轎車5+1自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)【械式手動(dòng)五檔變速器】

轎車5+1自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)【械式手動(dòng)五檔變速器】,械式手動(dòng)五檔變速器,轎車5+1自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)【械式手動(dòng)五檔變速器】,轎車,自動(dòng)變速器,設(shè)計(jì),手動(dòng),五檔,變速器 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 摘 要 汽車變速器，是一套用于來協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的實(shí)際行駛速 度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過 程中，在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動(dòng)機(jī) 工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于轎車上的機(jī)械式手動(dòng)五檔變速器。這 臺(tái)變速器具有五個(gè)前進(jìn)檔（包括一個(gè)超速檔五檔）和一個(gè)倒檔，并通過 鎖環(huán)式同步器來實(shí)現(xiàn)換檔。本設(shè)計(jì)采用中間軸式變速器，該變速器具有 兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是其直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小；二 是在齒輪中心距較小的情況下仍然可以獲得較大的一檔傳動(dòng)比。 根據(jù)轎車的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車 輛重量、滿載重量以及最高車速等參數(shù)結(jié)合自己選擇的適合于該轎車的 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)可以得出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)。 再結(jié)合某些轎車的基本參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比。根據(jù)上述參數(shù)，再 結(jié)合汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚?、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，計(jì)算出相關(guān)的變速器 參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。 關(guān)鍵詞：變速器 鎖環(huán)式同步器 中間軸 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 Abstract Automobile transmission is one set of speed- transformation which is used to coordinate the speed of the engine and the actual speed of the wheels , so that it can play the best performance of engine. In the running process of the automobile, the transmission can produce different transmission ratio between the engine and the wheel, and the engine can work in the best state of dynamic performance by shifting. The task of this design is to design a mechanical manual five gear transmission used in the saloon. This gearbox has five forward gears (including a overdrive gearfifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. This design uses the intermediate bearing type of transmission. This transmission has two prominent merits: Firstly , the direct transmission has a high transmission efficiency, the attrition and the noise are also minimal ; Secondly , its allowed to obtain bigger gear ratio of the first gear when the center distance is smaller. According to the saloon track，wheel base，the smallest ground clearance, the smallest turning radium, the vehicles weight, the all-up weight as well as the highest speed and so on, consider the choosing engine model we can obtain the 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 important parameters such as the max power, the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon, we can choose the suitable final drive ratio. According to the above parameters, combining the knowledge of automobile design, automobile theory, machine design and so on, we can calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. Key words: transmission inertial type of synchronizer countershaft 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 目 錄 前 言 .1 符 號(hào) 說 明 .6 1 機(jī)械式變速器的概述 .8 1.1 變速器的功用和要求 .8 1.1 變速器的結(jié)構(gòu)組成 .9 1.1 變速器的工作原理 .10 2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 .15 2.1 結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 .15 2.2 倒檔傳動(dòng)方案 .22 2.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 .23 2.3.1 齒輪型式 .23 2.3.2 換檔結(jié)構(gòu)型式 .23 3 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì) .27 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 .27 3.1.1 檔數(shù)和傳動(dòng)比 .27 3.1.2 中心距 .29 3.1.3 軸向尺寸 .30 3.1.4 齒輪參數(shù) .30 3.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定 .33 3.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) .33 3.2.2 確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) .34 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3.2.3 確定其他檔位的齒數(shù) .35 3.2.4 確定倒檔齒輪的齒數(shù) .35 3.3 齒輪變位系數(shù)的選擇 .36 4 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇 .38 4.1 齒輪的損壞原因及形式 .38 4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 .38 4.2.1 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 .39 4.2.1 齒輪接觸應(yīng)力 .41 5 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 .44 5.1 速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 .44 5.1.1 軸的結(jié)構(gòu) .44 5.1.2 確定軸的尺寸 .45 5.2 軸的校核 .46 5.2.1 第一軸的強(qiáng)度與剛度校核 .46 5.2.2 第二軸的校核計(jì)算 .48 6 變速器同步器的設(shè)計(jì) .51 6.1 同步器的結(jié)構(gòu) .51 6.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 .53 7 變速器的操縱機(jī)構(gòu) .56 結(jié)論 .57 致 謝 .58 參考文獻(xiàn) .59 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 前 言 汽車變速器，是一套用于來協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的實(shí)際行駛速 度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能。隨著汽車變速器技術(shù)的發(fā) 展，對(duì)變速器油提出了更高的性能要求，并提供了廣闊的市場(chǎng)空間。由 于汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車變速器技術(shù)也正在日益更新。世界知名汽 車企業(yè)進(jìn)入國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)汽車技術(shù)的進(jìn)步，使得變速器技 術(shù)不斷更新。 從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動(dòng)變速 器（MT） 、自動(dòng)變速器（AT） 、無級(jí)變速器（CVT） 。 一、手動(dòng)變速器(MT) 手動(dòng)變速器 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 如上圖，手動(dòng)變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的 齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各檔的變速比是個(gè)定值(也就是所謂的 “級(jí)” )。比如，一檔變速比是 3.85,二檔是 2.55,再到五檔的 0.75,這些 數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動(dòng)比，總共只有 5 個(gè)值(即有 5 級(jí))，所 以說它是有級(jí)變速器。 手動(dòng)車型到目前為止還是車市中最主流的車 型。目前手動(dòng)變速器的技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，它是通過齒輪的嚙合來傳 動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。因其傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)成本低，所以 備受青睞。 MT 如果操作熟練的話燃油經(jīng)濟(jì)性也比一般的自動(dòng)擋車型要好，同 時(shí)能夠充分享受駕駛的樂趣。但不太適合在城市里交通擁堵情況下使用， 而且如果無法掌握好換檔時(shí)機(jī)，油離配合不好的話，燃油經(jīng)濟(jì)性也無法 保證。 特點(diǎn)：又稱機(jī)械式變速器，即必須用手撥動(dòng)變速桿（俗稱“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。 轎車手動(dòng)變速器大多為四檔或五檔有級(jí)式齒輪傳動(dòng)變速器，并且 通常用同步器，換擋方便，噪音小。手動(dòng)變速在操縱時(shí)必須踩下離合， 方可撥得動(dòng)變速桿。手動(dòng)變速器是與自動(dòng)變速器相對(duì)而言的，其實(shí)在自 動(dòng)變速器出現(xiàn)之前所有的汽車都是采用手動(dòng)變速器。手動(dòng)變速器是利用 大小不同的齒輪配合而達(dá)到變速的。 優(yōu)點(diǎn)：維修保養(yǎng)成本低，能夠帶來駕駛樂趣。一般來說，手動(dòng)變速 器的傳動(dòng)效率要比自動(dòng)變速器的高，因此駕駛者如果技術(shù)好的話，手動(dòng) 變速的汽車在加速、超車時(shí)比自動(dòng)變速車快，也省油。缺點(diǎn)：操作復(fù)雜， 而且惡劣的交通狀況下駕駛起來比較累人。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 二、自動(dòng)變速器（AT） 自動(dòng)變速器 相對(duì)于手動(dòng)變速器來說自動(dòng)變速器（如上圖）能讓開車變得簡(jiǎn)單方 便，易于新手上路。目前手自一體車型大為興起，傳統(tǒng)的自動(dòng)變速器已 經(jīng)被越來越多的車型拋棄，漸有被取代之勢(shì)。特點(diǎn)是自動(dòng)變速器，利用 行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動(dòng)地進(jìn) 行變速。而駕駛者只需要操縱加速踏板控制車速即可。一般來講，汽車 上常用的自動(dòng)變速器有以下幾種類型：液力自動(dòng)變速器、液壓傳動(dòng)自動(dòng) 變速器、電力傳動(dòng)自動(dòng)變速器、有級(jí)式機(jī)械自動(dòng)變速器和無極式自動(dòng)變 速器。液力自動(dòng)變速器主要是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成，主要包 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 含自動(dòng)離合器和自動(dòng)變速器兩大部分。它能夠根據(jù)油門的開度和車速的 變化，自動(dòng)的進(jìn)行換擋。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，使用方便。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)代轎車配置的一種發(fā)展方向。裝有 自動(dòng)變速器的汽車能根據(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。缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率低，經(jīng)濟(jì) 性不好;結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修成本高。 三、無級(jí)變速器（CVT） 無極變速器 CVT 無級(jí)變速器（如上圖）采用傳送帶和工作直徑可變的主、從動(dòng) 輪相互配合來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，代表的自動(dòng)變速器的發(fā)展方向。它突 出的特點(diǎn)就是沒有傳統(tǒng)自動(dòng)變速器換擋時(shí)會(huì)出現(xiàn)的頓挫感，加速連續(xù)性 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 更好，燃油經(jīng)濟(jì)性也更高。目前它還有許多不完善的地方，所以目前市 場(chǎng)上搭配 CVT 變速器的車型不多(如天籟，軒逸等)，看來是有點(diǎn)曲高和 寡的意思。 特點(diǎn)：無級(jí)變速器系統(tǒng)是由兩組變速輪盤和一條傳動(dòng)帶組成的，要 比傳動(dòng)自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動(dòng)比， 從而實(shí)現(xiàn)全程無級(jí)變速，使汽車的車速變速平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換檔 時(shí)那種“頓”的感覺。 優(yōu)點(diǎn)：駕駛平順性、加速性、經(jīng)濟(jì)性以及排放都較好。CVT 最大優(yōu) 點(diǎn)就是無級(jí)控制輸出的速比，在行駛中達(dá)到行云流水的感覺，沒有換檔 的感覺，加速也會(huì)比自動(dòng)變速器快。由于行駛中減少了轉(zhuǎn)速的不必要波 動(dòng)，對(duì)省油也大有好處。缺點(diǎn)：技術(shù)還不完善;價(jià)格較高，維修成本較 高。 本設(shè)計(jì)是根據(jù)家用轎車車型而開展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)： 主減速比：4.782 滿載質(zhì)量： 1800 kg； 最高時(shí)速：190km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：SQR481FC 輪胎型號(hào)：205/65R15 最大扭矩：170Nm 最大功率：95kw 最高轉(zhuǎn)速：6000r/min 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 符 號(hào) 說 明 汽車總質(zhì)量 kgm 重力加速度 N/kgg 道路最大阻力系數(shù)ax 驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑 mmr 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 NmmaxeT 主減速比0i 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 一檔傳動(dòng)比gIi 汽車滿載載荷 N2G 第一軸與中間軸的中心距 mmA 中間軸與倒檔軸的中心距 mm 第二軸與中間軸的中心距 mm 中心距系數(shù)AK 直齒輪模數(shù)m 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 斜齒輪法向模數(shù)nm 齒輪壓力角 斜齒輪螺旋角 齒輪寬度 mmb 齒輪齒數(shù)xZ 齒輪變位系數(shù) 齒輪彎曲應(yīng)力 MPaW 齒輪接觸應(yīng)力 MPaj 齒輪所受圓周力 NtF 軸向力 N a 徑向力 Nr 計(jì)算載荷 NmgT 應(yīng)力集中系數(shù)K 摩擦力影響系數(shù)f 齒輪材料的彈性模量 MPaE 重合度影響系數(shù) K 主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mmzr 從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm b 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaT 軸的抗扭截面系數(shù) W3m 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 軸的材料的剪切彈性模量 MPaG 垂直面內(nèi)的撓度 mmcf 水平面內(nèi)的撓度 mms 1 機(jī)械式變速器的概述 1.1 變速器的功用和要求 變速器的功用是根據(jù)汽車在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā) 動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，使汽車具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng) 機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證汽車倒車以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系 能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率 輸出裝置。 對(duì)變速器的主要要求是： 1. 應(yīng)保證汽車具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)， 根據(jù)汽車載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù) 及傳動(dòng)比，來滿足這一要求。 2. 工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自 動(dòng)跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提 高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過采用同步器和 預(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng)換檔來實(shí)現(xiàn)。 3. 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。 選用優(yōu)質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以 及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。 4. 傳動(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。 5. 噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精 度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。 1.2 變速器的結(jié)構(gòu)組成 變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)組成，可制成單獨(dú)變速機(jī)構(gòu)或與傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)合裝在同一殼體內(nèi)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大多用普通齒輪傳動(dòng)，也有的用行星 齒輪傳動(dòng)。普通齒輪傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)一般用滑移齒輪和離合器等?；讫X 輪有多聯(lián)滑移齒輪和變位滑移齒輪之分。用三聯(lián)滑移齒輪變速，軸向尺 寸大；用變位滑移齒輪變速 ，結(jié)構(gòu)緊湊 ，但傳動(dòng)比變化小。離合器有 嚙合式和摩擦式之分。用嚙合式離合器時(shí)，變速應(yīng)在停車或轉(zhuǎn)速差很小 時(shí)進(jìn)行，用摩擦式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中任意轉(zhuǎn)速差時(shí)進(jìn)行變速，但承載能 力小，且不能保證兩軸嚴(yán)格同步。為克服這一缺點(diǎn)，在嚙合式離合器上 裝以摩擦片，變速時(shí)先靠摩擦片把從動(dòng)輪帶到同步轉(zhuǎn)速后再進(jìn)行接合。 行星齒輪傳動(dòng)變速器可用制動(dòng)器控制變速。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 1.3 變速器的工作原理 1、為了了解標(biāo)準(zhǔn)變速器的基本原理，下圖顯示了處于空擋狀態(tài)的簡(jiǎn)單 兩速變速器。 圖 1-1 兩速變速器工作原理 讓我們來看看圖中的每一個(gè)部件，以及它們是如何裝配的： 綠色軸將發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器連接起來。 綠色軸和綠色齒輪連 在一起，形成一個(gè)整體。 （離合器是用于連接發(fā)動(dòng)機(jī)和 變速器或斷開其間連接的裝置。 踩下離合器踏板時(shí)，發(fā) 動(dòng)機(jī)與變速器斷開，此時(shí)雖然汽車并不移動(dòng)，但發(fā)動(dòng)機(jī)仍 在運(yùn)轉(zhuǎn)。 而松開離合器踏板時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和綠色軸就直接 連在一起。 綠色軸和齒輪的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)相同。) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 紅色軸及紅色齒輪稱為副軸。 它們也連為一個(gè)整體，因此 副軸上的所有齒輪和副軸本身作為整體旋轉(zhuǎn)。 綠色軸與 紅色軸直接通過各自的嚙合齒輪連接起來，所以當(dāng)綠色軸 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅色軸也會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此，一旦離合器接合，副 軸就直接從發(fā)動(dòng)機(jī)獲得動(dòng)力。 黃色軸是花鍵軸，通過連接到汽車驅(qū)動(dòng)輪的差速器直接與驅(qū) 動(dòng)軸連接。 如果車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，黃色軸也將隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。 藍(lán)色齒輪連在軸承上，因此會(huì)隨黃色軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 如果發(fā)動(dòng)機(jī) 已關(guān)閉，但汽車還在滑行，則在藍(lán)色齒輪和副軸停止運(yùn)動(dòng) 時(shí)，黃色軸仍可能在藍(lán)色齒輪內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)。 軸環(huán)將兩個(gè)藍(lán)色齒輪中的一個(gè)連接到黃色驅(qū)動(dòng)軸上。 它通 過齒槽直接與黃色軸相連，并與黃色軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 但軸 環(huán)也可以沿著黃色軸左右滑動(dòng)，從而選擇性地接合兩個(gè)藍(lán) 色齒輪中的一個(gè)。 軸環(huán)中的齒稱為犬齒，可與藍(lán)色齒輪 側(cè)面的孔相接合。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 2、 一擋齒輪(如圖 1-2 ）顯示了當(dāng)軸環(huán)換到一擋時(shí)如何結(jié)合右邊的藍(lán) 色齒輪： 圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)的綠色軸轉(zhuǎn)動(dòng)副軸，副軸則轉(zhuǎn)動(dòng)右邊的藍(lán)色齒 輪。 齒輪通過軸環(huán)驅(qū)動(dòng)黃色驅(qū)動(dòng)軸。 同時(shí)，左邊的齒輪也在轉(zhuǎn)動(dòng)，但 只是在其軸上空轉(zhuǎn)，對(duì)黃色軸并不產(chǎn)生影響。當(dāng)軸環(huán)位于兩個(gè)齒輪之間 時(shí)（如 圖 1-1 所示），變速器為空擋狀態(tài)。 黃色軸上以不同速率運(yùn) 轉(zhuǎn)的兩個(gè)藍(lán)色齒輪都通過其與副軸的速比來控制。 圖 1-2 一檔工作原理 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 3、 五檔手動(dòng)變速器在汽車上已經(jīng)相當(dāng)普遍了。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 所示： 圖 1-3 五檔手動(dòng)變速器工作原理 換擋裝置（如圖 1-4 ）有三個(gè)撥叉，由換擋桿接合的三個(gè)桿控 制。 俯看換擋叉軸，它們?cè)诳論?、倒擋、一擋和二擋中的情形如?圖所示：注意，換擋桿中部有一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。 在將旋鈕前推接合一擋 齒輪時(shí)，實(shí)際上是在推動(dòng)桿和撥叉，以便將一擋齒輪拉回來?？梢?看到，左右移動(dòng)變速桿也是在接合不同的撥叉（從而接合不同的軸 環(huán)）。 將旋鈕前后移動(dòng)也就移動(dòng)了軸環(huán)，使它們接合一個(gè)齒輪。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 圖 1-4 換擋原理示意圖 新式客車的手動(dòng)變速器采用同步器，這樣就不需要使用雙踩離 合。同步器的作用是，在它與犬齒接觸前，使軸環(huán)與齒輪發(fā)生有摩 擦的接觸。 這樣，在犬齒接合前，就可以使軸環(huán)和齒輪速度達(dá)到同 步，如圖所示：藍(lán)色齒輪上的錐體接合軸環(huán)中的錐形區(qū)域，錐體與 軸環(huán)間的摩擦使軸環(huán)和齒輪同步。軸環(huán)的外部隨之滑動(dòng)，使犬齒接 合齒輪。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。 2.1 結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 有級(jí)變速器與無級(jí)變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造低廉，具有高的 傳動(dòng)效率（=0.960.98） ，因此在各類汽車上均得到廣泛的應(yīng)用。設(shè) 計(jì)時(shí)首先應(yīng)根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動(dòng)比范圍、檔位 數(shù)及各檔的傳動(dòng)比，因?yàn)樗鼈儗?duì)汽車的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的 直接影響。 傳動(dòng)比范圍是變速器低檔傳動(dòng)比與高檔傳動(dòng)比的比值。汽車行駛的 道路狀況愈多樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動(dòng) 比范圍應(yīng)愈大。目前，轎車變速器的傳動(dòng)比范圍為 3.04.5；一般用途 的貨車和輕型以上的客車為 5.08.0；越野車與牽引車為 10.020.0。 通常，有級(jí)變速器具有 3、4、5 個(gè)前進(jìn)檔；重型載貨汽車和重型越 野汽車則采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多達(dá) 616 個(gè)甚至 20 個(gè)。變速 器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性及平 均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但采用手動(dòng)的機(jī) 械式操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)迅速、無聲換檔，對(duì)于多于 5 個(gè)前進(jìn)檔的變速 器來說是困難的。因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為 5 檔。多于 5 個(gè)前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副 變速器，后者僅用于一定行駛工況。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 某些轎車和貨車的變速器，采用僅在好路和空載行駛時(shí)才使用的超 速檔。采用傳動(dòng)比小于 1（0.70.8）的超速檔，可以更充分地利用發(fā) 動(dòng)機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī) 的磨損，降低燃料消耗。但與傳動(dòng)比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會(huì) 降低傳動(dòng)效率。有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括 傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)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。 三軸式和兩軸式變速器得到了最廣泛的應(yīng)用。三軸式變速器如圖 2-1 所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的 相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來 傳遞扭矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、 第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小， 這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn) 矩。因此。在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下 仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn) 是：處直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所下降。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 1 2 圖 2-1 轎車中間軸式五檔變速器 3 1第一軸；2第二軸；3中間軸 兩軸式變速器如圖 2-2 所示。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā) 動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操 縱性好且可使汽車質(zhì)量降低 6%10%。兩軸式變速器則方便于這種布置 且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸） 與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐 齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工 藝，降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均 采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n 的主動(dòng)齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一 軸的后端。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載， 因而噪聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，低檔傳動(dòng)比取 值的上限（i g =4.04.5）也受到較大限制,但這一缺點(diǎn)可通過減小各檔 傳動(dòng)比同時(shí)增大主減速比來取消。 圖 2-2 兩軸式變速器 1-第一軸；2-第二軸；3-同步器 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。后者比直齒輪有更長(zhǎng)的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍復(fù) 雜些且在工作中有軸向力。因此，在變速器中，除低檔及倒檔外，直齒 圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪所代替。但是在本設(shè)計(jì)中，由于倒檔齒輪 采用的是常嚙式，因此也采用斜齒輪。 由于所設(shè)計(jì)的汽車采取發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式 變速器。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 圖 2-3、圖 2-4、圖 2-5 分別示出了幾種中間軸式四，五，六檔變 速器傳動(dòng)方案。它們的共同特點(diǎn)是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同 一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接檔。使用直接檔，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)變速器第一軸和第二軸直接 輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá) 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)過設(shè)置在第 一軸，中間軸和第二軸上的兩對(duì)齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二 軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一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)方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機(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 套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接 檔以外的其他檔位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是 它的缺點(diǎn)。在檔數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒 輪對(duì)數(shù)，換檔方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。 圖 2-3 中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 如圖 2-3 中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別：圖 2- 3a、b 所示方案有四對(duì)常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔；圖 2-3c 所示傳動(dòng)方案的二，三，四檔用常嚙合齒輪傳動(dòng)，而一檔和倒檔用直齒 滑動(dòng)齒輪換檔。 圖 2-4a 所示方案，除一，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外，其余各檔 為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖 2-4b、c、d 所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合 齒輪傳動(dòng)；圖 2-4d 所示方案中的倒檔和超速檔安裝在位于變速器后部 的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作 噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下，很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前 進(jìn)檔的變速器。 圖 2-4 中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 圖 2-5a 所示方案中的一檔、倒檔和圖 b 所示方案中的倒檔用直齒 滑動(dòng)齒輪換檔，其余各檔均用常嚙合齒輪。 圖 2-5 中間軸式六檔變速器傳動(dòng)方案 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以 用同步器或嚙合套來實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有 的檔位用嚙合套換檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用 嚙合套換檔。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng) 度，可將變速器后端加長(zhǎng)，如圖 2-3a、b 所示。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝 在三個(gè)支承上，其最后一個(gè)支承位于加長(zhǎng)的附加殼體上。如果在附加殼 體內(nèi)，布置倒檔傳動(dòng)齒輪和換檔機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形 尺寸。 變速器用圖 2-4c 所示的多支承結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。這時(shí)， 如用在軸平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配 困難的問題。圖 2-4c 所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)一 檔和倒檔齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里，而中間檔的同步器布置 在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 2.2 倒檔傳動(dòng)方案 圖 2-6 為常見的倒擋布置方案。圖 2-6b 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋 時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有 兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖 2-6c 所示方案能獲得較大的 倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖 2-6d 所示方案針對(duì)前者的缺 點(diǎn)做了修改，因而取代了圖 2-6c 所示方案。圖 2-6e 所示方案是將中間 軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖 2-6f 所示方案適用 于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮 短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖 2-6g 所示方案。其缺點(diǎn) 是一，倒擋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。 本設(shè)計(jì)采用圖 2-6f 所示的傳動(dòng)方案。 圖 2-6 變速器倒檔傳動(dòng)方案 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)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擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支 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 高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容 易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí) 間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處。 2.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化 等要求。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、 軸承型式、潤(rùn)滑和密封等因素。 2.3.1 齒輪型式 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。但是，在本設(shè)計(jì) 中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，即 除一檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。 2.3.2 換檔結(jié)構(gòu)型式 換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 換檔時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造 成脫檔、噪聲大等原因，初一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合， 因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套有分為內(nèi) 齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采 用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全 消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。 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。 自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問題，除工藝上采 取措施外，在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下幾種： (1） 將嚙合套做得長(zhǎng)一些（如圖 2-7a）或者兩接合齒的嚙合位置 錯(cuò)開（圖 2-7b） ，這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過被接合齒約 13mm。 使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫 檔。 (2)將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄（0.30.6mm） ，這樣，換檔 后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔（圖 2-8） 。 (3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜 2030） ，使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力 a b（圖 2-9） 。這種結(jié) 構(gòu)方案比較有效，采用較多。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 圖 2-7 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 此段切薄 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 圖 2-8 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 加工成斜面 圖 2-9 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 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。同步器的結(jié)構(gòu)如圖 2- 10 所示： 圖 2-10 鎖環(huán)式同步器 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 max0maxaxmax(cosin)egITrif gmax0rgeiTi l、4-同步環(huán);2-同步器齒鼓;3-接合套;5-彈簧;6滑塊; 7-止動(dòng)球;8-卡環(huán);9輸出軸;10、11-齒輪 3 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì) 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 3.1.1 檔數(shù)和傳動(dòng)比 近年來，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)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車的最 低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。 汽車爬陡坡時(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。故有 （3-1） 則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動(dòng)比為 （3-2） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 max2egITriG2max0rgIeTii 式中 m-汽車總質(zhì)量； g-重力加速度； max-道路最大阻力系數(shù)； rr-驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑； Temax-發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； i0-主減速比； -汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件 求得的變速器 I 檔傳動(dòng)比為： 式中 G2-汽車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。 由已知條件：滿載質(zhì)量 1800 kg； Te max=170Nm； i0=4.782； 輕型車輪胎尺寸根據(jù) GB/T2977-1997輕型汽車輪胎系列 ， 由輪 胎型號(hào) 205/65R15 查得 rr=337.25mm； 取 =0.95。 根據(jù)公式（3-2）可得： igI =3.85。 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 ig =0.75。 中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 max1ingq2.5169.()gIgIVii修 正 為 3IAmaxKT （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： =1.51。q 故有： 3.1.2 中心距 對(duì)于中間軸式變速器，中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心 距 A。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。中間軸式變速器的中心距 A（mm）可根據(jù)對(duì)已有變速 器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初定： (3-4) 式中 K A-中心距系數(shù)。對(duì)轎車， K A =8.9-9.3；對(duì)貨車， K A =8.6-9.6；對(duì)于本設(shè)計(jì)取 K A =9.1 TI max -變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩： TI max=Te max igI =628.3Nm 已知 Te max =170Nm igI =3.85 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 取變速器傳動(dòng)效率 =0.95 代入數(shù)據(jù)可得出初始中心距 A=77.08mm。轎車變速器的中心距在 6080mm 范圍內(nèi)變化。初取 A=77mm。 3.1.3 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。 轎車五檔變速器殼體的軸向尺寸（3.03.4） A。貨車變速器殼體的 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)，軸向尺寸系數(shù)應(yīng)取給 出系數(shù)的上限。為檢測(cè)方便，軸向尺寸系數(shù)取整數(shù) 3.0。 本次設(shè)計(jì)采用 5+1 手動(dòng)擋變速器，其殼體的軸向尺寸初選 3 77mm=231mm，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。 3.1.4 齒輪參數(shù) （1）齒輪模數(shù) 變速器齒輪模數(shù)選取的一般原則如下 為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(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)該選用同一種模數(shù)； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用不同模數(shù)； 低擋齒輪選用大一些的模數(shù)，其他檔位選用另一種模數(shù)。 根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù) 大小應(yīng)符合 JB111-60 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。 第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù) mn 3ax0.47eT (3-5) 其中 =170Nm，可得出 mn=2.5。maxeT 一檔直齒輪的模數(shù) m mm 31max0.T (3-6) 通過計(jì)算 m=3。 對(duì)于轎車，減小噪聲比減少質(zhì)量更加重要，因此模數(shù)應(yīng)該選得大一 些，另外從工藝方面考慮，低檔齒輪一檔選用大一些的模數(shù) m=3，其他各 檔齒輪選用同一種模數(shù) mn=2.5。同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線 齒形。由于制造工藝上的原因，同一變速器中的結(jié)合套模數(shù)都相同，轎 車和輕型貨車取 23.5。本設(shè)計(jì)取 2.5。 （2）齒形、壓力角 、螺旋角 和齒寬 b 項(xiàng) 目 車型 齒形 壓力角 螺旋角 轎車 高齒并修形的齒形 14.5，15，16 16.5 2545 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表 3-1 選取。 表 3-1 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 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)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，應(yīng)取大些。國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20，所以普遍采用的壓力角為 20。嚙合套或同步器的壓力角有 20、25、30等，普遍采用 30壓力角。因此在本設(shè)計(jì)中變速器 齒輪壓力角 取 20,嚙合套或同步器取 30；斜齒輪螺旋角 取 30。 應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使中間軸上的軸向力相 互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律取右旋，而第一軸和第二軸上 的的斜齒輪取左旋，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)的大小來選定齒寬： 直齒 b=(4.58.0)m，mm 斜齒 b=(6.08.5)m，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(zhǎng)度增加，接 一般貨車 GB1356-78 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒 形 20 2030 重型車 同上 低檔、倒檔齒輪 22.5， 25 小螺旋角 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33 觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。因此，在此 1 擋第 1 軸常 嚙合直齒齒輪寬度取=8.0 x3.0=24（mm） 。第 2 軸常嚙合直齒齒輪的寬度 取=7.0 x3.0=21（mm） ，其余檔位斜齒齒輪寬度取=7.0 x2.5=17.5（mm） ， 取整 18mm。同時(shí)為增加嚙合強(qiáng)度和穩(wěn)定性，相互嚙合齒輪寬有 12mm 調(diào)整。 3.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定 在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速 器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來 說明分配各檔齒數(shù)的 方法。 圖 3-1 五檔變速器示意圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 34 1092ZigImAZ2 91012ZigI 3.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 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 =77mm、 m =3；故有 。4.51Z 當(dāng)轎車中間軸式變速器 時(shí)，則93gIi ，此處取 =16，則可得出 =35。范 圍 內(nèi) 選 擇可 在 17510Z109Z 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)Z 后，從式（2-8）看出中心距有了變化，這時(shí)應(yīng)從 及齒輪變位系數(shù)反 過來計(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（2-8）反推出 A=76.5mm。Z 3.2.2 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） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 35 76.12Zcos2)(21ZmAnnmZcs2191.3 gIi8712Zig425.87Z nmAcos5.2gi 由已經(jīng)數(shù)據(jù)可確定 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 （3-10） 由此可得： (3-11) 而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出： 。 521 與聯(lián)立可得： =19、 =34。1Z2 則根據(jù)式（3-7）可計(jì)算出一檔實(shí)際傳動(dòng)比為： 。 3.2.3 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： 5387Z 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 36 1231Zigr)(21132Zmn)(21 13ZA 聯(lián)立得： 。23187Z、 按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪 ；四檔齒2765Z、 輪 。371643Z、 3.2.4 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 =16gri 10Z 略小，取 。132Z 而通常情況下，倒檔軸齒輪 取 2123，此處取 =21。113 由 （3-14） 可計(jì)算出 。271Z 故可得出中間軸與倒檔軸的中心距 A = （3-15) =50mm 而倒檔軸與第二軸的中心: (3-16) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 37 =72.5mm。 3.3 齒輪變位系數(shù)的選擇 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)度相接近的程度。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)。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(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)度和抗膠合劑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(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。 總變位系數(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，變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其他 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 38 17Z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)。其中，一檔主動(dòng)齒輪的齒數(shù) Z1017，因此一檔齒輪需要變位。 變位系數(shù) （3-17） 式中 Z 為要變位的齒輪齒數(shù)。 4 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇 4.1 齒輪的損壞原因及形式 齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動(dòng)換檔齒輪 端部破壞。 輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折 斷；輪齒再重復(fù)載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大， 然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。 齒輪工作時(shí)，一對(duì)相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂 縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落 形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。 用移動(dòng)齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時(shí)兩個(gè)進(jìn) 入嚙合的齒輪存在角速度差，換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造 成損壞。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 39 10tfWFKby102/tgFTdKgT 4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 與其他機(jī)械設(shè)備使用的變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使 用條件仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、 加工方法、精度等級(jí)、支撐方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳 合金鋼制造，采用剃齒或齒輪精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工 藝，齒輪精度不低于 7 級(jí)。因此，比用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn) 化一些的計(jì)算公式來計(jì)算汽車齒輪，同樣、可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。 在這里所選擇的齒輪材料 40Cr。 4.2.1 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （1） 直齒輪彎曲應(yīng)力 W （4-1） 式中， -彎曲應(yīng)力（MPa） ； -一檔齒輪 10 的圓周力（N）， ；其中 10tF 為計(jì)算載荷（Nmm） ， d 為節(jié)圓直徑。 -應(yīng)力集中系數(shù)，可近 似取 1.65； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 40 92max10geZT102gTFd -摩擦力fK 影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪 取 1.1，從動(dòng)齒輪取 0.9； b-齒寬 （mm） ，取 20 t-端面齒距 （mm） ； y-齒形系數(shù)， 如圖 (4-1) 所示。 圖 4-1 齒形系數(shù)圖 當(dāng)處于一檔時(shí)，中間軸上的計(jì)算扭矩為： （4-2） =170 1000 2.18 1.78 =659668Nm 故由 可以得出 ；再將所得出的數(shù)據(jù)代入式（4-1）可得10tF 65.3wMPa 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 41 1wFKbty87 82gttTFd8679.152.8203w MPa 5627.4wMPa 953.01wMPa 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩 時(shí)，一檔直齒maxeT 輪的彎曲應(yīng)力在 400850MPa 之間。 （2） 斜齒輪彎曲應(yīng)力 （4-3） 式中 為重合度影響系數(shù)，取 2.0；其他參數(shù)均與式（4-1）注釋K 相同， ，1.50 選擇齒形系數(shù) y 時(shí)，按當(dāng)量模數(shù) 在圖（4-1）中查得。3/cosnz 二檔齒輪圓周力： （4-4） 根據(jù)斜齒輪參數(shù)計(jì)算公式可得出： =6798.8N7ttF 齒輪 8 的當(dāng)量齒數(shù) =47.7，可查表（4-1 ）得： 。3/cosnz80.153y 故 同理可得： 。7. 依據(jù)計(jì)算二檔齒輪的方法可以得出其他檔位齒輪的彎曲應(yīng)力，其計(jì) 算結(jié)果如下： 三檔： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 42 12.5974wMPa348.16wa10.48 j zbFEj12/gFTdj 四檔： 五檔： 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時(shí)，對(duì)常嚙合齒輪和高檔齒 輪，許用應(yīng)力在 180350MPa 范圍內(nèi)，因此，上述計(jì)算結(jié)果均符合彎曲強(qiáng) 度要求。 4.2.2 齒輪接觸應(yīng)力 （4-5） 式中， -齒輪的接觸應(yīng)力（MPa） ； F-齒面上的法向力（N） ， ；(cos) -圓周力在（N） ， ；1 -節(jié)點(diǎn)處的壓力角（） ； -齒輪螺旋角（） ； E-齒輪材料的彈性模量（MPa） ，查資料可取 ；3190EMPa b-齒輪接觸的實(shí)際寬度，20mm； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 43 sinzbr2sin/coszzbr 1234598.657.081.792jjjjjjRMPaaPM -主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm） ；zb、 直齒輪： (4-6) （4-7） 斜齒輪： (4-8） （4- 9） 其中， 分別為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm） 。zbr、 將作用在變速器第一軸上的載荷 作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪maxeT 的許用接觸應(yīng)力 如上表j ： 通過計(jì)算可以得出各檔齒輪的接觸應(yīng)力分別如下： 一檔： 二檔： 三檔： /MPaj 齒輪 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 19002000 9501000 常嚙合齒輪和高檔 13001400 650700 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 44 四檔： 五檔： 倒檔： 對(duì)照上表可知，所設(shè)計(jì)變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。 5 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 45 5.1 速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 5.1.1 軸的結(jié)構(gòu) 第一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)。第一軸長(zhǎng)度由離合器的軸向尺寸確定， 而花鍵尺寸應(yīng)與離合器從動(dòng)盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸如圖 5-1 所 示： 圖 5-1 變速器第一軸 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。由于一檔和倒檔齒輪較小，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)如圖 5-2 所示： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 46 一檔齒輪 倒檔齒輪 圖 5-2 變速器中間軸 5.1.2 確定軸的尺寸 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