機(jī)械式六檔變速器設(shè)計【三維UG】[三軸式][普通轎車1.5噸]

機(jī)械式六檔變速器設(shè)計【三維UG】[三軸式][普通轎車1.5噸],三維UG,三軸式,普通轎車1.5噸,機(jī)械式,變速器,設(shè)計,三維,UG,普通,轎車,1.5 編號： 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 題 目： 機(jī)械式六檔變速器設(shè)計 院 （系） ： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 劉京華 學(xué) 號： 1000110124 指導(dǎo)教師： 彭曉楠 職 稱： 副教授 題目類型：題目類型：理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 2014 年 5 月 26 日 II 摘 要 變速器是汽車中非常重要的組成部分。雖然機(jī)械式變速器換檔時沖擊比較大，操縱繁瑣，但其傳動效率高、生產(chǎn)制造簡單以及成本低，所以仍廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上。在變速器中增加一個檔位，由于變速器相鄰檔之間的傳動比變化更小，所以汽車換擋時的沖擊較小。本文根據(jù)市場上的五檔汽車，設(shè)計一個機(jī)械式六檔變速器，依據(jù)機(jī)械設(shè)計基本原理和方法主要設(shè)計變速器的傳動機(jī)構(gòu)、同步器和換擋操縱機(jī)構(gòu)等,然后對齒輪和軸進(jìn)行校核。 關(guān)鍵詞：變速器，六檔，機(jī)械式 III Abstract Transmission is a very important component in automobile. Although the impact of the mechanical transmission is relatively large and has complex manipulation, but the transmission is efficient and simple and also has a low manufacturing cost, so it is still widely used in modern vehicles. An increase in the transmission gear, because the transmission ration between adjacent transimission gear become smaller, so the impact of the shift become smaller when the car change the gears. Based on the five-speed car on the market, the article designs a mechanical six-speed transmission according to the mechanical design of the basic principles and methods.The design contains transmission main mechanism design, synchronizer and shift control mechanism, etc., and then check the gear and shaft. KeyWords: Transmission; six-speed; mechanical IV 目錄 引言 . 1 1 變速器設(shè)計方案分析 . 2 1.1 傳動結(jié)構(gòu)的分析與選擇 . 2 1.2 換擋結(jié)構(gòu)的分析與選擇 . 3 1.3 倒檔結(jié)構(gòu)布置 . 5 1.4 換擋操縱結(jié)構(gòu) . 6 1.5 其他零部件分析和選擇 . 9 2 變速器主要參數(shù)的選擇 . 10 2.1 主要輸入?yún)?shù) . 10 2.2 變速器傳動比的選擇 . 10 2.3 中心距初步計算 . 12 2.4 齒輪參數(shù)選擇 . 12 2.5 齒輪齒數(shù)的分配 . 13 3 變速器主要零部件的設(shè)計與計算 . 17 3.1 齒輪的幾何尺寸設(shè)計計算 . 17 3.2 齒輪損壞的形式及原因 . 19 3.3 齒輪的材料選擇和處理工藝 . 20 3.4 變速器齒輪強(qiáng)度計算 . 20 3.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 . 22 3.6 花鍵 . 24 4 同步器設(shè)計與計算 . 26 4.1 同步器結(jié)構(gòu) . 26 4.2 同步器工作原理 . 27 4.3 同步器主要尺寸確定 . 28 4.4 同步器主要參數(shù)確定 . 30 5 變速器的潤滑和密封 . 32 5.1 潤滑 . 32 5.2 密封 . 32 結(jié)論 . 33 謝 辭 . 34 參考文獻(xiàn) . 35 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 1 頁 共 36 頁 引言引言 車在不同使用場合有不同的要求，采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車，其在實際工況下所要求的性能與發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。例如，受到載運量、道路坡度、路面質(zhì)量、交通狀況等條件的影響，汽車所需的牽引力和車速需要在較大范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)各種使用要求；此外，汽車還需要能倒向行駛，發(fā)動機(jī)本身是不可能倒轉(zhuǎn)的，只有靠變速箱的倒擋齒輪來實現(xiàn)。上述發(fā)動機(jī)牽引力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向與汽車牽引力、車速、行駛方向等之間的矛盾，單靠發(fā)動機(jī)本身是難以解決的，車用變速器應(yīng)運而生，它與發(fā)動機(jī)匹配，通過多擋位切換，可以使驅(qū)動輪的扭矩增大到發(fā)動機(jī)扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的幾分之一。 變速器是汽車非常重要配置，它對汽車的操控性、舒適性以及燃油經(jīng)濟(jì)性都起到很重要的作用，它占汽車制造成本的 7%。隨著我國汽車消費者對汽車認(rèn)識的不斷提升，變速器已經(jīng)開始影響消費者的購車觀念。 在過去的幾十年我國主要致力于研究開發(fā)發(fā)動機(jī)技術(shù)，而變速器已是現(xiàn)在的研發(fā)熱點。現(xiàn)在市場上主要的幾種變速器是手自一體變速器（AMT） 、自動變速器（AT） 、無級變速變速器（CVT）和雙離合變速器（DCT） ，它們各有優(yōu)缺點。AT 的節(jié)能效果差一些，但是舒適性好，元器件可靠性高，其生產(chǎn)歷史長，使用范圍大。CVT 適合小型車，AMT 在換檔時會有短暫的中斷，舒適性差一些。DCT 結(jié)合了手動變速器的燃油經(jīng)濟(jì)性和自動變速器的舒適性， 它是從傳統(tǒng)的手動變速器演變而來。 在我國，據(jù)調(diào)查 2008 年手動變速器的市場比重為 74%，占據(jù)較大的市場份額。雖然自動變速器市場占有率會不斷的增加，但是由于手動變速器的燃油經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、技術(shù)的高度成熟以及它給駕駛者帶來的全方位的駕駛樂趣決定了其在變速器市場上不可取代的地位。 目前，國內(nèi)機(jī)械式變速器主要采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)傳遞動力。齒輪是手動變速器的主要傳動部件，由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長、工作可靠和維修方便等特點，在運動和動力的傳遞等方面得到了非常普遍的應(yīng)用， 并且有關(guān)齒輪的設(shè)計方法也已經(jīng)有了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 2 頁 共 36 頁 1 變速器設(shè)計方案分析 變速器設(shè)計方案主要有傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計、 換擋結(jié)構(gòu)設(shè)計、 倒檔結(jié)構(gòu)設(shè)計和換擋操縱機(jī)構(gòu)等設(shè)計。這些都是變速器中的重要的組成部分。 1.1 傳動結(jié)構(gòu)的分析與選擇 變速器傳動布置方案主要有兩種：兩軸式布置和三軸式布置。變速器的傳動布置方案對變速器的傳動效率、尺寸結(jié)構(gòu)、傳動比有直接影響。 1.1.1 兩軸式變速器 圖 1.1 二軸結(jié)構(gòu) 如圖 1.1 是一個兩軸式變速器的傳動布置方案。 兩軸式布置方案的變速器的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、空間尺寸小。發(fā)動機(jī)前置且前輪驅(qū)動的轎車，這種布置使汽車傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性能好并且可使汽車重量降低 6%10%。如圖 1.1 所示。兩軸式變速器是沒有直接擋，所以汽車在高擋運行時，齒輪和軸承都有承載，因此產(chǎn)生的噪聲較大，也加大了齒輪磨損，這是它的缺點。另外，變速器的低擋傳動比上限也受到較大限制。兩軸式變速器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，空間緊湊，缺點是沒有直接檔、低檔傳動比小。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 3 頁 共 36 頁 1.1.2 三軸式變速器 圖 1.2 三軸式結(jié)構(gòu) 如圖 1.2 是三軸式變速器的示意圖。從圖中我們可以看到，變速器的第一軸（接發(fā)動機(jī)的軸）常嚙合齒輪與第二軸（至差速器的軸）的各擋齒輪分別與中間軸上相應(yīng)的齒輪相互嚙合，并且第一、第二軸同心。如果將第一、第二軸直接連起來時稱為直接擋。使用直接檔時，齒輪、軸承及中間軸均不承受載荷，第一、第二軸之間直接傳遞動力。所以，掛直接擋時，變速器傳遞效率高，齒輪磨損和噪音也比較小，這是三軸式變速器的一個優(yōu)點。 在其他檔位時需要經(jīng)過中間軸的兩對齒輪傳遞動力， 所以在齒輪中心距 （第二軸與中間的中心距）比較小的情況下依然可以獲得比較大傳動比，這是三軸式變速器的另外一個優(yōu)點。但是它其缺點是：除直接擋外其他各擋需要經(jīng)過中間軸，傳動效率有所下降。 為了汽車在高速運行時有較高的效率，減少噪聲，在低速運行時有較大傳動比，所以綜合二軸式變速器和三軸式變速器的優(yōu)點和缺點，在本設(shè)計中使用三軸式布置方案。 1.2 換擋結(jié)構(gòu)的分析與選擇 常用的換擋結(jié)構(gòu)有同步器、嚙合套和直齒滑動齒輪三種。 1.2.1 直齒滑動齒輪換檔 直齒輪滑動換擋結(jié)構(gòu)制造方便，結(jié)構(gòu)簡單。但是這種結(jié)構(gòu)缺點比較多：汽車運行時各檔的齒輪有不同的角度速度， 使用用滑動直齒齒輪換檔， 會在齒輪端面產(chǎn)生較大沖擊，并有巨大的噪聲，另外這種結(jié)構(gòu)齒輪端面容易磨損，導(dǎo)致變速器容易損壞。換檔時產(chǎn)生沖擊和噪聲使乘坐體驗大大地降低。要克服上述特點要求駕駛員用較熟練的駕駛技術(shù)（如恰當(dāng)?shù)乜刂齐x合器） ，使齒輪換檔時產(chǎn)生沖擊較小。所以，這種直齒輪滑動換擋結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，但是在現(xiàn)代汽車中已經(jīng)很少使用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 4 頁 共 36 頁 1.2.2 嚙合套換檔 變速器輸出軸齒輪和中間軸齒輪是常嚙合的，因此可以使用嚙合套來換檔。變速器中的齒輪不再參與換檔，齒輪端面與換擋機(jī)構(gòu)沒有接觸，所以齒輪不像直齒滑動齒輪換擋那樣齒輪容易損壞。但是由于嚙合換擋時，輸出軸的轉(zhuǎn)速與即將被嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)速不相同，在換擋時會產(chǎn)生較大換檔沖擊。對汽車安全性和乘坐體驗仍有影響。同時，依然要求駕駛員有比較熟練的駕駛技術(shù)。 1.2.3 同步器換檔 圖 1.3 同步器 如圖 1.3 同步器在嚙合套和嚙合齒輪之間增加了一個同步環(huán) （即鎖環(huán)） 。 在換擋時，在換擋撥叉的作用下， 嚙合套和同步環(huán)一起移向被嚙合齒輪。 在嚙合套與齒輪嚙合之前，同步環(huán)的錐面先與齒輪上的錐面接觸，在換擋撥叉的作用力下，同步環(huán)錐面與齒輪上的錐面產(chǎn)生摩擦力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速與被嚙合齒輪的轉(zhuǎn)速相同。這樣在嚙合時，嚙合齒之間的沖擊減少，這樣在換擋時就沒有較大的換擋沖擊。 雖然同步器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造的精度高，并且軸向尺寸大，但由于它能夠在換擋時操作輕便、迅速，并且換擋沖擊小、無噪聲，并且在駕駛時換擋技術(shù)要求不高，從而有顯著提高汽車的加速性能、與汽車駕駛安全性，亦可以延長齒輪使用壽命，故在現(xiàn)代汽車上得到廣泛地使用。 在本設(shè)計中，所有的換擋結(jié)構(gòu)都是使用同步器換擋。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 5 頁 共 36 頁 1.3 倒檔結(jié)構(gòu)布置 圖 1.4 倒檔布置 在汽車倒檔時，輸出軸的轉(zhuǎn)動方向與前進(jìn)檔的方向是相反的，所以在倒檔齒輪之間放一個惰輪，改變輸出軸上的齒輪轉(zhuǎn)動方向。所謂“惰輪”是兩個不互相接觸的傳動齒輪中間起傳遞作用的齒輪，同時跟這兩個齒輪嚙合，用來改變被動齒輪的轉(zhuǎn)動方向，使之與主動齒輪相同。它的作用只是改變轉(zhuǎn)向并不能改變傳動比。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 6 頁 共 36 頁 1.4 換擋操縱結(jié)構(gòu) 圖 1.5 操縱器 如圖 1.5 所示是變速器的操縱機(jī)構(gòu)。主要由撥叉、撥叉軸和變速桿組成。變速器的操縱機(jī)構(gòu)主要有兩種：直接操縱式和遠(yuǎn)距離操縱式。一般的汽車的變速器安放在駕駛員位置附近，這樣變速桿可以放在駕駛員附近，駕駛員可以直接操縱變速器。另外有些汽車的駕駛員座位遠(yuǎn)離變速器，這時通過在變速桿和換擋撥叉間加幾個傳動結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作變速器。 另外，在設(shè)計變速器時還要考慮幾個問題。一是操縱結(jié)構(gòu)中應(yīng)該設(shè)置自鎖裝置，以防變速器自動換擋或者掛檔后脫檔。二是操縱結(jié)構(gòu)中應(yīng)該設(shè)置互鎖裝置，防止變速器同時掛上兩個檔位，導(dǎo)致變速器損壞。三是設(shè)置倒檔安全機(jī)構(gòu)，防止汽車在高速運行時，駕駛員不小心掛上倒檔。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 7 頁 共 36 頁 1.4.1 自鎖結(jié)構(gòu) 圖 1.6 自鎖結(jié)構(gòu) 如圖 1.6 所示，自鎖結(jié)構(gòu)由自鎖彈簧、自鎖鋼球、和撥叉軸上的凹槽組成。當(dāng)換擋時，撥叉軸在換擋撥叉的作用力下移動，自鎖鋼球向上運動。掛好檔之后，鋼球在彈簧的作用力下壓在撥叉軸的另一個凹槽中，鎖住撥叉軸，防止撥叉軸移動。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 8 頁 共 36 頁 1.4.2 互鎖結(jié)構(gòu) 圖 1.7 互鎖結(jié)構(gòu) 圖 1.8 自鎖與互鎖 如圖 1.7 和圖 1.8 所示，互鎖結(jié)構(gòu)由互鎖鋼球、互鎖銷和撥叉軸上的凹槽組成。在換擋時， 撥叉軸在換擋撥叉的作用力下移動， 互鎖鋼球和互鎖銷隨著移動。 掛好檔之后，互鎖鋼球和互鎖銷會把其他的撥叉軸鎖住，這樣其他撥叉軸就不能移動。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 9 頁 共 36 頁 1.5 其他零部件分析和選擇 變速器的主要零部件有齒輪、軸和軸承。 1.5.1 齒輪 雖然斜齒圓柱齒輪在傳動時產(chǎn)生軸向力，并且加工比直齒圓柱齒輪加工復(fù)雜。但是與直齒輪傳動相比較，斜齒輪的嚙合性能好，傳動比較平穩(wěn)，噪聲小，重合度大，大大降低了每對齒輪的載荷，提高了齒輪的承載能力和壽命。另外，斜齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)也較小【1】。因為斜齒輪的這些優(yōu)點，斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。直齒圓柱齒輪僅用于變速器的一檔和倒檔。 所以在本設(shè)計中，一檔和倒檔都是使用直齒圓柱齒輪，其他各檔都是使用斜齒圓柱齒輪。 1.5.2 軸 機(jī)械式變速器的軸在工作時要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩， 如果軸有比較明顯的變形將會影響齒輪正常嚙合傳動，并且產(chǎn)生噪聲，會降低軸和齒輪的使用壽命。在設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)形狀時， 除了要保證軸的強(qiáng)度和剛度外， 還要綜合考慮齒輪、 軸承及同步器等零部件的安裝。另外與軸的制造工藝也有密切聯(lián)系2。 第一軸一般和齒輪做一個齒輪軸，軸的長度由離合器總成的軸向尺寸確定。第一軸上的花鍵尺寸應(yīng)該和離合器從動盤上的的內(nèi)花鍵尺寸相適應(yīng)。 為了方便齒輪、軸承和同步器的安裝，第二軸設(shè)計成階梯軸。另外依據(jù)軸受力情況和合理地利用材料來看，將第二軸設(shè)計成階梯軸也是合理的。但是第二軸上的各個截面尺寸不能相差太大。為了方便各檔齒輪的軸向定位和階梯軸的設(shè)計，齒輪上的軸向定位都是使用彈性擋圈。另外第二軸上安裝同步器的花鍵轂的花鍵都是使用矩形花鍵。 為了方便變速器的安裝，減少不必要的零部件，變速器的中間設(shè)計為齒輪軸的階梯軸。 1.5.3 軸承 作高速旋轉(zhuǎn)運動的機(jī)械式變速器軸支承在箱體上或者其他部位以及齒輪與軸不做固定連接處都應(yīng)該安裝軸承。一軸、二軸和中間軸支撐在箱體上，軸上有斜齒輪，所以可以使用角接觸軸承。角接觸軸承可以同時承受徑向載荷以及軸向載荷，也可以單獨承受軸向載荷。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作2。在輸出軸上，齒輪并不隨軸一起轉(zhuǎn)動，所以使用滾針軸承。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 10 頁 共 36 頁 2 變速器主要參數(shù)的選擇 以汽車發(fā)動機(jī)的輸出參數(shù)作為變速器的輸入?yún)?shù)，然后計算變速器的傳動比。最后依據(jù)傳動比選擇中心距和齒輪的參數(shù)等。 2.1 主要輸入?yún)?shù) 在本設(shè)計中，變速器的主要輸入?yún)?shù)依據(jù)目前市場熱銷的汽車來選擇。主要的設(shè)計參數(shù)如表 2.1 所示。 表 2.1 變速器主要輸入?yún)?shù) 2.2 變速器傳動比的選擇 在本節(jié)內(nèi)容中主要討論了機(jī)械式變速器的傳動比范圍， 然后計算機(jī)械式變速器的各檔的傳動比。 2.2.1 傳動比范圍 機(jī)械師變速器的傳動比范圍是指變速器最低檔的傳動比與最高檔的轉(zhuǎn)動比的比值。 一般情況下最高檔是直接檔，其傳動比為 1，在本文設(shè)計中，最高檔的傳動比也是設(shè)置為 1；有的機(jī)械式變速器的最高檔是超速檔，其傳動比為 0.70.8。影響汽車最低檔的傳動比的因素有：在發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動輪與路面間的摩擦力、 主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以及所要求的最低穩(wěn)定行駛車速等。 現(xiàn)代轎車的傳動比范圍一般在 3.04.5 之間， 輕型貨車的傳動比在 5.08.0 之間，商用車的傳動比則更大。本文設(shè)計變速器是安裝在現(xiàn)代轎車上的，所以其傳動比范圍在 3.04.5 之間。 2.2.2 一檔傳動比計算 在選擇變速器一檔的傳動比時，要綜合考慮汽車的最大爬坡度、車輪與路面的摩擦力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和車輪的半徑。汽車在使用一檔爬陡坡時，車速一般不會很高，空氣阻力可忽略不計，那么發(fā)動機(jī)提供的最大驅(qū)動力主要用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有 主減速比 4.11 最高時速（km/h） 210 輪胎型號 215/60 R16 發(fā)動機(jī)型號 EA888 最大扭矩(Nm) 250 最大功率(kw) 118 最大功率轉(zhuǎn)速 4500-6200rpm 馬力（ps） 161 整車質(zhì)量（kg） 1500 滿載質(zhì)量（kg） 2040 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 11 頁 共 36 頁 01 (+ ) （2-1） 即 i1(max+)0 （2-2） 在上式中 -發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 0-主減速比； i1-一檔傳動比； -傳動效率（在本設(shè)計中，傳動效率為 96%） ； -最大爬坡度（在本設(shè)計中，最大爬坡度為 20） ； r-輪胎半徑 f-滾動阻力系數(shù) 下面計算輪胎半徑。根據(jù)輪胎的型號 215/60 R16，215 是指輪胎橫截面寬度為 215毫米，55 是指高寬比為 55%，R 表示子午線輪胎結(jié)構(gòu)，16 是指輪輞直徑為 16 英寸。另外，1 英寸約等于 25.4 毫米。所以可以得到輪胎的半徑為 + 根據(jù)變速器的主要輸入?yún)?shù)（表 2.1）和公式 2.2 可以計算出變速器的一檔傳動比為： i1 9 2.2.3 其他各檔傳動比的計算 在傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器中各檔傳動比之間一般是按照等比級數(shù)來分配,用等比級數(shù)分配傳動比方法可以使發(fā)動機(jī)在接近外特性的最大功率附近運轉(zhuǎn),增大汽車后備功率，提高汽車的爬坡性能3。 按等公比原則來分配傳動比，所以各檔的傳動比是一個等比數(shù)列。即： i1/i2 = i2/i3=q 等比級數(shù)分配各檔傳動比只是理論上的傳動比分配原則,而在實際設(shè)計中由于齒輪齒數(shù)只能是整數(shù),實際的傳動比的會與理論值有點偏離。另外按照等比級數(shù)來分配各檔傳動比主要目的是在于改善汽車的性能,充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的動力。 另外現(xiàn)代的汽車研究理論認(rèn)為傳動比之間的比值越小汽車越省油,換擋也將會更加容易。在汽車實際行駛過程中，多數(shù)時間汽車是處在高檔位,高檔之間的換擋頻率也比低檔之間換擋頻率要高很多,所以,在設(shè)計時高檔傳動比之間的比值應(yīng)該要小于低檔4。 現(xiàn)在先根據(jù)等比級數(shù)分配各檔傳動比的原則粗略計算其他各檔傳動比， 最后根據(jù)齒輪的齒數(shù)計算實際的傳動。 在本設(shè)計中，最高檔六檔的傳動比為 1。各檔之間的傳動比公比 q 為： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 12 頁 共 36 頁 q 165 由此得到其他各檔傳動比： i2=3.00 i3=2.28 i4=1.73 i5=1.32 在傳統(tǒng)的變速器中倒檔齒輪的傳動比與一檔的傳動相近，所以在本設(shè)計中倒檔傳動比取與 3.90. 變速器各檔傳動比如下表： 表 2.2 傳動比 2.3 中心距初步計算 在三軸式變速器中，變速器中心距 A 是指中間軸與第二軸之間的軸線距離距 A。中心距是三軸式變速器的一個重要參數(shù)，它的大小不僅對變速器的結(jié)構(gòu)尺寸有影響，而且它對齒輪的接觸強(qiáng)度有重要影響。變速器的中心距越小，齒輪的接觸壓力越大，齒輪壽命就越短。 所以最小的中心距要保證輪齒的接觸強(qiáng)度。 另外還要考慮軸在箱體上的安裝。為了方便安裝軸，中心距應(yīng)該設(shè)計大一點。在考慮箱體的強(qiáng)度時，最好也是將中心設(shè)計大一點?，F(xiàn)在先根據(jù)對實際生產(chǎn)的變速器的統(tǒng)計而得到的經(jīng)驗公式初選： A max03 （2-3） 在上面的公式中 A-中心距 KA-中心距系數(shù)。 （對轎車，KA=8.99.3。在本設(shè)計中 KA=9.0） 所以得到初選中心距為 88.15mm 2.4 齒輪參數(shù)選擇 在本節(jié)中主要齒輪的模數(shù)、齒輪齒形、壓力角和螺旋角等。這些都是齒輪的重要參數(shù)。 2.4.1 齒輪模數(shù) 齒輪的模數(shù)是由輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度或者在最大載荷作用下的靜強(qiáng)度確定的。 選擇齒輪模數(shù)時應(yīng)該考慮到適當(dāng)增大齒輪齒寬而減小齒輪模數(shù)時可以降低變速器的噪聲， 然而為了減小變速器的重量，則可以通過增大齒輪模數(shù)和減小齒輪齒寬和中心距實現(xiàn)。對于轎車而言降低噪聲很重要，而對于貨汽車則應(yīng)該減小變速器的重量5。對于機(jī)械式變 倒檔 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 傳動比 3.90 3.96 3.00 2.28 1.73 1.32 1.00 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 13 頁 共 36 頁 速器齒輪應(yīng)采用小模數(shù),多齒數(shù)來獲得 23 的重合系數(shù)和良好的運行平穩(wěn)性和較小的噪聲,且可增加接觸壽命。機(jī)械式變速器低檔齒輪模數(shù)應(yīng)該比高檔的齒輪大一點。 一般機(jī)械式變速器齒輪模數(shù)可以根據(jù)經(jīng)驗公式求得： (0 0 )3 （2-4） 其中 0 N 所以 2.97mm。另外選擇的模數(shù)應(yīng)該符合國標(biāo) GB1357-1987 規(guī)定并滿足強(qiáng)度要求。所以在本設(shè)計中模數(shù)初選結(jié)果如下表 2.3 所示。 表 2.3 模數(shù) 2.4.2 齒輪齒形、壓力角和斜齒輪螺旋角的選擇 斜齒輪在傳遞轉(zhuǎn)矩時，會產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。在設(shè)計變速器時應(yīng)盡量使中間軸上工作的兩對斜齒輪產(chǎn)生的軸向力相互抵消，以降低軸承載荷，提高軸承的使用壽命。 所以， 中間軸上不同檔位的齒輪的螺旋角應(yīng)該是相同的。 但是為了簡化工藝和設(shè)計，中間軸上的斜齒輪的螺旋方向都取為右旋， 那么第一軸和第二軸上的斜齒輪則取為左旋。另外，一檔和倒檔設(shè)計為直齒。 機(jī)械式變速器中的齒輪都使用漸開線齒廓。 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的齒輪標(biāo)準(zhǔn)壓力角是 20。增大壓力角會使齒根圓齒厚和節(jié)圓處漸開線曲率半徑增大， 所以齒輪的彎曲強(qiáng)度與接觸強(qiáng)度得到提高，但是不根切的最少齒數(shù)變小，重合度減小，噪聲也會隨之增大。所以在本設(shè)計中使用國家標(biāo)準(zhǔn)壓力角 20。 斜齒輪的螺旋角也要選擇合適。斜齒輪的螺旋角太小時，發(fā)揮不了斜齒輪的優(yōu)點。當(dāng)斜齒輪的螺旋角太大是， 斜齒輪產(chǎn)生的軸向力又非常大， 將會降低軸承的壽命。 另外，增大齒輪的螺旋角會使齒輪嚙合時重合系數(shù)增大，工作平穩(wěn)、噪聲減小，齒輪的強(qiáng)度也會得到提高，但是當(dāng)螺旋角30時，雖然齒輪的接觸強(qiáng)度將會提高，但是齒輪的彎曲強(qiáng)度則會突然下降6。所以，考慮到提高低檔齒輪的彎曲強(qiáng)度，螺旋角不能太大。所以本設(shè)計中的斜齒輪的螺旋角在 820之間選擇。 2.5 齒輪齒數(shù)的分配 在初步選擇中心距、齒輪模數(shù)和斜齒輪的螺旋角之后，可根據(jù)機(jī)械變速器的檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)26。 本文設(shè)計的機(jī)械式變速器的傳動方案如下圖 2.1 所示，另外應(yīng)該注意的是，各檔齒輪間的齒數(shù)比應(yīng)盡量不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。 倒檔 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 模數(shù)(mm) 3.0 3.5 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 14 頁 共 36 頁 圖 2.1 結(jié)構(gòu)簡圖 2.5.1 一檔齒輪齒數(shù) 一檔齒輪的傳動比： 1 211112 （2-5） 如果 z11和 z12的齒數(shù)確定，z1和 z2就可以算出來了。為了計算 z11和 z12，可以先求出它們的齒數(shù)之和 zh。 2 （2-6） 代入數(shù)據(jù)后計算得zh=50.37， 取整后zh=50。 zh取整之后， 對中心距修正得A=87.5mm。 下面對 z11和 z12這一對齒輪的齒數(shù)進(jìn)行分配。為了使一檔的傳動比大一些，中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)盡可能取小些。在一檔傳動比 i1已經(jīng)確定的情況下，中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)取小一些，使 z11/z12的值盡可能大，這樣第一軸上的常嚙合齒輪的齒數(shù)會多些，以便在第一軸的內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承并保證第一軸軸有足夠的厚度。另外，中間軸上一檔齒輪的最少齒數(shù)還要受中間軸的軸徑大小限制，也就是受中間軸的剛度限制。 所以要對軸的尺寸和齒輪的齒數(shù)統(tǒng)一考慮。 在本設(shè)計中取中間軸上一檔齒輪 z11的齒數(shù)為 17。z12=zh-z11=50-17=33。 2.5.2 常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù) 常嚙合齒輪的傳動比為： z21 11211 （2-7） 另外常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等。所以得到 A (1+2)2 （2-8） 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 15 頁 共 36 頁 先初選螺旋角1=20。算得 z1=18.12，z2=38.32。然后對齒數(shù)取整。得 z1=18，z2=38。 對齒數(shù)取整后，對螺旋角修正得1=1928。 2.5.2 其他檔的齒輪的齒數(shù) 二檔中兩對嚙合的斜齒輪滿足下面兩個等式： 2 29110 （2-9） A (9+9)2 （2-10） 另外斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。在設(shè)計變速器斜齒輪時，應(yīng)該使同時工作的兩對齒輪的軸向力相互抵消。 為了使兩個軸向力平衡必須滿足下面等式： tan19 2(1+2)( +910) （2-11） 聯(lián)立上面三個方程解得:z9=32.86,z10=24.12,取整后得 z9=33,z10=24， 螺旋角=1216。 依照同樣的方法可以計算其他檔的齒輪的齒數(shù)和螺旋角。求得的結(jié)果如下： 三檔齒輪：齒數(shù) z7=30 齒數(shù) z8=27 螺旋角=1216 四檔齒輪：齒數(shù) z5=26 齒數(shù) z6=31 螺旋角=1616 五檔齒輪：齒數(shù) z3=22 齒數(shù) z4=34 螺旋角=1616 2.5.3 齒輪的齒寬 齒輪的齒寬對變速器的軸向尺寸、傳動平穩(wěn)性和齒輪壽命情況都有影響。齒輪的齒寬減小將影響到變速器的傳動平穩(wěn)，小的齒寬加大了齒輪應(yīng)力。但是為了減小變速器的軸向尺寸以及減小變速器質(zhì)量，宜采用小的齒寬。當(dāng)齒輪的齒寬度較大,齒輪的承載能力會提高。 但是當(dāng)齒輪承載后,由于軸的撓曲變形和齒輪的形狀誤差等因素,會造成齒寬方向的受力不均,所以齒輪的齒寬也不宜過大。這些都應(yīng)該綜合考慮。 在本設(shè)計中根據(jù)下面的經(jīng)驗公式來計算齒輪齒寬。 b （2-12） 其中 kc是齒寬系數(shù)（直齒輪取 4.58.0，斜齒輪取 6.08.5） 。為了簡化制造工藝和設(shè)計，齒寬都取 b=26mm。 2.5.4 倒檔的齒輪的齒數(shù) 倒檔的傳動比跟一檔的傳動比非常接近，所以中間軸上的倒檔齒輪取 z14=17。然后根據(jù)倒檔的傳動比： 倒 z131421 （2-13） 可以求得 z13=31. 由于惰輪只是用于轉(zhuǎn)換輸出軸的轉(zhuǎn)向，所以本設(shè)計中惰輪的齒數(shù) z惰=23。 根據(jù)倒檔上三個齒輪的齒數(shù)，可以計算出中間軸與倒檔軸的中心距： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 16 頁 共 36 頁 A 12(14+ 惰) （2.14） 代入數(shù)據(jù)算得 A=60mm 同理得輸出軸與倒檔軸的中心距： A 12(13+ 惰) （2.15） 代入數(shù)據(jù)算得 A=81mm 綜合上面的計算可以得到變速器中所有齒輪的齒數(shù)和螺旋角。如下表 2.4 所示。 表 2.4 齒數(shù)和螺旋角 根據(jù)齒輪的實際齒數(shù)可以修正變速器的傳動比，修正結(jié)果如下表： 表 2.5 修正傳動比 齒輪 齒數(shù) 螺旋角 齒輪 1 18 1928 齒輪 2 38 1928 齒輪 3 22 1616 齒輪 4 34 1616 齒輪 5 26 1616 齒輪 6 31 1616 齒輪 7 27 1216 齒輪 8 30 1216 齒輪 9 33 1216 齒輪 10 24 1216 齒輪 11 33 0 齒輪 12 17 0 齒輪 13 31 0 齒輪 14 17 0 惰輪 23 0 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 倒檔 傳動比 3.99 2.83 2.28 1.78 1.33 1.00 3.75 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 17 頁 共 36 頁 3 變速器主要零部件的設(shè)計與計算 變速器需要設(shè)計的主要零部件有齒輪的幾何尺寸、齒輪的校核、軸的設(shè)計、軸的校核、花鍵的設(shè)計和花鍵的校核等。 3.1 齒輪的幾何尺寸設(shè)計計算 機(jī)械式變速器的齒輪均為漸開線齒輪。漸開線齒輪除了能滿足傳動平穩(wěn)、傳動比恒定不變等基本要求之外，還具有互換性好、中心距具有可分離性及切齒刀具制造容易等優(yōu)點。漸開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7 下面表 3.1 是齒輪的幾何尺寸計算公式 表 3.1 齒輪計算公式 其中 h*an是法面齒頂高系數(shù)，c*n是法面頂隙系數(shù)。是螺旋角 名稱 符號 計算公式 基圓柱螺旋角 b tanb = tancost 端面模數(shù) mt mt=mn/cos 端面壓力角 at tan at= tan an/cos 法面齒距 pn pn=mn 端面齒距 pt pt=pn/cos 法面基圓齒距 Pbn pbn=pncosn 分度圓直徑 d d=zmt 基圓直徑 db db=dcost 齒頂高 ha ha=mn h*an 齒根高 hf hf= mn(h*an+ c*n) 齒頂圓直徑 da da=d+2ha 齒根圓直徑 df df=d-2hf 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 18 頁 共 36 頁 根據(jù)表 1.3 的計算公式計算各個齒輪的幾何尺寸。如表 3.2 和表 3.3 所示 表 3.2 齒輪幾何尺寸-1 名稱 齒輪 1 齒輪 2 齒輪 3 齒輪 4 齒輪 5 齒輪 6 齒輪 7 齒數(shù) 18 37 22 34 26 30 30 法面模數(shù)(mm) 3 3 3 3 3 3 3 螺旋角(deg) 19.46 19.46 16.26 16.26 16.26 16.26 12.27 基圓柱螺旋角(deg) 18.75 18.75 15.52 15.52 15.52 15.52 11.61 端面模數(shù)(mm) 3.19 3.19 3.19 3.19 3.19 3.19 3.19 端面壓力角(deg) 22.11 22.11 21.72 21.72 21.72 21.72 21.34 法面齒距(mm) 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 端面齒距(mm) 10.00 10.00 9.81 9.81 9.81 9.81 9.64 法面基圓齒距(mm) 8.86 8.86 8.86 8.86 8.86 8.86 8.86 分度圓直徑(mm) 57.27 111.72 68.75 106.25 81.25 93.75 92.10 基圓直徑(mm) 53.06 109.06 60.86 98.70 75.48 87.09 85.79 齒頂高(mm) 3 3 3 3 3 3 3 齒根高(mm) 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 齒頂圓直徑(mm) 63.27 123.72 74.75 112.25 84.25 99.75 98.10 齒根圓直徑(mm) 49.77 110.23 61.25 98.75 73.75 86.25 84.60 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 19 頁 共 36 頁 表 3.3 齒輪幾何尺寸-2 3.2 齒輪損壞的形式及原因 機(jī)械式變速器的齒輪損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞剝落、移動換檔齒輪端部破壞以及齒面膠合8。 輪齒折斷主要發(fā)生在下面的幾種情況：輪齒受到的沖擊載荷太大，導(dǎo)致輪齒彎曲折斷；在齒輪的嚙合過程中，輪齒根部會產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，另外在輪齒過渡圓角處又會產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以當(dāng)齒輪受到太大的載荷作用時，輪齒根部的彎曲應(yīng)力超過了材料的許用應(yīng)力，輪齒就會斷裂。這種由于齒輪強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生的輪齒斷裂，在機(jī)械式變速器中這種斷裂情況是較少發(fā)生。 在變速器中常見的輪齒斷裂情況主要是因為在重復(fù)載荷的作用下使齒根受拉面的最大應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)了疲勞裂縫而逐漸擴(kuò)大到一定深度后導(dǎo)致折斷， 其破壞斷面在疲勞裂縫部分是呈光滑表面，而突然斷裂的斷面呈粗粒狀表面。變速器中低檔的小齒輪由于載荷較大而齒數(shù)較少、 齒根較弱， 其主要破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。 齒面點蝕是變速器中高速檔齒輪齒面接觸疲勞的破壞形式。 齒輪的齒面長期在脈動的接觸應(yīng)力作用下，會產(chǎn)生大量與齒面成尖角的小裂縫。齒輪在嚙合時由于齒面之間的相互擠壓，使填滿了潤滑油的裂縫內(nèi)油壓增高，導(dǎo)致裂縫的進(jìn)一步加大，最后在齒面產(chǎn)生剝落，使齒面上形成許多小點，即所謂點蝕9。齒輪的點蝕使齒輪齒形誤差加大進(jìn)而名稱 齒輪 8 齒輪 9 齒輪 10 齒輪 11 齒輪 12 齒輪 13 齒輪 14 齒數(shù) 27 33 24 33 17 31 17 法面模數(shù)(mm) 3 3 3 3.5 3.5 3 3 螺旋角(deg) 12.27 12.27 12.27 基圓柱螺旋角(deg) 11.61 11.61 11.61 端面模數(shù)(mm) 3.19 3.19 3.19 端面壓力角(deg) 21.34 21.34 21.34 法面齒距(mm) 9.42 9.42 9.42 10.99 10.99 9.42 9.42 端面齒距(mm) 9.64 9.64 9.64 法面基圓齒距(mm) 8.86 8.86 8.86 10.33 10.33 8.85 8.85 分度圓直徑(mm) 82.89 101.31 73.68 115.5 59.5 93051 69 基圓直徑(mm) 77.21 94.36 68.63 107.93 55.60 86.90 47.65 齒頂高(mm) 3 3 3 3.5 3.5 3 3 齒根高(mm) 3.75 3.75 3.75 4.36 4.36 3.75 3.75 齒頂圓直徑(mm) 88.89 107.31 79.68 122.5 66.5 99 57 齒根圓直徑(mm) 75.39 93.81 66.18 106.75 50.75 85.5 43.5 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 20 頁 共 36 頁 產(chǎn)生動載荷，甚至可能引起齒輪輪齒折斷。一般是靠近節(jié)圓根部的齒面處點蝕比靠近節(jié)圓頂部的點蝕嚴(yán)重；主動小齒輪比被動大齒輪點蝕嚴(yán)重。 對于高速重載齒輪，由于齒面間的相對滑動速度快、接觸壓力大，在齒輪接觸區(qū)產(chǎn)生高溫進(jìn)而破壞掉齒面間的潤滑油膜，使兩個齒輪的齒面直接接觸。在局部高溫、高壓下的條件下，齒面熔焊粘連在一起，齒面沿滑動方向形成撕傷痕跡的損壞形式稱為齒面膠合。在一般的汽車機(jī)械式變速器中，產(chǎn)生膠合損壞的現(xiàn)象時很少見的。 加大齒輪的輪齒根部齒厚，增大齒輪齒根圓角半徑，采用高齒，提高齒輪重合度，增加同時輪齒嚙合對數(shù)，提高輪齒柔度，采用優(yōu)質(zhì)材料等，這些方法都是提高齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度的重要措施。合理選擇齒輪參數(shù)，增大齒廓曲率半徑，降低接觸應(yīng)力，提高齒面硬度等，可以提高齒面的接觸強(qiáng)度。采用黏度大、耐高溫、耐高壓的潤滑油，可以提高油膜強(qiáng)度，提高齒面硬度，或者選擇適當(dāng)?shù)凝X面表面處理和鍍層等，是防止齒面膠合的措施。 3.3 齒輪的材料選擇和處理工藝 變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼制造，它表層的硬度高，芯部的韌性大，能大大提高齒輪的耐磨性、 抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力10。 在選用齒輪的鋼材和熱處理工藝時，對齒輪的切削加工性能及制造成本也應(yīng)綜合考慮。另外，通過對齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理后，能提高齒輪彎曲疲勞壽命及接觸疲勞壽命。齒輪在熱處理之后可以進(jìn)行磨齒，能消除齒輪熱處理產(chǎn)生的變形； 經(jīng)過磨齒后得齒輪其精度高于熱處理前剃齒和擠齒齒輪精度，提高齒輪傳動平穩(wěn)性和效率；在同樣載荷的條件下，經(jīng)過磨齒的齒輪彎曲疲勞壽命比剃齒的要高。 目前國內(nèi)汽車變速器齒輪的材料主要用 20CrMnTi、20Mn2TiB、16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5 等鋼材，這些低碳合金鋼都需要進(jìn)行滲碳、淬火處理，以提高表面硬度細(xì)化材料晶粒11。為消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火處理。滲碳處理齒輪表面硬度為 5863HRC，芯部硬度為 3348HRC。 在本設(shè)計中齒輪的材料選用 20CrMnTi。 3.4 變速器齒輪強(qiáng)度計算 和其他的機(jī)械行業(yè)相比， 不同用途的汽車機(jī)械式變速器齒輪使用條件基本上是相同的。另外，變速器齒輪使用的制造材料、熱處理方法、加工方法、精度級別、支承方式也基本相同。一般的機(jī)械式變速器齒輪用低碳鋼制作，采用剃齒和磨齒進(jìn)行精加工，齒輪表面使用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于 7 級等。因此，使用比計算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡化的計算公式來計算汽車變速器的齒輪， 一樣可以獲得比較準(zhǔn)確的結(jié)果。因此本設(shè)計中使用簡化的計算公式來計算變速器齒輪強(qiáng)度 3.4.1 變速器齒輪彎曲疲勞w計算 （3-1） 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 21 頁 共 36 頁 式中w-彎曲應(yīng)力(Mpa); Ft-圓周力（N）,t 2; Tg-計算載荷（Nm） ，取T 2; d-分度圓直徑(mm)，d=mz； K-應(yīng)力集中系數(shù)，可以近似取 1.65； Kf-摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取 1.1，從動齒輪取 0.9； b-齒寬（mm） ； t-端面齒距(mm)； y-齒形系數(shù),取 0.133； K-重合度影響系數(shù)，取 2.0。 將有關(guān)參數(shù)代入上式，得到齒輪的彎曲應(yīng)力為12 2g2 （3-2） 通過上面的方法計算齒輪的彎曲應(yīng)力。結(jié)果如下表 3.4： 表 3.4 彎曲應(yīng)力 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 常嚙合齒 倒檔 彎曲應(yīng)力（Mpa） 191.74 168.64 152.16 129.95 115.10 208.27 178.32 對于汽車變速器齒輪的許用應(yīng)力在 250Mpa 左右，各檔的彎曲應(yīng)力都在許用應(yīng)力之內(nèi)，滿足設(shè)計要求。 3.4.2 變速器輪齒接觸應(yīng)力j計算 輪齒接觸應(yīng)力計算的簡化公式如下 j 0 8(1+1) （3-3） 式中 j-齒輪接觸應(yīng)力（MPa） ； F-齒面上的法向力（N） ；F ； FT-圓周力（N）, t 2； Tg-計算載荷（Nm） ，取T 2; d-分度圓直徑 E-材料的彈性模量（MPa） ，取 E=200000MPa 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 22 頁 共 36 頁 b-齒輪的實際齒寬（mm） ，取 b=26mm； z、b-主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑(mm) 在直齒輪中 、 （rz、rb為主、從動齒輪節(jié)圓半徑（mm） ） 。 在斜齒輪中 22 、 r2 （rz、rb為主、從動齒輪節(jié)圓半徑（mm） ） 。 將各參數(shù)代入公式，整理后得到接觸應(yīng)力為： 0 8emax(1+1) （3-4） 將各檔齒輪的參數(shù)代入上面公式，計算出各檔齒輪的接觸應(yīng)力如下表： 表 3.5 接觸應(yīng)力 滲碳齒輪的許用接觸應(yīng)力 13001400Mpa， 通過上面的計算， 各檔齒輪都滿足要求。 3.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 中間軸式變速器有三根軸，三根軸應(yīng)該同步設(shè)計，以滿足安裝軸上齒輪以及同步器的需要，軸的初取最小直徑取30 設(shè)計，所有的齒輪寬度取為 26mm。然后根據(jù)實際裝配情況設(shè)計軸。 3.5.1 軸的剛度驗算 對齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。 前者使齒輪中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜。 確定軸的尺寸以后，可對軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗算。欲求中間軸式變速器第一軸的支點反作用力，必須先求第二軸的支點反力，因為第二軸是架在第一軸上的。檔位不同，不僅齒輪上的圓周力、徑向力和軸向力不同，而且力到支點的距離也有變化，所以應(yīng)當(dāng)對每個檔位都進(jìn)行驗算。作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取發(fā)動機(jī)最大扭矩 Tmax。 軸的撓度和轉(zhuǎn)角計算時僅計算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點近、負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計算。 軸在垂直面內(nèi)的撓度為 fc ， 在水平面內(nèi)撓度為 fs 和轉(zhuǎn)角， 可分別用下式計算12: 223 （3-5） 223 （3-6） ()3 （3-7） 式中 Ft-齒輪的徑向力（N） Fr-齒輪的圓周力（N） E-彈性模量(MPa)，取 E=2.1105 Mpa 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 常嚙合齒 倒檔 接觸應(yīng)力 （MPa） 555.85 387.70 533.39 429.05 521.72 528.14 619.30 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 23 頁 共 36 頁 I-慣性矩（mm4） ，對于實心軸，I d464； d-軸的直徑（mm） 。 a、b-齒輪上的作用力矩支座 A、B 的距離（mm） ； L-支座間的距離（mm） 。 軸的全撓度 f 2+ 2 0 。 （3-8） 齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)該超過 0.002rad。 根據(jù)上面的計算公式可以得到在各檔工作時，輸出軸和中間軸的撓度和轉(zhuǎn)角。如下表 1.6 所示。 表 3.6 軸的撓度和轉(zhuǎn)角 通過分析上面的分析得到各檔工作時，各軸的剛度滿足要求。 3.5.2 軸的強(qiáng)度驗算 變速器上的軸收到彎矩和扭矩，所以按彎扭合成來校核軸。因為一檔的齒輪的受力最大，所以只校驗一檔時的軸強(qiáng)度即可。 一檔上使用的是直齒輪， 齒輪嚙合的圓周力 Ft、 徑向力 Fr以及軸向力 Fa按下面的公式計算7: 2 （3-9） （3-10） cos （3-11） T-轉(zhuǎn)矩(Nm) d-節(jié)員直徑(mm) -壓力角() 計算軸的彎扭合成強(qiáng)度，先做出軸的計算簡圖，然后分別按水平面和垂直面計算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計算結(jié)果分別做出水平面上的彎矩 MH和垂直面上的彎矩 Mv。然后按照下面的公式計算彎矩。 M 2+ 2 （3-12） 式中,M-軸所受的彎矩，Nmm； MH-軸的水平方向彎矩，Nmm； MV-軸的垂直方向彎矩，Nmm； 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 倒檔 撓度 （mm） 輸出軸 0.043 0.096 0.10 0.059 0.068 0.082 中間軸 0.084 0.12 0.11 0.094 0.17 0.78 轉(zhuǎn)角 （rad） 輸出軸 0.0001 0.0004 0.0001 0.00013 0.0002 0.00018 中間軸 0.0002 0.0001 0.0004 0.00017 0.0003 0.0003 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 24 頁 共 36 頁 已知軸的彎矩和扭矩之后，可針對某些危險的截面做彎扭合成強(qiáng)度校核計算。計算公式為： 2+()2 （3-13） 式中, -軸的計算應(yīng)力，Mpa； M-軸所受的彎矩，Nmm； T-軸所受的扭矩，Nmm； W-軸的抗彎截面系數(shù)，mm3； -折合系數(shù)； 因為軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都是對稱循環(huán)應(yīng)力，所以取折合系數(shù)=1。軸的抗彎截面系數(shù) W 可以按下面的公式計算： W d332 （3-14） 式中，d 是軸的直徑。 根據(jù)上面的計算方法， 計算的結(jié)果為： 輸出軸的應(yīng)力為172Mpa， 中間軸的應(yīng)力為187Mpa。所以軸的強(qiáng)度滿足要求。 3.6 花鍵 輸出軸上的同步器周向定位是用矩形花鍵定位。下面進(jìn)行花鍵的設(shè)計和校核。 3.6.1 花鍵的設(shè)計 根據(jù)軸的實際情況，在五六檔處和倒檔上連接同步器的花鍵小徑 d=26mm，大徑D=30mm,花鍵齒數(shù) z=6， 齒寬 B=6mm。 在三四檔和一二檔上連接同步器的花鍵小徑 d=34mm，大徑 D=38mm，花鍵齒數(shù) z=6，齒寬 B=6mm。 3.6.2 花鍵的校核 花鍵的主要失效形式是工作面被壓潰（靜連接）或工作面過度磨損（動連接） 。因此，靜連接通常按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計算，動連接則按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度計算7。 本設(shè)計中同步器與花鍵是靜連接，花鍵的強(qiáng)度按下面的公式計算7： 2 103 （3-15） 式中： -載荷分布不均系數(shù)，取=0.7， ； z-花鍵的齒數(shù)； l-齒的工作長度（mm） ； h-花鍵齒側(cè)面的工作高度（mm） ； dm-花鍵的平均直徑(mm); p-花鍵連接的許用壓力（MPa）,取p=140MPa； 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 25 頁 共 36 頁 代入數(shù)據(jù)計算得到四個花鍵強(qiáng)度如下表： 表 1.7 花鍵強(qiáng)度 五六檔花鍵 三四檔花鍵 一二檔花鍵 倒檔花鍵 強(qiáng)度（MPa） 65.25 74.43 88.56 94.12 通過分析上面的分析花鍵滿足設(shè)計要求。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 26 頁 共 36 頁 4 同步器設(shè)計與計算 同步器的設(shè)計主要有同步器的尺寸和同步器的參數(shù)選擇等。 4.1 同步器結(jié)構(gòu) 同步器結(jié)構(gòu)如下圖 4.1 所示 圖 4.1 同步器 1,4-同步環(huán)；3-滑塊；5-嚙合套座；6-花鍵轂；7-嚙合套；8-輸入軸； 同步器主要由同步環(huán)、滑塊、花鍵轂和嚙合套組成。同步器工作可靠、耐用，在現(xiàn)代汽車機(jī)械式變速器中得到廣泛使用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 27 頁 共 36 頁 4.2 同步器工作原理 同步器的工作原理是利用被接合件的慣性防止同步前掛檔。 同步器掛檔過程可以分為三個階段13。第一階段，在變速器換檔撥叉的推動下，嚙合套離開中間位置作軸向移動，使摩擦元件的兩摩擦表面相接觸，慣性力矩引起的轉(zhuǎn)速差產(chǎn)生的摩擦力矩使鎖止元件轉(zhuǎn)至鎖止位置，完成鎖止過程，以阻止同步前掛檔，這時摩擦力矩大于脫鎖力矩，使鎖止可靠。如圖 4.2；第二階段，在繼續(xù)施加的軸向力作用下，經(jīng)鎖止面?zhèn)髦聊Σ帘砻娴恼龎毫Σ粩嗉哟螅鼓Σ粮痹诨ミ^程中的兩摩擦表面的角速度逐漸接近，當(dāng)摩擦力矩克服了被接合部分的慣性力矩后，兩摩擦表面間的轉(zhuǎn)速差及摩擦力矩均消失，完成同步過程；第三階段，摩擦力矩消失后，軸向力仍作用在鎖止元件上，鎖止面正壓力的切向分力產(chǎn)生的脫鎖力矩使鎖止元件倒轉(zhuǎn)某個角度， 使兩鎖止面脫離接觸， 完成脫鎖過程，讓同步器順利地同步，如圖 4.2。所示 圖 4.2 同步器嚙合過程 a-同步器鎖止；b-同步器換擋 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 28 頁 共 36 頁 4.3 同步器主要尺寸確定 （1）接近尺寸 同步器換檔的第一階段中間，在滑塊側(cè)面壓在鎖環(huán)缺口側(cè)邊的同時，且嚙合套相對滑塊做軸向移動前， 嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒倒角之間的軸向距離 b， 稱為接近尺寸，如圖 4.3 所示。尺寸 b 應(yīng)大于零，取 b=0.2 0.3mm。 （2）接近尺寸 滑塊側(cè)面與鎖環(huán)缺口側(cè)邊接觸時，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒中心線間的距離 a，稱為分度尺寸，如圖 4.3 所示。分度尺寸 a 應(yīng)該等于接合齒齒距的 1/4。 a 14 14 （4-1） 式中取 m=3，得 a=2.36 圖 4.3 捏合器間隙 1- 嚙合套接合齒；2-滑塊；3-同步環(huán)；4-齒輪接合齒 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 29 頁 共 36 頁 （3）滑塊轉(zhuǎn)動距離 c 滑塊在鎖環(huán)缺口內(nèi)轉(zhuǎn)動距離 c 如圖 4.4 所示。 滑塊轉(zhuǎn)動距離 c 與接合齒齒距 t 的關(guān)系如下： c 1t42 （4-2） 式中 R1-滑塊軸向移動后的外半徑; R2-接合齒分度圓半徑。 圖 4.4 轉(zhuǎn)動距離 1- 嚙合套；2-鎖環(huán)；3-滑塊；4-鎖環(huán)缺口 （4）滑塊間隙 滑塊端隙1是指滑塊端面與鎖環(huán)缺口端面之間的間隙。同時嚙合套端面與鎖環(huán)端面間隙為2。要求21。如果21則換檔時，在摩擦錐面尚未接觸時，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒的鎖止面已位于接觸位置，接合尺寸 b0,應(yīng)該使21。為保證21取1=0.5，2=1.5。 滑塊端面與齒輪接合齒端面應(yīng)留有間隙3，稱之為后備行程。取3=2.0。 圖 4.5 滑塊間隙 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書用紙 第 30 頁 共 36 頁 4.4 同步器主要參數(shù)確定 （1）摩擦因素 f 同步環(huán)與連接齒輪之間由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副， 在油中工作的摩擦因數(shù) f 取為 0.1。 摩擦因數(shù) f 對換檔齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到相同有重要作用14。 摩擦因數(shù)大，換檔省力或縮短同步時間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用。為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細(xì)牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄油槽， 用來保證摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)。 （2）同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過窄會影響接觸面壓強(qiáng)，使磨損加快14。試驗還證明：螺紋的齒頂寬對 f 的影響很大， f 隨齒頂?shù)哪p而降低，換檔費力，故齒頂寬不易過大。螺紋槽設(shè)計得大些，可使被刮下來的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會使接觸面減少，增加磨損速度。 這本設(shè)計中選用圖 a 所示的螺紋槽，個數(shù)取 10 個，槽寬取 3mm。 （3）錐面半錐角 錐面半錐角如圖 4.6 所示。摩擦錐面半錐角 越小，摩擦