皮卡車變速器設(shè)計(jì)

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1、 西南林業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 （2012屆） 題目 皮卡車變速器設(shè)計(jì) 教學(xué)院系 機(jī)械與交通學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 學(xué)生姓名 吳成國 指導(dǎo)教師 李玉云（副教授） 評(píng) 閱 人

2、 2012年06月05 日 皮卡車變速器設(shè)計(jì) 吳成國 （西南林業(yè)大學(xué) 車輛工程專業(yè)2006級(jí)，云南 昆明，650224） 摘要：本課題是取材于汽車中比較實(shí)用的皮卡車，皮卡，是一種用轎車車頭和駕駛室，同時(shí)帶有敞開式貨車車廂的車型，他的特點(diǎn)是既有轎車般的舒適性，又有貨車的載貨和優(yōu)越性能，動(dòng)力好，是一種集轎車，貨車優(yōu)點(diǎn)于一身的車型。在裝量配備上采用較高品質(zhì)的零部件，性能不亞于中檔轎車，可謂是下鄉(xiāng)不嬌，進(jìn)城不土。 本課題主要是根據(jù)長城風(fēng)駿皮卡車車型來選定它的參數(shù)，再根據(jù)選定的參數(shù)來設(shè)計(jì)皮卡車的變速器，通過對這種變速器的的組合布置形式的分析和相關(guān)計(jì)算校核，使其能達(dá)到皮

3、卡車對變速器的性能要求，包括各檔位組合方式的分析和計(jì)算，傳動(dòng)比的選擇，齒輪參數(shù)的選擇，軸的選擇計(jì)算，軸承的選擇等。 關(guān)鍵詞：組合式變速器；中間軸；鎖環(huán)式同步器；齒輪；傳動(dòng)比 Design Of The Pickup Truck Gearbox Wu Chengguo ( Southwest Forestry University vehicle engineering Yunnan Kunming 650224) Abstract: This paper is based on the car more pract

4、ical pickup, pickup, a car head and cab, at the same time with the open truck compartment models, his characters are both car-like comfort, and truck cargo and superior performance, power, is a set of cars, on the merits of a truck vehicle. In charge with the high quality components, the performance

5、 is not inferior to mid-range cars, it is not a go to the countryside, town without soil. This subject is mainly according to the the Great Wall fan Chun pickup car models to select its parameter, then according to the selected parameters to design the pickup truck's transmission, the transmiss

6、ion of the combined arrangement forms of analysis and calculation, which can achieve the pickup truck on transmission performance requirements, including the file a combination of analysis and calculation, the choice of gear transmission ratio, parameter selection, the selection and calculation of t

7、he shaft, bearing selection. Key words: Combined Transmission Shaft The lock ring synchronizer gear Transmission ratio 目 錄 第一章 緒論 1 1.1概述 1 1.1.2國內(nèi)外研究狀況與變速器的發(fā)展趨勢 1 1.1.1 變速器的基本要求： 2 1.2 變速器的類型 2 第二章 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 4 2.1變速

8、器傳動(dòng)形式的選擇 5 2.1.1兩軸式變速器 5 2.1.2三軸式變速器 5 2.2變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 6 2.3多檔變速器的組合方案 6 2.3.1 倍檔組合式機(jī)械變速器 6 2.3.2半檔組合式變速器 7 2.3.3組合式多檔變速器傳動(dòng)比的搭配方式 7 2.4倒檔傳動(dòng)方案 8 2.5變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 9 2.5.1 齒輪型式 9 2.5.2 換檔結(jié)構(gòu)形式 9 2.5.3 變速器軸承的選擇 10 第三章 變速器主要參數(shù)選擇和校核

9、11 3.1 擋數(shù)的選擇 11 3.2 傳動(dòng)比的確定 12 3.2.1 最低檔傳動(dòng)比計(jì)算 12 3.2.2 其他各擋傳動(dòng)比初選 13 3.3 中心距A的確定 13 3.4 外形尺寸的初選 14 3.5 變速器各齒輪基本參數(shù)的選擇 14 3.5.1 組合式變速器齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 14 3.5.2 模數(shù) 14 3.5.3 壓力角α 15 3.5.4 螺旋角β 16 3.5.5 尺寬b 17 3.6 各擋齒輪齒數(shù)的分配 17 3.6.1 確定一

10、檔齒輪的齒數(shù) 18 3.6.2 對中心距A進(jìn)行修正 18 3.6.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù) 18 3.6.4 二檔齒數(shù)的確定 19 3.6.5 其他檔位齒輪齒數(shù)的確定 20 3.6.6 倒檔齒輪齒數(shù)的確定 20 3.6.7 副變速器超速檔常嚙合齒輪齒數(shù)的確定 20 3.7 變速器齒輪的變位 21 3.7.1 常嚙合齒輪的計(jì)算 22 3.7.2 其他檔位齒輪的計(jì)算 22 第四章 齒輪與軸的設(shè)計(jì)與校核 24 4.1 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 24 4.1.1 齒輪材

11、料的選擇原則 24 4.1.2 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 25 4.1.3 齒輪強(qiáng)度的校核 25 4.2 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 30 4.2.1 軸的工藝要求 30 4.2.2 初選軸的直徑 30 4.2.3 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 31 第五章 同步器的設(shè)計(jì) 33 5.1 同步器 33 5.2 同步器的結(jié)構(gòu) 34 5.3 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 35 第六章 變速器操縱機(jī)構(gòu) 38 6.1型操縱換擋機(jī)構(gòu)......................................................

12、................................................39 6.1.1直接操縱手動(dòng)換擋變速器 39 6.1.2 遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器 39 6.1.3 電控自動(dòng)換擋變速器 39 結(jié)論 40 致謝 41 參考文獻(xiàn) 42 第一章 緒論 1.1 概述 汽車問世百余年來，特別是從汽車的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大量發(fā)展以來，汽車已為世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無法估

13、量的巨大影響，為人類社會(huì)的進(jìn)步不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)，掀起了一場劃時(shí)代的革命。自從汽車采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力裝置開始，變速器就成為了汽車重要的組成部分，現(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(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，故其性能與汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾，這對矛盾靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。因此，在汽車傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器和主減速器，變速器用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車在不同的工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況下工作，變速器設(shè)置

14、有空檔，必要是切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸，還有倒檔，使汽車能夠倒退行駛。需要時(shí)，變速器還可以輸出動(dòng)力 1.1.2 國內(nèi)外研究狀況與變速器的發(fā)展趨勢 　 1894年變速器由法國人路易斯•雷納•本哈特和埃米爾•拉瓦索推廣在汽車上使用，從此變速器在汽車上就得到廣泛的運(yùn)用。經(jīng)過100多年的發(fā)展，汽車變速器的技術(shù)達(dá)到了一個(gè)空前的高度，尤其在近幾十年，汽車工業(yè)在各個(gè)國家的高速發(fā)展，更加帶動(dòng)了變速器的進(jìn)步。隨著各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來變速器主要發(fā)展方向： 　 （1）節(jié)能與環(huán)境保護(hù)：研究高效率的傳動(dòng)副節(jié)約能源，采用零污染的工作介質(zhì)或潤滑油來避免環(huán)境污染，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的

15、特性和行駛工況來設(shè)計(jì)變速器，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)，以保證汽車在最高傳動(dòng)效率和最低污染物排放區(qū)運(yùn)行， 　（2）應(yīng)用新型材料：各種新材料的使用推動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展和性能的提高。 ?。?）高性能，低成本，微型化,對變速器進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的研究，探索變速器的新類型；對傳動(dòng)副的材料和機(jī)理進(jìn)行研究，提高壽命，減小質(zhì)量；進(jìn)行變速器 的動(dòng)力學(xué)特性和振動(dòng)研究，以求提高特性，降低噪聲；采用先進(jìn)的制造技術(shù)提高變速器的性能和降低成本。 　（4）智能化，集成化：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和汽車的行駛工況，通過計(jì)算機(jī)智能控制，實(shí)現(xiàn)對變速器傳動(dòng)比的實(shí)時(shí)控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)?！? 1.1.1 變速器的基本要求： （1

16、）應(yīng)該合理地選擇變速器的檔數(shù)和傳動(dòng)比，使汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； （2）工作可靠，在使用過程中不應(yīng)該有自動(dòng)跳檔、脫檔和換檔沖擊現(xiàn)象發(fā)生；此外，還不允許出現(xiàn)誤掛倒檔的現(xiàn)象； （3）操縱輕便，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度； （4）傳動(dòng)效力高、噪音小。為了減少齒輪的嚙合損失，應(yīng)設(shè)有直接檔。此外合理地齒輪形式以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高其制造和安裝精度，都是提高效率和減小噪聲的有效措施。 （5）結(jié)構(gòu)緊湊，盡量做到質(zhì)量輕、體積小、制造成本底。 （6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； （7）貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守

17、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； （8）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置 1.2 變速器的類型 汽車變速器的種類有很多，分類的方法也有很多，按傳動(dòng)比的變化方式劃分，變速器可分為有級(jí)式，無極式和綜合式3種；按使用方法可分為手動(dòng)變速器，自動(dòng)變速器，無級(jí)變速器。 （1）手動(dòng)變速器： 手動(dòng)變速器通過大小齒輪的組合變換改變發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，通過反轉(zhuǎn)齒輪實(shí)現(xiàn)倒檔功能，又稱手動(dòng)擋，即用手撥動(dòng)變速桿才能改變變速器內(nèi)的齒輪齒痕合位置，改變傳動(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的，駕駛者踩下離合器時(shí)，方可撥得動(dòng)變速桿，如果駕駛技術(shù)好，裝手動(dòng)變速器的汽車在加速，超車時(shí)比自動(dòng)變速器快，也節(jié)省油。 現(xiàn)在的手動(dòng)變速器根據(jù)

18、前進(jìn)檔數(shù)的不同，有三檔,四檔，五檔和多檔幾種；根據(jù)軸的不同類型，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩種，前者又分為兩軸式，中間軸式和多中間軸式變速器。 手動(dòng)變速器的換擋可完全遵守駕駛員的意志，而且結(jié)構(gòu)簡單，效率相對較低，價(jià)廉物美，但是在今天的大城市中堵車的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，駕駛員需要頻繁的踩離合器換擋，體力消耗大，發(fā)動(dòng)機(jī)也沒法在最佳的狀態(tài)工作。 （2）自動(dòng)變速器： 自動(dòng)變速器利用行星齒輪機(jī)構(gòu)變速它能根據(jù)節(jié)氣門踏板和車速的變化，自動(dòng)的進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板加速即可。 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)

19、變速器，有極式機(jī)械自動(dòng)變速器和無極式機(jī)械自動(dòng)變速器等。 （3）無級(jí)變速器： 無級(jí)變速器是由兩組變速輪盤和一條傳動(dòng)帶組成的，因此比傳統(tǒng)自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，另外，它可以自由改變傳動(dòng)比，從而實(shí)現(xiàn)全程無極變速，使汽車的車速變化平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換擋時(shí)的那種頓的感覺。無級(jí)變速器屬于自動(dòng)變速器的一種，但是它能克服普通自動(dòng)變速器“突然換擋”節(jié)氣門慢，油耗高等缺點(diǎn) 第二章 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 目前，汽車上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國汽車的使用、制造條件不同,也是由于各種類

20、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，還是有很多的共同點(diǎn)，各種結(jié)構(gòu)形式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)隨主觀和客觀的條件變化而變化。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)該深入實(shí)際、收集資料、調(diào)查研究并對結(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。 本次設(shè)計(jì)采用的車型是長城風(fēng)駿5 小雙兩驅(qū) 商務(wù)版 精英型 2.8TC-2柴油 2009款。已知的皮卡車型和整車主要技術(shù)參數(shù)如下： 圖2-1 長城風(fēng)駿皮卡 皮卡車主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 80kw 車輪型號(hào) 235/70R16 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 30

21、0N.m 主減速器傳動(dòng)比 5.1 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)數(shù) 3600r/min 最高車速 140km/h 整備質(zhì)量 1740KG 滿載質(zhì)量 2545kg 2.1變速器傳動(dòng)形式的選擇 2.1.1兩軸式變速器 兩軸式變速器與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)效率高，嘈聲低，轎車多采用前輪驅(qū)動(dòng)布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊，操縱性能好，對于前進(jìn)擋，兩軸式變速器輸入軸的傳動(dòng)方向與輸出軸的傳動(dòng)方向相反，而中間軸變速器的第一軸與輸出軸傳動(dòng)方向相同，兩軸式變速器沒有直接擋，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而嘈聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)，另外，低擋傳動(dòng)比取值

22、的上限也受到很大的限制，但這一缺點(diǎn)可以通過減小0傳動(dòng)比同時(shí)增大主減速比來取消。 2.1.2三軸式變速器 三軸式變速器的第一軸常合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)的齒輪相嚙合，且第一，第二軸同心。將第一第二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則為直接擋。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，直接擋的傳動(dòng)效率高，磨損和嘈音也小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)，其前進(jìn)擋需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩，因此，在齒輪中軸距較小的情況下依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：除直接擋外其他各檔的傳動(dòng)比有所下降。有極式變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是增多常場嚙合齒輪副

23、的數(shù)目，從而可采用斜齒輪，后者比直齒輪有更長的壽命，更低的嘈聲，雖然其制造稍微復(fù)雜而且在工作中有軸向力，因此，在變速器中，除抵擋及倒檔外，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齒式，因此也采用斜齒輪。 由于所設(shè)計(jì)的汽車是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式變速器。 2.2變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 中間軸式五檔變速器的共同特點(diǎn)是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將他們連接到直接擋。使用直接擋，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，可以高達(dá)90%以上，嘈聲低，齒輪和軸承的磨損

24、減小因?yàn)橹苯訐醯睦寐矢哂谄渌麢n位，因而提高了使用壽命，在其他前進(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳動(dòng)的動(dòng)力需要經(jīng)過設(shè)置在第一軸，中間軸和第三軸的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸和第三軸之間的距離不大的條件下，一檔仍有較大的傳動(dòng)比，檔位高的齒輪采用齒合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案除一檔外的其他檔位的換擋機(jī)構(gòu)，都采用同步器或嚙合套換擋，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上，在除直接擋外其他檔位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率有降低，這是它的缺點(diǎn)。 2.3多檔變速器的組合方案 組合式機(jī)械變速器一般分為倍檔組合式變速器和半檔組合式機(jī)械變速器。 2.3.1 倍

25、檔組合式機(jī)械變速器 倍檔組合式機(jī)械變速器是在主減速器后部串聯(lián)安裝一個(gè)2檔副變速器，是主減速器的檔位數(shù)增加1倍，所增加的檔位傳動(dòng)比數(shù)值等于主減速比傳動(dòng)比和副變速器傳動(dòng)比的成績，而且齒輪對數(shù)少于檔位數(shù)，因此箱體尺寸縮短，軸的長度減短，剛度增大，所以增大了變速器的容量，例如在一個(gè)五檔變速器的后端，串聯(lián)一個(gè)安裝一個(gè)具有高，低2擋的副變速器，即可組成10擋倍檔組合式變速器增加倍檔組合式機(jī)械變速器最大輸入和最低傳動(dòng)比的技術(shù)難點(diǎn)是副變速器齒輪強(qiáng)度容量不足，超出齒輪輪齒的承載能力，解決的辦法進(jìn)有一個(gè)齒輪承受的載荷分給了幾個(gè)齒輪來承受，這樣，輸入齒輪不變，每個(gè)齒輪的負(fù)荷將等于同時(shí)接觸齒輪的平均值。 倍檔組合

26、式機(jī)械變速器的副變速器功率分流方法有兩種：一種是采用形象齒輪的傳動(dòng)方法，這種結(jié)構(gòu)非常緊密，現(xiàn)在還在廣泛運(yùn)用。另一種方法是采用齒輪系的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。雙中間軸傳動(dòng)最大工藝難點(diǎn)是保護(hù)主傳動(dòng)齒輪能和所齒合的雙中間軸齒輪的輪齒同時(shí)接觸問題，解決的辦法是用浮動(dòng)式主傳動(dòng)齒輪的方法來消除齒軸對位的制造誤差，確保齒輪同時(shí)接觸，達(dá)到功率分流的目的，與此相適應(yīng)的換擋同步器也要有一定的浮動(dòng)量。 2.3.2半檔組合式變速器 半檔組合式變速器是將副變速器傳動(dòng)比均勻的插入傳動(dòng)比間隔大的主減速器的各檔傳動(dòng)比之間，式變速器的檔位數(shù)增加一倍，半檔副變速器串聯(lián)在主減速器前部，它只有一對齒輪副和同步器。早期的半檔副變速器串聯(lián)在主減

27、速比前部，它只有一對齒輪副和同步器，早期的半副變速器由單獨(dú)的一個(gè)箱子組成，近年來發(fā)展成將半檔齒輪直接發(fā)到變速器之內(nèi)，既縮短變速器長度由簡化半檔結(jié)構(gòu)。半檔副變速器有一對類似一軸常齒輪副組成，齒圈套在動(dòng)力輸入軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)力輸入軸上的齒圈與動(dòng)力輸入軸上的結(jié)合齒輪的齒輪圈連接時(shí)，常齒和齒輪與主主減速器上的中間軸連接，因此主減速器中間軸也旋轉(zhuǎn)，因此組成的各檔傳動(dòng)比均勻地插入變速器的各檔位傳動(dòng)比之間。 因?yàn)榘霗n組合式變速器的長度小于倍檔組合式變速器，而且他們的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維修保養(yǎng)容易深受客戶的喜愛，國外貨車采用半檔組合式變速器的情況是，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率在200kw以下的汽車基本上采用半檔組合式變

28、速器，發(fā)動(dòng)機(jī)功率在200kw以上的多采用倍檔組合式變速器。 由于本次設(shè)計(jì)的變速器為皮卡車組合式變速器，輸入功率相當(dāng)于小貨車，并且設(shè)有高，低速檔故采用組合式變速器。 前置式副變速器常做出具有超速檔的傳動(dòng)形式，這樣可以減輕主變速器的負(fù)荷；而傳動(dòng)比大的副變速器則多裝在主不是后面，這有利于減小主變速器的質(zhì)量和尺寸，傳動(dòng)比小的副變速器，放在主減速器前后均可，視總體布置情況而定，也可兼有前置和后置副變速器。 因?yàn)樗O(shè)計(jì)的變速器一軸輸入扭矩在200N.m以下，考慮到強(qiáng)度可以滿足的原因，故選擇前置副變速器的設(shè)計(jì)方法。副變速器有兩個(gè)檔位可供選擇一個(gè)直接擋一個(gè)超速檔。 2.3.3組合式多檔變速器傳動(dòng)比的搭

29、配方式 （1）插入式： 變速器檔位間公比較大，副變速器的傳動(dòng)比均勻的插入住變速器各檔傳動(dòng)比之間，兩者交替換擋，共同組成一個(gè)產(chǎn)的比系列。副變速器有兩個(gè)檔。分段式：租變速器檔位之間公比嬌小副變速器傳動(dòng)比范圍較大時(shí)，副變速器高，抵擋傳動(dòng)比分別與主減速器各檔搭配，組成高，主減速器有5個(gè)擋，副變速器有兩個(gè)檔位。 （2）綜合式：插入式和分段式的結(jié)合，使傳動(dòng)比范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。 2.4倒檔傳動(dòng)方案 倒檔使用率不高，常采用直齒滑動(dòng)齒輪方案換入倒檔。為實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)有些利用在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪的方案。

30、a) 四檔倒檔方案 b）四檔倒檔方案 c)五檔倒檔方案 d)貨車倒檔方案 e)一體倒檔方案 f)嚙合倒檔方案 g)手動(dòng)倒檔方案 圖2.1變速器倒檔傳動(dòng)方案 常見的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以上幾種： 方案1.（如圖2.1a）所示） 在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪處于正負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四檔全同步器式變速器中。 方案2.（如圖2.1b）所示） 此方案的優(yōu)點(diǎn)是可以利用中間軸上一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度，但換檔時(shí)兩對齒輪必須同時(shí)嚙合，致使換檔困難。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。 方案

31、3.（如圖2.1c）所示） 此方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，突出的缺點(diǎn)是換檔程序不合理。 方案4.（如圖2.1d）所示） 此方案針對前者的缺點(diǎn)作了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。 方案5.（如圖2.1e）所示） 此方案中，將中間軸上一檔和倒檔齒輪做成一體其齒體、寬加大，因而縮短了一些長度。 方案6.（如圖2.1f）所示） 此方案中，采用了全部齒輪副均為常嚙合齒輪，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，維修和保養(yǎng)方便，工作噪聲低，換檔輕便，制造成本低，使用壽命長等特點(diǎn)。 方案7.（如圖2.1g）所示） 綜合考慮：本次課程設(shè)計(jì)采用的車型為皮卡車，結(jié)合皮卡車的實(shí)際使用條件和使用要求，再綜合考慮對比各種傳動(dòng)

32、方案的特點(diǎn)，考慮到方案6換擋方便，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用壽命長，制造成本低，比較實(shí)用像皮卡車這樣的車型，所以本設(shè)計(jì)采用方案6. 2.5變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必須滿足使用性能、制造簡單、維護(hù)方便等要求，在確定變速器的結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式，換擋結(jié)構(gòu)形式、軸承型式、潤滑和密封等因素。 2.5.1 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，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直齒圓柱齒輪，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

33、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，即除倒檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。 2.5.2 換檔結(jié)構(gòu)形式 換擋結(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)齒輪換擋的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，簡湊，但由于換擋不輕便，換擋時(shí)齒面受到很大的沖擊，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，除一擋，倒擋外很少采用。 嚙合套換擋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)嚙合套和外嚙套，視結(jié)構(gòu)布置而定，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)合套換擋結(jié)構(gòu)簡單，但還不能完全

34、消除換擋沖擊，目前在要求不高的檔位上常被采用。 采用同步器換擋可保證齒輪在換擋時(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時(shí)操作輕便，縮短了換擋時(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，這種形式還有利于實(shí)現(xiàn)操作自動(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)使用壽命短，目前，同步器廣泛采用與各式變速器中。 本課題采用的同步器是鎖環(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,并且使用壽命長，拆裝方便，維修保養(yǎng)容易。 2.5.3 變速器軸承的選擇 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的

35、變速器軸承在殼體或者其他部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接處應(yīng)安置軸承，變速器軸承采用圓柱滾子軸承，球軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，滑動(dòng)軸套等至于什么時(shí)候采用什么樣的軸承視情況而定。 第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)，可布置圓柱滾子軸承，若空間不足，則采用滾針軸承；變速器第一軸第二軸的后部軸承以及中間軸前，后軸承，按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。滾針軸承，滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運(yùn)動(dòng)的地方，變速器采用圓錐滾子軸承雖然有直徑小，寬度較寬因而容量大，可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊，裝配麻煩，磨損后軸易歪斜而影響正確嚙合的缺點(diǎn)。 本課

36、題的中間軸采用圓錐滾子軸承，二軸左端采用滾子軸承，二軸右端采用圓錐滾子軸承，一軸用圓錐滾子軸承，一軸和中間軸支撐選用圓錐滾子軸承。 第三章 變速器主要參數(shù)選擇和校核 3.1 擋數(shù)的選擇 變速器的擋數(shù)可在3—20個(gè)檔位范圍內(nèi)變化。通常變速器的擋數(shù)在6檔以下，檔數(shù)超過6檔以后，可在6檔以下的主變速器基礎(chǔ)上，再行配置副變速，通過兩者的組合獲得多檔變速器。 增加變速器的檔數(shù)能夠改善汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性以及平均車速。檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同是操縱復(fù)雜，而且在使用時(shí)換檔頻率也增高，增加了換擋難度。 在最低檔傳動(dòng)比不變的條件下

37、，增加變速器的檔數(shù)會(huì)使變速器相鄰的低檔與高檔之間的傳動(dòng)比比值減小，使換檔工作容易進(jìn)行。 檔數(shù)選擇的要求： （1）相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下； （2）高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 目前，轎車一般用4～5個(gè)檔位變速器，貨車變速器采用4～5個(gè)檔或多檔，多檔變速器多用于重型貨車和越野汽車。 本設(shè)計(jì)的主變速部分選用5個(gè)檔位，副變速部分選用2各檔位，最高檔傳動(dòng)比為0.8。 3.2 傳動(dòng)比的確定 變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低檔傳動(dòng)比與最高檔傳動(dòng)傳動(dòng)比的比值，本設(shè)計(jì)最高檔為超速檔，傳動(dòng)比初選為0.8。 3.2.1 最低檔傳

38、動(dòng)比計(jì)算 影響最低檔傳動(dòng)比的選取因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定車速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動(dòng)輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定形式車速等。目前乘用車的傳動(dòng)比范圍是3.0~4.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車在5.0~8.0之間，其他商用車則更大。 （3-1） （3-2） 式中 ——最大轉(zhuǎn)矩=300N.m； ——車輪半徑，由已知輪胎規(guī)格R15可知，mm； ——主減速器傳動(dòng)比，=5.1； ——傳動(dòng)系傳動(dòng)效率

39、； mg——汽車重力，mg=25459.8， 代入公式（3-2）得到： 根據(jù)車輪與路面的附著條件則： （3-3） （3-4） 在0.5~0.6之間取0.6。 代入式（3-3）得到： 所以： 3.436.85 由于本設(shè)計(jì)為組合式變速器有超速檔，一檔初選傳動(dòng)比取5.86 3.2.2 其它各擋傳動(dòng)比初選 各檔傳動(dòng)比為等比分配，則： 3.3 中心距A的確定 由于變速器為中間軸式變速器，初選中心距可根據(jù)以下的經(jīng)驗(yàn)公

40、式（3-5）計(jì)算。 （3-5） 式中 ——變速器中心距（mm）； ——中心距系數(shù)，商用車； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距300（N.m） ——變速器一檔傳動(dòng)比為5.86 ——變速器傳動(dòng)效率，取96% 將各參數(shù)代入式（3-5）得到： =mm 組合式變速器中心距在范圍內(nèi)變化，初取A=120mm。 3.4 外形尺寸的初選 變速器的橫向外形尺寸，可根

41、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。 轎車四檔變速器殼體的軸向尺寸3.0~3.4A。貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)： 四擋 （2.2～2.7）A 五擋 （2.7～3.0）A 六擋 （3.2～3.5）A 為了減小變速器的尺寸，取外形尺寸初選為3.5A=420mm 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。 3.5 變速器各齒輪基本參數(shù)的選擇 3.5.1 組合式變速器齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由于汽車變速器各檔齒輪的工作情況是不同的，所以齒輪按齒輪受力、轉(zhuǎn)速、噪聲要求等情況，應(yīng)該將他們分為高檔工作區(qū)

42、和低檔工作區(qū)兩大類。齒輪的變位系數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋角、和齒頂高系數(shù)等都應(yīng)該按這兩個(gè)工作區(qū)進(jìn)行不同的選擇。 3.5.2 模數(shù) 齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取參數(shù)又很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、嘈聲、工藝要求等。 齒輪模數(shù)選取的一般原則：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)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些。對于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。所選模數(shù)值應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 微型、普通級(jí)轎車：2.25～2

43、.75； 中級(jí)轎車：2.75～3.00； 中型貨車：3.5～4.5； 重型貨車：4.5～6.0。 選用時(shí)，優(yōu)先選用第一系列，括號(hào)內(nèi)的盡量不要用，表3.2為國標(biāo)GB/T1357—1987，可參考表3.2進(jìn)行變速器模數(shù)的選擇。 表3.2 變速器常用的齒輪模數(shù) 第一系列 1 1.25 1.5 — 2.00 — 2.50 — 3.00 —— — 第二系列 — — — 1.75 — 2.25 — 2.75 — （3.25） 3.5 表中數(shù)據(jù)摘自（GB/T1357——1987） 第一軸常嚙合斜齒輪和一檔齒輪的法向模數(shù)

44、 （3-6） 其中=300Nm，可得出=3.1 綜合考慮文中設(shè)計(jì)由于組合式變速器，變速器一檔、倒檔、副變速箱常兩對嚙合齒輪模數(shù)取3.0mm；其他各檔為2.5mm。 3.5.3 壓力角α 壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。 對于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。 對貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力角。 國家規(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

45、20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。 3.5.4 螺旋角β 齒輪的螺旋角對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。 試驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度提高，但當(dāng)螺旋角大于30°時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔位齒輪的接觸強(qiáng)度來著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角值。 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 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：

46、 （3-7） （3-8） 為使兩軸向力平衡，必須滿足： 式中，F(xiàn)a1、Fa2為作用在中間軸承齒輪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。 斜齒輪螺旋角選用范圍： 轎車變速器： 兩軸式為20°～25° 中間軸式為22°～34° 貨車變速器：18°～26 圖3.1中間軸軸向力的平衡 3.5.5 尺寬b 齒寬對變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工

47、作時(shí)受力的均勻程度等均有影響。 選用較小的齒寬可以縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量。但齒寬減少使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，齒輪的工作應(yīng)力增加。 選用較大的齒寬，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。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)m（mm）的大小來選定齒寬b： 直齒：，Kc為齒寬系數(shù)，取為4.5～8.0 斜齒：，Kc取為6.0～8.5 嚙合套或同步器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)Kc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 3.6 各

48、擋齒輪齒數(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)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。 3.6.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)比為： 如果一檔齒數(shù)確定了，則常嚙合齒輪的傳動(dòng)比可求出，為了求一檔的齒數(shù)，要先求其齒輪數(shù)， （3-10） 中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)，還受中間軸軸向尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時(shí)，對軸上的尺寸及齒輪齒數(shù)要統(tǒng)一考慮。貨車可在12～17之間選取，本設(shè)計(jì)取=17，初選，， 代入公式（3-10）得到： 取整得73，則。 3.

49、6.2 對中心距A進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整使中心距有了變化，所以要根據(jù)取定的齒數(shù)和和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距A，再以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 將各已知條件代入式（3-11）得到： 取整為120mm 3.6.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù) （3-12） 而常嚙合齒輪的中心距與一檔相等，即： （3-13） 已知各參數(shù)如下： Mn=3.0 代入公式得

50、: 3.6.4 二檔齒數(shù)的確定 已知： （3-14） （3-15） （3-16） 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： （3-17） 由上述（3-13），

51、（3-14），（3-15）三個(gè)方程式組，可采用比較方便的試湊法。解得結(jié)果如下： ， 3.6.5 其他檔位齒輪齒數(shù)的確定 同上述計(jì)算三檔齒輪齒數(shù)： 四檔齒輪齒數(shù)： 3.6.6 倒檔齒輪齒數(shù)的確定 倒檔齒輪的模數(shù)： 初選 （21-23）之間，小于取為15， 中間軸與倒檔軸之間的距離的確定： 為保證倒擋齒輪在嚙合不發(fā)生干涉，齒輪11和齒輪頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙。則齒輪11的齒頂圓直徑De11為： 二軸與倒檔軸之間的距離確定： mm 3.6.7 副變速器超速檔常嚙合齒輪齒數(shù)的確定

52、 (3-18) 而副變速器超速檔常嚙合齒輪的中心距與一檔相等，即： （3-19） 已知各參數(shù)如下： 代入式（3-18）得到： 常嚙合齒輪精確螺旋角： 3.7 變速器齒輪的變位 采用變位齒輪的原因： （1）

53、配湊中心距； （2）提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命； （3）降低齒輪的嚙合噪聲。 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嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。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)度接近的程度。角度變位系數(shù)之和不等于零。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故采用得較多。 變位系數(shù)的選擇原則： （1）對于高檔齒輪，應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)； （2）對于低檔齒輪，為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來選擇大、小齒輪的變位系數(shù)； （3）總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強(qiáng)度

54、越低。但易于吸收沖擊振動(dòng)，噪聲要小一些。 為了降低噪聲，對于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著檔位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二檔和倒檔齒輪，應(yīng)該選用較大的值。本設(shè)計(jì)采用角度變位來調(diào)整中心距。 3.7.1 常嚙合齒輪的計(jì)算 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 3.7.2 其他檔位齒輪的計(jì)算 其他齒輪的計(jì)算過程同上計(jì)算結(jié)果見表3.3： 表3-3各齒輪主要參數(shù) 零件名稱 齒數(shù) 模數(shù) 螺旋角/° 分度圓直徑/mm 齒頂圓直徑

55、/mm 齒根圓直徑/mm Z1 26 3.0 29 89 95 81 Z2 47 3.0 29 161 167 153 Z3 40 2.5 25 110.34 115.5 104.09 Z4 48 2.5 25 132.40 137.40 126.15 Z5 50 2.5 22 134.81 139.817 128.56 Z6 37 2.5 22 99.76 94.96 93.51 Z7 59 2.5 20 156.96 161.96 150.71 Z8 28 2.5 20 74.49

56、 79.49 68.24 Z9 56 3.0 25 185.36 192.36 177.86 Z10 17 3.0 25 56.27 61.27 48.77 Z11 41 3.0 20 130.89 136.89 123.39 Z12 15 3.0 20 47.88 53.88 40.38 Z13 23 3.0 20 75.55 81.55 68.05 Z1' 26 3.0 29 89.18 95.18 81.68 Z2' 47 3.0 29 161.217 167.21 153.71

57、 第四章 齒輪與軸的設(shè)計(jì)與校核 4.1 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器齒輪的損壞形式主要有輪齒折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、移動(dòng)換檔齒輪端部破壞及齒面膠合等。為防止齒輪損壞需要對齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核。 4.1.1 齒輪材料的選擇原則 （1）滿足工作條件的要求 不同的工作條件，對齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對齒輪材料亦有不同的要求。但是對于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。 （2）合理選擇材料配對 如對硬度≤ 350HBS的軟齒面齒輪，

58、為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料[11]。 （3）考慮加工、工藝及熱處理工藝 大尺寸的齒輪一般采用鑄造的方法來制造毛坯，毛坯的材料可以選用鑄鋼或鑄鐵；中等或中等以下尺寸，并且要求較高的齒輪常采用鍛造毛坯，其材料可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作為毛坯。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)處理以后，再進(jìn)行切削加工即可；硬齒面齒輪（硬度>350HBS）常采用低碳合金鋼切齒后再表面滲碳淬火或中碳鋼（或中碳合金鋼）切齒后表面淬火，以獲得齒面、齒芯韌的金相組織

59、，為消除熱處理對已切輪齒造成的齒面變形需進(jìn)行磨齒。但若采用滲氮處理，其齒面變形小，可不磨齒，故可適用于內(nèi)齒輪等無法磨齒的齒輪。 常嚙合齒輪因其傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，并且一直參與傳動(dòng)，所以磨損較大，應(yīng)選用硬齒面齒輪組合，小齒輪用20GrMnTi材料滲碳后淬火，硬度為58～62HRC。大齒輪用40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為48～55HRC；傳動(dòng)比大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，所以抗彎強(qiáng)度要求比較高。一檔小齒輪用20GrMnTi滲碳后淬火，硬度為56～62HRC，大齒輪40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為46～55HRC；其余各檔小齒輪均采用40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為48～55HRC，大齒輪用45

60、鋼調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為40～50HRC。 4.1.2 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 一軸轉(zhuǎn)距： ； 中間軸轉(zhuǎn)矩： 二軸各檔轉(zhuǎn)距： 一檔齒輪：N·m； 二檔齒輪：N·m； 三檔齒輪： 四檔齒輪： 五檔齒輪： 倒檔軸： 二軸倒檔齒輪： 4.1.3 齒輪強(qiáng)度的校核 1.斜齒齒輪彎曲強(qiáng)度的計(jì)算： （4-1） 式中 ——圓周力（N） ——計(jì)算載荷（N·mm）； d——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

61、； b——齒面寬（mm）； t——法向齒距，； y——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在齒形系數(shù)圖4.1中 ——重合度影響系數(shù)，=2.0。 將上述有關(guān)參數(shù)代入（4.1），整理得到： （4-2）

62、 圖4-1 齒形系數(shù)圖 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，一檔和倒檔直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400～850MPa，貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒檔齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。斜齒輪對貨車為100～200MPa。 （1）一檔齒輪彎曲強(qiáng)度的校核： 已知參數(shù)： 查齒形系數(shù)圖4.1得： ； 代入公式（4-2）得： 對于貨車當(dāng)計(jì)算載荷取變速器第一軸最大轉(zhuǎn)距時(shí)，其許用應(yīng)力應(yīng)該小于400Mpa，，均小于400Mpa，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 （2）常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核： 常嚙合齒

63、輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核方法與一檔齒輪相同其計(jì)算結(jié)果見表4.1： 表4.1各檔齒輪的彎曲強(qiáng)度校核 常嚙合齒輪 副常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 齒輪代號(hào) 彎曲應(yīng)力 104.98 58.07 257.56 248.02 214.39 253.48 231.90 222.00 248.19 230.30 2.斜齒齒輪輪齒接觸應(yīng)力 （4-3） 式中 ——輪齒接觸應(yīng)力（）；

64、 F——齒面上的法向力（N），； F1—— 圓周力（N），； Tg ——計(jì)算載荷（N·mm）； ——節(jié)圓直徑（mm）； ——節(jié)點(diǎn)處壓力角； ——齒輪螺旋角； E——齒輪材料的彈性模量； ——齒輪接觸的實(shí)際寬度（mm）； ，——主從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪，； ——主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm）。 將作用在變速器第一軸上的載荷作為作用載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見下表4.2 ： 表4.2 變速器的許用接觸應(yīng)力 齒輪 滲碳齒輪 液體滲氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900——2000 950——1000

65、常嚙合齒輪和高檔 1300——1400 650——700 （1）一檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知條件： ， , mm 將已知數(shù)據(jù)代入公式（4-3）得: ，均小于1900 ，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 （2）常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核的方法同上，校核計(jì)算結(jié)果見表4.3 表4.3各齒輪的接觸應(yīng)力 常嚙合齒輪 副常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 四檔齒輪 接觸應(yīng)力 535.72 866.13 83

66、9.82 1266.27 1174.80 1126.44 726.73 936.10 569.57 779.28 各齒輪的接觸應(yīng)力均小于1300——1400 ，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 4.2 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器的軸是變速器傳遞扭距的主要部件，它的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度直接影響變速器的使用壽命，變速器在工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力的作用，變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)該有足夠強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔爿S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。因此在設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)，其剛度的大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計(jì)階段可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和已知條件先確定軸的直徑，然后根據(jù)公式進(jìn)行有關(guān)剛度和強(qiáng)度方面的驗(yàn)算。 4.2.1 軸的工藝要求 第二軸上的軸頸常常用做滾針的滾道，要求有相當(dāng)高的硬度和表面粗糙度，硬度應(yīng)在HRC58～63，表面光粗糙度不能過低。對于做為軸向推力支承或齒輪壓緊端面的軸的端面，并規(guī)定其端面擺差。一根軸上的同心直徑應(yīng)可控制其不同心度；對于采用高頻或滲碳鋼