轎車5檔變速器設(shè)計(jì)變速機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、變速機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)轎車5檔變速器設(shè)計(jì)姓 名 * 學(xué) 號(hào) 20130404* 年 級(jí) 2013級(jí) 專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系（院）機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 * 2016年6月 摘 要 隨著我國(guó)汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車的需求也越來(lái)越高。變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最重要的部分之一，汽車的前進(jìn)、后退，增速、減速都要靠變速器傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且變速器在汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上也有很重要的影響。 變速器是完成傳動(dòng)系任務(wù)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(shè)計(jì)水平對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)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(shè)計(jì)

2、趨勢(shì)為增大變速器傳遞功率與重量之比,并要求變速器具有較小的尺寸和良好性能。本文闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇、變速器方案的確定、變速器設(shè)計(jì)、變速器同步器設(shè)計(jì)、變速器箱體設(shè)計(jì)。在給定發(fā)動(dòng)機(jī)排量、最高車速、最大扭矩等條件下,著重對(duì)變速器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：轎車;變速器；齒輪；同步器；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)i目錄1 緒論1課題背景12變速器的總體方案設(shè)計(jì)12.1變速器的功用及設(shè)計(jì)要求12.2變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式選擇與結(jié)構(gòu)分析12.3.1三軸式變速器與兩軸式變速器12.3.2倒檔的布置方案22.3變速器主要零件的結(jié)構(gòu)方案分析32.3.1齒輪型式32.3.2換檔結(jié)構(gòu)型式32.3.3自動(dòng)脫檔42.

3、3.4軸承型式42.3.5變速器操縱機(jī)構(gòu)布置42.4傳動(dòng)方案的最終設(shè)計(jì)53變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設(shè)計(jì)63.1 檔數(shù)63.2 傳動(dòng)比范圍63.3變速器各檔傳動(dòng)比的確定63.4中心距的選擇83.5變速器的外形尺寸93.6齒輪參數(shù)的選擇93.7 各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算103.8 變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整134變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算144.1 齒輪材料的選擇原則144.2 變速器齒輪強(qiáng)度校核154.2.1齒輪彎曲強(qiáng)度校核（斜齒輪）154.2.2 輪齒接觸應(yīng)力校核194.3軸的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)224.3.1初選軸的直徑224.4軸的強(qiáng)度驗(yàn)算234.4.1軸的剛度計(jì)算234.4.2軸的強(qiáng)

4、度計(jì)算26參考文獻(xiàn)29致謝29iii1 緒論1.1 課題背景隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)在手動(dòng)變速器方面已取得了較大進(jìn)步，但在自動(dòng)變速器的技術(shù)和發(fā)展路線上卻相對(duì)發(fā)展緩慢。對(duì)于今后變速器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，新能源汽車傳動(dòng)技術(shù)以及變速器對(duì)于節(jié)能減排的作用等，都是國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)當(dāng)前熱議的話題。2變速器的總體方案設(shè)計(jì)2.1變速器的功用及設(shè)計(jì)要求變速器的功用是根據(jù)汽車在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，使汽車具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證汽車倒車以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率輸出裝置。為保證變速器具有

5、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）保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。2）設(shè)置空擋，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛。4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。5）換擋迅速，省力，方便。 6）汽車行駛過(guò)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。8）變速器的工作噪聲低2.2變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。2.2.1三軸式變速器與兩軸式變速器兩軸式 兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最高檔

6、外其他各檔的傳動(dòng)效率高。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曲面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔位均采用常嚙合齒輪（斜齒圓柱齒輪）傳動(dòng),但兩軸式變速器沒(méi)有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損。這種結(jié)構(gòu)適用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)的轎車和微、輕型貨車上，其特點(diǎn)是輸入軸和輸出軸平行，無(wú)中間軸。三軸式 三軸式變速器的第一軸常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來(lái)傳遞

7、轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩因此，直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小, 其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，但除了直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低，適用于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)的布置形式。由于此次設(shè)計(jì)的是家庭經(jīng)濟(jì)型變速器，驅(qū)動(dòng)形式屬于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，且可布置變速器的空間較小，對(duì)變速器的要求較高，要求運(yùn)行噪聲小，設(shè)計(jì)車速高，故選用二軸式變速器作為傳動(dòng)方案。選擇5檔變速器，并且五檔為超速檔。2.2.2倒檔的布置方案常見(jiàn)的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種

8、：圖2-1a為常見(jiàn)的倒擋布置方案。在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪處于正負(fù)交替對(duì)稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四檔全同步器式變速器中。圖2-1b所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。圖2-1c所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖2-1d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。圖2-1e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(zhǎng)。圖2-1f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換

9、擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖2-1g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。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用圖2-1f所示方案的倒檔換檔方式。2.3變速器主要零件的結(jié)構(gòu)方案分析變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便等要求。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式等因素。2.3.1齒輪型式齒輪形式有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)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(huì)使常

10、嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設(shè)計(jì)中由于各檔采用的是常嚙合方案，因此全部采用斜齒輪傳動(dòng)方案。2.3.2換檔結(jié)構(gòu)型式變速器換檔機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。采用軸向滑動(dòng)直齒齒輪換檔，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，齒輪端部磨損加劇并過(guò)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(dòng)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(huì)過(guò)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(yīng)用。使用同步器能保證換檔迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲，而與操作技術(shù)的熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高了汽車

11、的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)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(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。通過(guò)比較，考慮汽車的操縱性能，本設(shè)計(jì)全部檔位均選用同步器換檔。2.3.3自動(dòng)脫檔自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種1）將嚙合套做得長(zhǎng)一些或者兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)，這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過(guò)被接合齒約1-3mm。使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫檔。2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?.3-0.6mm），這樣，換檔后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂

12、住，從而減少自動(dòng)脫檔。3）將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜20-30），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效，采用較多。 2.3.4軸承型式的選擇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(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)。 由于本設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器，具有較大的軸向力，所以設(shè)計(jì)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。2.3.5變速器操縱機(jī)構(gòu)布置方案根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用操縱機(jī)構(gòu)完成選檔和實(shí)現(xiàn)換檔或退到空檔。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足如下主要要求

13、：換檔時(shí)只能掛入一個(gè)檔位，換檔后應(yīng)使齒輪在全齒長(zhǎng)上嚙合，防止自動(dòng)脫檔或自動(dòng)掛檔，防止誤掛倒檔，換檔輕便。變速器操縱機(jī)構(gòu)通常裝在頂蓋或側(cè)蓋內(nèi)，也有少數(shù)是分開(kāi)的。變速器操縱機(jī)構(gòu)操縱第二軸上的滑動(dòng)齒輪、嚙合套或同步器得到所需不同檔位。1、直接操縱式手動(dòng)換檔變速器當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近時(shí)，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(guò)變速桿直接完成換檔功能的手動(dòng)換檔變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，已得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái) ，單軌式操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各檔同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，但它要求各檔換檔行程相等。2、遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換檔變速器平頭式

14、汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)汽車的變速器，受總體布置限制，變速器距駕駛員座位較遠(yuǎn)，這時(shí)需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動(dòng)件，換檔手力經(jīng)過(guò)這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換檔功能。這種手動(dòng)換檔變速器，稱為遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換檔變速器。3、電動(dòng)自動(dòng)換檔變速器20世紀(jì)80年代以后，在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(guò)程中就能自動(dòng)完成換檔，這種變速器成為電動(dòng)自動(dòng)換檔變速器。由于所設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器，采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，變速器離駕駛員座椅較近，所以采用直接操縱式手動(dòng)換檔變速器。2.4傳動(dòng)方案的最終設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)變速

15、器型式、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案及主要零件結(jié)構(gòu)方案的分析與選擇，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，最終確定的傳動(dòng)方案如圖所示。其傳動(dòng)路線： 1-一檔主動(dòng)齒輪 2-一檔從動(dòng)齒輪 3-二檔主動(dòng)齒輪 4-二檔從動(dòng)齒輪 5-三檔主動(dòng)齒輪 6-三檔從動(dòng)齒輪 7-四檔主動(dòng)齒輪 8-四檔從動(dòng)齒輪 9-五檔主動(dòng)齒輪 10-五檔從動(dòng)齒輪 11-倒檔主動(dòng)齒輪 12-倒檔中間軸齒輪 13-倒檔輸出軸齒輪3變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是根據(jù)帝豪ec7手動(dòng)進(jìn)取型而開(kāi)展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來(lái)源于此種車型：28主減速比：5.7 最高時(shí)速：165km/h輪胎型號(hào)：205/65r15最大扭矩：140nm/4400rpm最大功率：80k

16、w/6000rpm最高轉(zhuǎn)速：6250r/min整備質(zhì)量：1258kg 3.1 檔數(shù)近年來(lái)，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車一般用45個(gè)檔位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個(gè)檔。商用車變速器采用45個(gè)檔或多檔。載質(zhì)量在2.03.5t的貨車采用五檔變速器，載質(zhì)量在4.08.0t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(dòng)比比值在1.8以下。2、高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 因此，本次設(shè)計(jì)的轎車變速器為5檔變速器。3.2 傳動(dòng)比范圍變速器傳動(dòng)比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動(dòng)

17、比的比值。最高檔通常是直接檔，傳動(dòng)比為1.0；有的變速器最高檔是超速檔，傳動(dòng)比為0.70.8。影響最低檔傳動(dòng)比選取的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前乘用車的傳動(dòng)比范圍在3.04.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車在5.08.0之間，其它商用車則更大。本設(shè)計(jì)最高檔傳動(dòng)比為0.77。3.3變速器各檔傳動(dòng)比的確定1、主減速器傳動(dòng)比的確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為： （3-1）式中：汽車行駛速度（km/h）； 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）； 車輪滾動(dòng)半徑（m）； 變速器傳動(dòng)比； 主

18、減速器傳動(dòng)比。已知：最高車速=165 km/h；最高檔為超速檔，傳動(dòng)比=0.77；車輪滾動(dòng)半徑由所選用的輪胎規(guī)格205/65r15得到取r=0.323m,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=6000（r/min）；由公式（3-1）得到主減速器傳動(dòng)比 2、最抵檔傳動(dòng)比計(jì)算按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過(guò)能力條件，即用一檔通過(guò)要求的最大坡道角坡道時(shí)，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于或等于此時(shí)的滾動(dòng)阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計(jì)）。用公式表示如下： （3-2）式中：g 車輛總重量(n)；ft 驅(qū)動(dòng)力 坡道面滾動(dòng)阻力系數(shù)(對(duì)瀝青路面=0.010.02)；發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(n·m)； 主減速器傳動(dòng)比； 變速器傳動(dòng)比； 為傳動(dòng)

19、效率（0.850.9）；r 車輪滾動(dòng)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=1625kg(總質(zhì)量m由整備質(zhì)量m0、乘員和駕駛員質(zhì)量以及行李三部分構(gòu)成）；r=0.323m；=140n·m；=5.7；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(dòng)力時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下： （3-4）式中：驅(qū)動(dòng)輪的地面法向反力，； 驅(qū)動(dòng)輪與地面間的附著系數(shù)；對(duì)混凝土或?yàn)r青路面可取0.50.6之間。已知：kg；取0.6，把數(shù)據(jù)代入（3-4）式得：所以，一檔轉(zhuǎn)動(dòng)比的選擇范圍是：初選一檔傳動(dòng)比為3

20、.4。3、變速器各檔速比的配置按等比級(jí)數(shù)分配其它各檔傳動(dòng)比，即： 3.4中心距的選擇轎車變速器的中心距在6080mm范圍內(nèi)變化。初取a=75mm。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：mm初選長(zhǎng)度為240mm。3.6齒輪參數(shù)的選擇1、模數(shù)選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不

21、同的模數(shù)。對(duì)于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對(duì)于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。表3-1 汽車變速器齒輪的法向模數(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/t1.0<v<1.61.6<v<2.56.0<<14>14模數(shù)/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00轎車模數(shù)的選取以發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為依據(jù)，由表3-1選取各檔模數(shù)為，由于轎車對(duì)降低噪聲和振動(dòng)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(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)

22、度，本變速器為了加工方便，故全部選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°。3、螺旋角隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(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(guò)大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角，本設(shè)計(jì)初選螺旋角全部為21°。4、齒寬考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時(shí)雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時(shí)軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會(huì)使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用較大的齒寬，工作

23、中會(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造成偏載，導(dǎo)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(lái)選定齒寬：斜齒，取為6.08.5，取6.05、齒頂高系數(shù)齒頂高系數(shù)對(duì)重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對(duì)滑動(dòng)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(yīng)力也減少。在齒輪加工精度提高以后，包括我國(guó)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(qiáng)度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與1.00的細(xì)高齒，故本設(shè)計(jì)取為1.00。3.7 各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算在初選中心距、

24、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(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。根據(jù)圖3-1確定各檔齒輪齒數(shù)和傳動(dòng)比。1、一檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定一檔傳動(dòng)比為： （3-5）取整得56。轎車可在1217之間選取，取13，則。則一檔傳動(dòng)比為： 1-一檔主動(dòng)齒輪 2-一檔從動(dòng)齒輪 3-二檔主動(dòng)齒輪 4-二檔從動(dòng)齒輪 5-三檔主動(dòng)齒輪 6-三檔從動(dòng)齒輪 7-四檔主動(dòng)齒輪 8-四檔從動(dòng)齒輪 9-五檔主動(dòng)齒輪 10-五檔從動(dòng)齒輪 11-倒檔主動(dòng)齒輪 12-倒檔中間軸齒輪 13-倒檔輸出軸齒輪圖3-1 五檔變速器傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖2、對(duì)中心距a進(jìn)行

25、修正取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。3、二檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定 （3-6） （3-7）已知：=76mm，=2.345，=2.50，；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(dòng)比為：4、計(jì)算三檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 （3-8） （3-9）已知：=76mm，=1.618，=2.50，；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(dòng)比為：5、計(jì)算四檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 （3-10） （3-11）已知：=76mm，=1.116，=2.50，；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(dòng)比為：6、計(jì)算五檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 （3-12） （3-13）已

26、知：=76mm，=0.77，=2.50，；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(dòng)比為：7、計(jì)算倒檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比初選倒檔軸上齒輪齒數(shù)為=25，輸入軸齒輪齒數(shù)=13，為保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉齒輪11和齒輪13的齒頂圓之間應(yīng)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(dòng)比為：輸入軸與倒檔軸之間的距離：mm取=51輸出軸與倒檔軸之間的距離：mm取=863.8 變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整采用變位齒輪的原因：配湊中心距；提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；降低齒輪的嚙合噪聲。為了降低噪聲，對(duì)

27、于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著檔位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二檔和倒檔齒輪，應(yīng)該選用較大的值。本次設(shè)計(jì)螺旋角定為：一檔至五檔 倒檔根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)及相關(guān)圖表得：一檔齒輪的變位當(dāng) a0=76 z1=13 z2=43時(shí)，查得總變位系數(shù)x=0.71 變位系數(shù)分配為x1=0.36 x2=0.35二檔齒輪的變位 當(dāng) a0=76 z3=18 z4=38 時(shí)，查得總變位系數(shù)x=0.53 變位系數(shù)分配為x3=0.35 x4=0.18三檔齒輪的變位當(dāng) a0=76 z5=22 z6=34 時(shí)，查得總變位系數(shù)x=0.522變位系數(shù)分配為x5=0.29

28、6 x6=0.226四檔齒輪的變位 當(dāng) a0=70 z7=27 z8=29 時(shí)，查得總變位系數(shù)x=0.522變位系數(shù)分配為x7=0.270 x8=0.252五檔齒輪的變位 當(dāng) a0=76 z9=32 z10=24 時(shí)，查得總變位系數(shù)x=0.522變位系數(shù)分配為x9=0.234 x10=0.288倒檔齒輪的變位輸入軸與倒檔軸之間： 當(dāng) =51 z11=13 z12=25 時(shí)，查得總變位系數(shù)x=0.200變位系數(shù)分配為x11=0.17 x12=0.03輸出軸與倒檔軸之間： 當(dāng) =86 z12=25 z13=39時(shí)，查得總變位系數(shù)x=0.12 變位系數(shù)分配為x12=0.03 x13=0.154變速器

29、的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 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(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。（2）合理選擇材料配對(duì)。如對(duì)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(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在3050hbs左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)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(shí)，可選用圓鋼作毛坯。軟齒面齒輪常用

30、中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，再進(jìn)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(duì)已切輪齒造成的齒面變形需進(jìn)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(wú)法磨齒的齒輪。由于一對(duì)齒輪一直參與傳動(dòng)，磨損較大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，抗彎強(qiáng)度要求比較高。應(yīng)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5862hrc。4.2 變速器齒輪強(qiáng)度校核4.2.1齒輪彎曲強(qiáng)度校核（斜齒輪） (4-1)式中：圓周力（n），；

31、 計(jì)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(yīng)力集中系數(shù)，=1.50；齒面寬（mm）； 法向齒距，； 齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在齒形系數(shù)圖4-1中查得； 重合度影響系數(shù)，=2.0。圖4-1 齒形系數(shù)圖將上述有關(guān)參數(shù)據(jù)代入公式（4-1），整理得到 (4-2)（1）一檔齒輪校核主動(dòng)齒輪：已知： n·mm；0mm；x1=0.36；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.153，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa從動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x2=0.35；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.161，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa（2

32、）二檔齒輪校核主動(dòng)齒輪：已知： n·mm；mm；x3=0.35；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.157，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得： mpa從動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x4=0.18；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.175，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa (3)三檔齒輪校核主動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x5=0.296；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.159，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa從動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x6=0.226；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.155，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa（4）四檔齒輪

33、的校核主動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x7=0.27；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.161，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa從動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x8=0.252；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.151，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：n·mm（5）五檔齒輪的校核主動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x9=0.234；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.162，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa從動(dòng)齒輪：已知：n·mm；mm；x10=0.288；，查齒形系數(shù)圖4-1得：y=0.159，把以上數(shù)據(jù)代入(4-2)式，得：mpa對(duì)于轎車當(dāng)

34、計(jì)算載荷取變速器輸入軸最大轉(zhuǎn)距時(shí)，其許用應(yīng)力在180350mpa，以上各檔均合適。4.2.2 輪齒接觸應(yīng)力校核 （4-3）式中：輪齒接觸應(yīng)力（mpa）；齒面上的法向力（n），；圓周力（n），；計(jì)算載荷（n·mm）；為節(jié)圓直徑（mm）；節(jié)點(diǎn)處壓力角，為齒輪螺旋角；齒輪材料的彈性模量（mpa）；齒輪接觸的實(shí)際寬度（mm）；，主從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪，；、 主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm）。表4.3 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力齒輪/mpa滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一檔和倒檔1900-2000950-1000常嚙合齒輪和高檔齒輪1300-1400650-700將作用在變速器第一

35、軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表4.3：1、一檔齒輪接觸應(yīng)力校核已知：n·mm；mpa；mm；mm；mmn由于作用在兩齒輪上的力為作用力與反作用力，故只計(jì)算一個(gè)齒輪的接觸應(yīng)力即可，將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷，將以上數(shù)據(jù)代入（4-3）可得：mpa2、二檔齒輪接觸應(yīng)力校核已知：n·mm；mpa；mm；mm；mm；n同一檔，將以上數(shù)據(jù)代入（4-3）可得：mpa3、三檔齒輪接觸應(yīng)力校核已知：n·mm；mpa；mm；mm；mm；n同一檔，將以上數(shù)據(jù)代入（4-3）可得：mpa4、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核已知：n·mm；mpa；mm；m

36、m；mm；n同一檔，將以上數(shù)據(jù)代入（4-3）可得：mpa5、五檔齒輪接觸應(yīng)力校核已知：n·mm；mpa；mm；mm；mm；n同一檔，將以上數(shù)據(jù)代入（4-3）可得：mpa以上各檔變速器齒輪的接觸應(yīng)力均小于齒輪的許用接觸應(yīng)力，所以各檔均合格。4.3軸的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)變速器在工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔銜?huì)產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性等均有不利影響。4.3.1初選軸的直徑在已知兩軸式變速器中心距時(shí)，軸的最大直徑和支承距離的比值可在以下范圍內(nèi)選取：對(duì)輸入軸，=0.16

37、0.18；對(duì)輸出軸，0.180.21。輸入軸花鍵部分直徑（mm）可按下式初選取：式中： 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=4.04.6；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（n.m）。輸入軸花鍵部分直徑：=20.7723.89mm初選輸入、輸出軸支承之間的長(zhǎng)度=260mm。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定軸的最小直徑： （4-4）式中： d軸的最小直徑（mm）；軸的許用剪應(yīng)力（mpa）；p發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率（kw）；n發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入（4-4）式，得：mm所以，選擇軸的最小直徑為25mm。4.4軸的強(qiáng)度驗(yàn)算4.4.1軸的剛度計(jì)算對(duì)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

38、輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，致使沿齒長(zhǎng)方向的壓力分布不均勻。初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。圖4.2 變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角軸的撓度和轉(zhuǎn)角如圖4.2所示，若軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，可分別用下式計(jì)算： （4-5） （4-6） （4-7）式中： 齒輪齒寬中間平面上的徑向力（n）；齒輪齒寬中間平面上的圓周力（n）； 彈性模量（mpa），=2.1×105 mpa； 慣性矩（mm4），對(duì)于實(shí)心軸，； 軸的直徑（mm），花鍵處按平均直徑計(jì)算；、齒輪上的作用力距支座、的距離（mm）； 支座間的距離（mm）。軸的全撓度為mm。軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為=0.050.10mm，=0.100.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)0.002rad。1、變速器輸入軸和輸出軸的剛度校核（1）軸上受力分析一檔工作時(shí)：nnn輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算：已知：a=23mm；b=231.24mm；l=254.24mm；d=35.5mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入（4-5）、（4-6）、（4-7）得到：mmmmmmrad輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算：輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大