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煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))
目 錄
一、前言…………………………….………….2
二、汽車變速器簡介……………….………….3
1、變速器介紹……………………………………………………3
2、變速器的作用…………………………………………………4
3、變速器基本原理………………………………………………4
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書……………….………….6
四、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想……………….………….8
五、設(shè)計(jì)方案的確定……………….………….8
六、工作部件的設(shè)計(jì)……………………….….11
七、軸的校核……………………………….….21
八、本次設(shè)計(jì)的變速箱CAS5-20的特點(diǎn)…….28
九、變速箱故障的排除……………..……...….29
十、本次設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)……………….……….31
十一、運(yùn)用CAD的設(shè)計(jì)和作圖過程………....31
十二、變速器的發(fā)展現(xiàn)狀與方向………….….32
十三、致謝與總結(jié)………………………….….35
十四、參考資料…………………………….….36
一、前言
汽車行業(yè)近幾年在中國飛速發(fā)展， 汽車在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用越來越大。現(xiàn)代汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器。在汽車部件中，變速箱是汽車傳動(dòng)系中最主要的部件之一,它通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車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。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的任務(wù)就是北京130 CAS5-20五檔變速箱的設(shè)計(jì), 大體思路是先充分調(diào)研,復(fù)習(xí)汽車設(shè)計(jì)的知識(shí)，然后親自拆裝變速器，再根據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，然后AutoCAD和UG畫圖，接著制作說明書，最后認(rèn)真準(zhǔn)備答辯。
在調(diào)研過程中，吳教授帶領(lǐng)我們拆北京130變速箱，我們親自測量，安裝。為設(shè)計(jì)取得了許多感性資料。指導(dǎo)老師又向我們提出了設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)時(shí)間分配以及主要零部件的確定，為我們此次設(shè)計(jì)的完成奠定了良好的基礎(chǔ)。在此向吳老師表示誠摯的感謝!!!
由于時(shí)間短促，我的水平所限，無論設(shè)計(jì)還是畫圖，其中都有不盡如人意之處，，錯(cuò)誤和疏漏在所難免。本人誠懇希望老師及同學(xué)們給予意見和建議以使設(shè)計(jì)更加完美。
二、汽車變速器簡介
1、變速器介紹
在汽車行駛中，要求驅(qū)動(dòng)力的變化范圍是很大的，而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的變化范圍有限。必須通過變速器來使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的變化范圍能滿足汽車行駛的需要。同時(shí)，變速器還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)汽車的倒駛和發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)。目前汽車上多采用機(jī)械有級(jí)式變速器，由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（傳遞和變換扭矩）和變速操縱機(jī)構(gòu)（用來變換檔位）組成。一般設(shè)有3～6個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒檔。每一個(gè)檔位都有一個(gè)傳動(dòng)比，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩增大到和傳動(dòng)比相同的倍數(shù)。同時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到和傳動(dòng)比相同的倍數(shù)。擋位越低，傳動(dòng)比越大。因此，當(dāng)汽車低速行駛需要大扭矩時(shí)，可以將變速器掛入低擋，而汽車高速行駛需要小扭矩時(shí)，可將變速器掛入高檔。在前進(jìn)檔中，有一個(gè)檔的傳動(dòng)比為1。掛入該擋時(shí)變速器第一軸（輸入軸）和第二輪（輸出軸）初成一體同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出動(dòng)力不經(jīng)變化直接輸出，稱之為直接擋。直接擋傳動(dòng)效率最高，應(yīng)經(jīng)常使用。當(dāng)變速器不掛入任何擋位，稱之為空擋，動(dòng)力傳送中斷，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足汽車滑行和怠速時(shí)的需要。
按傳動(dòng)比變化方式，變速器可分為有級(jí)式，無機(jī)式和綜合式。有級(jí)變速就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，經(jīng)過變速器可以得到有限的幾種汽車行駛速度（例如五種）。最低速度叫一檔，依次向上排列。應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩都能在一定范圍內(nèi)變化，故動(dòng)力經(jīng)過變速器后，將能在幾個(gè)更大的范圍內(nèi)（例如五個(gè)）改變轉(zhuǎn)速和扭矩大小。無級(jí)變速是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速.扭矩一定時(shí)，經(jīng)過變速，可使汽車速度與驅(qū)動(dòng)輪上扭矩在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。
汽車上的有級(jí)式變速器又可分為普通齒輪變速器與行星變速器兩種。有級(jí)式變速器應(yīng)用最廣泛。特點(diǎn)為：它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。我們所要設(shè)計(jì)的北京130上用的屬于有級(jí)式。北京130所用變速器為CAS5-20中間軸式五檔變速器，即有五個(gè)前進(jìn)檔位。軸線固定。因?yàn)椋本?30屬于輕型貨車，從經(jīng)濟(jì)，工作環(huán)境等各個(gè)方面綜合考慮，有級(jí)式最合適。
變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。
對(duì)變速器提出如下基本要求：
(一） 保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
（二） 設(shè)置空檔， 用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)輸
（三） 設(shè)置倒檔， 使汽車能倒退行駛。
（四） 設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。
（五） 換檔迅速、省力、方便。
（六）工作可靠。 汽車行駛過程中，變速器不得有跳檔、亂檔以及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。
（七） 變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。
（八） 變速器的工作噪聲低。
除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。
滿足汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比范圍和各檔傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。
本次設(shè)計(jì)的CAS5-20型五檔全同步變速器是為BJ130型汽車變速器的更新?lián)Q代需要，同時(shí)也為滿足一汽輕型汽車的發(fā)展而研制的。該變速器吸收了當(dāng)代國外變速器的先進(jìn)結(jié)構(gòu)并結(jié)合我國實(shí)際情況而設(shè)計(jì)，采用垂直對(duì)分式殼體、單滑軌操縱機(jī)構(gòu)、同一規(guī)格的慣性鎖止式同步器和錐軸承，以及采用電子束焊接等新技術(shù)，使該變速器具有可換檔靈活可靠，系列變型容易，適用范圍廣，節(jié)省燃料等特點(diǎn)，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，相當(dāng)于國際80年代先進(jìn)水平。該產(chǎn)品1998年獲中汽聯(lián)分布發(fā)的優(yōu)秀協(xié)作產(chǎn)品獎(jiǎng)；1989年獲機(jī)電部優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品稱號(hào)。已為全國32個(gè)廠家配套。
本產(chǎn)品除可為一汽輕型車系列產(chǎn)品匹配外，還是國內(nèi)130系列變速器較為理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品，適用于130系列輕型載貨車，改裝車，專用車及中型旅行車、農(nóng)用車等。
2、變速器的作用
變速器是汽車傳動(dòng)系中最主要的部件之一。它的功用是：
（1）在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動(dòng)輪上扭矩的大小。由于汽車行駛件不同，要求車行使速度應(yīng)能在很大范圍內(nèi)變化。例如，在高速公路上行駛，要求汽車能以超過或接近100km/h的高速行駛，而在繁華的市區(qū)或道路條件很差的情況下，要求汽車能以每小時(shí)幾公里的速度行駛。目前汽車所用的內(nèi)燃機(jī)，其曲軸轉(zhuǎn)速變化范圍都很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了車速應(yīng)在很大范圍內(nèi)變化的要求。
汽車在行駛時(shí)，行駛阻力變化也很大，要求汽車驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也應(yīng)在很大范圍內(nèi)變化。例如，汽車空車在水平路面行駛時(shí)，行駛阻力很小，而當(dāng)汽車滿載克服陡坡時(shí)，行駛阻力便很大，而目前汽車所用的內(nèi)燃機(jī)若供油量不變，當(dāng)汽車曲軸轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，曲軸輸出的扭矩變化范圍很小，完全不能滿足上述要求。
綜上所述，由于汽車行駛速度（或驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速）和驅(qū)動(dòng)輪扭矩都要求必須有很大的變化范圍，而內(nèi)燃機(jī)特性滿足不了這種要求，因而在汽車傳動(dòng)系中便要裝置變速器，以便在較大范圍內(nèi)改變車速和驅(qū)動(dòng)輪扭矩的變化范圍。
（2）實(shí)現(xiàn)倒車行駛（倒檔）。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸一般只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的（從發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出端看去是逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)），而汽車有時(shí)需要能倒退行駛，因此，往往利用變速器中設(shè)置的倒檔來實(shí)現(xiàn)汽車倒車行駛。
（3）實(shí)現(xiàn)空檔。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與變速器的動(dòng)力輸入軸相結(jié)合在一起時(shí)，變速器可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不輸出（空擋）。這種變速器的工作狀態(tài)可以保證駕駛員在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火時(shí)松開離合器踏板離開駕駛員座位?？論鯇?duì)有級(jí)式變速器的換檔和進(jìn)行動(dòng)力輸出也是必要的。
3、變速器基本原理（參看圖二）
CAS5-20變速器具有五個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔,由第一軸、中間軸、第二軸、倒檔軸、殼體及變速器操作機(jī)構(gòu)等幾部分組成。
第一軸與第一軸常嚙合齒輪制成一體，是變速器的動(dòng)力輸入軸。離合器從動(dòng)盤在離合器結(jié)合時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力經(jīng)第一軸前部花鍵傳到第一軸上。
中間軸與一、倒檔齒輪制成一體。中間軸還有過盈配合的二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪和五檔齒輪。
第二軸是變速器的動(dòng)力輸出軸，其上的一檔齒輪17、三檔齒輪9和二檔齒輪16、一、倒檔齒輪分別通過各自的滾針軸承支撐在軸23上。
倒檔中間齒輪28和34制成一體，通過滾針軸承支撐在倒檔軸27上。
變速器各機(jī)件在圖示位置時(shí)，變速器是處于空檔工作狀態(tài)。這時(shí)，第一軸的動(dòng)力經(jīng)一對(duì)常嚙合齒輪2與33使中間軸26及其上所有其他齒輪旋轉(zhuǎn)，其從動(dòng)齒輪17、16、9和8隨第一軸的旋轉(zhuǎn)而在第二軸上空轉(zhuǎn)，因此，第二軸不能被驅(qū)動(dòng)。固定在第二軸上的各個(gè)花健35、13、和24的外圓表面均制有與其相鄰的結(jié)合齒圈齒型完全相同的外花健，分別與相應(yīng)的具有內(nèi)花健的各個(gè)接合套相接合，結(jié)合套可沿花健轂軸向滑動(dòng)。
在該變速器中，除倒檔外，各檔都采用同步器換檔。欲掛上一檔，可操縱變速桿，
通過撥叉使接合套20左移，與一檔同步器鎖環(huán)19的接合齒圈和一檔齒輪接合齒圈18接合后，動(dòng)力便從第一軸依次經(jīng)齒輪2、33、中間軸26、齒輪29、17、接合齒圈18、接合套20以及花健轂24，傳給第二軸23輸出 。一檔傳動(dòng)比i1=Z33/Z2*Z17/Z29。欲脫開一檔，可通過撥叉使接合套20右移，與接合齒圈18脫離嚙合，則變速器退回空檔位置。欲掛上二、三檔，四、五檔，可分別通過撥叉使接合套12、5左右移動(dòng)即可；掛倒檔時(shí)，接
合套20右移，與倒檔齒輪接合齒圈21接合，即得倒檔，其原理跟掛一檔時(shí)一樣，不再贅述。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
煙 臺(tái) 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
機(jī)電汽車工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)
班級(jí) 01級(jí)011-1班 學(xué)生姓名 郭光銘
題目：汽車變速箱設(shè)計(jì)
一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求
1. 發(fā)動(dòng)機(jī)功率：68.5kw /（380rpm）; 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定扭矩: 192N.m/(2500rpm)
2. 中間軸式變速器
3. 變速器總傳動(dòng)比：5~6
要求：
1. 完成變速箱傳動(dòng)方案，畫出功率流模型；
2. 確定變速器中心距；
3. 確定變速器外形尺寸；
4. 確定齒輪參數(shù)；
5. 完成變速器各檔齒輪齒數(shù)的分配；
6. 校核軸的強(qiáng)度和剛度。
7. 利用UG實(shí)體建摸軟件或利用AutoCAD軟件完成總體設(shè)計(jì)
二、 畢業(yè)設(shè)計(jì)完成日期 2005年6月17日
指導(dǎo)老師 簽字
教研室主任 審查
系主任 批準(zhǔn)
三、 應(yīng)完成的任務(wù)量（包括說明書、圖紙）
1． 完成：變速箱總裝配圖（0號(hào)），變速箱箱體設(shè)計(jì)圖（0號(hào)），第一軸，中間軸，第一軸常嚙合齒輪、中間軸常嚙合齒輪、高速檔同步器設(shè)計(jì)圖。
共完成相當(dāng)于4張0號(hào)圖紙的繪圖工作量
2． 完成設(shè)計(jì)說明書
四、 進(jìn)度計(jì)劃表
階 段
日 期
計(jì) 劃 完 成 工 作 量
完 成 情 況
指導(dǎo)教師簽字
～ 4.17
調(diào)研，收集資料，方案設(shè)計(jì)
4.18～ 4.30
變速箱總體設(shè)計(jì)
5.1～ 5.10
變速箱箱體設(shè)計(jì)
5.11～ 5.24
繪制零件圖
5.25～6.8
編寫設(shè)計(jì)說明書
6.9～6.17
答辯
五、 主要參考資料
1． 汽車設(shè)計(jì)，吉林工業(yè)大學(xué)王望予主編，機(jī)械工業(yè)出版社
2． 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社
3． 機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社
4． 汽車構(gòu)造，吉林工業(yè)大學(xué)陳家瑞主編，機(jī)械工業(yè)出版社
任務(wù)下達(dá)日期 年 月 日
四、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想
在日常生活中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)貨車的身影。貨車在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用。因?yàn)榈赜虻牟煌缆窏l件不同，對(duì)貨車要求的具體側(cè)重方面也就不同。因此，要有不同型號(hào)的貨車以適應(yīng)不同地區(qū)、不同地形的生產(chǎn)要求。而汽車上變速箱是最重要的部件之一?，F(xiàn)在貨車上應(yīng)用的主要還是齒輪式變速箱。目前已經(jīng)被使用的一些型號(hào)的變速箱也有很多不足之處，比如動(dòng)力不夠或運(yùn)輸速度不適應(yīng)等，仍需要進(jìn)一步的改進(jìn)。此次設(shè)計(jì)我本著結(jié)構(gòu)簡單合理、性能可靠、安全實(shí)用、增加功能、降低成本的原則，力求更好的原則來設(shè)計(jì)與改進(jìn)變速箱.
變速箱用以改變汽車的行駛速度，方向和驅(qū)動(dòng)力矩，并可以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可較長時(shí)間停車。此次設(shè)計(jì)的北京130變速箱有足夠的排檔數(shù)，各檔的傳動(dòng)比應(yīng)與要求的行駛速度相適應(yīng)，提高了該車的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性；有空檔位，便于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)停車，換檔便捷.換檔機(jī)構(gòu)有自鎖和互鎖功能,能防止同時(shí)掛接兩檔，掛當(dāng)后能自鎖.防止自行跳檔和自行脫檔的現(xiàn)象，而減少變速器工作時(shí)的噪聲,減少變速器尺寸及提高齒輪壽命.傳動(dòng)路線短，即動(dòng)力流經(jīng)的齒輪副少，傳動(dòng)效率提高，結(jié)構(gòu)簡單，溫升小。
以上的就是本次設(shè)計(jì)總的設(shè)計(jì)思想。
五、設(shè)計(jì)方案的確定
在設(shè)計(jì)變速箱時(shí)，合理確定變速箱的傳動(dòng)方案至關(guān)重要。傳動(dòng)方案的合理與否，直接影響到傳動(dòng)系和整機(jī)的工作性能。由于一般采用專用設(shè)備加工，所以當(dāng)產(chǎn)品形成一定的生產(chǎn)能力后，再要改變傳動(dòng)方案是相當(dāng)困難的，因此必須慎重。
變速箱分為掛結(jié)式和動(dòng)力換檔式。我們采用掛接式，掛結(jié)式變速箱換檔方式有：
（一）移動(dòng)外嚙合滑動(dòng)齒輪掛檔。
（二）移動(dòng)滑動(dòng)齒輪內(nèi)套掛檔。
（三）移動(dòng)式嚙合套掛擋，齒輪為經(jīng)常嚙合。
（四）移動(dòng)同步器套環(huán)掛檔，齒輪為經(jīng)常嚙合。
此次設(shè)計(jì)的是中間軸式變速箱移動(dòng)同步器套環(huán)掛檔。
（一）功率流模型如下：
黃色一檔,紅色-二檔,青色-三檔,品紅-四檔，綠色-五檔,藍(lán)色-倒檔
圖一、功率流模型
功率流模型 變速箱的主要的功能是為汽車提供所需的排擋數(shù)目和不同的速度數(shù)值。不同的排擋數(shù)和速度值是采用使功率流流經(jīng)不同的齒輪副的方法來實(shí)現(xiàn)的。所以功率的流傳方式基本上表征了變速箱傳動(dòng)方案型式及其特點(diǎn)。用功率流來表示變速箱基本結(jié)構(gòu)的圖形，稱為“功率流模型”。
橫軸表示軸，水平箭頭表示直接傳動(dòng)的嚙合套或同步器和功率流傳方向；垂直箭頭表示齒輪副，箭頭尖端與橫線想交，表示該齒輪副將動(dòng)力傳給該軸。兩橫線間如果有雙向箭
頭，表示該齒輪副可以雙向傳遞功率；兩個(gè)垂直箭頭處于同一直線上表示該兩齒輪副有共同齒輪。
（二） 變速箱設(shè)計(jì)步驟
變速箱設(shè)計(jì)的大體步驟如下：
1. 根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,傳動(dòng)比和檔數(shù)的要求，和汽車總體設(shè)計(jì)對(duì)變速箱結(jié)構(gòu)的約束條件，確定傳動(dòng)方案，畫出功率流模型。
2. 在功率流模型中的垂直箭頭處畫出齒輪副；設(shè)置同步器，布置倒擋齒輪；畫出軸，軸承和變速箱壁。形成結(jié)構(gòu)方案簡圖。各齒輪副之間的相對(duì)位置和距離要根據(jù)換檔方式進(jìn)行預(yù)定。
3. 低檔和高檔之間的傳動(dòng)比要求相鄰兩擋位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下,而且要求高檔區(qū)相鄰兩擋傳動(dòng)比比值比抵擋區(qū)相鄰擋位傳動(dòng)比比值小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和以往成熟理論,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速，及總擋數(shù)總傳動(dòng)比,計(jì)算各檔的傳動(dòng)比和各齒輪副的齒數(shù)比。
4. 根據(jù)所傳動(dòng)的扭矩要求確定齒輪副中心和計(jì)算齒輪的幾何參數(shù)。
5. 根據(jù)制造，裝配和使用要求，確定結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
1-第一軸 2-第一軸常嚙合齒輪 3-第一軸齒輪接合齒圈 4-四檔同步器鎖環(huán)
5、12、20-接合套 6-五檔同步器鎖環(huán) 7-五檔齒輪接合齒圈 8-第二軸五檔齒輪 9-第二軸三檔齒輪 10-三檔齒輪接合齒圈 11-三檔同步器鎖環(huán) 13、24、
35-花健轂 14-二檔同步器鎖環(huán) 15-二檔齒輪接合齒圈 16-第二軸二檔齒輪 17-第二軸一檔齒輪 18-一檔齒輪接合齒圈 19-一檔同步器鎖環(huán) 21-倒檔齒輪接合齒圈 22-第二軸倒檔齒輪 23-第二軸 25-中間軸倒檔齒輪 26-中間軸
27-倒檔軸 28-倒檔中間齒輪 29-中間軸一檔齒輪 30-中間軸二檔齒輪 31-中間軸三檔齒輪 32-中間軸四檔齒輪 33-中間軸常嚙合傳動(dòng)齒輪 34-變速器殼體
圖二、北京130 CAS5-20中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案
圖三、北京130 CAS5-20中間軸式五檔變速器結(jié)構(gòu)圖
六、工作部件的設(shè)計(jì)
在變速箱傳動(dòng)方案確定之后，就可以進(jìn)行變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的計(jì)算。
（一） 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
變速箱殼體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：
1. 確定變速器殼體的形式.殼體有整體式和對(duì)分式,整體式殼體與上蓋組成一體,優(yōu)點(diǎn)是變速器前后軸承孔的同心度容易保證,裝配和檢查方便,殼體用鑄鐵制造,上蓋用鋁合金壓鑄或鑄鐵鑄造,我們采用對(duì)分式.對(duì)分式要求加工精度高,多用于轎車。
2. 確定各檔齒輪副的相對(duì)位置 原則是使經(jīng)常用的和重載齒輪靠近軸承，這樣支撐剛度較好。還應(yīng)使齒輪的布置便于依次換檔。
3. 變速器殼體尺寸要盡可能小,同時(shí)質(zhì)量要小,并且要有足夠大的剛度,用來保證軸和軸承工作時(shí)不會(huì)歪斜。變速器縱向尺寸應(yīng)保證能布置下最大齒輪副,而且設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該注意到殼體側(cè)面的內(nèi)壁與傳動(dòng)齒輪齒頂之間有5-8毫米的間隙,否則由于增加了潤滑油的液壓阻力,會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲和使變速器過熱。齒輪齒頂?shù)阶兯倨鞯撞恐g要有不小與15毫米的間隙.為了加強(qiáng)變速器殼體的剛度,在殼體上設(shè)有加強(qiáng)肋。加強(qiáng)肋的方向應(yīng)與軸承處的作用力有關(guān).變速器殼體不應(yīng)該有不利于吸收齒輪的振動(dòng)和噪聲的大平面。為了注油和放油，在變速器殼體上設(shè)有注油口和放油孔。注油孔設(shè)立在潤滑油所在平面處，同時(shí)它作為檢查油面高度的檢查孔。放油孔應(yīng)該設(shè)計(jì)在殼體的最低處，放油塞采用永久磁性螺栓，可以吸住潤滑油內(nèi)部的金屬顆粒。為了從第一軸或第二軸后支撐的軸承間隙處流出的潤滑油流回變速器殼體內(nèi)，常在變速器前或后端面兩軸承孔之間開設(shè)回游口，為保持變速器內(nèi)部為大氣壓，在變速器頂部有通氣塞。
（二） 潤滑方式設(shè)計(jì)及潤滑油的選擇
１.潤滑方式的選擇
?、亠w濺式： 齒輪或?qū)Ｓ盟τ捅P浸入潤滑油中，旋轉(zhuǎn)時(shí)將潤滑油濺入需潤滑部位，并可在變速箱內(nèi)壁上引出油道，或另增設(shè)引油元件將潤滑油引至需油部位。這種潤滑方式最簡單，但對(duì)于較隱蔽的運(yùn)動(dòng)部位和距油面較高的部件，則難保證良好的潤滑效果；攪油損失較大，油溫可能較高。一般以油面以下軸（二軸）中心線±10㎜處為宜。北京１３０采用此種方式，由于結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，絕大部分零件能得到潤滑，內(nèi)部并不加工油道。
②壓力式和噴淋式 潤滑可靠，能減少攪油損失，能保證充分潤滑，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需另設(shè)供油系統(tǒng)和密封裝置以及油管系統(tǒng)。大功率拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)多采用這種潤滑方式。
2. 潤滑油的選擇
潤滑油的功用是將兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦表面隔開，從而降低接觸壓力，減少摩擦力，提高承載能力和傳動(dòng)效率，降低表面磨損，延長零件壽命，潤滑油還有降噪，冷卻和清洗的作用。
潤滑油的主要性能指標(biāo)和選擇原則：
① 粘度 粘度系指潤滑油抵抗外力作用發(fā)生流動(dòng)的性能。粘度一般用運(yùn)動(dòng)粘度來表示，量綱是m2/s。運(yùn)動(dòng)粘度常用“斯“（st）為單位。
1st=10-4m2/s
1斯的1﹪為厘斯（cst），即
1cst=0.01st=1mm2/s
潤滑油的粘度因溫度的不同而不同。國際上采用40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。習(xí)慣上還有用100℃和50℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。
拖拉機(jī)變速箱潤滑40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度應(yīng)在90-135cst范圍內(nèi)。
我國研制的拖拉機(jī)傳動(dòng)，液壓兩用油具有良好的實(shí)用性能，已經(jīng)推廣應(yīng)用。
② 添加劑 為了改善潤滑油的品質(zhì)，以滿足某些特殊的要求常在潤滑中加入某種添加劑。常用添加劑有：
a.極壓（EP）添加劑，其主要成分含有氯，硫，磷等化合物。在重載極重的場合使用，例如最終傳動(dòng)和準(zhǔn)雙面錐齒輪傳動(dòng)等。
b.油性添加劑，其主要為碳數(shù)10-20或更多的長鍵型化合物，例如：脂肪酸等，用來
護(hù)摩擦面，從而減小摩擦系數(shù)，并防止?jié)袷侥Σ粮苯Y(jié)合時(shí)的尖叫聲。
c.提高粘度指數(shù)添加劑，如聚甲基丙烯酸脂等聚合物，用來減少因溫度變化而引起的粘度變化，以便冬夏季通用。
d. 降凝劑，成分同c，用來改善流動(dòng)性。
e.抗泡沫添加劑，典型的化合物是硅油，用來防止?jié)櫥推鹋莺陀鸵阂绯?，減少泵油輸油困難。
f.我國傳動(dòng)液壓兩用油不同程度上加有上述添加劑。為了同時(shí)滿足齒輪傳動(dòng)，液壓和濕式制動(dòng)器工作的要求，又研制成功了液壓，傳動(dòng)和制動(dòng)通用油。
（三）變速箱換檔方式的選擇
１.無同步器的變速器在換擋時(shí)，欲使不產(chǎn)生齒輪或花鍵間的沖擊，需要進(jìn)行復(fù)雜的操作，并應(yīng)該在短時(shí)間內(nèi)迅速而準(zhǔn)確的完成。這對(duì)于即使是技術(shù)很熟練的駕駛員，也很容易疲勞。因此，要求在變速器結(jié)構(gòu)上采取措施，既保證掛擋平順，又減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。同步器就適合。我們就采用同步器式變速器。
２. 同步器有常壓式，慣性式和自行增力式
本次設(shè)計(jì)采用慣性同步器，由于常壓同步器工作不可靠，齒輪間有可能產(chǎn)生沖擊，而慣性同步器雖然也是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步，但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待結(jié)合的花鍵齒圈達(dá)到同步前不可能接觸，以避免齒間沖擊發(fā)生噪聲。慣性式同步器可分為鎖環(huán)式和鎖銷式同步器，由于鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)上布置的合理性，緊湊性以及錐面間產(chǎn)生的摩擦力矩大等因素，鎖環(huán)式同步器多用于轎車及輕型貨車上，北京１３０即用這一種，本次設(shè)計(jì)的CAS5-20就采用鎖環(huán)式同步器。鎖銷式同步器多用于中大型貨車上，因?yàn)榈诙S上的長嚙合齒輪及結(jié)合齒圈直徑較大，在摩擦錐面間產(chǎn)生較大的摩擦力矩，縮短了同步時(shí)間。
圖四、鎖環(huán)式同步器的機(jī)構(gòu)
（四）變速器操縱機(jī)構(gòu)的選擇
變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)該保證駕駛員能準(zhǔn)確可靠的使變速器掛入所需要的任一擋位工作，并可以隨時(shí)退到空擋。由于北京130的變速器離駕駛室較遠(yuǎn)，需要在變速桿與撥叉之間加一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，構(gòu)成遠(yuǎn)距離操縱。所以，我們選用間接操縱式變速器操縱機(jī)構(gòu)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們選用的操縱機(jī)構(gòu)為直接操縱手動(dòng)換檔。其特點(diǎn)：減少了變速叉軸，各檔同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡化，但它要求各檔換檔行程相等。該操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)該有足夠的剛性，而各個(gè)連接件間隙不能過大，否則換擋時(shí)手感不明顯。為保證變速器在任何情況下都能準(zhǔn)確，安全，可靠地工作。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有以下功能：保證變速器不自行脫檔或掛擋，在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有自鎖機(jī)構(gòu)。保證變速器不能同時(shí)掛入兩個(gè)擋，在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)立互鎖機(jī)構(gòu)。防止無掛入倒擋，在變速器操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有倒擋鎖。
自鎖裝置 由自鎖鋼球和自鎖彈簧組成，保證全齒寬上嚙合或完全推出嚙合所需的撥叉及其軸的移動(dòng)距離。
互鎖裝置 互鎖裝置由互鎖鋼球合互鎖銷組成，當(dāng)駕駛員用變速桿推動(dòng)桿推動(dòng)某一撥叉軸時(shí)，自動(dòng)鎖止其他所有撥叉軸。
倒擋鎖 汽車行進(jìn)中無掛入倒擋，變速器齒輪間將產(chǎn)生極大沖擊，導(dǎo)致零件損壞。汽車起步時(shí)無掛入倒擋，很容易出現(xiàn)安全事故。因此設(shè)立倒擋鎖裝置。倒擋撥塊中有倒擋鎖銷和倒擋彈簧，駕駛員要掛入倒擋時(shí)必須用較大的歷史變速桿壓縮彈簧，才能使變速桿下端進(jìn)入倒檔撥塊的凹槽中，以撥動(dòng)倒檔撥叉軸，使之掛入倒擋
（五）確定變速器的主要參數(shù)
1.中心距A的確定
對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離確定為變速器中心距A。他是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外型尺寸、體積和質(zhì)量大小，而且對(duì)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，齒輪的壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)有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，從布置軸承的可能與方便和不影響殼體的強(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，要求中心距也取大些。
初選中心距A時(shí)，可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
（1）
式中，A為變速器中心距（mm）；KA為中心距系數(shù)，貨車變速器：KA=8.6-9.6；Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.M）；i1為變速器一檔傳動(dòng)比；為變速器傳動(dòng)效率比，取96%。
將KA=8.6、Temax=192N.M、=5.57、=96%帶入式（1）中, 得 A=86.7mm
2.外形尺寸
變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間（過渡）齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。橫向外形尺寸為266.6mm*141mm
貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)，可參照 ：五檔 （2.7—3）A，縱向尺寸為228.4mm-260.4mm，取261mm.
3.軸的直徑
變速器工作時(shí)，軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還承受來自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪，則還有軸向力。在這些力的作用下，變速器的軸必須有足夠的剛度和強(qiáng)度。軸的剛度不足會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正常嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度和耐磨性都有不利影響，還會(huì)增加噪聲。
中間軸式變速器的第二和中間軸中部直徑d=0.45A,軸的最大直徑和支撐間距的比值，對(duì)中間軸，d/L=0.16-0.18,對(duì)第二軸，d/L=0.18-0.21.
第一軸花鍵部分直徑可按下式初選 d＝K 式中，k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),K=4.0～4.6,T為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩
4.齒輪的參數(shù)
（1）模數(shù)的選取
選取齒輪模數(shù)時(shí)一般遵循的原則是：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)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對(duì)貨車，減少質(zhì)量比減少噪聲更重要，故齒輪應(yīng)該選用大些的模數(shù)。
變速器低檔齒輪應(yīng)選用較大的模數(shù)，其他擋位選用另一模數(shù)。
考慮到工藝上的原因，北京130變速器各檔齒輪均采用同一模數(shù)Mn=3.0.
嚙合套和同步器的結(jié)合齒輪多數(shù)采用漸開線齒形。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒輪模數(shù)相同。其取用范圍是：轎車和輕、中型貨車為2.0—3.5mm，取模數(shù)為3.0mm。
（2） 壓力角
壓力角小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低，壓力角大時(shí)，可以提高齒輪的抗彎強(qiáng)度的表面接觸強(qiáng)度。國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°，所以變速器普遍采用的壓力角為20° 。嚙合套或同步器的接合齒輪壓力角有 20°、25°、30°等。，但普遍采用30°壓力角。
（3）螺旋角
斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。我們這次設(shè)計(jì)也選用斜齒輪。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)注意到他對(duì)齒輪工作噪聲，齒輪的強(qiáng)度，軸向力的影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)，噪聲較低，實(shí)驗(yàn)還證明，隨著螺旋角的增大，齒輪的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，不過，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)度仍然繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪抗彎強(qiáng)度著眼，不希望過大螺旋角，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)距時(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)工作的兩隊(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡，以減少軸承負(fù)荷提高軸承的壽命。因此，中間軸上的不同檔位齒輪的螺旋角應(yīng)該不相同。
為了使工藝方便，在汽車扭矩不大時(shí)，中間軸的軸向力不大，可以將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅為兩種螺旋角。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。一檔和倒檔設(shè)計(jì)為直齒時(shí)，在這些檔位工作，中間軸上的軸向力不能抵消，而此時(shí)第二軸則沒有軸向力作用。
貨車變速器：18°～30°。一，二檔齒輪的螺旋角為20°，三檔及四檔齒輪螺旋角18°。
圖五、中間軸軸向力的平衡
貨車變速器：18°--26° 。一，二擋齒輪的螺旋角=200,三擋及四擋的齒輪螺旋角β=180
根據(jù)圖五可知，要使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡，須滿足下述條件
Fa1=Fn1tan1 （2）
Fa2=Fn2tan （3）
由于，為使兩軸向力平衡，必須滿足
式中，F(xiàn)a1,Fa2為作用在中間軸齒輪1、2上的軸向力；Fn1,Fn2為作用在中間軸上齒輪1、2上的圓周力；r1.r2為齒輪1、2的節(jié)圓半徑；T為中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。最后可用調(diào)整螺旋角的方法，使各對(duì)嚙合齒輪隱模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因等而造成的中心距不等現(xiàn)象得以消除。
（4）齒寬
在選擇齒寬時(shí)，應(yīng)該注意到齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸，齒輪工作平穩(wěn)性，齒輪強(qiáng)度和齒輪工作受力時(shí)的均勻程度等均有影響。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)（m）的大小來選定齒寬：
直齒：， 直齒齒寬系數(shù)取為4.5-8.0
斜齒：， 斜齒齒寬系數(shù)取為6.0-8.6
b為齒寬（mm）。采用嚙合套或同步器換檔時(shí)，其接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為(2-4)mm。
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(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。
一軸常嚙合齒輪： =7.13*3.0=21.4 (Kc=7.13)
中間軸常嚙合齒輪： =6.6*3.0=19.8mm(Kc=6.6)
二軸一擋齒輪: =3*7.27=21.8mm (取Kc=7.27)
中間軸一擋齒輪: =3*8.5=25.5mm (取Kc=8.5)
二軸二擋齒輪: =3*6=18mm (取Kc=6.0)
中間軸二擋齒輪: =3*6.67=20mm(取Kc=6.67)
二軸三擋齒輪： =6.33Χ3.0=19mm(Kc=6.33)
中間軸三擋齒輪: =6Χ3.0=18mm(Kc=6)
二軸五檔齒輪： =7.67*3=23mm(Kc=7.67)
中間軸五檔齒輪 =6.67*3=20mm(Kc=6.67)
二軸倒擋齒輪: =3*7=21 mm (取Kc=7.0)
中間軸倒擋齒輪 : =3*8.5=25.5mm（取Kc=8.5）
在齒輪的實(shí)際制造及裝配過程中，考慮到將要產(chǎn)生的誤差，通常在一對(duì)齒輪副中將直徑較小的齒輪的寬度比理論值增大3-4毫米。
（5） 齒輪變位系數(shù)的選擇原則
采用變位齒輪，除了避免齒輪產(chǎn)生根切，和拼湊中心距外，還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨，抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。在北京130變速器上，中間倒檔齒輪及一檔齒輪的齒數(shù)較小，如不使其變位，將發(fā)生根切現(xiàn)象。
變位齒輪有兩種，高度變位和角度變位。高度變位一對(duì)齒輪副的變位系數(shù)之和等于零。高度變?yōu)榭稍黾有↓X輪的齒根強(qiáng)度，但降低大齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位變位系數(shù)之和不等于零，既有高度變?yōu)閮?yōu)點(diǎn)，又避免其缺點(diǎn)。我們采用角度變位。
變速箱安裝在中間軸及第二軸上有五對(duì)齒輪副，因要保證各檔傳動(dòng)比的需要，各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)之和不同。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。
根據(jù)以上理由，為了降低噪聲，對(duì)變速器中除去一二和倒檔以外的其他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)。一般情況下，最高擋和一軸齒輪副的總變位系數(shù)可以選為-0.2-0.2。隨著擋位的降低，應(yīng)該逐漸增大，一二擋和倒擋齒輪，應(yīng)選用較大值，以便獲得較大強(qiáng)度齒輪副，值可以達(dá)1.0以上。
4. 各檔齒輪齒數(shù)的分配（參看圖二）
（1）確定一檔的齒數(shù)
一檔傳動(dòng)比
（4）
如果Z17和Z29的齒數(shù)確定了，則Z33與Z2的傳動(dòng)比可求出。為了求得Z17、Z29齒數(shù)，選求其齒數(shù)和Zh
斜齒： （5）
取=20°、A=86.7mm、 Mn=3.0，帶入式(5)中，得
= 54.34 取整為54
在一定的條件下，Z33/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富有足夠的厚度?？紤]到殼體上的第一軸軸承孔尺寸的限制和裝配的可能性，該齒輪齒數(shù)又不易取多。
中間軸上的小齒輪的最小齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，在選定時(shí)，對(duì)軸的尺寸及齒輪的齒數(shù)都要統(tǒng)一考慮。貨車在12-18之間選用，我選用Z29=13，故一擋大齒輪齒數(shù)，Z17=Zh-Z29=54-13=41.
（2）對(duì)中心距A進(jìn)行修正
因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和Zh后，經(jīng)過取整數(shù)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，再以修正后的中心距A作為各個(gè)檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。
修正后的中心距A=85.6mm。
（3) 確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù)
由式（4）求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比
（6）
而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一檔齒輪的中心距相等，即
（7）
解式（6）、（7），求出Z2=21、Z33=38，將帶入式（7）中，求出螺旋角四檔=18°。
（4） 確定其他各檔的齒數(shù)
二檔齒輪是斜齒輪，螺旋角與常嚙合齒輪的不同時(shí)，有式（4），得 （8）
而 （9）
用試湊法先設(shè)，得出 z16，z30，再代入tan/tan=r30/r33=Z33/Z30=Z33/(Z2
+Z33)*(1+Z16/Z30),檢查是否接近，若接近，則設(shè)的合適，若相差太大，則調(diào)整重復(fù)計(jì)算。
現(xiàn)設(shè)二檔=20°，mn=3.0、帶入式（9），得z16+z30=59，分配Z16=36、Z30=23。
同樣方法可求得，三檔的各齒輪的齒數(shù):Z9=28, Z31=31。
五檔的各齒輪的齒數(shù): Z8=18, Z32=40。
(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m=3.0mm。倒檔齒輪Z28的齒數(shù)，一般在21-28之間，初選后，可計(jì)算出中間軸與倒檔軸的中心距。
（10）取Z28=27， 將m=3.0mm，中間軸Z25=13帶入式（10），得
=60mm
為保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪22和25的齒頂圓之間應(yīng)保持0.5mm以上的間隙。 選第二軸Z22=36。
七、軸的校核
變速器工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，其軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔愕妮S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞了齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪音等均有不利影響。所以設(shè)計(jì)變速器軸式，其剛度大小應(yīng)保證齒輪能實(shí)現(xiàn)正確的嚙合為前提條件。
對(duì)齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的腦度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角，前者
是齒輪中心矩發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪互相歪斜，如圖六所示，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。
初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。欲求中間軸式變速器第一軸的支點(diǎn)反作用力，必須選求第二軸的支點(diǎn)反力。檔位不同，不僅圓周力、徑向力和軸向力不同，而且力到支點(diǎn)的距離也有變化。所以應(yīng)當(dāng)對(duì)每個(gè)檔位都進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)將軸看作鉸接支承的梁。作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取Temax。
圖六、變速器軸的變形簡圖
軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按下列公式計(jì)算。計(jì)算時(shí)僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，距離支承點(diǎn)近、負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如圖七所示，若軸在垂直面內(nèi)撓度為 ，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，則可分別用下式計(jì)算
(13)
(14)
(15)
圖七、變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角
式中，F(xiàn)1為齒輪齒寬中間平面上的徑向力 (N)；F2為齒輪齒寬中間平面上的圓周力 (N);E為彈性模量(MPa),E=2.1x10Mpa;I為慣性矩(mm)。對(duì)于實(shí)心軸:I=;d為軸的直徑(mm)，花鍵處按平均直徑計(jì)算；a、b為齒輪上作用力矩支座的距離;L為支座間距離。
如果和分別表示軸在垂直面和水平面的撓度，則軸的全撓度為
（16）
軸在垂直面和水平面撓度的允許值=0.05—0.10mm，=0.10—0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002rad。
與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪，通過滾真軸承裝在軸上，這就能夠增大軸的直徑，因此使軸的剛度增加。
作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力和之后，計(jì)算相應(yīng)彎矩軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩同時(shí)作用下，其應(yīng)力為
（17）
式中，（N.mm）;d為軸的直徑(mm)，花鍵處取內(nèi)徑；W為抗彎截面系數(shù)。
在低檔工作時(shí)，N/mm
變速器的軸用于齒輪相同的材料制造。
（一） 一擋時(shí)軸的校核
校核中間軸
常嚙合輪：
Ft=2T/d33=2*192*31 /（0.108*28）=6433.9N
Fr=Fttan200/cos180=2492N Fa=Ft*tan180=2341.7N
a=12mm, b=155.8mm L=167.8mm 當(dāng)量直徑d=33mm
I=3.14*(33)4/64=5.82*104mm4
fc=0.0024mm, fs2=0.053mm, =0.00049mm﹤0.002mm 安全
=0.0066mm<0.2mm 安全
中間軸一擋齒輪：
a=183.1mm b=84.7mm L=267.8mm d=33mm Ft=2T/d29=2*192*38/(0.0431*21)=16122N
Fr=Fttan200/cos200=6244.5N
Fa=Ft tan200=5868N
I=4/64=3.14*334/64=5.82*104mm4
fc=0.015mm fs=0.039mm
=0.0419mm<0.2mm 安全
=0.00025mm<0.002 rad 安全
一擋時(shí)，軸承處的支反力：
左軸承: Fc=4355.4N Fs=1046.5N 向外
右軸承： Fc=4381.1N Fs=10734.6N 向里
從下圖八中可以看到，中間軸一檔齒輪主力矩大。
M=(Nmm) M=1.041*106N*mm
=M/w=270 N/mm2<400 N/mm2 安全
圖八、一擋時(shí)中間軸的受力、彎矩、扭矩圖
二軸一檔齒輪處：
在垂直面內(nèi)第二軸的撓度fc及軸斷面在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角對(duì)齒輪工作影響最大，前者改變了齒輪的中心距并破壞了齒輪的正確嚙合，后者使大小齒輪相互歪斜，導(dǎo)致沿齒長方向壓力分布不均勻。
在垂直面內(nèi)第二軸的撓度fc及軸斷面在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角為：
fc=Fr*a2*b2 /3*EIL—Fa*a*b*r/3*EIL
=Fr*a*b*（b-a）/3EIL—Fa*（a2—a*b—b2）*r/3EIL
a= 166.8mm ,b=78mm,L=244.8mm 當(dāng)量直徑dv=32mm
Ft=2T /d=16122N
Fr=Fttan200/cos200=6244.5N
Fa=Fttan20°=5868N
I=4/64=3.14*324/64=51445.7mm4
求得fc =0.087mm <0.10mm
=0.001rad<0.002rad 故安全
此時(shí),二軸左滾針軸承處的支撐力:
Fs1=5136.9N Fc1=431.6N
二軸右軸承處的支撐力: Fs2=10985.1N Fc2=5812.9N
Mc=453406.2N*mm Ms=856835N*mm Tn=381452.5N*mm
M==1041753N*mm d=40mm
=165.88N/mm2<400N/mm2 安全
一擋時(shí)，變速箱輸出扭矩最大，此時(shí)中間軸和二軸所受的力也最大，故此時(shí)最不安全，其他軸的校核方法和一擋時(shí)一樣。
圖九、一擋時(shí)二軸的受力、彎矩、扭矩圖
八、本次設(shè)計(jì)的變速箱CAS5-20的特點(diǎn)
（1）技術(shù)特點(diǎn)：
CAS5-20系列變速器為機(jī)械式手動(dòng)五速全同步變速器，它采用一系列新技術(shù)新
工藝、使用國內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備加工制造，具有高精度、低噪聲、低油耗、使用壽命長等
特點(diǎn)。其外部尺寸可以據(jù)用戶需求專門設(shè)計(jì)。采用常嚙式斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)平
穩(wěn)。采用西德ZF公司短程同步器結(jié)構(gòu)，換檔輕便、可靠性高。中間軸軸承采用圓錐
滾子軸承，壽命更長。
(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
l)變速器殼體及外圍件
其殼體采用鑄鐵或鑄鋁,殼體上有加油孔和放油孔,并用螺塞封閉。
2）第一軸
第一軸分裝圖，其前端支承地發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸突緣的滑套中，后端通過球軸承支承在
變速器前殼體的軸承孔中。球軸承的外圈上套有止動(dòng)環(huán)，用以限制第一軸的軸向移動(dòng)。
3)中間軸
中間軸的分裝圖,它與倒擋主動(dòng)齒輪及一擋主動(dòng)齒輪做成一個(gè)整體,2擋齒輪和3擋齒輪為雙聯(lián)齒輪。中間軸的前端裝有錐軸承,用調(diào)整墊片調(diào)整該軸承的裝配尺寸(18-.mm),以保證各軸相應(yīng)齒輪的正確位置,圓錐滾子軸承的外圈頂在裝有彈簧擋圈的后端面上,用以限制中間軸總成向前移動(dòng)。中間軸的后端亦裝有錐軸承,軸承外圈與變速器后軸承蓋的孔臺(tái)之間裝有凋整墊片,從而使中間軸上的兩個(gè)圓錐滾子軸承有軸向預(yù)緊力,此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中間軸總成所需耍的轉(zhuǎn)矩為0.5～2.0N.m。
4)第二軸
第二軸總成分裝圖,其上裝有滾針軸承總成一、二、三、四擋與倒擋從動(dòng)齒輪總成,同步環(huán),二、三、四、五擋及倒擋同步器齒座等。裝配后,軸上的各個(gè)齒輪應(yīng)能自由、均勻傳動(dòng),不能有卡滯現(xiàn)象,且各擋齒輪軸向間隙不得大于0.24MIn。
5)變速機(jī)構(gòu)總成
CAS5-20變速器采用單滑軌式變速機(jī)構(gòu),變速機(jī)構(gòu)總成由變速機(jī)構(gòu)座總成和變速叉總成組成。
九、變速箱故障的排除
產(chǎn)生故障的主要原因。使用操作不當(dāng)，往往使變速箱技術(shù)狀態(tài)迅速惡化。
變速箱常見故障原因及其排除
故障現(xiàn)象
故障原因及特征
排除方法
掛檔
或摘
檔困
難
⑴換檔時(shí)有齒輪沖擊聲
換檔操作不當(dāng)或離合器分離不徹底
該檔滑動(dòng)齒輪或固定齒輪端面損傷
⑵換檔費(fèi)勁
操縱桿件變形
滑動(dòng)副被雜物塞滯。彈簧剛度過大。連鎖機(jī)構(gòu)調(diào)整不當(dāng)，鎖銷升程不足
修磨
校正、修理
調(diào)整
聲
音
異
常
⑴變速箱第一軸軸承響
軸承磨損，外圈松弛
軸承嚴(yán)重磨損，徑向間隙過大
⑵齒輪嚙合噪音齒輪不是成對(duì)的更換，或齒形不正確。
齒輪嚴(yán)重磨損，或因軸承松弛 引起側(cè)隙過大
⑶撥叉變形掛碰齒輪
⑷周期性沖擊聲，音量較強(qiáng)
更換修復(fù)
更換
校正及時(shí)檢查
自
動(dòng)
脫
檔
⑴輪齒嚙合不良
輪齒工作表面磨損，形成楔形，產(chǎn)生軸向力
撥叉在變速滑軌上松動(dòng)，不能全齒寬嚙合
撥叉變形，影響滑動(dòng)齒輪的垂直度
⑵花鍵軸傾斜軸承間隙過大
花鍵軸變形軸的彎曲剛度不足
⑶變速箱及有關(guān)箱體變形，影響兩軸的平行度造成脫檔
⑷齒輪加工形位精度不夠，形成 軸向力，自行脫檔
⑸鎖定彈簧力減弱，斷裂定位力不足
⑹“V”形定位槽及鎖銷頭部磨損嚴(yán)重
成對(duì)更換或調(diào)面使用
檢查固緊
校正
調(diào)整或更換
校直或更換
出廠造成
出廠造成
出廠造成
更換
更換，修磨
故障現(xiàn)象
故障原因及特征
排除方法
過
熱
⑴潤滑油油面過高，攪油發(fā)熱
⑵潤滑油油面過低，潤滑不良而發(fā)熱
⑶軸承裝配過緊
⑷注意觀察過熱是否由懸掛系統(tǒng) 引起的油溫過高
檢查油面，按規(guī)定加
足合格品質(zhì)的潤滑油
調(diào)整或更換
檢查是否超負(fù)荷
十、本次設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)
（一） 優(yōu)點(diǎn)：
1、結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可用十年以上
2、傳動(dòng)平穩(wěn)，維護(hù)方便
3、有過載保護(hù)功能
4、能在一定范圍內(nèi)，有效的改變速度
5. 傳動(dòng)效率高
（二） 缺點(diǎn)：
1、軸和軸承承受載荷大，承受過載及沖擊的能力差
2、倒擋無同步器，掛當(dāng)時(shí)齒輪易產(chǎn)生沖擊
3、攪油時(shí)能量損失大，油溫較高
十一、運(yùn)用CAD的設(shè)計(jì)和作圖過程
(一)關(guān)于CAD
AutoCAD是由美國Autodesk公司開發(fā)的專門用于計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)計(jì)的軟件，由于該軟件具有簡單易學(xué)、設(shè)計(jì)精確等優(yōu)點(diǎn),因此自從20世紀(jì)80年代推出以來一直受到廣大工程設(shè)計(jì)人員的青睞?，F(xiàn)在AutoCAD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子、航天和水利工程等領(lǐng)域。
AutoCAD2004是Autodesk公司開發(fā)的最新版本。在經(jīng)歷了多次完善后，AutoCAD2004的繪圖功能更強(qiáng)大，操作更加靈活，越來越便于小組的協(xié)同工作，并提供了許多行業(yè)的模板；而且它的三維繪圖功能更加強(qiáng)大，可以繪制出更加逼真的模型。
本次我所參考的AutoCAD2004機(jī)械圖形設(shè)計(jì)在講述的方法上更側(cè)重于在機(jī)械制圖上的應(yīng)用?，F(xiàn)在許多公司用AutoCAD設(shè)計(jì)。這次我們用AutoCAD進(jìn)行北京130變速箱的設(shè)計(jì)，正是適應(yīng)了發(fā)展趨勢的要求，是我們還沒走出校園的時(shí)候，為走出校園更好的適應(yīng)社會(huì)的要求，更好的為社會(huì)服務(wù)做好準(zhǔn)備。
(二) 變速箱箱體的設(shè)計(jì)
參閱前人的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際要求，確定變速箱的大體尺寸，距齒輪的傳動(dòng)情況，和需要滿足的變速要求，以及各軸的相對(duì)位置，確定出變速箱的總體尺寸，做出平面圖，形成箱體總體。然后根據(jù)實(shí)際情況，考慮加工工藝，確定需要加工的面，不需要加工的面，對(duì)定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)要初步確定。以待后面尺寸、粗糙度、形位公差等時(shí)有所依據(jù)。
（三） 零件圖的設(shè)計(jì)
汽車變速箱零件類型多，門類全，其中幾乎涵蓋了大多數(shù)常見零件，根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)，以及參照前人設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行零件圖的繪制，參閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)行零件的標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用多種畫法相結(jié)合的方法，力求使圖真實(shí)的再現(xiàn)零件的本來面目，在繪制過程中有意識(shí)的注意了零件的工藝性要求，堅(jiān)決杜絕僅觀賞性而無實(shí)用性的零件產(chǎn)生，因?yàn)橐郧暗脑O(shè)計(jì)圖紙資料關(guān)于手扶拖拉機(jī)的，因此讀懂圖紙并從中吸取經(jīng)驗(yàn)也成了關(guān)鍵，我本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，仔細(xì)的觀察實(shí)物和研讀圖紙，保證了設(shè)計(jì)的正確性。
十二、變速器的發(fā)展現(xiàn)狀與方向
（一） 無級(jí)變速器
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(jí)變速(Continuously Variable Transmission簡稱"CVT") ?！”M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。
在跨越了三個(gè)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(jí)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(duì)無級(jí)變速器(CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極