神野牌輕型載貨汽車變速器設計-中間軸式五檔手動【含6張cad圖紙+文檔全套資料】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 摘 要 變速器，用于轉(zhuǎn)變發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路阻礙等不同行駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。 在設計中采用了5+1檔手動變速器，通過較大的變速器傳動比變化范圍，可以滿足汽車在不同的工況下的要求，從而達到其經(jīng)濟性和動力性的要求；變速器掛擋時用同步器，雖然增加了成本，但是使汽車變速器操縱舒適度增加，齒輪傳動更平穩(wěn)。本文設計了常用貨車用機械式變速器。在闡述了機械式變速器的功用、要求的基礎上，根據(jù)設計任務書的要求，選擇三軸式的設計方案，進行變速器主要參數(shù)的確定、齒輪的強度校核和齒輪的幾何尺寸計算，同時設計了變速器所用的鎖環(huán)式同步器，確定了同步器的主要參數(shù)，最后對變速器操縱機構進行設計。 本次設計是我們在校期間最后一次設計、學習機會，是對所學知識的一次綜合運用，也是我們在走向工作崗位之前的一次重要實戰(zhàn)演練。通過這次設計，我們進一步對所學知識加以鞏固，進一步提高搜集資料及查閱資料的能力，進一步提高我們的團隊協(xié)作精神?？傊@次設計對我們走向工作崗位有著重要的作用。 關鍵詞：變速器；齒輪；軸；同步器 Abstract Transmission, used to change the torque and speed of the engine crankshaft, in order to adapt to the car at the start, acceleration, road traffic and to overcome the obstacle of different driving conditions and speed of the drive wheel traction requirements of the different needs. Used in the design of the 5 +1 manual transmission, transmission through the large changes in the scope of the transmission ratio, to meet the vehicle requirements of different conditions, so as to achieve its economic and power requirements; transmission linked file by synchronizer sets, although the increase in cost, but the manipulation of the automobile transmission to increase comfort, smoother gear. This designs commonly used truck with mechanical transmission. Describes the function of mechanical transmission and on the basis of the requirements, according to the requirements of the mission design, selection of three shaft type design, for the main parameters of transmission, gear strength checking and gear calculation of geometric size, while the design of transmission used by the lock ring synchronizer, identified synchronizer of main parameters, the transmission control mechanism design. This design is our last time in school design, learning opportunities, is a comprehensive use of knowledge, but also in the work before we go to an important practical exercise. Through this design, we further strengthen the knowledge we have learned to further improve the ability to collect information and access to information to further enhance our team spirit. In short, this design has an important role in our workplace. 窗體底端 Key words：Transmission；gearbox；synchronizer；input shaft 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 課題研究意義與背景 1 1.2 變速器的簡介 1 1.3 變速器的分類 2 1.4 變速器的功用 3 第2章 變速器設計方案及論證 5 2.1 變速器的設計要求 5 2.2 變速器設計方案論證 6 第3章 各主要參數(shù)的設計計算 11 3.1 變速器傳動比的確定 11 3.2 中心距的初步確定 13 3.3 變速器的外形尺寸 13 3.4 軸的直徑的初步確定 13 3.5 齒輪參數(shù)設計 14 3.6 各擋齒數(shù)的分配 16 3.6.1 一檔斜齒輪齒數(shù)的確定 16 3.6.2 二檔斜齒輪齒數(shù)的確定 17 3.6.3 三檔齒輪齒數(shù)的確定 18 3.6.4 五檔齒輪齒數(shù)的確定 18 3.6.5 確定倒檔傳動比 21 3.7 齒輪精度選擇 22 3.8 齒輪螺旋方向 22 第4章 變速器各擋齒輪的校核 24 4.1 齒輪彎曲應力計算 24 4.1.1 一軸常嚙合齒輪的彎曲應力校核 25 4.1.2 中間軸常嚙合齒輪的彎曲應力校核 25 4.1.3 中間軸四檔齒輪的彎曲應力校核 26 4.1.4 二軸三檔齒輪的彎曲應力校核 26 4.1.5 中間軸三檔齒輪的彎曲應力校核 27 4.1.6 二軸二檔齒輪的彎曲應力校核 27 4.1.7 中間軸二檔齒輪的彎曲應力校核 27 4.1.8 二軸一檔齒輪的彎曲應力校核 28 4.1.9 中間軸一檔齒輪的彎曲應力校核 28 4.1.10 二軸倒檔齒輪的彎曲應力校核 28 4.1.11 中間軸倒檔齒輪的彎曲應力校核 28 4.1.12 倒檔軸倒檔齒輪的彎曲應力校核 29 4.2 齒輪接觸應力計算 29 4.2.1 一軸常嚙合齒輪的接觸應力校核 29 4.2.2 中間軸常嚙合齒輪的接觸應力校核 30 4.2.3 二軸四檔齒輪的接觸應力校核 30 4.2.4 中間軸四檔齒輪的接觸應力校核 31 4.2.5 二軸三檔齒輪的接觸應力校核 31 4.2.6 中間軸三檔齒輪的接觸應力校核 31 4.2.7 二軸二檔齒輪的接觸應力校核 31 4.2.8 中間軸二檔齒輪的接觸應力校核 32 4.2.9 二軸一檔齒輪的接觸應力校核 32 4.2.10 中間軸一檔齒輪的接觸應力校核 32 4.2.11 二軸倒檔齒輪的接觸應力校核 33 4.2.12 中間軸倒檔齒輪的接觸應力校核 33 4.2.13 倒檔軸倒檔齒輪的接觸應力校核 33 第5章 變速器軸的設計計算 35 5.1 軸的功用及設計要求 35 5.2 軸尺寸初選 35 5.3 軸的強度校核 36 5.3.1 對中間軸一擋齒輪處進行強度校核 37 5.3.2 對中間軸二擋齒輪處進行強度校核 38 5.3.3 對中間軸三擋齒輪處進行強度校核 39 5.3.4 對中間軸四擋齒輪處進行強度校核 40 5.3.5 對中間軸倒擋齒輪處進行強度校核 41 第6章 軸上花鍵的設計計算 42 第7章 變速器軸承選擇 44 第8章 同步器的設計 45 8.1 同步器的功用 45 8.2 同步器的類型的選擇 45 8.3 鎖環(huán)式同步器的參數(shù)的確定 46 第9章 變速器操縱機構的設計 48 9.1 對變速器操縱機構的要求 48 9.2 直接操縱手動換擋變速器 48 9.3 遠距離操縱手動換擋變速器 49 9.4 變速器自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置 49 9.4.1 自鎖裝置 49 9.4.2 互鎖裝置 49 9.4.3 倒檔鎖裝置 50 第10章 變速器箱體的設計 51 10.1 箱體零件的結(jié)構特點 51 10.2 箱體零件的結(jié)構設計原則 51 10.2.1 箱體結(jié)構的鑄造工藝性 51 10.2.2 箱體結(jié)構的機械加工工藝性 51 第11章 變速器箱體的附件設計 52 第12章 變速器的潤滑與密封 53 第13章 操縱機構和箱體實體建模 54 第14章 結(jié) 論 56 參考文獻 57 致 謝 58 附 錄 59 V 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 第1章 緒 論 1.1 課題研究意義與背景 輕型貨車是較為常用的商用車，在現(xiàn)代的社會中占有重要的地位。人們的衣食住行的便利，都有貨車運輸方面的功勞。社會經(jīng)濟的發(fā)展、人們生活水平的提高更需要貨車的運輸。貨車已成為一個國家乃至整個世界不可缺少的一樣運輸工具。中國汽車變速器市場正處于高速發(fā)展期。2007年中國汽車銷售879.15萬輛，2008年汽車產(chǎn)銷量突破900萬，2010年汽車銷售規(guī)模達到1263萬輛。2013年，汽車產(chǎn)銷雙雙超過2000萬輛，增速大幅提升，高于年初預計,并且再次刷新全球紀錄，已連續(xù)五年蟬聯(lián)全球第一。隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，市場規(guī)模的進一步擴大，中國汽車變速器行業(yè)的競爭也變得日趨激烈，中國變速器行業(yè)面臨著重大機遇。2010年中國汽車變速器需求量超過1800萬臺，增長速度高達32.5%。 預計2016年有望達到900億元。汽車變速器產(chǎn)品在4檔～16檔市場領域?qū)崿F(xiàn)了全方位覆蓋，廣泛匹配于輸入扭矩300—3000nm、載重量2噸～60噸之間的重型車、大客車、中輕型卡車、工程用車和低速貨車等各種車型，被國內(nèi)50多家主機廠的上千種車型選為定點配套產(chǎn)品。法士特變速器在國內(nèi)8噸以上重型汽車配套市場占有率78%，15噸以上配套市場占有率超過90%，重型變速器產(chǎn)銷量世界第一[1]。 隨著我國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對汽車的需求也是越來越高。大多數(shù)人在購車時只注重發(fā)動機的性能，而且這似乎已成為了衡量汽車品質(zhì)優(yōu)劣的一個標準，因為它是動力的締造者。但是，卻不能忽略掌控速度快慢的變速器。變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其技術的發(fā)展,是衡量汽車技術水平的一項重要依據(jù)。由于變速器在汽車結(jié)構中具有著重要的作用。因此變速器結(jié)構的改進對汽車行業(yè)的發(fā)展與進步具有著深遠的意義。 1.2 變速器的簡介 1894年，一個法國工程師給一輛汽車裝上世界上第一個變速器，至今汽車變速器已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展。變速器，英文TRAnsmission，作為汽車重要的組成部分，是承擔放大發(fā)動機扭矩，配合引擎功扭特性，實現(xiàn)理想動力傳遞，從而適應各種路況實現(xiàn)汽車行駛的主要裝置。汽車變速器誕生100多年來，齒輪變速器一直占據(jù)著統(tǒng)治地位，但隨著汽車技術日新月異的發(fā)展，高科技不斷引入汽車工業(yè)，變速器的技術也發(fā)生了很大的變化。汽車變速器的發(fā)展，最本質(zhì)的就是從汽車傳動的平順性、舒適性，駕駛員操作的輕松性考慮，因而相應地提高了汽車的通過性與經(jīng)濟性。隨著人們對車輛性能要求的不斷提高，變速器技術的不斷發(fā)展，汽車變速器已成為提高整車性能的突破口，各種類型汽車變速器的誕生與發(fā)展都影響著全球及各大主要地區(qū)的汽車市場格局，中國市場也身居其中。今后汽車變速器市場會呈現(xiàn)最佳優(yōu)化設計的多層次多樣化狀態(tài)。 變速器在發(fā)動機和汽車傳動系之間主要起著匹配作用，通過改變變速器的傳動比，可以使汽車在不同的使用條件下得到不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作[2]。汽車傳動系是汽車的主要組成部分，變速器又是傳動系的重要部件，它們的任務就是充分發(fā)揮發(fā)動機的性能，使發(fā)動機發(fā)出的動力有效而經(jīng)濟地傳到驅(qū)動輪，以滿足汽車行駛上的各項要求。變速箱由變速傳動機構和變速操縱機構兩部分組成。變速傳動機構的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的數(shù)值和方向；操縱機構的主要作用是控制傳動機構，實現(xiàn)變速器傳動比的變換，即實現(xiàn)換擋，以達到變速變矩。 機械式變速箱主要應用了齒輪傳動的降速原理。簡單的說，變速箱內(nèi)有多組傳動比不同的齒輪副，而汽車行駛時的換擋行為，也就是通過操縱機構使變速箱內(nèi)不同的齒輪副工作。 現(xiàn)代汽車技術的發(fā)展對傳動裝置的設計工作提出了很更高的要求。在這種情況下，傳動裝置的設計，不但要滿足動力性和經(jīng)濟性指標，而且要求輪廓尺寸和質(zhì)量小、結(jié)構緊湊、尺寸小、工作可靠、壽命長、噪音低、維修方便等。 機械式變速器因具有結(jié)構簡單，傳動效率高，制造成本低和工作可靠等優(yōu)點，在不同形式的汽車上得到廣泛應用。 1.3 變速器的分類 1.按傳動比的變化方式劃分，變速器可分為有級式、無級式和綜合式三種[3]。 (1)有級式變速器：采用齒輪傳動具有若干個可選擇的定值傳動比；按所用輪系形式不同又可分為：齒輪軸線固定的普通齒輪變速器和部分齒輪(行星齒輪)軸線旋轉(zhuǎn)的行星齒輪變速器兩種。此種形式應用最為廣泛。 (2)無級式變速器:傳動比可在一定范圍內(nèi)可按無限多級變化,常見的有液力式（動液式）和電力式兩種。 (3)綜合式變速器：由有級式變速器和無級式變速器共同組成的，其傳動比可以在最大值與最小值之間幾個分段的范圍內(nèi)作無級變化，目前應用較多。 2.按操縱方式劃分，變速器可以分為手動操縱式，自動操縱式和半自動操縱式三種[3]。 (1)手動操縱式變速器：靠駕駛員直接操縱變速桿換檔。 (2)自動操縱式變速器：傳動比的選擇和換檔是自動進行的。駕駛員只需操縱加速踏板，變速器就可以根據(jù)發(fā)動機的負荷信號和車速信號來控制執(zhí)行元件，實現(xiàn)檔位的變換。 (3)半自動操縱式變速器：可分為兩類，一類是部分檔位自動換檔，部分檔位手動(強制) 換檔；另一類是預先用按鈕選定檔位，在采下離合器踏板或松開加速踏板時，由執(zhí)行機構自行換檔。 3.根據(jù)軸的形式，分為固定軸式變速器、旋轉(zhuǎn)軸式變速器，固定軸式變速器包括兩軸式變速器，中間軸式變速器，雙中間軸式變速器，多中間軸式變速器[4]。變速器是由變速傳動機構和操縱機構組成，需要時，還可以加裝動力輸出器。根據(jù)前進擋數(shù)分為三擋變速器、四擋變速器、五擋變速器、多擋變速器。 1.4 變速器的功用 現(xiàn)代汽車上活塞式內(nèi)燃機被作為動力源廣泛采用，其工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復雜的使用條件則要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動系統(tǒng)中設置了變速器。車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動機，而且在很大程度上還依賴于變速器以及變速器與發(fā)動機的匹配[5]。 變速器的功用有： (1)改變傳動比，滿足不同行駛條件對牽引力的需要，使發(fā)動機盡量工作在有利的工況下，滿足可能的行駛速度要求。 在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動輪上扭矩的大小。由于汽車行駛條件不同，要求汽車行駛速度和驅(qū)動扭矩能在很大范圍內(nèi)變化。例如，在高速路上車速應能達到100km/h，而在市區(qū)內(nèi)，車速常在50km/h左右?？哲囋谄街钡墓飞闲旭倳r，行駛阻力很小，則當滿載上坡時，行駛阻力便很大。而汽車發(fā)動機的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而轉(zhuǎn)矩變化范圍更不能滿足實際路況需要。 (2)實現(xiàn)倒車行駛，用來滿足汽車倒退行駛的需要。實現(xiàn)倒車行駛汽車，發(fā)動機曲軸一般都是只能向一個方向轉(zhuǎn)動的，而汽車有時需要能倒退行駛，因此，往往利用變速箱中設置的倒檔來實現(xiàn)汽車倒車行駛。 (3)中斷動力傳遞，在發(fā)動機起動，怠速運轉(zhuǎn)，汽車換擋或需要停車進行動力輸出時，中斷向驅(qū)動輪的動力傳遞。 (4)實現(xiàn)空檔，當離合器接合時，變速箱可以不輸出動力。例如，可以保證駕駛員在發(fā)動機不熄火時松開離合器踏板離開駕駛員座位。 第2章 變速器設計方案及論證 2.1 變速器的設計要求 汽車變速器，汽車構件之一。通過改變傳動比，改變發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)拒，適應在起步、加速、行駛以及克服各種道路阻礙等不同行駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。 應保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟性指標。在汽車整體設計時，根據(jù)汽車載重量、發(fā)動機參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動比，來滿足這一要求。 變速器設有空檔，可在啟動發(fā)動機、汽車滑行或停車時使發(fā)動機的動力停止向驅(qū)動輪傳輸。變速器設有倒檔，使汽車獲得倒退行駛能力。需要時，機械式變速器還有動力輸出功能。 工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內(nèi)不應有自動跳檔、亂檔、換擋沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強度，提高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過采用同步器和預選氣動換擋或自動、半自動換擋來實現(xiàn)。 變速器應當有高的工作效率且工作噪聲低。采用斜齒輪傳動及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。 除此之外，變速器還應當滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、拆裝容易、制造成本低、維修方便等要求。滿足汽車必要的動力性和經(jīng)濟性指標，這與變速器的擋數(shù)、傳動比范圍和各擋傳動比有關[6]。汽車工作的道路條件越復雜、功率比越小，變速器的傳動比范圍越大。 為滿足以上使用性能要求，本變速器采用有級式變速器。變速器由變速傳動機構和操縱機構構成。變速器傳動機構包括換擋齒輪、傳動齒輪、傳動軸。實現(xiàn)操作需要避免、避免沖擊布置的同步器，操縱機構還要求有自鎖和互鎖裝置。轎車多采用兩軸式變速器，貨車多采用三軸式變速器，同步器設計采用鎖環(huán)式同步器。 2.2 變速器設計方案論證 變速器設計方案要求從使用性能、制造條件和重量、價格性價比等多方面考慮，要求滿足制造、使用、維修等條件。所以應從齒輪的形式，軸的形式及布置的合理性等多方面分析，得到最佳方案。 1.變速器軸數(shù)的選擇 固定軸式變速器中的兩軸式和中間軸式變速器得到廣泛應用。 兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動汽車上，其動力傳遞主要依靠兩根相互平行的軸（輸入軸和輸出軸）完成。它的結(jié)構簡單、緊湊、容易布置。此外，各中間檔位因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時噪聲小。因兩軸式變速器不能設置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，容易損壞，還有，受結(jié)構限制，兩軸式變速器的一檔速比不可能設計的很大。對于前進檔，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動方向相同。 中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車和發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動機飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設離合器的從動盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。中間軸式變速器從結(jié)構外形看中間軸式變速器有三根軸：一軸和二軸在同一條軸線上。將它們連接即為直接檔，此時，齒輪、軸承不承受載荷而只傳遞轉(zhuǎn)矩，故而傳動效率高，而且摩損小，壽命長，噪音也較小。而在其他檔位上，經(jīng)過兩對連續(xù)齒輪傳動，傳動效率稍低。 因本次設計的車型為神野牌輕型載貨汽車，其發(fā)動機布置形式為前置后輪驅(qū)動，故本次設計采用中間軸式變速器。 2.檔數(shù)的選擇 增加變速器的檔數(shù)，能改善汽車的動力性和經(jīng)濟性。檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構越復雜，并且是尺寸輪廓和質(zhì)量加大。同時操縱機構復雜，而且在使用時換檔頻率也增高。 在最低檔傳動比不變的條件下，增加變速器的檔位會使變速器相鄰的低檔與高檔之間傳動比比值減小，是換檔工作容易進行。要求相鄰檔位之間的傳動比比值在1.8以下,該值越小換檔工作越容易進行。要求高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值小。 因此，本次設計神野牌輕型載貨汽車變速器設計采用5+1檔，其傳動路線簡圖如圖2.1所示。 圖2.1 神野牌輕型載貨汽車變速器簡圖 3.倒檔形式及布置方案 常見的倒檔方案如圖2.2所示： 圖2.2倒擋形式及布置方案 圖2為常見的倒檔布置方案。圖A所示該方案是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，雖然使結(jié)構簡單，但中間齒輪處于不利的正、負交替對稱變化的彎曲應力狀態(tài)下工作。圖b所示方案的優(yōu)點是換倒檔時利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換檔時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換檔困難。圖c所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理。圖D所示方案針對前者的缺點做了修改，因而取代了圖c所示方案。圖e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。圖f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒檔傳動采用圖g所示方案。其缺點是一，倒檔須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機構復雜一些。 綜上所述，由于神野牌輕型載貨汽車變速器的全部齒輪副均為常嚙合齒輪，所以本次設計采用方案f，即倒檔齒輪為常嚙合斜齒輪傳動同步器換擋方式。其優(yōu)點是：換擋方便，輪齒受到?jīng)_擊小，使用壽命長。 4.齒輪的選擇 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，工作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時稍復雜，工作時有軸向力，這對軸承不利。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大，但是合理安排一軸上斜齒輪與中間軸上斜齒輪嚙合和中間軸上斜齒輪與二軸上斜齒輪嚙合，能夠在一定的范圍內(nèi)抵消斜齒輪工作時的軸向力。倒檔齒輪為常嚙合斜齒輪傳動同步器換擋方式。由于本設計中所有擋位均采用同步器換擋，故所有齒輪嚙合方案均為常嚙合齒輪傳動，因此，所有齒輪均采用斜齒輪。 5.變速器換擋機構的選擇 變速器換檔機構有直齒滑動齒輪，嚙合套和同步器換檔三種形式。使用軸向滑動直齒輪換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，齒輪端部磨損加劇并過早損壞，并伴隨著噪聲。因此，除一擋、倒擋外已很少使用。 使用嚙合套換擋，因承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，嚙合套不會過早被損壞，但不能消除換擋沖擊。同步器分為常壓式、慣性式、和慣性增力式，多采用慣性式。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，而與操作技術的熟練程度無關，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟性和行駛安全性。同上述兩種換檔方法比較，雖然它有機構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點，但仍然得到廣泛應用。 鎖環(huán)式同步器有工作可靠、零件耐用等優(yōu)點，但因結(jié)構布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于鎖止面在鎖環(huán)的接合齒上，會因齒面磨損而失效，因而主要用于乘用車和總質(zhì)量不大的貨車變速器中。 鎖環(huán)式同步器結(jié)構緊湊，它可保證欲嚙合的一對齒輪在不同步之前不接觸，有效防止齒輪的沖擊噪聲，延長齒輪壽命。因其傳遞的轉(zhuǎn)矩不大，所以適用于轎車和輕型貨車的變速器。在中型貨車以上的變速器中，尤其是在低速檔最好采用鎖銷式慣性同步器。 因為本次設計的神野牌輕型載貨汽車為輕型貨車，傳遞轉(zhuǎn)矩不大，最后決定換擋機構形式為各擋均采用鎖環(huán)式同步器換擋。 自動脫檔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)構上采取措施比較有效的方案有以下幾種，如圖2.3所示。 （1）將兩接合齒的嚙合位置錯開。 （2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?.3～0.6mm）。 （3）將接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2°～3°），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力。這種方案比較有效，應用較多。 圖2.3 防止自動脫檔的結(jié)構措施 6.同步器設計 同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。 常壓式同步器結(jié)構雖然簡單，但不能消除嚙合件在同步狀態(tài)下(即角速度相等)換擋的缺點，現(xiàn)已不用。 本設計中均采用鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的，但它可以從結(jié)構上保證接合套與待嚙合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲，而且鎖環(huán)式同步器具有耐摩擦，軸向尺寸小等優(yōu)點。 7.變速器軸承 作旋轉(zhuǎn)運動的變速器軸支撐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安置軸承。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。至于何處應當采用何種類型的軸承，是受結(jié)構限制并隨所承受的載荷特點不同而不同。汽車的變速器結(jié)構緊湊，尺寸小，采用尺寸大些的軸承結(jié)構受限制，常在布置上有困難。而本次神野牌輕型載貨汽車設計變速器： （1）變速器第一軸前端支撐在飛輪的內(nèi)腔里，因有足夠大的空間，采用向心球軸承。 （2）變速器第一軸、第二軸的后部軸承選用球軸承，中間軸前、后軸承按直徑系列一般選用中系列圓柱滾子軸承。 （3）滾針軸承、滑動軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運動的地方。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬因而容量大、可承受高負荷、滾子能自動對中，可確保軸承的可靠性，使用壽命長、接觸線長，可提高軸和齒輪的剛度，降低齒輪噪聲，減少脫擋的可能性等優(yōu)點，但也有需要調(diào)整預緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點。 8.操縱機構的選擇： 自鎖互鎖機構： （1）掛擋后應保證直齒滑動齒輪換擋時，全齒寬都進入嚙合。由于汽車振動或其他條件的影響下，操縱機構應保證變速器不自行掛擋或自行脫擋。為此在操縱機構中設有自鎖裝置。 （2）為了防止同時掛上兩個檔而使變速器卡死或損壞，為此在操縱機構中設有互鎖裝置。 （3）為了防止在汽車前進時誤掛倒檔，導致零件損壞，在操縱機構中設有倒檔鎖裝置。 本次設計的神野牌輕型載貨汽車是發(fā)動機前置后驅(qū)型，所以變速器布置在駕駛員座位附近。直接操縱機構一般由變速桿、撥塊、撥叉、撥叉軸以及安全裝置等組成，多集中于變速器上蓋或側(cè)蓋內(nèi)，結(jié)構簡單，操縱方便，因此本次設計變速器采用直接操縱機構。 第3章 各主要參數(shù)的設計計算 3.1 變速器傳動比的確定 汽車在最大爬坡路面上行使時，最大驅(qū)動力應能克服輪胎與路面間滾動阻及上坡阻力。由于汽車上坡行使時，車速不高，故可以忽略空氣阻力，這時： （3-1） 式中：——最大驅(qū)動力； 即 （3-2）Error! No bookmark name given. ——滾動阻力； 即 （3-3） ——最大上坡阻力； 即 （3-4） 把以上參數(shù)代入（3-1）得： (3-5) 以上是根據(jù)最大爬坡度確定一檔傳動比[7]。 式中：——發(fā)動機最大扭矩，=245 n·m； ——變速器一檔傳動比； ——主傳動器傳動比，=5.286； ——汽車總質(zhì)量，； ——道路滾動阻力系數(shù)取0.020； ——傳動系機械效率，取0.96； ——重力加速度；取； ——驅(qū)動輪滾動半徑，取0.327 m； ——汽車最大爬坡度為21.8％，即 由（3-5）得 取 由 （3-6） 式中：為常數(shù)，也就是各檔之間的公比，一般認為不宜大于1.7～1.8。 由中等比性質(zhì)，得： （3-7） 式中：——檔位數(shù)，??； ——檔數(shù)，； 得： ； ； ； ； ； ； ； 符合q不大于1.7～1.8的要求。 則最后得 , , , ，。 3.2 中心距的初步確定 對于中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸的距離稱為變速器中心距A。 初選中心距A時，可根據(jù)經(jīng)驗公式計算 (3-8） 式中： ——中心距系數(shù)：=8.5～9.6,取9.5； ——變速器一檔傳動比； ——變速器傳動效率：取； ——發(fā)動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩，單位為（nm）； 得 取 3.3 變速器的外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間（過渡）齒輪和換擋機構的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有擋數(shù)、換擋機構形式以及齒輪形式。 商用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列數(shù)據(jù)選用： 四檔 （2.2～2.7）A 五檔 （2.7～3.0）A 六擋 （3.2～3.5）A 當變速器選用的常嚙合齒輪對數(shù)和同步器多時，應取給出范圍的上限。 對于本例神野牌輕型載貨汽車五檔變速器殼體尺寸取3.0A，取整得L=300 mm。 3.4 軸的直徑的初步確定 變速器工作時軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還承受來自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪還有軸向力。在這些力的作用下，變速器的軸必須有足夠的剛度和強度。軸的剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，對齒輪的強度和耐磨性產(chǎn)生影響，增加工作噪聲[8]。中間軸式變速器的第二軸和中間軸中部直徑D=0.45A，軸的最大直徑D和支撐間距離L的比值，對中間軸，D/L=0.16～0.18，對第二軸，D/L=0.18～0.21。 第一軸花鍵部分直徑可按下式初選： D= （3-9） 式中：——經(jīng)驗系數(shù)，＝4.0～4.6，?。?.5； ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（n?m）； 得D=25 mm ，取D＝28 mm。 3.5 齒輪參數(shù)設計 （1）齒輪模數(shù)的選擇 影響齒輪模數(shù)選取的因素很多，如齒輪強度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。選取齒輪模數(shù)時一般遵循的原則是：合理減少模數(shù)，增加齒寬會使噪聲降低；為了減輕變速器的質(zhì)量，應增加模數(shù)，同時減小齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應選用同一種模數(shù)，而從齒輪強度方面考慮，各檔齒輪應該有不同的模數(shù)。 初選模數(shù)時，可參考同類型汽車的齒輪模數(shù)確定；也可以根據(jù)經(jīng)驗公式確即： （3-10） 式中： ——斜齒輪法向模數(shù)； ——直齒輪模數(shù)； ——發(fā)動機最大扭矩； ——變速器一檔傳動比； ——變速器傳動效率，?。? 本次設計齒輪皆選用斜齒圓錐齒輪，以下為各檔齒輪法向模數(shù)： 一檔齒輪：mn=3.0 mm 二檔齒輪：mn=2.5 mm 三檔齒輪：mn=2.5 mm 常嚙合齒輪：mn=2.5 mm 五檔齒輪：mn=2.5 mm 倒檔齒輪：mn=3.0 mm （2）壓力角的選擇 壓力角較小時，重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時，可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對于轎車，為提高重合度以降低噪聲，應采用14.5°,15°，16°，16.5°等小些的壓力角；對貨車，為提高齒輪的承載能力，應選用22.5°或25°等大些的壓力。實際上，因國家規(guī)定的標準壓力角為20°，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20°。 （3）螺旋角的選擇 斜齒輪在變速器中得到廣泛應用。選取斜齒輪的螺旋角應注意以下問題： 螺旋角大些時會使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)，噪聲降低，實驗還證明，隨螺旋角的增大，齒輪的強度也會相應的提高，不過當螺旋角高于時，其抗彎強度會驟然下降，而接觸強度仍上升。因而選取適當?shù)闹凳箯澢鷱姸扰c接觸強度達到均衡。此外，為消除斜齒輪傳動的軸向力，中間軸上的齒輪一律做成右旋，而第一、二軸上的一律左旋，軸向力由軸承承受。 最后，可用調(diào)整螺旋角的方法，使各對嚙合齒輪因模數(shù)或齒數(shù)不同等原因而造成的中心距不等現(xiàn)象得以消除。 貨車變速器斜齒螺旋角的選擇范圍：15°～25°。 初選 ， , ， ， ， 。 （4）齒寬 在選擇齒寬時，應該注意齒寬對變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強度和齒輪工作時受力的均勻程度等均有影響。 考慮盡量減少軸向尺寸和質(zhì)量，齒寬應小些，但齒輪傳動平穩(wěn)性消弱，此時雖然可以用增加齒輪螺旋角來補償，但這時軸承的軸向力增大，使之壽命降低，齒寬窄還會使齒輪的工作應力增加，選用寬些的齒寬，工作時因軸的變型導致沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。 通常根據(jù)模數(shù)來選擇齒寬： 斜齒可由經(jīng)驗公式得： (3-11) 式中：取為6.0～8.5。 斜齒齒寬 采用嚙合套或同步器換擋時，其接合齒的工作寬度初選時可取為2～4mm。 則本設計中各個齒輪齒寬為： =17.5mm，=17.5mm，=17.5mm，=17.5mm，=17.5mm，=17.5mm， =17.5mm，=17.5mm，=21mm，=21mm，=21mm，=21mm，=21mm。 3.6 各擋齒數(shù)的分配 在初選中心距、齒輪螺旋角之后，可根據(jù)預選確定的變速器擋數(shù)、傳動比和傳動方案來分配齒輪的齒數(shù)。 3.6.1 一檔斜齒輪齒數(shù)的確定 （1）由于斜齒輪兩嚙合齒輪齒數(shù)和有如下關系： (3-12) 式中： ——和的齒數(shù)和。 由于初選，得 ，取。 由進行大小齒輪齒數(shù)分配，取,。 （2）對中心距進行修正 (3-13) 得 取。 （3）由傳動比公式得出齒輪1、2齒數(shù)比： (3-14) 。 （4）由中心距公式 (3-15) 得到 則計算齒輪1、2齒數(shù)，取圓整得： ，。 （5）修正 (3-16) ，合格。 （6）修正螺旋角 由 (3-17) 得 若修正齒輪9、10的螺旋角，變速器掛入一檔時，中間軸上軸向力會偏大，難以中和，影響變速箱正常運轉(zhuǎn)，故將齒輪9、10采用變位齒輪，具體參數(shù)計算見后。 3.6.2 二檔斜齒輪齒數(shù)的確定 （1）由二檔傳動比可知齒輪7、8齒數(shù)比： （3-18） 得到齒數(shù)比 （2）由中心距公式求出齒輪7、8齒數(shù)： (3-19) ； 則計算齒輪7、8齒數(shù)，取圓整得： ，； （3）修正 (3-20) ； ，合格。 （4）修正 (3-21) （5）從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，齒數(shù)還必須滿足下列關系式： （3-22） 其中 ； ； 則得到結(jié)果： 兩者相差不大，近似認為軸向力平衡，合格。 3.6.3 三檔齒輪齒數(shù)的確定 （1）由二檔傳動比可知齒輪5、6齒數(shù)比： （3-23） 得到齒數(shù)比 （2）由中心距公式求出齒輪5、6齒數(shù)： (3-24) ； 則計算齒輪5、6齒數(shù)，取圓整得： ，； （3）修正 (3-25) ； ，合格。 （4）修正 (3-26) （5）從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，齒數(shù)還必須滿足下列關系式： （3-27） 其中 ； ； 則得到結(jié)果： ， 兩者相差不大，近似認為軸向力平衡，合格。 3.6.4 五檔齒輪齒數(shù)的確定 （1）由二檔傳動比可知齒輪3、4齒數(shù)比： （3-28） 得到齒數(shù)比 （2）由中心距公式求出齒輪3、4齒數(shù)： (3-29) ； 則計算齒輪3、4齒數(shù)，取圓整得： ，； （3）修正 (3-30) ； 合格。 （4）修正 (3-31) （5）從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，齒數(shù)還必須滿足下列關系式： （3-32） 其中 ； ； 則得到結(jié)果： ， 兩者相差不大，近似認為軸向力平衡，合格。 一檔齒輪的尺寸 一檔： 一檔實際傳動比： 二檔齒輪的尺寸： 二檔： 二檔實際傳動比： 三檔齒輪的尺寸： 三檔： 三檔實際傳動比： 四檔齒輪的尺寸： 四檔： 五檔齒輪的尺寸： 五檔： 五檔實際傳動比： 中間軸倒檔齒輪尺寸： hA=hA*mn=12.5=2.5mm hf=(hA*+cx) mn=1.253=3.75mm 倒檔惰輪尺寸： hA=hA*mn=13=3mm hf=(hA*+cx) mn=1.253=3.75mm 輸出軸倒檔齒輪尺寸： hA=hA*mn=13.5=3.5mm hf=(hA*+cx) mn=1.253.5=4.375mm 倒檔實際傳動比： 3.6.5 確定倒檔傳動比 倒檔齒輪的模數(shù)往往與一檔相近，為保證中間軸倒檔齒輪不發(fā)生根切，初選，倒檔齒輪一般在21～33之間選擇。初選。 根據(jù)中間軸和輸出軸的中心距A=145mm，那么 (3-33) 代入數(shù)字圓整后可求得。 修正倒檔傳動比： 為了保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運動干涉， 齒輪11和齒輪12的齒頂圓之間應保持0.5mm以上的間隙，所以有 （1）中間軸與倒檔軸之間的中心距 (3-34) 取 修正角： （2）第二軸與倒檔軸之間的中心距 (3-35) 取。 則有 。 齒輪11和齒輪12的齒頂圓之間的間隙 。 所以齒輪能正常嚙合且不發(fā)生運動干涉。修正后各檔的傳動比為： ， ，，，，。 3.7 齒輪精度選擇 根據(jù)推薦，提高高檔位齒輪的性能，所有齒輪均采用8級斜齒輪。 3.8 齒輪螺旋方向 由于斜齒輪傳遞扭矩時要產(chǎn)生軸向力，故設計時應要求中間軸上的軸向力平衡。關于螺旋角的方向，第一軸齒輪采用左旋，二軸除倒檔齒輪外均左旋。這樣可使第一、二軸所受的軸向力直接經(jīng)過軸承蓋作用在變速器殼體上，而不必經(jīng)過軸承的彈性檔圈傳遞。中間軸齒輪全部采用右旋，因此同時嚙合的兩對齒輪軸向力方向相反，軸向力可互相抵消一部分。 第4章 變速器各擋齒輪的校核 4.1 齒輪彎曲應力計算 齒輪彎曲應力的計算，有以下公式： 直齒： （4-1） 斜齒： （4-2） 式中：——彎曲應力（）； ——計算載荷（）； ——齒寬系數(shù)； ——應力集中系數(shù)，直齒輪，斜齒輪； ——重合度影響系數(shù)，主動齒輪，從動齒輪； ——重合度影響系數(shù)， ； ——齒形系數(shù)，如圖4.1所示； ——當量齒數(shù)，。 圖4.1 齒形系數(shù)圖 4.1.1 一軸常嚙合齒輪的彎曲應力校核 由最大轉(zhuǎn)矩和效率可得齒輪上所受轉(zhuǎn)矩： 又由已知參數(shù)： ，，，，，； 求出齒輪1所受切向力為： 得到齒輪1彎曲應力： 由于齒輪選用的材料為20CRmnTi，由《機械設計手冊》查得，，齒輪1彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.2 中間軸常嚙合齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪2彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 二軸四檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪3彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.3 中間軸四檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪4彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.4 二軸三檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪5彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.5 中間軸三檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪6彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.6 二軸二檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪7彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.7 中間軸二檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪8彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.8 二軸一檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪9彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.9 中間軸一檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪10彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.10 二軸倒檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪11彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.11 中間軸倒檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪12彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.1.12 倒檔軸倒檔齒輪的彎曲應力校核 ，，，，，； 齒輪13彎曲應力在合理范圍內(nèi)，則彎曲強度合格。 4.2 齒輪接觸應力計算 斜齒接觸應力計算公式： （4-3） （4-4） 式中：F——齒面上的法向力； E——齒輪材料的彈性模量，取2.1×10mpA； b——齒輪接觸實際寬度； D——節(jié)圓直徑； 、——主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑， 斜齒輪有： （4-5） （4-6） 4.2.1 一軸常嚙合齒輪的接觸應力校核 有已知參數(shù)可得： ， 齒輪1上齒面法向力為： 得到主從齒輪在節(jié)點處的曲率半徑： 得出齒輪1齒面接觸強度為: 根據(jù)齒輪選用的材料為20CRmnTi，《機械設計手冊》查得， ， 齒輪1接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪2接觸強度合格。 4.2.2 中間軸常嚙合齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪2接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪2接觸強度合格。 4.2.3 二軸四檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪3接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪3接觸強度合格。 4.2.4 中間軸四檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪4接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪4接觸強度合格。 4.2.5 二軸三檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪5接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪5接觸強度合格。 4.2.6 中間軸三檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪6接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪6接觸強度合格。 4.2.7 二軸二檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪7接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪7接觸強度合格。 4.2.8 中間軸二檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪8接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪8接觸強度合格。 4.2.9 二軸一檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪9接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪9接觸強度合格。 4.2.10 中間軸一檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪10接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪10接觸強度合格。 4.2.11 二軸倒檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪11接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪11接觸強度合格。 4.2.12 中間軸倒檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪12接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪12接觸強度合格。 4.2.13 倒檔軸倒檔齒輪的接觸應力校核 ， 齒輪13接觸應力在合理范圍內(nèi)，則齒輪13接觸強度合格。 變速器軸的設計計算 4.3 軸的功用及設計要求 變速器的軸是變速器傳遞扭距的主要部件，它的結(jié)構和強度直接影響變速器的使用壽命，變速器在工作時，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力的作用，變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩，因此，要求變速