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商要
變速器用于轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同條件下對驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同要求的需要。變速器在汽車中起著重要的作用，它能使汽車以非常低且穩(wěn)定的車速行駛，而這種低的車速只靠內(nèi)燃機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是難以達(dá)到的。
隨著汽車工業(yè)的不斷壯大，以及汽車行業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，如何設(shè)計(jì)出更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，工作可靠，性能優(yōu)良，且符合中國國情的汽車已經(jīng)是當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)者的緊迫問題，也是我們作為汽車工程本科畢業(yè)生，必須肩負(fù)的重任。在面臨著前所未有的機(jī)遇的同時(shí)，我們要努力為我們的汽車工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。經(jīng)過四年的刻苦學(xué)習(xí)，我掌握了四十多門基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，閱讀了大量的專業(yè)書籍，為從事汽車行業(yè)的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在大學(xué)畢業(yè)，即將走向工作崗位之際，按國家教委的要求，進(jìn)行了這次設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們在大學(xué)期間所學(xué)知識的一次檢閱，充分體現(xiàn)了一個(gè)設(shè)計(jì)者的知識掌握程度和創(chuàng)新思想。畢業(yè)設(shè)計(jì)總體質(zhì)量的好壞也直接體現(xiàn)了畢業(yè)生的獨(dú)立創(chuàng)造設(shè)計(jì)能力。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)具有特殊的重要意義，在兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間里我們到單位實(shí)習(xí)，并閱讀了大量的汽車資料，虛心向老師請教，且在老師的指導(dǎo)下，將老師傳授的設(shè)計(jì)方法運(yùn)用到自己的設(shè)計(jì)中，使本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成。
目錄
商要 ....................................................................1
第一章 變速器的功用和要求................................................3
1.1.1 變速器的功用....................................................3
1.1.2 設(shè)計(jì)變速器必須滿足的基本要求....................................3
第二章 變速器的方案論證..................................................4
2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性......................................................4
2.1.2 變速器的經(jīng)向尺寸................................................4
2.1.3 變速器齒輪的壽命................................................4
2.1.4 變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)效率................................................4
2.2.1 變速器轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析............................................4
2.2.2 換擋結(jié)構(gòu)形式的選擇 ............................................4
(1） 滑動(dòng)齒輪換擋...................................................4
（2） 齒合套換擋.....................................................4
（3） 同步器換擋.....................................................4
2.2.3 倒檔的形式及布置方案..........................................5
2.2.3 變速器操縱機(jī)構(gòu)方案分析........................................7
（1） 變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用...........................................7
（2） 設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)基本要求.....................................7
（3） 換擋位置.......................................................7
2.2.4 變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)...........................................7
（1） 整車總布置.....................................................7
（2） 駕駛員的使用習(xí)慣...............................................7
（3） 提高平均傳動(dòng)效率...............................................8
（4） 變速器的傳動(dòng)效率...............................................8第三章 變速器設(shè)計(jì)計(jì)算..................................................10
3.3.1 變速器主要參數(shù)的選擇..........................................10
3.3.2 抽的直徑......................................................10
3.3.3 傳動(dòng)比的選擇.................................................10
3.3.4 中心距A......................................................11
3.3.5 齒輪參數(shù)選擇.................................................11
（1）模數(shù)的選擇..................................................11
（2）壓力角的選擇................................................12
（3）螺旋角......................................................12
（4）齒寬........................................................12
3.3.6 各檔數(shù).......................................................13
（1）一檔齒輪齒數(shù)................................................13
（2）確定二檔齒輪齒數(shù)............................................13
（3) 確定三檔齒輪齒數(shù)............................................14
(4) 確定倒檔傳動(dòng)比..............................................15
3.3.7 齒輪精度的選擇..............................................15
3.3.8 螺旋方向....................................................16
3 3 9 齒輪變位系數(shù)的選擇及計(jì)算....................................16
3.3.10 材料選擇...................................................18
（1） 輪齒拆斷...................................................19
（2） 齒面點(diǎn)濁...................................................19
（3） 齒面膠夸...................................................19
3.4.1 變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算..........................................21
3.4.2 軸的功用及設(shè)計(jì)要求..........................................21
3.4.3 軸尺寸初選..................................................22
3.4.4 軸的受力分析................................................23
（1）齒輪的受力分析..............................................23
（2）方向........................................................23
（3）各力的作用點(diǎn)................................................24
3.4.5 軸的強(qiáng)度計(jì)算及校核..........................................24
3.4.6 軸的剛度計(jì)算和校核..........................................28
3.4.7 軸上花建的設(shè)計(jì)計(jì)算..........................................29
3.5.1 變速器軸承的選擇............................................30
3.5.2 幾種 軸承的特點(diǎn)............................................30
(1) 圓柱滾子軸承...............................................30
（2）深溝球軸承..... ...........................................30
（3）交接觸軸承.................................................30
（4）滾針軸承..................................................30
3.5.3 類型的選擇.................................................30
(1) 軸承的載荷................................................30
（2 )軸承的轉(zhuǎn)速................................................30
（3）軸承的周心性能............................................31
（4）軸承的安裝和拆卸..........................................31
3.5.4 軸承的計(jì)算................................................31
（1）計(jì)算軸承在各檔位時(shí)的反力..................................32
（2）中間軸受力分析............................................33
（3）一軸受力分析..............................................34
（4）計(jì)算掛入X檔..............................................35
3.5.5 計(jì)算各齒輪所受切向力軸向力 經(jīng)向力..........................36
3.5.6 計(jì)算各軸承的總當(dāng)量動(dòng)載荷...................................36
（1) 計(jì)算各軸承在各檔位時(shí)的徑向載荷............................36
（2）計(jì)算軸承在各檔位總動(dòng)量載荷................................36
(3) 計(jì)算軸承的總當(dāng)量動(dòng)載荷....................................36
（4）計(jì)算二軸后軸軸承的總當(dāng)量動(dòng)載荷............................36
3.5.7 校核軸承壽命..............................................36
(1) 計(jì)算各軸承1到3檔時(shí)壽命..................................36
(2) 計(jì)算各軸承在1.2.3檔時(shí)所需要的壽命........................36
3.6.1 同步器的設(shè)計(jì)..............................................38
3.6.2 慣性式同步器..............................................38
3.6.3 同步器工作原理............................................38
(1) 摩擦因數(shù)..................................................38
(2) 同步器主要尺寸的確定......................................38
第四章 變速器總成的拆裝順序........................................42
4.4.1 變速器的裝配順序............................................42
(1) 領(lǐng)料........................................................42
（2） 零件清洗....................................................42
（3） 部件總成裝..................................................42.
4.4.2 變速器的拆卸................................................42
4.4.3 變速器總成裝配應(yīng)注意的問題..................................43
致謝................................................................44
參考文..............................................................45
1、 第一章 變速器的功用和要求
現(xiàn)代汽車采用的活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化范圍較小，不能適應(yīng)汽車在各種條件下阻力變化的要求，因此在汽車傳動(dòng)系中，采用了可以改變轉(zhuǎn)速比和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩比的裝置，即變速器。變速器不但可以擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)車輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)汽車在各種條件下行駛的需要，而且能在保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變的情況下，實(shí)現(xiàn)倒車，還能利用空擋暫時(shí)地切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
1.1.1 變速器的功用：
（1）改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作。
（2）在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛。
（3）利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。
因此變速器通常還設(shè)有倒檔，在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下汽車能倒退行駛；設(shè)有空擋，在滑行或停車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能保持分離。變速器還應(yīng)能進(jìn)行動(dòng)力輸出。
1.1.2 為保證變速器具有良好的工作性能，設(shè)計(jì)變速器必須滿足以下的使用條件和基本要求：
（1）應(yīng)該合理地選擇變速器的檔數(shù)和傳動(dòng)比，使汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
（2）工作可靠，在使用過程中不應(yīng)該有自動(dòng)跳檔、脫檔和換檔沖擊現(xiàn)象發(fā)生；此外，還不允許出現(xiàn)誤掛倒檔的現(xiàn)象。
（3）操縱輕便，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
（4）傳動(dòng)效力高、噪音小。為了減少齒輪的嚙合損失，應(yīng)設(shè)有直接檔。此外合理地齒輪形式以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高其制造和安裝精度，都是提高效率和減小噪聲的有效措施。
（5）結(jié)構(gòu)緊湊，盡量做到質(zhì)量輕、體積小、制造成本底。
（6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長。
（7）貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
(8）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。
第二章 變速器的方案論證
2.1.1 變速器類型選擇及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
變速器的種類很多，按其傳動(dòng)比的改變方式可以分為有級、無級和綜合式的。有級變速器根據(jù)前進(jìn)檔檔數(shù)的不同，可以分為三、四、五檔和多檔變速器；而按其軸中心線的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線（行星齒輪）式和綜合式的。其中，固定式變速器應(yīng)用較廣泛，又可分為兩軸式，三軸式和多軸式變速器。
現(xiàn)代汽車大多都采用三軸式變速器。對發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的轎車，如變速器傳動(dòng)比小，則常采用兩軸式變速器。以下是兩軸式和三軸式變速器的傳動(dòng)方案。要采用哪一種方案，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以下四個(gè)方面：
2.1.2 結(jié)構(gòu)工藝性
兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)用圓柱齒輪，因而簡化了制造工藝。
2.1.3 變速器的徑向尺寸
兩軸式變速器的前進(jìn)檔均為一對齒輪副，而三軸式變速器則有兩對齒輪副。因此，對于相同的傳動(dòng)比要求，三軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。
2.1.4 變速器齒輪的壽命
兩軸式變速器的低檔齒輪副大小相差懸殊，小齒輪工作循環(huán)次數(shù)比大齒輪要高得多，因此，小齒輪工作壽命比大齒輪要短。三軸式變速器的各前進(jìn)檔均為常嚙合齒輪傳動(dòng)，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命比較接近。在直接檔時(shí)，齒輪只是空轉(zhuǎn)，不影響齒輪壽命。
2.1.5 變速器的傳動(dòng)效率
兩軸式變速器，雖然可以有等于1的傳動(dòng)比，但是仍要有一對齒輪傳動(dòng)，因而有功率損失。而三軸式變速器，可以將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接檔，因而傳動(dòng)效率高，磨損小，噪聲也較小。
轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，這樣可將變速器和主傳動(dòng)器組成一個(gè)整體，使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的總體布置。因此，近年來在歐洲的轎車中采用得比較多。而中、重型載貨汽車則多采用三軸式變速器。
這次設(shè)計(jì)的變速器是輕型貨車使用，所以采用三軸式變速器。
2.2.1 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析
根據(jù)第一節(jié)所述，采用中間軸式變速器，在各檔數(shù)相同的條件下，各變速器的差別主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方案和倒檔傳動(dòng)方案。
2.2.2 換檔結(jié)構(gòu)形式的選擇
目前，汽車上的機(jī)械式變速器的換檔結(jié)構(gòu)形式有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔三種。
1、滑動(dòng)齒輪換檔
通常是采用滑動(dòng)直齒輪換檔，但也有采用滑動(dòng)斜齒輪換檔的?；瑒?dòng)直齒輪換檔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、容易制造。缺點(diǎn)是換檔時(shí)齒端面承受很大的沖擊會(huì)導(dǎo)致齒輪過早損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種換檔方式一般僅用在一檔和倒檔上。
2、嚙合套換檔
用嚙合套換檔，可以將結(jié)構(gòu)為某傳動(dòng)比的一對齒輪，制造成常嚙合的斜齒輪。用嚙合套換檔，因同時(shí)承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換檔，因此它們都不會(huì)過早損壞，但是不能消除換檔沖擊，所以仍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，使變速器的軸向尺寸和旋轉(zhuǎn)部分的總慣量增大。因此，這種換檔方法目前只在某些要求不高的檔位及重型貨車變速器上使用。這是因?yàn)橹匦拓涇嚈n位間的公比較小，要求換檔手感強(qiáng)，而且在這種車型上又不宜使用同步器（壽命太短，維修不便）。
3、同步器換檔
現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器換檔。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，與操作技術(shù)熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換檔方法相比，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命短等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。近年來，由于同步器廣泛使用，壽命問題已得到基本解決。
上述三種換檔方案，可同時(shí)用在同一變速器中的不同檔位上，一般倒檔和一檔采用結(jié)構(gòu)較簡單的滑動(dòng)直齒輪或嚙合套的形式，對于常用的高檔位則采用同步器或嚙合套.
本次設(shè)計(jì)方案一、二檔和三、四檔采用同步器換檔，倒檔使用倒檔軸上滑動(dòng)直齒輪換檔。
2.2.3 倒檔的形式及布置方案
倒檔使用率不高，常采用直齒滑動(dòng)齒輪方案換入倒檔。為實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)有些利用在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪的方案。
圖2.1
常見的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種：
方案1.（如圖2.1a）所示）
在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪處于正負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四檔全同步器式變速器中。
方案2.（如圖2.1b）所示）
此方案的優(yōu)點(diǎn)是可以利用中間軸上一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度，但換檔時(shí)兩對齒輪必須同時(shí)嚙合，致使換檔困難。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。
方案3.（如圖2.1c）所示）
此方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，突出的缺點(diǎn)是換檔程序不合理。
方案4.（如圖2.1d）所示）
此方案針對前者的缺點(diǎn)作了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。
方案5.（如圖2.1e）所示）
此方案中，將中間軸上一檔和倒檔齒輪做成一體其齒體、寬加大，因而縮短了一些長度。
方案6.（如圖2.1f）所示）
此方案中，采用了全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔方便。
方案7.（如圖2.1g）所示）
為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有些貨車采用此方案，其缺點(diǎn)是一檔和倒檔得各用一根變速器撥叉軸，使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些，一般3、4、5、6、7五種方案用于五檔變速器。
綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用輸出軸上直齒滑動(dòng)換入倒檔換檔方式。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，直齒輪加工要求不太高，無軸向力，成本低。但換檔時(shí)容易發(fā)生沖擊，產(chǎn)生噪聲大壽命短。
2.2.4 變速器操縱機(jī)構(gòu)方案分析
1、變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用
變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用是保證各檔齒輪、嚙合套或同步器移動(dòng)規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時(shí)掛入兩個(gè)檔位。
2、設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該滿足的基本要求
（1）要有鎖止裝置，包括自鎖、互鎖和倒檔鎖。
(2）要使換檔動(dòng)作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度。
(3）應(yīng)使駕駛員得到必要的手感。
3、換檔位置
設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)首先要確定換檔位置。換檔位置的確定主要從換檔方便考慮。為此應(yīng)該注意以下三點(diǎn)：
(1）按換檔次序來排列 。
(2）將常用檔放在中間位置，其它檔放在兩邊。
(3）為了避免誤掛倒檔，往往將倒檔安排在最靠邊的位置，有時(shí)于1檔組成一排。
2.2.5 變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
各齒輪副的相對安排位置，對于整個(gè)變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各檔位置的安排，應(yīng)考慮以下四個(gè)方面的要求：
1、 整車總布置
根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸與輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。比如說是該車是采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)還是發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)動(dòng)等等，這些問題都牽連著變速器的設(shè)計(jì)方案。
2、 駕駛員的使用習(xí)慣
人們習(xí)慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到左排列來換檔，如下圖b和c。值得注意的是倒檔，雖然它是平常換檔序列之外的一個(gè)特殊檔位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。例如在四檔變速器中采用的基本序列組合方案有三種，見圖2.2。其中b和c是倒檔與序列不結(jié)合的方案，即掛檔時(shí)，需先換位再掛倒檔。倒檔與序列結(jié)合與不結(jié)合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個(gè)撥叉和一根變速滑桿，后者如布置適當(dāng)，則可使變速器的軸向長度縮短。
按習(xí)慣，倒檔最好與序列不結(jié)合。否則，從安全考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。
圖 2.2
根據(jù)以上的要求，本次設(shè)計(jì)的檔位布置方案如圖2.3所示：
圖 2.3
3、 提高平均傳動(dòng)效率
為提高平均傳動(dòng)效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動(dòng)方案，并盡可能地將使用時(shí)間最多的檔位實(shí)際成直接檔。
4、 改善齒輪受載狀況
各檔齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。承受載荷大的低檔齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以減小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支承較遠(yuǎn)處較好。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。
本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案如圖2.3所示
傳動(dòng)路線：
Ⅰ檔：一軸→1→2→中間軸→8→7→二軸→5、7齒輪間的同步器→輸出
Ⅱ檔：一軸→1→2→中間軸→6→5→5、7齒輪間的同步器→二軸→輸出
Ⅲ檔：一軸→1→2→中間軸→4→3→1、3齒輪間同步器→二軸→輸出
Ⅳ檔：一軸→1→1、3齒輪間同步器→二軸→輸出
R檔：一軸→1→2→中間軸→10→11→9→二軸→輸出
圖2.4
第三章 變速器設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 變速器主要參數(shù)的選擇
3.3.2軸的直徑
第一軸花鍵部分直徑d(mm)初選
d=
式中：
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，＝4.0～4.6，?。?.3；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N?m）；
d=23.34mm ，取d＝32mm。
3.3.3傳動(dòng)比的選擇
汽車在最大爬坡路面上行使時(shí)，最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)能克服輪胎與路面間滾動(dòng)阻力及上坡阻力。由于汽車上坡行使時(shí)，車速不高，故可以忽略空氣阻力，這時(shí)：
（3.1）
式中：——最大驅(qū)動(dòng)力；即 = / Error! No bookmark name given.
——滾動(dòng)阻力；即 =cos
——最大上坡阻力。即 =sin
把以上參數(shù)代入（3-1）得：
(3.2)
以上是根據(jù)最大爬坡度確定一檔傳動(dòng)比，式中：
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，=160 N·m；
——變速器一檔傳動(dòng)比；
——主傳動(dòng)器傳動(dòng)比，=4.5；
——汽車總質(zhì)量，＝2200kg；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)取0.020；
——傳動(dòng)系機(jī)械效率，取0.84；
——重力加速度；取=9.8；
——驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)半徑，取0.42 m；
——汽車最大爬坡度為30％，即＝
=4.3 取=4.8
由
式中，為常數(shù)，也就是各檔之間的公比，一般認(rèn)為不宜大于1.7—1.8。
由中等比性質(zhì)；得：
——檔位數(shù)，取=2,3,4,
——檔數(shù)，n=4 ；
=4.82/3=2.846
=4.81/3=1.687
=1.0(直接檔)
=1.687
=1.687
=1.687
符合q的要求。
∴=4.8, =2.864, =1.687, =1.00。
3.3 4中心矩A
對于中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距A
初選中心矩A時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
= (3.3)
—— 中心距系數(shù)：=9.5~11.0,取9.8；
—— 變速器一檔傳動(dòng)比；
—— 變速器傳動(dòng)效率：?。?6％；
—— 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，單位為（Nm）；
∴A=9.8×(160×4.8×0.96)1/3
取=89mm
3.3.5齒輪參數(shù)選擇
1、模數(shù)的選擇
影響齒輪模數(shù)選取的因素很多，如齒輪強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。選取齒輪模數(shù)時(shí)一般遵循的原則是：合理減少模數(shù)，增加齒寬會(huì)使噪聲降低；為了減輕變速器的質(zhì)量，應(yīng)增加模數(shù)，同時(shí)減小齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù)，而從齒輪強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該有不同的模數(shù)。對貨車，減輕質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)。
初選模數(shù)時(shí)，可參考同類型汽車的齒輪模數(shù)確定；也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定，即：
= =2.52 高檔齒輪K=1
= =2.935 一檔齒輪
式中： 為斜齒輪法向模數(shù)；
為直齒輪模數(shù)；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；=160 N·m
——變速器一檔傳動(dòng)比；
—— 變速器傳動(dòng)效率：?。?6％；
該設(shè)計(jì)選用同一模數(shù)進(jìn)行，故斜齒輪法向模數(shù)取=3；直齒輪模數(shù)取=3
2、壓力角α的選擇
壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；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。對于轎車，為提高重合度以降低噪聲，應(yīng)采用14.5°,15°，16°，16.5°等小些的壓力角；對貨車，為提高齒輪的承載能力，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力。實(shí)際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20°。
3、螺旋角β
選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)注意到它對齒輪工作噪聲，輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選取大的螺旋角時(shí)，齒輪嚙合重合度增加，工作平穩(wěn)，噪聲降低。隨著β增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，不過，當(dāng)螺旋角大于30°時(shí)，抗彎強(qiáng)度急劇下降，會(huì)使軸向力及軸承載荷過大。
貨車變速器斜齒螺旋角β的選擇范圍：18°～26°。初選β1,2=25°，°
4、齒寬b
齒寬的選擇，應(yīng)注意到齒寬對變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)行、齒
強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度。
通常根據(jù)模數(shù)（）來選擇齒寬：
直齒：=,為齒寬系數(shù)，取4.5～8.0
斜齒：=，取為6.0～8.5；
小齒輪的齒寬在計(jì)算上認(rèn)為加寬約5～10，所以有
5、直齒
=(4.5～8.0)×3=13.5～24(mm)
=20mm, =22mm, =20mm
6、斜齒
=(6.0～8.0)×3=19.5～25.5(mm)
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中間軸上預(yù)定用寶塔齒輪，所以取:
=22mm, =20mm, =22mm, =20mm
=18mm, =20mm, =18mm, =20mm
3.3.6 各檔齒數(shù)Z
齒數(shù)確定原則：各檔齒輪齒數(shù)比應(yīng)盡可能不是整數(shù), 且各檔齒數(shù)無公約數(shù)。
1、一檔齒輪齒數(shù)
⑴斜齒=2×× (3.4)
選?。?0°，
=2×89×cos20°/3
=55.76 取=56
由進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)分配，為使的傳動(dòng)比更大些，取
=38,=18；
⑵=×(+)/(2×cos) (3.5)
=2.5×(38＋18)/(2 ×cos20°)=89.39mm
?。?0mm；
⑶/＝/ (3.6)
=4.8×18/38=2.274；
⑷ 由= ×(+)/(2×cos) (3.7)
+＝2×90×cos25°/3=54.38
取=17，=37（圓整）；
⑸ 修正
=×/(×) (3.8)
=37×38/（17×28）
=4.59
%=|4.59-4.8|/4.8=4.3%<5% (合格)；
⑹ 修正
由＝×(+)/（2×cos） (3.9)
得＝arccos［×(+)/（2×A）］= 25.842°
同理
＝arccos［×(+)/（2×A）］= 21.039°
2、確定二檔齒輪齒數(shù)（?。?0°）
⑴/=×/ (3.10)
=2.846×17/37=1.3076
⑵+=2××cos/ (3.11)
=2×90×cos20°/3 = 56.38
取=24, =32(圓整)；
⑶修正
＝×/（×） (3.12)
＝37×32/（17×24）
＝2.90
％＝|2.90-2.846|/2.846×100%
＝1.966%<5% (合格)；
⑷修正β5.6
＝arccos［(+)/（2×A）］=21.039° (3.13)
⑸ 從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，齒數(shù)還必須滿足下列關(guān)系式：
tg /tg=/(+)×(1+/)
tg /tg=1.2571
/(+)×(1+/)=1.5988
|1.5988 -1.2571|=0.3417<0.5
兩者相差不大，近似認(rèn)為軸向力平衡。
3、確定三檔齒輪齒數(shù)（β3.4＝20°）
⑴ /＝×/ (3.14)
＝1.68×17/37
＝0.775
⑵ 由＝×(+)/2cos (3.15)
?。?0°,得
＋＝2××cos/
=2×90×cos20°/3=56.38
取＝24，＝32（圓整）；
⑶ 修正
=×/（×） (3.16)
=37×24/（17×32）
=1.632
i3%=|1.632-1.687|/1.687×100%=3.26%<5%(合格)
⑷ 修正
＝arccos［×(+)/（2×A）］ (3.17)
=21.039°;
⑸從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，齒數(shù)還必須滿足下列關(guān)系式：
tg/tg=/(+)×(1+/)
tg/tg=1.257
/(+)×(1+/)=1.102
|1.257-1.102|=0.123<0.5
兩者相差不大，近似滿足軸向力的平衡條件。
4、確定倒檔傳動(dòng)比
倒檔齒輪的模數(shù)往往與一檔相近，為保證中間軸倒檔齒輪不發(fā)生根切，初選＝17，倒檔齒輪一般在21～33之間選擇。
初選＝22。
根據(jù)中間軸和輸出軸的中心距A=90mm
那么 90= m×(Z9+) / 2 + 2××m + 2.5 (3.18)
代入數(shù)字圓整后可求得Z9 =38
修正倒擋傳動(dòng)比：ir=Z2×Z9/(Z1×Z11)= 37×38/（17×17）= 4.865
為了保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉， 齒輪9和齒輪10的齒頂圓之間應(yīng)保持0.5mm以上的間隙，因?yàn)?
(1) 中間軸與倒檔軸之間的中心距A′
A′=× (+)/2 (3.19)
=3×（17+22）/2
=58.5mm
取A′=59mm
⑵ 第二軸與倒檔軸之間的中心矩A′′
′′=× (+)/2 (3.20)
=3 × (38+22)/2
=90mm
取′′=90mm
′+′′=146>=90mm
齒輪9和齒輪10的齒頂圓之間的間隙 =90-3×(38+17)/2.0-2×1×3
=1.5>0.5
所以齒輪能正常嚙合且不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。
修正后各檔的傳動(dòng)比為：i1 =4.590, i2 =2.902,i3 =1.632,i4 =1.000, ir =4.865
3.3.7 齒輪精度的選擇
根據(jù)推薦，提高高檔位齒輪的性能，取Z1～Z4為6級，Z5～Z11為7級。
3.3.8螺旋方向
由于斜齒輪傳遞扭矩時(shí)要產(chǎn)生軸向力，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)要求中間軸上的軸向力平衡。關(guān)于螺旋角的方向，第一、二軸齒輪采用左旋，這樣可使第一、二軸所受的軸向力直接經(jīng)過軸承蓋作用在變速器殼體上，而不必經(jīng)過軸承的彈性檔圈傳遞。中間軸齒輪全部采用右旋，因此同時(shí)嚙合的兩對齒輪軸向力方向相反，軸向力可互相抵消一部分。
3.3.9齒輪變位系數(shù)的選擇及計(jì)算
采用變位系數(shù)，除了避免齒輪產(chǎn)生干涉、根切和配湊中心距以外，還因?yàn)樽兯倨鞑煌瑱n位的齒輪在彎曲強(qiáng)度、接觸強(qiáng)度、使用平穩(wěn)性、耐磨性及抗膠合能力等方面有不同的要求，采用齒輪變位就能分別予以兼故。齒輪變位是提高齒輪壽命的有效方法。
對實(shí)際中心距等于已知中心距時(shí)，采用高度變位，反之采用角度變位。由于角度變位可獲得良好的齒合性能及傳動(dòng)質(zhì)量,故較多被采用.
變速器齒輪是斷續(xù)工作的,各檔使用條件不同,齒輪經(jīng)常承受循環(huán)負(fù)荷,有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。使用表明,變速器齒輪大多是因?yàn)辇X面剝落和疲勞斷裂而損壞的,因此,變位系數(shù)只要應(yīng)按提高接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。對于常用的高檔齒輪，其主要損壞形式是齒面疲勞剝落，應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度,應(yīng)使所選用的變位系數(shù)盡可能取大些,這樣兩齒輪的齒廓漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對于低擋齒輪，由于齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞的載荷較大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)小齒輪的彎曲強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來選擇大、小齒輪的變位系數(shù)，此時(shí)小齒輪的變位系數(shù)大于零。為提高耐磨性及抗膠合能力，應(yīng)使所選用的變位系數(shù)能降低兩齒合齒輪的相對滑動(dòng)系數(shù)，并使兩齒輪齒根外的滑動(dòng)系數(shù)趨于平齊。
利用變位系數(shù)封閉圖分配變位系數(shù)是目前較好的一種方法，它比較全面地綜合了各種限制條件和各種傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)。使用該圖分配變位系數(shù)可不必校核是否干涉，根切，齒頂變尖以及重合系數(shù)過低等情況。
變位系數(shù)的計(jì)算：
已知實(shí)際中心距A’，β，mn，Z
標(biāo)準(zhǔn)中心距A=mn(Z1+Z2)/(2*cosβ)
端面壓力角αt: tgαt=tgαn/cosβ
端面齒合角αt’ :
invαt’=invαt+2*(Xt1 +Xt2)*tgαt /(Z1 +Z2)
(invαt =tgαt –αt)
A’ =A*cosαt /cosαt’
αt’ =arccos(A*cosαt /A’ )
代入式并整理得：
X=Xt1+Xt2 =(invαt’ –invαt )*(Z1 +Z2 )/2*tgαt
根據(jù)以上各式計(jì)算得：
X(1,2) = 0.198 X(3,4) =-0.3001 X(5,6) =0.120 X(7,8) =0.120
X(9,11) =0 X(10,11) =0
表 3.1
Zi
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
XI
0.25
-0.25
0.125
-0.125
-0.125
0.125
-0.25
Z8
Z9
Z10
Z11
0.25
0
0
0
表2為計(jì)算所得齒數(shù)：
表 3.2
Z
17
37
24
32
32
24
38
18
38
17
22
b
22
20
22
20
18
20
18
20
20
22
20
β
25.842°
21.039°
21.039°
21.039°
0°
3.33
3.21
3.21
3.21
3
3
3
3
3
3
20°
20°
20°
20°
20°
3.75
2.25
3.375
2.25
2.63
3.375
2.25
3.75
3
3
3
3
4.5
3.375
4.5
4.13
3.375
4.5
30
3.75
3.75
3.75
d
56.67
123.33
77.14
102.85
102.85
77.14
122.14
57.86
114
51
66
64.17
127.83
83.89
108.11
108.11
83.89
126.64
65.36
120
57
72
50.67
114.33
70.39
94.61
94.61
70.39
113.14
51.86
106.5
43.5
58.5
y
0.145
0.130
0.142
0.135
0.135
0.151
0.132
0.148
0.148
0.119
0.132
（1）直齒圓柱齒輪： (2) 斜齒圓柱齒輪：
分度圓直徑：d=Z×m 端面模數(shù)=cosβ
齒頂高h(yuǎn)a=m（+） 分度圓直徑：d=Z×mt
齒根高h(yuǎn)f=(ha*＋c*-Xt)×m 齒頂高：ha=ha*×mt+Xt×mt
齒頂圓直徑：da=d+2×ha 齒全高：h=(2×ha*+C*)×mt
齒高h(yuǎn)=ha+hf 齒頂圓直徑da=d+2×ha
齒頂高系數(shù)ha*=1.0
齒根高系數(shù)c*=0.25
3.3.10 材料選擇
現(xiàn)代汽車變速器的齒輪材料大部分采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與心部的高韌性相結(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。本次設(shè)計(jì)的齒輪的材料選用40Cr。
齒輪的強(qiáng)度校核
1、齒輪的損壞形式
變速器齒輪的損壞有以下幾種形式：
（1）輪齒折斷
齒輪在嚙合過程中，齒輪表面承受有集中載荷的作用?？梢园妖X輪看作是懸臂梁，輪齒根部彎曲應(yīng)力很大，過渡圓角處又有應(yīng)力集中，故輪齒根部很容易發(fā)生斷裂。輪齒折斷有兩種情況，一種是輪齒受到足夠大的突然載荷的沖擊作用，導(dǎo)致輪齒斷裂。另一種是受到多次重復(fù)載荷的作用，齒根受拉面的最大應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)疲勞裂縫，裂縫逐漸擴(kuò)展到一定深度以后，齒輪突然折斷。
為避免齒輪輪齒折斷，需降低輪齒的彎曲應(yīng)力，提高齒輪的彎曲強(qiáng)度。采用下列措施，可提高輪齒的彎曲強(qiáng)度：增大輪齒根部齒厚；加大輪齒根部過渡圓角半徑；采用長齒齒輪傳動(dòng)；提高重合度；使同時(shí)嚙合的輪齒對數(shù)增多；使齒面及齒根部過渡圓角處盡量光滑；提高材料的許用應(yīng)力，如采用優(yōu)質(zhì)鋼材等。
（2）齒面點(diǎn)蝕
齒面點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)的一種損壞形式。因閉式齒輪在潤滑油中工作，齒面長期受到脈動(dòng)的接觸應(yīng)力作用，會(huì)逐漸產(chǎn)生大量與齒面成尖角的小裂縫。而裂縫中油壓增高，使裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，最后導(dǎo)致齒面表層一塊塊剝落，齒面出現(xiàn)大量的扇形小麻點(diǎn)，這就是齒面點(diǎn)蝕現(xiàn)象。
提高接觸強(qiáng)度的措施：一方面是合理選擇齒輪參數(shù)，使接觸應(yīng)力降低；另一方面是提高齒面硬度，如采用許用應(yīng)力大的鋼材等。
（3）齒面膠合
高速重載齒輪傳動(dòng)、軸線不平行的螺旋齒輪傳動(dòng)及雙曲面齒輪傳動(dòng)，由于齒面相對滑動(dòng)速度大，接觸應(yīng)力大，使齒面間潤滑油膜破壞，兩齒面之間金屬材料直接接觸，局部溫度過高，互相熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，這種損壞形式叫膠合。
防止膠合的措施有：一方面采用較大或加有耐壓添加劑的潤滑油，提高油膜強(qiáng)度，使油膜不破壞，就可以不產(chǎn)生局部溫升；另一方面可提高齒面硬度，或嚙合齒輪采用不同材料等。
2、圓柱齒輪強(qiáng)