汽車手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)【畢業(yè)作品】

關(guān)鍵詞：變速器，鎖環(huán)式同步器，傳動(dòng)比，中間軸 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、吉利等變速器的功用是根據(jù)汽車在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，使汽車具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證汽車倒車以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有（1）應(yīng)保證汽車具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽車載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來滿足這一要變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。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、檔位數(shù)及各傳動(dòng)比范圍是變速器低檔傳動(dòng)比與高檔傳動(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，轎車變速器的傳動(dòng)比范圍為3.0~4.5;一般用途的貨車和輕型以上的客車為5.0~8.0;越野車通常，有級(jí)變速器具有3、4、5個(gè)前進(jìn)檔；重型載貨汽車和重型越野汽車則采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多達(dá)6~16個(gè)甚至20個(gè)。變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用要實(shí)現(xiàn)迅速、無聲換檔，對(duì)于多于5個(gè)前進(jìn)檔的變速器來說是困難的。因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為5檔。多于5個(gè)前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，或者需要加他前進(jìn)檔需依次經(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檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連此時(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)橹苯釉谧兯倨髦虚g軸與第二軸之間的距離(中心距)不大的條件下，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪(一檔)可以采用或不采用套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接檔以外的圖1.2a所示方案，除一，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外，其余各檔為常嚙合動(dòng)。圖1.2b、c、d所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下aaCd圖1.2中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案本設(shè)計(jì)采用圖1.3f所示的傳動(dòng)方案。圖1.3變速器倒檔傳動(dòng)方案所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖1.3c所示方案。圖1.將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖1.3f所示方案適用于全部齒因?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軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化等要求。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤(rùn)滑和密封等(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檔和倒擋。但是，在本設(shè)計(jì)中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒換檔結(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)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時(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檔、噪聲大等原因，除用的。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)齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選以減小軸向尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使①將嚙合套做得長(zhǎng)一些，如圖1.4a,或者兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開，如圖圖1.4b,這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過被接合齒約1~3mm。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)脫檔。②將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄(0.3~0.6mm),這樣，換檔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)脫檔，如圖1.5。③將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角(一般傾斜2~3o),使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力圖1.6這種結(jié)構(gòu)方案比較有效，此段切薄加工成斜面在本設(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。同步器的結(jié)構(gòu)如圖1.7所示：2.1.1檔數(shù)和傳動(dòng)比范圍近年來，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到5個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用5個(gè)檔位。選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。式中m----汽車總質(zhì)量；g----重力加速度；ψ----道路最大阻力系數(shù)；r----驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑；T----發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；i----主減速比；n----汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件求得的變速器I檔傳動(dòng)比為：式中G----汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)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：滿載質(zhì)量1800kg;2.1.2中心距六檔(3.2~3.5)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)K應(yīng)取給出系數(shù)的上限。A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3×77.08mm=231.24mm,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。(1)齒輪模數(shù)建議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。第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)m一檔直齒輪的模數(shù)m通過計(jì)算m=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)都相同，轎車和輕型貨車取2~3.5。本設(shè)計(jì)取2.5。(2)齒形、壓力角α、螺旋角β和齒寬b汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表2.1選取。車型齒形壓力角α螺旋角β轎車高齒并修形的齒形一般貨車20°~30°重型車同上低檔、倒檔齒輪22.5°,25°小螺旋角壓力角較小時(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；對(duì)貨車，為提高齒輪承載力，取大些。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角α取20°,嚙合套或同步器取30°;斜齒輪螺旋角β取30°。2.2.1確定一檔齒輪的齒數(shù)當(dāng)轎車三軸式的變速器Z可在15~17范圍內(nèi)選擇，此處取,則可得出Z。=35。上面根據(jù)初選的A及m計(jì)算出的Z∑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Z及齒輪變位系數(shù)反過來計(jì)算中心距A,再以這個(gè)修這里Z這里Z修正為51,則根據(jù)式2.8反推出A=76.5mm。2.2.2確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)由式2.7求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比由已經(jīng)得出的數(shù)據(jù)可確定而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等由此可得：而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出：Z+Z=53則根據(jù)式2.7可計(jì)算出一檔實(shí)際傳動(dòng)比為：2.2.3確定其他檔位的齒數(shù)二檔傳動(dòng)比而①②③按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪Z=26、Z=27;四檔齒輪而通常情況下，倒檔軸齒輪Z取21-23,此處取Z=23。由17Z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F----一檔齒輪10的圓周力F.=2T/d其中為計(jì)算載荷(N·mm),d齒輪取1.1,從動(dòng)齒輪取0.9;b----齒寬(mm),取20可得再將所得出的數(shù)據(jù)代入式3.1在400~850MPa之間。(1)斜齒輪彎曲應(yīng)力式中K為重合度影響系數(shù)，取2.0;其他參數(shù)均與式3.1注釋相同，齒輪8的當(dāng)量齒數(shù),可查表3.1得：(2齒輪接觸應(yīng)力σα---節(jié)點(diǎn)處的壓力角(°);β---齒輪螺旋角(°);將作用在變速器第一軸上的載荷T作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力p.見表3.1齒輪滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一檔和倒檔常嚙合齒輪和高檔j2j2j3j4j5jR對(duì)照上表可知，所設(shè)計(jì)變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。4.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸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)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)花統(tǒng)圖4.1變速器第一軸圖4.2變速器中間軸4.2.2第二軸的校核計(jì)算(1軸的強(qiáng)度校核00式中i----至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比，此處為三檔傳動(dòng)比3.85;α----節(jié)點(diǎn)處的壓力角，為16°;β----螺旋角，為30°;F=4127.8NA水平面內(nèi)所受力矩：兒=6879.9N 則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力σ(MPa):將M代入上式可得：σ=136.16MPa,在低檔工作時(shí)[σ]=400MPa,因此有：σ≤[σ];符合要求。(2)軸的剛度校核第二軸在垂直面內(nèi)的撓度f和在水平面內(nèi)的撓度f可分別按下式計(jì)算：式中，F(xiàn)----齒輪齒寬中間平面上的徑向力N),這里等于F;F----齒輪齒寬中間平面上的圓周力(N),這里等于F;E----彈性模量(MPa),MPasMPaI----慣性矩(mm4),I=πd4/64,d為軸的直徑(mm);a、b——為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離(mm);將數(shù)值代入式(4.11)和(4.12)得：f=0.13 符合剛度要求。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，其結(jié)構(gòu)如下圖所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：換檔時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，在角速度相等的瞬間，同步過程結(jié)束，完成換檔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檔力的作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合，如圖5.2d,完成同5.2同步環(huán)主要參數(shù)的確定面減少，增加磨損速度。圖5.3a中給出的尺寸適用于輕、中型汽車；圖5.3b則適用于重型汽車。通常軸向泄油槽為6～12個(gè)，槽寬3～4mm。面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí)，則有粘著和咬住的傾象。本次設(shè)計(jì)中采用的錐角均為取7°。不大0005ab(3)摩擦錐面平均半徑RR設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。R往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后還會(huì)影響到同步環(huán)徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將R取大些。本次設(shè)計(jì)中采用的R為50～60mm。縮短錐面工作長(zhǎng)度，便使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短，但同時(shí)也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算確定設(shè)計(jì)中考慮到降低成本取相同的b取5mm。(6)同步環(huán)徑向厚度與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步