桑塔納2000兩軸式變速器設計（含CATIA三維圖）

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:1064457796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:1064457796或者1304139763 ==================== 摘　　要 汽車傳動系是汽車的核心組成部分。其任務是調(diào)節(jié)變換發(fā)動機的性能，將動力有效而經(jīng)濟地傳至驅(qū)動車輪，以滿足汽車的使用要求。變速器是完成傳動系任務的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的設計水平對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車變速器的設計趨勢是增大其傳遞功率與重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。本設計以現(xiàn)有企業(yè)正在生產(chǎn)的車型桑塔納變速器為基礎，在給定發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，著重對變速器齒輪的結(jié)構參數(shù)、軸的結(jié)構尺寸等進行設計計算；并對變速器的傳動方案和結(jié)構形式進行設計；同時對操縱機構和同步器的結(jié)構進行設計；從而提高汽車的整體性能。 關鍵詞：變速器；齒輪；同步器；設計；結(jié)構 ABSTRACT Drivetrain is the core components of automobile.Its task is transforming and regulateing the performance of engine. Transmission can effectively and economically conveyed the power to the wheel which can meet the requirement of vehicles. Transmission is the important part of drivetrain components to complete the tasks. as well as one of the main factor to decide the whole performance of vehicle. The standards of Transmission designing can directly impact the vehicle dynamics, fuel economy, the reliability and portability of shifting , the smoothness and efficiency of Transmiting. Along with the development of the automobile industry,the trend of car transmission designing is to increase its transmission power and decrese its weight,and hope have smaller size and excellent performance. The design based on the existing enterprises production Transmission, In conditions that knowing the engine output torque,speed of engine and maximum speed of vehicles, maximum degree, focus on the designing of transmission gear structural parameters, axis geometry design computation; as well as the transmission and drive program structure design; Meanwhile on the structure of components to manipulation and synchronous design; thereby enhancing the overall performance of cars. Key words: Transmission；Gear；Synchronizer ；Design；Structure II 目 錄 摘　　要………………………………………………………………………………………… …...I ABSTRACT…………………………………………………………………………………………... II 第1章 緒 論…………………………………………………………………………………...…1 1.1 概述………………………………………………………………………………………..….1 1.1.1 汽車變速器的設計要求………………………………………………………….…1 1.1.2 國內(nèi)外汽車變速器的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………2 1.2 設計的內(nèi)容及方法………………………………………………………………………....2 第2章 變速器傳動機構與操縱機構…………………………………………………..…3 2.1 變速器傳動機構布置方案………………………………………………………………..3 2.1.1 變速器傳動方案分析與選擇………………………………………………………3 2.1.2 倒檔布置方案……………………………………………………………………...…3 2.1.3 零部件結(jié)構方案分析…………………………………………………………..……4 2.2 變速器操縱機構布置方案………………………………………………………………..6 2.2.1 概述………………………………………………………………………………..……6 2.2.2 典型的操縱機構及其鎖定裝置…………………………………………..………7 2.3 本章小結(jié)……………………………………………………………………………… … …9 第3章 變速器的設計與計算…………………………………………………………..…..10 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇…………………………………………………………….… 10 3.1.1 檔數(shù)……………………………………………………………………………….…..10 3.1.2 傳動比范圍……………………………………………………………...…………..10 3.1.3 變速器各檔傳動比的確定…………………………………………………….…..10 3.1.4 中心距的選擇…………………………………………………..……………….…..13 3.1.5 變速器的外形尺寸………………………………………………………….……..13 3.1.6 齒輪參數(shù)的選擇……………………………………………………………..……..13 3.1.7 各檔齒輪齒數(shù)的分配和齒輪參數(shù)及傳動比的計算……………………..…..15 3.1.8 變速器齒輪的變位…………………………………………………...…………..25 3.2 變速器齒輪強度校核……………………………………………………….……………25 3.2.1 齒輪材料的選擇原則………………………………………………………….…..25 3.2.2 變速器齒輪彎曲強度校核………………………………………………………..26 3.2.3 輪齒接觸應力校核……………………………………………………………..…..30 3.2.4 倒檔齒輪的校核……………………………………………………………..……..34 3.3 軸的結(jié)構和尺寸設計……………………………………………………………….……36 3.3.1 初選軸的直徑…………………………………………………………………...…..36 3.3.2 軸的剛度計算…………………………………………………………………...…..37 3.3.3 軸的強度計算…………………………………………………………………...…..44 3.4 軸承選擇與壽命計算……………………………………………………………..………50 3.4.1 輸入軸軸承的選擇與壽命計算…………………………………………...……..50 3.4.2 輸出軸軸承的選擇與壽命計算…………………………………………...……..53 3.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………….………54 第4章 變速器同步器及結(jié)構元件設計……………………………………….……….56 4.1 同步器設計……………………………………………………………………….……..….56 4.1.1 同步器的功用及分類………………………………………………………56 4.1.2 慣性式同步器………………………………………………………………56 4.1.3 鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定……………………………………………57 4.1.4 主要參數(shù)的確定……………………………………………………………58 4.2 變速器殼體…………………………………………………………………………...…….60 4.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………………….60 結(jié)　　論……………………………………………………………………………………...……..61 參考文獻……………………………………………………………………………………...……..62 致　　謝……………………………………………………………………………………...……..63 附 錄…………………………………………………………………………………………...……64 附錄1英文文獻………………………………………………………………....…....64 附錄2文獻翻譯………………………………………………………………………66 第1章 緒 論 1.1 概述 隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢。而變速器設計是汽車設計中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在各種行駛工況下，使汽車獲得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。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟性指標，對轎車而言，其設計意義更為明顯。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汽車的一個重要指標，而變速器的設計不合理，將會使汽車的舒適性下降，使汽車的運行噪聲增大，影響汽車的整體性。 1.1.1 汽車變速器的設計要求 汽車傳動系是汽車的核心組成部分。其任務是調(diào)節(jié)、變換發(fā)動機的性能，將動力有效而經(jīng)濟地傳至驅(qū)動車輪，以滿足汽車的使用要求[1]。變速器是完成傳動系任務的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結(jié)構要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車變速器的設計趨勢是增大其傳遞功率與重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽車變速器的設計工作開始之前，首先要根據(jù)變速器運用的實際場合來對一些主要參數(shù)做出選擇。主要參數(shù)包括中心距、變速器軸向尺寸、軸的直徑、齒輪參數(shù)、各檔齒輪的齒數(shù)等。 變速器的基本設計要求[2]：保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性；設置空檔，用來切斷發(fā)動機動力向驅(qū)動輪的傳輸；設置倒檔，使汽車能倒退行駛；換檔迅速、省力、方便；工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳檔、亂檔，以及換檔沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn)；工作效率高，噪聲?。唤Y(jié)構簡單、方案合理；在滿載及沖擊載荷條件下，使用壽命長；除此之外，變速器還應當滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。 變速器傳動機構有兩種分類方法。 根據(jù)前進檔數(shù)分為：三檔變速器，四檔變速器，五檔變速器，多檔變速器。 根據(jù)軸的形式分為：固定軸式，旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為：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。固定軸式應用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機械式變速器。 1.1.2 國內(nèi)外汽車變速器的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外汽車變速器的發(fā)展十分迅速，普遍研究和采用電控自動變速器，這種變速器具有更好的駕駛性能、良好的行駛性能、以及更高的行車安全性[3]。但是駕駛員失去了駕駛樂趣，不能更好的體驗駕駛所帶來的樂趣。機械式手動變速器具有結(jié)構簡單、傳動效率高、制造成本底和工作可靠，具有良好的駕駛樂趣等優(yōu)點，故在不同形式的汽車上得到廣泛應用。在檔位的設置方面，國外對其操縱的方便性和檔位數(shù)等方面的要求愈來愈高。目前，4檔特別是5檔變速器的用量有日漸增多的趨勢。同時，6檔變速器的裝車率也在日益上升[4]。 1.2 設計的內(nèi)容及方法 本次設計的變速器是在桑塔納變速器的基礎上，在給定發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，主要完成傳動機構的設計，并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。 1）對變速器傳動機構的分析與選擇。 通過比較兩軸和中間軸式變速器各自的優(yōu)缺點，以及所設計車輛的特點，確定傳動機構的布置形式。 2）變速器主要參數(shù)的選擇 變速器主要參數(shù)的選擇：檔數(shù)、傳動比、中心距、齒輪參數(shù)等。 3）變速器齒輪強度的校核 變速器齒輪強度的校核主要對變速器的齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度進行校核。 4）軸的基本尺寸的確定及強度計算。 對于軸的強度計算則是對軸的剛度和強度分別進行校核。 5）軸承的選擇與壽命計算。 對變速器軸的支撐部分選用圓錐磙子軸承，壽命計算是按汽車的大修里程來衡量，轎車的為30萬公里。 本次設計主要是查閱近幾年來有關國內(nèi)外變速器設計的文獻資料，結(jié)合所學專業(yè)知識，在老師的正確指導下進行設計。通過比較不同方案和方法選取最佳方案進行設計，計算變速器的齒輪的結(jié)構參數(shù)并對其進行校核計算；同時對同步器、換檔操縱機構等結(jié)構件進行分析設計；另外，對現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器的結(jié)構進行改進、完善。 第2章 變速器傳動機構與操縱機構 2.1 變速器傳動機構布置方案 機械式變速器具有結(jié)構簡單、傳動效率高、制造成本底和工作可靠等優(yōu)點，故在不同形式的汽車上得到廣泛應用。 2.1.1 變速器傳動方案分析與選擇 機械式變速器傳動機構布置方案主要有兩種：兩軸式變速器和中間軸式變速器。 其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點。此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動，故傳動效率高，同時噪聲小。但兩軸式變速器不能設置直接檔，所以在工作時齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞，受結(jié)構限制其一檔速比不能設計的很大。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機縱置時直接輸出動力。 而中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的汽車上。其特點是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體絕大多數(shù)方案的第二軸與一軸在同一條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，此時噪聲低，齒輪、軸承的磨損減少。 對不同類型的汽車，具有不同的傳動系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同[5]。而傳動系的檔位數(shù)與汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性有著密切的聯(lián)系。就動力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機發(fā)揮最大功率附近高功率的機會，提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機在低燃油消耗率區(qū)下作的能力，降低了油耗。從而能提高汽車生產(chǎn)率，降低運輸成木。不過，增加檔數(shù)會使變速器機構復雜和質(zhì)量增加，軸向尺寸增大、成本提高、操縱復雜。 綜上所述，由于此次設計的桑塔納2000兩軸變速器是中檔轎車變速器，驅(qū)動形式屬于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動，且可布置變速器的空間較小，對變速器的要求較高，要求運行噪聲小，設計車速高，故選用二軸式變速器作為傳動方案。選擇5檔變速器，并且五檔為超速檔。 2.1.2 倒檔布置方案 常見的倒檔布置方案如圖2.1所示。圖2.1b方案的優(yōu)點是倒檔利用了一檔齒輪，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2.1c方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理；圖2.1d方案對2.1c的缺點做了修改；圖2.1e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長；圖2.1f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔換更為輕便。 綜合考慮以上因素，為了換檔輕便，減小噪聲，倒檔傳動采用圖2.1f所示方案。 圖2.1 倒檔布置方案 2.1.3 零部件結(jié)構方案分析 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。直齒圓柱齒輪主要用于一檔、倒檔齒輪，與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點，所以本設計全部選用斜齒輪。 變速器齒輪可以與軸設計為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。 齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度（圖2.2）影響齒輪強度[6]。要求尺寸應該大于或等于輪齒危險斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸，在結(jié)構允許條件下應盡可能取大些，至少滿足尺寸要求： （2.1） 式中：——花鍵內(nèi)徑。 為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度應在滿足強度條件下設計得薄些。圖2.2中的尺寸可取為花鍵內(nèi)徑的1.25～1.40倍。 圖2.2 變速器齒輪尺寸控制圖 齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應在μm范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于7級。 2）變速器軸 變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當變速器中心距小，在殼體的同一端面布置兩個滾動軸承有困難時，輸出軸可以直接壓入殼體孔中，并固定不動。 用移動齒輪方式實現(xiàn)換檔的齒輪與軸之間，應選用矩形花鍵連接，以保證良好的定心和滑動靈活，而且定心外徑及矩形花鍵齒側(cè)的磨削比漸開線花鍵要容易[7]。兩軸式變速器輸入軸和中間軸式變速器中間軸上的高檔齒輪，通過軸與齒輪內(nèi)孔之間的過盈配合和鍵固定在軸上。兩軸式變速器的輸出軸和中間軸式變速器的第二軸上的常嚙合齒輪副的齒輪與軸之間，常設置有滾針軸承、滑動軸承，少數(shù)情況下齒輪直接裝在軸上。此時，軸的表面粗糙度不應低與μm，硬度不低于58～63HRC。因漸開線花鍵定位性能良好，承載能力大且漸開線花鍵的齒短，小徑相對增大能提高軸的剛度，所以軸與同步器上的軸套常用漸開線花鍵連接。 倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸，并由螺栓固定。 由上述可知，變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件，有的軸上又有矩形或漸開線花鍵，所以設計時不僅要考慮裝配上的可能，而且應當可以順利拆裝軸上各零件。此外，還要注意工藝上的有關問題。 3）變速器軸承的選擇 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。 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[8]。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較大因而容量大、可承受高負荷等優(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。 由于本設計的變速器為兩軸變速器，具有較大的軸向力，所以設計中變速器輸入軸、輸出軸的前、后軸承按直徑系列均選用圓錐滾子軸承。 2.2 變速器操縱機構布置方案 2.2.1 概述 根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用操縱機構完成選檔和實現(xiàn)換檔或退到空檔。變速器操縱機構應當滿足如下主要要求[9]：換檔時只能掛入一個檔位，換檔后應使齒輪在全齒長上嚙合，防止自動脫檔或自動掛檔，防止誤掛倒檔，換檔輕便。 變速器操縱機構通常裝在頂蓋或側(cè)蓋內(nèi)，也有少數(shù)是分開的。變速器操縱機構操縱第二軸上的滑動齒輪、嚙合套或同步器得到所需不同檔位。 用于機械式變速器的操縱機構，常見的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒檔裝置等主要零件組成，并依靠駕駛員手力完成選檔、換檔或推到空檔工作，稱為手動換檔變速器。 1）直接操縱式手動換檔變速器 當變速器布置在駕駛員座椅附近時，可將變速桿直接安裝在變速器上，并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換檔功能的手動換檔變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構最簡單，已得到廣泛應用。近年來 ，單軌式操縱機構應用較多，其優(yōu)點是減少了變速叉軸，各檔同用一組自鎖裝置，因而使操縱機構簡化，但它要求各檔換檔行程相等。 2）遠距離操縱手動換檔變速器 平頭式汽車或發(fā)動機后置后輪驅(qū)動汽車的變速器，受總體布置限制，變速器距駕駛員座位較遠，這時需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動件，換檔手力經(jīng)過這些轉(zhuǎn)換機構才能完成換檔功能。這種手動換檔變速器，稱為遠距離操縱手動換檔變速器。 3）電動自動換檔變速器 20世紀80年代以后，在固定軸式機械變速器基礎上，通過應用計算機和電子控制技術，使之實現(xiàn)自動換檔，并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板，汽車在行駛過程中就能自動完成換檔，這種變速器成為電動自動換檔變速器[10]。 由于所設計的變速器為兩軸變速器，采用發(fā)動機前置前輪驅(qū)動，變速器離駕駛員座椅較近，所以采用直接操縱式手動換檔變速器。 2.2.2 典型的操縱機構及其鎖定裝置 圖2.3 為典型的操縱機構圖 定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上，并防止自動嚙合和分離，一般采用彈簧和鋼球式機構。 1）換檔機構 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。 采用軸向滑動直齒齒輪換檔，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，除一檔、倒檔外已很少使用。 常嚙合齒輪可用移動嚙合套換檔。因承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，嚙合套不會過早被損壞，但不能消除換檔沖擊。目前這種換檔方法只在某些要求不高的檔位及重型貨車變速器上應用。 使用同步器能保證換檔迅速、無沖擊、無噪聲，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，雖然它有結(jié)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。利用同步器或嚙合套換檔，其換檔行程要比滑動齒輪換檔行程小。 通過比較，考慮汽車的操縱性能，本設計全部檔位均選用同步器換檔。 2）防脫檔設計 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，該機構的作用是防止同時掛入兩檔，而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機構有： （1）互鎖銷式 圖2.4是汽車上用得最廣泛的一種機構，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 互鎖銷式互鎖機構 （2）擺動鎖塊式 圖2.5為擺動鎖塊式互鎖機構工作示意圖，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為與上述鎖塊機構原理相似的轉(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[11]。 圖2.5 擺動鎖塊式互鎖機構 圖2.6 轉(zhuǎn)動鉗口式互鎖機構 操縱機構還應設有保證不能誤掛倒檔的機構。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機構，使司機在換檔時因有彈簧力作用，產(chǎn)生明顯的手感。 鎖止機構還包括自鎖、倒檔鎖兩個機構。 自鎖機構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。自鎖機構有球形鎖定機構與桿形鎖定機構兩種類型。 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。 本次設計屬于前置前輪驅(qū)動的轎車，操縱機構采用直接操縱方式，鎖定機構全部采用，即設置自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實現(xiàn)自鎖，通過互鎖銷實現(xiàn)互鎖。倒檔鎖采用限位彈簧來實現(xiàn)，使駕駛員有感覺，防止誤掛倒檔。 2.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了變速器傳動機構和操縱機構的類型，且簡要分析了各類型機構的優(yōu)缺點，并針對所設計的變速器的類型、特點、及功用，對變速器的傳動方式、操縱機構的布置方式、及主要零件的形式，做出了初步的選擇，為后期的設計工作打下基礎。 第3章 變速器的設計與計算 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 本次畢業(yè)設計是在給定主要整車參數(shù)的情況下進行設計，桑塔納整車主要技術參數(shù)如表3.1所示： 表3.1 桑塔納整車主要技術參數(shù) 發(fā)動機最大功率 72kw 車輪型號 195/60R14 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 150N·m 最大功率時轉(zhuǎn)速 5200 r/min 最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速 3100r/min 最高車速 172km/h 總質(zhì)量 1120kg 前軸載荷 616kg 3.1.1 檔數(shù) 近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用4～5個檔位的變速器。發(fā)動機排量大的乘用車變速器多用5個檔。商用車變速器采用4～5個檔或多檔。載質(zhì)量在2.0～3.5t的貨車采用五檔變速器，載質(zhì)量在4.0～8.0t的貨車采用六檔變速器。多檔變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。 檔數(shù)選擇的要求： 1、相鄰檔位之間的傳動比比值在1.8以下。 2、高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 因此，本次設計的轎車變速器為5檔變速器。 3.1.2 傳動比范圍 變速器傳動比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動比的比值。最高檔通常是直接檔，傳動比為1.0；有的變速器最高檔是超速檔，傳動比為0.7～0.8。影響最低檔傳動比選取的因素有：發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以及所要求達到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前乘用車的傳動比范圍在3.0～4.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車在5.0～8.0之間，其它商用車則更大。 本設計最高檔傳動比為0.8。 3.1.3 變速器各檔傳動比的確定 1）主減速器傳動比的確定 發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關系式為[12]： （3.1） 式中： ——汽車行駛速度（km/h）； ——發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）； ——車輪滾動半徑（m）； ——變速器傳動比； ——主減速器傳動比。 已知：最高車速==172 km/h；最高檔為超速檔，傳動比=0.8；車輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格195/60R14得到=29(mm)；發(fā)動機轉(zhuǎn)速=（1.4~2.0）n=5000（r/min）；由公式（3.1）得到主減速器傳動比計算公式： 2）最抵檔傳動比計算 按最大爬坡度設計，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，空氣阻力忽略不計）[13]。用公式表示如下： （3.2） 式中： G ——車輛總重量(N)； ——坡道面滾動阻力系數(shù)(對瀝青路面μ=0.01~0.02)； ——發(fā)動機最大扭矩(N·m)； ——主減速器傳動比； ——變速器傳動比； ——為傳動效率（0.85~0.9）； R ——車輪滾動半徑； ——最大爬坡度（一般轎車要求能爬上30%的坡，大約） 由公式（3.2）得： （3.3） 已知：m=1120kg；；；r=0.29m； N·m；；g=9.8m/s2；，把以上數(shù)據(jù)代入（3.3）式： 滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一檔發(fā)出最大驅(qū)動力時，驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下： （3.4） 式中： ——驅(qū)動輪的地面法向反力，； ——驅(qū)動輪與地面間的附著系數(shù)；對混凝土或瀝青路面可取0.5~0.6之間。 已知：kg；取0.55，把數(shù)據(jù)代入（3.4）式得： 所以，一檔轉(zhuǎn)動比的選擇范圍是： 初選一檔傳動比為2.45。 3）變速器各檔速比的配置 按等比級數(shù)分配其它各檔傳動比，即： 3.1.4 中心距的選擇 初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗公式計算[14]： （3.5） 式中： A ——變速器中心距（mm）； ——中心距系數(shù)，乘用車=8.9~9.3； ——發(fā)動機最大輸出轉(zhuǎn)距為170（N·m）； ——變速器一檔傳動比為2.45； ——變速器傳動效率，取96%。 （8.9~9.3）=（8.9-9.3）7.066=62.89~65.71mm 轎車變速器的中心距在60～80mm范圍內(nèi)變化。初取A=64mm。 3.1.5 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構的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機構形式以及齒輪形式。 乘用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用： mm 初選長度為218mm。 3.1.6 齒輪參數(shù)的選擇 1）模數(shù) 選取齒輪模數(shù)時一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應合理減小模數(shù)，同時增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應該增加模數(shù)，同時減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應該選用一種模數(shù)；從強度方面考慮，各檔齒輪應有不同的模數(shù)。對于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應選得小些；對于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應選得大些。 表3.2 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) 車 型 乘用車的發(fā)動機排量V/L 貨車的最大總質(zhì)量/t 1.014 模數(shù)/mm 2.25~2.75 2.75~3.00 3.50~4.50 4.50~6.00 轎車模數(shù)的選取以發(fā)動機排量作為依據(jù)，由表3.2選取一檔模數(shù)為3.00，二，三，四 ，五，倒檔模數(shù)為，由于轎車對降低噪聲和振動的水平要求較高，所以各檔均采用斜齒輪。 2）壓力角 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，為了降低噪聲，應選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。對貨車，為提高齒輪強度，應選用22.5°或25°等大些的壓力角[15]。 國家規(guī)定的標準壓力角為20°，所以普遍采用的壓力角為20°。嚙合套或同步器的壓力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。 本變速器為了加工方便，故全部選用標準壓力角20°。 3）螺旋角 齒輪的螺旋角對齒輪工作噪聲、輪齒的強度和軸向力有影響。選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。 試驗證明：隨著螺旋角的增大，齒的強度相應提高，但當螺旋角大于30°時，其抗彎強度驟然下降，而接觸強度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強度著眼，應當選用較大的螺旋角。 本設計初選螺旋角全部為23°。 4）齒寬 齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強度和齒輪工作時的受力均勻程度等均有影響。 考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點被削弱，此時雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補償，但這時軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會使齒輪的工作應力增加。選用較大的齒寬，工作中會因軸的變形導致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬： 斜齒，取為6.0～8.5，取6.0 mm 5）齒頂高系數(shù) 齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(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，輪齒的彎曲應力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.75～0.80的短齒制齒輪。 在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與1.00的細高齒。 本設計取為1.00。 3.1.7 各檔齒輪齒數(shù)的分配和齒輪參數(shù)及傳動比的計算 在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)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)。應該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻[16]。根據(jù)圖3.1確定各檔齒輪齒數(shù)和傳動比。 1）一檔齒數(shù)和齒輪參數(shù)及傳動比的確定 一檔傳動比為： 取整得39。轎車可在11～17之間選取，取11，則。則一檔傳動比為： 端面模數(shù) ==3.22 分度圓壓力角 =21.3 分度圓直徑 ==35.42 mm ==112.7 mm 未變位中心距 a=（+）=（35.42+112.7）=74.06mm 端面嚙合角 = 變位系數(shù)之和 =0.2 當量齒數(shù) ==13.75 ==43.75 當量齒數(shù)比 U==3.17 根據(jù)當量齒數(shù)比，查《機械設計手冊》小齒輪變位系數(shù)為，則大齒輪變?yōu)橄禂?shù)為 齒頂高 ==3.559mm ==2.88mm 齒根高 = ==3.14mm = ==3.859mm 齒全高 +=+=6.739 齒頂圓直徑 =42.97mm =97.01mm 齒根圓直徑 =29.49mm =83.53mm 2）對中心距A進行修正 取整得mm，為標準中心矩。 3）二檔齒數(shù)和齒輪參數(shù)及傳動比的確定 （3.6） （3.7） 已知：=64mm，=1.85，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入（3.6）（3.7）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以二檔傳動比為： 端面模數(shù) ==3.22 分度圓壓力角 =21.3 分度圓直徑 ==45.63 mm ==103.04mm 未變位中心距 a=（+）=（45.08+103.04）=74.06 端面嚙合角 ==0.9278 變位系數(shù)之和 =0.2 當量齒數(shù) ==17.5 ==40 當量齒數(shù)比 U==2.286 根據(jù)當量齒數(shù)比，查《機械設計手冊》小齒輪變位系數(shù)為，則大齒輪變?yōu)橄禂?shù)為 齒頂高 ==2.41mm ==3.15mm 齒根高 = ==3.89mm = ==3.15mm 齒全高 +=+=6.30 齒頂圓直徑 =50.45 mm =89.17mm 齒根圓直徑 =37.85mm =75.13mm 4）計算三檔齒輪齒數(shù)和齒輪參數(shù)及傳動比 （3.8） （3.9） 已知：=64mm，=1.40，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入（3.8）（3.9）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以三檔傳動比為： 端面模數(shù) ==3.29 分度圓壓力角 =21.75 分度圓直徑 ==56.76mm ==71.70mm 未變位中心距 a=（+）=（55.93+92.12）=74.025mm 端面嚙合角 ==0.9278 變位系數(shù)之和 =0.3 當量齒數(shù) ==22.4 ==36.89 當量齒數(shù)比 U==1.647 根據(jù)當量齒數(shù)比，查《機械設計手冊》小齒輪變位系數(shù)為，則大齒輪變?yōu)橄禂?shù)為 齒頂高 ==2.66mm ==2.60mm 齒根高 = ==3.52mm = ==3. 58mm 齒全高 +=+=6.18mm 齒頂圓直徑 =62.08mm =76.90mm 齒根圓直徑 =49.72mm =64.54mm 5）計算四檔齒輪齒數(shù)和齒輪參數(shù)及傳動比 （3.10） （3.11） 已知：=64mm，=1.06，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入（3.10）（3.11）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以四檔傳動比為： 端面模數(shù) ==3.29 分度圓壓力角 =21.75 分度圓直徑 ==62.74 mm ==65.72 mm 未變位中心距 a=（+）=74.025mm 端面嚙合角 = 變位系數(shù)之和 =0.3 當量齒數(shù) ==27.67 ==31.62 當量齒數(shù)比 U==1.143 根據(jù)當量齒數(shù)比，查《機械設計手冊》小齒輪變位系數(shù)為，則大齒輪變?yōu)橄禂?shù)為 齒頂高 ==2.69mm ==2.57mm 齒根高 = ==3.49mm = ==3.61mm 齒全高 +=+=6.18mm 齒頂圓直徑 =68.12mm =70.86mm 齒根圓直徑 =55.76mm =58.50mm 6）計算五檔齒輪齒數(shù)和齒輪參數(shù)及傳動比 （3.12） （3.13） 已知：=64mm，=0.80，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入（3.12）（3.13）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以五檔傳動比為： 端面模數(shù) ==3.02 分度圓壓力角 =21.79 分度圓直徑 ==71.70mm ==56.76 mm 未變位中心距 a=（+）=73.99 mm 端面嚙合角 = 變位系數(shù)之和 =0.3 當量齒數(shù) ==35.76 ==29.14 當量齒數(shù)比 U==1.227 根據(jù)當量齒數(shù)比，查《機械設計手冊》小齒輪變位系數(shù)為，則大齒輪變?yōu)橄禂?shù)為 齒頂高 ==2.55mm ==2.71mm 齒根高 = ==3.63mm = ==3.47mm 齒全高 +=+=6.18 mm 齒頂圓直徑 =76.80mm =62.18mm 齒根圓直徑 =64.44mm =49.82mm 7）計算倒檔齒輪齒數(shù)和齒輪參數(shù)及傳動比 初選倒檔軸上齒輪齒數(shù)為=23，輸入軸齒輪齒數(shù)=13，為保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運動干涉齒輪11和齒輪13的齒頂圓之間應保持有0.5mm以上的間隙，即滿足以下公式： （3.14） 已知：，，，把數(shù)據(jù)代入（3.14）式，齒數(shù)取整，解得：，則倒檔傳動比為： 輸入軸與倒檔軸之間的距離： mm 輸出軸與倒檔軸之間的距離： mm 分度圓直徑 d=m z =39mm =69 mm =75mm 分度圓齒距：p=3.14 m =9.42 齒頂高 =1×2.5=2.5 mm 齒根高 （+）m=3.125 齒頂圓直徑 d+ 45 mm mm mm 齒根圓直徑 2 mm mm mm 查機械傳動設計手冊齒輪變位系數(shù)表得到： 3.1.8 變速器齒輪的變位 1）一檔齒輪的變位 查機械傳動設計手冊齒輪變位系數(shù)表得到： 2）其它各檔齒輪的變位 采用與一檔齒輪變位的方法和公式，得到其余各檔的變位系數(shù)如下： 一、二檔變位系數(shù)：=0.15； 三、四、五、倒檔的變位系數(shù)：=-0.08。 3.2 變速器齒輪強度校核 3.2.1 齒輪材料的選擇原則 1）滿足工作條件的要求。不同的工作條件，對齒輪傳動有不同的要求，故對齒輪材料亦有不同的要求。但是對于一般動力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。 2）合理選擇材料配對。如對硬度≤350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應采用不同鋼號材料。 3）考慮加工工藝及熱處理工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵；中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常采用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，再進行切削加工即可；硬齒面齒輪（硬度>350HBS）常采用低碳合金鋼切齒后再表面滲碳淬火或中碳鋼（或中碳合金鋼）切齒后表面淬火，以獲得齒面、齒芯韌的金相組織，為消除熱處理對已切輪齒造成的齒面變形需進行磨齒。但若采用滲氮處理，其齒面變形小，可不磨齒，故可適用于內(nèi)齒輪等無法磨齒的齒輪[18]。 由于一對齒輪一直參與傳動，磨損較大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，抗彎強度要求比較高。應選用硬齒面齒輪組合，所有齒輪均選用20CrMnTi滲碳后表面淬火處理，硬度為58～62HRC。 3.2.2 變速器齒輪彎曲強度校核 齒輪彎曲強度校核（斜齒輪） (3.15) 式中： 　——圓周力（N），； ——計算載荷（N·mm）； 　——節(jié)圓直徑（mm）， ，為法向模數(shù)（mm）； 　——斜齒輪螺旋角； ——應力集中系數(shù)，=1.50； 　——齒面寬（mm）； 　 ——法向齒距，； 　——齒形系數(shù)，可按當量齒數(shù)在齒形系數(shù)圖3.2中查得； ——重合度影響系數(shù)，=2.0。 圖3.2 齒形系數(shù)圖 將上述有關參數(shù)據(jù)代入公式（3.15），整理得到 (3.16) 1）一檔齒輪校核 主動齒輪： 已知： N·mm；；；mm；；；；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.191，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得： MPa 從動齒輪： 已知：N·mm；；；mm；；；；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.182，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得： MPa 2）二檔齒輪校核 主動齒輪： 已知： N·mm；；；mm；；；；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.168，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得： MPa 從動齒輪： 已知：N·mm；；；mm；；；；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.175，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得： MPa 3）三檔