《機(jī)械式變速器》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械式變速器（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 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)碚摗C(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。 設(shè)計(jì)流程 采用中間軸式變速器

2、變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 倒檔傳動(dòng)方案的確定 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 齒輪型式的確定 主要零件結(jié)構(gòu)的確定 換檔結(jié)構(gòu)型式的確定 檔數(shù)和傳動(dòng)比的確定 中心距的確定 軸向尺寸的確定 變速器主要參數(shù)的選擇 齒輪參數(shù)的選擇 各檔傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)的確定 齒輪變位系數(shù)的選擇 齒輪彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 齒輪強(qiáng)度計(jì)算與材料選擇 齒輪接觸應(yīng)力的計(jì)算 確定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 軸的強(qiáng)度的計(jì)算與校核 變速器軸的校核 同步器的結(jié)構(gòu)的選擇 1文檔來源為 :從網(wǎng)

3、絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 變速器同步器與操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 具體設(shè)計(jì)方案 一 機(jī)械式變速器方案的確定 1. 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 除直接檔外其他各檔 音也最小 , 在齒輪中心距較 的傳動(dòng)效率有所下 小的情況下仍然可以獲得大 降。 的一檔傳動(dòng)比。

4、 兩軸式變速器 省去了中間軸，在一般檔位 任何一檔都要經(jīng)過一 只經(jīng)過一對(duì)齒輪就可以將輸 對(duì)齒輪傳動(dòng)，所以任 入軸的動(dòng)力傳至輸出軸，所 何一檔的傳動(dòng)效率又 以傳動(dòng)效率要高一些。 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

5、套換檔。 2. 倒檔傳動(dòng)方案 下面是幾種常用的倒檔布置方案圖 圖 1-2 變速器倒檔傳動(dòng)方案 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。 2文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 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

6、，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。 3．變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 1. 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，

7、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)。 2. 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

8、， 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 3文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 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

9、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： 1．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。 2．將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?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 ）。 3．將接合齒的工作面加工成斜齒面，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（圖 1-6 ）。這種結(jié)構(gòu)方案比

10、較有效，采用較多。 a b 圖 1-4 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措 此段切薄 圖 1-5 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅱ 4文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 加工成斜面 圖 1-6 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅲ 本設(shè)計(jì)中所選用的是鎖環(huán)式同步

11、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： 圖 1-7 鎖環(huán)式同步器 l、 4- 同步環(huán) ;2- 同步器齒鼓 ;3- 接合套 ;5- 彈簧 ;6—滑塊 ; 7- 止動(dòng)球 ;8- 卡環(huán) ;9—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 1. 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

12、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)算式中 m---- 汽車總質(zhì)量； g---- 重力加速度； ψmax---- 道路最大阻力系數(shù)； rr---- 驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑； Temax---- 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； i0---- 主減速比； η---- 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 求得的變速器 I 檔傳動(dòng)比為：

13、 式中 G2 ----汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷； φ---- 路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 φ=0.5~0.6。 中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為： i q 1 i  g max 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 g min 5文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 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。 2. 中心距的確定 中心距對(duì)變速器的尺寸及質(zhì)

14、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： 式中 K A---- 中心距系數(shù)。對(duì)轎車， K A =8.9~9.3；對(duì)貨車， K A =8.6~9.6；對(duì)多 檔 主變速器， K A =9.5~11； TI max ---- 變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩： 3. 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。 4. 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) mn 一檔直齒輪的模

15、數(shù) m m 0.333 T1max mm (2)齒形、壓力角 α、螺旋角 β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 齒形 壓力角 α 螺旋角 β 車型 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

16、齒 b=(4.5~8.0) mm 斜齒 b=(6.0~8.5) mm 2.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定 1.確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)比 為了確定 Z9 和 Z10 的齒數(shù)， 先求其齒數(shù)和 Z : 6文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 2 A Z = m 2.確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 由此可得： 3. 根據(jù)所得的數(shù)據(jù)再去確定其他檔位的齒數(shù)

17、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 1. 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 直齒輪彎曲應(yīng)力 W 式中， W ---- 彎曲應(yīng)力（ MPa）； Ft10 ---- 一檔齒輪 10 的圓周力 K ---- 應(yīng)力集中系數(shù) K f ---- 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

18、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： （ 1） 斜齒輪彎曲應(yīng)力 二檔齒輪圓周力： Ft 7 2Tg Ft8 d8 2. 齒輪接觸應(yīng)力 式中， ---- 齒輪的接觸應(yīng)力（ MPa）； j F ---- 齒面上的法向力（ N）， F F1 /(cos cos ) ； F1 ---- 圓周力在（ N）， F1 2Tg / d ； ---- 節(jié)點(diǎn)處的壓力角（）； ---- 齒輪螺旋角（

19、）； E ）； ---- 齒輪材料的彈性模量（ MPa b---- 齒輪接觸的實(shí)際寬度， 20mm； 7文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . z、 b ---- 主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（ mm）； 直齒輪： 斜齒輪：  z rz sin r sin 2 b br sin / cos z z 其中， rz、 rb 分別為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（2 m

20、m）。 b rb sin cos 將作用在變速器第一軸上的載荷 Temax 作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接 觸應(yīng)力 j 見下表： 表 3-1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 齒輪 j /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900 ~2000 950~1000 常嚙合齒輪和高檔 1300 ~ 650 ~ 700 1400 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

21、 1. 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 式中： T ---- 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa； T---- 軸所受的扭矩， N mm； WT ---- 軸的抗扭截面系數(shù)， mm3 ； d P---- 軸傳遞的功率， kw； ---- 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： 式中， T ---- 軸所受

22、的扭矩 G ---- 軸的材料的剪切彈性模量 I P ---- 軸截面的極慣性矩， I p d 4 /32 ； 2. 第二軸的校核計(jì)算 8文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 軸的強(qiáng)度校核 計(jì)算用的齒輪嚙合的圓周力 Ft 、徑向力 Fr 及軸向力 Fa 可按下式求出： 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 ---- 節(jié)點(diǎn)處的壓力角 ---- 螺旋角

23、 Te 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 fc 和在水平面內(nèi)的撓度 fs 可分別按下式計(jì)算 式中 , 1 齒輪齒寬中間平面上的徑向力（ N） F ---- F2 ---- 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 ）， Id 4 / 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 ----

24、 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) 1. 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 2. 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 (1) 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 (2) 錐面半錐角 (3) 摩擦錐面平均半徑 R (4) 錐面工作長(zhǎng)度 b (5) 同步環(huán)徑向厚度 9文檔

25、來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . (6) 鎖止角 (7) 同步時(shí)間 t 3．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) 攝計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足以下要求： 1．換檔時(shí)只允許掛一個(gè)檔，這通?？炕ユi裝置來保證。 2．在掛檔的過程中，若操縱變速桿推動(dòng)撥叉前后移動(dòng)的距離不足時(shí)，齒輪 將不能在完全齒寬上嚙合而影響齒輪的壽命。 為了防止這種情況的發(fā)生， 應(yīng)設(shè)置自鎖裝置。 3． 汽車行進(jìn)中若誤掛倒檔，變速器齒輪間將發(fā)生極大沖擊，導(dǎo)致零件損壞 ，因此要 設(shè)置倒檔鎖。 如下圖變速器自鎖與互鎖結(jié)構(gòu) 1- 自鎖鋼球 2- 自鎖彈簧 3- 變速器蓋 4- 互鎖鋼球 5- 互鎖銷 6- 撥叉軸 10文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .