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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 獅跑全輪驅(qū)動(dòng)車分 動(dòng)器與變速器設(shè)計(jì) 專 業(yè) 車輛工程 學(xué) 號(hào) 1089311209 學(xué) 生 葛宏巖 指導(dǎo)教師 謝春麗 答辯日期 2011.12.30 哈工大華德學(xué)院 哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ) 姓名： 葛宏巖 學(xué)號(hào)： 089311209 專業(yè)： 車輛工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 獅跑全輪驅(qū)動(dòng)汽車分動(dòng)器與變速器設(shè)計(jì) 　 工作起止日期： 2011 年 10 月 11 日起 2011 年 12 月 30 日止 指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況，完成質(zhì)量及評(píng)分意見： 指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱： 評(píng)閱人評(píng)閱意見： 評(píng)閱教師簽字： 評(píng)閱教師職稱： 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)： 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評(píng)定： 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定為： 對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特殊評(píng)語(yǔ)： 答辯委員會(huì)主任（簽字） 職稱： 答辯委員會(huì)副主任（簽字）： 職稱： 答辯委員會(huì)委員（簽字）： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 葛宏巖 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級(jí) 車輛工程0893112 指導(dǎo)教師姓名 謝春麗 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 ■是□否 題目名稱 獅跑全輪驅(qū)動(dòng)汽車分動(dòng)器與變速器設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義 全輪驅(qū)動(dòng)，又稱四輪驅(qū)動(dòng)，是指汽車前后輪都有動(dòng)力。這種總布置形式，由于全部車輪都是驅(qū)動(dòng)輪，充分利用了汽車的全部附著質(zhì)量，因此汽車有較大的驅(qū)動(dòng)力和克服障礙、防止打滑的能力。本設(shè)計(jì)以獅跑車為原型，采用兼時(shí)驅(qū)動(dòng)模式，駕駛員可以根據(jù)路面狀況，利用分動(dòng)器實(shí)現(xiàn)前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)和四輪驅(qū)動(dòng)三種驅(qū)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換，可以很好的滿足不同情況下的使用要求。本設(shè)計(jì)采用逆向設(shè)計(jì)的方法，主要對(duì)分動(dòng)器和變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以為以后開展分動(dòng)器和變速器的設(shè)計(jì)提供參考 二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） 通過對(duì)現(xiàn)有獅跑車上采用的分動(dòng)器和變速器進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上主要完成以下基本內(nèi)容： （1）分動(dòng)器檔數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、齒輪參數(shù)的選擇。（2）分動(dòng)器強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇。（3）分動(dòng)器軸的設(shè)計(jì)。（4）分動(dòng)器同步器的設(shè)計(jì)。（5）設(shè)計(jì)三軸五檔變速器，完成變速器的布置方案分析。（6）變速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。（7）變速器同步器的設(shè)計(jì)。（8）各擋齒輪、軸的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核。 本設(shè)計(jì)采用文獻(xiàn)查閱法，大量收集資料查閱獅跑車分動(dòng)器和變速器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，利用計(jì)算分析法對(duì)分動(dòng)器和變速器軸、齒輪等強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。 利用實(shí)物參考方法，參照現(xiàn)有獅跑車所采用的分動(dòng)器和變速器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 利用對(duì)比分析法，將所設(shè)計(jì)的分動(dòng)器和變速器與現(xiàn)有的分動(dòng)器進(jìn)行對(duì)比證明設(shè)計(jì)的正確性。 三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果 （一）計(jì)算說明部分 包括分動(dòng)器和變速器設(shè)計(jì)過程分析及重要的零部件如齒輪和軸等的校核計(jì)算 （二）圖紙部分 分動(dòng)器裝配圖0#圖紙一張；變速器裝配圖0#圖紙一張 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排 2011年10月1日——10月20日 查閱相關(guān)資料，初步確定設(shè)計(jì)方案，撰寫開題報(bào)告 10月21日 開題 10月22日——11月10日 完成分動(dòng)器的裝配圖繪制及相關(guān)零件的校核 11月11日——11月22日 完成變速器的裝配圖繪制及相關(guān)零件的校核 11月23日——11月25日 完成裝配圖并參加中期檢查 11月26日——12月5日 完成說明書的整理和撰寫工作，并檢查圖紙 12月6日——12月9日 準(zhǔn)備結(jié)題 12月10日——12月19日 最后核定說明書及圖紙，準(zhǔn)備上交全部材料 五、主要參考資料 [1] 郭新華．汽車構(gòu)造（第二版）．北京：高等教育出版社，2008． [2] 高維山．汽車設(shè)計(jì)叢書—變速器[M]．北京：人民交通出版社，1990． [3] 王望予．汽車設(shè)計(jì)（第4版）[M]． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004． [4] 劉維信．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2001． [5] 陳家瑞．汽車構(gòu)造[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000． [6] 鐘毅芳，唐增寶．機(jī)械設(shè)計(jì)（第二版）[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001． [7] 王黎欽，陳鐵鳴．機(jī)械設(shè)計(jì)（第4版）[M]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008． [8] Christian Bader．Power train electronics-progress on the use and development of the computer aided gearshift systems[J]．SAE 901160，1990． [9] E．Hendricks．Qualitative and quantitative influence of a fully controlled on fuel economy and vehicle performance[J]．SAE 930668，1993． [10] 余志生．汽車?yán)碚摚ǖ谌妫M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000． [11] Bran Bach．Development of a Shift By Wire Synchronized 5-Speed Manual T ransmission[J]．SAE 980831，19988 [12] 王望予． 汽車設(shè)計(jì)（第3版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000． 六、備注 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)主要根據(jù)現(xiàn)代獅跑2.0L手動(dòng)四驅(qū)SUV汽車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分動(dòng)器和變速器的設(shè)計(jì)。根據(jù)匹配車型的使用條件和車輛參數(shù)選擇分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式，并按照分動(dòng)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求，具體進(jìn)行了分動(dòng)器軸、齒輪等零部件的相關(guān)設(shè)計(jì)工作和校核工作，在對(duì)機(jī)械式變速器的發(fā)展歷史、變速器的地位和作用，以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行深入了解的基礎(chǔ)上研究了機(jī)械式變速器的基本結(jié)構(gòu)和變速原理，對(duì)機(jī)械式變速器各擋傳動(dòng)路線進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并以此為理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了起亞獅跑汽車三軸五檔變速器，完成了變速器的布置方案分析、變速器回轉(zhuǎn)件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定、同步器設(shè)計(jì)、各擋齒輪、軸的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核、軸承的使用壽命計(jì)算等。 關(guān)鍵詞： 分動(dòng)器；設(shè)計(jì)；變速器；齒輪；同步器 Abstract The design is based mainly on the modern lion run manually 2.0L four-wheel-drive SUV vehicle-related parameters at the design of the actuator. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the actuator sub-system design steps and requirements, mainly related to design work, including the sub-center distance of actuators, bevel gear and other parameters. And a sub-axis actuators, gears and other parts of the design and verification of the relevant work. At first, the thesis simply depicted the develop history of mechanical transmission, and it discussed the status and action of mechanical transmission as well as mechanical transmission’s current situation and forthcoming development trend. In addition, it studied the mechanical transmission’s basic structure and working principle. The transmission operation of every gear was researched. And mechanical transmission of three axles-five gears in KIA was designed based on above analysis. The layout plan of the mechanical transmission and the parameters of revolving parts were chose. At last, the synchronizer, axles and gears were designed and checked. Keywords: Sub-actuator; design； transmission; gear; synchronizer 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 分動(dòng)器簡(jiǎn)介 1 1.1.1 分動(dòng)器的構(gòu)造原理及設(shè)計(jì)要求 1 1.1.2 分動(dòng)器類型 2 1.2 變速器的發(fā)展概況 3 1.2.1 變速器的設(shè)計(jì)要求 3 第2章 主要參數(shù)的選擇 4 2.1 分動(dòng)器 4 2.1.1 檔數(shù)及傳動(dòng)比 4 2.1.2 中心距的確定 5 2.1.3 齒輪參數(shù)的確定 5 2.2 變速器 8 2.2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 8 2.2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 10 2.2.3 檔數(shù)及各檔傳動(dòng)比 11 2.2.4 中心距的確定 11 2.2.5 齒輪參數(shù)的確定 12 第3章　齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 15 3.1 分動(dòng)器 15 3.1.1 齒輪的失效形式與原因 15 3.1.2 齒輪強(qiáng)度的計(jì)算與校核 15 3.2 變速器 17 3.2.1輸入軸常嚙合齒輪 17 3.2.2輸出軸齒輪 18 3.2.3中間軸齒輪 19 第4章 軸的初選與強(qiáng)度計(jì)算 22 4.1 分動(dòng)器軸的初選與計(jì)算 22 4.2 鍵的選擇與計(jì)算 23 4.3 變速器軸的初選與計(jì)算 23 4.3.1 軸的尺寸初選 23 4.3.2 輸出軸的計(jì)算 24 4.3.3 中間軸的計(jì)算 28 第5章 同步器 33 5.1 同步器的結(jié)構(gòu)類型 33 5.2 鎖環(huán)式同步器工作原理 33 5.3鎖環(huán)式同步器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 36 第6章 軸承的選用與壽命計(jì)算 38 6.1分動(dòng)器軸承 38 6.2變速器軸承 38 6.2.2 輸出軸后端軸承 38 6.2.2 輸入軸后端軸承 40 6.2.3 中間軸前端軸承 41 6.2.4 中間軸后端軸承 42 結(jié) 論 44 參考文獻(xiàn) 45 致 謝 46 IV 第1章 緒論 1.1 分動(dòng)器簡(jiǎn)介 多橋驅(qū)動(dòng)的越野汽車的傳動(dòng)系中均裝有分動(dòng)器。分動(dòng)器也是一組齒輪傳動(dòng)裝置，其主要功用是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各個(gè)驅(qū)動(dòng)橋。另外，由于大多數(shù)分動(dòng)器都有兩個(gè)檔位，所以它還兼起副變速器的作用[1]。 （1）帶軸間差速器的分動(dòng)器 各輸出軸可以以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則由差速器傳動(dòng)比決定。據(jù)此，可將轉(zhuǎn)矩按軸荷分配到各驅(qū)動(dòng)橋。裝有這種分動(dòng)器的汽車，不僅掛加力檔時(shí)可使全輪驅(qū)動(dòng)，以克服壞路面和無(wú)路地區(qū)地面的較大阻力，而且掛分動(dòng)器的高檔時(shí)也可使全輪驅(qū)動(dòng)，以充分利用附著重量及附著力，提高汽車在好路面上的牽引性能。 （2）不帶軸間差速器的分動(dòng)器 各輸出軸可以以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則與該驅(qū)動(dòng)輪的阻力及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)的分動(dòng)器在掛低檔時(shí)同時(shí)將接通前驅(qū)動(dòng)橋；而掛高檔時(shí)前驅(qū)動(dòng)橋則一定與傳動(dòng)系分離，使變?yōu)閺膭?dòng)橋以避免發(fā)生功率循環(huán)并降低汽車在好路面上行駛時(shí)的動(dòng)力消耗及輪胎等的磨損。 （3）裝有超越離合器的分動(dòng)器 利用前后輪的轉(zhuǎn)速差使當(dāng)后輪滑轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)接上前驅(qū)動(dòng)橋，倒檔時(shí)則用另一超越離合器工作。 分動(dòng)器的功用就是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩，是4x4越野車汽車傳動(dòng)系中不可缺少的傳動(dòng)部件，它的前部與汽車變速箱聯(lián)接，將其輸出的動(dòng)力經(jīng)適當(dāng)變速后同時(shí)傳給汽車的前橋和后橋，此時(shí)汽車全輪驅(qū)動(dòng)，可在冰雪、泥沙和無(wú)路的地區(qū)地面行駛。 1.1.1 分動(dòng)器的構(gòu)造原理及設(shè)計(jì)要求 分動(dòng)器的輸入軸與變速器的第二軸相連，輸出軸有兩個(gè)或兩個(gè)以上，通過萬(wàn)向傳動(dòng)裝置分別與各驅(qū)動(dòng)橋相連。 對(duì)分動(dòng)器的設(shè)計(jì)要求要滿足以下幾點(diǎn)： 1） 便于制造、使用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊； 2） 保證汽車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； 3） 換檔迅速、省力、方便； 4） 工作可靠，不得有跳檔及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生； 5） 分動(dòng)器應(yīng)有高的工作效率； 6） 分動(dòng)器的工作噪聲低； 分動(dòng)器的工作要求： （1）先接前橋，后掛低速檔；　 （2）先退出低速檔，再摘下前橋；上述要求可以通過操縱機(jī)構(gòu)加以保證。 1.1.2 分動(dòng)器類型 （1）分時(shí)四驅(qū)(Part－time 4WD) 這是一種駕駛者可以在兩驅(qū)和四驅(qū)之間手動(dòng)選擇的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由駕駛員根據(jù)路面情況，通過接通或斷開分動(dòng)器來(lái)變化兩輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)模式，這也是一般越野車或四驅(qū)SUV最常見的驅(qū)動(dòng)模式。最顯著的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選取驅(qū)動(dòng)模式，比較經(jīng)濟(jì)。 （2）全時(shí)四驅(qū)(Full－time 4WD) 這種傳動(dòng)系統(tǒng)不需要駕駛?cè)诉x擇操作，前后車輪永遠(yuǎn)維持四輪驅(qū)動(dòng)模式，行駛時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩按50：50設(shè)定在前后輪上，使前后排車輪保持等量的扭矩。全時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的駕駛操控性和行駛循跡性，有了全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，就可以在鋪覆路面上順利駕駛。但其缺點(diǎn)也很明顯，那就是比較廢油，經(jīng)濟(jì)性不夠好。而且，車輛沒有任何裝置來(lái)控制輪胎轉(zhuǎn)速的差異，一旦一個(gè)輪胎離開地面，往往會(huì)使車輛停滯在那里，不能前進(jìn)。 （3）適時(shí)驅(qū)動(dòng)(Real－time 4WD) 采用適時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛可以通過電腦來(lái)控制選擇適合當(dāng)下情況的驅(qū)動(dòng)模式。在正常的路面，車輛一般會(huì)采用后輪驅(qū)動(dòng)的方式。而一旦遇到路面不良或驅(qū)動(dòng)輪打滑的情況，電腦會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并立即將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩分配給前排的兩個(gè)車輪，自然切換到 四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，免除了駕駛?cè)说呐袛嗪褪謩?dòng)操作，應(yīng)用更加簡(jiǎn)單。 1.2 變速器的發(fā)展概況 汽車是最重要的現(xiàn)代化交通工具，又是科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志，而變速器又是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)重要的總成。機(jī)械式變速器經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，己積累了相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，形成不少定型的產(chǎn)品，現(xiàn)代商用車和乘用車大都采用機(jī)械變速器。在變速器上廣泛采用斜齒常嚙合齒輪傳動(dòng)，用同步器換檔。從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車型所配置的變速器來(lái)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(wú)級(jí)變速器（CVT）[2]。 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。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。 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。無(wú)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(lái)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)。 1.2.1 變速器的設(shè)計(jì)要求 汽車設(shè)計(jì)中對(duì)齒輪變速器的要求是： （1） 傳遞兩個(gè)平行軸或相交軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩； （2） 保證傳動(dòng)比恒定不變,能達(dá)到預(yù)定的工作壽命 （3） 能傳遞足夠大的動(dòng)力，工作可靠,保證較高的運(yùn)動(dòng)精度; （4） 與汽車采用的內(nèi)燃機(jī)匹配后使汽車具有較好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； 傳動(dòng)效率高、重量輕、體積小、噪聲低、制造簡(jiǎn)單、維修方便等 第2章 主要參數(shù)的選擇 2.1 分動(dòng)器 本設(shè)計(jì)是根據(jù)起亞獅跑手動(dòng)四驅(qū)SUV而開展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來(lái)源于此種車型，具體參數(shù)如下表所示： 表2-1 分動(dòng)器設(shè)計(jì)參數(shù) 項(xiàng) 目 參 數(shù) 最高時(shí)速 171km/h 輪胎型號(hào) 235/60 R16 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) CVVT 最大扭矩 184/4500 最大功率 104/6000 整車整備質(zhì)量 2090Kg 2.1.1 檔數(shù)及傳動(dòng)比 為了增強(qiáng)汽車在不好道路的驅(qū)動(dòng)力，目前，四驅(qū)車一般用2個(gè)檔位的分動(dòng)器，分為高檔和低檔.本設(shè)計(jì)也采用2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(lái)綜合考慮、確定。 汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。 本設(shè)計(jì)中的參數(shù)均來(lái)自獅跑車原型，低檔傳動(dòng)比=1.5，高檔傳動(dòng)比=0.8 2.1.2 中心距的確定 中心距是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)分動(dòng)器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。三軸式變速器的中心距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： (2-1) 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 TI max ----變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩 TI max=Te max igI η =670.9N﹒m 故可得出初始中心距A=80mm。 2.1.3 齒輪參數(shù)的確定 （1）齒輪模數(shù) 建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應(yīng)符合JB111-60規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。 第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn (2-2) 其中,=184Nm，可得出=2.67。 同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。由于制造工藝上的原因，同一分動(dòng)器中的結(jié)合套模數(shù)都相同，轎車和輕型貨車取2～3.5。本設(shè)計(jì)取3。 （2）齒形、壓力角、螺旋角和齒寬 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；對(duì)貨車，為提高齒輪承載力，取大些。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角取20°,嚙合套或同步器取30o；斜齒輪螺旋角25°。 應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使軸上是軸向力相互抵消。為此，第二軸上的全部齒輪一律去右旋，而第一軸的斜齒輪左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。 齒輪寬度的大小直接影響著齒輪的承載能力，加大，齒的承載能力增高。但試驗(yàn)表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強(qiáng)度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來(lái)選定齒寬： 直齒=,為齒寬系數(shù)，取為4.5～8.0 斜齒=,為齒寬系數(shù)，取為6.0～8.5 本設(shè)計(jì)=3×8=24 為齒寬(mm)。采用接合套或同步器換檔時(shí)，其接合套的工作寬度初選時(shí)可取為2～4mm。 第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長(zhǎng)度增加,接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 （3）各檔齒數(shù)的確定 在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)說明分配各檔齒數(shù)的方法。 （4）確定低檔齒輪的齒數(shù) 低檔傳動(dòng)比=1.5，其中=80mm、=3；由 （2-3） 有=48 示采用的相關(guān)參數(shù)均來(lái)源于此種車型：7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777此處取=29，則可得出=19. 上面根據(jù)初選的A及m計(jì)算出的可能不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，從式（2-3）看出中心距有了變化，這時(shí)應(yīng)從及齒輪變位系數(shù)反過來(lái)計(jì)算中心距A=80，再以這個(gè)修正后的中心距作為以后計(jì)算的依據(jù)。 （5）確定高檔的齒數(shù) 高檔傳動(dòng)比=0.8 同理，由 　 （2-4） 得=48 取=26，=22 齒輪參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2-2所示。 表2-2 齒輪參數(shù)計(jì)算結(jié)果 螺旋角 低檔齒輪 高檔齒輪 法面膜數(shù) 3 3 3 3 端面模數(shù) 3.3 3.3 3.3 3.3 法面壓力角 20 20 20 20 法面齒距 9.42 9.42 9.42 9.42 端面齒距 10.37 10.37 10.37 10.37 標(biāo)準(zhǔn)中心距 80 80 80 80 齒根圓直徑 55.41 88.52 78.6. 65.3 齒頂高 3 3 3 3 齒根高 3.75 3.75 3.75 3.75 齒厚 4.72 4.72 4.72 4.72 2.2 變速器 2.2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 汽車變速器的主要功能是使汽車在各種使用條件下得到足夠的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性，此外還應(yīng)使汽車具有倒向行駛、中斷動(dòng)力行駛等。 機(jī)械變速器的基本結(jié)構(gòu)主要是由輸入軸、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、輸出軸、中間軸、同步器、軸承、操縱機(jī)構(gòu)等組成[3]。 圖2-1，分別示出了幾種中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案。它們的共同特點(diǎn)是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接檔。使用直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動(dòng)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(dòng)效率高，可達(dá)90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訖n的利用率高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過設(shè)置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對(duì)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，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接檔以外的其他檔位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。在檔數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)，換檔方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。 圖2-1a所示方案，除一倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外，其余各檔為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖2-1b，c，d所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖2-1d所示方案中的倒檔和超速檔安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下，很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)檔的變速器。 圖2-1 中間軸式五檔變速器傳動(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(lái)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。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，可將變速器后端加長(zhǎng)。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝在三個(gè)支承上，其最后一個(gè)支承位于加長(zhǎng)的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒檔傳動(dòng)齒輪和換檔機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。綜上所述選擇第2種傳動(dòng)方案，前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)。 與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒檔，故多數(shù)方案采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒檔。為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案。本設(shè)計(jì)采用了下面的第四種布置方案。 圖2-2 倒檔布置方案 圖2-2為常見的倒檔布置方案。圖2-2b所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒檔時(shí)利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長(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2-2c所示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2-2d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖2-2c所示方案。圖2-2e所示方案是將中間軸上的一，倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖2-2f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒檔傳動(dòng)采用圖2-2g所示方案。 2.2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 （1）齒輪形式 變速器用斜齒輪和直齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪雖然制造時(shí)稍復(fù)雜、工作時(shí)有軸向力，但因其使用壽命長(zhǎng)、噪聲小而仍得到廣泛使用。直齒圓柱齒輪用于低檔和倒檔。 （2）換檔結(jié)構(gòu)形式 變速器換檔結(jié)構(gòu)型式有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔等三種。使用同步器能保證迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲換檔，而與其操作技術(shù)熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高汽車的加速性，經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。 2.2.3 檔數(shù)及各檔傳動(dòng)比 為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，變速器各檔傳動(dòng)比之間的關(guān)系基本是幾何級(jí)數(shù)，故臨檔傳動(dòng)比比值就是幾何級(jí)數(shù)的公比[4]。 （1）最大傳動(dòng)比。 （2-5） 式中：主減速比，=2305kg， =0.03,=95%，=184N·mm， r=0.216m，可得=4.618。 （2）最小傳動(dòng)比。 ，該公式為計(jì)算最小傳動(dòng)比公式 （3）其余各擋傳動(dòng)比比值。 （2-6） 變速器各擋傳動(dòng)比如表2-3所示。 表2-3 變速器各擋傳動(dòng)比 一擋 二擋 三擋 四擋 五擋 倒擋 4.6 2.9 1.8 1 0.7 4.5 2.2.4 中心距的確定 齒輪中心距是變速器很重要的參數(shù)，它對(duì)變速器整體尺寸及質(zhì)量有很大影響。通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選中心距。 經(jīng)驗(yàn)公式：mm。 2.2.5 齒輪參數(shù)的確定 （1） 齒輪模數(shù) 初選模數(shù)時(shí)，可以參考同類型汽車的齒輪模數(shù)確定，也可根據(jù)大量現(xiàn)代汽車變速器齒輪模數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，找出模數(shù)的變化規(guī)律，即經(jīng)驗(yàn)公式。利用經(jīng)驗(yàn)公式初選模數(shù),斜齒輪法向模數(shù)=2.5，直齒輪=3mm。 （2）齒輪壓力角 實(shí)際上應(yīng)國(guó)家規(guī)定的齒輪標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20度，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20度。 （3） 齒輪螺旋角 為減少工作噪聲和提高強(qiáng)度，汽車變速器齒輪多用斜齒輪，只有倒檔齒輪。隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)的提高，不過當(dāng)螺旋角大于30度時(shí)，其彎曲強(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彎曲強(qiáng)度出發(fā)，并不希望過大，而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，可選取較大值。 斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍選用: 轎車變速器：，貨車變速器：，在此選用螺旋角。 （4） 齒寬 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來(lái)選定齒寬。 直齒輪b=(4.5～7.5)，斜齒輪=(6.5～8.5)。 因此得直齒輪b=4.5×3=14mm，斜齒輪=8.0×2.5=20mm，第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)取大些=8×2.5=20mm，使接觸線長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪的壽命。采用同步器換檔，其接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為(2-4)m[5]。 （5） 各擋齒輪齒數(shù)的分配 一擋齒輪齒數(shù)。 常嚙合齒輪副的齒數(shù)。 ，， 其它各擋的齒數(shù)。 二擋齒數(shù)： 從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，有公式： （2-7） 可得： 三擋齒數(shù)： ，， 由式（8-3）可得： 五擋齒數(shù)： ，， 由式（8-3）可得： 倒擋齒數(shù)： 分配齒數(shù)，。 倒擋軸與中間軸的中心距： 為防止運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪11和12的齒頂圓間應(yīng)保持0.5mm以上的間隙，則有：。[6] （6） 齒輪分度圓直徑。 各擋齒輪分度圓直徑如表8-2所示。 表2-4 齒輪分度圓直徑（mm） 一擋 二擋 三擋 五擋 倒擋 常嚙合齒輪 輸入軸齒輪 109.70 85.74 73.01 43.53 96.8 53.83 輸出軸齒輪 43.30 60.35 78.42 110.27 43.5 99.16 倒擋軸齒輪 63.8 （7） 齒輪輪齒尺寸。 齒頂高：。 齒根高：。 第3章　齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 3.1 分動(dòng)器 3.1.1 齒輪的失效形式與原因 齒輪的失效形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動(dòng)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(duì)相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。 用移動(dòng)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。 3.1.2 齒輪強(qiáng)度的計(jì)算與校核 與其他機(jī)械設(shè)備使用的變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級(jí)、支撐方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或齒輪精加工，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)。因此，比用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算汽車齒輪，同樣、可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。 (1).斜齒輪彎曲應(yīng)力 （3-1） 式中，為Kε重合度影響系數(shù)，取1.0；注釋相同，Kσ=1.50[7]。 低檔齒輪圓周力： 5111.11 N 齒輪1的當(dāng)量齒數(shù),可查表的： MPa 同理得：=206.7MPa 依據(jù)計(jì)算二擋齒輪的方法可以得到其他檔位的彎曲應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果如下： 230.5MPa 250.6MPa 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時(shí)，對(duì)常嚙合齒輪和高檔齒輪，許用應(yīng)力在180～350MPa范圍內(nèi)，因此，上述計(jì)算結(jié)果均符合彎曲強(qiáng)度要求. (2). 輪齒接觸應(yīng)力 （3-2） 斜齒圓柱齒輪：mn=3 =29, =19,E=2.04×105 =72,d2=100 Tj=0.5,Temax=0.5×184=92N =5111.11Nmm MPa （3-3） 同理得： MPa MPa MPa 滲碳齒輪的許用應(yīng)力在1300～1400 之間，強(qiáng)度符合要求。 3.2 變速器 3.2.1輸入軸常嚙合齒輪 斜齒輪彎曲應(yīng)力： （3-4） 直齒輪彎曲應(yīng)力： （3-5） 式中：—為彎曲應(yīng)力，N/； —為圓周力，N ； —為計(jì)算載荷， N·mm ； —為節(jié)圓直徑，mm 。 —為應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪=1.65，斜齒輪=1.5； —為重合度系數(shù)，=2； —為齒寬系數(shù)，； —為摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪； —為齒形系數(shù)，查表y=0.14； —為齒寬，mm； —為端面齒距，mm； —為齒輪螺旋角，； mm。 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力：， （3-6） 式中： N/； —為齒面上的法向力，N ； —為節(jié)點(diǎn)處壓力角，； —為齒輪材料的彈性模量，N/； —為齒輪接觸的實(shí)際寬度， mm ； —為主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，mm 。 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件[8]。 3.2.2輸出軸齒輪 （1） 一擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （2） 二擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ 350 N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （3） 三擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （4） 五擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （5） 倒擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-5）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件[9]。 3.2.3中間軸齒輪 （1） 一擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （2） 二擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （3） 三擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （4） 五擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （5） 倒擋齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-5）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 （6） 中間軸常嚙合齒輪。 彎曲應(yīng)力： 由式（3-4）可得： N/ N/ 符合條件。 接觸應(yīng)力： 由式（3-6）可得： N/ N/ 符合條件。 第4章 軸的初選與強(qiáng)度計(jì)算 4.1 分動(dòng)器軸的初選與計(jì)算 （1）輸入軸直徑初選與校核 軸的材料主要是經(jīng)過軋制或鍛造的碳鋼或合金鋼。通常用的是碳鋼，其中最常用的是45鋼。為了提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，可對(duì)軸進(jìn)行各種熱處理或化學(xué)處理，以及表面強(qiáng)化處理。 綜上，從動(dòng)軸同樣選用45鋼，查手冊(cè)得=25～45MPa。 主動(dòng)軸主要受額定轉(zhuǎn)矩T的作用，由于軸上重力而產(chǎn)生的彎矩很小，可以忽略不計(jì)。轉(zhuǎn)動(dòng)零件的各表面都經(jīng)過機(jī)械加工，零件幾何形狀都是對(duì)稱的，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)軸產(chǎn)生的不平衡力矩較小，產(chǎn)生的彎矩可忽略不計(jì)。故軸的強(qiáng)度按轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。 軸的最小直徑可按公式： ≈(4.0-4.6)=24.81mm （4-1） 式中，—最大轉(zhuǎn)矩184 N/m； —軸徑mm； —許用扭應(yīng)力（25～45MP）； 故本設(shè)計(jì)中取=25符合強(qiáng)度要求。最小段符合要求，其它各段一定符合要求。 (2)輸出軸的初選與校核 從動(dòng)軸的最小直徑同前可得： ≥=27mm （4-2） 式中，——功率（100KW）； ——轉(zhuǎn)速（6000r/min）； ——許用扭應(yīng)力（25～45MP 取40MP）； 同樣在這里取=30mm符合要求[10]。 4.2 鍵的選擇與計(jì)算 平鍵聯(lián)接受額定轉(zhuǎn)距作用時(shí)，鍵的側(cè)面受擠壓，主截面受剪切力，可能的失效形式是工作面壓潰或鍵剪斷。對(duì)于實(shí)際采用的材料和按標(biāo)準(zhǔn)選用的平鍵來(lái)說，壓潰是主要的失效形式。因而平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度常按鍵側(cè)的擠壓應(yīng)力來(lái)計(jì)算。 軸與半聯(lián)軸器用單鍵聯(lián)接，其擠壓應(yīng)力為： ＝≤ （4-3） 式中, —鍵聯(lián)接的擠壓應(yīng)力(Pa)； K—鍵與聯(lián)軸器的接觸高度，對(duì)平鍵可取鍵高的一半,k=H/2； —額定轉(zhuǎn)距(Nm)； —軸的直徑(m)； —鍵的工作長(zhǎng)度(m),對(duì)于圓頭普通平鍵可取為鍵全長(zhǎng)與鍵寬之差； []—鍵聯(lián)接許用擠壓應(yīng)力(MPa)； 在第一段軸上選用圓頭普通平鍵，根據(jù)=25mm，查得鍵的截面尺寸為：寬度=8mm，高度=7mm。取鍵長(zhǎng)=16.5mm 。鍵的工作長(zhǎng)度l==16.5-8=8.5mm。鍵與鍵槽的接觸高度=0.5=4mm。其擠壓應(yīng)力為： =＜=110MPa 所以所選鍵符合強(qiáng)度要求。 同理第二周選用圓頭普通平鍵的擠壓應(yīng)力為： =＜=110MPa 所以所選鍵符合強(qiáng)度要求。 4.3 變速器軸的初選與計(jì)算 4.3.1 軸的尺寸初選 變速器軸在工作時(shí)承受扭矩、彎矩，因此應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。 （1）變速器軸向尺寸。轎車五檔變速器殼體軸向尺寸為(3.0～3.4)A。 （2）軸的直徑。變速器軸的長(zhǎng)度可以初步確定。軸的長(zhǎng)度對(duì)軸的剛度影響很大，滿足剛度要求，軸的長(zhǎng)度須和直徑保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。 第一軸花鍵部分直徑的初選：mm。 軸的直徑與支撐跨度長(zhǎng)度L之間關(guān)系： 軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)保證齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定，并與工藝要求有密切關(guān)系。 4.3.2 輸出軸的計(jì)算 軸的許用應(yīng)力: （4-4） 式中： —為軸的許用應(yīng)力，MPa； —為軸所受的彎矩，N·mm； —為抗彎截面系數(shù)，； —為軸的直徑，mm。 a b 圖4-1 輸出軸受力分析簡(jiǎn)圖 （1）一擋時(shí)。 剛度條件： N·mm N，N，N 185.5mm，77.5mm，38mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 式中：—為軸在垂直面內(nèi)的撓度，mm； —為軸在水平面內(nèi)的撓度，mm； —為齒輪齒寬中間平面上的圓周力，N； —為齒輪齒寬中間平面上的徑向力，N； —為軸的直徑，mm； —為彈性模量，MPa； —為慣性矩，； 、-為齒輪上作用力距支座A、B的距離，mm； -為支座間距離，mm。 強(qiáng)度條件： C B A 圖4-2 垂直方向受力分析簡(jiǎn)圖 A C B 圖4-3 水平方向受力分析簡(jiǎn)圖 向B點(diǎn)取矩，得： N 向C點(diǎn)取矩，得： N N·mm，N·mm 彎矩如圖4-4所示： ＋ 圖4-4 垂直方向彎矩圖 ＋ 圖4-5 水平方向彎矩圖 N·mm 由式（4-4）可得： N/mm N/mm 強(qiáng)度合格[11]。 （2） 二擋時(shí)。 剛度條件： T=184× N·mm N， N， N 156mm，107mm，38mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 （3） 三擋時(shí)。 剛度條件： T=184× N·mm N，N，N 104mm，159mm，34mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 （4） 五擋時(shí)。 剛度條件 T=184× N·mm N，N，N 80mm，183mm，27mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 （5） 倒擋時(shí)。 剛度條件： T=184× N·mm N，N，N 241mm，22mm，34mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 4.3.3 中間軸的計(jì)算 中間軸受力分析如圖4-6所示。 A B 圖4-6 中間軸受力分析簡(jiǎn)圖 （1） 一擋時(shí)。 剛度條件：中間軸上各擋齒輪受力與二軸上相對(duì)應(yīng)各擋齒輪受力大小相等，方向相反[12]。 T=184× N·mm N，N，N 184mm，79mm，48mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 強(qiáng)度條件： A B 圖4-7 垂直方向受力分析簡(jiǎn)圖 A B 圖4-8 水平方向受力分析簡(jiǎn)圖 mm, mm, mm, mm 一擋時(shí)常嚙合齒輪受力為： N，N，N 設(shè)中間軸上一擋齒輪受力為：，， 垂直方向： 向B點(diǎn)取矩，得： N 向A點(diǎn)取矩，得： N N·mm， N·mm 彎矩如圖4-9所示： ＋ 圖4-9 垂直方向彎矩圖 水平方向： 對(duì)B點(diǎn)取矩，得： N 對(duì)A點(diǎn)取矩，得： N N·mm， N·mm 彎矩如圖4-10所示： ＋ 圖4-10 水平方向彎矩圖 N·mm N/ N/ 強(qiáng)度合格。 （2） 二擋時(shí)。 剛度條件： T=184× N·mm N，N，N 156.5mm，106.5mm，65mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 （3） 三擋時(shí)。 剛度條件： T=184× N·mm N，N，N 99.5mm，163.5mm，83.5mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 （4） 五擋時(shí)。 剛度條件： T=184× N·mm N，N，N 79.5mm，183.5mm，38mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 （5） 倒擋時(shí)。 剛度條件： T=184×N·mm N，N，N 238mm，25mm，49.5mm 垂直方向： 水平方向： 轉(zhuǎn)角： 全撓度： 剛度合格。 許用應(yīng)力： 同理由式（4-4）可得： N/ N/ 強(qiáng)度合格。 第5章 同步器 5.1 同步器的結(jié)構(gòu)類型 慣性同步器能確保同步嚙合換擋，性能穩(wěn)定、可靠，因此在現(xiàn)代汽車變速器中得到了最廣泛的應(yīng)用。它又分為慣性鎖止器和慣性增力式。用得最廣的是鎖環(huán)式、鎖銷式等慣性鎖止式同步器，它們雖結(jié)構(gòu)有別，但工作原理無(wú)異，都有摩擦原件、鎖止原件和彈性原件。掛擋時(shí)，在軸向力作用下摩擦原件相靠，在慣性轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生摩擦力矩，使被結(jié)合的兩部分逐漸同步；鎖止原件用于阻止同步前強(qiáng)行掛擋；彈性原件使嚙合套等在空擋時(shí)保持中間位置，又不妨礙整個(gè)結(jié)合和分離過程。 本設(shè)計(jì)采用鎖環(huán)式同步器又稱鎖止式、齒環(huán)式或滑塊式，其工作可靠、耐用，因摩擦半面受限，轉(zhuǎn)矩容量不大，適于輕型以下汽車，廣泛用于轎車及輕型客、貨車。 5.2 鎖環(huán)式同步器工作原理 變速器中采用鎖環(huán)式慣性同步器，如圖5-1所示。 圖5-1 鎖環(huán)式慣性同步器 同步器換檔過程有三個(gè)階段組成。第一階段，同步器離開中間位置，作軸向移動(dòng)并靠在摩擦面上。摩擦面接觸瞬間，由于齒輪的角速度()和滑動(dòng)齒套的角速度() 不同，在摩擦力矩作用下鎖銷相對(duì)滑動(dòng)齒套轉(zhuǎn)動(dòng)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，結(jié)果阻止滑動(dòng)齒套向換檔方向移動(dòng)。 第二階段，來(lái)自手柄傳至換檔撥叉并作用在滑動(dòng)齒套上的力，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?；瑒?dòng)齒套和齒輪分別與整車和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)零件相連接。于是在摩擦力矩作用下，滑動(dòng)齒套1和齒輪3的轉(zhuǎn)速逐步接近，其角速度差△=--減小了。在△=0的瞬間同步過程結(jié)束。 第三階段△=0,摩擦力矩消失，而軸向力仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止?fàn)顟B(tài)，屆時(shí)滑動(dòng)齒套和鎖銷上的斜面相對(duì)移動(dòng)，從而使滑動(dòng)齒套占據(jù)了換檔位置[13]。 在分析與計(jì)算中考慮到常溫條件下潤(rùn)滑油阻力對(duì)齒輪轉(zhuǎn)速的影響可以忽略不計(jì)，并假設(shè)在同步過程中車速保持不變，這一假設(shè)在道路阻力系數(shù)≤0.15同步器時(shí)間時(shí)≤1s是符合實(shí)際的。由于變速器輸出端的轉(zhuǎn)速在換擋瞬時(shí)保持不變，而輸入端靠摩擦作用達(dá)到與輸出端同步。如圖5-2、5-3同步器的計(jì)算模型： 圖5-2同步器計(jì)算模型 圖5-3同步器計(jì)算模型 現(xiàn)建立輸入端慣性質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方程： (5-1) 將上式積分得 由上式可得同步時(shí)間： (5-2) 將上式中的以摩擦面所受的軸向力代替，則有 (5-3) 同步器摩擦錐面的滑磨功為 (5-4) 將其代入上式，并將其中的值用式(5-4)代入，得 (5-5) 同步器的滑磨功與其摩擦面積之比 (5-6) 稱為同步器的比滑磨功。對(duì)高檔同步器值應(yīng)不大于0.2J/m2;而對(duì)低檔同步器則應(yīng)不大于(0.3～0.5)J/m2。為了阻止同步前掛擋，則要求摩擦力矩大于脫鎖力矩,若忽略鎖止面的摩擦系數(shù)，以鎖環(huán)式同步器為列，如圖（5-3）所示： 根據(jù)Tf≥TT ，則可建立同步器的鎖止條件： （5-7） 5.3鎖環(huán)式同步器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) （1）摩擦錐面的半錐角和摩擦系數(shù) 愈小則摩擦力矩愈大，故為增大同步器容量值應(yīng)取小一些，但為了避免摩擦面的自鎖應(yīng)使大于摩擦角，后者與摩擦系數(shù)有關(guān)，即=。推薦，=(7～8)的上限允許到12。當(dāng)取=6時(shí)摩擦力矩較大，但當(dāng)錐面粗糙度、潤(rùn)滑油種類及溫度等因素的不同而異。一般，在油中工作的青銅-鋼同步器摩擦副，可按=0.1計(jì)算。 （2）摩擦錐面的平均半徑和同步錐環(huán)的徑向厚度 和都受到變速器齒輪中心距及有關(guān)零部件的尺寸和布置上的限制。當(dāng)結(jié)構(gòu)布置允許時(shí)，和應(yīng)盡量取大些。 （3）摩擦錐面的工作面寬 同步錐環(huán)的工作面寬，受到變速器總長(zhǎng)的尺寸限制，也要為散熱和耐磨損提供足夠大的摩擦面積?？筛鶕?jù)摩擦表面的許用壓力來(lái)確定： ，MPa (5-8) 對(duì)于鎖銷式同步器≈(0.14～0.2) =100N, =0.1, =8 (5-9) 得=14mm =6mm （4）鎖止角 由公式(5-7)得出，通常在26～40范圍內(nèi)。 ，得出mm （5）同步時(shí)間與軸向推力 和是一對(duì)相互影響的可變參數(shù)。應(yīng)按以最短時(shí)間達(dá)到同步狀態(tài)來(lái)考慮軸向力的大小。 第6章 軸承的選用與壽命計(jì)算 6.1分動(dòng)器軸承 軸承分兩類：滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。磁流變液離合器所需的軸承，主要承受因主機(jī)重力而產(chǎn)生的徑向負(fù)荷，同時(shí)考慮軸向定位。但磁流變液離合器主要受徑向負(fù)荷，因此根據(jù)尺寸要求選用深溝球軸承[14]。 根據(jù)軸徑d=45mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取單列深溝球承,=62mm,=16mm。 軸承的壽命為： = （6-1） 式中, —軸承壽命((h)； —軸承轉(zhuǎn)速(r/min)； —當(dāng)量動(dòng)載荷(N)； —軸承的額定動(dòng)負(fù)荷(N)； 由手冊(cè)查出，根據(jù)計(jì)算，選擇軸承的型號(hào)為6206。軸承的壽命由工作需要而定，一般不得小于10000h。 6.2變速器軸承 變速器各擋計(jì)算載荷如表6-1所示。 表6-1 變速器各擋計(jì)算