?yàn)檫@些擋位使用得少，所以也是允許的)，而此時(shí)第二軸則沒(méi)有軸向力作用。根據(jù)圖4.1可知，欲使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡，須滿足下述條件 ； （3.1）由于T=，為使兩軸向力平衡，必須滿足 （3.2）式中：Fa1，F(xiàn)a2為軸向力，F(xiàn)n1，F(xiàn)n2為圓周力r1，r2為節(jié)圓半徑；T為中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。圖3.1中間軸軸向力的平衡最后可用調(diào)整螺旋角的方法，使各對(duì)嚙合齒輪因模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因而造成的中心距不等現(xiàn)象得以消除。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。3.2.4齒寬b應(yīng)注意齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸，齒輪工作平穩(wěn)性，齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度均有影響?？紤]到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應(yīng)該選用較小的齒寬。減少齒寬會(huì)使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，還會(huì)使工作應(yīng)力增加。使用寬些的齒寬，工作時(shí)會(huì)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并在齒寬方向磨損不均勻。通常跟據(jù)齒輪模數(shù)mn的大小來(lái)選定齒寬。直齒：b=KCmn, KC為齒寬系數(shù)，取為4.58.0斜齒：b= KCmn，KC取6.08.5第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)，KC可取大些，使接觸線長(zhǎng)度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。3.2.5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)。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(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。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，有避免了其缺點(diǎn)。有幾對(duì)齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器，會(huì)因保證各檔傳動(dòng)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(duì)齒輪有相同的中心距，此時(shí)應(yīng)對(duì)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(dòng)或高度變位時(shí)，則對(duì)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(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故采用的較多。對(duì)斜齒輪傳動(dòng)，還可通過(guò)選擇合適的螺旋角來(lái)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(shí)還承受沖擊負(fù)荷。對(duì)于高檔齒輪，其主要損壞形勢(shì)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(kāi)線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對(duì)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(duì)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(dòng)，故噪聲要小些。根據(jù)上述理由，為降低噪聲，對(duì)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(dòng)。齒輪可與軸設(shè)計(jì)為一體或分開(kāi)，然后用花鍵，過(guò)盈配合或滑動(dòng)支承等方式與軸連接。 圖3.2變速器齒輪控制圖齒輪尺寸小又與軸分開(kāi)時(shí)，其內(nèi)孔直徑到齒根圓處的厚度b(圖4.2)影響齒輪強(qiáng)度，要求尺寸b應(yīng)該大于或等于輪齒危險(xiǎn)斷面處的厚度。為了使齒輪裝到軸上以后保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分寬度尺寸C，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸C=(1214)d2，d2為花鍵內(nèi)徑。為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度應(yīng)在滿足強(qiáng)度的條件下設(shè)計(jì)得薄些。圖4.2中尺寸D1，可取為花鍵內(nèi)徑的125140倍。齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減小，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。汽車齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在080040m范圍內(nèi)選用。3.3各檔齒輪齒數(shù)的分配在初選中心距，齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)，傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。以本次設(shè)計(jì)五檔變速器為例，說(shuō)明分配齒數(shù)的方法。盡可能使各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該不是整數(shù)。3.3.1確定一檔齒輪的齒數(shù)一檔傳動(dòng)比： i1=(z23z12)/(z2z18) (3.3)如果z12z18齒數(shù)確定了，則z23與z2的傳動(dòng)比可求出。為了求z12z18的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和Zh；直齒Zh=2A/m斜齒Zh=2Acosb/Mn計(jì)算后取整，然后進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)的分配。中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)盡可能取小些，以便使z12/z18的傳動(dòng)比大些，在i1已定的情況下，z23/z2的傳動(dòng)比可分配小些，使第一軸常嚙合齒輪的齒數(shù)多些，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承并保證輪軸有足夠的厚度。考慮到殼體上的第一軸軸孔尺寸的限制和裝配的可能性，該齒輪齒數(shù)又不宜取多。中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時(shí)，對(duì)軸的尺寸及齒輪齒數(shù)都要統(tǒng)一考慮。轎車中間軸式變速器一檔傳動(dòng)比i1=3.53.8時(shí)，中間軸上一檔齒輪數(shù)可在1517間取，貨車在217間取。3.3.2對(duì)中心距進(jìn)行修正因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和zh后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)zh和齒輪變位系數(shù)新計(jì)算中心距，在以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。3.3.3確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù)求出傳動(dòng)比z23/z2=i1z18/z12，而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一檔齒輪的中心距相等，即： A=mn(z2+z23)/2cos (3.4)解方程式（3-3）和式（3-4）求z2與z23,求出的z2，z23都應(yīng)取整數(shù)；然后核算一檔傳動(dòng)比與原傳動(dòng)比相差多少，如相差較大，只要調(diào)整一下齒數(shù)即可；最后根據(jù)所確定的齒數(shù)，按式（3-2）算出精確的螺旋角值。3.3.4確定其他各檔的齒數(shù)若二檔齒輪是直齒輪，模數(shù)與一檔齒輪相同時(shí)，則得： i2=z23z7/z2z21 (3.5)A=m(z7+z21)/2 (3.6)解兩方程式求出z7,z21。用取整后z7,z21的計(jì)算中心距，若與中心距A有偏差，通過(guò)齒輪變位來(lái)調(diào)整。二檔齒輪是斜齒輪，螺旋角與常嚙合齒輪的不同時(shí)，由式(3-5)得Z7/z21=i2z2/z23,而A=Mn(z7+z21)/2cos此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式 tan/tan=z2(1+z7/z21)/(z2+z23) (3.7)聯(lián)解上述三個(gè)方程式，可求出z7,z21和三個(gè)參數(shù)。但借此方程組比較麻煩，可采用比較方便的試湊法，即先選定螺旋角，解式(3-6)和（3-7)式，求出z7,z21，再把z7,z21及代入式(3-4)中，檢查是否滿足或近似滿足軸向力平衡的關(guān)系。如相差太大，則要調(diào)整螺旋角，重復(fù)上述過(guò)程，直至符合設(shè)計(jì)要求為止。其他各檔齒輪的齒數(shù)用同一方法確定。3.3.5確定倒檔齒輪齒數(shù)倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔相同。圖3-3所是倒檔齒輪z10的齒數(shù)，一般在21-23之間，初選z10后，可計(jì)算出中間軸與倒檔軸的中心距A；A=m(z18+z17)/2為保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪18和19的齒頂圓之間應(yīng)保持在以上的間隙，則齒輪9的齒頂圓直徑應(yīng)為： De18/2+0.5+De19/2=A;De19=2A-De18-1根據(jù)求得的De19，再選擇適當(dāng)?shù)凝X數(shù)及采用變位齒輪，使齒頂圓De19符合上式。最后計(jì)算倒檔軸與第二軸的中心距。3.3.6齒數(shù)和螺旋角具體計(jì)算如下初取中心矩A=125，直齒輪的模數(shù)m=4.5,則Zh=55.56,取整Zh=56.又貨車的z18在1217之間選用7，選用z18=13,z12=Zhz18=5613=43,修正A=4.556/2=126mm=2.21; 126=由以上兩式，再取螺旋角為25，求得： z2=19,z23=42.二檔齒輪的齒數(shù)和螺旋角的計(jì)算：A=，, 由以上三個(gè)方程，解得： z11=39,z20=20,=20.73。三檔齒輪的齒數(shù)和螺旋角的計(jì)算：A=，由以上三個(gè)方程解得; z7=31,z21=28,=21.14四檔齒輪的齒數(shù)和螺旋角：A=，由以上三個(gè)方程解得: z6=25,z22=36,=24.95倒檔齒輪齒數(shù)的確定：初選z19=22, =78.75mm。De18/2+0.5+De19/2=A;De19=2A-De18-1修正中間軸與倒檔軸之間的距離 mm.綜上所述，本次設(shè)計(jì)變速器的齒輪參數(shù)如表3.1。表3.1齒輪參數(shù)齒輪編號(hào)齒數(shù)分度圓直徑模 數(shù)螺旋角齒寬219793.752526625103.43.7524.9530731132.95421.14281139166.8420.73301243193.94.5028172194.54.5022181358.54.50501922994.5026202085.56420.73302128119.45421.14302236148.963.7524.95302342173.43.752528變速器各檔傳動(dòng)比：一檔傳動(dòng)比：=二檔傳動(dòng)比：三檔傳動(dòng)比：四檔傳動(dòng)比：五檔傳動(dòng)比： 倒檔傳動(dòng)比：3.4齒輪的材料及其選擇原則由齒輪的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)是齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力。因此，對(duì)齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。3.4.1常用的齒輪材料3.4.1.1鋼剛才的韌性較好，耐沖擊，還可通過(guò)熱處理或化學(xué)處理來(lái)改善其力學(xué)性能及提高齒面的硬度，故最適合用來(lái)制造齒輪。鍛鋼除尺寸過(guò)大或者是結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜只宜鑄造者外，一般都用鍛鋼制造齒輪，常用的是含碳量再0.15%0.6%的碳鋼或合金鋼。制造齒輪的鍛鋼可分為：經(jīng)熱處理后切齒的齒輪所用的鍛鋼 度與強(qiáng)度、速度及精度都要求不高的齒輪，應(yīng)采用軟齒面（硬度350HBS）以便切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此，應(yīng)將齒輪毛坯經(jīng)過(guò)常化（正火）或調(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級(jí)，精切時(shí)可達(dá)7級(jí)。這類齒輪制造簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)率高。需進(jìn)行精加工的齒輪所用的鍛鋼 高速、重載及精密機(jī)器（如精密機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)）所用的主要傳動(dòng)齒輪，除要求材料性能外，輪齒具有高強(qiáng)度及齒面的高硬度（如5865HRC）外，還應(yīng)進(jìn)行磨齒等精加工。合金鋼材根據(jù)所含金屬的成分及性能，可分別是材料的韌性、耐沖擊、耐磨及抗膠合的性能等獲得提高，也可通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善材料的力學(xué)性能及提高齒面的硬度。所以對(duì)于及時(shí)高速、重載，又要求尺寸小、質(zhì)量輕的航空齒輪，就都用性能優(yōu)良的合金鋼來(lái)制造。鑄鋼鑄鋼的耐磨性及強(qiáng)度均較好，但應(yīng)經(jīng)過(guò)退火及常化處理，必要時(shí)也可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。鑄鋼常用于尺寸較大的齒輪。3.4.1.2鑄鐵灰鑄鐵性質(zhì)較脆，抗沖擊及耐磨性均較差，但抗膠合及抗點(diǎn)蝕的能力較好?；诣T鐵齒輪常用于工作平穩(wěn)，速度較低，功率不大的場(chǎng)合。3.4.1.3非金屬材料對(duì)于高速、輕載及精度不高的齒輪傳動(dòng)，為了降低噪聲，常用非金屬材料（日夾布塑膠、尼龍等）作小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點(diǎn)蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為250350 HBS。3.4.2齒輪材料的選擇原則齒輪材料的種類很多，在選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素也很多，下述幾點(diǎn)可供選擇材料時(shí)參考；(1)齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量輕、傳動(dòng)功率達(dá)和可靠性高的要求，因此必須選擇力學(xué)性能高的合金鋼；礦山機(jī)械鐘的齒輪傳動(dòng)，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵行量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用的機(jī)械的功率很小，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲或無(wú)噪聲、以及能再少潤(rùn)滑貨物潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊?，工作條件的要求是選擇齒輪材料時(shí)首先應(yīng)考慮的因素。(2)應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時(shí)，應(yīng)選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時(shí)，對(duì)材料沒(méi)有特別的要求。(3)正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度從幾下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。(4)合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。(5)飛行器中的齒輪傳動(dòng)，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼。金屬制的軟齒面，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為3050HBS或更多。當(dāng)小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為?；蛘{(diào)質(zhì)），從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當(dāng)配對(duì)的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時(shí)，大齒輪的解除疲勞許用盈利可提高約20%，但應(yīng)注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應(yīng)地減小。3.5圓柱齒輪強(qiáng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算方法變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度和芯部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞的能力。在選用鋼材及熱處理時(shí)，對(duì)切削加工性能及成本也應(yīng)考慮。值得指出的是，對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理之后，齒輪彎曲疲勞壽命和解除疲勞壽命都能提高。齒輪在熱處理之后進(jìn)行磨齒，能消除齒輪熱處理的變形；磨齒齒輪精度高于熱處理前剃齒和擠齒齒輪精度，使得傳動(dòng)平穩(wěn)、效率提高；在同樣符合的條件下，磨齒的彎曲疲勞壽命比剃齒的要高5。3.5.1接觸強(qiáng)度計(jì)算用下列公式計(jì)算接觸強(qiáng)應(yīng)力 MPa （3.8）式中：法面內(nèi)基圓周切向力，； 端面內(nèi)分度圓切向力，； 計(jì)算扭矩，Nmm； 節(jié)圓直徑；節(jié)圓壓力角；螺旋角；齒輪材料彈性模量，2；齒輪接觸實(shí)際寬度；，主動(dòng)及被動(dòng)齒輪節(jié)圓處齒廓曲率半徑，其中： ， ； 、 主動(dòng)及被動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑。3.5.2彎曲強(qiáng)度計(jì)算直齒輪用下式計(jì)算彎曲應(yīng)力 MPa （3.9）斜齒輪用下列公式計(jì)算 MPa （3.10）式中：圓周力，; 應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪取1.65，斜齒輪取1.5； 摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取1.1，被動(dòng)齒輪取0.9； 端面周節(jié)，； 法面周節(jié)； 重合度影響系數(shù)，=2。許用應(yīng)力為400850MPa（直齒輪）；180350MPa（轎車斜齒輪）；100250MPa （貨車斜齒輪）。3.5.3各個(gè)齒輪的強(qiáng)度12具體計(jì)算如下：（1） 變速器第一軸齒輪(齒輪2)；端面內(nèi)分度圓切向力：= = 4468.355N法面內(nèi)基圓周切向力：=5246.5N=16.5 ， =21.5接觸強(qiáng)度 ： =261.6MPa彎曲強(qiáng)度： =87.57MPa選用鋼正火加表面淬火處理。（2）中間軸常嚙合齒輪（齒輪23）；齒輪23與齒輪2嚙合其接觸強(qiáng)度相等 =261.6MPa彎曲強(qiáng)度： =73MPa選用鋼正火加表面淬火處理。（3）中間軸一檔齒輪（齒輪18）；端面內(nèi)分度圓切向力： =13245.7N法面內(nèi)基圓周切向力： =14095.8N=10 =33.16接觸強(qiáng)度： =447.6MPa彎曲強(qiáng)度： =379.8MPa選用40Mn調(diào)質(zhì)加表面淬火處理。（4）第二軸一檔齒輪（齒輪12）；齒輪12與齒輪18嚙合其接觸強(qiáng)度相等=447.6MPa彎曲應(yīng)力=286.2MPa選用40Mn調(diào)質(zhì)加表面淬火處理。（5）中間軸二檔齒輪（齒輪20）；端面內(nèi)分度圓切向力=9055.8N法面內(nèi)基圓周切向力=10306.6N=16.7 =32.6接觸強(qiáng)度=318.5 MPa彎曲強(qiáng)度=162.8MPa選用鋼正火加表面淬火處理。（6）第二軸二檔齒輪（齒輪11）；齒輪11與齒輪20嚙合，其接觸強(qiáng)度相等=318.5MPa彎曲強(qiáng)度=138.6MPa選用鋼正火加表面淬火處理。（7）中間軸三檔齒輪（齒輪21）；端面內(nèi)分度圓切向力=7400N法面內(nèi)基圓周切向力=7436.0N=23.48 =26.1接觸強(qiáng)度= 265.5MPa彎曲強(qiáng)度= 113.2MPa選用鋼正火加表面淬火處理。（8）第二軸三檔齒輪（齒輪7）；齒輪7與齒輪21嚙合，其接觸強(qiáng)度相等=265.5MPa彎曲強(qiáng)度=113.2MPa選用鋼正火加表面淬火處理。（9）中間軸四檔齒輪（齒輪22）；端面內(nèi)分度圓切向力=5201.5N法面內(nèi)基圓周切向力=6105.1N=31.0 =21.5接觸強(qiáng)度=225MPa彎曲強(qiáng)度=76.2MPa選用鋼正火加表面淬火處理。（10）第二軸四檔齒輪（齒輪6）；齒輪6與齒輪22相嚙合，其接觸強(qiáng)度相等=225MPa彎曲強(qiáng)度=78.9MPa選用鋼正火加表面淬火處理。3.6 本章小結(jié)本章主要對(duì)新型后驅(qū)動(dòng)變速器齒輪的設(shè)計(jì)及校核，計(jì)算了傳動(dòng)比、中心距，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選擇了變速器齒輪的參數(shù)。依據(jù)所選擇的參數(shù)首先分配了一檔齒輪的齒數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)中心距進(jìn)行了修正，以修正后的中心距再分配其他各檔齒輪的齒數(shù)，在分配的過(guò)程中經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)整，最終確定了各檔齒輪的齒數(shù)和主要參數(shù)，作為變速器齒輪幾何尺寸和齒輪應(yīng)力計(jì)算的依據(jù)。第4章 變速器軸的設(shè)計(jì)4.1軸的設(shè)計(jì)4.1.1軸的功用及其設(shè)計(jì)要求變速器在工作是承受力扭矩、彎矩，因此應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。軸的鋼的不足，在負(fù)荷作用下，軸會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形，影響齒輪的正常嚙合，產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，并會(huì)降低齒輪的使用壽命。這一點(diǎn)很重要，與其它零件的設(shè)計(jì)不同。設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：軸的結(jié)構(gòu)形狀，軸直徑、長(zhǎng)度、軸的強(qiáng)的和剛度，軸上花鍵型式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要依據(jù)變速器結(jié)構(gòu)布置的要求，并考慮加工工藝，裝配工藝而最后確定。4.1.2軸的尺寸軸的直徑與支承跨度長(zhǎng)度之間關(guān)系可按下式選取1：第一軸及中間軸：=0.160.18 （4.1）第二軸： =0.180.21 （4.2）第二軸及中間軸最大軸徑： （4.3）第一軸最細(xì)處： （4.4）第一軸花鍵部分直徑 ： （4.5） 式中：發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，變速器中心距，4.1.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)保證齒輪、同步器部件及軸承等安裝、固定。并與工藝要求有密切關(guān)系。在三軸式變速器中，第一軸通常和齒輪做成一體，前端支承在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪內(nèi)腔的軸承上。其直徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。公差一般選。第一軸花鍵尺寸與離合器從動(dòng)盤轂內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸的長(zhǎng)度根據(jù)離合器總稱軸向尺寸確定。確定第一軸后徑時(shí)，希望軸承外徑比第一軸上常嚙合齒圈外徑大，便于裝拆第一軸。第二軸前頸通過(guò)軸承安裝在第一軸常嚙合齒圈的內(nèi)腔里，它受齒輪徑向尺寸的限制，前軸頸上安裝長(zhǎng)或短圓柱滾子軸承或滾針軸承或散滾針軸承。第二軸安裝同步器齒轂的花鍵采用漸開(kāi)線花鍵，漸開(kāi)線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，定位性能好，承載能力大，花鍵齒短，其小徑相應(yīng)增大，可提高軸的剛度。選用漸開(kāi)線花鍵是以大徑定心更合適。第二軸各檔齒輪與軸之間有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，無(wú)論裝滾針軸承、襯套還是鋼件對(duì)鋼件直接接觸，軸的表面粗糙度均要求很高，不應(yīng)低于0.8。表面硬度不應(yīng)低于HRC5863。在一般情況下軸上還應(yīng)開(kāi)螺旋油槽，以保證充分潤(rùn)滑。在低檔時(shí)，齒輪須軸向滑動(dòng)掛擋（有些變速器）齒輪處，軸上花鍵采用矩形花鍵，因?yàn)閽鞊鯐r(shí)，齒輪須軸向滑動(dòng)，要求定中心好滑動(dòng)靈活。所以除要求定中心的外徑磨削外，一般鍵齒側(cè)面也需要磨削，而矩形花鍵鍵側(cè)面磨削比漸開(kāi)線花鍵容易。第二軸制成階梯式，便于齒輪安裝，從受力和合理使用材料看，這也是需要的。各截面尺寸要避免相差懸殊，軸上供磨削用的砂輪越程槽產(chǎn)生應(yīng)力集中，易造成軸折斷。輕型汽車變速器各檔位常用彈性擋圈軸向定位，彈性擋圈定位簡(jiǎn)單，但拆裝不方便，并且與旋轉(zhuǎn)件端面有相對(duì)摩擦，同時(shí)彈性擋圈亦不能傳遞很大的軸向力，這是很不利的。因此只在輕型汽車上采用。第二軸尾端螺紋不應(yīng)淬硬。輕型汽車（尤其是轎車）為了縮短傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度，常常將第二軸做得很長(zhǎng)，在長(zhǎng)的后體設(shè)有輔助支承。有些變速器低檔、倒檔或超速檔傳動(dòng)往往不只在后體上。變速器中間軸有旋轉(zhuǎn)式和固定式兩種：固定式中間軸是根光軸，近期支撐作用，其剛度由安裝在軸上的寶塔齒輪結(jié)構(gòu)保證。軸和寶塔齒輪之間用滾針軸承、或短圓柱滾子軸承。軸常輕壓于殼體中。因此光軸有兩種配合公差的軸徑。固定式中間軸用鎖片或雙頭螺柱固定。輕型汽車的中心距較小，殼體上無(wú)足夠位置設(shè)置滾動(dòng)軸承和軸承蓋。因而多采用固定式中間軸。旋轉(zhuǎn)式中間軸支承在前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承上，一般軸向力常由后軸承承受。由于中間軸上一檔齒輪尺寸較小，常和軸做成一體，成為中間齒輪軸，而高檔齒輪則通過(guò)鍵或過(guò)盈配合與中間軸結(jié)合，以便齒輪損壞后更換。如結(jié)構(gòu)尺寸允許，應(yīng)盡量用旋轉(zhuǎn)式中間軸而不用固定式中間軸。我這次設(shè)計(jì)的中型貨車的變速器就是采用的旋轉(zhuǎn)式中間軸。中間軸的前軸承運(yùn)用圓柱滾子軸承，從前之后依次是常嚙合齒輪，四檔齒輪，三檔齒輪，二檔齒輪，一檔齒輪由于尺寸較小，就與中間軸制成一體，并且中間軸一檔也和倒檔齒輪嚙合，后軸承使用球軸承，軸后端用螺紋鎖緊，再加后軸承改其定位密封作用。4.1.4接合器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)接合器時(shí)主要考慮三個(gè)問(wèn)題：接合器強(qiáng)度、尺寸；換檔方便，不允許自行脫檔等。接合器參數(shù)選擇,接合器采用漸開(kāi)線齒線，齒形參數(shù)應(yīng)盡量按漸開(kāi)線花鍵標(biāo)準(zhǔn)選取?；ㄦI模數(shù)依使用條件、傳遞的最大扭矩與同類汽車比較選取。近似公式如下：