變速器設(shè)計(jì)說明書(共24頁)

1、黑龍江工程學(xué)院黑龍江工程學(xué)院 第一章 緒論(xln)汽車是作為一種交通工具(jiotng gngj)而產(chǎn)生的，但發(fā)展到今天已經(jīng)不能把它理解(lji)為單純的行的手段。因?yàn)椤捌嚮备淖兞水?dāng)代世界的面貌，它已經(jīng)成為當(dāng)代物質(zhì)文明與進(jìn)步的象征及文明形態(tài)的一種代表。中國汽車工業(yè)的振興也必然會(huì)使中國的面貌煥然一新，在繁榮經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)四個(gè)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)，提高中國人民的生活水平，推動(dòng)社會(huì)與地球上近四分之一的人類進(jìn)步方面，發(fā)揮重大作用.據(jù)統(tǒng)計(jì)：在以前蒸汽機(jī)輪船與蒸汽機(jī)車的問世曾推動(dòng)了當(dāng)時(shí)的產(chǎn)生革命。繼蒸汽機(jī)輪船與火車出現(xiàn)之后，1886年德國工程師戴姆勒與奔茨二人以汽油內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力，分別獨(dú)立地制成了最早的實(shí)用汽車。

2、1903年美國人亨利福特創(chuàng)建了福特汽車公司，1908年推出了“T”型車，并于1913年建成了流水作業(yè)裝配線進(jìn)行汽車的大批量生產(chǎn)。這項(xiàng)大生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，為提高汽車質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本及以后的汽車工業(yè)大發(fā)展創(chuàng)造了條件。1921年“T”型汽車的產(chǎn)量已占世界汽車產(chǎn)量達(dá)200萬輛。1927年夏?！癟”型車成為歷史，共售出1500多萬輛。汽車的作用對(duì)國際化的發(fā)展起著不可磨滅的作用，首先，以美國為例：美國汽車工業(yè)早已經(jīng)發(fā)展成為與鋼鐵、建筑并列的三個(gè)最大的行業(yè)之一。如今美國的信息產(chǎn)業(yè)與高薪技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但汽車工業(yè)仍不失為美國產(chǎn)業(yè)最主要的支柱之一。在全球的汽車保有量中，美國生產(chǎn)的汽車占34.8%。日本汽車工業(yè)

3、在1941年已經(jīng)有5萬輛的年產(chǎn)能力，1955年就能達(dá)到15萬輛。進(jìn)入60年代，國民經(jīng)濟(jì)實(shí)行“調(diào)整、鞏固、充實(shí)、提高”方針，在國家和省市支持下，形成了一批汽車制造廠、汽車制配廠和改裝車廠，其中，南京、上海、北京和濟(jì)南共4個(gè)較有基礎(chǔ)的汽車制配廠，經(jīng)過技術(shù)改造成為繼一汽之后第一批地方汽車制造廠，發(fā)展汽車品種，相應(yīng)建立了專業(yè)化生產(chǎn)模式的總成和零部件配套廠，為今后發(fā)展大批量、多品種生產(chǎn)協(xié)作配套體系形成了初步基礎(chǔ)。60年代中后期，國家提出“大打礦山之仗”的決策，礦用自卸車成為其重點(diǎn)裝備，上海32噸試制成功投產(chǎn)之后，天津15噸、常州15噸、北京20噸、一汽60噸（后轉(zhuǎn)本溪）和甘肅白銀42噸電動(dòng)輪礦用自卸車也

4、相繼試制成功投產(chǎn)，緩解了冶金行業(yè)采礦生產(chǎn)裝備需要。1980年大中輕型客車生產(chǎn)13400輛，其中：長(zhǎng)途客車6000多輛；汽車零部件品種增多，廠家增加到2100家；摩托車工業(yè)初步形成，1980年24個(gè)廠家生產(chǎn)4.9萬輛。 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)選擇(xunz)2.1發(fā)動(dòng)機(jī)形式(xngsh)的選擇汽油機(jī)與柴油機(jī)不僅使用的燃料不同，而且因排放對(duì)環(huán)境造成的污染、工作噪聲、振動(dòng)、使用可靠性、耐久性以及質(zhì)量大小等諸多方面均有較大區(qū)別。由于本次設(shè)計(jì)車型的整車質(zhì)量為1555kg，同時(shí)綜合考慮汽車的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)型等因素，最終選擇汽油機(jī),前置(qin zh)前驅(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置。2.2發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pe

5、max和相應(yīng)轉(zhuǎn)速np根據(jù)所設(shè)計(jì)的汽車應(yīng)達(dá)到的最高車速vamax(km/h),用下式估算發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 （1.1）其中：Pemax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（kW) 為傳動(dòng)系效率，去90% ma為汽車總質(zhì)量（kg） G為重力加速度（m/s2) Fr為滾動(dòng)阻力系數(shù) CD為空氣阻力系數(shù) A為汽車正面投影面積（m2） vamax=173km/h A=2.37m2 =90% fr=0.0368 np=40007000r/min發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax及相應(yīng)轉(zhuǎn)速nT用下式計(jì)算確定Temax （1.2）其中(qzhng)：Temax為最大轉(zhuǎn)矩（Nm) 為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)(xsh)，1.11.3 Pemax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功

6、率(gngl)（kW) np為最大功率轉(zhuǎn)速（r/min) =1.3 np=4000r/min=255.04145.74Nm選擇發(fā)動(dòng)機(jī)： 參數(shù)名稱表示符號(hào)數(shù)值單位發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax96kw最大扭矩Temax162N*M最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速nT4600r/min最大功率對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速nP6000r/min總質(zhì)量Ma1555kg最高車速Vamax173km/h車輪185/60R14S 表2-1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表第三章 變速器主要參數(shù)的選擇(xunz) 3.1變速器主要參數(shù)的選擇(xunz)增加變速器的擋數(shù)能改善(gishn)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且是尺寸輪廓和質(zhì)量加大。同時(shí)操縱

7、機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換擋頻率也增高。在最低擋傳動(dòng)比不變的條件下，增加變速器的當(dāng)屬會(huì)是變速器相鄰的低擋與高擋之間傳動(dòng)比比值減小，是換擋工作容易進(jìn)行。要求相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下,該制約小換擋工作越容易進(jìn)行。要求高擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值要比低擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值小。近年來為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前轎車一般用45個(gè)擋位，級(jí)別高的轎車變速器多用5個(gè)擋，貨車變速器采用45個(gè)擋位或多擋。裝載質(zhì)量在23.5T的貨車采用5擋變速器，裝載質(zhì)量在48T的貨車采用6擋變速器。多擋變速器多用于重型貨車和越野車。選用的是5擋變速器。傳動(dòng)比范圍變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低

8、擋傳動(dòng)比與最高擋轉(zhuǎn)動(dòng)比的比值。傳動(dòng)比范圍的確定與選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。目前轎車的傳動(dòng)比范圍在34之間，輕型貨車在56之間，其他貨車則更大。轎車的傳動(dòng)比范圍為3.61 初選傳動(dòng)比主減速器傳動(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： 式中：為汽車行駛速度（Km/h），為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min），為車輪滾動(dòng)半徑（m），為變速器傳動(dòng)比，為主減速器傳動(dòng)比。設(shè)定(sh dn)的最高車速為173Km/h，最高檔(godng)為超速檔，傳動(dòng)比取=0.8，車輪滾動(dòng)半徑由所選用(xunyng)的輪胎規(guī)格185/60R14S可得r=29cm，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=6000r/min。由

9、公式可得=4.7最低檔傳動(dòng)比的計(jì)算按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求最大坡角坡道時(shí)，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)）用公式表示為：式中：為為車輛總質(zhì)量（N），為坡道面滾動(dòng)阻力系數(shù)（瀝青路面中=0.010.02），為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（Nm），為傳動(dòng)效率（0.850.90），為最大爬坡度（一般轎車要求爬上30%的坡，大約16.7）。由上式可得：=2.408 即滿足不產(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。公式表示為：即： 式中：為驅(qū)動(dòng)輪的地面法向反力，=；為驅(qū)動(dòng)輪與地面的附著系數(shù)，對(duì)混凝土或?yàn)r青路面取0.50.6

10、。此處取1690Kg（前置前驅(qū)汽車的前輪附著力約占總附著力的7080），取0.55。所以(suy)一檔傳動(dòng)比的選擇范圍是初選(ch xun)一檔傳動(dòng)比為3.2計(jì)算中心(j sun zhn xn)距A乘用車變速器的中心距在6580mm變化范圍。原則上總質(zhì)量小的汽車中心距小。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量初選中心距：初定中心距為72mm。分配各擋傳動(dòng)比：選五檔 按等比級(jí)數(shù)分配 ， 所以 變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低擋傳動(dòng)比與最高擋轉(zhuǎn)動(dòng)比的比值。傳動(dòng)比范圍的確定與選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。外形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

11、速器殼體的軸向尺寸（3.23.8）A，即230.4273.6。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)K應(yīng)取給出系數(shù)的上限。為檢測(cè)方便，A取整。設(shè)計(jì)的是五擋變速器，初定軸向殼體尺寸為290mm。3.3變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算模數(shù)的選取嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量在1.814.0t的貨車為2.03.5mm；總質(zhì)量大于14.0t的貨車為3.55.0mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換擋.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/t1.0V1.61.6V2.56.014.014.0模數(shù)/mm2.2

12、52.752.753.003.504.504.506.0 一二檔齒輪的模數(shù)定為3mm，三四五檔模數(shù)為2.75，倒檔的模數(shù)定為2.75mm。壓力(yl)角壓力(yl)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。變速器齒輪(chln)壓力角為 20 螺旋角斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。選斜齒輪的螺旋角，要注意他對(duì)齒輪工作噪聲齒輪的強(qiáng)度和軸向力的影響。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。試驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過當(dāng)螺旋角大于30時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸

13、強(qiáng)度仍然繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以1525為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用：轎車兩軸式變速器為 2025初選的螺旋角=22 齒寬b應(yīng)注意齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸，齒輪工作平穩(wěn)性，齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度均有影響?？紤]到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應(yīng)該選用較小的齒寬。減少齒寬會(huì)使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，還會(huì)使工作應(yīng)力增加。使用寬些的齒寬，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。直齒：b=m， 為齒寬系數(shù)，取為4.5

14、8.0 斜齒：b=，取6.08.5 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、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。取初選中心距，齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可更據(jù)變速器的擋數(shù)，傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來分配。 1一軸一擋齒輪(chln) 2二軸一擋齒輪 3一軸二檔齒輪(chln) 4二軸二擋齒輪(chln) 5一軸三擋齒輪 6二軸三擋齒輪 7一軸四檔齒輪 8二軸四檔齒輪 9一軸五檔齒輪 10二軸五檔齒輪 11一軸倒檔 12-二軸倒檔齒 13倒檔齒輪確定齒輪的齒數(shù)一擋傳動(dòng)比及齒數(shù)的確定 一擋用的是斜齒輪，所以=2A/m=（272）/3=48，然后進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)的分配。 取=13，=35

15、 二檔： 對(duì)中心距進(jìn)行修正因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)和齒輪變位系數(shù)新計(jì)算中心距，在以修正后的中心距作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。故修正后中心距二檔:mm ， 三四五檔 ：A=mm ， 取49 解得： 所以(suy) 三檔： 取49 解得： 所以(suy) 四檔： 取49 解得： 所以(suy)五檔： 取49 解得： 所以確定倒擋齒輪齒數(shù)倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔接近，取模數(shù)為3，倒檔齒輪的齒數(shù)一般在2123之間，選=21，=13輸入軸和倒檔軸中心距= 取47為了保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪11和12的齒頂圓之間應(yīng)保持0.5mm以上的間隙，則齒輪12的齒頂

16、圓直徑應(yīng)為： 所以 取35輸出軸與倒檔軸中心距為確定齒輪參數(shù)變位后的端面(dunmin)壓力角： =0.3926端面(dunmin)嚙合角： 解得一檔變位(bin wi)系數(shù)和：=0一檔變位后齒輪參數(shù)：查表 =0.185，=-0.185因?yàn)?，不等變位齒輪傳動(dòng)分度圓直徑: 齒頂高 =3.56mm =()=2.45mm齒根高=（+-)=3.2mm =(+-)=4.31mm齒全高 h=(2+-)=6.75mm齒頂圓直徑：=46.11mm =109.89mm齒根圓直徑：=32.61mm =96.39mm二檔變位后齒輪參數(shù)： 查表 =0.08，=-0.35 齒頂高變位(bin wi)系數(shù)分度圓直徑(zh

17、jng): =96.98mm齒頂高 =3.04mm =()=1.86mm齒根(ch n)高=（+-)=3.22mm =(+-)=4.4mm齒全高 h=(2+-)=6.26mm齒頂圓直徑：=53.1mm =100.7mm齒根圓直徑：=40.59mm =88.18mm三檔齒輪參數(shù)：分度圓直徑d561.71 分度圓直徑d682.29 齒頂高h(yuǎn)a52.75 齒頂高h(yuǎn)a62.75 齒根高h(yuǎn)f53.44 齒根高h(yuǎn)f63.44 齒頂圓直徑da567.21 齒頂圓直徑da687.79 齒根圓直徑df554.84 齒根圓直徑df675.41 四檔齒輪(chln)參數(shù)：分度圓直徑d770.53 分度圓直徑d873

18、.47 齒頂高h(yuǎn)a72.75 齒頂高h(yuǎn)a82.75 齒根高h(yuǎn)f73.44 齒根高h(yuǎn)f83.44 齒頂圓直徑da776.03 齒頂圓直徑da878.97 齒根圓直徑df763.66 齒根圓直徑df866.59 五檔齒輪(chln)參數(shù)：分度圓直徑d982.29 分度圓直徑d1061.71 齒頂高h(yuǎn)a92.75 齒頂高h(yuǎn)a102.75 齒根高h(yuǎn)f93.44 齒根高h(yuǎn)f103.44 齒頂圓直徑da987.79 齒頂圓直徑da1067.21 齒根圓直徑df975.41 齒根圓直徑df1054.84 倒檔齒輪計(jì)算mm=2.75倒檔主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1113取倒檔齒輪齒數(shù)z1221一軸與倒檔軸的中心距A46.

19、75取47Z11齒頂圓直徑da1141.25倒檔從動(dòng)Z13齒頂圓直徑da13101.75倒檔輸出輪齒數(shù)z1335.000 實(shí)際倒檔傳動(dòng)比Ir2.69Z11Z12Z13分度圓直徑d1135.75分度圓直徑d1257.75分度圓直徑d1396.25中心距變動(dòng)系數(shù)y0.091 inv0.015inv0.02X-0.23 X110.05X120.01ha112.638 ha122.757 ha133hf113.3hf123.72hf133.75齒頂圓直徑da1141.025 齒頂圓直徑da1263.265 齒頂圓直徑da13102.25齒根圓直徑df1129.15齒根圓直徑df1250.31齒根圓直徑

20、88.75輸出軸與倒擋軸中心距77第四章 變速器的校核(xio h)4.1 齒輪(chln)的損壞形式齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷，齒面疲勞剝落，移動(dòng)(ydng)換擋齒輪端部破壞。4.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算與其他機(jī)械行業(yè)相比，不同用途汽車的變速器齒輪使用條間仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪用的材料，熱處理方法，加工方法，精度級(jí)別，支承方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒和磨齒精加工 ，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度為JB17983，6級(jí) 和7級(jí)。因此，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。下面介紹的是計(jì)算汽車變速器

21、齒輪強(qiáng)度用的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。4.3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 輸入軸 輸出軸一檔=152.410.960.992.69=389.98Nm4.4 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算直齒輪(chln)彎曲應(yīng)力 式中：計(jì)算(j sun)載荷（Nmm）；法向模數(shù)（mm）；齒數(shù)；應(yīng)力集中(jzhng)系數(shù)，=1.65；齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得；摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，對(duì)彎曲 應(yīng)力的影響也不同；主動(dòng)齒輪=1.1，從動(dòng)齒輪=0.9；齒寬系數(shù)=7.0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)，一、倒擋直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400850MPa，貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取

22、下限。y為齒形系數(shù)，如圖4-1所示：圖4-1 齒形系數(shù)圖 計(jì)算(j sun)一檔齒輪的彎曲應(yīng)力=13，=35，=0.13，=0.15，=152.41N.m，=389.98N.m = =551.62MPa400850MPa = =371.75MPa400850MPa4.5 輪齒(ln ch)接觸應(yīng)力計(jì)算 式中：輪齒(ln ch)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(zuyng)在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算(j sun)載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見表3-2。彈性