畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-兩軸六速手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)(含全套CAD圖紙)

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優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763兩軸六速手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)摘要：轎車作為一種最常用汽車，已在現(xiàn)代的社會(huì)中占有舉足輕重的地位。而變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最重要的部分之一，汽車的前進(jìn)、后退，增速、減速都要靠變速器傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。而且變速器在汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上也有很重要的影響。本次設(shè)計(jì)的汽車變速箱主要是從強(qiáng)度方面來對(duì)齒輪的尺寸計(jì)算及校核，軸的尺寸計(jì)算和位置的確定，選擇設(shè)計(jì)滿足其承載能力的同步器。另外，針對(duì)齒輪作用力的不同，在不同的軸上選擇合適的軸承。利用軟件 AUTCAD 完成變速器總成圖、第一軸、第二軸、各個(gè)擋齒輪及同步器的設(shè)計(jì)。隨著我國(guó)汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車的需求也越來越高。通過對(duì)轎車車變速器的設(shè)計(jì)，我了解到變速器在汽車結(jié)構(gòu)中具有著重要的作用，因此變速器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步具有著深遠(yuǎn)的意義。關(guān)鍵詞：變速器；齒輪；同步器；設(shè)計(jì)IITwo six-speed manual transmission shaft designAbstract: As one of the most popular sedan car, already occupies a pivotal position in modern society. The transmission is a car transmission structure is one of the most important part of the car forward, backward, growth rate, have to rely on the transmission gear drive to achieve. And transmission also has a very important influence in the car's power and fuel economy. The design of the car gearbox is mainly from strength to determine the size of the computing gear and checking the size and position of the axis is calculated, select the design to meet their carrying capacity synchronizer. In addition, different force for the gear, the shaft in a different choice of suitable bearings. Transmission assembly is completed using software AUTCAD Figure, the first shaft, a second shaft, and the respective speed gear synchronizer design. With the rapid development of China's automobile industry, the demand for cars is increasing. By car vehicle transmission design, I learned that the transmission has an important role in the automotive structure, thus improving transmission structure of the automotive industry's development and progress have far-reaching significance. Keywords: Transmission; Gear; Synchronizer; DesignIII目 錄第 1 章 緒 論 .............................................................................................................................................11.1 變速器的概述 .....................................................................................................................................11.2 變速器的種類 ....................................................................................................................................21.3 設(shè)計(jì)要求 .............................................................................................................................................3第 2 章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 ...........................................................................................................42.1 變速器傳動(dòng)方案分析與選擇 .............................................................................................................42.2 倒檔布置方案 .....................................................................................................................................42.3 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 .........................................................................................................................52.3.1 齒輪形式 ......................................................................................................................................52.3.2 變速器軸 ......................................................................................................................................62.3.3 變速器軸承的選擇 ......................................................................................................................6第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇與零件的設(shè)計(jì) .......................................................................................73.1 主要參數(shù)的選擇 .................................................................................................................................73.1.1 檔數(shù) ..............................................................................................................................................73.1.2 傳動(dòng)比范圍 ..................................................................................................................................73.1.3 變速器各檔傳動(dòng)比的確定 ..........................................................................................................73.1.4 中心距的選擇 ..............................................................................................................................93.1.5 變速器的外形尺寸 ....................................................................................................................103.1.6 齒輪參數(shù)的選擇 .......................................................................................................................103.2 各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算 ...........................................................................................113.3 變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整 .......................................................................................14第 4 章 變速器齒輪強(qiáng)度校核 ...................................................................................................................164.1 齒輪材料的選擇原則 .......................................................................................................................164.2 變速器齒輪彎曲強(qiáng)度校核 ...............................................................................................................164.3 輪齒接觸應(yīng)力校核 ...........................................................................................................................184.4 倒檔齒輪的校核 ...............................................................................................................................20第 5 章 軸的及軸上零件的設(shè)計(jì)與選擇 .................................................................................................215.1 初選軸的直徑 ...................................................................................................................................215.2 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 ...................................................................................................................................225.2.1 軸的剛度計(jì)算 ............................................................................................................................225.2.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算 ............................................................................................................................255.3 軸承選擇與壽命計(jì)算 .......................................................................................................................28IV5.3.1 輸入軸軸承的選擇與壽命計(jì)算 ................................................................................................285.3.2 輸出軸軸承的選擇與壽命計(jì)算 ................................................................................................30第 6 章 變速器同步器及結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì) ...................................................................................................326.1 同步器設(shè)計(jì) .......................................................................................................................................326.1.1 同步器的功用及分類 ................................................................................................................326.1.2 慣性式同步器 ............................................................................................................................326.1.3 鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 ................................................................................................336.1.4 主要參數(shù)的確定 ........................................................................................................................346.2 速器的操縱機(jī)構(gòu) ...............................................................................................................................356.3 速器殼體 ...........................................................................................................................................36參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................................37致　 謝 .........................................................................................................................................................38湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文1第 1 章 緒 論隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢(shì)。而變速器設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，對(duì)轎車而言，其設(shè)計(jì)意義更為明顯。在對(duì)汽車性能要求越來越高的今天，車輛的舒適性也是評(píng)價(jià)汽車的一個(gè)重要指標(biāo)，而變速器的設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)使汽車的舒適性下降，使汽車的運(yùn)行噪聲增大，影響汽車的整體性。1.1 變速器的概述變速器作為傳遞力和改變汽車車速的主要裝置，現(xiàn)在對(duì)其操縱的方便性和檔位數(shù)方面的要求愈來愈高。目前，四、五檔特別是五檔的變速器的用量有日漸增加的趨勢(shì)。同時(shí)，六擋變速器的裝車率也在上升。變速器是用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種路障的不同條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力級(jí)車速不同要求的汽車總成。設(shè)置變速器的目的是在各種行駛狀況下，是汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工作范圍內(nèi)工作。因此它的性能直接影響到汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。我們知道，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下能夠達(dá)到最好的狀態(tài)，此時(shí)發(fā)出的功率你較大，燃油經(jīng)濟(jì)性也比較好。因此，我們希望發(fā)動(dòng)機(jī)總能在其最佳狀態(tài)下工作。但是，汽車在實(shí)際使用中還是需要有不同的速度，這樣就產(chǎn)生了矛盾。這個(gè)矛盾需要通過變速器來解決。變速器的作用用一句話來概括就是變速變扭，即減速增扭或增速減扭。為什么減速可以增扭，而增速又要減扭呢？在相同情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率是不變的，功率可以表示為 N=ωT，其中ω 是傳動(dòng)角速度，T 是扭矩。當(dāng) N 固定的時(shí)候，ω 和 T 是成反比的。所以減速必增扭，反之亦然。汽車變速器的就是根據(jù)變速器變速變扭的原理，分成各個(gè)檔位對(duì)應(yīng)不同的傳動(dòng)比，以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀況。對(duì)于變速器提出如下基本要求：1）保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳輸3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出5）換擋迅速、省力、方便6）工作可靠。汽車在行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂檔以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率8）變速器的工作噪聲低湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文2此外，變速器還要滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易和維修方便等要求。1.2 變速器的種類變速器有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。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） 、手/自一體變速器（AMT） 、無級(jí)變速器（CVT） 。（1）手動(dòng)變速器(MT)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。曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動(dòng)變速器會(huì)在不久“下課” ，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實(shí)有道理。但是從目前市場(chǎng)的需求和適用角度來看，筆者認(rèn)為手動(dòng)變速器不會(huì)過早的離開。（2）自動(dòng)變速器（AT）自動(dòng)變速器（AutomaticTransmission ） ，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。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。雖說自動(dòng)變速汽車沒有離合器，但自動(dòng)變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動(dòng)分離或合閉，從而達(dá)到自動(dòng)變速的目的。在中檔車的市場(chǎng)上，自動(dòng)變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶希望在駕駛汽車的時(shí)候?yàn)榱撕?jiǎn)便操作、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時(shí)快樂的感覺。在高速公路上，這是個(gè)體現(xiàn)地非常完美。而且，以北京市來說，現(xiàn)在的交通狀況不好，堵車是經(jīng)常的事情，有時(shí)要不停地起步停步數(shù)次，司機(jī)如果使用手動(dòng)檔，則會(huì)反復(fù)地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對(duì)于新手來說更是苦不堪言。使用自動(dòng)檔，就不會(huì)這樣麻煩了。（3）手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT）其實(shí)通過對(duì)一些車友的了解，他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器，而且在某些時(shí)候也需要自動(dòng)的感覺。這樣手動(dòng)/自動(dòng)變速器便由此誕生。這種變速器在德國(guó)保時(shí)捷車廠 911 車型上首先推出，稱為 Tiptronic，它可使高性能跑車不必受限于傳統(tǒng)的自動(dòng)檔束縛，讓駕駛者也能享受手動(dòng)換檔的樂趣。此型車在其檔位上設(shè)有“+” 、 “-”選擇檔位。在 D 檔時(shí)，可自由變換降檔(-)或加檔(+)，如同手動(dòng)檔一樣。自動(dòng)—手動(dòng)變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式—為了駕駛樂趣使用手動(dòng)檔，而在交通擁擠時(shí)使用自動(dòng)檔，這樣的變速方式對(duì)于我國(guó)的現(xiàn)狀還是非常適合的。（4）無級(jí)變速器當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對(duì)于汽車性能的要求是越來越高的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無級(jí)變速器便是人們追求的“最高境界” 。無級(jí)變速器最早由荷蘭人范?湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文3多尼斯（VanDoorne’s）發(fā)明。無級(jí)變速系統(tǒng)不像手動(dòng)變速器或自動(dòng)變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個(gè)滑輪和一個(gè)鋼帶來變速，其傳動(dòng)比可以隨意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動(dòng)變速器“突然換檔” 、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點(diǎn)。通常有些朋友將自動(dòng)變速器稱為無級(jí)變速器，這是錯(cuò)誤的。本次設(shè)計(jì)的變速器為手動(dòng)變速器。1.3 設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)是在給定主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，整車主要技術(shù)參數(shù)如下：大眾寶來 2014 款 1.6L 手動(dòng)時(shí)尚型參數(shù)：車身尺寸：長(zhǎng)×寬×高=4523×1775×1467軸距：2610mm最高車速：180km/h百公里加速時(shí)間 11.8s整備質(zhì)量：1265kg最大功率/最大功率轉(zhuǎn)速：77kw/ 5600rpm最大扭矩/最大扭矩轉(zhuǎn)速：155N.m/3800rpm輪胎尺寸：前輪 195/65 R15；后輪 195/65 R15湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文4第 2 章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案2.1 變速器傳動(dòng)方案分析與選擇機(jī)械式變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案主要有兩種：兩軸式變速器和中間軸式變速器。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)，故傳動(dòng)效率高，同時(shí)噪聲小。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在工作時(shí)齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞，受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計(jì)的很大。其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)直接輸出動(dòng)力。而中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體絕大多數(shù)方案的第二軸與一軸在同一條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，此時(shí)噪聲低，齒輪、軸承的磨損減少。傳動(dòng)系的檔位數(shù)與汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性有著密切的聯(lián)系。就動(dòng)力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì)，提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低燃油消耗率區(qū)下作的能力，降低了油耗。從而能提高汽車生產(chǎn)率，降低運(yùn)輸成木。不過，增加檔數(shù)會(huì)使變速器機(jī)構(gòu)復(fù)雜和質(zhì)量增加，軸向尺寸增大、成本提高、操縱復(fù)雜。 綜上所述，由于此次設(shè)計(jì)的寶來 1.6L 手動(dòng)變速器是中檔轎車變速器，驅(qū)動(dòng)形式屬于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，且可布置變速器的空間較小，對(duì)變速器的要求較高，要求運(yùn)行噪聲小，設(shè)計(jì)車速高，故選用二軸式變速器作為傳動(dòng)方案。選擇 6 檔變速器，并且六檔為超速檔。2.2 倒檔布置方案常見的倒檔布置方案如圖 2.1 所示。圖 2.1b 方案的優(yōu)點(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難；圖 2.1c 方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理；圖 2.1d 方案對(duì) 2.1c 的缺點(diǎn)做了修改；圖 2.1e 所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)；圖 2.1f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔換更為輕便。綜合考慮以上因素，為了換檔輕便，減小噪聲，倒檔傳動(dòng)采用圖 2.1f 所示方案。湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文5圖 2.1 倒檔布置方案2.3 零部件結(jié)構(gòu)方案分析2.3.1 齒輪形式變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。直齒圓柱齒輪主要用于一檔、倒檔齒輪，與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)全部選用斜齒輪。變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動(dòng)支承等方式之一與軸連接。齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度 （圖 2.2）影響齒輪強(qiáng)度[6]。要求b尺寸 應(yīng)該大于或等于輪齒危險(xiǎn)斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，b齒輪輪轂部分的寬度尺寸 ，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸要求：C（2.1）2)4.1～(d?式中： ——花鍵內(nèi)徑。2d為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度 應(yīng)在滿足強(qiáng)度條件下設(shè)計(jì)得薄些。圖 2.2 中的尺寸 可取為花? 1D鍵內(nèi)徑的 1.25～1.40 倍。湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文6圖 2.2 變速器齒輪尺寸控制圖齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在 μm 范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于 7 級(jí)。40.8.aa，R2.3.2 變速器軸變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當(dāng)變速器中心距小，在殼體的同一端面布置兩個(gè)滾動(dòng)軸承有困難時(shí)，輸出軸可以直接壓入殼體孔中，并固定不動(dòng)。用移動(dòng)齒輪方式實(shí)現(xiàn)換檔的齒輪與軸之間，應(yīng)選用矩形花鍵連接，以保證良好的定心和滑動(dòng)靈活，而且定心外徑及矩形花鍵齒側(cè)的磨削比漸開線花鍵要容易[7]。兩軸式變速器輸入軸和中間軸式變速器中間軸上的高檔齒輪，通過軸與齒輪內(nèi)孔之間的過盈配合和鍵固定在軸上。兩軸式變速器的輸出軸和中間軸式變速器的第二軸上的常嚙合齒輪副的齒輪與軸之間，常設(shè)置有滾針軸承、滑動(dòng)軸承，少數(shù)情況下齒輪直接裝在軸上。此時(shí)，軸的表面粗糙度不應(yīng)低與 μm，硬度不8.0aR低于 58～63HRC 。因漸開線花鍵定位性能良好，承載能力大且漸開線花鍵的齒短，小徑相對(duì)增大能提高軸的剛度，所以軸與同步器上的軸套常用漸開線花鍵連接。倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動(dòng)的光軸，并由螺栓固定。由上述可知，變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件，有的軸上又有矩形或漸開線花鍵，所以設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮裝配上的可能，而且應(yīng)當(dāng)可以順利拆裝軸上各零件。此外，還要注意工藝上的有關(guān)問題。2.3.3 變速器軸承的選擇變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。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(duì)運(yùn)動(dòng)的地方[8]。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較大因而容量大、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齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。 由于本設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器，具有較大的軸向力，所以設(shè)計(jì)中變速器輸入軸、輸出軸的前、后軸承按直徑系列均選用圓錐滾子軸承。湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文7第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇與零件的設(shè)計(jì)3.1 主要參數(shù)的選擇本次設(shè)計(jì)是在給定主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，大眾寶來 2014 款 1.6L 手動(dòng)時(shí)尚型整車主要技術(shù)參數(shù)如下：車身尺寸：長(zhǎng)×寬×高=4523×1775×1467軸距：2610mm最高車速：180km/h百公里加速時(shí)間 11.8s整備質(zhì)量：1265kg最大功率/最大功率轉(zhuǎn)速：77kw/ 5600rpm最大扭矩/最大扭矩轉(zhuǎn)速：155N.m/3800rpm輪胎尺寸：前輪 195/65 R15；后輪 195/65 R153.1.1 檔數(shù)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 4～5 個(gè)檔位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用 5 個(gè)檔。商用車變速器采用 4～5 個(gè)檔或多檔。載質(zhì)量在 2.0～3.5t 的貨車采用五檔變速器，載質(zhì)量在 4.0～8.0t 的貨車采用六檔變速器。多檔變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。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)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 因此，本次設(shè)計(jì)的轎車變速器為 6 檔變速器。3.1.2 傳動(dòng)比范圍變速器傳動(dòng)比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動(dòng)比的比值。最高檔通常是直接檔，傳動(dòng)比為 1.0；有的變速器最高檔是超速檔，傳動(dòng)比為 0.7～0.8。影響最低檔傳動(dòng)比選取的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)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)定行駛車速等。目前乘用車的傳動(dòng)比范圍在3.0～4.5 之間，總質(zhì)量輕些的商用車在 5.0～8.0 之間，其它商用車則更大。本設(shè)計(jì)最高檔傳動(dòng)比為 0.78。3.1.3 變速器各檔傳動(dòng)比的確定（1）主減速器傳動(dòng)比的確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為[12]：（3.1）037.irnuga?湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文8式中：——汽車行駛速度（km/h） ；au——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） ；n——車輪滾動(dòng)半徑（m） ；r——變速器傳動(dòng)比；gi——主減速器傳動(dòng)比。0已知：最高車速 = =180 km/h；最高檔為超速檔，傳動(dòng)比 =0.78；車輪滾動(dòng)半徑maxuv gi由所選用的輪胎規(guī)格 195/65 R15 得到：mr 25.317%619524.????發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 = =5600（r/min） ；由公式（3.1）得到主減速器傳動(dòng)比計(jì)算公式：np 7.41807.3.07. 30 ???aguinri（2）最抵檔傳動(dòng)比計(jì)算按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角 坡道時(shí)，max?驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于或等于此時(shí)的滾動(dòng)阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計(jì)）[13]。用公式表示如下：（3.2）maxmax0max sinco??GfriTtge ??式中：G ——車輛總重量(N)；——坡道面滾動(dòng)阻力系數(shù)(對(duì)瀝青路面 μ=0.01~0.02)；f——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(N·m)；maxeT——主減速器傳動(dòng)比；0i——變速器傳動(dòng)比；g——為傳動(dòng)效率（0.85~0.9） ；t?R ——車輪滾動(dòng)半徑；——最大爬坡度（一般轎車要求能爬上 30%的坡，大約 ）max? ?7.16由公式（3.2）得：（3.3）tegiTrGi???0maxax1 )snco(??已知：m=1265kg； ； ；r=0.317m ； ； ；g=9.8m/s205.?f?7.6max??Ne??15ax7.40?i湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文9； ，把以上數(shù)據(jù)代入（3.3）式：864.0?t? 856.1864.071537.0).1sin92.cos0.89125( ?????? ??gi滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一檔發(fā)出最大驅(qū)動(dòng)力時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下： ??ntgeFriT?10max（3.4）tengii0max1式中：——驅(qū)動(dòng)輪的地面法向反力， ；nFFn1?——驅(qū)動(dòng)輪與地面間的附著系數(shù)；對(duì)干燥凝土或?yàn)r青路面 可取 0.7~0.8 之間。? ?已知：前輪軸荷 kg； 取 0.6，把數(shù)據(jù)代入（3.4）式得：2658.01??m?93.4.757.9261 ??gi所以，一檔轉(zhuǎn)動(dòng)比的選擇范圍是： 5.211?gi初選一檔傳動(dòng)比為 2.9。（3）變速器各檔速比的配置按等比級(jí)數(shù)分配其它各檔傳動(dòng)比，即：qiii??654321 30.178.92541?i015.3.2..761.3.2.0.954312??qiqi3.1.4 中心距的選擇初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[14]：（3.5）31maxgeAiTK??式中：湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文10A ——變速器中心距（mm ） ；——中心距系數(shù)，乘用車 =8.9~9.3；KAK——發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)距為 155（N ·m） ；maxeT——變速器一檔傳動(dòng)比為 2.9；1i——變速器傳動(dòng)效率，取 96%。g?（8.9~9.3） =（8.9~9.3） 7.557=67.255~70.278mm?A396.0215??轎車變速器的中心距在 60～80mm 范圍內(nèi)變化。初取 A=68mm。3.1.5 變速器的外形尺寸變速器的橫向外形尺寸，可以根據(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。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。乘用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用： 2.31~0468).3~0()4.3~0( ????ALmm初選長(zhǎng)度為 230mm。3.1.6 齒輪參數(shù)的選擇（1）模數(shù)選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：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(duì)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(duì)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。表 3.2 汽車變速器齒輪的法向模數(shù)轎車模數(shù)的選取以發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為依據(jù)，由表 3.2 選取各檔模數(shù)為 ，由于轎車對(duì)75.2?nm降低噪聲和振動(dòng)的水平要求較高，所以各檔均采用斜齒輪。（2）壓力角 ?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(duì)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(duì)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[15] 。 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。乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量 V/L 貨車的最大總質(zhì)量 /ta車 型 1.014模數(shù) /mmnm2.25~2.75 2.75~3.00 3.50~4.50 4.50~6.00湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文11本變速器為了加工方便，故全部選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角 20°。（3）螺旋角 ?齒輪的螺旋角對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的螺旋角時(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)度相應(yīng)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；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。本設(shè)計(jì)初選螺旋角全部為 22°。（4）齒寬 b齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)的受力均勻程度等均有影響。考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時(shí)雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時(shí)軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會(huì)使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用較大的齒寬，工作中會(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造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。通常根據(jù)齒輪模數(shù) 的大小來選定齒寬：??nm斜齒 ， 取為 6.0～8.5，取 7.8nckb?cmm45.217.8??（5）齒頂高系數(shù)齒頂高系數(shù)對(duì)重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對(duì)滑動(dòng)速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為 0.75～0.80 的短齒制齒輪。在齒輪加工精度提高以后，包括我國(guó)在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為 1.00。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強(qiáng)度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與 1.00 的細(xì)高齒。本設(shè)計(jì)取為 1.00。3.2 各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算在初選中心距、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)。應(yīng)該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻[16]。根據(jù)圖 3.1 確定各檔齒輪齒數(shù)和傳動(dòng)比。（1）一檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文12一檔傳動(dòng)比為：9.21?zi85.47.2cos685.cos2??????hnnhzmAz?取整得 46。轎車 可在 12～17 之間選取，取 12，則 。1z 342?z則一檔傳動(dòng)比為：3.212i（2）對(duì)中心距 A 進(jìn)行修正?coshnzm?2.682475.??取整得 mm， 為標(biāo)準(zhǔn)中心距。0A0中心距調(diào)整后取 則35,12?z?6.2?（3）二檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定（3.6）31.42zi（3.7）?cos)(430mAn??已知： =70mm， =2.231， =2.75， ；將數(shù)據(jù)代入（3.6） 、 （3.7）兩式，齒數(shù)0A2in?2取整得： ， ，143?z3所以二檔傳動(dòng)比為：13.54z（4）計(jì)算三檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比（3.8） 76.563??zi（3.9）?cos2)(60mAn?已知： =70mm， =1.716， =2.75， ；將數(shù)據(jù)代入（3.8） 、 （3.9）兩式，齒數(shù)0A3in??湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文13取整得： ， ，所以三檔傳動(dòng)比為：175?z306765.130563?zi（5）計(jì)算四檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比（3.10）2.1784??zi（3.11）?cos)(80zmAn?已知： =70mm， =1.32， =2.75， ；將數(shù)據(jù)代入（3.10） 、 （3.11）兩式，齒數(shù)0A4in?2?取整得： ， ，所以四檔傳動(dòng)比為：27?z78z35.10784?zi（6）計(jì)算五檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比（3.10）015.94??zi（3.11）?cos2)(1090zmAn?已知： =70mm， =1.015， =2.75， ；將數(shù)據(jù)代入（3.10） 、 （3.11）兩式，齒0A4in??數(shù)取整得： ， ，所以五檔傳動(dòng)比為：239?z10043.129104?zi（7）計(jì)算六檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比（3.12）78.0125??zi（3.13）?cos)(120zmAn?已知： =70mm， =0.78， =2.75， ；將數(shù)據(jù)代入（3.12） 、 （3.13）兩式，齒數(shù)0A5in??取整得： ， ，所以六檔傳動(dòng)比為：261?z1z80.2615?zi（8）計(jì)算倒檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比初選倒檔軸上齒輪齒數(shù)為 =23，輸入軸齒輪齒數(shù) =11，為保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)14 13動(dòng)干涉齒輪 13 和齒輪 15 的齒頂圓之間應(yīng)保持有 0.5mm 以上的間隙，即滿足以下公式：湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文14（3.14）01355.2cos)( Amzn????已知： ， ， ，把數(shù)據(jù)代入（3.14）式，齒數(shù)取整，解得：?213??7.nm0?A，則倒檔傳動(dòng)比為：51z182.3513ziR輸入軸與倒檔軸之間的距離：mm 取0.52cos)(7.cos2)(134' ????????zmAn 50'?A輸出軸與倒檔軸之間的距離：mm 取42.81cs)3(5.cs)(1345' ?zn 8'3.3 變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整采用變位齒輪的原因：配湊中心距；提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；降低齒輪的嚙合噪聲[17]。為了降低噪聲，對(duì)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。本次設(shè)計(jì)螺旋角定為：一檔至五檔 ，倒檔?2?1根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)及相關(guān)圖表得：一檔齒輪的變位當(dāng) A0=70 Z1=12 Z2=35 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =0.522 變位系數(shù)分?2?? ?配為 X1=0.324 X2=0.198二檔齒輪的變位 當(dāng) A0=70 Z3=14 Z4=33 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =0.522 變位系數(shù)? ?分配為 X3=0.311 X4=0.211三檔齒輪的變位當(dāng) A0=70 Z5=17 Z6=30 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =0.522?2?? ?變位系數(shù)分配為 X5=0.296 X6=0.226四檔齒輪的變位當(dāng) A0=70 Z7=20 Z8=27 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =0.522? ?變位系數(shù)分配為 X7=0.270 X8=0.252五檔齒輪的變位當(dāng) A0=70 Z9=23 Z10=24 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =0.522?2?? ?湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文15變位系數(shù)分配為 X9=0.234 X10=0.288六檔齒輪的變位當(dāng) A0=70 Z11=26 Z12=21 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =0.522?2?? ?變位系數(shù)分配為 X11=0.234 X12=0.288倒檔齒輪的變位輸入軸與倒檔軸之間：當(dāng) A0=46 Z13=11 Z15=35 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =0.200?21?? ?變位系數(shù)分配為 X13=0.17 X15=0.03輸出軸與倒檔軸之間：當(dāng) A0=80 Z14=23 Z15=35 時(shí)，查得總變位系數(shù) X =－0.12? ?變位系數(shù)分配為 X14=0.03 X15=－0.15湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文16第 4 章 變速器齒輪強(qiáng)度校核4.1 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(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)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(duì)。如對(duì)硬度≤350HBS 的軟齒面齒輪，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。（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毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵；中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常采用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，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，為消除熱處理對(duì)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[18]。由于一對(duì)齒輪一直參與傳動(dòng)，磨損較大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，抗彎強(qiáng)度要求比較高。應(yīng)選用硬齒面齒輪組合，所有齒輪均選用 20CrMnTi 滲碳后表面淬火處理，硬度為 58～62HRC。4.2 變速器齒輪彎曲強(qiáng)度校核齒輪彎曲強(qiáng)度校核（斜齒輪）(3.15)??btyKFw1?式中：——圓周力（N） ， ；1FdTg21——計(jì)算載荷（N·mm） ；gT——節(jié)圓直徑（mm） ， ， 為法向模數(shù)（ mm） ；d?coszmdn?n湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文17——斜齒輪螺旋角 ；?)(?——應(yīng)力集中系數(shù)， =1.50；?K?K——齒面寬（mm） ；b——法向齒距， ； t nmt??——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) 在齒形系數(shù)圖 3.2 中查得；y ?3coszn?——重合度影響系數(shù)， =2.0。?K?K圖 3.2 齒形系數(shù)圖將上述有關(guān)參數(shù)據(jù)代入公式（3.15） ，整理得到(3.16)?????KyzmTcngw3os2?（1）一檔齒輪校核已知： 3105??gTN·mm； ； ； mm； ；X1=0.324； ；?2?.?K75.2?n0.7?c 0.2??K，查齒形系數(shù)圖 3.2 得：y=0.153，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得：30.16cos33?znMPa04.2857153.07.214.3.cos52331 ???????????KymzTcngw（2）二檔齒輪校核湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文18已知： 3105??gTN·mm； ； ； mm； ；X3=0.311 ； ；?2?.?K75.2?nm0.7?cK0.2??K，查齒形系數(shù)圖 3.2 得：y=0.157，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得：0.cos433?znMPa69.25715.07.214.3.cos52333 ???????????KymzTcngw其他各檔位齒輪的校核同理，此處不再一一復(fù)述。對(duì)于轎車當(dāng)計(jì)算載荷取變速器輸入軸最大轉(zhuǎn)距時(shí)，其許用應(yīng)力不超過 180~350MPa，以上各檔均合適。4.3 輪齒接觸應(yīng)力校核（3.17）)1(418.0bzjFE????式中：——輪齒接觸應(yīng)力（MPa） ；j?——齒面上的法向力（N ） ， ；F??cos1F?——圓周力（N） ， ；1 dTFg21——計(jì)算載荷（N·mm） ； 為節(jié)圓直徑（mm） ；gT——節(jié)點(diǎn)處壓力角， 為齒輪螺旋角；??——齒輪材料的彈性模量 （MPa） ；E510.2?——齒輪接觸的實(shí)際寬度（mm） ；b， ——主從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率