長(zhǎng)城風(fēng)駿皮卡輕型貨車(chē)變速器設(shè)計(jì)

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1、- 摘 要 本次設(shè)計(jì)的題目是輕型貨車(chē)變速器設(shè)計(jì)，采用車(chē)型為長(zhǎng)城風(fēng)駿皮卡。變速器由變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成，其根本功用是改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作;在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下使汽車(chē)能倒退行駛；利用空擋中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng) 、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)展動(dòng)力輸出。 采用中間軸式變速器，該變速器具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是其直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最??；二是在齒輪中心距較小的情況下仍然可以獲得較大的一檔傳動(dòng)比。這臺(tái)變速器具有五個(gè)前進(jìn)檔〔包括一個(gè)超速檔五檔〕和一個(gè)倒檔，并通過(guò)鎖環(huán)式同步器來(lái)實(shí)現(xiàn)換

2、檔。本設(shè)計(jì)論述了變速器的總體構(gòu)造，在設(shè)計(jì)中完成了各擋齒輪和軸的計(jì)算和校核及CAD繪圖等工作。 關(guān)鍵詞：變速器，鎖環(huán)式同步器，傳動(dòng)比，中間軸，第二軸，齒輪 ABSTRACT The design is the subject of a light goods vehicle transmission design, the use of models for the Great Wall Wingle pickup. Transmission and transmission by the transmission control mechanism, whose basic skills

3、 is to change the gear ratio, wheel torque and speed to e*pand the scope of the changes to adapt to constantly changing driving conditions, while the engine in the favorable conditions of work; the engine crankshaft without changing the direction of rotation so that cars can travel backwards; the us

4、e of neutral interrupt power transmission to the engine to start, idle, and to facilitate the transmission shift or power output. The use of intermediate shaft transmission, the transmission has two significant advantages: First, the direct file transmission efficiency, wear and noise are minimal; s

5、econd gear center distance is smaller still can get a larger one file transmission ratio. This transmission has five forward gears (including a five-speed overdrive) and a reverse, and through the lock ring synchronizer to achieve the shift. Discusses the transmission of the overall design structure

6、, pleted in the design of gears and shafts of the gear and check calculations and CAD drawings and other work. Keywords：Transmission, Locking ring type synchronizer,Gear ratio,Countershaft,Second a*is, Gear 目 錄 摘要……………………………………………………...…………………..…………I Abstract………………………………………………………………………..……..

7、..II 第1章緒論………………………………………………………………..…………1 1.1 汽車(chē)變速器概述…………………………………………………………..…..1 1.2汽車(chē)變速器設(shè)計(jì)的目的和意義………………………………………….……2 1.3 汽車(chē)變速器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和開(kāi)展趨勢(shì)………………………………….……...2 1.3.1 變速器國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀…………………………………………….……2 1.3.2 汽車(chē)變速器的開(kāi)展趨勢(shì)……………………………………….……....3 1.4 手動(dòng)變速器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容……………………………….……...3 1.4.1 手動(dòng)變速器的特點(diǎn)……

8、………………………………………….……3 1.4.2 手動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)要求……………………………………….………4 1.4.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容………………………………………………….…….4 第2章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案確定………………………………..………6 2.1設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù)……………………………………………….…6 2.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析和形式選擇………………………….………...6 2.2.1兩軸式變速器的特點(diǎn)分析……………………………………….…….7 2.2.2 中間軸式變速器特點(diǎn)分析……………………………….……………7 2.2.3 倒擋布置

9、方案分析……………………………………………….……8 2.2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的其他問(wèn)題……………………………………….……10 2.3 零部件構(gòu)造方案分析……………………………………………………........10 2.3.1 齒輪形式……………………………………………………….…...….10 2.3.2 換擋機(jī)構(gòu)形式………………………………………………….…...….10 2.3.3 防止自動(dòng)脫擋的構(gòu)造……………………………………………….....11 2.3.4 變速器軸承………………………………………………………...…..11 2.4 本設(shè)計(jì)所采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案…

10、……………………………………….11 2.5 本章小結(jié)……………………………………………………………………….12 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇和齒數(shù)分配…………………………………..13 3.1 變速器各擋傳動(dòng)比確實(shí)定…………………………………………..…..…….13 3.1.1 變速器最低擋傳動(dòng)比確實(shí)定…………………………………………..13 3.1.2 變速器其他各擋傳動(dòng)比確實(shí)定……………………………..……..…..14 3.2中心距確實(shí)定…………………………………………………………..…..…..14 3.3變速器外形尺寸的初選……………………………………………..…

11、…..…..15 3.4 變速器齒輪參數(shù)的選擇…………………………………………………..…...15 3.4.1模數(shù)……………………………………………………………………...15 3.4.2 齒形、壓力角及螺旋角………………………………………………..16 3.4.3 齒寬……………………………………………………………………..16 3.4.4 齒頂高系數(shù)……………………………………………………………..17 3.5 變速器各擋齒輪齒數(shù)的分配……………………………………………..……17 3.5.1 確定一擋齒輪的 齒數(shù)….……………………………………………...17 3.5.

12、2 對(duì)中心距進(jìn)展修正……………………………………………………..18 3.5.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù)………………………………………………..19 3.5.4 確定其他各擋齒輪的齒數(shù)……………………………………………..20 3.6 本章小結(jié)…………………………………………………….………………….23 第4章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………..24 4.1變速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算……………………………………………….…..24 4.2 計(jì)算變速器各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速………………………………………….…….24 4.3 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算和材料選擇………………

13、………………………….……….25 4.3.1 齒輪損壞的原因和形式……………………………….………………..25 4.3.2 齒輪的材料選擇……………………………………………….………..26 4.3.3 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算………………………………………….……………..27 4.4 本章小結(jié)…………………………………………………………….………….38 第5章 變速器軸和軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………...…..39 5.1初選變速器軸的軸徑和軸長(zhǎng)…………………………………………….……..39 5.2 軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)………………………………………………………….….

14、……39 5.3 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………..….…...40 5.3.1齒輪和軸上的受力計(jì)算…………………………………………………40 5.3.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………...41 5.3.3 軸的剛度計(jì)算……………………………………………………..……...46 5.4變速器軸承的選擇和校核……………………………………………………….49 5.4.1 第一軸軸承的選擇和校核……………………………………………….49 5.4.2 第二軸軸承的選擇和校核……………………………………………….50 5.4.3 中間

15、軸軸承的選擇和校核……………………………………………….51 5.5 本章小結(jié)………………………………………………………………………….51 第6章 同步器和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用…………………………………………..52 6.1 同步器的設(shè)計(jì)選用……………………………………………………………….52 6.1.1 鎖環(huán)式同步器 …………………………………………………………52 6.1.2 鎖銷(xiāo)式同步器 …………………………………………………………53 6.1.3 鎖環(huán)式同步器主要尺寸確實(shí)定 ………………………………………54 6.1.4 同步器主要參數(shù)確實(shí)定……………………………………

16、……………..55 6.2 變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用…………………………………………………….57 6.2.1 變速器操縱機(jī)構(gòu)的分類(lèi)…………………………………………………..57 6.2.2 變速器常用操縱機(jī)構(gòu)分析………………………………………………..58 6.3 變速器箱體的設(shè)計(jì)……………………………………………………………….59 6.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………….60 結(jié)論…………………………………………………………………...................................61 參考文獻(xiàn)…………………………………

17、……………………………………………….62 致謝………………………………………………………………………………………...63 附錄A……………………………………………………………………………………...64 附錄B……………………………………………………………………………………...65 . z. - 第1章 緒 論 1.1 汽車(chē)變速器概述 自1886年世界上第一輛汽車(chē)誕生以來(lái)，汽車(chē)已經(jīng)歷了近120年的開(kāi)展。隨著科學(xué)技術(shù)的日益開(kāi)展，汽車(chē)的各項(xiàng)性能也日臻完善?，F(xiàn)代汽車(chē)已成為世界各國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中不可缺少的交通工具?，F(xiàn)代

18、汽車(chē)除了裝有性能優(yōu)良的發(fā)動(dòng)機(jī)外還應(yīng)該有性能優(yōu)異的傳動(dòng)系與之匹配才能將汽車(chē)的性能淋漓盡致的發(fā)揮出來(lái)，因此汽車(chē)變速器的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 變速器在發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)之間主要起著匹配作用，通過(guò)改變變速器的傳動(dòng)比，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。 變速器用于轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車(chē)在起步、加速、行駛以及抑制各種道路障礙等不同行駛條件下，對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪牽引力及車(chē)速不同要求的需要。用變速器轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的必要性在于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速變化特性的特點(diǎn)是具有相對(duì)小的對(duì)外部載荷改變的適應(yīng)性[1]。 變速器能使汽車(chē)以非常低的穩(wěn)定車(chē)速行駛，而這種低的車(chē)速只靠?jī)?nèi)燃機(jī)的最低穩(wěn)定車(chē)速是難以到達(dá)的。變速器

19、的倒擋使汽車(chē)能倒退行駛；其空擋使汽車(chē)在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、停車(chē)和滑行時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間將發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系別離。 變速器按其傳動(dòng)比的改變方式可分為有級(jí)、無(wú)級(jí)和綜合式的。有級(jí)變速器按其前進(jìn)擋的擋位數(shù)分為三、四、五擋和多擋的；而按其軸中心線的位置又可分為固定軸線式、旋轉(zhuǎn)軸線式和綜合式的。固定軸式變速器又分為兩軸式、三軸式和多軸式的。變速器按其操縱方式又可分為自動(dòng)式、半自動(dòng)式、預(yù)選式、指令式、直接操縱式和遠(yuǎn)距離操縱式[2]。 變速器的構(gòu)造對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒擋平安裝

20、置，對(duì)接合齒采取倒錐齒側(cè)措施以及其他構(gòu)造措施，可使操縱可靠，不跳擋、亂擋、自動(dòng)脫擋和誤掛倒擋；采用同步器可使換擋輕便，無(wú)沖擊及噪聲；采用高齒、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低，降低噪聲水平已成為提高變速器質(zhì)量和設(shè)計(jì)、工藝水平的關(guān)鍵。隨著汽車(chē)技術(shù)的開(kāi)展，增力式同步器，雙、中間軸變速器，后置常嚙合傳動(dòng)齒輪、短第二軸的變速器，各種自動(dòng)、半自動(dòng)以及電子控制的自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)等新構(gòu)造也相繼問(wèn)世。 變速器多采用飛濺潤(rùn)滑，重型汽車(chē)有時(shí)強(qiáng)制潤(rùn)滑第一、二軸軸承等。 變速器都裝有單向的通氣閥以防殼內(nèi)空氣熱脹而漏油及潤(rùn)滑油氧化。殼底放油塞多放置磁鐵以吸附油內(nèi)鐵屑。 1.2汽車(chē)變速器設(shè)計(jì)的目的和意義

21、進(jìn)入90年代以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的急速開(kāi)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，促使汽車(chē)工業(yè)發(fā)生了根本性的變革，其生產(chǎn)組織方式從傳統(tǒng)的大批量、少品種的剛性生產(chǎn)構(gòu)造向著多品種、中小批量的柔性生產(chǎn)構(gòu)造轉(zhuǎn)變，以CAD/CAE/CAM為代表的現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)方法正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 現(xiàn)代汽車(chē)上廣泛采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍很小，而復(fù)雜的使用條件要求汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力和車(chē)速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，用來(lái)改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍下工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車(chē)能倒

22、退行駛；利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)展動(dòng)力輸出。變速器設(shè)計(jì)的目的就是為了滿足上述的要求，使汽車(chē)在特定的工況下穩(wěn)定的工作。[9] 變速器除了要能滿足一定的使用要求外，還要保證使其和汽車(chē)能有很好的匹配性，可以提高汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況范圍內(nèi)工作提高汽車(chē)的使用壽命、降低能源消耗、減少汽車(chē)的使用噪聲等。這就要求設(shè)計(jì)人員依據(jù)汽車(chē)的技術(shù)參數(shù)，合理的選擇變速器的參數(shù)，使所設(shè)計(jì)的變速器能和整車(chē)具有很好的匹配性。 1.3 汽車(chē)變速器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和開(kāi)展趨勢(shì) 1.3.1 變速器國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀 早期的汽車(chē)傳動(dòng)系，從發(fā)動(dòng)機(jī)到車(chē)輪之間的動(dòng)力傳動(dòng)形式是很簡(jiǎn)

23、單的。1892年法國(guó)制造出第一輛帶有變速器的汽車(chē)。1921年英國(guó)人赫伯特·福魯特采用耐用的摩擦材料進(jìn)一步完善了變速器的性能。現(xiàn)代汽車(chē)變速器是1894年由法國(guó)人路易斯·雷納·本哈特和艾米爾·拉瓦索爾推廣使用的。目前為止，變速器經(jīng)歷了幾個(gè)開(kāi)展階段，主要為： 1、手動(dòng)變速器 手動(dòng)變速器主要采用齒輪傳動(dòng)的降速原理。變速器內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的齒輪副，而汽車(chē)行駛時(shí)的換擋工作，也就是通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)使變速器內(nèi)的不同的齒輪副工作。手動(dòng)變速器又稱手動(dòng)齒輪式變速器，含有可以在軸向滑動(dòng)的齒輪，通過(guò)不同齒輪的嚙合到達(dá)變速變矩的目的[3]。手動(dòng)變速器的換擋操作可以完全遵從駕駛者的意志，且構(gòu)造簡(jiǎn)單、故障率相對(duì)較低、價(jià)廉物

24、美。 2、自動(dòng)變速器 自動(dòng)變速器是根據(jù)車(chē)速和負(fù)荷〔油門(mén)踏板的行程〕來(lái)進(jìn)展雙參數(shù)控制，擋位根據(jù)上面的兩個(gè)參數(shù)來(lái)自動(dòng)升降。自動(dòng)變速器與手動(dòng)變速器的共同點(diǎn)，就是二者都屬于有級(jí)式變速器，只不過(guò)自動(dòng)變速器可以根據(jù)車(chē)速的快慢來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)換擋，可以消除手動(dòng)變速器"頓挫〞的換擋感覺(jué)。 自動(dòng)變速器是由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)液力傳遞和齒輪組合的方式來(lái)到達(dá)變速變矩的目的。 3、無(wú)級(jí)變速器 無(wú)級(jí)變速器又稱為連續(xù)變速式無(wú)級(jí)變速器。這種變速器與一般齒輪式自動(dòng)變速器的最大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng)，而只用了兩組帶輪進(jìn)展變速傳動(dòng)。無(wú)級(jí)變速器構(gòu)造比傳統(tǒng)變速器簡(jiǎn)單，體積更小，它既

25、沒(méi)有手動(dòng)變速器的眾多齒輪副，也沒(méi)有自動(dòng)變速器復(fù)雜的行星齒輪組，主要靠主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶來(lái)實(shí)現(xiàn)速比的無(wú)級(jí)變化[3]。 4、無(wú)限變速式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器〔IVT〕 無(wú)限變速式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器與其它自動(dòng)變速器的差異之一是不使用變矩器。變矩器的作用是通過(guò)油液介質(zhì)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給變速器，它的傳遞效率通常只有80%。IVT由于不使用變矩器，與其它變矩器比較，IVT具有效率高、不易打滑、油耗低、不需要工藝復(fù)雜造價(jià)高昂的金屬傳送帶、構(gòu)造簡(jiǎn)單、本錢(qián)低等一系列優(yōu)點(diǎn)，加上傳遞扭矩大，長(zhǎng)時(shí)間使用也不會(huì)過(guò)度發(fā)熱，不但使用于轎車(chē)，也使用于越野車(chē)，是一種新型變速器。 1.3.2 汽車(chē)變速器的開(kāi)展趨勢(shì) 回憶汽車(chē)變速器

26、的開(kāi)展可以清楚的知道，變速器作為汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成局部，其技術(shù)的開(kāi)展，是衡量汽車(chē)技術(shù)水平的一個(gè)重要依據(jù)。現(xiàn)代汽車(chē)變速器的開(kāi)展趨勢(shì)，是向著可調(diào)自動(dòng)變速器或無(wú)級(jí)變速器的方向開(kāi)展。 自動(dòng)變速器多擋化雖能擴(kuò)大自動(dòng)變速的范圍，但它并非平安迅速。理想的無(wú)級(jí)變速器是在整個(gè)傳動(dòng)范圍內(nèi)能連續(xù)的、無(wú)擋比的切換變速比，是變速器始終按最正確換擋規(guī)律自動(dòng)變速。無(wú)級(jí)化是對(duì)自動(dòng)變速器的理想追求。 現(xiàn)代無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)效率提高，變速反響快、油耗低。隨著電子技術(shù)的開(kāi)展，變速器的自動(dòng)控制進(jìn)一步完善，在各種使用工況下能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的最正確匹配，控制更加準(zhǔn)確、有效，性能價(jià)格比大大提高。無(wú)級(jí)變速器裝有自動(dòng)控制裝置，行車(chē)中可

27、以根據(jù)車(chē)速自動(dòng)調(diào)整擋位，無(wú)需人工操作，省去了換擋及踩踏離合器踏板的操作。其缺乏之處在于價(jià)格昂貴、維修費(fèi)用很高，而且使用起來(lái)比手動(dòng)擋車(chē)費(fèi)油，尤其是低速行駛或堵車(chē)中走走停停時(shí)，更會(huì)增大油耗[7]。 當(dāng)今世界各大汽車(chē)公司對(duì)無(wú)級(jí)變速器的研究都十分活潑。不久的將來(lái)，隨著電子控制技術(shù)的進(jìn)一步完善，電子控制式的無(wú)級(jí)變速器可望得到廣泛的開(kāi)展和應(yīng)用。 1.4 手動(dòng)變速器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 1.4.1 手動(dòng)變速器的特點(diǎn) 手動(dòng)變速器的擋數(shù)通常在6擋以下，當(dāng)擋數(shù)超過(guò)6擋時(shí)，可以在6擋以下的主變速器的根底上，再行配置副變速器，通過(guò)兩者的組合獲得多擋變速器。 近年來(lái)，為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢(shì)。

28、目前，乘用車(chē)一般采用4-5個(gè)擋位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車(chē)多用5個(gè)擋。商用車(chē)變速器采用4-5個(gè)擋或多擋。載質(zhì)量在2.0-3.5t的貨車(chē)采用五擋變速器，載質(zhì)量在4.0-8.0t的貨車(chē)采用六擋變速器。多擋變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車(chē)和越野車(chē)上[6]。 *些汽車(chē)的變速器，設(shè)置有用在良好的路面上輕載或空車(chē)駕駛的場(chǎng)合的超速擋，超速擋的傳動(dòng)比小于1。采用超速擋，可以提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。但是如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率不高，則超速擋使用頻率很低，節(jié)油效果不顯著，甚至影響汽車(chē)的動(dòng)力性。 從傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置上來(lái)說(shuō)，目前，兩軸式和三軸式變速器都得到了廣泛的應(yīng)用。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(chē)上。三軸式變

29、速器的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(lái)傳遞轉(zhuǎn)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、第二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接擋的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，因?yàn)橹苯訐醯睦寐室哂谄渌鼡跷?，因此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(guò)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和第二軸之間的距離〔中心距〕不大的情況下，一擋仍有較大的傳動(dòng)比；擋位高的齒輪采用長(zhǎng)嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪可以采用或不采用長(zhǎng)嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一擋以外的其它擋位的換擋機(jī)

30、構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)構(gòu)造的一擋也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。 手動(dòng)變速器的開(kāi)展趨勢(shì)是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪比直齒圓柱齒輪有更長(zhǎng)的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍微復(fù)雜且在工作時(shí)有軸向力。因此，在變速器中，除低擋及倒擋齒輪外，直齒圓柱齒輪已被斜齒圓柱齒輪所取代。當(dāng)然，常嚙合齒輪副的增多將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)局部總慣性力矩的增大。 1.4.2 手動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)要求 (1)、正確選擇變速器的擋位數(shù)和傳動(dòng)比，使其和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車(chē)具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； (2)、設(shè)置空擋以保證汽車(chē)在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)和

31、傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間別離，設(shè)置倒擋使汽車(chē)能倒退行駛； (3)、操縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力； (4)、傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲； (5)、體積小、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； (6)、制造容易、本錢(qián)低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)； (7)、貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； (8)、需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 1.4.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù)長(zhǎng)城風(fēng)駿皮卡的有關(guān)參數(shù)，通過(guò)變速器各局部參數(shù)的選擇和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種根本符合要求的手動(dòng)變速器。本文主要完成下面一些主要工作： 1、參數(shù)計(jì)算。包括變速器傳動(dòng)比計(jì)算、中心距計(jì)算、齒輪參數(shù)計(jì)算、各擋齒輪齒數(shù)

32、的分配； 2、變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算。變速器齒輪幾何尺寸計(jì)算；變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇；計(jì)算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)； 3、變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。包括各軸直徑及長(zhǎng)度計(jì)算、軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的加工工藝分析； 4、變速器軸承的選擇及校核； 5、同步器的設(shè)計(jì)選用和參數(shù)選擇； 6、變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用； 7、變速器箱體的設(shè)計(jì)。 第2章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案確定 2.1設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù) 本設(shè)計(jì)是根據(jù)長(zhǎng)城風(fēng)駿皮卡的技術(shù)參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一種輕型貨汽車(chē)變速器，其具體參數(shù)如表2.1。 表2.1 長(zhǎng)城風(fēng)駿皮卡的主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 70kw 車(chē)輪型

33、號(hào) 215/75 R15 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 260Nm 最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速 3600 r/min 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 1600~2600r/min 最高車(chē)速 140km/h 總質(zhì)量 2795kg 整備質(zhì)量 2470kg 2.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析和形式選擇 本設(shè)計(jì)應(yīng)用 體布置方案，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力依次經(jīng)過(guò)離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置〔萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸〕、主減速器、差速器、半軸，傳到驅(qū)動(dòng)輪，如圖2.1所示 1.離合器； 2.變速器； 3.萬(wàn)向傳動(dòng)裝置； 4.驅(qū)動(dòng)橋 圖2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系 變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)的不同，

34、變速器有三、四、五和多檔幾種。根據(jù)軸的不同類(lèi)型，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩大類(lèi)。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。 2.2.1兩軸式變速器的特點(diǎn)分析 與中間軸式變速器相比較，兩軸式變速器構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊且除最高擋外其他各擋的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車(chē)多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車(chē)的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車(chē)質(zhì)量減少6%～10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且使傳動(dòng)系的構(gòu)造簡(jiǎn)單。兩軸式變速器沒(méi)有直接擋，因此在高擋工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。 如圖2.2a～c所示為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車(chē)的兩軸式變速器傳動(dòng)方案。其特

35、點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體；多數(shù)方案的倒擋傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其它擋位均用常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖2.2c中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換擋；圖2-2a所示方案的變速器有輔助支承，用來(lái)提高軸的剛度。 圖2.2 兩軸式變速器傳動(dòng)方案 2.2.2 中間軸式變速器特點(diǎn)分析 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(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車(chē)上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上，第一軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤(pán)，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。 如圖2.3a～d所示為中間軸式變速器的傳動(dòng)方案，其中a～b為中間軸式五擋變速器，c～d為中間軸式六擋變速器的傳動(dòng)方案

36、。中間軸式變速器的共同特點(diǎn)為：變速器第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保證兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接擋。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)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可到達(dá)90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訐醯睦寐室哂谄渌麚跷唬蚨岣吡俗兯倨鞯氖褂脡? 命；在其他前進(jìn)擋位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)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

37、齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪可以不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案件中除一擋以外的其他擋位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或接合套換擋，少數(shù)構(gòu)造的一擋也采用同步器或接合套換擋，各擋同步器或接合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 圖2.3 中間軸式變速器傳動(dòng)方案 在除直接擋以外的其他擋位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。 2.2.3 倒擋布置方案分析 與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車(chē)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)倒檔，故屢次數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒檔。為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，有些方案利用中間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中參加一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案；也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪方案的。前者雖

38、然構(gòu)造簡(jiǎn)單，但是中間傳動(dòng)齒輪的輪齒是在最不利的正、負(fù)交替變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作；而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，并使倒檔傳動(dòng)比略有增加。也有少數(shù)變速器采用構(gòu)造復(fù)雜和使本錢(qián)增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。 〔a〕 〔b〕 〔c〕 〔d〕 圖2.4 倒檔布置方案 圖2.4為常見(jiàn)的倒檔布置方案。圖2.4(a)所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒檔時(shí)利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度；但換檔時(shí)要求有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難。圖2.4(b)所示方案能獲得較大的倒檔

39、傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖2.4(c)所示方案是將中間軸上的一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖2.4〔d〕所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔更為輕便。 綜上所述，方案(c)較為適合本設(shè)計(jì) 變速器的一檔或倒檔因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從抵檔到高檔的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒檔的傳動(dòng)比雖然與一檔的傳動(dòng)比接近，

40、但因?yàn)槭褂玫箼n的時(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一檔布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒檔。此時(shí)在倒檔工作時(shí)，輪齒磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，而在一檔工作時(shí)輪齒的磨損與噪聲有所減少。 4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的其他問(wèn)題 常用擋位的齒輪因接觸應(yīng)力過(guò)高而易造成外表點(diǎn)蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的兩端支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態(tài)，以減少偏載并提高齒輪壽命[7]。 *些汽車(chē)的變速器有僅在好路或空車(chē)行駛時(shí)才使用的超速擋。使用傳動(dòng)比小于1的超速擋，能夠更充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，使汽車(chē)行駛1Km所需發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的總轉(zhuǎn)數(shù)減少，因而有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)

41、磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較，使用超速擋會(huì)使傳動(dòng)效率降低、工作噪聲增加。 機(jī)械式變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力時(shí)處于工作狀態(tài)的齒輪對(duì)數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪和殼體等零件的制造精度等。 2.3 零部件構(gòu)造方案分析 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。 與直齒圓柱齒輪比較，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)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這對(duì)軸承不利。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)變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒

42、檔，本設(shè)計(jì)為一檔和倒檔采用直齒圓柱齒輪，二、三、四檔常嚙合齒輪采用斜齒圓柱齒輪。 2.3.2換擋機(jī)構(gòu)形式 變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換擋三種形式。 汽車(chē)行駛時(shí)，因變速器內(nèi)各轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪有不同的角度，所以用軸向滑動(dòng)直齒齒輪方式換擋，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨噪聲。這不僅使齒輪端部磨損加劇并過(guò)早損壞，同時(shí)使駕駛員精神緊*，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術(shù)〔如兩腳離合器〕才能使換擋時(shí)齒輪無(wú)沖擊，并抑制上述缺點(diǎn)；但換擋瞬間駕駛員注意力被分散，又影響行駛平安。除此之外，采用直齒換擋時(shí)，換擋行程長(zhǎng)也是它的缺點(diǎn)。因此，盡管這種換擋方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造、拆裝與

43、維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉(zhuǎn)局部的慣性力矩，但除一擋、倒擋已很少使用。 當(dāng)變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時(shí)，可以用移動(dòng)嚙合套換擋。這時(shí)，不僅換擋行程短，同時(shí)因承受換擋沖擊載荷的接合齒數(shù)多，而輪齒又不參與換擋，所以它們都不會(huì)過(guò)早損壞；但因不能消除換擋沖擊，仍然要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)局部的總慣性力矩增大。因此，目前這種換擋方法只在*些要求不高的擋位及重型貨車(chē)變速器上應(yīng)用。這是因?yàn)橹匦拓涇?chē)擋位間的公比較小，則換擋機(jī)構(gòu)連接件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋，并且與同步器比較還有構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造容易、能夠減低制造本錢(qián)及減小變

44、速器長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)。 使用同步器能保證迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高了汽車(chē)的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛平安性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有構(gòu)造復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器換擋，其換擋行程要比滑動(dòng)齒輪換擋行程短。在滑動(dòng)齒輪特別寬的情況下，這種差異就更為明顯。為了操縱方便發(fā)，要求換入不同擋位的變速桿行程應(yīng)盡可能一樣，如利用同步器或嚙合套換擋，就很容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 2.3.3 防止自動(dòng)脫擋的構(gòu)造 自動(dòng)脫檔是變速器的主要故障之一。由于接合齒磨損、變速器軸剛度缺乏以及振動(dòng)等原因都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫檔。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施

45、以外，目前在構(gòu)造上采取措施行之有效的方案有：將兩接合齒的嚙合齒位置錯(cuò)開(kāi);將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切薄；將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角等等一些措施可以有效防止脫檔現(xiàn)象的發(fā)生。 2.3.4 變速器軸承 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的變速器軸支承在殼體或其它部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接處應(yīng)安置軸承。變速器軸承常采用圓柱輥?zhàn)虞S承、球軸承、滾針軸承圓錐輥?zhàn)虞S承、滑動(dòng)軸套等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種類(lèi)型的軸承，是受構(gòu)造限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同的。 汽車(chē)變速器構(gòu)造緊湊、尺寸小的特點(diǎn)，采用尺寸大些的軸承受限制，常在布置上有困難。如變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠

46、時(shí)可布置圓柱輥?zhàn)虞S承，假設(shè)空間缺乏則采用滾針軸承。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是輕型汽車(chē)，故內(nèi)腔空間比較狹小，只能采用滾針軸承，而第二軸后端采用球軸承，用來(lái)承受軸向力和徑向力。作用在第一軸常嚙合齒輪上的軸向力，經(jīng)第一軸后部軸承傳給變速器殼體，此處用軸承外圈有擋圈的球軸承。中間軸上齒輪工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力，原則上由前或后軸承來(lái)承受都可以，但在殼體前端面布置軸承蓋有困難，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱輥?zhàn)虞S承來(lái)承受徑向力，而后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓柱輥?zhàn)虞S承，本設(shè)計(jì)兩端均采用有擋圈的球軸承。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承，以及中間軸前、后軸承，按之直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱輥?zhàn)虞S承。軸

47、承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證后壁兩軸承孔之間的距離不小于6～20mm。 滾針軸承、滑動(dòng)軸承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。滾針軸承有滾動(dòng)摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、徑向配合間隙小、定位及運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、有利于齒輪嚙合等優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)軸套的徑向配合間隙大、易磨損、間隙增大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)精度并使工作噪聲增加?；瑒?dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易、本錢(qián)低，但為了設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，在設(shè)計(jì)中只采用滾針軸承。 2.4 本設(shè)計(jì)所采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 在本次設(shè)計(jì)中采用5+1擋中間軸式變速器。采用如圖2.6所示的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案。其中齒輪構(gòu)造形式斜齒圓柱齒輪；換擋機(jī)構(gòu)形式為環(huán)式同步器的

48、方案。 圖2.6 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 2.5 本章小結(jié) 本章主要依據(jù)變速器幾種常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，對(duì)兩軸式和中間軸式的變速器的構(gòu)造特點(diǎn)作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，分析了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)介紹了幾種常見(jiàn)的倒擋機(jī)構(gòu)布置方案，并比較了各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。在零部件的選擇局部，對(duì)變速器齒輪、換擋機(jī)構(gòu)的形式和變速器防止自動(dòng)脫擋的構(gòu)造進(jìn)展了分析和說(shuō)明。最后結(jié)合本次設(shè)計(jì)所依據(jù)車(chē)輛的主要技術(shù)參數(shù)，選擇了本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案和零、部件的構(gòu)造形式，作為以后各章節(jié)設(shè)計(jì)的根底。 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇和齒數(shù)分配 3.1 變速器各擋傳動(dòng)比確實(shí)定 3.1.1 變速器最低擋傳動(dòng)比確實(shí)定 在選擇最低

49、擋傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪和地面的附著力、汽車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。 汽車(chē)爬坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于抑制輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力[10]。故有 則由最大爬坡度要求的變速器1擋傳動(dòng)比為 (3.1) 式中：－汽車(chē)總質(zhì)量，m=2795 Kg； －重力加速度，m/s2； －道路附著系數(shù)，； －驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，=342 mm； －發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=260 NM －主減速比，=3.542； －汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，。 將各數(shù)據(jù)代入式(3.1)中得 根

50、據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件 可求得變速器一擋傳動(dòng)比為 (3.2) 式中：－汽車(chē)滿載靜止與水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，Kg； －道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取～； 其他參數(shù)同式(3.1)。 將各數(shù)據(jù)代入式(3.2)得 通過(guò)以上計(jì)算可得到3.61＜＜4.87，在本設(shè)計(jì)中，取。 3.1.2 變速器其他各擋傳動(dòng)比確實(shí)定 變速器的四擋為直接擋，其傳動(dòng)比為1.0，中間擋的傳動(dòng)比理論上按公比(其中n為擋位數(shù))的幾何級(jí)數(shù)排列，實(shí)際上與理論值略有出入。將各數(shù)代入式中得 則變速器其他各擋的傳動(dòng)比為 3.2中心距確實(shí)定 對(duì)中間軸式變速器，

51、是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距；對(duì)兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距。它是一個(gè)根本參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。還有，變速器中心取得過(guò)小，會(huì)使變速器長(zhǎng)度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞[11]。 中間軸式變速器的中心距(mm)可根據(jù)對(duì)已有

52、變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)歷公式初選，經(jīng)歷公式為 (3.3) 式中：－中心距系數(shù)，乘用車(chē)：，商用車(chē)：； －發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(N·m)； －變速器一擋傳動(dòng)比； －變速器的傳動(dòng)效率，取96%。 將各數(shù)代入式(3.3)中得 =84.50~93.91mm 故可初選中心距mm。 3.3變速器外形尺寸的初選 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。 影響變速器殼體軸向尺寸的有變速器的擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。實(shí)際初可根據(jù)中心距離的尺寸參照以

53、下關(guān)系初選。 乘用車(chē)變速器殼體的軸向尺寸為。 商用車(chē)變速器的軸向尺寸為： 四擋：五擋；六擋 所以本設(shè)計(jì)變速器的軸向尺寸可初選為mm，取整mm。 變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的構(gòu)造尺寸鏈確定。 3.4 變速器齒輪參數(shù)的選擇 3.4.1模數(shù) 齒輪模數(shù)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所確定。選擇模數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時(shí)將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對(duì)乘用車(chē)很重要，而對(duì)商用車(chē)則更應(yīng)重視減小其質(zhì)量。 變速器用齒輪模數(shù)的范圍如表3.1。 所選模數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1357—198

54、7的規(guī)定，在本設(shè)計(jì)中所有齒輪模數(shù)選擇3.0。同步器的接合齒和嚙合套多采用漸開(kāi)線齒形。由于工藝上的考慮，同一變速器中的結(jié)合齒采用同一模數(shù)。其選取的范圍是：轎車(chē)及輕、中型貨車(chē)為2～3.5；重型貨車(chē)為3.5～5。選取較小模數(shù)并增多齒數(shù)有利于換擋。所選模數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此處取3.0mm。 表3.1 汽車(chē)變速器齒輪的法向模數(shù) 車(chē) 型 乘用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L 貨車(chē)的最大總質(zhì)量/t 1.0＞V≤ 1.6 1.6＜V≤ 2.5 6.0＜≤14.0 ≥14.0 模數(shù)/mm 2.25～2.75 2.75～3.00 3.50～4.50 4.50～6.00 3.4.2 齒形

55、、壓力角及螺旋角 汽車(chē)變速器的齒形、壓力角及螺旋角按表3.2選取。 表3.2 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 工程 車(chē)型 齒形 壓力角α 螺旋角β 轎車(chē) 高齒并修形的齒形 ，，， ～ 一般貨車(chē) GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形 ～ 重型車(chē) GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形 低擋、倒擋齒輪， 小螺旋角 斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對(duì)齒輪工作噪聲、齒輪的強(qiáng)度和軸向力有影響。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。實(shí)驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的

56、增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過(guò)當(dāng)螺旋角大于 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，從提上下?lián)觚X輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角，以 15°～25°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)中選用較大的螺旋角。 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。 壓力角初選 3.4.3 齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又

57、要保證輪齒的強(qiáng)度及工作平穩(wěn)性的要求。通常可以根據(jù)齒輪模數(shù)來(lái)選擇齒寬b。 式中：－齒寬系數(shù)，直齒輪取，斜齒輪取； －法面模數(shù)。 3.4.4 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。假設(shè)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(guò)齒頂高系數(shù)為0.75～0.80的短齒制齒輪。我國(guó)規(guī)定，齒頂高系數(shù)取為1.00。 3.5 變速器各擋齒輪齒數(shù)的分配 在初選了變速器的擋位數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、軸向尺寸及齒輪模數(shù)和螺旋角并繪

58、出變速器的構(gòu)造方案簡(jiǎn)圖后，即可對(duì)各擋齒輪的齒數(shù)進(jìn)展分配。所設(shè)計(jì)的變速器的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3.1所示。 3.5.1 確定一擋齒輪的齒數(shù) 初選一擋螺旋角 一擋傳動(dòng)比，且 為了確定，的齒數(shù)，先求齒數(shù)和 直齒輪 (3.4) 斜齒輪 (3.5) 由于一擋齒輪為斜齒輪，故可用式(3.5)計(jì)算。代入數(shù)據(jù)后得 計(jì)算后應(yīng)取為整數(shù)，然后再進(jìn)展大、小齒輪齒數(shù)的分配，中間軸上小齒輪的最小齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時(shí)，對(duì)軸的尺寸和齒 輪齒數(shù)要統(tǒng)一考慮。為防止根切、增加強(qiáng)度，一擋小齒輪應(yīng)為變位齒輪。貨車(chē)中間軸式變速器一擋傳動(dòng)比時(shí)，中間軸

59、上一擋齒輪的齒數(shù)可在之間選取；貨車(chē)可在12～17之間選用[13]。則可取 取一擋小齒輪齒數(shù) 1- 第一軸常嚙合齒輪；2-中間軸常嚙合齒輪；3-第二軸三擋齒輪；4-中間軸三擋齒輪；5-第二軸二擋齒輪；6-中間軸二擋齒輪；7-第二軸一擋齒輪；8-中間軸一擋齒輪；9-第二軸五擋齒輪；10-中間軸五擋齒輪；11-第二軸倒擋齒輪；12-中間軸倒擋齒輪；13-倒擋中間齒輪 圖3.1 變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 3.5.2 對(duì)中心距進(jìn)展修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)

60、，故中心距變?yōu)? mm 對(duì)中心距進(jìn)展取整，取中心距mm。 由于調(diào)整后中心距發(fā)生了變化，所以需對(duì)一擋齒輪進(jìn)展變位。中心距變動(dòng)系數(shù)為 嚙合角為 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 而齒輪齒數(shù)比為 故可以分配變位系數(shù)得，。 根據(jù)所確定的齒數(shù)，一擋齒輪準(zhǔn)確的螺旋角的值為 3.5.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù) 由式得 因常嚙合齒輪副與1擋齒輪副以及其它各擋齒輪副的中心距一樣，故由式(3.5)可得 聯(lián)立求解并將、取整數(shù)后得 , 故齒輪齒數(shù)不需調(diào)整。 mm 由于調(diào)整后中心距發(fā)生了變化，所以需對(duì)常

61、嚙合齒輪進(jìn)展角度變位。中心距變動(dòng)系數(shù)為 嚙合角為 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 而齒輪齒數(shù)比為 故可以分配變位系數(shù)得，。 根據(jù)所確定的齒數(shù)，常嚙合齒輪準(zhǔn)確的螺旋角的值為 3.5.4 確定其他各擋齒輪的齒數(shù) 1、確定二擋齒輪的齒數(shù) 二擋齒輪為斜齒輪，則有 聯(lián)立求解，并對(duì)齒數(shù)取整后得 ， 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求出發(fā)，要平衡軸向力 中心距為 mm 由于調(diào)整后中心距發(fā)生了變化，所以需對(duì)二擋齒輪進(jìn)展角度變位。中心距變動(dòng)系數(shù)為 嚙合角為 齒輪總變位系數(shù)為

62、 齒輪齒數(shù)比為 變位系數(shù)可分配為，。 2、確定三擋齒輪的齒數(shù) 三擋齒輪為斜齒輪，當(dāng)其螺旋角與常嚙合齒輪不同時(shí)，則有 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求出發(fā)，要平衡軸向力，要求滿足下式 求解上述三式，取整得，，。 故齒輪齒數(shù)不需調(diào)整。 mm 由于調(diào)整后中心距發(fā)生了變化，所以需對(duì)三擋齒輪進(jìn)展角度變位。中心距變動(dòng)系數(shù)為 嚙合角為 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 而齒輪齒數(shù)比為 故可以分配變位系數(shù)得，。 3、確定五擋齒輪的齒數(shù) 五擋齒輪為斜齒輪，當(dāng)其螺旋角與常嚙

63、合齒輪不同時(shí)，則有 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求出發(fā)，要平衡軸向力，要求滿足下式 求解上述三式，取整得， 故齒輪齒數(shù)不需調(diào)整。 mm 由于調(diào)整后中心距發(fā)生了變化，所以需對(duì)五擋齒輪進(jìn)展角度變位。中心距變動(dòng)系數(shù)為 嚙合角為 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 而齒輪齒數(shù)比為 故可以分配變位系數(shù)得，。 4、倒擋齒輪的設(shè)計(jì)和齒數(shù)確定 通常1擋與倒擋齒輪選用同一模數(shù)，故倒擋齒輪的模數(shù)可以取為3.0。取倒擋中間齒輪13的齒數(shù)取.中間軸倒擋齒輪的齒數(shù)取為，倒擋時(shí)的傳動(dòng)比為。 第二軸倒擋齒輪的齒數(shù)為

64、37.8，取38。 倒擋軸與中間軸的中心距為 倒擋軸與第二軸的中心距為 3.6 本章小結(jié) 本章主要任務(wù)是對(duì)齒輪齒數(shù)進(jìn)展分配、確定中心距。在確定完傳動(dòng)方案后，開(kāi)場(chǎng)進(jìn)展齒輪各參數(shù)的選擇以及齒輪齒形和齒數(shù)的計(jì)算，為后續(xù)設(shè)計(jì)打下根底。 第4章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1變速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 汽車(chē)變速器均為漸開(kāi)線齒輪。漸開(kāi)線齒輪除了能滿足傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比恒定不變等根本要求外，還有互換性好、中心距具有可分性及切齒刀具制造容易等優(yōu)點(diǎn)。漸開(kāi)線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)、分度圓壓力角必須分別相等，兩斜齒輪的螺旋角必須相等而方向相反。根據(jù)以上計(jì)算所得到的變速器齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、齒頂高系

65、數(shù)、齒寬系數(shù)等條件，可計(jì)算得出變速器齒輪的幾何尺寸如表4.1所示。 表4.1變速器齒輪的主要幾何尺寸 工程 齒輪 齒數(shù) 〔mm〕 螺旋角〔〕 端面模數(shù)〔〕 端面壓力角〔〕 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒寬 (mm) 21 21.04 3.21 21.02 67.50 74.4 57.9 20 35 21.04 3.21 21.02 112.50 121.8 105.3 20 27 21.04 3.21 20.7 86.79 94.09 79.35 20 29 21.04 3.21 20.7

66、 93.21 100.87 86.13 20 32 23.56 3.27 20.5 104.73 110.31 97.35 20 23 23.56 3.27 20.5 75.27 81.63 68.67 20 37 25.84 3.33 20.1 123.33 127.47 115.23 20 17 25.84 3.33 20.1 56.67 62.01 49.42 20 14 27.95 3.40 21.4 47.55 50.50 39.15 20 39 27.95 3.40 21.4 132.45 137.80 126.45 20 38 30 3.46 20.1 114 120 106.5 20 18 30 3.46 20.1 54 60 46.5 20 23 30 3.46 20.1 69 75 61.5 20 4.2 計(jì)算變速器各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速 發(fā)動(dòng)機(jī)的最的轉(zhuǎn)矩為260N·m，轉(zhuǎn)速為160