轎車五檔變速器設(shè)計

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So variable speed.The design quality of the device has always been the focus of competition in the automobile industry. With the development of automobile industry, the car transmissionThe design trend is to increase the ratio of transmission power to weight, and to require the transmission to have a small size and good performance.Yes. Under the conditions of given output torque, rotating speed, maximum speed and maximum climbing slope of the engine, emphasis is placed on the teeth of the transmission.The structural parameters of the wheel and the structural size of the shaft are designed and calculated. (1)the arrangement scheme of transmission mechanism. The arrangement scheme of transmission mechanism and the junction of parts and components are analyzed systematically.The specific design scheme, that is, the design of biaxial transmission, is given. (2) Design and check of transmission gear. Determines the relevant parameters of propagation and the main parameters of gears, includingDetermine the transmission ratio, the center of the center distance, and the parameters of the gear, as well as the distribution of each gear and the size of the outside.Gears and gearing. Check to ensure that the working requirements of the transmission are met to lay the foundation for the next step of design (3) Design and check of transmission shaft. The transmission shaft is designed in detail, and the transmission shaft is checked systematically.The stiffness and strength of different gear positions to ensure that the transmission shaft is in allowable stress, rotation angle and stiffness during operation.Within the range of degrees, ensure that the selected bearings can work within the prescribed range of use. (4) Design of transmission synchronizer and control mechanism. The working principle and operation mechanism of the synchronizer are divided into two parts: the working principle and the operation mechanism of the synchronizer.Finally, the main parameters of the synchronizer are determined so that the synchronizer can meet the design requirements. Finally, according to the relevant knowledge provided by automobile design, automobile theory, mechanical design course and other reference materials, the fourth part is based on the relevant knowledge provided by automobile design, automobile theory, mechanical design course and so on.The parameters of manual transmission are tested and the rationality of the design is verified. At the same time, the variable speed is completed by AutoCAD software.The drawing of two-dimensional assembly drawing and part drawing of the device. Key Words :Transmission ；Gear；Synchrotron ；Design 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1.1 選題的目的和意義 1 1.2 變速器發(fā)展和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 變速器設(shè)計的要求 1 1.4 研究的基本內(nèi)容 2 第二章 變速器傳動機構(gòu)布置方案 3 2.1 傳動機構(gòu)布置方案分析 3 2.1.1 兩軸式和中間軸式變速器 3 2.1.2 多中間軸結(jié)構(gòu) 3 2.1.3 倒擋的形式和布置方案 3 2.2 零、部件布置方案分析 4 2.2.1 齒輪形式 4 2.2.2 換擋的結(jié)構(gòu)形式 5 2.2.3 防止自動脫檔的措施 6 2.2.4 軸承形式 7 2.2.5 組合式變速器 7 2.3 本章小結(jié) 7 第三章 變速器齒輪的設(shè)計與校核 8 3.1 變 速 器 的 設(shè) 計 要 求 8 3.2 變速器各檔傳動比的確定 9 3.3 齒輪參數(shù)的確定 11 3.4 各檔齒輪齒數(shù)的分配 13 3.5 變位系數(shù)的確定 16 3.6 齒輪尺寸的確定 17 3.7 齒輪的校核 18 3.8 變速器殼體材料的選用 23 3.9 本章小結(jié) 23 第四章 變速器軸及軸承的設(shè)計與校核 24 4.1 變速器軸的設(shè)計 24 4.2 變速器軸的校核 25 4.3 軸承的校核 33 4.4 本章小結(jié) 35 第5章 變速器同步器及操縱機構(gòu)的設(shè)計 36 5.1 同步器設(shè)計 36 5.1.1 同步器的功用及分類 36 5.1.2 慣性式同步器 36 5.2 操縱機構(gòu)的設(shè)計 39 5.3 本章小結(jié) 40 總 結(jié) 41 參考文獻 42 致 謝 43 IV 第一章 緒 論 1 . 1 選 題 的 目 的 和 意 義 汽 車 變 速 器 是 汽 車 傳 動 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 部 件 。 因 為 速 度 范 圍 對 應(yīng) 于 汽 油 發(fā) 動 機 的 額 定 轉(zhuǎn) 矩 很 小 ， 和 復(fù) 雜 的 操 作 條 件 要 求 汽 車 的 驅(qū) 動 力 和 速 度 可 以 在 較 大 范 圍 內(nèi) 變 化 ， 因 此 ， 齒 輪 傳 動 是 用 來 適 應(yīng) 變 化 的 速 度 在 開 車 。 變 速 器 是 汽 車 傳 動 系 統(tǒng) 的 重 要 組 成 部 分 ， 其 性 能 對 汽 車 的 動 力 性 、 燃 油 經(jīng) 濟 性 和 乘 坐 舒 適 性 有 著 非 常 重 要 的 影 響 。 手 動 機 械 傳 動 完 全 符 合 駕 駛 員 的 意 愿 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 傳 動 效 率 高 ， 故 障 率 低 ， 經(jīng) 濟 、 環(huán) 保 、 優(yōu) 質(zhì) 、 價 廉 。 因 此 ， 它 仍 在 市 場 上 開 發(fā) 手 動 機 械 變 速 器 。 適 應(yīng) 當 代 世 界 經(jīng) 濟 的 發(fā) 展 和 需 要 。 隨 著 技 術(shù) 、 節(jié) 能 環(huán) 保 的 快 速 發(fā) 展 ， 新 材 料 的 應(yīng) 用 、 高 性 能 和 低 成 本 可 以 成 為 新 型 汽 車 變 速 器 的 研 究 方 向 。 1 . 2 變 速 器 發(fā) 展 和 國 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 在 汽 車 變 速 器 的 發(fā) 展 史 上 ， 它 主 要 經(jīng) 歷 了 從 手 動 到 自 動 的 發(fā) 展 過 程 ， 已 有 一 百 多 年 的 歷 史 。 世 界 上 使 用 最 廣 泛 的 汽 車 變 速 器 有 手 動 變 速 器 ( M T ) 、 自 動 變 速 器 ( A T ) 、 手自一體變 速 器 ( A M T ) 、 無 級 變 速 器 ( C V T ) 和 雙離合變速器 (DCT ) 。 它 們 各 有 優(yōu) 缺 點 : M T 具 有 最 佳 的 節(jié) 能 效 果 和 經(jīng) 濟 娛 樂 性 ， 但 對 駕 駛 技 術(shù) 要 求 較 高 ； A T在 節(jié) 能 效 果 較 差 的 情 況 下 ， 操 作 簡 單 、 舒 適 ， 部 件 可 靠 性 高 ； A M T 具 有 前 兩 者 的 優(yōu) 點 ， 但 換 擋 時 會 有 短 暫 的 休 息 ， 舒 適 性 差 ； C V T 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 效 率 高 、 功 率 大 、 變 速 平 穩(wěn) ， 但 其 傳 動 帶 易 損 壞 ， 不 能 承 受 大 負 荷 ； D C T 節(jié) 能 手 動 變 速 器 與 舒 適 自 動 變 速 器 的 結(jié) 合 ， 是 由 傳 統(tǒng) 手 動 變 速 器 發(fā) 展 而 來 的 ， 是 目 前 最 高 的 傳 動 技 術(shù) 。 調(diào) 查 顯 示 ， 2 0 0 7 年 中 國 手 動 變 速 器 的 市 場 份 額 為 7 4 % ， 占 據(jù) 了 很 大 的 市 場 份 額 。 從 2 0 0 2 年 到 2 0 0 7 年 ， 自 動 變 速 器 的 市 場 份 額 從 9 % 增 長 到 2 6 % 。 環(huán) 球 透 視 預(yù) 計 ， 2 0 1 2 年 自 動 變 速 器 將 占 總 變 速 器 的 3 3 % ， 而 乘 用 車 將 占 4 4 % 。 2 0 0 2 年 至 2 0 0 6 年 ， 女 性 用 戶 從 2 0 . 3 % 增 至 3 0 . 9 % 。 自 動 變 速 器 使 用 方 便 ， 深 受 女 性 用 戶 的 喜 愛 。 此 外 ， 在 消 費 者 調(diào) 查 中 最 受 歡 迎 的 汽 車 零 部 件 中 ， 第 一 款 是 安 全 氣 囊 ， 第 二 款 是 自 動 變 速 箱 。 在 中 國 ， 自 動 變 速 器 市 場 非 常 樂 觀 。 同 時 ， 手 動 變 速 器 的 節(jié) 能 、 經(jīng) 濟 和 駕 駛 娛 樂 也 決 定 了 其 不 可 替 代 。 全 球 最 大 的 手 動 變 速 器 制 造 商 Z F 預(yù) 計 ， 2 0 1 2 年 北 美 市 場 上 銷 售 的 汽 車 中 ， 手 動 變 速 器 只 占 6 % 。 歐 洲 和 美 國 是 不 同 的 。 有 人 預(yù) 測 ， 到 2 0 1 3 年 ， 5 2 % 的 汽 車 將 出 現(xiàn) 在 歐 洲 。 或 者 手 動 ， 自 動 手 動 變 速 器 將 僅 占 1 0 % ， 連 續(xù) 變 速 器 將 占 2 % ， 雙 離 合 器 變 速 器 將 占 1 6 % ， 歐 洲 人 提 倡 節(jié) 能 環(huán) 保 ， 喜 歡 駕 駛 小 型 汽 車 ， 更 喜 歡 手 動 變 速 器 經(jīng) 濟 省 油 。 在 日 本 變 速 器 市 場 ， 無 級 變 速 器 市 場 具 有 絕 對 優(yōu) 勢 。 1 . 3 變 速 器 設(shè) 計 的 要 求 保 證 汽 車 必 要 的 動 力 和 經(jīng) 濟 性 ； 設(shè) 置 不 同 的 檔 位 ， 調(diào) 整 并 切 斷 發(fā) 動 機 向 驅(qū) 動 輪 的 動 力 傳 遞 ， 使 車 輛 后 退 ； 工 作 可 靠 ， 在 汽 車 行 駛 過 程 中 ， 變 速 器 不 得 有 跳 擋 、 亂 擋 、 換 擋 沖 擊 等 現(xiàn) 象 ； 工 作 效 率 高 ， 噪 音 低 ； 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 方 案 合 理 ； 在 滿 載 和 沖 擊 載 荷 下 使 用 壽 命 長 。 1 . 4 研 究 的 基 本 內(nèi) 容 本 設(shè) 計 的 具 體 內(nèi) 容 是 結(jié) 合 設(shè) 計 要 求 ， 保 證 車 輛 具 有 必 要 的 動 力 性 和 經(jīng) 濟 性 ， 利 用 選 定 的 發(fā) 動 機 參 數(shù) 完 成 變 速 器 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 。 需 要 解 決 的 主 要 問 題 包 括 : 使 傳 動 裝 置 有 效 防 止 換 檔 、 跳 越 、 無 序 、 換 檔 方 便 ； 降 噪 ， 實 現(xiàn) 重 量 輕 、 負 荷 大 、 噪 音 低 、 換 擋 機 動 性 能 好 、 傳 動 經(jīng) 濟 、 動 力 經(jīng) 濟 好 、 換 擋 快 、 省 力 、 方 便 ； 傳 動 裝 置 還 應(yīng) 滿 足 體 積 小 、 質(zhì) 量 好 、 制 造 成 本 低 、 拆 卸 維 修 方 便 等 要 求 。 9 第二章 變速器傳動機構(gòu)布置方案 2.1 傳動機構(gòu)布置方案分析 變 速 器 由 變 速 器 傳 動 機 構(gòu) 和 操 縱 機 構(gòu) 組 成 。 根 據(jù) 軸 的 不 同 類 型 ， 分 為 固 定 軸 式 和 旋 轉(zhuǎn) 軸 式 兩 大 類 ， 而 前 者 又 分 為 兩 軸 式 ， 中 間 軸 式 和 多 軸 式 變 速 器 。 2 . 1 . 1 兩 軸 式 和 中 間 軸 式 變 速 器 大 多 數(shù) 現(xiàn) 代 汽 車 使 用 三 軸 變 速 箱 ， 而 發(fā) 動 機 前 輪 驅(qū) 動 汽 車 使 用 兩 軸 變 速 箱 ， 如 果 傳 動 比 小 。 設(shè) 計 中 除 了 對 整 車 布 局 的 要 求 外 ， 主 要 考 慮 以 下 四 個 方 面 : ( 1 ) 加 工 性 能 的 結(jié) 構(gòu) 雙 軸 傳 動 的 輸 出 軸 與 主 減 速 器 的 驅(qū) 動 齒 輪 相 結(jié) 合 。 發(fā) 動 機 安 裝 好 后 ， 最 后 的 傳 動 裝 置 可 以 使 用 螺 旋 錐 齒 輪 或 準 雙 曲 面 齒 輪 。 這 簡 化 了 發(fā) 動 機 通 過 圓 柱 齒 輪 的 制 造 過 程 。 ( 2 )傳 動 裝 置 的 徑 向 尺 寸 雙 軸 傳 動 輸 出 軸 的 前 齒 輪 為 一 對 齒 輪 ， 中 間 軸 傳 動 為 兩 對 齒 輪 。 因 此 ， 對 于 相 同 的 傳 動 比 要 求 ， 中 間 軸 傳 動 的 徑 向 尺 寸 可 以 比 雙 軸 傳 動 的 徑 向 尺 寸 小 得 多 。 ( 3 ) 傳 動 裝 置 使 用 壽 命 雙 軸 傳 動 的 低 端 齒 輪 副 尺 寸 變 化 較 大 ， 小 齒 輪 的 工 作 循 環(huán) 數(shù) 遠 大 于 大 齒 輪 。 因 此 ， 小 齒 輪 的 壽 命 比 大 齒 輪 短 。 中 間 軸 傳 動 的 每 個 前 向 齒 輪 是 一 個 恒 嚙 合 的 螺 旋 齒 輪 傳 動 。 齒 輪 的 徑 向 尺 寸 小 ， 使 用 壽 命 相 對 較 短 。 在 直 齒 輪 中 ， 齒 輪 只 能 空 轉(zhuǎn) ， 不 影 響 齒 輪 的 使 用 壽 命 。 ( 4 )傳 輸 效 率 雖 然 雙 軸 傳 動 的 傳 動 比 為 1 ， 但 仍 然 有 一 對 齒 輪 ， 所 以 存 在 功 率 損 失 。 中 間 軸 傳 動 裝 置 可 直 接 連 接 輸 入 軸 和 輸 出 軸 ， 獲 得 直 接 齒 輪 ， 傳 動 效 率 高 ， 磨 損 小 ， 噪 音 小 。 汽 車 ， 特 別 是 微 型 汽 車 ， 使 用 更 多 的 雙 軸 變 速 箱 ， 而 中 型 和 重 型 卡 車 使 用 中 間 變 速 箱 。 2 . 1 . 2 多 中 間 軸 結(jié) 構(gòu) 當變速器安裝在扭矩高1200~1300Nm的大功率柴油機上時，其齒輪軸和軸承承受較大的負荷。為了防止過早破壞，采用多中間軸類型[1]。 2 . 1 . 3 倒 擋 的 形 式 和 布 置 方 案 圖 2 . 4 為 常 用 的 換 擋 裝 置 。 圖 2 . 4 ( b ) 所 示 的 解 決 方 案 的 優(yōu) 點 是 利 用 中 間 軸 上 的 第 一 個 齒 輪 來 利 用 倒 檔 ， 從 而 縮 短 了 中 間 軸 的 長 度 。 然 而 ， 當 換 檔 時 ， 兩 對 齒 輪 同 時 嚙 合 ， 使 換 檔 困 難 。 圖 2 . 1 ( c ) 所 示 的 方 案 允 許 更 大 的 反 向 傳 動 比 。 缺 點 是 轉(zhuǎn) 換 過 程 不 合 理 。 為 了 彌 補 圖 2 . 1 ( d ) 所 示 的 方 案 的 不 足 ， 對 圖 2 . 1 ( c ) 所 示 的 方 案 進 行 了 修 間 ， 縮 短 傳 輸 的 軸 向 長 度 ， 一 些 卡 車 反 向 齒 輪 采 用 圖 2 . 1 所 示 的 方 案 ( g ) ， 缺 點 圖 2 . 1 倒 檔 傳 動 方 案 是 反 向 必 須 使 用 開 叉 軸 ， 使 驅(qū) 動 器 的 上 蓋 的 運 行 機 制 更 加 復(fù) 雜 。 設(shè) 計 使 用 運 輸 方 案 如 圖 2 . 1 所 示 ( f ) 。 因 為 傳 播 有 巨 大 的 力 量 在 一 個 轉(zhuǎn) 變 和 反 向 操 作 ， 較 低 和 反 向 雙 軸 傳 動 的 齒 輪 和 中 間 軸 的 傳 播 應(yīng) 放 置 在 靠 近 軸 的 支 架 ， 以 減 少 軸 的 變 形 。 為 了 保 證 齒 輪 不 重 疊 太 多 ， 齒 輪 由 低 到 高 依 次 排 列 ， 使 軸 具 有 足 夠 的 剛 性 ， 便 于 裝 配 。 雖 然 倒 檔 比 接 近 第 一 個 齒 輪 ， 但 由 于 倒 檔 時 間 很 短 ， 有 些 解 決 方 案 把 第 一 個 齒 輪 放 在 靠 近 軸 的 支 承 處 [2] 。 2 . 2 零 部 件 布 置 方 案 分 析 2 . 2 . 1 齒 輪 形 式 傳 動 齒 輪 為 正 齒 輪 和 螺 旋 齒 輪 。 與 直 齒 圓 柱 齒 輪 相 比 ， 螺 旋 齒 輪 具 有 使 用 壽 命 長 、 運 行 穩(wěn) 定 、 工 作 噪 音 低 等 優(yōu) 點 。 缺 點 是 稍 微 復(fù) 雜 的 制 造 和 軸 向 力 在 運 行 中 ， 這 是 有 害 的 軸 承 。 在 變 速 器 中 不 斷 嚙 合 的 齒 輪 是 螺 旋 齒 輪 ， 雖 然 這 增 加 了 正 常 嚙 合 齒 輪 的 數(shù) 量 ， 并 導(dǎo) 致 變 速 器 的 質(zhì) 量 和 慣 性 矩 的 增 加 。 直 齒 圓 柱 齒 輪 僅 在 低 速 和 低 速 時 使 用 。 2 . 2 . 2 換 擋 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 如 圖 2 . 2 所 示 ， 變 速 器 換 擋 機 構(gòu) 形 式 分 為 直 齒 滑 動 齒 輪 、 嚙 合 套 和 同 步 器 換 擋 三 種 [2] 。 （ a ） 滑 動 齒 輪 換 擋 （ b ） 嚙 合 套 換 擋 （ c ） 同 步 器 換 擋 圖 2 . 2 換 擋 機 構(gòu) 形 式 ( 1 ) 滑 動 換 擋 還 使 用 滑 動 直 齒 換 擋 和 螺 旋 齒 輪 換 擋 。 滑 動 正 齒 輪 傳 動 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 制 造 方 便 等 優(yōu) 點 。 缺 點 是 換 擋 時 齒 面 受 沖 擊 較 大 ， 導(dǎo) 致 齒 輪 過 早 損 壞 ， 正 齒 輪 的 工 作 噪 聲 較 大 ， 所 以 換 擋 方 式 一 般 只 適 用 于 一 擋 和 倒 擋 裝 備 。 ( 2 ) 嚙 合 套 位 移 通 過 移 動 嚙 合 套 筒 ， 一 對 齒 輪 形 成 一 定 的 傳 動 比 ， 就 可 以 制 成 正 常 嚙 合 的 螺 旋 齒 輪 。 隨 著 套 筒 的 移 動 ， 由 于 齒 輪 轉(zhuǎn) 速 的 沖 擊 載 荷 非 常 大 ， 且 齒 輪 不 參 與 換 擋 ， 它 們 不 會 過 早 失 效 ， 但 不 能 消 除 換 擋 的 沖 擊 ， 所 以 駕 駛 員 仍 然 需 要 熟 練 的 控 制 技 術(shù) 。 此 外 ， 通 過 增 加 嚙 合 套 筒 和 恒 嚙 合 齒 輪 ， 增 加 了 傳 動 裝 置 的 軸 向 尺 寸 和 轉(zhuǎn) 動 部 件 的 總 慣 量 。 因 此 ， 這 種 換 擋 方 法 目 前 只 適 用 于 一 些 要 求 較 低 的 齒 輪 和 重 型 卡 車 變 速 箱 。 ( 3 ) 同 步 器 換 擋 大 多 數(shù) 現(xiàn) 代 汽 車 變 速 器 都 使 用 同 步 器 ， 以 確 保 快 速 、 無 沖 擊 和 無 噪 音 的 變 速 ， 而 不 管 操 控 水 平 如 何 ， 從 而 提 高 了 加 速 度 、 經(jīng) 濟 性 和 駕 駛 安 全 性 。 與 上 述 兩 種 變 速 方 法 相 比 ， 雖 然 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 但 制 造 精 度 要 求 高 ， 軸 向 尺 寸 大 。 同 步 環(huán) 壽 命 短 等 缺 點 仍 被 廣 泛 應(yīng) 用 。 由 于 同 步 器 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 生 活 問 題 已 基 本 解 決 。 例 如 ， 瑞 典 的 s a u s a g e - s c a n i a 公 司 使 用 球 墨 鑄 鐵 制 造 同 步 器 的 關(guān) 鍵 部 件 ， 并 在 其 工 作 表 面 涂 上 一 層 鉬 ， 這 不 僅 提 高 了 耐 磨 性 ， 而 且 提 高 了 工 作 效 率 。 對 該 同 步 器 的 表 面 摩 擦 系 數(shù) 進 行 了 測 試 ， 結(jié) 果 表 明 ， 該 同 步 器 的 使 用 壽 命 不 小 于 法 國 貝 雷 帽 齒 輪 的 使 用 壽 命 。 Z F 等 公 司 的 同 步 器 使 用 這 個 過 程 。 上 述 三 種 換 檔 方 案 可 同 時 用 于 變 速 器 中 不 同 的 齒 輪 位 置 。 通 常 ， 倒 車 齒 輪 和 第 一 齒 輪 是 簡 單 的 滑 動 直 齒 齒 輪 或 嚙 合 套 筒 形 式 ； 對 于 普 通 的 高 速 齒 輪 ， 使 用 同 步 器 。 或 者 穿 上 你 的 袖 子 。 該 車 需 要 便 攜 性 和 減 少 換 班 時 間 ， 所 以 它 使 用 一 個 完 整 的 同 步 驅(qū) 動 器 [3]。 2 . 2 . 3 防 止 自 動 脫 檔 的 措 施 自 動 脫 離 是 變 速 器 的 主 要 故 障 之 一 。 自 動 脫 離 由 于 磨 損 ， 傳 動 剛 度 不 足 ， 振 動 。 為 了 解 決 這 一 問 題 ， 除 在 這 一 過 程 中 采 取 的 措 施 外 ， 在 結(jié) 構(gòu) 上 采 取 的 措 施 和 有 效 措 施 如 下 [4]： ( 1 )交 錯 嚙 合 兩 顆 嚙 合 齒 的 嚙 合 位 置 ， 如 圖 2 . 3 所 示 。 因 此 ， 當 嚙 合 時 ， 嚙 合 齒 的 端 部 超 過 嚙 合 齒 的 1 ~ 3 m m 。 在 使 用 中 ， 雙 齒 接 觸 部 分 在 佩 戴 時 被 擠 壓 ， 并 在 嚙 合 齒 的 末 端 形 成 肩 部 ， 以 防 止 嚙 合 齒 本 身 脫 離 。 圖 2 . 3 　 防 止 倒 擋 的 措 施 Ⅰ ( 2 )對 齒 套 上 的 前 環(huán) 齒 厚 進 行 切 削 ( 切 削 0 . 3 - 0 . 6 m m ) ， 使 換 擋 后 套 筒 的 后 端 被 后 環(huán) 的 前 端 堵 住 ， 防 止 自 動 脫 齒 ， 如 圖 2 . 4 所 示 。 圖 2 . 4 防 止 倒 擋 的 措 施 Ⅱ ( 3 )嚙 合 齒 面 的 工 作 設(shè) 計 與 加 工 成 錐 面 ， 形 成 一 個 后 錐 度 傾 斜 角 ( 通 常 為 2 ° 和 3 ° ) ， 使 嚙 合 齒 面 產(chǎn) 生 軸 向 力 ， 防 止 自 動 產(chǎn) 生 。 該 方 案 更 有 效 、 更 適 用 。 嚙 合 齒 側(cè) 設(shè) 計 加 工 成 階 梯 狀 ， 具 有 防 止 自 動 變 速 器 的 作 用 。 圖 2 . 5 防 止 倒 擋 的 措 施 Ⅲ 2 . 2 . 4 軸 承 形 式 在 過 去 ， 滾 珠 軸 承 、 滾 子 軸 承 和 滾 針 軸 承 在 傳 動 軸 上 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 近 年 來 ， 變 速 器 設(shè) 計 的 發(fā) 展 趨 勢 是 提 高 其 傳 輸 功 率 與 質(zhì) 量 的 比 值 ， 要 求 更 大 的 容 量 和 更 好 的 性 能 。 然 而 ， 上 述 軸 承 形 式 不 能 滿 足 傳 動 的 可 靠 性 和 壽 命 要 求 ， 因 此 圓 錐 滾 子 軸 承 的 使 用 有 所 增 加 。 其 主 要 優(yōu) 點 是 : 滾 子 軸 承 接 觸 線 長 ， 如 果 選 擇 合 適 的 錐 角 和 配 合 度 ， 軸 與 齒 輪 可 以 沿 縱 向 平 面 或 沿 中 心 線 平 面 分 開 ， 這 樣 可 以 方 便 地 裝 配 和 拆 卸 及 調(diào) 整 軸 承 。 由 于 上 述 特 點 ， 滾 子 圓 錐 軸 承 已 被 一 些 歐 洲 轎 車 、 卡 車 和 重 型 卡 車 的 變 速 箱 所 采 用 [4] 。 2 . 2 . 5 組 合 式 變 速 器 近 年 來 ， 增 加 汽 車 變 速 器 的 齒 輪 是 一 個 重 要 的 發(fā) 展 趨 勢 ， 這 與 許 多 因 素 有 關(guān) ， 如 卡 車 上 柴 油 發(fā) 動 機 使 用 量 的 增 加 ， 平 均 車 速 和 車 輛 總 質(zhì) 量 的 增 加 ， 以 及 降 低 油 耗 的 要 求 。 本 設(shè) 計 選 用 的 初 始 齒 輪 形 式 為 正 齒 輪 ， 正 齒 輪為 螺 旋 齒 輪 ， 倒 檔 為 正 齒 輪 。 軸 承 選 用 深 溝 球 軸 承 、 圓 柱 滾 子 軸 承 和 滾 針 軸 承 。 圓 錐 滾 子 軸 承 。 2 . 3 本 章 小 結(jié) 本 章 系 統(tǒng) 地 分 析 了 傳 動 機 構(gòu) 的 布 置 方 案 和 零 部 的 結(jié) 構(gòu) 方 案 ， 給 出 了 具 體 的 設(shè) 計 方 案 ， 即 雙 軸 傳 動 的 設(shè) 計 。 倒 檔 布 置 方 案 如 圖 2 . 1 ( a ) 所 示 ， 正 齒 輪 為 螺 旋 齒 輪 ， 倒 檔 為 正 齒 輪 。 軸 承 選 用 深 溝 球 軸 承 、 圓 柱 滾 子 軸 承 、 滾 針 軸 承 和 圓 錐 滾 子 軸 承 。 第三章 變速器齒輪的設(shè)計與校核 3 . 1 變 速 器 的 設(shè) 計 要 求 3 . 1. 1 本 設(shè) 計 要 求 為 雙 軸 機 械 傳 動 ( 1 ) 傳 動 比 為 3 至 4 . 5 ( 2 )中 心 距 為 6 0 至 8 0 毫 米 ( 3 )齒 輪 數(shù) 為 4 根 據(jù) 要 求 ， 雙 軸 機 械 傳 動 的 四 速 手 動 變 速 器 大 多 是 前 置 車 。 為 這 種 設(shè) 計 選 擇 的 乘 用 車 是 一 輛 汽 車 。 汽 車 汽 油 發(fā) 動 機 的 n p 大 多 為 4 0 0 0 - 6 0 0 0 r / m i n ， 扭 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) a = T e m a x / T p 。 當 a 的 值 大 時 ， 可 以 減 少 換 檔 次 數(shù) ， 并 且 還 可 以 降 低 燃 料 消 耗 。 汽 油 發(fā) 動 機 的 價 值 大 多 在 1 . 2 到 1 . 3 5 之 間 。 然 而 ， 近 年 來 ， 汽 油 發(fā) 動 機 的 速 度 降 低 ， 并 且 扭 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) a 的 值 也 減 小 ， 并 且 一 些 已 經(jīng) 低 至 約 1 . 1 。 車 輛 柴 油 發(fā) 動 機 的 值 為 1 . 1 至 1 . 2 5 （ 帶 校 正 器 ） 和 1 . 0 5 至 1 . 1 0 （ 無 校 正 器 ） 。 當 確 定 發(fā) 動 機 的 最 大 功 率 P e m a x 和 相 應(yīng) 的 速 度 n p 時 ， 可 以 通 過 以 下 公 式 獲 得 發(fā) 動 機 的 最 大 扭 矩 T e m a x （ 單 位 ： N m ） 。 T e m a x = a T p = 7 0 1 9 a P e m a x / n p （ 3 . 1 ） 式 中 a — — 發(fā) 動 機 的 轉(zhuǎn) 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) ； T p — — 最 大 功 率 時 的 轉(zhuǎn) 矩 ， N · m P e m a x — — 最 大 功 率 ， k W n p — — 最 大 功 率 的 相 應(yīng) 轉(zhuǎn) 速 ， r / m i n 選 擇 發(fā) 動 機 最 大 扭 矩 的 相 應(yīng) 轉(zhuǎn) 速 n T 的 原 理 是 保 持 n T 和 n p 之 間 的 適 當 關(guān) 系 。 因 為 n T 太 接 近 n P ， 直 接 檔 位 的 最 小 穩(wěn) 定 速 度 將 很 高 ， 當 通 過 繁 忙 的 交 叉 路 口 時 會 導(dǎo) 致 更 多 的 換 檔 ， 甚 至 增 加 變 速 器 中 的 檔 位 數(shù) 量 。 因 此 ， 成 為 轉(zhuǎn) 速 適 應(yīng) 系 數(shù) 的 n p 與 n T 之 比 不 應(yīng) 小 于 1 . 4 ， 通 常 n p / n T = 1 . 4 至 2 . 0 ， 并 且 由 發(fā) 動 機 設(shè) 計 保 證 。 發(fā) 動 機 適 應(yīng) 性 系 數(shù) Φ 上 述 轉(zhuǎn) 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) a 和 轉(zhuǎn) 速 適 應(yīng) 系 數(shù) n p / n T 的 乘 積 可 以 表 示 發(fā) 動 機 適 應(yīng) 車 輛 行 駛 狀 態(tài) 的 程 度 ， 并 稱 為 發(fā) 動 機 適 應(yīng) 性 系 數(shù) ， 并 表 示 Φ = a ? N P / N T = 德 瑪 斯 / T P ? N P 。 / N T Φ 值 越 大 ， 發(fā) 動 機 的 適 應(yīng) 性 越 好 。 使 用 具 有 大 Φ 值 的 發(fā) 動 機 可 以 減 少 換 檔 次 數(shù) ， 減 少 駕 駛 員 的 疲 勞 ， 減 少 傳 動 系 的 磨 損 并 減 少 燃 料 消 耗 。 現(xiàn) 代 發(fā) 動 機 的 適 應(yīng) 性 系 數(shù) 值 對 于 汽 油 發(fā) 動 機 是 Φ = 1 . 4 ~ 2 . 4 ， 對 于 柴 油 發(fā) 動 機 是 Φ = 1 . 6 ~ 2 . 6 。 根 據(jù) 搜 索 數(shù) 據(jù) ， 汽 車 的 總 質(zhì) 量 通 常 在 1 . 7 至 1 . 9 噸 之 間 。 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 量 在 1 到 1 . 3 噸 之 間 。 車 輪 滾 動 半 徑 約 為 0 . 3 米 。 根 據(jù) 以 上 內(nèi) 容 ， 設(shè) 計 參 數(shù) 自 行 選 擇 ， 所 有 選 定 參 數(shù) 均 滿 足 要 求 。 汽 車 的 參 數(shù) 如 表 3 . 1 所 示 ： 表 3.1 某 車 參 數(shù) 參 數(shù) 數(shù) 值 參 數(shù) 數(shù) 值 發(fā) 動 機 最 大 功 率 P e m a x 9 7 k w 發(fā) 動 機 最 大 轉(zhuǎn) 矩 T e m a x 1 7 0 N · m 最 高 車 速 U m a x 1 6 0 k m / h 汽 車 總 質(zhì) 量 m a 1 8 2 0 k g 變 速 器 形 式 手 動 四 檔 汽 車 整 備 質(zhì) 量 m 0 1 3 5 0 k g 主 減 速 器 傳 動 比 i 0 4 . 1 5 車 輪 半 徑 r r 0 . 3 m ( 1 ) 確 定 文 件 的 數(shù) 量 近 年 來 ， 為 了 降 低 油 耗 ， 變 速 器 的 齒 輪 有 增 大 的 趨 勢 。 目 前 ， 乘 用 車 通 常 采 用 四 五 檔 變 速 器 。 發(fā) 動 機 排 量 大 的 客 車 有 5 個 齒 輪 ， 發(fā) 動 機 有 4 個 小 齒 輪 。 本 設(shè) 計 使 用 了 四 個 文 件 。 ( 2 ) 確 定 傳 動 比 的 范 圍 在 選 擇 最 低 速 比 時 ， 需 要 綜 合 考 慮 并 確 定 汽 車 的 最 高 等 級 、 驅(qū) 動 輪 與 路 面 的 附 著 力 、 汽 車 的 最 低 穩(wěn) 定 轉(zhuǎn) 速 、 主 減 速 比 和 滾 動 半 徑 。 驅(qū) 動 輪 。 目 前 乘 用 車 傳 動 比 為 3 . 0 - 4 . 5 ， 輕 型 商 用 車 總 重 量 為 5 . 0 - 8 . 0 ， 其 他 商 用 車 總 重 量 較 大 [5] 。 3 . 2 變 速 器 各 檔 傳 動 比 的 確 定 3. 2 . 1 確 定 傳 動 裝 置 的 最 高 傳 動 比 當 汽 車 爬 上 陡 坡 時 ， 速 度 不 高 ， 空 氣 阻 力 可 以 忽 略 不 計 。 最 大 驅(qū) 動 力 用 于 克 服 輪 胎 與 路 面 之 間 的 滾 動 阻 力 和 爬 坡 阻 力 。 所 以 有 （ 3 . 1 ） 則 由 最 大 爬 坡 度 要 求 的 變 速 器 Ⅰ 檔 傳 動 比 為 （ 3 . 2 ） 已 知 ： m = 1 8 2 0 k g ； ； ； r = 0 . 3 m ； N · m ； ； g = 9 . 8 N / k g ； ， 把 以 上 數(shù) 據(jù) 代 入 （ 3 . 2 ） 式 ： 滿 足 不 產(chǎn) 生 滑 轉(zhuǎn) 條 件 。 即 用 一 檔 發(fā) 出 最 大 驅(qū) 動 力 時 ， 驅(qū) 動 輪 不 產(chǎn) 生 滑 轉(zhuǎn) 現(xiàn) 象 。 公 式 表 示 如 下 ： （ 3 . 3 ） 求 得 的 變 速 器 I 檔 傳 動 比 為 ： （ 3 . 4 ） 已 知 ： m 0 = 1 3 5 0 k g ， N · m ， ， g = 9 . 8 N / k g ； ， g = 9 . 8 N / k g ； 取 0 . 6 ， r r = 0 . 3 m 。 根 據(jù) 公 式 （ 3 . 4 ） 可 得 ： i g 1 3 . 5 5 ， 綜 上 所 述 ， i g 1 初 選 3 . 5 。 由 已 知 式 中 ： m  — — 汽 車 總 質(zhì) 量 ； m 0 — — 汽 車 整 備 質(zhì) 量 g — — 重 力 加 速 度 ； r r — — 驅(qū) 動 輪 的 滾 動 半 徑 ； T e m a x — — 發(fā) 動 機 最 大 轉(zhuǎn) 矩 ； i 0 — — 主 減 速 比 ； η t — — 汽 車 傳 動 系 的 傳 動 效 率 。 — — 道 路 的 附 著 系 數(shù) ， 計 算 時 可 取 0 . 5 ~ 0 . 6 之 間 。 G 2 — — 汽 車 滿 載 靜 止 于 水 平 路 面 時 驅(qū) 動 橋 給 路 面 的 載 荷 ， G 2 = m 0 g — — 最 大 爬 坡 度 （ 一 般 轎 車 要 求 能 爬 上 3 0 % 的 坡 ， 大 約 ） 3. 2 . 2 變 速 器 各 檔 傳 動 比 的 確 定 發(fā) 動 機 轉(zhuǎn) 速 與 汽 車 行 駛 速 度 之 間 的 關(guān) 系 為 （ 3 . 5 ） 式 中 ： — — 汽 車 行 駛 速 度 ， = 1 6 0 k m / h ； n — — 發(fā) 動 機 轉(zhuǎn) 速 ， n = 5 2 0 0 r / m i n ； — — 變 速 器 傳 動 比 ， 最 高 檔 傳 動 比 為 ， 最 低 檔 傳 動 比 為 ； — — 主 減 速 器 傳 動 比 。 （ 3 . 6 ） 計 算 得 。 中 間 檔 的 傳 動 比 理 論 上 按 公 比 為 q 的 等 比 數(shù) 列 分 配 ： （ 3 . 7 ） 實 際 上 與 理 論 上 略 有 出 入 ， 因 齒 數(shù) 為 整 數(shù) 且 常 用 檔 位 間 的 公 比 宜 小 些 ， 另 外 還 要 考 慮 與 發(fā) 動 機 參 數(shù) 的 合 理 匹 配 。 根 據(jù) 上 式 可 的 出 ： = 1 . 5 8 。 計 算 的 各 檔 傳 動 比 為 ： 2 = 2 . 2 1 3 = 1 . 4 0 3. 2 . 3 中 心 距 A 的 確 定 中 心 距 對 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 度 。 初 選 中 心 距 A 時 ， 可 根 據(jù) 下 述 經(jīng) 驗 公 式 計 算 [7] （ 3 . 8 ） 式 中 ： — — 中 心 距 系 數(shù) 。 對 轎 車 ， = 8 . 9 ～ 9 . 3 ； 對 貨 車 ， = 8 . 6 ～ 9 . 6 。 — — 發(fā) 動 機 最 大 轉(zhuǎn) 矩 。 — — 變 速 器 一 檔 傳 動 比 。 — — 變 速 器 的 傳 動 效 率 ， 取 0 . 9 6 。 計 算 得 ： A = 7 3 . 8 4 ～ 7 7 . 1 6 m m 取 A = 7 7 m m 3. 2 . 4 軸 向 尺 寸 的 確 定 變 速 器 的 橫 向 外 形 尺 寸 ， 可 根 據(jù) 齒 輪 直 徑 以 及 倒 檔 中 間 齒 輪 和 換 檔 機 構(gòu) 的 布 置 初 步 確 定 [6] 。 轎 車 四 檔 變 速 器 殼 體 的 軸 向 尺 寸 ( 3 . 0 ～ 3 . 4 ) A 。 貨 車 變 速 器 殼 體 的 軸 向 尺 寸 與 檔 數(shù) 有 關(guān) ： 四 檔 ( 2 . 2 ～ 2 . 7 ) A 五 檔 ( 2 . 7 ～ 3 . 0 ) A 六 檔 ( 3 . 2 ～ 3 . 5 ) A 當 變 速 器 選 用 常 嚙 合 齒 輪 對 數(shù) 和 同 步 器 多 時 ， 中 心 距 系 數(shù) K A 應(yīng) 取 給 出 系 數(shù) 的 上 限 。 為 檢 測 方 便 ， A 取 整 。 本 次 設(shè) 計 為 轎 車 四 檔 變 速 器 ， 其 殼 體 的 軸 向 尺 寸 為 （ 3 . 0 ～ 3 . 4 ） A = 2 1 3 ～ 2 4 1 . 4 m m 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 . 3 齒 輪 參 數(shù) 的 確 定 變 速 器 四 個 前 進 擋 采 用 斜 齒 圓 柱 輪 ， 倒 檔 采 用 直 齒 圓 柱 齒 輪 。 3. 3 . 1 模 數(shù) 的 選 取 齒 輪 模 數(shù) 是 一 個 重 要 參 數(shù) ， 影 響 它 的 選 取 因 素 有 很 多 ， 如 齒 輪 的 強 度 、 質(zhì) 量 、 噪 音 、 工 藝 要 求 等 。 嚙 合 套 和 同 步 器 的 接 合 齒 多 數(shù) 采 用 漸 近 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 . 8 - 1 4 . 0 t 的 貨 車 為 2 . 0 ～ 3 . 5 。 表 3 . 2 汽 車 變 速 器 齒 輪 的 法 向 模 數(shù) 車 型 乘 用 車 的 發(fā) 動 機 排 量 V / L 貨 車 的 最 大 總 質(zhì) 量 / t 模 數(shù) / m m 1 . 0 ＞ V ≤ 1 . 6 1 . 6 ＜ V ≤ 2 . 5 6 . 0 ＜ ≤ 1 4 . 0 ＞ 1 4 . 0 2 . 2 5 ～ 2 . 7 5 2 . 7 5 ～ 3 . 0 0 3 . 5 0 ～ 4 . 5 0 4 . 5 0 ～ 6 . 0 0 表 3 . 3 汽 車 變 速 器 常 用 的 齒 輪 模 數(shù) （ m m ） 齒 輪 模 數(shù) 一 系 列 1 . 0 0 1 . 2 5 1 . 5 2 . 0 0 2 . 5 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 二 系 列 1 . 7 5 2 . 2 5 2 . 7 5 3 . 2 5 3 . 5 0 3 . 7 5 4 . 5 0 5 . 5 0 — 所 有 齒 輪 的 模 數(shù) 定 為 2 . 5 m m 。 3. 3 . 2 壓力角的選取 壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。實際上，因國家規(guī)定的標準壓力角為200，所以在本設(shè)計中變速器齒輪壓力角定為。 3. 3 . 3 螺旋角的確定 斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。從提高低檔齒輪的抗彎強度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以為宜；而從提高高檔齒輪的接觸強度和增加重合度著眼，應(yīng)選用較大的螺旋角。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時，為使工藝簡便，可將螺旋角設(shè)計成一樣的，中間軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)一律取為右旋。 兩軸式變速器為200250； 中間軸式變速器為； 貨車變速器：； 所以初選斜齒輪螺旋角。 3. 3 .4 齒寬的確定 齒輪寬度b的大小直接影響著齒輪的承載能力，b加大，齒的承載能力增高。但試驗表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬： 直齒b=(4.5~8.0)m，mm 斜齒b=(6.0~8.5)m，mm 3. 3 .5 齒頂高系數(shù) 齒頂高系數(shù)對重合度、齒輪強度、工作噪音、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。規(guī)定齒頂高系數(shù)取1.00。 3. 3 .6 齒輪材料的選擇 變速器齒輪可以與軸設(shè)計成一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支撐等方式之一與軸連接。 齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒頂圓處的厚b影響齒輪強度。要求尺寸b應(yīng)該大于或等于齒輪危險斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸，在結(jié)構(gòu)允