哈佛H6變速箱設(shè)計(jì)-前置四驅(qū)轎車三軸六擋手動變速器含16張CAD圖

哈佛H6變速箱設(shè)計(jì)-前置四驅(qū)轎車三軸六擋手動變速器含16張CAD圖,哈佛,H6,變速箱,設(shè)計(jì),前置,轎車,三軸六擋,手動,變速器,16,CAD 目錄 1 緒論 1 1.1 選題的目的與意義以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.2 變速器的功用和要求 2 2 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案的確定 2 2.1 固定軸式變速器 2 2.2 倒擋傳動方案 3 2.3 齒輪形式的選擇 3 2.4 換擋機(jī)構(gòu)型式 4 2.5 軸承形式的選擇 4 3 變速器主要參數(shù)的選擇 4 3.1擋數(shù)和傳動比 5 3. 2 中心距 6 3. 3 軸向尺寸 6 3. 4 齒輪參數(shù) 7 3. 4 .1齒輪模數(shù) 7 3. 4 .2 壓力角 8 3. 4 .3螺旋角 8 3. 4 .4齒寬 8 3. 4 .5 齒輪變位系數(shù)的選擇 9 3. 4 .6齒頂高系數(shù) 10 3.5各擋傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定 10 3.6齒輪材料的選擇與強(qiáng)度校核 14 3.6.1齒輪的損壞形式與材料的選擇 14 3.6.2齒輪材料的選擇 15 3.6.3齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 15 3.7軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 3.7.1軸的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì) 21 3.7.2 軸的剛度驗(yàn)算 23 3.7.3軸的強(qiáng)度計(jì)算 29 3.8軸承的選擇與校核 31 3. 8 .1軸承的選擇 31 3.8.2軸承的校核 32 結(jié)論 37 致謝 37  哈弗H6變速器設(shè)計(jì) 摘要 變速器是汽車上很重要的一部分，變速器可以改變發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車在任意時(shí)間都獲得最合適的牽引力和速度。變速器也可以通過倒檔改變汽車的行駛方向以滿足倒車的行駛要求。變速器在近年有了飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出許多先進(jìn)的變速器如液力自動變速器（AT）、電控機(jī)械式自動變速器（AMT）、雙離合式自動變速器（DCT）、機(jī)械無級式變速器（CVT）。雖然現(xiàn)在自動變速器很流行，但是從市場的需求來說，手動變速器仍然是必不可少的存在。變速器按照不同的分類方法可以分為兩軸式，三軸式變速器；手動變速器，自動變速器。本設(shè)計(jì)課題是對哈弗h6三軸六擋手動變速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過根據(jù)車型的具體參數(shù)進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核，軸的設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核；軸承的設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核。 關(guān)鍵詞：齒輪，三軸六檔變速器，軸，軸承； Abstract The transmission is an essential part of the car, the transmission can change the torque and speed of engine, so that the car at any time to get the most appropriate traction and speed. The transmission can also change the direction of the car by reverse to meet the reversing travel requirements. In recent years, transmissions have developed rapidly, with many advanced transmissions such as hydraulic automatic transmission (AT), electronic control mechanical automatic transmission (AMT), dual clutch automatic transmission (DCT), mechanical continuously variable transmission (CVT). Although the automatic transmission is very popular now, but from the market demand, the manual transmission is still essential to exist. Transmission can be divided into different types by using different classification methods. They are two-axis, three-axis transmission; manual transmission, automatic transmission. The project of my design is the Haver h6 three-axis six-speed manual transmission design. From the specific parameters of the vehicle ,I design the gear and shaft then check ; bearing selection and check. Key words: gear, three - six - speed transmission, shaft, bearing IV 1 緒論 1.1 選題的目的與意義以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我選擇研究變速器，變速器的主要功能是改變發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車在任何工況都獲得最合適的牽引力和速度。汽車在行駛的過程中難免會遇到各種因素的影響，比如不平的道路，多變的交通，還有一些人為因素，這些都會通過車輪反映到汽車上，驅(qū)使汽車速度還有牽引力變化。因此這就需要用變速器改變發(fā)動機(jī)的速度來適應(yīng)外界的變化。倒車這也是汽車行駛必不可少的功能，變速器還可以通過倒檔改變汽車的行駛方向以滿足倒車的行駛要求。衡量變速器好壞的2個(gè)要素是經(jīng)濟(jì)性和方便性。從手動變速器到液力自動變速器再到電子控制機(jī)械式自動變速器，雙離合自動變速器等等，人們通過不斷地努力，實(shí)驗(yàn)發(fā)明出越來越好的變速器來滿足人們對高舒高動力適行駛的要求。 國外早在20世紀(jì)40年代就已經(jīng)開始進(jìn)行自動變速器的研究了，到了90年代，采用電子技術(shù)，使變速器有了飛速發(fā)展?，F(xiàn)在我國生產(chǎn)的汽車也普及了自動變速器。特別是近幾年政府投入加大，中國在變速器的研究上取得了很大的進(jìn)步?，F(xiàn)在汽車的設(shè)計(jì)方法不再是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式而是開發(fā)軟件和數(shù)據(jù)庫。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式較為固定，不能根據(jù)參數(shù)的變化而變化，滿足不了人們對高舒適高動力性汽車的要求?，F(xiàn)在的主流變速器主要是手動變速器、液力式自動變速器、電子控制機(jī)械式自動變速器、雙離合自動變速器、機(jī)械無級變速器。 手動變速器(MT):手動變速器由三部分組成，分別是傳動機(jī)構(gòu)、殼體、換擋機(jī)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)前進(jìn)檔數(shù)和軸是否旋轉(zhuǎn)進(jìn)行不同的分類。其中根據(jù)前進(jìn)擋數(shù)的不同可以分為四檔，五檔，多檔變速器。根據(jù)軸的旋轉(zhuǎn)與否可以分為固定軸式變速器和旋轉(zhuǎn)軸式變速器，其中固定軸式變速器中齒輪所在的軸線固定不動，旋轉(zhuǎn)軸式變速器與之相反。固定軸式變速器又可以分為四類，兩軸式變速器，中間軸式變速器，雙中間軸式變速器，多中間軸式變速器。手動變速器工藝較成熟，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。在現(xiàn)在的汽車市場中，手動變速器還是有一席之地的。 液力自動變速器（AT）：液力自動變速器通常由液力變矩器和旋轉(zhuǎn)軸式變速器串聯(lián)組成。早期液力自動變速器的應(yīng)用范圍較窄，因?yàn)樗膫鲃有实?，油耗高，價(jià)格貴。20世紀(jì)70年代后，隨著汽車行業(yè)與科技的發(fā)展，自動變速器有了跨越式的發(fā)展。20世紀(jì)90年代后，AT已經(jīng)發(fā)展為機(jī)電液一體的自動變速器，應(yīng)用范圍得到了更大的提高。20世紀(jì)末，美國城市客車全部應(yīng)用AT。 電子控制機(jī)械式自動變速器(AMT): AMT結(jié)構(gòu)相對簡單，重量輕。相對AT，AMT移除了離合器踏板。 機(jī)械無級變速器（CVT）:機(jī)械無級變速器通的主要組成部件為滑輪和鋼帶。CVT可以使傳動比可以任意變化。這樣汽車可以進(jìn)行平穩(wěn)換擋，也可以降低油耗，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。除此之外，CVT不需要切斷動力，舒適性更好，超車加速性好。 雙離合自動變速器（DCT）：DCT由濕式多片離合器，齒輪變速器，自動換擋機(jī)構(gòu)，電控液壓系統(tǒng)組成。裝有DCT的汽車換擋更時(shí)間非常短，但是成本相對而言比較高。 雖然現(xiàn)在自動變速器很流行，但是從市場的需求來說，手動變速器仍然是必不可少的存在。手動變速器成本低，制造工藝熟練，可靠性高，我研究6檔手動變速器。 1.2 變速器的功用和要求 變速器主要是作用的根據(jù)駕駛員的需求改變扭矩還有轉(zhuǎn)速以使汽車達(dá)到最合適的行駛工況。變速器還提供了空檔和倒檔。變速器可以功率的輸出。 對于變速器提出的要求如下： 1選擇合適合理的傳動比和檔數(shù)來提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性。 2 變速器工作可靠，在變速器工作的過程中不會產(chǎn)生脫檔。 3操縱輕便，換擋輕松并且在換擋過程中的沖擊小 4質(zhì)量輕，體積小，成本低 5 傳動效率高。通過合理的進(jìn)行潤滑或者提高齒輪的精度來提高傳動效率。 6 噪聲小。選擇合理的齒輪類型，合適的加工工藝可減小噪聲。 7 使用壽命長，制造方便 8 設(shè)置動力輸出裝置 2 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案的確定 2.1 固定軸式變速器 固定軸式變速器中兩軸式變速器和中間軸式變速器應(yīng)用較為廣泛。 兩軸式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。由于兩軸式變速器檔位的傳遞都是通過一對齒輪傳遞動力，因此兩軸式變速器的傳動效率較高，噪聲較低。但是兩軸式變速器和中間軸式變速器相比存在一定的缺陷。兩軸式變速器沒有直接檔，高檔工作時(shí)工作噪聲大。另外考慮到變速器箱體在汽車中所占空間的大小不能很大，兩軸式變速器的一檔速比不能設(shè)計(jì)的很大以滿足變速器箱體的尺寸要求。另外兩軸式變速器和中間軸式變速器相比，兩軸式變速器的輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)動方向相反，而中間軸式變速器的輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)動方向相同。[1] 中間軸式變速器在發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)或后置后驅(qū)的汽車上應(yīng)用廣泛。變速器第一軸左端安裝在飛輪上，軸上的花鍵處裝離合器，第二軸和萬向節(jié)相連接傳動系統(tǒng)。與兩軸式變速器相比，中間軸式變速器傳動效率高，噪聲低。特別是在直接檔位，變速器的齒輪和軸承還有中間軸均不承受載荷。所以一般來說中間軸式變速器比兩軸式變速器的使用壽命長。另外中間軸式變速器通過2對齒輪傳遞動力，和2軸式變速器相比，大大的減小了變速器箱體的尺寸，一檔也可以有更大的傳動比。但是中間軸式變速器也有不足之處，除直接檔的其他各個(gè)擋位傳動效率相對偏低。 圖2-1 中間軸式六擋變速器傳動方案 由于哈弗h6是前置四驅(qū)轎車，我采用中間軸式變速器布置方案。由于當(dāng)變速器處于一擋或倒擋工作時(shí)，傳動比會很大，齒輪上的作用力也會很大，因此中間軸式變速器的低擋與倒擋應(yīng)該設(shè)計(jì)在靠近軸的支承處附近，這樣軸的受力變形會大大減小，保證變速器正常工作。然后其他各個(gè)檔位的齒輪依次裝配在軸上，這樣既提高了變速器的使用壽命，保證了變速器的正常工作，又可以方便變速器齒輪的裝配。 我采用圖2-1b的方案。 2.2 倒擋傳動方案 下面7種設(shè)計(jì)是一些常見的換擋方案。 方案b倒檔時(shí)利用了中間軸上的一檔齒輪，減小了中間軸的長度，但是換擋時(shí)需要2對齒輪嚙合，增加了換擋的難度。 方案c倒檔時(shí)可以有很大的傳動比但是換擋順序不好。 方案d在方案c的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改善。 方案e將一檔和倒檔齒輪做成一體。 方案f全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔方便。 方案g 一檔和倒檔各需要一跟撥叉，使變速器的操縱機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜。 結(jié)合本設(shè)計(jì)，采用圖2-6f所示的傳動方案。 圖2-2 變速器倒擋傳動方案 2.3 齒輪形式的選擇 本設(shè)計(jì)中一檔和倒檔采用直齒圓柱齒輪。其他各個(gè)擋位齒輪采用斜齒圓柱齒輪。直齒圓柱齒輪具有制造簡便，沒有軸向力等有點(diǎn)。但是與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有更大的重合度，并且壽命長，工作時(shí)噪聲相對較低。通常在現(xiàn)代的變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪。在低擋和倒擋時(shí)用直齒輪。在本設(shè)計(jì)中，除一擋和倒檔外，均采用斜齒輪傳動。 2.4 換擋機(jī)構(gòu)型式 換擋結(jié)構(gòu)分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動齒輪換擋結(jié)構(gòu)簡單，但換擋時(shí)齒齒輪受到很大沖擊，損壞快、容易脫擋、噪聲大。在變速器中很少采用支持滑動齒輪換擋。 采用同步器換擋時(shí)換擋平穩(wěn)，噪聲低，并且縮短了換擋時(shí)間。但是同步器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，難于制造。目前，同步器在變速器中應(yīng)用廣泛。 通過嚙合套進(jìn)行換擋，換擋路程短，齒輪不參加換擋，但換擋沖擊很大。目前通常在重型貨車變速器上使用。。 本設(shè)計(jì)換擋機(jī)構(gòu)采用鎖環(huán)式同步器.。 2.5 軸承形式的選擇 軸承的主要用途是支撐軸，減小摩擦。軸承根據(jù)摩擦類型的不同分為滑動軸承和滾動軸承，其中滾動軸承根據(jù)類型的不同又分為圓錐滾子軸承，深溝球軸承，角接觸球軸承，滾針軸承等。滾動軸承和滑動軸承相比，滾動軸承有以下優(yōu)點(diǎn)。 1摩擦系數(shù)小，效率高 2軸向?qū)挾容^小。 3潤滑簡單 根據(jù)軸受到的軸向力和徑向力，本設(shè)計(jì)中采用深溝球軸承和圓錐滾子軸承。 3 變速器主要參數(shù)的選擇 長/寬/高：4640/1825/1690(mm) 發(fā)動機(jī)最大功率為110KW / 5600r/min；最大扭矩為210 N.m / 2200-4500r/min 最高車速：180km/h 軸距：2680mm；前/后輪距：1565/1565 mm 輪胎規(guī)格：225/65R17 整車整備質(zhì)量：1588kg；座位數(shù)：5個(gè) 驅(qū)動橋速比：4.222 其他相關(guān)參數(shù)可參考哈弗H6 2016款1.5T MT車型 3.1擋數(shù)和傳動比 變速器的檔位數(shù)一般在3~20之間，6擋以下。隨著檔位數(shù)的增多，汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都會得到相應(yīng)的提高。檔位增加意味著需要更多的換擋撥叉，使換擋機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜，也增加了成本。近年來，隨著環(huán)保越來越被重視，變速器有檔位數(shù)增多的趨勢，我設(shè)計(jì)的哈弗h6變速器是六擋手動變速器。 選擇最低擋傳動比時(shí)，應(yīng)考慮汽車最大爬坡度、驅(qū)動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速，主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑，汽車傳動系的傳動效率等因素。 當(dāng)汽車爬陡坡時(shí)車速不高時(shí)，空氣阻力可忽略，最大驅(qū)動力等于滾動阻力及爬坡阻力之和。[2] (3.1) (3.2) 其中 m----汽車總質(zhì)量(kg)； g----重力加速度(m/s)； ψmax----道路最大阻力系數(shù)； rr----驅(qū)動輪的滾動半徑(m)； Temax----發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N.m)； i0----主減速比； η----汽車傳動系的傳動效率。 由已知數(shù)據(jù)，滿載質(zhì)量=整車整備質(zhì)量+駕駛員及乘客質(zhì)量+行李質(zhì)量 其中整車整備質(zhì)量為1588 預(yù)估乘客質(zhì)量為70kg一人，一共5人，行李質(zhì)量預(yù)估為50kg 因此滿載質(zhì)量為1988kg 根據(jù)產(chǎn)品手冊可知設(shè)計(jì)車型的輪胎為225/65 R17輪胎，滾動半徑rr =225×65%+17×25.4÷2=0.362m ψmax =0.5 ,i0 =4.222, η=0.96 由公式1.2得 ig≥4.143 又由驅(qū)動車輪與路面的附著條件： (3.3) 由上式可知變速器一檔的限制條件： (3.4) 其中，G2----汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動橋給路面的載荷； φ----路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取φ=0.5~0.6。 由已知條件：m=1988kg； rr=0.362m； Te max=210Nm； i0=4.222； η=0.96； φ=0.6 由式1.4可得 ig1≤4.972 取直接檔傳動比ig6=1 傳動比的計(jì)算公式為[2]： (3.5) 其中igmax =1 igmin =4.5 根據(jù)式1-5 ，得q=0.740 因此 ig2 =3.331 ig3 =2.466 ig4 =1.825 ig5 =1.351 ig6 =1 3. 2 中心距 中心距越小，齒輪接觸應(yīng)力越大，相應(yīng)地齒輪的壽命越短。因此根據(jù)齒輪的接觸強(qiáng)度確定最小中心距。從軸承的布置方便和軸承之間的距離影響殼體強(qiáng)度方面考慮，中心距應(yīng)該取大一些。初選中心距可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)。[1] A= (3.6) 其中， K A為中心距系數(shù)。乘用車，K A =8.9~9.3；對商用車，K A =8.6~9.6；多擋變速器:K A =9.5~11；取k=10 η為變速器的傳動效率 Te max 為發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩. 由1.6可得初始中心距A=96.81mm。 3. 3 軸向尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響軸向尺寸的因素主要由檔數(shù)，換擋機(jī)構(gòu)形式和齒輪形式。 乘用車四檔變速器殼體的軸向尺寸為（3.0-3.4）A 商用車變速器殼體的軸向尺寸可以參考以下數(shù)據(jù)： 四擋(2.2-2.7)A 五擋(2.7-3.0)A 六檔（3.2-3.5）A 其中如果變速器中的檔數(shù)和同步器較多，中心距系數(shù)應(yīng)取所在范圍內(nèi)的最大值。為了更利于檢測，A最好取整數(shù)。 取中心距系數(shù)為3.5于是L=3.5×97=339mm 3. 4 齒輪參數(shù) 3. 4 .1齒輪模數(shù) 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。此外，乘用車變速器模數(shù)取值范圍為2.25-3.00 對于高檔位 (3.7) 對于低檔位 mm (3.8) 一軸常嚙合齒輪模數(shù) 六檔 其中=201.6Nm =2.79 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表3-2 取2.75 一檔直齒輪模數(shù) 其中= 為傳動比取4.5 為傳動效率取0.96 =3,19 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表3-2 得=3 二檔齒輪模數(shù) =2.89 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表3-2 得=3 三檔齒輪模數(shù) =2.61根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表3-2 得=2.5 四檔齒輪模數(shù) =3.37根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表3-2 得=3 五檔齒輪模數(shù) =3.01根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表3-2 得=2.75 倒檔m和1檔接近 本次設(shè)計(jì)m取3 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)都取相同，轎車和輕型貨車取2~3.5。本設(shè)計(jì)取2.5。 3. 4 .2 壓力角 壓力角較小時(shí)，重合度增大，輪齒剛度減小，可以減小齒輪嚙合時(shí)的動載荷，傳動會更加平穩(wěn)，也減小了噪聲。壓力角較大時(shí)，齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度會提高。其中直齒輪的壓力角為28度時(shí)齒輪強(qiáng)度達(dá)到最大值，超過28度強(qiáng)度的基本不變，斜齒輪的壓力角為25度時(shí)齒輪強(qiáng)度最大，超過25度強(qiáng)度基本不變。所以就乘用車而言，壓力角應(yīng)取小壓力角，對于商用車，壓力角應(yīng)取大一些。本設(shè)計(jì)取所有齒輪壓力角為20度。 3. 4 .3螺旋角 斜齒輪的螺旋角影響著齒輪的噪聲，強(qiáng)度，軸向力。當(dāng)螺旋角較大時(shí)，齒輪的重合度增加，齒輪工作更加平穩(wěn)，噪聲更低，齒輪強(qiáng)度也會增加。但是當(dāng)齒輪螺旋角大于30度時(shí)，齒輪的抗彎強(qiáng)度會急劇下降，接觸強(qiáng)度會上升。所以如果想提高齒輪的抗彎強(qiáng)度，一般螺旋角選15度到25度；如果增加齒輪的接觸強(qiáng)度和重合度，螺旋角應(yīng)該取大一些。另外斜齒輪在工作時(shí)會產(chǎn)生軸向力，這些軸向力會作用到軸承上。因此在中間軸上斜齒輪的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該使不同檔位的螺旋角旋向相反。這樣軸向力可以抵消。但是，如果中間軸上的軸向力不大時(shí)，可以將齒輪的螺旋角的旋向設(shè)計(jì)成一致的，這樣就簡化了工藝。一檔和倒檔時(shí)，中間軸軸上的軸向力不能抵消。但一檔和倒檔的使用頻率很小，所以是允許的，并且此時(shí)第二軸上沒有軸向力。中間軸式乘用車的螺旋角一般取22度到34度。 3. 4 .4齒寬 齒寬影響著變速器的軸向尺寸，質(zhì)量，齒輪強(qiáng)度等因素。齒寬小可以減小變速箱的長度，但會造成傳動不平穩(wěn)，齒輪工作應(yīng)力增加等影響。而寬的齒寬不但會使變速器的長度增加，而且會使齒輪受力不均，造成齒輪的承載能力下降等影響。對于齒寬的大小，通常根據(jù)下式來選。 直齒 b=(4.5~8.0)m，mm (3.9) 斜齒 b=(6.0~8.5)m，mm (3.10) 對于第一軸，齒寬可以去大一些以降低接觸應(yīng)力。對于模數(shù)相同的檔位，低檔位的齒輪齒寬可以取大一些。 3. 4 .5 齒輪變位系數(shù)的選擇 齒輪的變位是變速器齒輪的設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)。通過齒輪的變位不但可以避免齒輪產(chǎn)生根切現(xiàn)象還可以用來配湊中心距，另外可以提高齒輪的強(qiáng)度，使齒輪的工作更加平穩(wěn)，耐磨、有更高的抗膠合能力，降低齒輪的噪聲。 變位齒輪主要有兩種類型：齒輪的高度變位和角度變位。對于高度變位齒輪副，齒輪副的總變位系數(shù)的為零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使小齒輪的齒根強(qiáng)度達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度相接近。但是高度變位齒輪副有不足之處:高度變位不能同時(shí)增加一對齒輪的強(qiáng)度，降低噪聲的能力也不是很強(qiáng)。對于角度變位，它的齒輪副總變位系數(shù)之不等于零。角度變位繼承了高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免了其缺點(diǎn)。 變速器是由幾對齒輪副安裝在軸上構(gòu)成的。各個(gè)檔位的齒輪副總齒數(shù)不一樣，會造成各個(gè)擋位的中心距不一樣。為保證各對齒輪有用樣的中心距，需要對齒輪進(jìn)行變位。當(dāng)對齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動或高度變位時(shí)，應(yīng)該在同時(shí)進(jìn)行對齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得更好的嚙合性能并且更容易達(dá)到傳動質(zhì)量指標(biāo)，因此角度變位在齒輪的設(shè)計(jì)中采用的較多。另外對斜齒輪傳動，可以選擇合適的螺旋角來滿足各個(gè)擋位中心距相同的要求。 變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作時(shí)，還承受沖擊負(fù)荷。對于高擋位齒輪，齒輪主要損壞狀況主要是是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)該選擇合適的變位系數(shù)來保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合劑耐磨損。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)取的大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對于低擋齒輪，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。因此小齒輪的變位系數(shù)應(yīng)大于0。如果設(shè)計(jì)小齒輪時(shí)，小齒輪齒數(shù)取的很小會發(fā)生根切現(xiàn)象。此時(shí)小齒輪的抗彎強(qiáng)度會下降，重合度也會減小進(jìn)而提高噪聲。 總變位系數(shù)越小，齒輪的總厚度越薄，抗彎強(qiáng)度越低。但是小的變位系數(shù)有利于降低輪齒的剛度，使齒輪更加容易吸收沖擊振動，降低齒輪工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲。另外，小的總變位系數(shù)還可以使齒形的重合度增加，利于降低噪聲。此外高的重合度會使齒輪工作時(shí)齒輪間力的作用點(diǎn)接近齒根，彎曲力矩減小，進(jìn)而提高齒根強(qiáng)度。[1] 3. 4 .6齒頂高系數(shù) 齒頂高系數(shù)主要影響齒輪的重合度，噪聲，齒輪強(qiáng)度等。小的齒頂高系數(shù)會使齒輪的重合度降低，導(dǎo)致齒輪工作時(shí)產(chǎn)生更大的噪聲，但此時(shí)齒輪的彎矩會減小，抗彎強(qiáng)度會增加。隨著加工工藝精度的提高，現(xiàn)在一般齒輪采用細(xì)高齒輪（包括中國），齒頂高系數(shù)一般規(guī)定為1.00。 3.5各擋傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定 在初選中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)過的變速器檔位數(shù)、傳動比和結(jié)構(gòu)方案來合理分配各個(gè)檔位齒輪的齒數(shù)。 1確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動比 ’ ’ (3.11) (3.12) 其中A=96.81 m=3 乘用車中間軸式變速器一檔傳動比可取=3.5-3.8 時(shí)中間軸上一檔齒輪可取=15-17 =4.5 得 =65 取=15 則=50 2對中心距進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算完齒數(shù)和以后，齒數(shù)取整之后使得中心距發(fā)生了變化，因此要對中心距進(jìn)行修正。根據(jù)式1.12對中心距進(jìn)行修正 得A=97.5 取整A=98 3對嚙合角進(jìn)行修正 4對齒輪進(jìn)行變位 總變位系數(shù) Inva'=0.019817+0.000237=0.00199 Inva=0.0149 查根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表8.24進(jìn)行變位置[4] 變位系數(shù)圖8.24 5 確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù) (3.13) (3.14) 將A=98 =50 =15 =4.5 初選β=30 m=2,75代入求解式1.13 1.14得=26 =36 對一檔傳動比進(jìn)行修正得 (3.15) 得=4.61 合格 對螺旋角β進(jìn)行修正得 對一檔齒輪進(jìn)行變位 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表得 6 確定其他各個(gè)檔位的齒數(shù) 二檔齒輪齒數(shù)的確定 初選二檔螺旋角β=22 (3.16) (3.17) 其中A=98 m=3 β=22 =26 =36 =3.331聯(lián)立式1.16 1.17得 對傳動比進(jìn)行修正 得=3.308 合格 對螺旋角β進(jìn)行修正得 軸向力平衡 從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā) 1.968-1.48=0.488<0.5 當(dāng)上兩式之差小于0.5時(shí)可認(rèn)為軸向力平衡 軸向力平衡 合格 對二檔齒輪進(jìn)行變位 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表得 三四五檔齒輪齒數(shù)確定的方法和二擋相同 5確定倒擋齒輪的齒數(shù) 倒檔齒輪（惰輪Z15）一般為21~23，取Z15=22 Z14的齒數(shù)通常比一檔中間軸齒輪齒數(shù)略小取z14=14 并且為了保證倒檔齒輪與二軸齒輪嚙合時(shí)不產(chǎn)生運(yùn)動干涉，齒輪13和齒輪14的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，于是 (3.18) (3.19) (3.20) 其中=1 m=3 =14根據(jù)式1.18 1.19 1.20 得=47 第二軸和倒擋軸之間的距離 其中m=3=47 Z15=22得A=103.5 取104 中間軸和倒擋軸之間的距離其中m=3=14 Z15=22得A=54 對齒輪14 15進(jìn)行變位 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表得 對齒輪13 15進(jìn)行變位 取整A=104 Inva=0.0149 Inva'=0.01777+（0.0017996-0.017777）=0.0180 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表得 綜上所述 倒擋齒輪變位為 經(jīng)計(jì)算各個(gè)檔位齒輪參數(shù)如下表 模數(shù) b 變位系數(shù) 齒根圓直徑 齒頂圓直徑 分度圓半徑 齒數(shù) 螺旋角 壓力角 傳動比 一檔 Z11 3 6 18 0.146 144.14 155.96 75.38 50 0 20 4.61 Z12 3 6 18 0.3 39.54 51.37 22.62 15 0 20 二檔 Z9 3 6 18 -0.12 129.94 143.43 69.08 43 20.99 20 3.308 Z10 3 6 18 0.12 51.06 64.55 28.92 18 20.99 20 三檔 Z7 2．5 6 15 -0.1 118.47 130.17 62.61 46 23.31 20 2.450 Z8 2．5 6 15 0.1 65.03 75.83 35.39 26 23.31 20 四檔 Z5 3 6 18 -0.03 103.84 117.34 55.76 33 27.41 20 1.828 Z6 3 6 18 0.03 77.16 90.66 42.24 25 27.41 20 五檔 Z3 2.75 6 16.5 0.01 89.62 102.00 48.22 31 27.88 20 1.341 Z4 2.75 6 16.5 -0.01 92.63 105.01 49.78 32 27.88 20 六檔 Z1 2.75 6 16.5 0.05 75.60 87.98 41.10 26 29.55 20 1 Z2 2.75 6 16.5 -0.05 106.65 119.03 56.90 36 29.55 20 倒檔 Z13 3 8 24 0.1 134.78 148.66 70.84 47 0 20 4.65 Z14 3 8 24 0.1 35.1 48.02 21 14 0 20 Z15 3 8 24 0.0045 58.53 72.40 33 22 0 20 3.6齒輪材料的選擇與強(qiáng)度校核 3.6.1齒輪的損壞形式與材料的選擇 變速器齒輪的損壞形式主要分四種情況：輪齒折斷，齒面疲勞剝落（點(diǎn)蝕），移動換擋齒輪端部破壞，齒面膠合。[7] 齒輪折斷主要是由于齒輪在重復(fù)載荷的作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋在載荷不斷作用的情況下擴(kuò)展的越來越大，彎曲折斷。 在齒輪工作時(shí)，由于齒面的相互擠壓使得存在于齒面細(xì)小裂縫中的潤滑油油壓提高，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，齒面上出現(xiàn)塊狀剝落而成的麻點(diǎn)，這就是齒面點(diǎn)蝕。由于齒面點(diǎn)蝕的存在，齒形誤差越來越大，最后使齒輪折斷。 當(dāng)采用移動齒輪換擋時(shí)，由于換擋時(shí)兩個(gè)嚙合的齒輪轉(zhuǎn)速不一樣，齒輪端部會產(chǎn)生沖擊載荷，使齒輪損壞。 在齒輪工作時(shí)，一對嚙合齒輪之間高溫，齒面相對滑動大的地方的潤滑油膜會被破壞，這時(shí)，這對齒輪會直接接觸，齒面相互融合粘連，齒面沿滑動方向產(chǎn)生劃痕，這就是齒面膠合。 在變速器中，齒面膠合損壞的情況很少。 3.6.2齒輪材料的選擇 齒輪材料的選擇基本要滿足以下三個(gè)條件 （1）滿足工作條件的要求 （2）合理選擇材料配對 （3）考慮加工工藝及熱處理工藝 不同用途的汽車變速器齒輪使用條件相似，齒輪所采用的材料，熱處理，加工，精度級別，支撐方式基本一致。本設(shè)計(jì)汽車齒輪材料采用40Cr，加工工藝為剃齒或磨齒精加工。 齒面進(jìn)行滲碳淬火，齒輪精度大于等于7級。 3.6.3齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （1）齒輪彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 對于直齒輪彎曲應(yīng)力 (3.21) 其中，----彎曲應(yīng)力（MPa）； ----一圓周力（N）， ----摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，從動齒輪取0.9； b----齒寬（mm）； t----端面齒距（mm）；t=πm ，m為模數(shù) y----齒形系數(shù)；可查下圖 齒形系數(shù)圖 通過齒形系數(shù)圖可知各個(gè)檔位的齒形系數(shù)如下 一檔y11=0.162 y12=0.147 倒擋 y13=0.157 y15=0.13 y14=0.140 四擋y5=0.139 y6=0.136 五檔 y3=0.141 y4=0.140 六檔y1=0.135 y2=0.130 各個(gè)檔位計(jì)算載荷計(jì)算如下： 一軸計(jì)算載荷 中間軸計(jì)算載荷 一檔齒輪 二檔齒輪 三擋齒輪 四擋齒輪 五檔齒輪 中間軸到倒擋 倒擋到第二軸 對一檔直齒輪彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核 將有關(guān)參數(shù)帶入1.21得 當(dāng)計(jì)算載荷作用在第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，一檔齒輪和倒擋齒輪的許用應(yīng)力為400-850MPa 所以一檔的彎曲應(yīng)力合格 對倒擋齒輪彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核 倒擋齒輪彎曲應(yīng)力合格 對于斜齒輪彎曲應(yīng)力 （3.22） 其中： ——圓周力（N），； ——計(jì)算載荷（N·mm）； ——節(jié)圓直徑（mm）； ——法向模數(shù)（mm）;為斜齒輪螺旋角； ——應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50； ——齒面寬（mm）； ——法向齒距，； ——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在齒形系數(shù)圖中查得； ——重合度影響系數(shù)，=2.0。 對常嚙合檔齒輪進(jìn)行校核 將有關(guān)參數(shù)代入公式1.22得 當(dāng)計(jì)算載荷作用在第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，乘用車常嚙合齒輪和高檔齒輪許用應(yīng)力取值范圍為180-350MPa 所以常嚙合檔的彎曲應(yīng)力合格 對五檔齒輪進(jìn)行校核 合格 對四擋齒輪進(jìn)行校核 合格 （2）輪齒接觸應(yīng)力 （3.23） 其中， ----齒輪的接觸應(yīng)力（MPa）； F----齒面上的法向力（N），； ----圓周力（N）， ； ----節(jié)點(diǎn)處的壓力角（°） 取20°； ----齒輪螺旋角（°）； E----齒輪材料的彈性模量（MPa），查資料可取； b----齒寬 ----主、從動齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm）； 直齒輪 （3.24） （3.25） 其中 為主動齒輪節(jié)圓半徑 為從動齒輪節(jié)圓半徑 斜齒輪 （3.26） （3.27） 對一檔直齒輪進(jìn)行校核 當(dāng)將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見下表： 齒輪 MPa 滲碳齒輪 液體滲氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900——2000 950——1000 常嚙合齒輪和高檔 1300——1400 650——700 當(dāng)作用在一軸上載荷時(shí)，各個(gè)檔位計(jì)算載荷如下： 一軸計(jì)算載荷 中間軸計(jì)算載荷 一檔齒輪 二檔齒輪 三擋齒輪 四擋齒輪 五檔齒輪 中間軸到倒擋 倒擋到第二軸 經(jīng)計(jì)算其他各個(gè)檔位接觸應(yīng)力如下表 齒輪 接觸應(yīng)力/MPa 齒輪 接觸應(yīng)力/MPa Z1 常嚙合齒輪 694.34 Z13 倒檔齒輪 1040.36 Z2 673.61 Z14 1472.87 Z3 五檔齒輪 706.26 Z15 1428.53 Z4 727.91 Z5 四檔齒輪 750.23 Z6 773,.63 各齒輪的接觸應(yīng)力表 倒擋齒輪接觸應(yīng)力小于1900MPa 常嚙合檔接觸應(yīng)力小于1300MPa 符合要求 3.7軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.7.1軸的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選第一軸花鍵部分直徑 （3.28） 將已知參數(shù)代入K=4.0-4.6 =210Nm 得d=23.78-27.34mm 取d=25mm 第二軸和中間軸中部直徑可按下式選取 d=0.45A （3.29） 將A=98帶入得d=0.45A =0.4598=44.1mm 又知軸的最大直徑d和支撐間距離L 比值： 對于中間軸和第一軸dL=0.16-0.18 （3.30） 取298mm 取120mm 對于第二軸 dL=0.18-0.21 （3.31） 取268mm 根據(jù)下式初選第二軸各個(gè)檔位的直徑： （3.32） 其中 C通常取100 =210Nm I為傳動比 為傳遞效率取0.96 =30.47mm =30.58mm =37.26mm =41.18mm =45.99mm =46.13mm 考慮到軸的強(qiáng)度 第二軸上各個(gè)檔位軸的直徑設(shè)計(jì)如下 =40mm =42mm =45mm =48mm =45mm =42mm 中間軸上各個(gè)檔位齒輪軸的直徑如下 =35mm =38mm =40mm =42mm =45mm =37mm =32mm 3.7.2 軸的剛度驗(yàn)算 變速器在工作時(shí)受圓周力，徑向力，軸向力的作用，因此軸要同時(shí)時(shí)承受彎矩和扭矩。軸要有一定的剛度，因?yàn)閯偠葟?qiáng)度不足會引起軸彎曲變形，導(dǎo)致齒輪不能正常嚙合，降低齒輪的使用壽命。需要對軸的剛度強(qiáng)度進(jìn)行校核。 軸的剛度驗(yàn)算 由于第一軸常嚙合齒輪副離支點(diǎn)很近，負(fù)荷小，因此不需要校核一軸的剛度。 可以根據(jù)下列公式進(jìn)行軸的剛度校核[7] （3.33） （3.34） （3.35） 其中： ——齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）； ——齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）； ——彈性模量（MPa），=2.1×MPa； ——慣性矩（mm4），對于實(shí)心軸，； ——軸的直徑（mm），花鍵處按平均直徑計(jì)算；、為齒輪上的作用力距支座、的距離（mm）； ——支座間的距離（mm）。 軸的全撓度為mm。 軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為=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。 變速器一檔時(shí)二軸和中間軸的剛度校核 第二軸上一檔直齒輪： 圓周力 （3.36） 徑向力 （3.37） 軸向力 中間軸上常嚙合齒輪 圓周力 （3.38） 徑向力 （3.39） 軸向力 （3.40） 中間軸上一檔齒輪 圓周力 徑向力 軸向力 二軸強(qiáng)度校核 =10652.4N =3877.16N a=191mm b=77mm L=268mm d=45mm 一檔時(shí)二軸強(qiáng)度符合要求 中間軸一檔處校核 =11322.67N =4121.15N a=221mm b=77mm d=37mm L=298mm 中間軸常嚙合檔處校核 =4477.22N =1873.23N a=23.25mm b=274.75mm d=35mm l=298mm 中間軸強(qiáng)度校核合格 運(yùn)用matlab進(jìn)行計(jì)算各個(gè)擋位 下面為二檔二軸matlab運(yùn)算過程 其他檔位計(jì)算方法與一檔相同，通過matlab計(jì)算結(jié)果如下 二檔 8287.85N 3230.93N 3179.75N 0.023 0.061 0.065 0.000009 8809.44N 3434.26N 3379.86N 0.043 0.111 0.119 0.00006 三檔 6772.83N 2684.20N 2918.24N 0.025 0.062 0.067 0.00007 7198.95N 2853.08N 3101.85N 0.049 0.124 0.133 0.00004 四擋 5673.97N 2326.32N 2942.36N 0.012 0.039 0.041 0.0003 6030.92N 2472.67N 3127.47N 0.039 0.095 0.102 0.0004 五檔 4815.00N 1982.64N 2547.26N 0.009 0.022 0.024 0.0002 5117.95N 2107.39N 2707.53N 0.031 0.075 0.081 0.0004 倒擋 10737.73N 3908.21N 0 0.006 0.016 0.017 0.0002 12131.43N 4415.48N 0 0.019 0.052 0.055 0.0008 二三四五倒擋時(shí)第二軸和中間軸剛度符合要求 3.7.3軸的強(qiáng)度計(jì)算 變速器軸的強(qiáng)度校核從第二軸開始。第二軸前部分通過軸承支撐在一軸上，后端也用軸承安裝在殼體上。可將二軸簡化成兩端鉸支的梁，前后支點(diǎn)各為軸承的中心。 一檔時(shí)二軸強(qiáng)度校核： 通過受力分析得水平面上最大彎矩： （3.41） 垂直面上最大彎矩： （3.42） 合彎矩也是兩條直線，其最大值： （3.43） 一檔時(shí)二軸上的受力扭矩為 T=798.93Nm 由于是單向旋轉(zhuǎn)，可以把轉(zhuǎn)矩當(dāng)成脈動循環(huán) 因此，二軸上的當(dāng)量彎矩最大值為： （3.44） 一檔時(shí)二軸的危險(xiǎn)截面在二軸齒輪中心處，此處抗彎截面系數(shù)為[8]： （3.45） 于是應(yīng)力為： （3.46） 一檔時(shí)二軸強(qiáng)度合格 中間軸一檔齒輪處強(qiáng)度校核： 通過受力分析得水平面上最大彎矩： 垂直面上最大彎矩： 合彎矩也是兩條直線，其最大值： 一檔時(shí)中間軸上的受力扭矩為： T=254.76Nm 由于是單向旋轉(zhuǎn)，可以把轉(zhuǎn)矩當(dāng)成脈動循環(huán) 因此，二軸上的當(dāng)量彎矩最大值為： 一檔時(shí)中間軸的危險(xiǎn)截面在一檔軸齒輪中心處或常嚙合齒輪中心處，一檔齒輪處抗彎截面系數(shù)為： 于是應(yīng)力為： 中間軸一檔齒輪處強(qiáng)度合格 中間軸常嚙合齒輪處強(qiáng)度校核： 通過受力分析得水平面上最大彎矩： 垂直面上最大彎矩： 合彎矩也是兩條直線，其最大值： 一檔時(shí)中間軸上的受力扭矩為： T=254.76Nm 由于是單向旋轉(zhuǎn)，可以把轉(zhuǎn)矩當(dāng)成脈動循環(huán) 因此，二軸上的當(dāng)量彎矩最大值為： 一檔時(shí)中間軸的危險(xiǎn)截面在一檔軸齒輪中心處或常嚙合齒輪中心處，常嚙合齒輪處抗彎截面系數(shù)為： 于是應(yīng)力為： 中間軸常嚙合齒輪處強(qiáng)度合格 至此，一檔時(shí)中間軸強(qiáng)度合格 二檔 三檔時(shí)第二軸和中間軸強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如下 第二軸（MPa） 中間軸（MPa） 二擋 98.28 82.50 三檔 79.22 96.54 倒擋 73.54 108.53 由上表可知，二擋三檔倒擋時(shí)第二軸和中間軸強(qiáng)度合格 3.8軸承的選擇與校核 3. 8 .1軸承的選擇 軸承的主要用途是支撐軸，減小摩擦。軸承根據(jù)摩擦類型的不同分為滑動軸承和滾動軸承，其中滾動軸承根據(jù)類型的不同又分為