設(shè)計(jì)說明書
題 目 乘用車二軸式五檔變速器總成設(shè)計(jì)
專 業(yè)
班 級(jí)
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
摘 要
變速器是汽車傳動(dòng)系中最主要的部件之一。它的功用是改變傳動(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)常變化的行駛條件如起步、加速、上坡等，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)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛。利用空檔來中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于發(fā)動(dòng)機(jī)換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量減輕。二軸式變速器則方便于這種布置，而且使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采用二軸式變速器有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：一是二軸式變速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)；二是其傳動(dòng)效率高同時(shí)噪聲也低。
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)一臺(tái)用于乘用車上的手動(dòng)變速器。該變速器設(shè)有五個(gè)前進(jìn)檔（包括一個(gè)超速檔五檔）和一個(gè)倒檔，并通過鎖環(huán)式同步器來實(shí)現(xiàn)換檔。根據(jù)已知設(shè)計(jì)參數(shù)，確定了二軸式五檔變速器設(shè)計(jì)方案，確定了變速器主要設(shè)計(jì)參數(shù)，并設(shè)計(jì)分配了變速器的各檔齒輪齒數(shù)、螺旋角，壓力角等主要參數(shù)。簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了操縱機(jī)構(gòu)，同步器結(jié)構(gòu)。另外，針對(duì)齒輪作用力的不同，在不同的軸上選擇合適的軸承。利用軟件AUTCAD完成變速器總成圖、第一軸、第二軸、各個(gè)檔齒輪及同步器的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: 汽車工程，變速器，設(shè)計(jì)，手動(dòng)，齒輪，傳動(dòng)比
ABSTRACT
Gearbox is the one main component of the vehicle transmission. Its function is: Changing gear ratio, expanding the torque of the driving wheel and the range of the rotational speed, to adapt the travel condition which frequently changes, like start, acceleration, climbing and so on, simultaneously causes the engine to work under the advantageous operating mode; Under the premise of the invariable rotation, enables the automobile to travel back; Using neutral, severances the power transmission, to make the engine start, idle, and is advantageous for the engine to shift gears or to carry on the dynamic output. Car usually is the Front Engine Front Drive，because this arrangement plan makes the power train compact, control function good and weight light. Double shaft type transmission is suitable for this arrangement and makes the power train simple. Using the double shaft type gearbox has two prominent merits: firstly, the biaxial-type transmission has the advantage of simple structure，small boundary dimension and easy arrangement; Secondly, it also has high transmission efficiency and low noise.
According to the design task requirement，the paper design a manual transmission used in the Passenger Car, This gearbox has five (including over drive—fifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. According to the known design parameters, I determined the design solution of double shaft type fifth speed gearbox and the main technical parameters of the transmission，I also designed and assigned the gearbox’s each gear teeth qty, spiral angle, pressure angle and so on. The control mechanism and synchronizer were simply designed. In addition, based on the different gear forces, I chose the appropriate bearing in different axis. And I used of software AUTCAD to complete transmission assembly diagram, the first and second shaft axis, each block gear and synchronizer design.
KEY WORDS: automotive engineering, transmission, design, manual, gear, gear ratio
II
目 錄
摘要....................................................................................................................I
ABSTRACT.......................................................................................................II
第一章 緒 論....................................................................................................1
1.1 本次設(shè)計(jì)題目的基本內(nèi)容........................................................................................1
1.2 變速器的種類及其發(fā)展............................................................................................1
1.2.1手動(dòng)變速器(MT)............................................................................................2
1.2.2自動(dòng)變速器(AT）...........................................................................................2
1.2.3手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT）...............................................................................2
1.2.4無級(jí)變速器（CVT）......................................................................................3
1.3變速器設(shè)計(jì)的基本要求..............................................................................................3
1.4兩軸式變速器的特點(diǎn)及其傳動(dòng)方案.........................................................................4
第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與計(jì)算..........................................................7
2.1變速器的原始數(shù)據(jù).....................................................................................................7
2.2變速器主要參數(shù)的選擇.............................................................................................7
2.2.1檔數(shù)..................................................................................................................7
2.2.2初選傳動(dòng)比......................................................................................................8
2.2.3初算中心距A..................................................................................................8第三章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算....................................................................10
3.1齒輪初步參數(shù)….......... ……………………………………………………………10
3.1.1模數(shù)........................................................................... .......................................10
3.1.2壓力角 ......................................................................................................10
3.1.3螺旋角........................................................................................................10
3.1.4齒寬b…………..............................................................................................10
3.2各檔齒輪齒數(shù)的分配……………………………………………………………...11
3.2.1齒輪齒數(shù)的確定...............................................................................................11
3.2.2對(duì)中心距進(jìn)行修正........................................................ ...............................12
3.2.3修正螺旋角................................................................................................12
3.2.4確定倒檔齒輪齒數(shù)………….................... ..... .............................................12
3.3確定齒輪參數(shù)………………………………………………………………….…..13
第四章 齒輪的校核........................................................................................18
4.1 齒輪的損壞形式......................................................................................................18
4.2齒輪材料及加工方法...............................................................................................18
4.3 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩..........................................................................................................18
4.4齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………………………...19
4.5齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算…………………………………………………………….…..21
4.6齒輪的受力分析…………………………………………………………………...24
第五章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核………………………………………………25
5.1 軸的工藝要求..........................................................................................................25
5.2 初選軸的直徑..........................................................................................................25
5.3軸的強(qiáng)度驗(yàn)算..........................................................................................................25
5.3.1軸的剛度計(jì)算...................................................................................................25
5.3.2軸的強(qiáng)度計(jì)算........................................................ .......................................29
第六章 軸承校核............................................................................................31
6.1初選軸承型號(hào)........................................................................................................,..31
6.2計(jì)算軸承的壽命.......................................................................................................31
第七章 同步器的設(shè)計(jì)...................................................................................32
7.1同步器的結(jié)構(gòu)類型...................................................................................................32
7.2 慣性同步器的工作原理..........................................................................................33
7.3慣性鎖環(huán)式同步器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)…………………………………………..33
7.3.1摩擦錐面的半錐角和摩擦系數(shù)f............................................................33
7.3.2摩擦錐面的平均半徑R和同步錐環(huán)的徑向厚度W...............................34
7.3.3摩擦錐面的工作面寬b.................................................................................34
7.3.4鎖止角........................................................ ...............................................34
7.3.5同步時(shí)間t與軸向推力F.................................................................................34
7.4同步器摩擦副的材料…………………………………………………………....35
第八章 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)...............................................................................36
8.1操縱機(jī)構(gòu)...................................................................................................................36
8.2鎖止機(jī)構(gòu)...................................................................................................................36
8.2.1互鎖裝置……………………………………………………………….…..36
8.2.2倒檔鎖止裝置……………………………………………………..………..37
致謝………………………………………………………………………..…38
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………..39
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第一章 緒 論
1.1 本次設(shè)計(jì)課題的基本內(nèi)容
汽車變速器是傳動(dòng)系統(tǒng)中主要總成之一，也是汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)沒有縱貫車身前后的傳動(dòng)軸，車身底板高度可降低，汽車高速行駛時(shí)穩(wěn)定性提高，并且車內(nèi)空間較大。因整個(gè)傳動(dòng)系都在車頭，因而其操縱機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造和維修成本也相對(duì)較低。因此前置前驅(qū)方式已廣泛在普通轎車及部分微、輕型上使用。與前置前驅(qū)配用的變速器是二軸式變速器，汽車變速器設(shè)計(jì)是車輛工程專業(yè)本科學(xué)生必須掌握的專業(yè)知識(shí)之一，本設(shè)計(jì)根據(jù)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定兩軸式變速器傳動(dòng)方案，設(shè)計(jì)變速器及同步器。
1.2 變速器的種類及其發(fā)展
從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT）、無級(jí)變速器（CVT）。
1.2.1手動(dòng)變速器(MT)
手動(dòng)變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各檔的變速比是個(gè)定值(也就是所謂的“級(jí)” )。比如，一檔變速比是3.85,二檔是2.55,再到五檔的0.75,這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動(dòng)比，總共只有5個(gè)值(即有5級(jí))，所以說它是有級(jí)變速器。
曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動(dòng)變速器會(huì)在不久“下課”，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實(shí)有道理。但是從目前市場(chǎng)的需求和適用角度來看，手動(dòng)變速器不會(huì)過早的離開。
首先，從商用車的特性上來說，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例，卡車用來運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對(duì)如此高的“壓力”，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車帶動(dòng)。特別是面對(duì)爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對(duì)于其他新型的變速器，雖然具有操作簡(jiǎn)便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。
其次，對(duì)于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來說，他們的最愛還是手動(dòng)變速器。從我國(guó)的具體情況來看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國(guó)的汽車發(fā)展歷史，資歷較深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車的，他們對(duì)手動(dòng)變速器的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動(dòng)變速器以及無級(jí)變速器已非常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng)，尤其是喜歡超車時(shí)手動(dòng)變速帶來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速器。另外，現(xiàn)在在我國(guó)的汽車駕駛學(xué)校中，教練車都是手動(dòng)變速器的，除了經(jīng)濟(jì)適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。
第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對(duì)于普通工薪階級(jí)的老百姓來說，經(jīng)濟(jì)型轎車最為合適，手動(dòng)變速器以其自身的性價(jià)比配套于經(jīng)濟(jì)型轎車廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等國(guó)內(nèi)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車都是手動(dòng)變速的車，它們的各款車型基本上都是5檔手動(dòng)變速。
1.2.2自動(dòng)變速器（AT）
自動(dòng)變速器（Automatic Transmission），利用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動(dòng)地進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。雖說自動(dòng)變速汽車沒有離合器，但自動(dòng)變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動(dòng)分離或合閉，從而達(dá)到自動(dòng)變速的目的。
在中檔車的市場(chǎng)上，自動(dòng)變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶希望在駕駛汽車的時(shí)候?yàn)榱撕?jiǎn)便操作、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時(shí)快樂的感覺。在高速公路上，這是個(gè)體現(xiàn)地非常完美。而且，以北京市來說，現(xiàn)在的交通狀況不好，堵車是經(jīng)常的事情，有時(shí)要不停地起步停步數(shù)次，司機(jī)如果使用手動(dòng)檔，則會(huì)反復(fù)地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對(duì)于新手來說更是苦不堪言。使用自動(dòng)檔，就不會(huì)這樣麻煩了。
在市場(chǎng)上，此類汽車銷售狀況還是不錯(cuò)的，尤其是對(duì)于女性朋友比較適合，通常女性朋友駕車時(shí)力求便捷。而我國(guó)要普及這種車型，關(guān)鍵要解決的是路況問題，現(xiàn)在的路況狀況不均勻，難以發(fā)揮自動(dòng)檔汽車的優(yōu)勢(shì)。
1.2.3手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT）
其實(shí)通過對(duì)一些車友的了解，他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器，而且在某些時(shí)候也需要自動(dòng)的感覺。這樣手動(dòng)/自動(dòng)變速器便由此誕生。這種變速器在德國(guó)保時(shí)捷車廠911車型上首先推出，稱為Tiptronic，它可使高性能跑車不必受限于傳統(tǒng)的自動(dòng)檔束縛，讓駕駛者也能享受手動(dòng)換檔的樂趣。此型車在其檔位上設(shè)有“+”、“-”選擇檔位。在D檔時(shí)，可自由變換降檔(-)或加檔(+)，如同手動(dòng)檔一樣。
自動(dòng)—手動(dòng)變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式—為了駕駛樂趣使用手動(dòng)檔，而在交通擁擠時(shí)使用自動(dòng)檔，這樣的變速方式對(duì)于我國(guó)的現(xiàn)狀還是非常適合的。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術(shù)含量，但這類的汽車并不會(huì)在價(jià)格上都高不可攀。所以，手動(dòng)/自動(dòng)車在普及上還是具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。而汽車廠商和配套的變速器廠家應(yīng)該以此為契機(jī)，根據(jù)市場(chǎng)要求精心打造此類變速器。因?yàn)檫@類變速器是有比較廣闊的市場(chǎng)的。
1.2.4無級(jí)變速器（CVT）
當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對(duì)于汽車性能的要求是越來越高的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無級(jí)變速器便是人們追求的“最高境界”。無級(jí)變速器最早由荷蘭人范?多尼斯（VanDoorne’s）發(fā)明。無級(jí)變速系統(tǒng)不像手動(dòng)變速器或自動(dòng)變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個(gè)滑輪和一個(gè)鋼帶來變速，其傳動(dòng)比可以隨意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動(dòng)變速器“突然換檔”、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點(diǎn)。通常有些朋友將自動(dòng)變速器稱為無級(jí)變速器，這是錯(cuò)誤的。雖然它們有著共同點(diǎn)，但是自動(dòng)變速器只有換檔是自動(dòng)的，但它的傳動(dòng)比是有級(jí)的，也就是我們常說的檔，一般自動(dòng)變速器有2～7個(gè)檔。而無級(jí)變速器能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)速比的無級(jí)變化，并選定幾個(gè)常用的速比作為常用的“檔”。裝配該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可在任何轉(zhuǎn)速下自動(dòng)獲得最合適的傳動(dòng)比。
1.3 變速器設(shè)計(jì)的基本要求
變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)裝置，又稱變速箱。它作為汽車動(dòng)力系統(tǒng)重要的組成部分，主要用于轉(zhuǎn)變從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同需求。此外，變速器還用于使汽車能倒退行駛和在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽車滑行或停車時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系保持分離；必要時(shí)還應(yīng)有動(dòng)力輸出功能。
為保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求。
1. 應(yīng)保證汽車具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽車載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來滿足這一要求。
2. 設(shè)置空檔，以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間分離；設(shè)置倒檔，使汽車可以倒退行駛。
3. 工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)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(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng)換檔來實(shí)現(xiàn)。
4. 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。
5. 傳動(dòng)效率高。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。
6. 噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)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。
7. 貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和變速器總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。
8. 需要時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)動(dòng)力輸出裝置。
1.4兩軸式變速器的特點(diǎn)及其傳動(dòng)方案
兩軸式變速器如圖1-1所示。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量降低6%~10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工藝，降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐灰粰n的主動(dòng)齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端，如圖示。
兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，低檔傳動(dòng)比取值的上限（igⅠ=4.0~4.5）也受到較大限制,但這一缺點(diǎn)可通過減小各檔傳動(dòng)比同時(shí)增大主減速比來取消。
圖1-1 發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)兩軸式變速器
1.第一軸；2.第二軸；3.同步器
圖1-1 發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)兩軸式變速器
1.第一軸；2.第二軸；3.同步器
另外，二軸式的傳動(dòng)方案種類如下：
圖1-2為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車的兩軸式變速器傳動(dòng)方案。其特點(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)方案的倒檔傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其它檔位均用常嚙合齒輪的傳動(dòng)
圖1-2 兩軸式變速器傳
圖1-2 兩軸式變速器傳動(dòng)方案
另外，二軸式的傳動(dòng)方案種類如上：
圖1-2為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車的兩軸式變速器傳動(dòng)方案。其特點(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)方案的倒檔傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其它檔位均用常嚙合齒輪的傳動(dòng)。
因此，此次變速器設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案為：
1．采用兩軸式變速器
2．倒檔采用直齒滑動(dòng)齒輪
3．采用同步器換檔（鎖環(huán)式同步器）
倒檔布置方案：
圖1-3為常見的倒檔布置方案。圖1-3-b方案的優(yōu)點(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難。圖1-3-c方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖1-3-d方案對(duì)1-3-c的缺點(diǎn)做
圖1-3倒檔傳動(dòng)方案
了修改。圖1-3-e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。為了充分利用空間,縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒檔傳動(dòng)采用圖1-3-g所示方案;其缺點(diǎn)是一、倒檔齒輪須各用一根變速器拔叉軸,致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。
本次設(shè)計(jì)采用圖1-3-f所示方案，此方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔更為輕便。
輪，縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難。圖2-c方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖-2d方案對(duì)2-c的缺點(diǎn)做了修改。圖2-e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖2-f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，檔換更為輕便。
圖1-3倒檔傳動(dòng)方案
第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 變速器的原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
乘用車（二軸式）基本參數(shù)如下表：
表2.1設(shè)計(jì)基本參數(shù)
最大功率
67KW
最大功率轉(zhuǎn)速
5200r/min
最大轉(zhuǎn)矩
145N·m
最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速
3300r/min
最高車速
178km/h
輪胎規(guī)格
175/70HR13
使用壽命
90000h
表1-1設(shè)計(jì)基本參數(shù)表
表2.1-2 軸荷分布
車
前軸
后軸
空車
1306 kg
588kg
718kg
整車
1606 kg
770kg
836kg
表2.1-33 變速器變速比
一檔傳動(dòng)比
3.45
五檔傳動(dòng)比
0.75
倒檔傳動(dòng)比
3.1
主減速器傳動(dòng)比
3.67
2.2變速器主要參數(shù)的選擇
2.2.1檔數(shù)
增加變速器的檔數(shù)能改善汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。檔數(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(shí)操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換檔頻率也增高。
在最低檔傳動(dòng)比不變的條件下，增加變速器的當(dāng)屬會(huì)是變速器相鄰的低檔與高檔之間傳動(dòng)比比值減小，是換檔工作容易進(jìn)行。要求相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下,該制約小換檔工作越容易進(jìn)行。要求高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值小。
近年來為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前轎車一般用4~~5個(gè)檔位，級(jí)別高的轎車變速器多用5個(gè)檔，貨車變速器采用4~~5個(gè)檔位或多檔。裝載質(zhì)量在2~3.5T的貨車采用5檔變速器，裝載質(zhì)量在4~8T的貨車采用6檔變速器。多檔變速器多用于重型貨車和越野車。
本次設(shè)計(jì)選用的是5檔變速器。
2.2.2初選傳動(dòng)比
已知主減速器傳動(dòng)比為3.67，一檔傳動(dòng)比為3.45，最高檔五檔傳動(dòng)比為0.75
分配各檔傳動(dòng)比：
選五檔 按等比級(jí)數(shù)分配 (2-1)
，，所以 =1.46
，，，
2.2.3初算中心距A
初選中心距時(shí)，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式
(2-2)
式中：—變速器中心距（mm）；
—中心距系數(shù)，乘用車：=8.9～9.3，商用車：=8.6～9.6，多檔變速器：=9.5～11.0；
—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）；
—變速器一檔傳動(dòng)比；
—變速器傳動(dòng)效率，取96%。
=145N.m
=3.45
=
=69.7～72.83(mm)
初選中心距=71mm。
第三章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1齒輪參數(shù)
3.1.1模數(shù)
表3.1 汽車變速器齒輪法向模數(shù)
車型
乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L
貨車的最大總質(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
表3.2 汽車變速器常用齒輪模數(shù)
一系列
1.00
1.25
1.5
2.00
2.50
3.00
4.00
5.00
6.00
二系列
1.75
2.25
2.75
3.25
3.50
3.75
4.50
5.50
—
根據(jù)表3.1、表3.2本次設(shè)計(jì)，一、二、倒檔齒輪的模數(shù)定為2.5mm，三四五檔模數(shù)為2.25mm。
3.1.2 壓力角
壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些。
變速器齒輪壓力角為 20
3.1.3 螺旋角
斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。選斜齒輪的螺旋角，要注意他對(duì)齒輪工作噪聲齒輪的強(qiáng)度和軸向力的影響。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。試驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過當(dāng)螺旋角大于30時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍然繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以15～25為宜；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。
斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用：
轎車兩軸式變速器為 20～25°
初選的螺旋角=23
3.1.4 齒寬b
應(yīng)注意齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸，齒輪工作平穩(wěn)性，齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度均有影響。
考慮到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應(yīng)該選用較小的齒寬。減少齒寬會(huì)使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，還會(huì)使工作應(yīng)力增加。使用寬些的齒寬，工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪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)齒輪模數(shù)m的大小來選定齒寬。
直齒：b=m， 為齒寬系數(shù)，取為4.5~8.0
斜齒：b=，取6.0~8.5
第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)，可取大些，使接觸線長(zhǎng)度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。
3.2 各檔齒輪齒數(shù)的分配
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(dòng)比和傳動(dòng)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。一、二、三、四、五檔選用斜齒輪，倒檔選用直齒輪。
3.2.1齒輪齒數(shù)的確定
一檔： (3-1)
斜齒： (3-2)
== 52.28計(jì)算后取整=52，然后進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)的分配。
取=12 =40， 計(jì)算得
二檔： 取52
解得： 所以
三檔： ，取58
解得： 所以
四檔： ，取58
解得： 所以
五檔： 取58
取=33，=25 計(jì)算到
3.2.2對(duì)中心距進(jìn)行修正
因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)和齒輪變位系數(shù)新計(jì)算中心距，在以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。根據(jù)3-2式來修正中心距。
修正后中心距一二檔: A＇=mm ，
三四五檔 ：A＇=mm 。
圓整取為71mm。
3.2.3修正螺旋角
根據(jù)3-2式來修正螺旋角。
修正后螺旋角一二檔:
三四五檔 ：
3.2.4確定倒檔齒輪齒數(shù)
倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔接近，取模數(shù)為2.5，倒檔齒輪的齒數(shù)一般在21~23之間，選=22。
(3-3)
(3-4)
，
= (3-5)
=mm
=mm
3.3確定齒輪參數(shù)
各檔齒輪的變位系數(shù)根據(jù)變位系數(shù)線圖來選取：
圖3-1變位系數(shù)圖
(1) 一檔齒輪變位后參數(shù)：
角度變位后的端面壓力角： = (3-6)
所以
端面嚙合角： (3-7)
解得
查表得變位系數(shù)和：0.50 (3-8)
0.48 =0.02
(3-9)
—=0.344 (3-10)
分度圓直徑: ，=109.23mm (3-11)
齒頂高 ==2.84mm，=()=1.69mm (3-12)
齒根高=（+-）=1.925mm，=(+- )=3.075mm (3-13)
全齒高 =+=4.765mm，=+=4.765mm (3-14)
齒頂圓直徑：=38.45mm，=112.61mm (3-15)
齒根圓直徑：=28.92mm，=103.08mm (3-16)
當(dāng)量齒數(shù) ==15.64， = =52.13 (3-17)
(2) 二檔齒輪變位后參數(shù)：
角度變位后的端面壓力角： = 所以
端面嚙合角： 解得
查表得變位系數(shù)和：0.50
0.43 =0.07
—=0.344
分度圓直徑: =101.04mm
齒頂高 ==2.715mm =()=1.815mm
齒根高=（+-）=2.05mm =(+-)=2.95mm
全齒高 =4.765mm =4.765mm
齒頂圓直徑：=46.39mm =104.67mm
齒根圓直徑：=36.86mm =95.14mm
當(dāng)量齒數(shù) = = 19.55 = =48.22
(3) 三檔齒輪變位后參數(shù)：
角度變位后的端面壓力角： = 所以
端面嚙合角： 解得
查表并計(jì)算得變位系數(shù)和：0.42
0.36 =0.08
0.049
ξ- =0.371
分度圓直徑: =88.14mm
齒頂高 ==2.225mm =()=1.595mm
齒根高=（+-）=2.00mm =(+-)=2.63mm
全齒高=4.227mm =4.227mm
齒頂圓直徑：=58.31mm =91.33mm
齒根圓直徑：=49.86mm =82.88mm
當(dāng)量齒數(shù) = =28.35 = =46.38
(4) 四檔齒輪變位后參數(shù)：
角度變位后的端面壓力角： = 所以
端面嚙合角： 解得
查表得變位系數(shù)和：0.42
0.23 =0.19
0.049
ξ- =0.371
分度圓直徑: =75.9mm
齒頂高 ==1.933mm =()=1.843mm
齒根高=（+- ）=2.295mm =(+-)=2.385mm
全齒高 =4.228mm =4.228mm
齒頂圓直徑：=69.97mm =79.59mm
齒根圓直徑：=61.51mm =71.13mm
當(dāng)量齒數(shù) = =34.79 = =39.94
(5) 五檔齒輪變位后參數(shù)：
角度變位后的端面壓力角： = 所以
端面嚙合角： 解得
查表得變位系數(shù)和：0.42
0.18 =0.24
0.049
ξ- =0.371
分度圓直徑: =61.21mm
齒頂高==1.82mm =()=1.96mm
齒根高=（+-）=2.41mm =(+-)=2.27mm
全齒高=4.23mm =4.23mm
齒頂圓直徑：=84.43mm =65.13mm
齒根圓直徑：=75.97mm =56.67mm
當(dāng)量齒數(shù) = =42.52 = =32.21
（6）倒檔齒輪變位后參數(shù)；
角度變位后的端面壓力角：
查表得變位系數(shù)和：ξ=0
=0.23 = -0.23 =0.23
0
ξ- =0
分度圓直徑:
=32.50mm =55mm =100mm
齒頂高 ==3.075mm =()=1.925mm
==3.075mm
齒根高=（+-）=2.55mm =(+-)=3.70mm
=（+-）=2.55mm
全齒高=5.625mm =5.625mm =5.625mm
齒頂圓直徑：=38.65mm =58.85mm
=106.15mm
齒根圓直徑：=27.40mm =47.60mm
=94.9mm
第四章 齒輪的校核
4.1 齒輪的損壞形式
變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷，齒面疲勞剝落，移動(dòng)換檔齒輪端部破壞以及齒面膠合。
4.2 齒輪加工方法及材料
與其他機(jī)械行業(yè)相比，不同用途汽車的變速器齒輪使用條間仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪用的材料，熱處理方法，加工方法，精度級(jí)別，支承方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒和磨齒精加工 ，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于7級(jí)。
國(guó)內(nèi)汽車常用的變速器齒輪材料有20GrMnTi、20GrMn2TiB、15MnCr5、20MnCr5、25 MnCr5、28 MnCr5。滲碳齒輪的表面硬度為58~63HRC，心部硬度為33~48HRC。
本次設(shè)計(jì)中齒輪的材料選用20GrMnTi，一般設(shè)計(jì)中軸與齒輪的材料選取應(yīng)相同，所以此次設(shè)計(jì)中軸的材料也選用20GrMnTi。
4.3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為145Nm，齒輪傳動(dòng)效率99%，離合器傳動(dòng)效率99%，軸承傳動(dòng)效率96%。
（4.1）
輸入軸
輸出軸一檔==137.81×0.96×0.99×3.33= 436.15Nm
輸出軸二檔==137.81×0.96×0.99×2.47=323.51Nm
輸出軸三檔==137.81×0.96×0.99×1.64= 214.8Nm
輸出軸四檔==137.81×0.96×0.99×1.15= 150.62Nm
輸出軸五檔==137.81×0.96×0.99×0.76=99.54Nm
倒檔軸 ==137.81×0.96×0.99×1.69=221.35 Nm
==221.35×0.96×0.99×1.82 =382.88Nm
4.4 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算
斜齒輪彎曲應(yīng)力
（4.2）
式中：—計(jì)算載荷（N·mm）；
—法向模數(shù)（mm）；
—齒數(shù)；
—斜齒輪螺旋角（°）；
—應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50；
—齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得；
—齒寬系數(shù),=7.0
—重合度影響系數(shù)，=2.0。
當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)乘用車常嚙合齒輪和高