變速器課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、青 島 理 工 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目：中型載貨汽車六檔變速器 學(xué)院：汽車與交通學(xué)院 班級：車輛13-1班 組員：鄒九濤（201324234） 王 帥 (201324254) 郭家康（201324212） 王汝峰（201324225) 周 圍（201324232） 范馮鑫（201324238） 指導(dǎo)老師：修玉峰 日期：2016年10月7日目錄一、前言1二、變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案12.1汽車的主要參數(shù)12.2變速器類型的選擇12.2.1固定軸式變速器12.2.2倒擋布置方案22.3零部件結(jié)構(gòu)方案分析32.3.1齒輪形式32.3.2換擋機(jī)構(gòu)形式32.4變速器設(shè)計(jì)方案4三、變速器主要參數(shù)的選擇53

2、.1擋數(shù)的選擇53.2傳動比的確定53.2.1傳動比范圍53.2.2傳動比的確定53.3中心距63.4變速器外形尺寸73.5齒輪參數(shù)73.5.1模數(shù)73.5.2壓力角83.5.3螺旋角83.5.4齒寬93.5.5齒頂高系數(shù)93.6各檔齒輪齒數(shù)的分配93.6.1確定一擋齒輪的齒數(shù)93.6.2對中心距進(jìn)行修正103.6.3確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)103.6.4確定其他各檔的齒數(shù)103.6.5確定倒擋齒輪齒數(shù)11四、變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算114.1齒輪的損壞形式114.2齒輪強(qiáng)度計(jì)算124.2.1齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算124.2.2齒輪接觸應(yīng)力144.2.3齒輪材料及熱處理164.3軸的計(jì)算164.3.1初

3、選軸的直徑174.3.2軸的強(qiáng)度計(jì)算17五、 同步器和操縱機(jī)構(gòu)的選擇195.1鎖銷式同步器195.1.1 鎖銷式同步器結(jié)構(gòu)195.1.2 鎖銷式同步器工作原理205.2鎖環(huán)式同步器205.2.1 鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)205.2.2 鎖環(huán)式同步器工作原理215.3同步器的選擇與主要參數(shù)的確定22六、變速器操縱機(jī)構(gòu)246.1 直接操縱手動換擋變速器246.2 遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器24七、設(shè)計(jì)心得25八、參考文獻(xiàn)26一、前言變速器是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有

4、空擋，可在啟動發(fā)動機(jī)、汽車滑行或停車時(shí)使發(fā)動機(jī)的動力停止向驅(qū)動輪的傳輸。變速器設(shè)有倒檔，使汽車獲得倒退行駛的能力。需要時(shí)，變速器還有動力輸出功能。對變速器的基本要求如下：1） 保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)型；2） 設(shè)置空檔，用來切斷發(fā)動機(jī)動力箱驅(qū)動輪的傳輸；3） 設(shè)置倒擋，使汽車能倒退行駛；4） 設(shè)置動力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出；5） 換擋迅速、省力、方便；6） 工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂檔以及換擋沖擊等現(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；9） 變速器應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。二、變速器傳動機(jī)構(gòu)布置

5、方案2.1汽車的主要參數(shù)整車質(zhì)量：4600kg額定載質(zhì)量：6000kg最大總質(zhì)量：10795kg最大扭矩：484N·m最大功率：135KW最大功率轉(zhuǎn)速：3200r/min最高車速：90km/h車身尺寸：8000/2490/3400mm輪胎：10.00-R20滿載后軸軸荷：7556.5kg2.2變速器類型的選擇2.2.1固定軸式變速器（1）兩軸式變速器兩軸式變速器 發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動（FF）的汽車上，其優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單；輪廓尺寸??；容易布置；各中間擋位因只經(jīng)過一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高的同時(shí)噪聲也會很低。兩軸式變速器優(yōu)點(diǎn)明確，但是也有其自身的缺點(diǎn)：因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋，所以

6、在高擋工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞；受結(jié)構(gòu)的限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設(shè)計(jì)的很大，對于前進(jìn)擋，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。（2）中間軸式變速器中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)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(jī)飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設(shè)離合器的從動盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)鏈接。中間軸式變速器的優(yōu)點(diǎn)：使用直接檔時(shí)，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動效率可達(dá)到90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訐醯睦眯矢哂谄渌麚跷唬?/p>

7、因而提高了變速器的使用壽命；在其他前進(jìn)擋位工作時(shí)，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過第一軸、中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒輪可以采用不常嚙合齒輪傳動。其缺點(diǎn)為：除直接擋以外的其他擋位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動效率略有降低。根據(jù)以上對兩軸式變速器和中間軸式變速器的分析，此次設(shè)計(jì)的中型載貨汽車變速器采用中間軸式變速器。2.2.2倒擋布置方案與前進(jìn)擋位相比較，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒檔，故采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。變速器的一擋或倒擋因傳動比大，工作時(shí)在齒輪上作

8、用的力也增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一擋與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從抵擋到高擋的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)將一擋布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒擋。此時(shí)在倒擋工作時(shí)，輪齒磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，而在一擋工作時(shí)輪齒的磨損與噪聲有所減小。下圖為常見的倒擋布置方案。圖B)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

9、而縮短了中間軸的長度。但換擋時(shí)有兩對齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖C)所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖D)所示方案針對前者的缺點(diǎn)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，倒擋齒輪做成一體，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，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖G)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。 倒擋布置方案2.3零部件結(jié)構(gòu)方案分析2.3.1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。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有

10、使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這幅軸承不利。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(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。2.3.2換擋機(jī)構(gòu)形式變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式、直齒滑動齒輪換擋：因變速器內(nèi)各轉(zhuǎn)動齒輪有不同的角速度，所以用軸向滑動直齒齒輪方式換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨噪聲。這不僅使齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時(shí)使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術(shù)才能使換擋時(shí)齒輪無沖擊，并克服上述缺點(diǎn)，單換擋瞬間駕駛員

11、注意力被分散，又影響行駛安全。除此之外，采用直齒滑動齒輪換擋時(shí)，換擋行程長也是它的缺點(diǎn)。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡單，制造、拆裝與維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩，但除一擋、倒擋外已很少使用。嚙合套：換擋行程短，同時(shí)因承受換擋沖擊載荷的結(jié)合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換擋，所以不會過早損壞，但因不能消除換擋沖擊，仍然要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性力矩增大。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上使用。 使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)

12、性和行駛安全性。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)。 綜上所述，本變速器換擋機(jī)構(gòu)形式選擇同步器換檔。2.4變速器設(shè)計(jì)方案參考其他中型載貨汽車參數(shù)設(shè)計(jì)變速器。變速器的類型選擇三軸固定式，具有六個(gè)擋位，同步器作為換擋機(jī)構(gòu)，倒擋齒輪靠近軸承支撐。結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計(jì)，對于初次設(shè)計(jì)的我們有很大的幫助。 三、變速器主要參數(shù)的選擇3.1擋數(shù)的選擇變速器的擋數(shù)可在320個(gè)擋位分為內(nèi)變化。增加變速器的擋數(shù)，能夠改善汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及平均車速。擋數(shù)越多，變速器結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時(shí)操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換擋頻率增高并增加了換擋難度。對于載質(zhì)量在4.0-8.0t的貨車采

13、用六擋變速器。因此根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，選擇六擋變速器。3.2傳動比的確定3.2.1傳動比范圍變速器的傳動比范圍是指本變速器最低檔傳動比與最高擋傳動比的比值。最高擋通常是直接擋，傳動比為1.0；有的變速器最高擋是超速擋，傳動比為0.70.8。影響最低擋傳動比選取的因素有：發(fā)動機(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(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前乘用車的傳動比范圍在3.04.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車在之間，其他商用車則更大。本次所設(shè)計(jì)的變速器選擇最高擋為直接擋，即3.2.2傳動比的確定（1） 最小傳動比及主減速器速比的確定汽車

14、大都數(shù)時(shí)間是以最高檔行駛，即用最小傳動比的檔位行駛。因此，最小傳動比的選定很重要。傳動系總傳動比由最高車速公式 （=90km/h，=0.53m =3200)，得=7.1，又，得主減速器=7.1(2)最大傳動比的確定汽車發(fā)揮最大爬坡能力時(shí)，變速器掛一擋，此時(shí)發(fā)動機(jī)發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩。汽車形式方程式為：由于空氣阻力小，故在設(shè)計(jì)變速器一擋傳動比時(shí)可以忽略空氣阻力。汽車若能正常行駛則需 滿足： （3.1）即 （3.2）根據(jù)車輪與路面的附著情況： （3.3） 即 （3.4） 路面附著系數(shù)在之間取0.55，滾動阻力系數(shù)f取0.018，取0.9，G2=0.7G；將已知的數(shù)據(jù)帶入式子（3.2）與（3.4）當(dāng)中，求得

15、 。本車為中型載貨汽車且沒有超車檔，故變速器一擋傳動比初選7，傳動系最大傳動比為。 變速器各傳動比的關(guān)系為：即：則變速器的各傳動比為：，表3.1中型載貨汽車變速器傳動比擋位一擋二擋三擋四擋五擋六擋倒擋傳動比7.04.803.242.191.4816.03.3中心距中間軸式變速器中心距是指中間軸與第二軸軸線之間的距離。中心距是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔

16、之間的距離過小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一檔小齒輪齒數(shù)不能過少的限制，要求中心距也要去大些。還有，變速器中心距取得過小，會使變速器長度增加，并因此而使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。對于此次設(shè)計(jì)的中間軸式變速器的中心距來說，初選中心距時(shí)，可根據(jù)下屬經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： （3.5）式中，為變速器中心距（mm）；為中心距系數(shù)，乘用車：=8.99.3，商用車：=8.69.6，多檔變速器：=9.511.0；為變速器傳動效率，取。此次計(jì)算 中心距系數(shù)取=10。將上述數(shù)據(jù)代入式子（3.5）得，取150mm，滿足商用車的變速器中心距在80-170mm。3.4變速器外形尺寸變速器的橫向外

17、形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間才（過渡）齒輪和換擋機(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擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)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：四擋 （2.22.7）五擋 （2.73.0）六檔 （3.23.5）所以尺寸初選為500mm。3.5齒輪參數(shù)3.5.1模數(shù)齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取因素很多，選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：（1） 為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；（2） 為使質(zhì)量小些，應(yīng)增加模數(shù)，同時(shí)減小齒寬；（3） 從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；（4） 從強(qiáng)度方面考慮，格擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)；（5） 為減少乘用

18、車齒輪工作噪聲，齒輪的模數(shù)應(yīng)選得大一些；（6） 對貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，故選擇大些的模數(shù)；（7） 變速器抵擋齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)，其他擋位選用另一種模數(shù)。 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(jī)排量貨車的最大總質(zhì)量 模數(shù)2.252.752.753.003.504.504.506.00嚙合套和同步器的結(jié)合齒多采用漸開線齒形。乘用車和總質(zhì)量在1.814.0的車為2.03.5。綜合考慮此次設(shè)計(jì)的是中型載貨汽車的變速器，故初選倒擋、一擋、二檔模數(shù)4，其他各檔為3.5。3.5.2壓力角齒輪壓力角較小時(shí)，重合度較大并降低了輪齒剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)的動載荷，使傳動平穩(wěn)，

19、有利于降低噪聲；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)度。理論上，對商用車，為提高齒輪承載能力應(yīng)選用或等大些的壓力角。而實(shí)際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為。嚙合套或同步器的接合齒壓力角有、等，但普遍采用壓力角。3.5.3螺旋角齒輪的螺旋角對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的旋角時(shí)，使輪齒嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。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-25為宜，而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合著眼，應(yīng)選用較大的螺旋角。貨車變速器的螺旋角為。3.5.4齒寬在選擇齒寬時(shí)，應(yīng)該注意齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)

20、量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)的受力均勻程度等均有影響。通常根據(jù)齒輪模數(shù)（）的大小來選定齒寬：直齒，為齒寬系數(shù)，取為4.58.0，取7.0，此處為28.0；斜齒，取為6.08.5，取7.0，此處為23.5。3.5.5齒頂高系數(shù)我國規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。3.6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)變速器的擋數(shù)、傳動比和傳動方案來分配格擋齒輪的齒數(shù)。3.6.1確定一擋齒輪的齒數(shù) 一擋傳動比為： （3-6）為了求和的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和： （3-7）其中，m=4.0mm；所以。中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)，還收中間軸軸經(jīng)尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時(shí)，對軸的尺

21、寸及齒輪齒數(shù)都要統(tǒng)一考慮。乘用車中間軸式變速器一擋傳動比時(shí)，中間軸上一擋齒輪的齒數(shù)可在=15-17之間選取，貨車可在1217之間選用。一擋大齒輪齒數(shù)用計(jì)算求得。故選擇，。3.6.2對中心距進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，及各國取整數(shù)使中心距有了變化，所以根據(jù)取定的的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)，修正后中心距A=150mm。3.6.3確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)由式子（3-6）求出常嚙合傳動齒輪的傳動比： （3-8）而常嚙合傳動齒輪的中心距與一擋齒輪的中心距相等，即 （3-9）常嚙合為斜齒，=3.5mm,取。解方程式（3-8）和式（3-9）求出，。實(shí)際傳動

22、比，與初選值相差不大，根據(jù)所確定的齒數(shù)，按式（3-9）算出精確的螺旋角值為，滿足要求。3.6.4確定其他各檔的齒數(shù)二擋齒輪（直齒）的齒數(shù)：， （3-10）解方程組（3-10），可求出：；三擋斜齒輪的齒數(shù)： （3-11）由（3-11） 可求出：； 還得滿足下列關(guān)系式： （3-12）計(jì)算左右兩邊得 1.70與1.727相差不大可取，滿足基本要求。同樣的方法可以計(jì)算出四擋，五擋的齒數(shù)。綜上知：一擋齒輪的齒數(shù)：， ；二檔齒輪的齒數(shù)：， ；三擋齒輪的齒數(shù)：， ， ；四擋齒輪的齒數(shù)：， ， ；五擋齒輪的齒數(shù)：， ， ；六擋為直接擋3.6.5確定倒擋齒輪齒數(shù) 一般情況下，倒檔傳動比與一檔傳動比較為接近，在本

23、設(shè)計(jì)中倒檔傳動比，中間軸上倒檔傳動齒輪的齒數(shù)比一檔主動齒輪12略小，取。 而通常情況下，倒檔軸齒輪取2123，此處取=22。由：由 （3-13）可計(jì)算出。故可得出中間軸與倒檔軸的中心距 而倒檔軸與第二軸的中心: 四、變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1齒輪的損壞形式齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動換檔齒輪端部破壞。輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒再重復(fù)載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。齒輪工作時(shí)，一對相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然

24、后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。用移動齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪存在角速度茶，換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。4.2齒輪強(qiáng)度計(jì)算4.2.1齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算（1）直齒輪彎曲應(yīng)力 （4-1）式中-彎曲應(yīng)力（MPa）；為圓周力（N），；為計(jì)算載荷；d為節(jié)圓直徑； -應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取1.65； -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），取20t-端面齒距（mm）；y-齒形系數(shù)，如圖3-1所示。以為齒輪節(jié)圓直徑，式中 為齒數(shù)，所以將上述參數(shù)代入（4-1）后得： （4-2）

25、 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)，一擋、倒擋直齒輪需用彎曲應(yīng)力在。貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩根據(jù)傳動比換算到一擋的值，由=484000Nmm,帶入下式 得=1006720Nmm又（主動），（從動），y為齒形系數(shù)，參考汽車設(shè)計(jì)一擋：（從動），（主動） 二檔：（從動），（主動）得：倒擋：得：（2）斜齒輪彎曲應(yīng)力 （4-3）圓周力（N），；為計(jì)算載荷；d 節(jié)圓直徑（mm）, , 為法向模數(shù)（mm）；應(yīng)力集中系數(shù)，；重合度影響系數(shù)，=2.0；將上述有關(guān)參數(shù)帶入式（4-3），整理后得到斜齒輪彎曲應(yīng)力為 (4-4)當(dāng)計(jì)算載

26、荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對乘用車常嚙合齒輪和高檔齒輪，許用應(yīng)力在范圍，對貨車為。計(jì)算第一軸常嚙合齒輪的彎曲強(qiáng)度。已知，將上述數(shù)據(jù)代入式（4-4）得： 同樣的方法可求得其他斜齒輪的彎曲應(yīng)力，均滿足應(yīng)力要求。4.2.2齒輪接觸應(yīng)力 （4-5） 式中， -齒輪的接觸應(yīng)力（MPa）； F-齒面上的法向力（N），； -圓周力在（N）， ； -節(jié)點(diǎn)處的壓力角（°）；-齒輪螺旋角（°）；E-齒輪材料的彈性模量（MPa），查資料可??；b-齒輪接觸的實(shí)際寬度，20mm；-主、從動齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm）；直齒輪： （4-6） （4-7）斜齒輪： （4-8） （4-9）其中，

27、分別為主從動齒輪節(jié)圓半徑（mm）。將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見下表：表3-1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪/MPa滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一檔和倒檔190020009501000常嚙合齒輪和高檔13001400650700（1）第一軸常嚙合齒輪接觸應(yīng)力 代入式（4-5）得，滿足設(shè)計(jì)要求。（2） 高檔5擋常嚙合齒輪接觸應(yīng)力 代入式（4-5）得，滿足設(shè)計(jì)要求。（3） 一擋和倒擋直齒輪接觸應(yīng)力 代入式（4-5）得，滿足設(shè)計(jì)要求。4.2.3齒輪材料及熱處理 國內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要用20CrMnTi、20Mn2TiB、16MnCr5、20MnCr5、25Mn

28、Cr5。滲碳齒輪表面硬度為58-63HRC，芯部硬度為33-48HRC。 變速器齒輪多采用滲碳合金鋼，其表面的高硬度與芯部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。在選用鋼材及熱處理時(shí)，對切削加工性能及成本也應(yīng)考慮。值得指出的是，對齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理以后，齒輪彎曲疲勞壽命和接觸疲勞壽命都能提高。齒輪在熱處理后進(jìn)行磨齒，能消除齒輪熱處理的變形。4.3軸的計(jì)算變速器在工作時(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)閯偠炔蛔爿S會產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不

29、利影響。因此，在設(shè)計(jì)變速器時(shí)，器剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計(jì)階段可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已知條件初選軸的直徑，然后根據(jù)公式進(jìn)行有關(guān)的剛度和強(qiáng)度方面的驗(yàn)算。4.3.1初選軸的直徑在已知中間軸式變速器中心距時(shí)，第二軸和中間軸中部直徑；則已知，所及可以計(jì)算出第二軸和中間軸中部直徑。所以初選第二軸和中間軸中部直徑。軸的最大直徑和支承間距離的比值：對中間軸，；對第二軸，。已知，所以可以初步計(jì)算中間軸支承間距=377.8425mm，第二軸支承間距=323.8377.8mm，初選=400mm; =350mm。第一軸花鍵部分直徑可按下式初選：式中，為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=4.04.6；為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=48

30、4。將數(shù)據(jù)代入上式可得=31.436.2mm。初選第一軸花鍵部分直徑=34mm。4.3.2軸的強(qiáng)度計(jì)算（1）軸的強(qiáng)度驗(yàn)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，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。初步確定軸的尺寸以后，可以對軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。欲求中間軸式變速器第一軸的支撐點(diǎn)反作用力，必須先求第二軸的支點(diǎn)反力、擋位不同，不僅齒輪上的圓周力、徑向力和軸向力不同，而且力到支點(diǎn)的距離也有變化，所以應(yīng)當(dāng)對每個(gè)檔位都進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)，將軸看作鉸接支承的梁。作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取。軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按材料力學(xué)的有關(guān)

31、公式計(jì)算。計(jì)算式，僅計(jì)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(diǎn)近，負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如下圖所示時(shí)，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)算式中, -齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）,這里等于； -齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N），這里等于； E-彈性模量（MPa），（MPa），E =MPa； I-慣性矩（），d為軸的直徑（）； a、b-為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離（）； L-支座之間的距離（）。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mm，mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002r

32、ad。其中：（2）軸的強(qiáng)度計(jì)算作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)玩去變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力和之后，計(jì)算相應(yīng)的彎矩、。軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩的同時(shí)作用下，其應(yīng)力為：式中，；為軸的直徑，花鍵處取內(nèi)徑；為抗彎界面系數(shù)。在抵擋工作時(shí)，。對軸上的花鍵，應(yīng)驗(yàn)算齒面的擠壓應(yīng)力。變速器的軸用與齒輪相同的材料制造。經(jīng)計(jì)算，變速器軸滿足剛度和強(qiáng)度的需求。五、 同步器和操縱機(jī)構(gòu)的選擇5.1鎖銷式同步器同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡單，但有不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下(即角速度相等)換擋的缺點(diǎn)，現(xiàn)已不用。得到廣泛應(yīng)用的是慣性式同步器。

33、慣性式同步器中有鎖銷式、鎖環(huán)式、滑塊式、多片式、和多錐式幾種。5.1.1 鎖銷式同步器結(jié)構(gòu)圖所示鎖銷式同步器的摩擦元件是同步環(huán)2和齒輪3上的凸肩部分，分別在它們的內(nèi)圈和外圈設(shè)計(jì)有相互接觸的錐形摩擦面。鎖止元件位于滑動齒套1的圓盤部分孔中做出的錐形肩角和裝在上述孔中、在中部位置處有相同角度的斜面鎖銷4。鎖銷與同步環(huán)2剛性連接。彈性元件是位于滑動齒套1圓盤部分徑向孔中的彈簧7。在空擋位置，鋼球5在彈簧壓力作用下處在銷6的凹槽中，使之保持滑動齒套與同步環(huán)之間沒有相對移動。鎖銷式同步器結(jié)構(gòu)方案注：1-滑動齒套 2-同步環(huán) 3-齒輪 4-鎖銷5-鋼球 6-銷 7-彈簧在慣性式同步器中，彈性元件的重要性僅

34、次于摩擦元件和鎖止元件，它用來使有關(guān)部分保持在中立位置的同時(shí)，又不妨礙鎖止、解除鎖止和完成換擋的進(jìn)行。5.1.2 鎖銷式同步器工作原理同步器換擋過程由三個(gè)階段組成。第一階段，同步器離開中間位置，作軸向移動并靠在摩擦面上。摩擦面相互接觸瞬間，如圖6-1所示，由于齒輪3的角速度和滑動齒套1的角速度不同，在摩擦力矩作用下瑣銷4相對滑動齒套1轉(zhuǎn)動一個(gè)不大的角度，并占據(jù)圖上所示的鎖止位置。此時(shí)鎖止面接觸，阻止了滑動齒套向換擋方向移動。第二階段，來自手柄傳至換擋撥叉并作用在滑動齒套上的力F，經(jīng)過鎖止元件又作用到摩擦面上。由于和不等，在上述表面產(chǎn)生摩擦力。滑動齒套1和齒輪3分別與整車和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動零件相

35、連。于是，在摩擦力矩作用下，滑動齒套1和齒輪3的轉(zhuǎn)速逐漸接近，其角速度差=|-|減小了。在=0瞬間同步過程結(jié)束。第三階段，=0，摩擦力矩消失，而軸向力F仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)滑動齒套和鎖削上的斜面相對移動，從而使滑動齒套占據(jù)了換擋位置。鎖銷式同步器的優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量少，摩擦錐面平均半徑較大，使轉(zhuǎn)矩容量增加。這種同步器軸向尺寸長是它的缺點(diǎn)。鎖銷式同步器多用于中、重型貨車的變速器中。 5.2鎖環(huán)式同步器 5.2.1 鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)如圖所示，鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是同步器的摩擦元件位于鎖環(huán)1或4和齒輪5或8凸肩部分的錐形斜面上。作為鎖止元件是做在鎖環(huán)1或4上的齒輪和做在嚙合套7上

36、的齒的端部，且端部均為斜面稱為鎖止面。彈性元件是位于嚙合套座兩側(cè)的彈簧圈。彈簧圈將置于嚙合套座花鍵上中部呈凸起狀的滑塊壓向嚙合套。在不換擋的中間位置，滑塊凸起部分嵌入嚙合套中部的內(nèi)環(huán)槽中，使同步器用來換檔的零件保持在中立位置上。滑塊兩端伸入鎖環(huán)缺口內(nèi)，而缺口的尺寸要比滑塊寬一個(gè)接合齒。鎖環(huán)式同步器注：1、4鎖環(huán) 2滑塊 3彈簧圈 5、8齒輪 6嚙合套座 7嚙合套5.2.2 鎖環(huán)式同步器工作原理 換擋時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換擋力，推嚙合套并帶動滑塊和鎖環(huán)移動，直至鎖環(huán)錐面與被接合、齒輪上的錐面接觸為止。之后，因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度，致使在錐面上作用有摩擦力矩，它使鎖環(huán)相

37、對嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，并由滑塊予以定位。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸(圖a),使嚙合套的移動受阻，同步器處在鎖止?fàn)顟B(tài)，換擋的第一階段工作至此已完成。換擋力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上，并使摩擦力矩增大，與此同時(shí)在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸接近，在角速度相等的瞬間，同步過程結(jié)束，完成了換擋過程的第二階段工作。之后，摩擦力矩隨之消失，而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位，兩鎖止面分開，同步器解除鎖止?fàn)顟B(tài)，嚙合套上的接合齒在換擋力作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合(圖b)完成同步換擋。鎖環(huán)式同步器有工作可靠，零件耐用等優(yōu)點(diǎn)，但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由

38、于鎖止面在鎖環(huán)的接合齒上，會因齒端磨損而失效，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)式同步器工作原理注：a) 同步器鎖止位置 b) 同步器換擋位置1鎖環(huán) 2嚙合套 3嚙合套上的接合齒 4滑塊5.3同步器的選擇與主要參數(shù)的確定本設(shè)計(jì)所采用的同步器類型為鎖銷式同步器（1)同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)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。試驗(yàn)還證明：螺紋的齒頂寬對摩擦因數(shù)的影響很大，摩擦因數(shù)隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過大。螺紋槽設(shè)計(jì)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

39、，增加磨損速度。圖a中給出的尺寸適用于輕、中型汽車；圖b則適用于重型汽車。通常軸向泄油槽為612個(gè)，槽寬34mm。同步器螺紋槽形式(2)錐面半錐角 摩擦錐面半錐角越小，摩擦力矩越大。但過小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是tan。一般=6°8°。=6°時(shí)，摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí)，則有粘著和咬住的傾向；在=7°時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)中采用的錐角均為取7°。(3)摩擦錐面平均半徑R R設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。R往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后還會影響到同步環(huán)徑向厚

40、度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將R取大些。本次設(shè)計(jì)中采用的R為5060mm。4)錐面工作長度b縮短錐面工作長度，便使變速器的軸向長度縮短，但同時(shí)也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算確定設(shè)計(jì)中考慮到降低成本取相同的b取5mm。（6）同步環(huán)徑向厚度與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度。轎車同步環(huán)厚度比貨車小些，應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，可提高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命。貨車同步環(huán)可用

41、壓鑄加工。段造時(shí)選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強(qiáng)度，高耐磨性的鋼配合的摩擦副，即在鋼質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚約0.30.5mm），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副范圍內(nèi)，而耐磨性和強(qiáng)度有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐空表面噴上厚0.070.12mm的鉬制成。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的23倍。以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅，還可以提高同步環(huán)的強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)中同步器徑向?qū)挾热?0.5mm。（6）鎖止角鎖止角選取的正確，可以保證只有在換檔的兩個(gè)部分之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔。影響鎖止角選取的因素，主要有摩擦因數(shù)、擦錐面的平均半徑R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在26°46