五菱宏光手動變速器設(shè)計(jì)【面包車、商務(wù)車三軸五檔式變速箱】【含CAD高清圖紙和說明書】

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And the trans mission in neutral gear with reverse gear. Transmission also need power output function. Gearbox because of the low-grade work at a larger role, In general, the low-grade gearbox layout are close to the axis after support, Following from low-grade to high-grade order of the layout of stalls gear. This will not only allow axis are large enough for a rigid, but also ensures easy assembly. Gear box overall structure and rigid axle and the shell structure of relations. Generally through the control shaft length control over several stalls to ensure that adequate gear box rigid. This paper describes the design of three-axis five block manual tran mission, the transmission principle of work elaborated, Transmission of the gear shaft and do a detailed design, and the intensity of a school. For some standard parts for the selection. Transmission Trans mission program design. A brief description of the trans mission of all components of the material choice. Keywords : Transmission; Design; Gear; Axis;Checking 目 錄 摘要 .................................................................................................................................................I ABSTRACT ................................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................................1 1.1 選題的背景 ..................................................................................................................1 1.2 目的及意義 ..................................................................................................................2 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) ...........................................................................................................3 2.1 汽車參數(shù)的選擇 ...............................................................................................................3 2.2 變速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求 .......................................................................................3 2.3 傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析 ...................................................................................................3 2.3.1 固定軸式變速器 ....................................................................................................3 2.3.2 倒檔布置方案 ........................................................................................................4 2.3.3 其它問題 ................................................................................................................6 2.4 齒輪形式 ...........................................................................................................................7 2.5 換擋機(jī)構(gòu)形式 ...................................................................................................................7 2.6 變速器軸承 .......................................................................................................................8 2.7 本章小結(jié) ...........................................................................................................................9 第 3 章 變速器設(shè)計(jì)和計(jì)算 ..................................................................................................10 3.1 檔數(shù) .................................................................................................................................11 3.2 傳動比范圍 .....................................................................................................................11 3.3 各檔傳動比的確定 .........................................................................................................11 3.3.1 主減速器傳動比的確定 ........................................................................................11 3.3.2 最低檔傳動比的確定 ............................................................................................12 3.3.3 各檔傳動比的確定 .................................................................................................13 3.3.4 中心距的選定 ........................................................................................................13 3.3.5 變速器的外形尺寸 ................................................................................................14 3.4 齒輪參數(shù) .........................................................................................................................14 3.4.1 模數(shù)的選取 ............................................................................................................14 3.4.2 壓力角 ....................................................................................................................15 3.4.3 螺旋角 ....................................................................................................................15 3.4.4 齒寬 .........................................................................................................................16 3.4.5 齒頂高系數(shù) ............................................................................................................17 3.4.6 變位系數(shù)的選擇原則 ............................................................................................17 3.5 各檔齒數(shù)的分配 .............................................................................................................18 3.5.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) ............................................................................................18 3.5.2 對中心距進(jìn)行修正 ................................................................................................20 3.5.3 確定常嚙合傳動齒輪副齒數(shù)及變位系數(shù) ............................................................20 3.5.4 確定其他各檔齒數(shù)及變位系數(shù) ............................................................................21 3.5.5 確定倒檔齒輪齒數(shù)及變位系數(shù) ............................................................................26 3.6 本章小結(jié) .........................................................................................................................28 第 4 章 變速器的校核 ...........................................................................................................29 4.1 齒輪的損壞形式 .............................................................................................................29 4.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 ................................................................................................................28 4.2.1 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 .................................................................................................28 4.2.2 齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算 .................................................................................................30 4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................................32 4.4 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 .................................................................................................................33 4.4.1 軸的剛度的計(jì)算 .....................................................................................................33 4.4.2 軸的強(qiáng)度的計(jì)算 .....................................................................................................38 4.5 軸承壽命計(jì)算 .................................................................................................................41 4.6 本章小結(jié) .........................................................................................................................44 第 5 章 同步器的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................45 5.1 鎖銷式同步器 ................................................................................................................45 5.1.1 鎖銷式同步器結(jié)構(gòu) ................................................................................................45 5.1.2 鎖銷式同步器工作原理 ........................................................................................45 5.2 鎖環(huán)式同步器 .................................................................................................................46 5.2.1 鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu) ................................................................................................46 5.2.2 鎖環(huán)式同步器的工作原理 ....................................................................................46 5.2.3 鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 ............................................................................47 5.3 本章小結(jié) ........................................................................................................................49 第 6 章 變速器操縱機(jī)構(gòu) ......................................................................................................50 6.1 直接操縱手動換擋變速器 ........................................................................................50 6.2 遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器 ....................................................................................50 6.3 本章小結(jié) ....................................................................................................................51 結(jié)論 ..............................................................................................................................................52 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................53 致謝 ..............................................................................................................................................54 附錄 ..............................................................................................................................................55 1 第 1 章 緒 論 1.1 選題的背景 近幾年國內(nèi)外汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，車型的多樣化和個性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨 勢。但變速器設(shè)計(jì)一直是汽車設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū) 動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，特別是對輕 型商用車而言，其設(shè)計(jì)意義更為明顯。在對汽車性能要求越來越高的今天，車輛的舒 適性也是評價(jià)汽車的一個重要指標(biāo)，而變速器的設(shè)計(jì)如果不合理，將會使汽車的舒適 性下降，使汽車的運(yùn)行噪聲增大。國產(chǎn)商用車所裝配的變速器主要以國產(chǎn)手動檔變速 器為主，變速器是由變速傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)前進(jìn)擋數(shù)的不同，變速箱有 三、四、五和多擋幾種。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、中間軸式和多中間軸式變速箱。汽車變速器是影響整車動力性、經(jīng) 濟(jì)性、舒適性的重要總成，國內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人們對汽車駕乘的舒 適性越來越重視。國內(nèi)商用車市場的快速發(fā)展，2008 年全國載貨汽車保有量為 10、465、404 輛，與 2007 年相比，增加 722、181 輛，增長 7.41%。其中輕型載貨汽 車 5、863、787 輛，貢獻(xiàn)度最大的車型是輕型貨車，輕型貨車對商用車銷量的貢獻(xiàn)度 為 44.16%，其次是重型貨車和微型貨車，其貢獻(xiàn)度分別為 19.89%和 12.93%。汽車變 速器的使用壽命與整車基本相當(dāng)，售后維修市場對變速器總成的需求僅占少數(shù)，故此 可將輕型商用車市場近似為它的變速器配套市場空間。隨著全球能源及原材料價(jià)格的 不斷上漲，汽車銷售價(jià)格的下降，要求汽車變速器向著體積小質(zhì)量輕、承載能力大、 結(jié)構(gòu)緊湊上發(fā)展。這就要求零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)機(jī)械性能也要相應(yīng)有所改變，向著小巧緊湊 高強(qiáng)度，高剛性方向改進(jìn)，進(jìn)而也要求有新技術(shù)新工藝來保證能夠制造出來。目前許 多變速器生產(chǎn)企業(yè)正在研發(fā)一些能大幅提高離合器、同步器壽命和行車安全性，且保 留了傳統(tǒng)有級機(jī)械變速器傳動效率高、體積小、機(jī)構(gòu)簡單、使用可靠、易于制造、成 本低、燃油消耗少和維護(hù)與使用費(fèi)用低、多檔位、大速比變化范圍改善了汽車的動力 性、燃油經(jīng)濟(jì)性和換檔平順性的變速器?，F(xiàn)在汽車變速器的發(fā)展趨勢是向著可調(diào)自動 變速箱或無級變速器方向發(fā)展。無級變速機(jī)構(gòu)由兩組錐形輪組成，包括一對主動錐形 輪（錐形輪組 1）和一對被動錐形輪（錐形輪組 2） 同時有一根鏈條運(yùn)行在兩對錐形 輪 V 形溝槽中間，鏈條的運(yùn)動如同動力傳遞單元。錐形輪組 1 由發(fā)動機(jī)的輔助減速機(jī) 2 構(gòu)驅(qū)動，發(fā)動機(jī)的動力通過鏈條傳遞給錐形輪組 2 直至終端驅(qū)動。在每組錐形輪中有 一個錐形輪可以在軸向移動，調(diào)整鏈條在錐形輪的工作直徑并傳遞速比。兩組錐形輪 必須保持相同的調(diào)整，以保證鏈條始終處與漲緊狀態(tài)，使傳遞扭矩時錐形輪接觸充分 的壓力。采用無級變速器可以節(jié)約燃料，使汽車單位油耗的行駛里程提高 30%。通過 選擇最佳傳動比，獲得最有利的功率輸出，它的傳動比比傳統(tǒng)的變速器輕，結(jié)構(gòu)更簡 單而緊湊。世界各大汽車制造商正競相開發(fā)無級變速器。專家預(yù)計(jì) 2008 至 2009 年間 無級變速器將成為世界各大汽車制造商的技術(shù)開發(fā)重點(diǎn)。 1.2 目的及意義 通過一步步的計(jì)算和校核來改善變速器的工作狀態(tài)，使其達(dá)到理想的舒適性并減 小工作時的噪聲。傳統(tǒng)的變速器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法一般是根據(jù)性能要求利用經(jīng)驗(yàn)公式取初 值，然后計(jì)算其強(qiáng)度，傳動質(zhì)量指標(biāo)等，如不符合要求根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式改變某些參數(shù)， 繼續(xù)計(jì)算直至符合所有的條件與要求。通過本題目的設(shè)計(jì)，可綜合運(yùn)用所學(xué)知識對輕 型商用車的手動變速器進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于本題目模擬工程一線實(shí)際情況，通過畢業(yè)設(shè)計(jì) 可與工程實(shí)踐直接接觸，從而可以提高解決實(shí)際問題的能力，綜合提高自身的設(shè)計(jì)和 制造水平。 本設(shè)計(jì)研究基本內(nèi)容是研究輕型商用車的機(jī)械變速器的組成、結(jié)構(gòu)與原理，弄清 楚同步器、齒輪、軸等零部件之間的配合關(guān)系。選擇標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)在總當(dāng)數(shù)和一檔傳 動比確定后，合理分配各檔位的速比，接著計(jì)算出齒輪參數(shù)和中心距，并對齒輪進(jìn)行 強(qiáng)度驗(yàn)算，確定齒輪的結(jié)構(gòu)與尺寸，繪制出所有齒輪的零件圖，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初步計(jì) 算出所有軸的基本尺寸，對每個檔位下對軸的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，確定出軸的結(jié)構(gòu) 與尺寸，繪制出各個軸的結(jié)構(gòu)與尺寸，對現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、完善，最 終完成變速器的零件圖和裝備圖的繪制。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制變速器的各零 件的零件圖，并完成變速器的總裝配圖。在此次設(shè)計(jì)中對變速器作了總體設(shè)計(jì)，對變 速器的傳動方案進(jìn)行了選擇，變速器的齒輪和軸做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，對同步器和一 些標(biāo)準(zhǔn)件做了選型設(shè)計(jì)。 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 汽車參數(shù)的選擇 變速器設(shè)計(jì)所需的汽車基本參數(shù)如下表: 表2.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù)表 發(fā)動機(jī)最大功率 63kw 最高車速 140km/h 總質(zhì)量 2880kg 最大轉(zhuǎn)矩 108Nm 2.2 變速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求 對變速器如下基本要求: 1）保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性。 2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪的傳輸。 3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛。 4）設(shè)置動力輸出裝置，需要時能進(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。 除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。 滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)，傳動比范圍和各擋傳動 比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。 2.3 傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析 2.3.1 固定軸式變速器 固定軸式又分為兩軸式，中間軸式，雙中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，其 中兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī) 4 前置后輪驅(qū)動的汽車上。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結(jié)構(gòu)簡單，輪廓尺 寸小，布置方便，中間擋位傳動效率高和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。因兩軸式變速器不能設(shè)置直 接擋，所以在高擋工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。此外， 受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設(shè)計(jì)得很大。所以我選擇的是中間軸式 的變速器。 圖 2.1，分別示出了幾種中間軸式五擋變速器傳動方案。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)動機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸 直接輸出，此時變速器的傳動效率高，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，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設(shè)置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對齒 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 然有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒輪（一擋）可以 采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動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，中間 軸式變速器的傳動效率略有降低，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數(shù)，換擋方式和到檔傳動方案上有差別。 圖2.1a所示方案，除一檔和倒擋用直齒滑動齒輪換擋外，其余各擋為常嚙合齒輪 傳動。圖2.1b，c ，d所示方案的各前進(jìn)擋，均用常嚙合齒輪傳動；圖3.1d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 只有四個前進(jìn)擋的變速器。以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動的擋位，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，擋位低的用嚙合套換擋。 發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動的貨車采用中間軸式變速器，為加強(qiáng)傳動軸剛度，可將變速 器后端加中間支撐。 中間軸和第二軸都有三個支承。如果在殼體內(nèi)，布置倒擋傳動 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。 2.3.2 倒擋布置方案 與前進(jìn)擋位比較，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) 方案采用直齒滑動齒輪方式換倒擋。為實(shí)現(xiàn)倒擋傳動，有些方案利用在中間軸和第二 軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是中 5 圖2.1 中間軸式五擋變速器傳動方案 間傳動齒輪的輪齒，是在最不利的正，負(fù)交替對稱變化的彎曲應(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，并使倒擋傳動比略有增加。 圖 2.2 為常見的倒擋布置方案。圖 2.2b 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時利用了中間軸 上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合，使換 擋困難。圖 2.2c 所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖 2.2d 所示方案針對前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖 2.2c 所示方案。圖 2.2e 所示 方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖 2.2f 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 度，有的貨車倒擋傳動采用圖 2.2g 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。 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r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 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。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因?yàn)?使用倒擋的時間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處，然后再 6 圖2.2 倒擋布置方案 圖 2.3 倒擋軸位置與受力分析 布置倒擋。此時在倒擋工作時，齒輪磨損與噪聲在短時間內(nèi)略有增加，與此同時在一 擋工作時齒輪的磨損與噪聲有所減少。 除此以外，倒擋的中間齒輪位于變速器的左側(cè)或右側(cè)對倒擋軸的受力狀況有影響， 如圖 2.3 所示。 2.3.3 其他問題 經(jīng)常使用的擋位，其齒輪因接觸應(yīng)力過高而造成表面電蝕損壞。將高擋布置在靠 近軸的支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角較小，齒輪保 持較好的嚙合狀態(tài)，偏載減少能提高齒輪壽命。 某些汽車變速器有僅在好路或空車行駛時才使用的超速擋。使用傳動比小于 1（為 0.70.8）的超速擋，能夠充分地利用發(fā)動機(jī)功率，使汽車行駛 1km 所需發(fā)動機(jī) 曲軸的總轉(zhuǎn)速降低，因而有助于減少發(fā)動機(jī)磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較， 使用超速擋會使傳動效率降低，噪聲增大。 7 機(jī)械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力時處于工作狀 態(tài)的齒輪對數(shù)，每分鐘轉(zhuǎn)速，傳遞的功率，潤滑系統(tǒng)的有效性，齒輪和殼體等零件的 制造精度等。 2.4 齒輪形式 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，工作時噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn) 是制造時稍復(fù)雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡 管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于 低檔和倒擋。我的設(shè)計(jì)中一擋和倒擋用的是直齒輪，其他擋都是斜齒輪。 2.5 換擋機(jī)構(gòu)形式 變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。汽車行駛時各 擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動直齒齒輪的方式換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖 擊，并伴隨有噪聲。這使齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時使駕駛員精神緊張，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） ，時齒輪換擋時無沖擊，才能克服上述缺點(diǎn)。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會影 響行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡單，但除一擋，倒擋外已很少使用。 由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)，所以可用移動嚙合套換擋。 這時，因同時承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多。而輪齒又不參與換擋，它們都不會 過早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍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)部分的總慣性矩增大。 因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。這 是因?yàn)橹匦拓涇嚀跷婚g的公比較小，則換擋機(jī)構(gòu)連件之間的角速度差也小，因此采用 嚙合套換擋，并且還能降低制造成本及減小變速器長度。 使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)， 從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖 然它有機(jī)構(gòu)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。 使用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程小。在滑動齒輪特 別寬的情況下，這種差別就更為明顯。為了操縱方便，換入不同擋位的變速桿行程要 求盡可能一樣。 自動脫擋是變速器的主要故障之一。為解決這個問題，除工藝上采取措施外，目 前在結(jié)構(gòu)上采取措施比較有效的方案有以下幾種： 互鎖裝置是保證移動某一變速叉軸時，其它變速叉軸互被鎖住，該機(jī)構(gòu)的作用是 8 防止同時掛入兩檔，而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機(jī)構(gòu)有： （1）互鎖銷式 圖 2.4 是汽車上用得最廣泛的一種機(jī)構(gòu)，互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間，用銷 子的長度和凹槽來保證互鎖。 圖 2.4，a 為空檔位置，此時任一叉軸可自由移動。圖 2.4，b、c 、d 為某一叉軸 在工作位置，而其它叉軸被鎖住。 圖 2.4 互鎖銷式互鎖機(jī)構(gòu) （2）擺動鎖塊式 圖 2.5 為擺動鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu)工作示意圖，鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上，并 可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動，操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi)，此時，鎖塊的一個或兩個突起 部分 A 檔住其它兩個變速叉軸槽，保證換檔時不能同時掛入兩檔。 （3）轉(zhuǎn)動鉗口式 圖 2.6 為與上述鎖塊機(jī)構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動鉗口式互鎖裝置。操縱桿撥頭置于鉗口 中，鉗形板可繞 A 軸轉(zhuǎn)動。選檔時操縱桿轉(zhuǎn)動鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時 鉗形板的一個或兩個鉗爪抓住其它兩個變速叉，保證互鎖作用。 操縱機(jī)構(gòu)還應(yīng)設(shè)有保證不能誤掛倒檔的機(jī)構(gòu)。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機(jī)構(gòu)， 使司機(jī)在換檔時因有彈簧力作用，產(chǎn)生明顯的手感。 鎖止機(jī)構(gòu)還包括自鎖、倒檔鎖兩個機(jī)構(gòu)。 自鎖機(jī)構(gòu)的作用是將滑桿鎖定在一定位置，保證齒輪全齒長參加嚙合，并防止自 動脫檔和掛檔。自鎖機(jī)構(gòu)有球形鎖定機(jī)構(gòu)與桿形鎖定機(jī)構(gòu)兩種類型。 倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對變速桿施加更大的力，方能掛入倒檔，起到提醒 注意的作用，以防誤掛倒檔，造成安全事故。 本次設(shè)計(jì)鎖定機(jī)構(gòu)采用自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實(shí)現(xiàn)自鎖，通 過互鎖銷實(shí)現(xiàn)互鎖。倒檔鎖采用限位彈簧來實(shí)現(xiàn)，使駕駛員有感覺，防止誤掛倒檔。 2.6 變速器軸承 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承，球軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，滑動軸套 等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同。 9 圖 2.5 擺動鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu) 圖 2. 6 轉(zhuǎn)動鉗口式互鎖機(jī)構(gòu) 汽車變速器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，采用尺寸大些的軸承結(jié)構(gòu)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)腔尺寸足夠時可 布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。變速器第一軸前端支承在飛輪的內(nèi) 腔里，因有足夠大的空間長采用球軸承來承受向力。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，此處常用軸承外圈有擋圈的球軸承。第二 軸后端常采用球軸承，以軸向力和徑向力。中間軸上齒輪工作時產(chǎn)生的軸向力，原則 上由前或后軸承來承受都可以，但當(dāng)在殼體前端面布置軸承蓋有困難的時候，必須由 后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑小，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)。 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。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后 壁兩軸承孔之間的距離不小于 620mm，下限適用于輕型車和轎車。 滾針軸承，滑動軸套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運(yùn)動的 地方。滾針軸承有滾動摩擦損失小，傳動效率高，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)?；瑒虞S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?；瑒虞S套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易，成本低。 在本次設(shè)計(jì)中由于工作條件的需要主要選用了圓錐滾子軸承、深溝球軸承和滾針 軸承。 2.7 本章小結(jié) 本章首先先確定了設(shè)計(jì)變速器所需的汽車主要參數(shù)以及設(shè)計(jì)變速器所應(yīng)滿足的基 本要求，對自己的設(shè)計(jì)也有了一定的規(guī)范。然后又對變速器的傳動機(jī)構(gòu)和檔位的布置 10 形式的進(jìn)行了簡單的介紹，分析了各個傳動方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選取了合理高效的的傳動 方案和一些在設(shè)計(jì)變速器時常遇的問題，為后面齒輪和軸的計(jì)算打下了良好的基礎(chǔ)。 最后對齒輪的形式做了介紹和優(yōu)缺點(diǎn)的比較，通過以上比較合理的選擇齒輪形式。分 析了幾種換擋形式，和容易出現(xiàn)的問題，并提供了相關(guān)的解決方法，最后很據(jù)軸的工 作條件和工作狀態(tài)，對軸承也形式也做了選擇。 11 第 3 章 變速器設(shè)計(jì)和計(jì)算 3.1 擋數(shù) 增加變速器的擋數(shù)能改善汽車的動力性和經(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。同時操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時換擋頻率也增高。 在最低擋傳動比不變的條件下，增加變速器的當(dāng)屬會是變速器相鄰的低擋與高擋 之間傳動比比值減小，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比比值要比低 擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動比比值小。 近年來為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢。目前轎車一般用 45 個擋位， 級別高的轎車變速器多用 5 個擋，貨車變速器采用 45 個擋位或多擋。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。本設(shè)計(jì)為 5 擋變速器。 3.2 傳動比范圍 變速器的傳動比范圍是指變速器最低擋傳動比與最高擋轉(zhuǎn)動比的比值。傳動比范 圍的確定與選定的發(fā)動機(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 傳動比范圍在 34 之間，輕型貨車在 56 之間，其他貨車則更大。 3.3 各檔傳動比的確定 3.3.1 主減速器傳動比的確定 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為： （3.1）037.irnuga 式中 汽車行駛速度（km/h） ；au 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min） ；n 車輪滾動半徑（m） ；r 變速器傳動比；gi 主減速器傳動比。0 12 由上文可知最高車速 = =140km/h；最高檔為超速檔，傳動比 =1；車maxuv 5gi 輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格 170/70R14 得到 =296.8（mm） ；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速r = =6684.5（r/min） ；由公式（3.1）得到主減速器傳動比計(jì)算公式： np 34.57.0aguinri 3.3.2 最低檔傳動比計(jì)算 按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角 坡道時，驅(qū)動力應(yīng)大于或等于此時的滾動阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣max 阻力忽略不計(jì)） 。用公式表示如下： （3.2）maxmax0max sincoGfriTtge 式中 G 車輛總重量（N） ； 滾動阻力系數(shù)，對良好路面 =0.010.02；f 發(fā)動機(jī)最大扭矩（Nm） ；maxeT 主減速器傳動比；0i 變速器傳動比；g 為傳動效率（ 0.850.9） ；t R 車輪滾動半徑； 最大爬坡度本設(shè)計(jì)為能爬 30%的坡，大約 。max 7.16 由公式（3.2）得： （3.3）tegiTrGi0maxax1 )snco( 已知：m=2880 kg； ； ；r=0.2968m； Nm；02.f 7.16108axeT ；g=9.8m/s 2； ，把以上數(shù)據(jù)代入（3.3）式：34.50i 9t 82.49.03451896.)7.1sin8.cos.80(1 gi 13 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： ntgeFriT10max （3.4）tegii0max1 式中 驅(qū)動輪的地面法向反力， ；nFgFn1 驅(qū)動輪與地面間的附著系數(shù)；對混凝土或?yàn)r青路面 可取 0.50.6 之間。 取 0.55，把數(shù)據(jù)代入（3.4）式得： 876.9.0345182.21 gi 所以，一檔轉(zhuǎn)動比的選擇范圍是： ..1gi 初選一檔傳動比為 5.1。 3.3.3 各檔傳動比的選定 變速器的檔傳動比應(yīng)根據(jù)上述條件確定。變速器的最高檔一般為直接檔，有時 用超速擋，在本設(shè)計(jì)中最高檔即為超速擋。中間檔的傳動比理論上按公比為 （其中 n 為檔位數(shù)）的幾何級數(shù)排列，實(shí)際上與理論值略有出入，max11innggiq 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(jī)參數(shù)的合理匹配。 qii54321 5.1451i5.126.4.3.3412qi 14 3.3.4 中心距的選擇 初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： （3.5）31maxgeAiTK 式中 變速器中心距（ mm） ；A 中心距系數(shù)，商用車 =8.69.6；KA 發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)距為 210（Nm） ；maxeT 變速器一檔傳動比為 5.1；1i 變速器傳動效率，取 96%。g 9.0 =72.78mmA396.0158 商用車變速器的中心距在 80170mm 范圍內(nèi)變化。所以根據(jù)計(jì)算結(jié)果，初取 A=72mm。 3.3.5 變速器的外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可以根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置 初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。 乘用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用： 8.31627)4.0()4.0( AL mm 當(dāng)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 應(yīng)取給出系數(shù)的上 限。為檢測方便，A 取整。設(shè)計(jì)的是五擋變速器，初定軸向殼體尺寸為 300mm。 3.4 齒輪參數(shù) 3.4.1 模數(shù)的選取 遵循的一般原則：為了減少噪聲應(yīng)合理減少模數(shù)，增加尺寬；為使質(zhì)量小，增加 數(shù)，同時減少尺寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考 慮，各擋齒數(shù)應(yīng)有不同的模數(shù)。減少轎車齒輪工作噪聲有較為重要的意義，因此齒輪 的模數(shù)應(yīng)選?。粚ω涇?，減小質(zhì)量比噪聲更重要，故齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)。 低擋齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)，其他擋位選另一種模數(shù)。少數(shù)情況下汽車變速器各擋 齒輪均選用相同的模數(shù)。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒輪。由于工藝上的原應(yīng)，同一變速器 的接合齒模數(shù)相同。其取用范圍是：乘用車和總質(zhì)量 在 1.814.0t 的貨車為am 15 2.03.5mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利換擋。 初選齒輪模數(shù) =3.0mm