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摘要
摘 要
本次主要設計的是關于變速器的設計。組成變速器的零部件有輸入輸出軸，中間軸，齒輪以及同步器。此次設計由三個軸組成，被稱為三軸式手動變速器，主要包含五個擋位，四個行進擋以及一個倒擋。變速器在汽車傳動系統(tǒng)中擁有著很重要的地位，最大的作用就是改變傳動比，其次就是能夠使汽車失去動力。設計變速器分為五個步驟，首先第一步要確定變速器的設計方案，第二步確定變速器的主要參數，第三步對變速器的齒輪進行設計和計算，第四步對變速器的軸進行設計和計算，第五步對變速器的同步器進行設計。在完成設計的過程中，通過查閱相關的書籍以及指導老師的指導確認一些相關的數據，來完成對軸，齒輪的設計與比對查核。在完成了對變速器的設計與查核之后，再通過CAD等繪圖軟件繪制出軸，齒輪，同步器的零件圖，最后再根據零件圖繪制出裝配圖。
關鍵詞：變速器；齒輪；軸；校核；同步器
I
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Abstract
The main design is about the transmission design. Input component parts of the transmission output shaft, the intermediate shaft, and a gear synchronizer. The design consists of three axis composition, known as the three-axis manual transmission, comprising five main gear, four traveling gear and one reverse gear. Transmission has a very important position in the automobile transmission, the biggest role is to change the transmission ratio, followed by enabling car lost power. Design of transmission is divided into five steps, the first step to determine the transmission design, the second step to determine the main parameters of the transmission, the third step of the transmission gear design and calculation, the fourth step of the design and the transmission shaft calculation, the fifth step of the transmission synchronizer design. Upon completion of the design process, through access to relevant books and instructor guidance recognizes that some data related to the completion of the shaft, gear design and alignment check. Upon completion of the transmission design and check, through CAD and other graphics software, drawn shafts, gears, synchronizers part drawings, assembly drawings and finally draw the diagram of the part.
Keywords: transmission; gear; axis; checking; synchronizer
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒論 1
1.1 設計目的及意義 1
1.2 變速器主要類型 1
1.3 變速器發(fā)展趨勢 2
2 變速器設計方案 4
2.1變速器主要作用 4
2.2對變速器設計要求 4
2.3手動變速器傳動方案確定 4
2.4變速器主要部件結構方案 7
3 變速器主要參數確定 9
3.1 擋位數確定 9
3.2 變速器傳動比范圍初步確定 9
3.3 確定中心距A 12
3.4 外形尺寸確定 12
3.5齒輪參數確定 12
3.6各擋齒輪齒數分配 16
4 變速器齒輪設計與計算 18
4.1齒輪設計與計算 18
4.2齒輪損壞形式 19
4.3齒輪強度校核 20
5 變速器軸設計與計算 23
5.1軸尺寸設計 23
5.2軸計算與校核 23
6 變速器同步器設計 27
6.1同步器作用 27
6.2慣性式同步器結構 27
6.3同步器運行原理 28
6.4同步器主要尺寸確定 28
6.5同步器主要參數確定 29
6.6同步器計算 30
總 結 32
參考文獻 33
IV
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1 緒論
1.1 設計目的及意義
手動變速器的發(fā)展已經有了很長的時間，各項性能越來越完善，在市場上變速器中所占的比重很大，跟其他變速器相比，它的安全性能是所有變速器中最好的，所以人們越來越喜歡手動變速器。
1.2 變速器主要類型
隨著需求的越來越多，各種類型的變速器不斷的出現在人們的視野當中?，F在市場上主要的變速器有兩種，一個是操作復雜的手動變速器，一個是操作簡單的自動變速器。
下面是介紹了一些主要存在的變速器：
1.手動變速器(MT)
機械式手動變速器顧名思義就是依靠自己的手去完成操作的，對他的操作要求比較嚴格。手動變速器從一開始發(fā)展到現在，依然被大眾所熱愛喜歡，也顯示出了其獨特的魅力與性能方面的優(yōu)勢。大家都知道駕校學駕駛都是用的手動擋的轎車去教學，因為手動的在安全性方面強過自動擋很多，這就是他要比自動擋好的優(yōu)勢所在。與自動擋相比，手動擋汽車多一個離合器，并且必須通過他才能調換擋位，所以從操作方面來說，手動擋是比較復雜的。
現在市場上存有兩種主要變速器的存在，一個是手動變速器，另一個是自動變速器。在這樣一個變速器競爭激烈的時代，手動變速器任然受到了很多人們的愛不釋手。他的許多功用是任何一個變速器都無法取代的，比如安全性方面就不是其他所能替代的。手動變速器有著強大的傳動效果，在動力性能方面首屈一指，這也是本次為什么設計越野汽車裝配手動變速器的原因所在，依靠他的強大動力，越野汽車將擁有更好的馳騁高難度道路的性能。
2.自動變速器(AT)
隨著手動變速器暴露出各種各樣的問題，不能滿足人們越來越多的需求，自動變速器隨之出現在人們的視野當中。自動變速器與手動變速器相比，體現出來的優(yōu)勢就是操作比較方便容易。特別是在擁擠的城市街道，自動變速器更體現出了他的優(yōu)勢。在擁擠的城市人多車多，紅綠燈也很多，此時汽車經常會停下，這就導致操作很麻煩，而且會增加耗油量。
8
自動變速器性能優(yōu)越，但是相隨而來的是他的成本會比手動變速器高出很多，而且內部結構也會比手動變速器復雜。當它壞了的時候，他的維修也會比手動變速器難很多。
3.無級變速器(CVT)
無極變速器從無極二字就看出這是一個不管任何時刻都可以改變傳動比的，從他被研究到現在已經有很長的發(fā)展歷史了，在這段發(fā)展過程中，他的各項性能被提高，不斷的完善。無級變速器主要有兩種形式，一個是靠電力運作的電力式變速器，一個是靠液壓的壓力來進行運作。雖然說他有他自己的優(yōu)勢，但是也有它的缺點，就是它的傳動效率不太高，換擋的時候不是太順暢，這就讓人們越來越不喜歡它，不被別人所接受。
4.機械式自動變速箱（AMT)
手動變速器與自動變速器都有各自的優(yōu)點，人們就想是否能制造出能同時擁有兩種變速器優(yōu)點的變速器，機械式自動變速器隨后就被研究了出來。這種變速箱即擁有手動變速器的安全性，又擁有自由變速器操作方便等優(yōu)點。而且裝備它的車價格不高，性能方面又很不錯，很符合人們的消費標準，所以對人們來說，它是人們買車的一個好的選擇。
5.雙離合變速器（DCT）
在機械式自動變速箱問世之后，雙離合變速器出現在了人們的視野當中，從而為人們的選擇增添了煩惱。他也是一款手動變速器，干式失式是其兩種主要形式。在一般的低檔次的轎車上是不會用到的，一般屬于高檔轎車的專屬變速器。他的性能相對于其他變速器是比較好的，所以才會成為高檔轎車的必配，成為人們的喜愛。
1.3 變速器發(fā)展趨勢
隨著現代化的步伐加快，汽車的需求量很大，這就導致了汽車在這樣的一個激烈競爭的環(huán)境下蓬勃發(fā)展。為什么會在這種競爭激烈的狀況下蓬勃發(fā)展呢？理由很簡單，汽車變速器的性能隨之提高，增加了汽車行業(yè)與其他行業(yè)的可競爭性。下面是幾點我覺得變速器發(fā)展的方向：
（1）在現在這樣一個節(jié)奏比較快的社會，會出現各種各樣的問題，眼下最重要也是最嚴重的問題就是環(huán)境污染的問題。這就會對汽車的環(huán)保性能有很嚴格的要求，設計出能夠使汽車廢氣排放減少的變速器是眼下以及未來的重中之重。現在來講，人們講到汽車的性能第一想到的就是發(fā)動機的性能，但是除了發(fā)動機的性能，還有變速器的一些性能也是會被人們所講起的。
（2）在這樣一個高科技發(fā)展迅速的時代，要想變速器能夠提高各方面的性能，就必須利用高科技大力研究發(fā)展新式材料。從而可以快速的提高汽車的各項性能，跟上時代發(fā)展的步伐，使人們的生活更加的方便簡潔。
10
（3）隨著現代科技的發(fā)展，會大大減少變速器的制作成本，制作成本會越來越少。它的性能肯定也會得到很大程度上的提高。人們對于汽車的消費，也會促使著變素器的功能越來越好。
11
手動變速器的發(fā)展已經有了很長的時間，各項性能越來越完善，在市場上變速器中所占的比重很大，跟其他變速器相比，它的安全性能是所有變速器中最好的，所以人們越來越喜歡手動變速器。在這樣一個變速器競爭激烈的時代，手動變速器任然受到了很多人們的愛不釋手。他的許多功用是任何一個變速器都無法取代的，比如安全性方面就不是其他所能替代的。手動變速器有著強大的傳動效果，在動力性能方面首屈一指，這也是本次為什么設計越野汽車裝配手動變速器的原因所在，依靠他的強大動力，越野汽車將擁有更好的馳騁高難度道路的性能。
第2章 變速器設計方案
2 變速器設計方案
2.1變速器主要作用
發(fā)動機主要提供動力，在最好的情況下，汽車運行平穩(wěn)，在不好的情況是，汽車會出現許多能夠問題。所以，想要汽車保持非常好的運動，就發(fā)明了變速器。它有一下幾個作用：
（1）變化轉矩、轉速和面對解決一些緊急情況；
（2）彎曲軸沒有發(fā)生變化，車向后；
（3）發(fā)動機空轉對剛啟動的汽車有利；
2.2對變速器設計要求
一個好的變速器應具備以下條件：
（1）動力要好，價格要盡可能低廉；
（2）可以完成空擋；
（3）換擋簡單容易；
（4）噪聲不能大；
（5）變速效果要好；
（6）工作時要保持穩(wěn)定，較少地出現問題；
（7）能用較長時間；
（8）質輕量小，好維修；
2.3手動變速器傳動方案確定
1.兩軸式和三軸式變速器
根據傳動形式，手動變速器分為兩軸和三軸，它們各自具有以下優(yōu)缺點：
兩軸的被大量應用在轎車上 使用一對齒輪傳動，一是因為它具有結構設計好，效率高等優(yōu)點；二是制造容易。
但是位于低擋運行時，小齒輪的使用時間會變短；而中間軸式變速器不會出現這種問題，它使用兩對齒輪傳動。它正常被放在前置后驅與后置后驅的車輛上。傳動比更大。大量使用在重型汽車上。
2.倒擋傳動方案確定
圖是普遍的倒擋布置形式。
12
(a)撥動結合套，使結合齒圈與同步器鎖環(huán)相嚙合，動力由第一軸進入傳輸，傳輸到第三軸齒輪，再轉移到倒擋齒輪，最后傳輸到第二軸輸出。
(b)第二種方案僅僅能提高傳動的效率，而且他的設計非常不符合實際。
(c)第三種設計方案利用了齒輪越窄越短的原理進行了倒擋布置形式的設計和確定。
(d)第四種設計方案相對于其他方案來說比較可行，本設計也是采用了第四種方案。
圖2.1 倒擋布置方法
3.前進擋擋位布置形式
傳統(tǒng)的三軸式手動變速器在設計時要求齒輪在軸上的布置位置應該盡量靠近軸的后支承端處，然后依據低擋的布置位置來依次布置高擋各齒輪位置。優(yōu)點是：1、符合設計需要；2、好裝配。
因此此次設計使用三軸式手動變速器，四個前進擋和一個倒擋，倒擋使用了圖里的設計方法。
4.變速器傳動方案
設計出的傳動方案如圖：
13
5.各擋傳遞路線
從上面的圖可以看出他的傳動路線：
假設現在掛一擋，首先向右移動變速桿，結合套滑動使接合齒圈與同步器鎖環(huán)相互嚙合，然后在同步器的協(xié)調下，動力由輸入軸進入，再由輸入軸傳輸到常嚙合齒輪一二的位置，再傳輸到第三軸，由第三軸傳輸到一檔齒輪，再繼續(xù)傳輸到接合齒套，接合齒套和同不器鎖環(huán)以及結合齒圈是相連接的，動力通過花鍵由傳輸軸傳輸出來。
假設現在掛二擋，首先向左移動變速桿，結合套滑動使接合齒圈與同步器鎖環(huán)相互嚙合，然后在同步器的協(xié)調下，動力由輸入軸進入，再由輸入軸傳輸到常嚙合齒輪一二的位置，再傳輸到第三軸，由第三軸傳輸到二檔齒輪，再繼續(xù)傳輸到接合齒套，接合齒套和同不器鎖環(huán)以及結合齒圈是相連接的，動力通過花鍵由傳輸軸傳輸出來。
假設現在掛三擋，首先向右移動變速桿，結合套滑動使接合齒圈與同步器鎖環(huán)相互嚙合，然后在同步器的協(xié)調下，動力由輸入軸進入，再由輸入軸傳輸到常嚙合齒輪一二的位置，再傳輸到第三軸，由第三軸傳輸到三檔齒輪，再繼續(xù)傳輸到接合齒套，接合齒套和同不器鎖環(huán)以及結合齒圈是相連接的，動力通過花鍵由傳輸軸傳輸出來。
掛四擋又被稱為直接當，動力不通過第三軸傳輸，直接由輸入軸傳輸到輸出軸。
掛倒擋步驟如下：首先往右移動倒擋上的接合齒套，直至接合齒圈與鎖環(huán)相匹配，動力由輸入軸進入在，再傳輸到第三軸以及倒擋齒輪位置，最后通過花鍵傳輸動力。
2.4變速器主要部件結構方案
1.變速器殼體
它支撐著變速器，在設計時候，既要能符合變速器的剛度和強度需要，也需顧及拆裝的方便。
2.齒輪結構形式
變速器上，齒輪正常有有斜齒和直齒兩種形式。直齒輪正常被用在一擋和倒擋齒輪上，而斜齒輪具有重合系數很高、傳動平穩(wěn)、噪音小和使用時間較長的優(yōu)點，所以大量運用在變速器上。
3.換擋結構形式
換擋有一下幾個形式：
（1）直齒滑動齒輪換擋
它的結構簡單，普遍用在一擋和倒擋。可是這樣的方式有很多的不好處，換擋時如果兩齒輪角速度相異，就會有換擋沖擊，造成使用時間變短，汽車也變得不舒適。
（2）嚙合套換擋
使用嚙合套換擋，由于齒輪是間接換擋，因此齒輪能用較長時間，可是具有無法同步換擋的問題，所以無法清除換擋沖擊。
（3）同步器換擋
使用它換擋時，換擋方便速度快，沒有換擋沖擊，沒有噪聲，而且可以將汽車的加速性，經濟性等優(yōu)點得到更大提升?？墒且泊嬖谥S多不足，像它的結構方式不簡單，對加工的精度有較高要求，同步環(huán)的時間也得到增加。經過比較，同步器換擋被使用在很多時候。以上3種換擋形式，能夠在相同的變速器里一并使用。在現在這樣一個節(jié)奏比較快的社會，會出現各種各樣的問題，眼下最重要也是最嚴重的問題就是環(huán)境污染的問題。這就會對汽車的環(huán)保性能有很嚴格的要求，設計出能夠使汽車廢氣排放減少的變速器是眼下以及未來的重中之重?，F在來講，人們講到汽車的性能第一想到的就是發(fā)動機的性能，但是除了發(fā)動機的性能，還有變速器的一些性能也是會被人們所講起的。在這樣一個高科技發(fā)展迅速的時代，要想變速器能夠提高各方面的性能，就必須利用高科技大力研究發(fā)展新式材料。從而可以快速的提高汽車的各項性能，跟上時代發(fā)展的步伐，使人們的生活更加的方便簡潔。在遇到這種路況的時候，一般家用轎車因為底盤偏低，傳動動力低，也沒有那種抓地形很強的輪胎，所以在這種遇到這種時很難行走，這時候越野汽車的性能就完美的顯現出來。
16
第3章 變速器主要參數確定
3 變速器主要參數確定
3.1 擋位數確定
擋位數的確定很重要，現在市場上有家用轎車，中小式貨車以及性能要求比較高的高檔汽車。相對來講高性能的車輛擋位越多越好，但這也是要有個度的，一般情況下不會超過六個，這次畢業(yè)設計所選取的是擁有一二三四擋的手動變速器。擋位數越多，會使汽車操作更加的頻繁，操作難度也會增大，在現在交通擁擠的城市里，這無疑對駕駛員來說有超高的要求，對車的自身來說，耗油量增大，零件也容易遭受到損壞。
現在市場上的汽車一般都是四到五個擋位，也有一些其他的是采用的多擋位變速器。
3.2 變速器傳動比范圍初步確定
變速器齒輪傳動的效率很大程度上取決于齒寬的大小，所以說齒寬數值大小很重要，過小不行過大也不行。選取小的齒寬雖然會使變速器本身的重量降低，但是也會使齒輪在相嚙合的時候極其不穩(wěn)定，導致齒輪會遭到齒輪折斷，傳動比效率變高。
表3.1 國產汽車變速器傳動比
型號
噸位
傳動比
轎車
SH760
3.53
2.33
1.51
1.01
3.30
桑塔納
3.46
1.95
1.30
0.92
0.74
切諾基
3.98
2.34
1.44
1.01
4.28
輕型貨車
BC1022
2
5.09
2.72
1.61
1.00
5.47
BJ1040
4
6.11
3.10
1.72
1.01
4.96
越野車
BJ2020
3.13
1.78
1.03
3.75
EQ2080
7.49
4.33
2.46
1.56
1.01
8.20
本設計的變速器傳動比大概在3～4之間。
汽車最低擋傳動比的選擇受到汽車的最大爬坡度、驅動車輪和路面附著力大小、汽車最低穩(wěn)定車速、主減速器比、車輪滾動半徑等因素的影響。在選擇時，
應該注重其他方面。
下圖是北京切諾基吉普各個系統(tǒng)所展示出來的情況，以便于采用方便計算出各種數據。
表3.2（北京切諾基吉普車）汽車基本參數
4028
1768
1990
2300
1470
210
100
最低穩(wěn)定車速（公里/時）（直接擋）
3
30
179
62.5
車輪：16×6鋁制 輪胎:P215/80R16
2.522
4.55
（1）對一擋傳動比計算
變速器有很多方面是不一樣的，他們的傳動比各不一樣，而且需要通過各種數據來計算得出。
()
18
從上式中可以得出傳動比取值范圍：
（）
：
N/kg；
；
度；
m；
Nm；
；
；
；
3；
。
根據以上的數值計算得到這樣的結果。
（2）根據摩擦力計算得出
取值范圍：
（）
式中代表的是道路所遭到的壓力，1560kg；
路面摩擦系數在。
根據以上的數據算出4.3299，0.6。
（3）可以根據車的起始速度算出傳動比
開車時，保證汽車以最低車速穩(wěn)定行駛得出還要和標準相重合：
（）
式中，代表達到車速最低速度轉/分；
代表最低車速的傳動比2.522。
根據以上的一些數據得出=3.93。
通過相關的計算，第一次取值為3.9。超過了一些相關的標準。
q= （3-6）
根據以上的結果算出一二三四擋的傳動比如下：，，，。
3.3 確定中心距A
對于三軸式變速器來說，有很多方面都是比二軸式好很多，比如傳動效率方面，三軸式變速器是兩對傳動齒輪傳動，二軸式傳動齒輪是一對齒輪進行動力方面的傳動在設計完變速器內部的零部件的時候，最后外殼的大小是根據變速器大小確定的。
對中心距的確定 （）
A表示為兩軸之間的距離（mm）；
大貨車:=；
用于辦公事的車:=；
擋位數很少的變速器=。
（Nm）。
。
。
對不同的汽車來說，他們軸于軸之間的距離是不相同的，所以每輛汽車都有它的獨特。從上面的數據得出A的值為77.88（mm）。
3.4 外形尺寸確定
換擋的快慢跟齒數的多少有直接關系，一般情況下齒數越多，換擋越快，開車時碰到緊急情況才能更好的處理，不至于發(fā)生可以避免的小事故。不同擋位對模數的要求也不一樣，一般來說只有在低擋的時候，模數的選擇才會大一點。
一般情況下，A會選取整數，這樣在計算的時候簡便一些。從以往的研究數據表明，中心距的選擇越大越好。在設計完變速器內部的零部件的時候，最后外殼的大小是根據變速器大小確定的。
通過總結一些條件計算得出取值為。
3.5齒輪參數確定
1.模數選取
設計變速器尺寸大小，需要計算出很多重要數據，而模數是其中的重中之重。齒輪所能承受力的大小與模數有很大的關系，在齒數一樣的情況下，模數與承受力大小成正比。
選取模數比較小的，在消音方面對汽車非常有利。
模數的選擇對于不同的車輛來說是不同的，不同擋位對模數的要求也不一樣，一般來說只有在低擋的時候，模數的選擇才會大一點。在中高擋的時候，汽車傳動效率變高，雙齒輪不斷的傳輸動力，從第一軸進入再傳輸到常嚙合齒輪，然后傳輸到中間軸，最后通過同步器的作用，從輸出軸傳輸出去。
模數的選取選擇不帶括號的，要在國家的控制標準之內，如下表3.3中的一些數據。
1.01
1.26
2.01
—
2.51
—
3.01
—
—
—
—
—
2.21
—
2.74
—
（3.23）
3.1
表3.3 汽車變速器常用的齒輪模數
在開汽車的時候，會遇到很多情況，這個時候換擋的快慢就會直接決定開車的舒適度和安全性。換擋的快慢跟齒數的多少有直接關系，一般情況下齒數越多，換擋越快，開車時碰到緊急情況才能更好的處理，不至于發(fā)生可以避免的小事故。
模數的大小對于齒輪來說是非常重要的部分，它不僅能影響彎曲強度，也能引起一些其它的情況。在盡量不影響其他條件的狀況下，模數的選取應該越小越好。在這過程中，會伴有許多一系列的情況發(fā)生，這是因為齒數的減少造成的現象。
2.確定齒寬
變速器齒輪傳動的效率很大程度上取決于齒寬的大小，所以說齒寬數值大小很重要，過小不行過大也不行。選取小的齒寬雖然會使變速器本身的重量降低，但是也會使齒輪在相嚙合的時候極其不穩(wěn)定，導致齒輪會遭到齒輪折斷，齒面膠合等破壞，所以說如何選擇齒寬的大小要根據具體情況具體分析，不能盲目的因為想降低變速器本身的質量就取小的齒寬。
齒寬是由模數m來確定的：
：；：
根據公式：代表齒輪的寬度，可以定為之間的數值；，可以定為之間的數值。
b代表齒寬的寬度（mm）；齒輪的寬度如果選取的大一些，對于齒輪的生命值所用期限有著很大的延長，穩(wěn)定的提高各方面的性能。
：
一直相匹配的齒輪齒寬：b×，b為mm，mm。
齒輪在三擋的寬度：b=×，b為mm，mm。
齒輪在二擋的寬度：b=×，b為mm，mm。
齒輪在一擋的寬度：b=×，b為mm，mm。
3.初步確定螺旋角β
螺旋角的選定對于齒輪傳動效率有很大的影響，并且還分為直齒輪螺旋角和斜齒輪螺旋角。一般情況下，所以設計中都會選用斜齒輪，直齒輪一般不會被選用。為了使傳動效果更加的突出穩(wěn)定，一般選取大的螺旋角來增加齒輪傳動的穩(wěn)定性。
當進行齒輪傳動時，齒輪與齒輪之間相互嚙合，相互擠壓，造成了軸受到了很多的壓力，此時軸的彎曲強度受到了嚴峻的挑戰(zhàn)，這個時候選擇將作用力往中間軸上轉移，這樣就適當的減少了第一軸與第二軸所承擔的壓力，將軸的使用期限向后延長。
螺旋角的大小決定著不同擋位齒輪的性能，根據你設計的齒輪要顯現出的性能選取螺旋角的角度。通過以往的一些經驗計算，螺旋角與齒輪強度的關系成正比。螺旋角的角度選取也是有范圍的，通過查閱相關的資料，三十度是它的上限。齒輪旋轉時，齒輪不斷的摩擦工作，這時就要考慮到接觸應力的大小，接觸應力越高，齒輪抗壓強度就越高。
軸向力在變速器一直工作的情況下一直存在，變速器在不同擋位上所受到的軸向力也是不一樣的，通常除了一擋和倒擋，其它擋位中間軸遭受到的壓力可以消除。螺旋角的旋轉方向一般分為左旋和右旋，當螺旋角逆向旋轉時所產生的力經過內部同步器的傳輸，直接傳輸到前端蓋總成，從而導致輸出軸所傳輸的力為零。
如果想軸的兩端力量平衡，就必須用如下公式計算：
（3-8）
（3-9）
T==，軸兩端力量相等：
（3-10）
式中，，代表軸平行方向的力；
，代表中間軸圓周力；
r；
T。
圖3.1 中間軸軸向力的平衡
4.齒輪變位系數選擇
變位齒輪對于加工工件來講很重要，有變位齒輪的就可以改善很多不利的條件，但是在加工工件上所截取的位置是不一樣的，在其他方面還是差不多的。齒輪傳動一般有兩種形式：其中一種形式被叫做高調轉移，另一種被稱做角變位齒輪。第一種被用于齒輪各方面的性能都很好，并且中心距重合度不高的情況。第二種被用于中心距比較大的情況，他的特點是可以通過改變變速器殼體的重量來提高各種性能，從而使變速器更好的運轉。
總變位系數與齒根厚度成反比關系，一般來說如果想一些奇怪的聲音消失，就必須要改變總變位系數，并且一定要改小，才能使奇怪的噪聲逐步的減少甚至消失。
通過以往的一些經驗計算，螺旋角與齒輪強度的關系成正比。螺旋角的角度選取也是有范圍的，通過查閱相關的資料，三十度是它的上限。齒輪旋轉時，齒輪不斷的摩擦工作，這時就要考慮到接觸應力的大小，接觸應力越高，齒輪抗壓強度就越高。
3.6各擋齒輪齒數分配
1.確定變速器
由齒輪之間的比得出：
（3-11）
在知道，齒輪數目之前就必須先知道：
齒輪系數與齒輪齒數的關系如圖3.2：
圖3.2 齒形系數圖
（ 3-12）
齒輪傳動需要通過很多數據進行計算，齒輪傳動在同步器的作用下，很高效率的旋轉。不會因為一些其他方面的原因而暴露出自己本身的問題所在，齒數一般取在范圍之內的數。
求出===，選取15，即= -=37。
2. 修正中心距A
通過上面計算出來的結果來配合算出給個擋位齒輪齒數的個數，求得過程中必須算出Z的總和。
齒輪之間的距離：
A==mm （3-13）
對常嚙合齒輪的計算：
根據以上數據得出：
=3.9×= （3-14）
根據齒輪與齒輪之間的距離得出：
（）= （3-15）
根據上面的一些數據得出=，=。
越野汽車的性能非常適合在道路質量比較差的路面甚至沒有道路的地方行駛，在遇到這種路況的時候，一般家用轎車因為底盤偏低，傳動動力低，也沒有那種抓地形很強的輪胎，所以在這種遇到這種時很難行走，這時候越野汽車的性能就完美的顯現出來。越野汽車一般是采用三軸式手動變速器，齒輪傳動是雙齒輪傳動，傳動效率就會比較高，從而就會擁有更強的動力，在遇到緊急的狀況時，能夠很好的處理，增加安全性能。
計算出傳動比需要很多方面的數據，還需要根據不同情況來確定齒輪傳動比，例如車輪與路面之間的摩擦力。因為傳動比是一檔傳動比與最高擋位的傳動比，所以在低檔位也能計算出傳動比。
30
第4章 變速器齒輪設計與計算
4 變速器齒輪設計與計算
在變速器中有很多齒輪被應用，然而漸開線齒輪一直都被普遍應用于汽車變速器的制造之中，這么被普遍應用不難看出它具有很多方面的優(yōu)點，例如使傳動效率穩(wěn)定等優(yōu)點。齒輪的嚙合需要很多方面的精確配合，例如壓力角一樣等方面，這樣齒輪才能更好的相互嚙合。
4.1齒輪設計與計算
；z與
表4.1 漸開線斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算用表
序號
項目
公式
高度變位齒輪（直齒）
高度變位齒輪（斜齒）
1
變位系數
==
2
端面模數
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
齒頂圓直徑
7
齒根圓直徑
表4.2 變速器各擋齒輪計算參數值
z
22
34
27
26
33
20
37
15
35
13
23
b
21.5
20
20
19
19
19
19
β
26.3
21
20
0
0
2.5
2.75
2.75
3
3
2.789
2.94
2.93
3
3
α
20
20
20
20
20
2.75
2.25
2.64
2.86
2.12
3.38
2.07
3.93
3
3.81
4.31
4.75
4.5
5.27
4
6.18
4.32
5.25
d
61
95
79.5
76.6
97
59
111
45
105
39
69
66.5
99.5
84.8
82.3
101
65.8
115
52.9
111
45
75
53.4
86.4
70.0
67.6
86.5
51
98.6
36.4
94.5
28.5
58.5
4.2齒輪損壞形式
齒輪損傷會有很多種不同的方式，如下從中舉出了三個通常情況下的損傷方式。
在齒輪快速運轉的情況下，齒輪之間的摩擦相應的也會增大，從而導致發(fā)生齒輪折斷的這種情況，這是因為摩擦增加阻力，長時間就會造成齒輪形變的發(fā)生。長時間的運作，會導致齒輪受損嚴重，甚至出現齒輪斷裂的現象，而這種現象普遍存在。
齒輪經過長時間的運作，會出現一系列的問題，而點蝕就是其中之一，由于長時間運作，齒輪與齒輪的相互擠壓，造成輪齒的表面凸起一些細小的疙瘩，這就是點蝕。
有一種現象被叫做齒面膠合，它是由于齒輪旋轉工作時，造成其自身溫度升高，導致保護膜軟化，齒輪與齒輪相嚙合時就會粘貼在一起，造成一些不必要的損傷。有很多的情況會影響齒輪的工作狀態(tài)及壽命，例如最簡單的換擋，都會因為轉速的不一樣而導致齒輪受到傷害，這樣就大大縮減了汽車安全行駛的時間，需要頻繁的檢車。
4.3齒輪強度校核
1.齒輪接觸應力計算
齒輪之間的接觸所承受的力量的計算：
（4-1）
式中，：(MPa)；
F：；F=；
，=；
（Nmm），=0.5×；
d（mm）；
b；
；
β；
E為齒輪之間的彈力：
、（mm），對直齒輪=、=；；與（mm）。
第一軸上的力?。?
表4.3 變速器齒輪許用接觸應力表
齒輪
/（）
計算一擋直齒輪：
===mm；==mm；
==N；F==N；bmm；由，即以上數據得出來：
=MPa，MPa
因為與比1902MPa小很多。
根據以上數據==，==；
F=N；b；計算得出接觸應力為942.4MPa。
照上述計算得出：齒輪在三擋所承受的力799.1MPa。
齒輪在四擋所承受的力873.3MPa。
根據上面的表格得出，二三四擋的接觸應力都比標準值小，因此是符合標準的。
對齒輪表面承受力的計算：
==mm，==mm
==N，F==N
所以=MPa。照這樣計算MPa。
因為與都小于標準值，滿足要求。
y為齒形系數，齒形系數如圖4.1：
圖4.1 齒形系數圖
二擋齒輪彎曲應力計算：
=20，d==59mm，===6067.8Nmm。
法向齒距t=2.75×，y取0.146，即有：
==450.4MPa
從得出的結果來看，符合所設計的要求，其彎曲應力在MPa之間。其中貨車可以選最小值，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用應力應取下限。彎曲應力的計算要根據許多條件來計算，單靠摩擦力是算不出來的。從上圖的研究結果和查閱相關的資料可以看出彎曲應力跟齒根系數的關系。根據彎曲應力，可以看出材料的表面強度，從而正確判斷哪種材料適合變速器的設計。擋位數的確定很重要，現在市場上有家用轎車，中小式貨車以及性能要求比較高的高檔汽車。相對來講高性能的車輛擋位越多越好，但這也是要有個度的，一般情況下不會超過六個，這次畢業(yè)設計所選取的是擁有一二三四擋的手動變速器。擋位數越多，會使汽車操作更加的頻繁，操作難度也會增大，在現在交通擁擠的城市里，這無疑對駕駛員來說有超高的要求，對車的自身來說，耗油量增大，零件也容易遭受到損壞。
第5章 變速器軸設計與計算
5 變速器軸設計與計算
5.1軸尺寸設計
當變速器處于運行狀態(tài)下，由于遭到齒輪嚙合的徑向力、圓周力和斜齒輪的軸向作用力的共同作用，軸會在力的作用下旋轉和彎曲，這樣就會對齒輪與齒輪之間的嚙合造成影響，所以軸的剛度的計算具有重大的意義。
對三軸式變速器的第一軸和第二軸之間的最大的距離為：
（）
兩中心距離A，選取的值為77.9mm，將計算的數值帶入計算得。一開始選擇40mm。
根據公式得出直徑：
（）
上述的公式中：為最大輸出力，Nm。將數據代入得mm，25.1mm。
軸的一些尺寸大小對設計的軸的剛度有很大影響，通常在這樣的情況下，要及其仔細的去確認尺寸，通過將軸的一些數據相配合計算。在知道了軸的長度d和齒間間距之后可以根據下面式子算出：
=，mm。
=，mm。
=，142mm。
5.2軸計算與校核
設計軸需要先確定兩個條件，那就是軸的端面直徑和長度。由這兩個條件計算出軸的一些性能，從而得出是不是滿足變速器設計的條件。在完成計算之后，還要對軸進行校核，通過軸向力等一些受力可以求出相應的點截面強度，從而對軸完成校核。
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第5章 變速器軸設計與計算
圖5.1扭矩圖
剖面所承受的力：
不同力矩的相互作用應力為
= （5-3）
不在高檔工作時，為MPa；mm；從上面的式子中，可得=MPa，與要求一樣。
驗證輸出軸可以承受的力：
根據上面的公式得出=N；=N；=N
mm，mm；
跟地面平行的面：， 得出i=N；
，得出=N；
跟底面平行的面所承受的力：=×a=×b=Nm；
在豎直水平面內：，得出=Nm
，得出N；
一個平面內所產生的力=×a= Nm；
軸在一個單位內所承受的力== Nm。
截面內所承受的力：
==MPa（mm）；符合標準。
輸出軸所能承受的力：
從上面的式子得出：=N；=N；=；
Amm，mm；最終算得==MPa（dmm）。
1.第二軸剛度校核：
對輸出軸的剛度計算：
（5-4）
式中，向力；
表；
MPa；
（mm）；
；
。
為
mm
=mm，=mm
mm，=
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