畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）變速器設(shè)計(jì)說明書

1、目錄前 言1第一章 變速器的功用與選擇31.1 變速器的功用和要求31.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案的確定31.3 倒擋傳動(dòng)方案的確定61.4 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析71.5本章小結(jié)9第二章 變速器主要參數(shù)的選擇102.1 變速器主要參數(shù)的選擇102.2齒輪參數(shù)132.3各擋傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定152.4本章小結(jié)18第三章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算和校核193.1 齒輪的損壞原因及形式193.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核193.3本章小結(jié)23第四章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核244.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸244.2軸的強(qiáng)度驗(yàn)算254.3軸承的選擇274.4本章小結(jié)28第五章 變速器同步器295.

2、1同步器的結(jié)構(gòu)及原理29第六章 結(jié)論31參考文獻(xiàn)32致 謝33附 錄（符號(hào)說明）34前 言汽車作為商品在世界各處都有廣闊的市場(chǎng)，又因其生產(chǎn)批量大而給企業(yè)帶來豐厚的利潤(rùn)。汽車品種的各樣性可滿足各種生產(chǎn)、生活活動(dòng)的要求，而且有良好的社會(huì)利益。近百年來，汽車工業(yè)之所以常勝不衰，主要得益于市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使汽車能逐漸完善并滿足使用者的要求?，F(xiàn)在不僅在生產(chǎn)活動(dòng)中，在日常生活中人們也離不開汽車，對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，選擇汽車工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)是完全正確的。汽車由動(dòng)力裝置、底盤、車身、電器及儀表等四部分組成，汽車底盤又由汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，汽車行駛系統(tǒng)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和汽車制動(dòng)系統(tǒng)組成，其中傳動(dòng)系統(tǒng)是

3、汽車底盤設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)。而變速器則是傳動(dòng)系統(tǒng)的心臟所在。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。 首先，從商用車的特性上來說，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例，卡車用來運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對(duì)如此高的“壓力”，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一擋有“勁”，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車帶動(dòng)。特別是面對(duì)爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對(duì)于其他新型的變速器，雖然具有操作簡(jiǎn)便

4、等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。 其次，對(duì)于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來說，他們的最愛還是手動(dòng)變速器。從我國(guó)的具體情況來看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國(guó)的汽車發(fā)展歷史，資歷較深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車的，他們對(duì)手動(dòng)變速器的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動(dòng)變速器以及無級(jí)變速器已非常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng)，尤其是喜歡超車時(shí)手動(dòng)變速帶來的那種快感，所以一些中高擋的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速器。另外，現(xiàn)在在我國(guó)的汽車駕駛學(xué)校中，教練車都是手動(dòng)變速器的，除了經(jīng)濟(jì)適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉?cǎi){駛協(xié)調(diào)性。 第三，隨著生活水平的

5、不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對(duì)于普通工薪階級(jí)的老百姓來說，經(jīng)濟(jì)型轎車最為合適，手動(dòng)變速器以其自身的性價(jià)比配套于經(jīng)濟(jì)型轎車廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等國(guó)內(nèi)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車都是手動(dòng)變速的車，它們的各款車型基本上都是5+1擋手動(dòng)變速。 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)長(zhǎng)城賽弗f1兩驅(qū)車型相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一款機(jī)械變速器，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型： 主減速比： 4.22最高時(shí)速： 130km/h輪胎型號(hào)： 235/75r15 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：491qe 最大扭矩： 190/2400-2800最大功率： 78kw/4600最高轉(zhuǎn)速： 6000r/min 車身寬度： 1

6、780 mm 車身長(zhǎng)度： 4560 mm 車身高度： 1820 mm整備質(zhì)量： 1665kg汽車最大質(zhì)量：2330kg 軸荷分配：滿載 前軸45% 后軸55% 長(zhǎng)城賽弗f1兩驅(qū)車型 空載 前軸55% 后軸45%第一章 變速器的功用與選擇1.1 變速器的功用和要求變速器的功用是用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，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。變速器設(shè)有空擋，可在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車滑行或停車時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力停止向驅(qū)動(dòng)輪傳輸。變速器設(shè)有倒擋，使汽車獲得倒退行駛能力。需要時(shí)，變速器還有動(dòng)力輸出功能。對(duì)變速器設(shè)計(jì)

7、的主要要求是： 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)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。3. 設(shè)置倒擋，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。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(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。除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。1.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案的確定機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳

8、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、軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。中間軸式和兩軸式變速器的應(yīng)用比較廣泛。由于兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)汽車上。而本次設(shè)計(jì)的汽車為前置后驅(qū)汽車，采用中間軸式變速器。中間軸式變速器，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各擋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，直接擋的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是中間軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)擋需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此。在齒輪中心距（影響變

9、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擋傳動(dòng)比，這是中間軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。 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、擋位數(shù)及各擋的傳動(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)比范圍是變速器低擋傳動(dòng)比與高擋傳動(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，一般轎車變速器的傳動(dòng)比范圍為3.04.5。變速器擋位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用效率、汽車的燃油經(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、無聲換擋，對(duì)于多于5個(gè)前進(jìn)擋的變速

10、器來說是困難的。因此，直接操縱式變速器擋位數(shù)的上限為5擋。多于5個(gè)前進(jìn)擋將使操縱機(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。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，除低擋及倒擋外，直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪所代替。圖1-1、圖1-2、圖1-3分別示出了幾種中間軸式四，五，六擋變速器傳動(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

11、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)橹苯訐醯睦寐矢哂谄渌鼡跷?，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)擋位工作時(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，一擋仍然有較大的傳動(dòng)比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪（一擋）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一擋以外的其他擋位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或嚙合套換擋，還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接擋以外的其他擋位工作時(shí)，中間軸

12、式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。在擋數(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)，換擋方式和倒擋傳動(dòng)方案上有差別。 圖1-1 中間軸式四擋變速器傳動(dòng)方案如圖1-1中的中間軸式四擋變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別：圖1-1a、b所示方案有四對(duì)常嚙合齒輪，倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋；圖1-1c所示傳動(dòng)方案的二，三，四擋用常嚙合齒輪傳動(dòng)，而一擋和倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋。圖1-2a所示方案，除一擋，倒擋采用直齒滑動(dòng)齒輪換擋外，其余各擋為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖1-2b、c、d所示方案的各前進(jìn)擋，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖1-2d所示方案中的倒擋和超速擋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

13、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擋的條件下，很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)擋的變速器。1-2 中間軸式五擋變速器傳動(dòng)方案圖1-3a 所示方案中的一擋、倒擋和圖b所示方案中的倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋，其余各擋均用常嚙合齒輪。圖1-3 中間軸式六擋變速器傳動(dòng)方案以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用接合套換擋。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1-1a、b所示。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝在三個(gè)

14、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)，布置倒擋傳動(dòng)齒輪和換擋機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。變速器用圖1-2c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1-2c所示方案的高擋從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)一擋和倒擋齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里，而中間擋的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。1.3 倒擋傳動(dòng)方案的確定與前進(jìn)擋比較，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒擋，故多數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒擋。為了實(shí)現(xiàn)倒擋，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中加入了一個(gè)

15、中間傳動(dòng)齒輪的方案。圖1-4為常見的倒擋布置方案。圖1-4b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1-4c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1-4d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖1-4c所示方案。圖1-4e所示方案是將中間軸上的一擋，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖1-4f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1-4g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

16、。 圖1-4 倒擋布置方案本設(shè)計(jì)采用圖1-4f所示的傳動(dòng)方案。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擋與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低擋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。1.4 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、換擋結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤(rùn)滑和密封等因素。

17、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擋和倒擋。本設(shè)計(jì)除一擋和倒擋外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。2.換擋結(jié)構(gòu)型式換擋結(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(jiǎn)單、緊湊，但由于換擋不輕便、換擋時(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擋、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

18、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。嚙合套換擋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換擋沖擊，目前在要求不高的擋位上常被使用。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)操縱輕便，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，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)脫擋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：

19、1） 將嚙合套做得長(zhǎng)一些（或者兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開），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，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫擋。2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?.30.6mm），這樣，換擋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)脫擋）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)脫擋的軸向力。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效，采用較多。 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

20、結(jié)構(gòu)如圖1-5所示：圖1-5 鎖環(huán)式同步器l、4-同步環(huán);2-同步器齒鼓;3-嚙合套;5-彈簧;6滑塊;7-止動(dòng)球;8-卡環(huán);9輸出軸;10、11-齒輪1.5本章小結(jié)本章主要介紹了變速器的功用與選擇，其中介紹了變速器的功用和設(shè)計(jì)要求以及變速器的傳動(dòng)方案，倒擋方案，并予以選擇，同時(shí)初步介紹了同步器的選擇和齒形選擇。第二章 變速器主要參數(shù)的選擇2.1 變速器主要參數(shù)的選擇1、擋數(shù)和傳動(dòng)比近年來，為了降低油耗，變速器的擋位數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車一般用45個(gè)擋位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用5個(gè)擋位。1） 傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比可由以下公式求出： （2-1） 式中： 最高車速 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速 車輪半徑 變

21、速器最小傳動(dòng)比 主減速器傳動(dòng)比r=英寸+輪胎高(輪胎寬扁平率) /2=（25.415+2350.75）/2=0.367m/ =1.42.0 且=4600r/min 取=32452300r/min 取=3200 r/min。=9549 （式中=1.11.3，取=1.2）=194.3n.m=0.377=0.377=4.902）確定傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比， （2-2）則由最大爬坡度要求的變速器擋傳動(dòng)比為 即， （2-3）式中：g作用在汽車上的重力，汽車質(zhì)量，重力加速度。發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=194.3n.m；主減速器傳動(dòng)比，=4.9；傳動(dòng)系效率，=90%；車輪半徑，=0.367m；滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于貨車取=0

22、.02；爬坡度，取=16.7=3.2為了滿足附著條件。 在瀝青混凝土干路面，=0.70.8，取=0.75即=4.54由得3.24.54；又因?yàn)檗I車=3.04.5；所以，取=3.8。3）其他各擋位傳動(dòng)比的確定： 按等比級(jí)數(shù)原則，一般汽車各擋位傳動(dòng)比大致符合如下關(guān)系： （2-4） 式中：取五擋為直接擋，q為常數(shù)，也就是各擋位之間的公比；因此，各擋的傳動(dòng)比為：，=1.396所以其他各擋位傳動(dòng)比為：=2.721，=1.949，=1.392、中心距中心距對(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。三軸式變速器的中心局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： (2-5

23、) 式中 k a-中心距系數(shù)。對(duì)轎車，k a =8.99.3；對(duì)貨車，k a =8.69.6；對(duì)多擋主變速器，k a =9.511；ti max -變速器處于一擋時(shí)的輸出扭矩： ti max=te max igi =664.77nm （2-6）故可得出初始中心距a=80mm。3、軸向尺寸變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。轎車五擋變速器殼體的軸向尺寸3.03.4a。貨車變速器殼體的軸向尺寸與擋數(shù)有關(guān)：四擋(2.22.7)a五擋(2.73.0)a六擋(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)，中心距系數(shù)ka應(yīng)取給出系數(shù)的上限。為檢測(cè)方便，a

24、取整。本次設(shè)計(jì)采用5+1手動(dòng)擋變速器，其殼體的軸向尺寸是380mm=240mm，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。2.2齒輪參數(shù)1、模數(shù)選取齒輪模數(shù)應(yīng)遵循的原則：1，為了減少噪聲應(yīng)合理減少模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；2，為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減小齒寬；3，從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；4，從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)；5，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；6.，低擋齒輪選用大一些的模數(shù)，其他擋位選用另一個(gè)齒數(shù)。表2-1汽車變速器齒輪法向模數(shù)車型乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量v/l貨車的最大總質(zhì)量/t1.0v1.61.6v2.56.014.01

25、4.0模數(shù)/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00 表2-2汽車變速器常用齒輪模數(shù)一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.75（3.25）3.50（3.75）4.505.50根據(jù)表2-1及2-2，齒輪的模數(shù)定為3.0mm。 2、壓力角表2-3 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角項(xiàng)目 車型 齒形壓力角螺旋角轎車 高齒并修形的齒形14.5，15，1616.52545一般貨車 gb1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形202030重型車同上 低擋、倒擋齒輪22.5，25小螺旋角如表2-3所示，理論上對(duì)于乘用車，為加大

26、重合度降低噪聲應(yīng)取用14.5、15、16、16.5等小些的壓力角；對(duì)商用車，為提高齒輪承載能力應(yīng)選用22.5或25等大些的壓力角。本設(shè)計(jì)選用15為壓力角。嚙合套和同步器選用30作為壓力角。3、螺旋角實(shí)驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。在齒輪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。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)力求使中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡，以減小軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。為使工藝簡(jiǎn)便，在中間軸軸向力不大時(shí)，可將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。轎車變速器螺

27、旋角：2545初選各擋斜齒輪螺旋角30。4、齒寬直齒，為齒寬系數(shù)，取為4.58.0，取6.0；斜齒，取為6.08.5，取6.0。采用嚙合套或同步器換擋時(shí)，其接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為24mm，取4mm。5、齒頂高系數(shù)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。2.3各擋傳動(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)和壓力角以及螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器擋數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來說明分配各擋齒數(shù)的方法。1.確定一擋齒輪的齒數(shù) 一擋傳動(dòng)比 （2-7） 為了確定z9和z10的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和: （2-8） 圖2-1 五擋變速器示意

28、圖 其中 a =80mm、m =3；故有。取整后當(dāng)轎車中間軸式的變速器則，此處取=16，則可得出=54-16=38。 2、對(duì)中心距a進(jìn)行修正 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)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54，則根據(jù)式（2-8）反推出a=81mm。3、確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù)由式（2.7）求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比 （2-9）=1.60常嚙合傳動(dòng)齒輪的中心距與一擋齒輪的中心距相等，即 （2-10） = =46.77由式（2-9）、（2-10）得=17.98，=28.7

29、8取整為=18，=29，則：=3.826=3.84.確定其他擋位的齒數(shù)（1）二擋齒輪為斜齒輪，模數(shù)與一擋齒輪相同，選=30 （2-11）=1.70 （2-12） =46.77由式（2-11）、（2-12）得=29.59，=17.41取整為=30，=17（2）三擋齒輪為斜齒輪，選=30 （2-13） = =1.218 （2-14）由式（2-13）、（2-14）得=25.80，=21.19 取整=26，=21（3）四擋齒輪為斜齒輪，選螺旋角=30 （2-15）= =2.23 （2-16）由（2-15）、（2-16）得=14.55，=32.41， 取整=15，=325.確定倒擋齒輪的齒數(shù)一般情況下，

30、倒擋傳動(dòng)比與一擋傳動(dòng)比較為接近，在本設(shè)計(jì)中倒擋傳動(dòng)比取3.7。中間軸上倒擋傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一擋主動(dòng)齒輪10略小，取。而通常情況下，倒擋軸齒輪取2123，此處取=23。由 （2-17）可計(jì)算出。 取故可得出中間軸與倒擋軸的中心距a (2-18) =57mm 2.4本章小結(jié)本章首先根據(jù)所學(xué)汽車?yán)碚摰闹R(shí)計(jì)算出主減速器的傳動(dòng)比，然后計(jì)算出變速器的各擋傳動(dòng)比；接著確定齒輪的參數(shù)，如齒輪的模數(shù)、壓力角、螺旋角、齒寬、齒頂高系數(shù)；并根據(jù)各擋傳動(dòng)比計(jì)算各擋齒輪的齒數(shù)。然后重新計(jì)算中心距。第三章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算和校核 3.1 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)換擋齒輪

31、端部破壞。輪齒折斷發(fā)生在下述幾種情況下：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒在重復(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)齒輪的方法完成換擋的抵擋和倒擋齒輪，由于換擋時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪存在角速度茶，換擋瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。負(fù)荷大、齒面相對(duì)滑動(dòng)速度又高的齒輪，在接觸壓力大且接觸處產(chǎn)生高溫作用的情況下使齒面間的潤(rùn)

32、滑油膜破壞，導(dǎo)致齒面直接接觸，在局部高溫、高壓作用下齒面互相熔焊焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，稱為齒面膠合。變速器齒輪的這種破壞出現(xiàn)較少。3.2 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為20crmnti。1.計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)

33、矩發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為194.3n.m，齒輪傳動(dòng)效率99%，離合器傳動(dòng)效率98%，軸承傳動(dòng)效率96%。軸 =194.398%96%=182.80n.m中間軸 =182.8096%99%29/18=294.51n.m軸 一擋=294.510.960.9938/16=664.77n.m倒擋 =294.5135/15=625.77n.m2.齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （1）直齒輪彎曲應(yīng)力 （3-1）式中，-彎曲應(yīng)力（mpa）；-一擋齒輪10的圓周力（n）， ；其中 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； -摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取1.1，從動(dòng)齒輪取0.9； b-齒寬（mm），取

34、18 t-端面齒距（mm）； y-齒形系數(shù)，如圖3-1所示。 圖 3-1 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)，一擋、倒擋直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400850mpa 擋和倒擋齒輪相同，齒寬系數(shù)kc取6.0，代入式中得 滿足要求。（2）、斜齒輪彎曲應(yīng)力 （3-2）式中：計(jì)算載荷（nmm）；法向模數(shù)（mm）；齒數(shù)；斜齒輪螺旋角（）；應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50；齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得；齒寬系數(shù)=6.0重合度影響系數(shù)，=2.0。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)，對(duì)乘用車常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180350mpa范圍，對(duì)貨車為100250mpa。滿足要求。3.

35、 齒輪接觸應(yīng)力 （3-3）式中：輪齒的接觸應(yīng)力（mpa）；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（）；齒輪材料的彈性模量（mpa）；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計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見表3.1。彈性模量=20.6104 nmm-2表3.1變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一擋和倒擋190020009501000常嚙合齒輪和高擋130014006507001）計(jì)算擋常嚙合齒輪接觸應(yīng)力。 =9.32=15.01,

36、采用滲碳處理齒輪滿足設(shè)計(jì)要求。2）計(jì)算擋和倒擋直齒齒輪接觸應(yīng)力。 =6.21=14.75采用滲碳處理齒輪滿足設(shè)計(jì)要求。3.3本章小結(jié)本章首先簡(jiǎn)要介紹了齒輪材料的選擇原則，即滿足工作條件的要求、合理選擇材料配對(duì)、考慮加工工藝及熱處理，然后計(jì)算出各擋齒輪的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)齒形系數(shù)圖查出各齒輪的齒形系數(shù)，計(jì)算輪齒的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力。最后計(jì)算出各擋齒輪所受的力，為下章對(duì)軸及軸承進(jìn)行校核做準(zhǔn)備。第四章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核4.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸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)

37、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4-1所示：圖4-1 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。由于一擋和倒擋齒輪較小，通常和中間軸做成一體，而高擋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)如下圖所示： 一擋齒輪 倒擋齒輪圖4-2 變速器中間軸2.確定軸的尺寸初選軸的直徑在已知中間軸式變速器中心距時(shí)，第二軸和中間軸中部直徑，軸的最大直徑和支承距離的比值：對(duì)中間軸，=0.160.18；對(duì)第二軸，0.180.21。第一軸花鍵部分直徑（mm）： （4-1） 式中：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=4.04.6；發(fā)動(dòng)機(jī)

38、最大轉(zhuǎn)矩（n.m）。第一軸花鍵部分直徑=22.7026.10mm取23mm；第二軸最大直徑=36.4548.60mm取36mm；中間軸最大直徑=36.4548.60mm取36mm第二軸支撐間長(zhǎng)度：；中間軸支撐間長(zhǎng)度：；第一軸支撐間長(zhǎng)度：變速器殼體軸向尺寸l=3a=243mm4.2軸的強(qiáng)度驗(yàn)算1、軸的剛度驗(yàn)算軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，可分別用式（4-2）、（4-3）、（4-4）計(jì)算 （4-2） （4-3） （4-4）式中：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），=2.06105mpa；慣性矩（mm4），對(duì)于實(shí)心軸，；軸的直徑（m

39、m），花鍵處按平均直徑計(jì)算；、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=0.050.10mm，=0.100.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002rad。變速器軸向尺寸l=243mm。取a=60mm。b=l-a=183mm2、軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 （4-5） （4-6）式中：d為軸的直徑，mm，花鍵處取內(nèi)徑；w為抗彎截面系數(shù)。在低擋工作時(shí)，400n/mm2。變速器的軸采用與齒輪相同的材料制造。對(duì)于本例，指點(diǎn)a的水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)支反力為 則有： 得到 滿足設(shè)計(jì)要求。4.3軸承的選擇變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針

40、軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。 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(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、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齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。 4.4本章小結(jié)本章主要是對(duì)變速器軸的計(jì)算和校核，首先介紹了軸的結(jié)構(gòu)并根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)確定軸的尺寸，接著以已有尺寸對(duì)軸進(jìn)行校核驗(yàn)算第五章 變速器同步器5.1同

41、步器的結(jié)構(gòu)及原理在前面已經(jīng)說明，本設(shè)計(jì)所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器，材料為錳黃銅，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖5-1 鎖環(huán)式同步器1、9-變速器齒輪 2-滾針軸承 3、8-結(jié)合齒圈 4、7-鎖環(huán)（同步環(huán)） 5-彈簧 6-定位銷 10-花鍵轂 11-結(jié)合套如圖（5-1），此類同步器的工作原理是：換擋時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換擋力，推嚙合套并帶動(dòng)滑塊和鎖環(huán)移動(dòng)，直至鎖環(huán)錐面與被接合齒輪上的錐面接觸為止。之后，因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度差，致使在錐面上作用有摩擦力矩，它使鎖環(huán)相對(duì)嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，并由滑塊予以定位。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖5-2b），使嚙

42、合套的移動(dòng)受阻，同步器在鎖止?fàn)顟B(tài)，換擋的第一階段工作至此已完成。換擋力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上，并使摩擦力矩增大，與此同時(shí)在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸靠近，在角速度相等的瞬間，同步過程結(jié)束，完成換擋過程的第二階段工作。之后，摩擦力矩隨之消失，而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位，兩鎖止面分開，同步器解除鎖止?fàn)顟B(tài)，接合套上的接合齒在換擋力的作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合（圖5-2d），完成同步換擋。圖5-2 鎖環(huán)同步器工作原理第六章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)是長(zhǎng)城賽弗f1兩驅(qū)車型的變速器部分。變速器是車輛不可或缺的一部分，我國(guó)機(jī)械式變速箱設(shè)計(jì)發(fā)展到今天，其技術(shù)已經(jīng)成熟，但對(duì)于我們還沒

43、有踏出校門的學(xué)生來說，其中的設(shè)計(jì)理念還是很值得我們?nèi)ヌ接?、學(xué)習(xí)的。從中我系統(tǒng)的了解了變速器的各部分構(gòu)造和工作原理。對(duì)汽車的總體了解也上升了一個(gè)層次。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的變速箱來說，其特點(diǎn)是：扭矩變化范圍大可以滿足不同的工況要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)、使用和維修。在設(shè)計(jì)中采用了5+1擋手動(dòng)變速器，通過較大的變速器傳動(dòng)比變化范圍，可以滿足汽車在不同的工況下的要求，從而達(dá)到其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的要求；變速器掛擋時(shí)用同步器，雖然增加了成本，但是使汽車變速器操縱舒適度增加，齒輪傳動(dòng)更平穩(wěn)。本著實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的原則，在各部件的設(shè)計(jì)要求上都采用比較開放的標(biāo)準(zhǔn)，因此，安全系數(shù)不高同時(shí)成本上沒有一個(gè)大概的定義，但這僅僅是一個(gè)設(shè)計(jì)，在今后的工作生活中一定會(huì)本著認(rèn)真謹(jǐn)慎的實(shí)際理念，設(shè)計(jì)出更好的東西。緊張忙碌的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，這次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年來的學(xué)習(xí)的一次最綜合的檢驗(yàn)，也更是一次綜合的學(xué)習(xí)過程。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使我學(xué)習(xí)和鞏固了專業(yè)課知識(shí)而且了解了不少相關(guān)專業(yè)的知識(shí)，個(gè)人能力得到很大提高。同時(shí)鍛煉了動(dòng)手能力，為以后我踏入社會(huì)工作打下了良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 王望予.汽車設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，82 陳家