機(jī)械式變速器

手動(dòng)變速器的初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于5t中型載貨汽車上的FR式的手動(dòng)變速器。根據(jù)貨車的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車輛重量、滿載重量以及最高車速等參數(shù)結(jié)合自己選擇的適合于該轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)可以得出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)。根據(jù)上述參數(shù)，再結(jié)合汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚?、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，計(jì)算出相關(guān)的變速器參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。

具體設(shè)計(jì)方案一機(jī)械式變速器方案的確定變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇中間軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應(yīng)用，對(duì)比如下表。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)中間軸式變速器直接檔的效率高，磨損及噪音也最小，在齒輪中心距較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比。除直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所下降。兩軸式變速器省去了中間軸，在一般檔位只經(jīng)過一對(duì)齒輪就可以將輸入軸的動(dòng)力傳至輸出軸，所以傳動(dòng)效率要高一些。任何一檔都要經(jīng)過一對(duì)齒輪傳動(dòng)，所以任何一檔的傳動(dòng)效率又都不如三軸變速器直接檔的傳動(dòng)效率高。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的汽車采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此這里選擇中間軸式變速器。下面是幾種常用的布置方案。圖1-1中間軸式六檔變速器傳動(dòng)方案以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有的檔位用嚙合套換檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合套換檔。倒檔傳動(dòng)方案下面是幾種常用的倒檔布置方案圖

1-2常用方案方案分析1-2b其優(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。1-2c能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。1-2e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)。1-2f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(zhǎng)度。1-2g其缺點(diǎn)是一檔、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。圖1-2為常見的倒擋布置方案。上表是對(duì)相關(guān)常用倒檔方案的分析，本設(shè)計(jì)采用圖1-2f所示的傳動(dòng)方案。變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析齒輪型式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)中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。換檔結(jié)構(gòu)型式換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。類型特點(diǎn)直齒滑動(dòng)齒輪換檔直齒滑動(dòng)齒輪換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但換檔不輕便、換檔時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等，除一檔、倒檔外很少采用。嚙合套換檔嚙合套換檔，齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高齒輪的強(qiáng)度和壽命。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，同時(shí)操縱輕便，縮短換檔時(shí)間，還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，軸向尺寸增加，銅質(zhì)同步環(huán)使用壽命短。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。因此本設(shè)計(jì)采用同步器換擋自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問題，除工藝上采取措施外，在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下幾種：將嚙合套做得長(zhǎng)一些（如圖1-4a）或者兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開（圖1-4b）,這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過被接合齒約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。將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄（0.3?0.6mm），這樣，換檔后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔（圖1-5）。將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜2o~3o），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力（圖1-6）。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效，采用較多。圖1-4防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措此段切薄加工成斜面圖1-6防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施皿本設(shè)計(jì)中所選用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結(jié)構(gòu)如圖1-7所示：44圖1-7鎖環(huán)式同步器1、4-同步環(huán);2-同步器齒鼓;3-接合套;5-彈簧;6一滑塊;7-止動(dòng)球;8-卡環(huán);9一輸出軸;10、11-齒輪二變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì)2.1變速器主要參數(shù)的選擇檔數(shù)和傳動(dòng)比范圍的確定近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車一般用4?5個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用5個(gè)檔位。選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。最大爬坡度要求的變速器I檔傳動(dòng)比由下式計(jì)算.〉mgWmaxY'—上時(shí)式中m——汽車總質(zhì)量；g——重力加速度；Wmax――道路最大阻力系數(shù)；rr――驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑；Temax一一發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；i0主減速比；n----汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件Tin八—max-<G2pr求得的變速器I檔傳動(dòng)比為：i<wTmax/式中G^---汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷；代---路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取件0.5?0.6。中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為：q=的等比數(shù)列，實(shí)際上與理論上略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位TiYgmin間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。中心距的確定中心距對(duì)變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距、應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。三軸式變速器的中心局A(mm)可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初定：A=Ka3廠AImax式中Ka——中心距系數(shù)。對(duì)轎車，KA=8.9?9.3；對(duì)貨車，KA=8.6?9.6；對(duì)多檔主變速器，Ka=9.5?11；ATIm5――變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩：Imax軸向尺寸的確定變速器的橫向外形尺寸，可根據(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。齒輪參數(shù)的選擇(1)齒輪模數(shù)第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mnm=0.47mm一檔直齒輪的模數(shù)mm=0.33寸裳mm(2)齒形、壓力角a、螺旋角。和齒寬b汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表2-1選取。表2-1汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角、.項(xiàng)目車型齒形壓力角a螺旋角&轎車高齒并修形的齒形14.5°，15°，16°16.5°25°?45°一般貨車GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形20°20°?30°重型車同上低檔、倒檔齒輪22.5°，25°小螺旋角根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：直齒b=(4.5?8.0)mm斜齒b=(6.0?8.5)mm2.2各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定確定一檔齒輪的齒數(shù)一檔傳動(dòng)比i=勺?ZgiZ1Z10為了確定Z9和Z10的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和Z￡：2Az-——￡m確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)Z.Z_2=iX-10-19而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等A=%（Z1+Z2）2cosp由此可得：Z+Z=2Acospn根據(jù)所得的數(shù)據(jù)再去確定其他檔位的齒數(shù)2.3齒輪變位系數(shù)的選擇三變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇3.1齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算直齒輪彎曲應(yīng)力Gw—FASwbty式中，。卬——彎曲應(yīng)力（MPa）；.前――一檔齒輪10的圓周力K――應(yīng)力集中系數(shù)bKf----摩擦力影響系數(shù)b齒寬（mm）t端面齒距（mm）y----齒形系數(shù)，在下圖中選取

齒形系數(shù)圖當(dāng)處于一檔時(shí)，中間軸上的計(jì)算扭矩為:ZgZ2gemaxZZ（1）斜齒輪彎曲應(yīng)力FK——1——i—wbtyKi二檔齒輪圓周力:2T

=F=——g

d8齒輪接觸應(yīng)力=0.418bFE(11+一齒形系數(shù)圖當(dāng)處于一檔時(shí)，中間軸上的計(jì)算扭矩為:ZgZ2gemaxZZ（1）斜齒輪彎曲應(yīng)力FK——1——i—wbtyKi二檔齒輪圓周力:2T

=F=——g

d8齒輪接觸應(yīng)力=0.418bFE(11+一F——圓周力在（N），F(xiàn)=2T/d；----節(jié)點(diǎn)處的壓力角（°）；p----齒輪螺旋角（°）;E----齒輪材料的彈性模量（MPa）；b齒輪接觸的實(shí)際寬度，20mm；p『pb――主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm）；直齒輪：p=rsin以p=rsin以bb斜齒輪：p,=?sina）/cos2Pp=（rsina）cos2P其中，r、。分別為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm）。將作用在變速器第一軸上的載荷七響作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力p.見下表：表3-1變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪p./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1300?1400650~700通過計(jì)算可以得出各檔齒輪的接觸應(yīng)力四變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核4.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定4.2軸的校核第一軸的強(qiáng)度與剛度校核因?yàn)榈谝惠S在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強(qiáng)度條件公式為PT9550000T廣W'0眼3"-[T」T

式中：tt——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T----軸所受的扭矩，N?mm；W軸的抗扭截面系數(shù)，mm3;P――軸傳遞的功率，kw；d計(jì)算截面處軸的直徑，mm；:t^]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。軸的剛度其計(jì)算公式為：…一T中=5.73x104一GI式中，T----軸所受的扭矩I=兀d4/32；G----軸的材料的剪切彈性模量IpI=兀d4/32；軸的強(qiáng)度校核計(jì)算用的齒輪嚙合的圓周力F、徑向力F及軸向力F可按下式求出：traf=2L2td_2Titan以F—emaxrdcosPF_2TitanPad式中i----至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比d----計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑a——節(jié)點(diǎn)處的壓力角P-—-螺旋角七max----發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩軸的剛度校核第二軸在垂直面內(nèi)的撓度f(wàn)c和在水平面內(nèi)的撓度f(wàn)可分別按下式計(jì)算尸F(xiàn)a2b2f=—1——3EIL式中，F(xiàn)----齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）1F----齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）E----彈性模量（MPa）I慣性矩（mm4），I=兀d4/64,d為軸的直徑（mm）；a、b----為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離（mm）；L----支座之間的距離（mm）。五變速器同步器和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)同步器的結(jié)構(gòu)的選擇本設(shè)計(jì)所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器，其結(jié)構(gòu)如下圖鎖環(huán)式同步器1、9-變速器齒輪2-滾針軸承3、8-結(jié)合齒圈4、7-鎖環(huán)（同步環(huán)）

5-彈簧6-定位銷10-花鍵轂11-結(jié)合套同步環(huán)主要參數(shù)的確定同步環(huán)錐面上的螺紋槽錐面半錐角a摩擦錐面平均半徑R錐面工作長(zhǎng)度b同步環(huán)徑向厚度鎖止角p同步時(shí)間t變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如下圖所示六檔變速器操縱機(jī)構(gòu)1六枯度透春匪縱機(jī)杓

1，兀乎拔典似巳的控買主一三圖耕tu-啪殊|島二，二梏撥耳"-側(cè)型捷夏5__二情推工鞘,*'二，日椅援ESIhie五、六擋遂31物』11-挨擋站門/_度斐f