某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）汽車設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（ 4+1 檔）學(xué) 院：專業(yè)班級：學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)教師：教師職稱：起止時(shí)間：某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）學(xué)院：機(jī)械學(xué)院 教研室（系別）：車輛工程學(xué) 號(hào) 姓 名 專業(yè)班級 車輛 10-03 班課程設(shè)計(jì)（論 文）題目 某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì) （4+1 檔） 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)要求：1.設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字；2.圖紙：合計(jì) 1 張 A1，含 1 張 A3 手工圖；3.定期向指導(dǎo)教師匯報(bào)進(jìn)展；4.自擬題目或者同一指導(dǎo)教師組內(nèi)兩人互換題目者必須由指導(dǎo)教師批準(zhǔn)；5.說明書為打印稿。工作量：1.明確任務(wù)，分析有關(guān)原始數(shù)據(jù)，復(fù)習(xí)有關(guān)課程內(nèi)容及熟悉參考資料（1 周） ；2.設(shè)計(jì)計(jì)算（1 周） ；3.繪圖（1 周） ；4.編寫課程設(shè)計(jì)說明書、答辯等（1 周） 。指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）摘要轎車作為一種最常用汽車，已在現(xiàn)代的社會(huì)中占有舉足輕重的地位。而變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最重要的部分之一，汽車的前進(jìn)、后退，增速、減速都要靠變速器傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。而且變速器在汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上也有很重要的影響。本次設(shè)計(jì)的汽車變速箱主要是從強(qiáng)度方面來對齒輪的尺寸計(jì)算及校核，軸的尺寸計(jì)算和位置的確定，選擇設(shè)計(jì)滿足其承載能力的同步器。另外，針對齒輪作用力的不同，在不同的軸上選擇合適的軸承。利用軟件 AUTCAD 完成變速器總成圖、第一軸、第二軸、中間軸、各個(gè)擋齒輪及同步器的設(shè)計(jì)。隨著我國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對汽車的需求也越來越高。通過對轎車車變速器的設(shè)計(jì)，我了解到變速器在汽車結(jié)構(gòu)中具有著重要的作用，因此變速器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對汽車行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步具有著深遠(yuǎn)的意義。關(guān)鍵詞：汽車；變速器；齒輪某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）目錄第一章 緒 論 ---------------------------------------------11.1 變速器的概述------------------------------------------11.2 變速器的種類 -------------------------------------------11.3 機(jī)械式變速器的特點(diǎn) ---------------------------------------3第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案-----------------------------42.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案分析 ---------------------------42.1.1 中間軸式變速器-----------------------------------42.1.2 倒檔的布置方案--------------------------------------62.2 變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 ----------------------------72.2.1 齒輪型式 ----------------------------------------72.2.2 換檔結(jié)構(gòu)型式 ---------------------------------------72.2.3 變速器軸承形式 -------------------------------72.2.4 齒輪變位系數(shù)的選擇原則 -------------------------8第三章 變速器主要參數(shù)選擇 ----------------------------------83.1 中心距 A 的選定 -----------------------------------83.2 齒輪參數(shù) -----------------------------------------93.2.1 模數(shù)的選取 -------------------------------------93.2.2 壓力角 α ----------------------------------------103.2.3 螺旋角 β ---------------------------------------103.2.4 齒寬 b ----------------------------------------103.3 各檔齒數(shù)的分配與計(jì)算 -------------------------------113.3.1 一檔齒輪齒數(shù)的確定---------------------------------113.3.2 二檔齒輪齒數(shù)的確定--------------------------------113.3.3 三檔齒輪齒數(shù)的確定--------------------------------123.3.4 四檔齒輪齒數(shù)的確定---------------------------------123.3.5 倒檔齒輪齒數(shù)的確定--------------------------------123.3.6 各檔齒輪參數(shù)表--------------------------------13某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）第四章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 -------------------------------144.1 齒輪的損壞形式 ---------------------------------144.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 ---------------------------------144.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算 ---------------------------------------17第五章 同步器的設(shè)計(jì) ----------------------------------285.1 慣性式同步器----------------------------------285.2 鎖環(huán)式同步器 -------------------------------------285.3 同步器重要參數(shù)的確定---------------------------------29第六章 變速器的操縱機(jī)構(gòu) --------------------------------32致 謝 ------------------------------------------------------33參考文獻(xiàn) ------------------------------------------------34某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）1第一章 緒論1.1 變速器的概述變速器作為傳遞力和改變汽車車速的主要裝置，現(xiàn)在對其操縱的方便性和檔位數(shù)方面的要求愈來愈高。目前，四、五檔特別是五檔的變速器的用量有日漸增加的趨勢。同時(shí)，六擋變速器的裝車率也在上升。變速器是用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種路障的不同條件下對驅(qū)動(dòng)車輪牽引力級車速不同要求的汽車總成。設(shè)置變速器的目的是在各種行駛狀況下，是汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工作范圍內(nèi)工作。因此它的性能直接影響到汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。變速器的具體作用是:1）改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的形式條件、如起步、加速、上坡等，同時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)在最有利的情況下工作；2）在發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，是汽車能倒退行駛；3）利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)、怠速，并是變速器便于換擋或進(jìn)行動(dòng)力輸出。必要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。對于變速器提出如下基本要求：1）保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳輸3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出5）換擋迅速、省力、方便6）工作可靠。汽車在行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂檔以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率8）變速器的工作噪聲低此外，變速器還要滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易和維修方便等要求。1.2 變速器的種類變速器有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。從現(xiàn)在市場上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動(dòng)變速器（MT） 、自動(dòng)變速器（AT） 、手/自一體變速器（AMT） 、無級變速器（CVT） 。一、手動(dòng)變速器(MT)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(也就是所謂的“級” )。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)，某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）2所以說它是有級變速器。從商用車的特性上來說，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例，卡車用來運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對如此高的“壓力” ，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔有“勁” ，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車帶動(dòng)。特別是面對爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對于其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。對于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來說，他們的最愛還是手動(dòng)變速器。從我國的具體情況來看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國的汽車發(fā)展歷史，資歷郊深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車的，他們對手動(dòng)變速器的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動(dòng)變速器以及無級變速器已非常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng)，尤其是喜歡超車時(shí)手動(dòng)變速帶來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速器。另外，現(xiàn)在在我國的汽車駕駛學(xué)校中，教練車都是手動(dòng)變速器的，除了經(jīng)濟(jì)適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。二、自動(dòng)變速器（AT）自動(dòng)變速器（AutomaticTransmission） ，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。雖說自動(dòng)變速汽車沒有離合器，但自動(dòng)變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動(dòng)分離或合閉，從而達(dá)到自動(dòng)變速的目的。在中檔車的市場上，自動(dòng)變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶希望在駕駛汽車的時(shí)候?yàn)榱撕啽悴僮?、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時(shí)快樂的感覺。在高速公路上，這是個(gè)體現(xiàn)地非常完美。而且，以北京市來說，現(xiàn)在的交通狀況不好，堵車是經(jīng)常的事情，有時(shí)要不停地起步停步數(shù)次，司機(jī)如果使用手動(dòng)檔，則會(huì)反復(fù)地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對于新手來說更是苦不堪言。使用自動(dòng)檔，就不會(huì)這樣麻煩了。三、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT）自動(dòng)—手動(dòng)變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式—為了駕駛樂趣使用手動(dòng)檔，而在交通擁擠時(shí)使用自動(dòng)檔，這樣的變速方式對于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。筆者曾在上面提到，手動(dòng)變速器有著很大的使用群體,而自動(dòng)變速器也能適應(yīng)女士群體以及解決交通堵塞帶來的麻煩，這樣對于一些夫妻雙方均會(huì)駕車的家庭來說，可謂是兼顧了雙方，體現(xiàn)了“夫妻檔” 。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術(shù)含量，但這類的汽車并不會(huì)在價(jià)格上都高不可攀，比如廣州本田飛度 1.3L CVT 兩廂、南京菲亞特 2004 派力奧 1.3 HL Speedgear、南京菲亞特 西耶那 Speedgear EL 這些“二合一”的車型價(jià)格均在 10 萬元左右，這個(gè)價(jià)格層面還比較低的。 所以，手動(dòng) /自動(dòng)車在普及上還是具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。而汽車廠商和配套的變速器廠家應(yīng)該以此為契機(jī)，根據(jù)市場要求精心打造此類變速器。因?yàn)檫@類變速器是有比較廣闊的市場的。四、無級變速器某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）3當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對于汽車性能的要求是越來越高的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無級變速器便是人們追求的“最高境界” 。無級變速器最早由荷蘭人范·多尼斯（VanDoorne’s）發(fā)明。無級變速系統(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)。通常有些朋友將自動(dòng)變速器稱為無級變速器，這是錯(cuò)誤的。雖然它們有著共同點(diǎn)，但是自動(dòng)變速器只有換檔是自動(dòng)的，但它的傳動(dòng)比是有級的，也就是我們常說的檔，一般自動(dòng)變速器有2～7 個(gè)檔。而無級變速器能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)速比的無級變化，并選定幾個(gè)常用的速比作為常用的“檔” 。裝配該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可在任何轉(zhuǎn)速下自動(dòng)獲得最合適的傳動(dòng)比。本次設(shè)計(jì)的變速器為手動(dòng)變速器。1.3 機(jī)械式變速器的特點(diǎn)機(jī)械式變速器結(jié)構(gòu)簡單，維修維護(hù)方便，造價(jià)低廉，窗洞效率高，工作可靠性強(qiáng)。機(jī)械式變速器分為兩軸式和中間軸式。兩軸式多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置的前驅(qū)的乘用車上，中間軸式為發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)和后置后驅(qū)的中型貨車上。中間軸式機(jī)械效率低，噪聲大。為兩軸式軸和軸承數(shù)少，所以結(jié)構(gòu)簡單，輪廓尺寸小和容易布置等有點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)中的所選擇的汽車及其主要參數(shù)如下所示：表 1-1 變速器設(shè)計(jì)的主要參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)： SQR481FC發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩： 170（N·m ）/4500（r/min）發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率： 95（N·m）/5750（r/min）發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速： 6000r/min主減速比： 4.782驅(qū)動(dòng)輪類型與規(guī)格： 205/65R15汽車最高時(shí)速： 190 Km/h爬坡度： 0.32某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）4第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛的應(yīng)用。2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析2.1.1 中間軸式變速器中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支撐在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上,第一軸上的花鍵用來裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤,而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。圖分別示出了幾種中間軸式變速器的傳動(dòng)方案。各種傳動(dòng)方案的共同特點(diǎn)是:變速器的第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸支撐在第一軸的后端的孔內(nèi),并且保持兩軸軸線在同一直線上,經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接擋。使用直接擋,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)到 90%以上,噪聲低,齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訐醯睦寐室哂谄渌鼡跷?因而提高了變速器的使用壽命;在其它前進(jìn)擋位工作時(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,一擋仍然有較大的傳動(dòng)比;檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng),擋位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng),多數(shù)傳動(dòng)方案中除一擋以外的其它擋位的換檔機(jī)構(gòu),均采用同步器或嚙合套換擋,少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或嚙合套換擋,還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。在除直接擋以外的其它擋位工作時(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)。在擋數(shù)相同的情況下,中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù),軸的支撐方式,換擋方式和倒擋傳動(dòng)方案以及擋位布置順序上有差別。圖 2-1 中間軸式四檔變速器某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）5如圖 2-1 中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別為：圖 2-1a、b 所示方案有四對常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔。第二軸為三點(diǎn)支承，前端支承在第一軸的末端孔內(nèi)，軸的中部和后端分別支承在變速器殼體和附加殼體上。圖 2-1a 所示的傳動(dòng)方案又能達(dá)到提高中間軸和第二軸剛度的目的；圖 2-2c 所示傳動(dòng)方案的二，三，四檔用常嚙合齒輪傳動(dòng)，而一檔和倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔，第二軸為支承點(diǎn)。如圖 2－2 中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案中,圖 2-2a 所示方案中,除一,倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋外,其余各擋為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖 2-2b、c、d 所示的方案的各前進(jìn)擋均采用常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖 2-3d 所示方案中的倒擋和超速擋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噪聲外還可以在不需要超速擋的條件下,很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)擋的變速器。圖 2-3a 所示方案中的一擋,倒擋和圖 2-3b 所示方案中的倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋,其余各擋均為常嚙合齒輪。圖 2-2 中間軸四檔變速器傳動(dòng)方案某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）6圖 2-3 中間軸式六擋變速器傳動(dòng)方案以上各方案中,凡采用嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位,其換擋方式可以用同步器或嚙合套來實(shí)現(xiàn)。同一變速器中,有的擋位用用同步器換擋,有的擋位用嚙合套換擋,那么一定是擋位高的用同步器換擋,擋位低的用嚙合套換擋。發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的承用車采用中間軸式變速器,為縮短傳動(dòng)軸長度,將第二軸加長置于附加殼體內(nèi),如果在附加殼體內(nèi)布置倒擋傳動(dòng)齒輪和換擋機(jī)構(gòu),還能減少變速器主體部分的外形尺寸及提高中間軸和輸出軸的剛度。變速器用圖 2－2c 所示的多支撐結(jié)構(gòu)方案,能提高軸的剛度。這時(shí)如用在軸的平面上可分開的殼體,就能很好的解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。圖 2－2 c 所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài),同時(shí)一擋和倒擋齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里,而中間擋的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。2.1.2 倒擋布置方案與前進(jìn)擋相比，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒擋，故多數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換擋。為了實(shí)現(xiàn)倒擋傳動(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。圖 2-5 倒檔布置方案圖 2－2 為常見的倒擋布置方案。圖 2－2b 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間周的長度；但倒擋時(shí)要求有兩隊(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使倒擋困難，圖 2－2c 所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖 2－2d 所示方案針對前者的缺點(diǎn)作了修改，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擋齒輪做成一體，將齒寬加長 。圖 2－2f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器的軸向長度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖 2－2g 所示方案；其缺點(diǎn)是一，倒擋各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）7中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。 變速器的一擋或倒擋因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力也大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，無論使兩軸式變速器還是中間軸式變 速器的一擋與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支撐處，以便改善上述不良狀況， 然后按照從低擋到高擋的三順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置靠近軸的支撐處。 倒擋設(shè)置在變速器的左側(cè)或右側(cè)，在結(jié)構(gòu)上均能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒擋時(shí)駕駛員移動(dòng)變速桿的方向改變了。為防止以外掛如倒擋，一般在掛倒擋時(shí)設(shè)有一個(gè)掛倒擋時(shí)需要克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕駛員注意。2.2 變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析2.2.1 齒輪型式變速器所用的齒輪有斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪雖然制造時(shí)復(fù)雜、工作時(shí)有軸向力，但因其使用壽命長、工作平穩(wěn)、噪音小而仍然得到廣泛的使用。變速器中的長嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使長嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪用于低檔和倒檔。本次設(shè)計(jì)中除一、倒檔，其余全為斜齒圓柱齒輪2.2.2 換檔結(jié)構(gòu)型式變速器換檔結(jié)構(gòu)型式有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套、同步器等三種。汽車行駛時(shí)各檔齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動(dòng)齒輪方法換檔，會(huì)在齒輪端面產(chǎn)生沖擊，并伴有噪音。這使齒輪端面磨損加劇并過早損壞。同時(shí)使駕駛員精神緊張，而換檔時(shí)的噪音又使汽車的舒適度減低。只有駕駛員用熟練的技術(shù)，使齒輪換檔時(shí)無沖擊，才能克服上述缺點(diǎn)。但是，該瞬間駕駛員注意力被分散，影響行使安全性。因此盡管這種換檔方法結(jié)構(gòu)簡單。除一檔、倒檔外已很少使用。由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪嚙合狀態(tài)，所以可用嚙合套換檔。這時(shí)，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。它們都不會(huì)過早損壞，但不能消除換擋沖擊，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，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩增大。因此，這種換檔方法，目前只在某些要求不高的檔位大貨車變速器上使用。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，而與操作技術(shù)熟練程度無關(guān)，從而提高汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性、和行駛安全性。同上述兩種換檔方法比較，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)使用壽命較短等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛的應(yīng)用。2.2.3 變速器軸承形式變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸承等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用什么軸承，是守結(jié)構(gòu)限制并所受的載荷的點(diǎn)不同而不同。某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）8此次設(shè)計(jì)中采用圓柱滾子軸承。2.2.4 齒輪變位系數(shù)的選擇原則齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。何謂變位？即通過改變標(biāo)準(zhǔn)刀具對齒輪毛坯的徑向位置或改變標(biāo)準(zhǔn)刀具齒槽寬后切制的齒形為非標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形的齒輪。采用變位齒輪，除了避免根切和配湊中心距之外，它還影響齒輪強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗校核能力及齒輪的嚙合噪聲。齒輪的變位分為高度變位和角度變位兩類。高度變位齒輪副的一對嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪齒根部分的強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度相接近的程度。高度變?yōu)榈娜秉c(diǎn)就是不能痛風(fēng)石增加一對齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位既具備了高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免餓其缺點(diǎn)?？傮w變?yōu)橄禂?shù) ξ c=ξ 1+ξ 2越小，一對齒輪的齒根總的厚度越薄，齒根越弱，抗彎曲強(qiáng)度越低。但是由于齒輪的剛度減少，易于吸收沖擊振動(dòng)，故噪聲會(huì)小一點(diǎn)。另外，ξ c值越小，齒輪的齒形重合度越大，這不但有利于較低噪聲，而且由于齒形重合度增大，單齒承受最大載荷的著力點(diǎn)距齒根越近，彎曲力矩越小，相當(dāng)于齒根強(qiáng)度的提高，由于齒根減薄而產(chǎn)生的消弱強(qiáng)度的因素也有所抵消。根據(jù)上述的理由，為降低噪聲，對于變速器中除去一檔、二檔和倒檔以外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用小一些的數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。一般情況下，最高檔和一檔齒輪副的 ξ c可選用-0.2~0.2.隨著檔位的降低，ξ c值應(yīng)該逐擋增大。一、二擋和倒檔齒輪應(yīng)選用較大的 ξ c值，以便獲得高強(qiáng)度齒輪副。一檔齒輪的 ξ c可取 1.0 以上。在本次設(shè)計(jì)中考慮到根切問題，一擋和倒擋采用變位齒輪，其他齒輪不選用變位?？砂凑障旅娴墓絹泶_定：ξ=第三章 變速器主要參數(shù)選擇3.1 中心距 A 的選定對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距 A。對兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距 A。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、體積大小由影響，而且對齒輪的接觸強(qiáng)度由影響。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力越大，齒輪的壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證齒輪必要的接觸強(qiáng)度來確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與反便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一擋小齒輪齒數(shù)不能過少的限制，要求中心距也要大些。還有，變速器中心距取的過小，會(huì)使變速器長度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）9對于中間軸式變速器，初選中心距是可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:A=KA式中，A 為變速器中心距（mm ） ；K A 為中心距系數(shù)，乘用車： KA=8.9~9.3；T emax 為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（N.m） ；i 1 為變速器的一檔傳動(dòng)比；n g 為發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)效率，取 96%。已知手動(dòng)變速器的一檔傳動(dòng)比在 3.5 左右，先取 i1=3.5， Temax=155N.m 帶入上式得出初選中心距的范圍 A=,71.6~ 74.8mm 而此次設(shè)計(jì)中的變速器為乘用車一類，發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)，也可以根據(jù)變速器中心距 A和發(fā)動(dòng)機(jī)的排量的關(guān)系來初選，乘用車中心距在 70~80mm。故綜上，此次設(shè)計(jì)初選中心距為 74mm。外形尺寸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擋機(jī)構(gòu)的布置方案來初步確定。影響殼體軸向尺寸的因素有擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。乘用車四檔變速器殼體的軸向尺寸為（3.0~3.4）A當(dāng)變速器選用的擋數(shù)和同步器較多時(shí)，上述中心距系數(shù)應(yīng)選取上限。為了檢測的方便，中心距 A 最好為整數(shù)。3.2 齒輪參數(shù)3.2.1 模數(shù)的選取齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響他的選取因數(shù)又有很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。選取模數(shù)應(yīng)該遵守以下原則：在變速器中心距相同的情況下，選取較小的模數(shù)，就可以增加齒輪的齒數(shù)，同時(shí)增加齒寬可是齒輪嚙合的重合度增加，并減少齒輪噪聲，所以為了減少噪聲應(yīng)合理減少模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪的應(yīng)該選取一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪要有不同的模數(shù)；減少乘用車齒輪工作噪聲有較為重要的意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng)取得小些；對于貨車減少質(zhì)量比減少噪聲重要，固齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)；變速器低檔應(yīng)選用大些的模數(shù)，其他檔位應(yīng)選用另一種模數(shù)。少數(shù)情況下汽車變速器各檔的齒輪選用相同的模數(shù)。表 3-1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) mn乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量 V/L 貨車的最大總質(zhì)量 ma/t車 型1.0V≤1.6 1.614.0模數(shù) mn/mm 2.25~2.75 2.75~3.0 3.50~4.50 4.50~6.00某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）10所選模數(shù)數(shù)值應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1357—1987 的規(guī)定，見下表。選用時(shí)應(yīng)用第一系列，括號(hào)內(nèi)的模數(shù)盡量不用。表 3-2 汽車變速器常用的齒輪模數(shù)第一系列 1.25 1.5 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00第二系列 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.50 (3.75) 4.50 5.50表 3－1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) nm車型 微型、輕型轎車 中級轎車 中型貨車 重型汽車nm2.25-2.75 2.75-3 3.50-4.5 4.50-6一般情況下，汽車的一、倒擋會(huì)使用較大的模數(shù)，故根據(jù)以上三表格的內(nèi)容，一、倒擋選用模數(shù)為 m=3mm，其余各檔的模數(shù) m=2.75mm3.2.2 壓力角 α齒輪壓力角較小時(shí)，重合度較大并降低了齒輪的剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合是的動(dòng)載荷，是傳動(dòng)平穩(wěn)，有力與降低噪聲；壓力角較大時(shí)可提高齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明：對于直齒輪，壓力角在 28°是強(qiáng)度最高，超過 28°時(shí)強(qiáng)度增加的不多；對于斜齒輪，壓力角在 25°時(shí)強(qiáng)度最高。實(shí)際上因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20°，所以變速器的齒輪采用的壓力角普遍是 20°。嚙合套或同步器的結(jié)合壓力角有 20°、25°、30 °等，但普遍使用 30°的壓力角。所以此次設(shè)計(jì)中的齒輪鎖采用的壓力角為 20°，同步器的壓力角為 30°。3.2.3 螺旋角 β斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意他對齒輪工作噪聲、齒輪的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。實(shí)驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也隨著提高。不過當(dāng)螺旋角大于 30°時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度繼續(xù)上升。因此從高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望有過大的螺旋角，以 15°~25°為宜；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。斜齒輪螺旋角可以在以下提供的范圍內(nèi)選取：中間軸式變速器 22°~34°3.2.4 齒寬 b通常根據(jù)齒輪模數(shù) m（m n）的大小來確定齒寬 b：直齒輪 b=Kcm，K c 為齒寬系數(shù)，為 4.5~8.0斜齒輪 b=Kcmn，K c 取 6.0~8.5某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）11采用嚙合套或同步器換擋時(shí)，其接合齒輪的工作寬度初選是可取 2~4mm。3.3 各檔齒數(shù)的分配與計(jì)算此次所設(shè)計(jì)的手動(dòng)四速變速箱在分配齒數(shù)的時(shí)候，應(yīng)該注意的是各檔齒輪的齒數(shù)應(yīng)該盡可能的不是整數(shù)，以便齒輪均勻磨損。3.3.1 一檔齒輪齒數(shù)的確定手動(dòng)四速變速器，已知：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率 p=95 千瓦，轉(zhuǎn)速 n=6000r/min，最大扭矩 Te=170N.M，確定一檔齒輪齒數(shù)：(1)一檔傳動(dòng)比i1= （3-1）為了求 Z1 和 Z2 的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和 Zh，公式如下：直齒 Zh=斜齒 Zh= （3-2）(2)選取中間軸一檔的齒數(shù)轎車兩軸式變速器一檔傳動(dòng)比 i=3.5～3.8 時(shí)，一檔的齒數(shù)在 Z8=11～17，由于所設(shè)計(jì)為一般中級轎車，載荷平穩(wěn)、可靠性要求一般。一檔齒輪傳動(dòng)比 i=3.5，模數(shù) m=3mm，取一檔主齒輪齒數(shù) Z1=11。由于齒數(shù)為 11，將會(huì)發(fā)生根切，故需要對其進(jìn)行變位，變位系數(shù)ξ=(17-Z 1)/17 = (17-11)/17=0.36Z2= Z1×i1=11×3.5=38.5取整后 Z2=39，重新計(jì)算 i1= Z2 /Z1=39/11=3.545計(jì)算中心距，A=（Z 1+Z2）m=（39+11）× 3=75mm3.3.2 二擋齒輪齒數(shù)的確定i2= （3-3）根據(jù)初選的中心距 A=74，模數(shù)為 m=2.75。初選螺旋角 β=20°帶入上式（3-2）中，Zh==某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）12=47.52取整，Z h=48。先取二擋的傳動(dòng)比 i2=1.8，則帶入式（3-3）中得到，2.8Z 3=48 Z3=17.14，取 Z 3=17則 Z4=48-17=31.然后對中心距 A 進(jìn)行修正由于齒輪齒數(shù)取整后會(huì)使中心距發(fā)生變化，固需要重新計(jì)算中心距：A=Zhmn/2cosβA=74.74為了方便檢測，故中心距應(yīng)當(dāng)取整，取 A=75mm。由于中心距發(fā)生了變化則需要對螺旋角 β 進(jìn)行修正，β=20.27°=20°16＇12＇＇。由于齒數(shù)的取整，傳動(dòng)比發(fā)生了變化，修正后的傳動(dòng)比為 i2=31/17=1.8233.3.3 三檔齒輪齒數(shù)的確定i2= （3-4）先取三檔的傳動(dòng)比為 i3=1.2，則帶入式（3-4）中得到，2.2Z 5=48 Z5=21.8，取 Z 5=22則 Z6=48-22=26.螺旋角不變，為 β=20°16＇12＇＇由于齒數(shù)的取整，傳動(dòng)比發(fā)生了變化，修正后的傳動(dòng)比為 i3=26/22=1.1893.3.4 四檔齒輪齒數(shù)的確定i2= （3-5）該擋為最高檔，選用超速擋，傳動(dòng)比在 0.7~0.9 之間，初選四檔的傳動(dòng)比為 i4=0.85，則帶入式（3-5）中得到，1.85Z 7=48 Z7=25.94，取 Z 7=26 則 Z8=48-26=22.螺旋角不變，為 β=20°16＇12＇＇由于齒數(shù)的取整，傳動(dòng)比發(fā)生了變化，修正后的傳動(dòng)比為 i4=22/26=0.8463.3.5 確定倒檔齒輪齒數(shù)一檔、倒檔齒輪常選用相同的模數(shù)，所以 m=3mm。倒檔齒輪 Z11的齒數(shù)，一般在21～23 之間，可選倒檔齒輪齒數(shù) Z11=22，為避免齒輪 9，與齒輪 10 齒頂圓的接觸，故將齒數(shù) Z9取為 Z9=11，可計(jì)算出輸入軸與倒檔軸的中心距：A＇A＇=1/2m(Z 9+Z11)=1/2 ×3×（11＋22）=49.5mm初選倒檔的傳動(dòng)比為 i 倒 =3.2，i 倒 =Z10Z11/Z11Z9，計(jì)算得出 Z10=35.2，取整后，Z 10=35 重新計(jì)算倒檔傳動(dòng)比，i 倒 = Z10Z11/Z11Z9=35/11=3.182計(jì)算倒檔齒輪與輸出軸的中心距 A＇＇=（Z 10+Z11）m/2=（35+22）×3/2=85.5mm某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）13由于 Z9的齒數(shù)為 11 會(huì)發(fā)生根切，對其進(jìn)行變位，變位系數(shù) x=（17-11）/17=0.36驗(yàn)證中心距：為了保證齒輪 10 與齒輪 9 不發(fā)生接觸，則其兩者齒頂圓直徑之和必須小于 2A。da9=m（Z+2+x）=3×（11+2+0.36）=40.08mmda10=m（Z+2-x）=3×（35+2-0.36）=109.92mm2A-（d a9+ da10）=150-（40.08+109.92）=0mm，會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，故采用短齒齒輪，齒頂高系數(shù) ha取 0.8，再代入上兩式，da9=m（Z+1.6+x）=3×（11+1.6+0.36）=38.88mmda10=m（Z+1.6-x）=3×（35+1.6-0.36）=108.72mm2A-（d a9+ da10）=150-（38.88+108.72）=2.4mm有足夠的空間，不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。3.3.6 各擋齒輪參數(shù)表一、倒擋的齒寬系數(shù)應(yīng)取得稍微大些，因此去 Kc=8，所以一、倒檔的齒寬b=kcm=8×3=24mm。其余各擋的齒寬系數(shù)取 kc=6，b=k cmn=6×2.75/cosβ=15.99，取 b=16mm各擋齒輪的參數(shù)如下表所示：表 3-1 各擋齒輪的參數(shù)擋數(shù) 從動(dòng)齒輪 齒數(shù) 主動(dòng)齒輪 齒數(shù) 中間齒輪 齒數(shù) 齒寬b（mm） 模數(shù) m（mm）螺旋角β（°）傳動(dòng)比 i一擋 39 11 24 3 0 3.545二擋 31 17 16 2.75 20.27 1.823三擋 26 22 16 2.75 20.27 1.189四擋 22 26 16 2.75 20.27 0.846倒擋 35 11 22 24 3 0 3.182某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）14第四章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 齒輪的損壞形式變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、移動(dòng)換擋齒輪端部破壞以及齒面膠合。齒輪折斷發(fā)生在以下幾種情況：齒輪收到足夠大的沖擊載荷作用，造成齒輪彎曲折斷；齒輪在重復(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。前者在變速器中極其少見，而后者出現(xiàn)的多些。齒輪工作時(shí)，一對齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓，這時(shí)存在于齒面細(xì)小裂紋中的潤滑油壓升高，并導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點(diǎn)，稱之為齒面點(diǎn)蝕。它使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，并可能導(dǎo)致齒輪折斷。用移動(dòng)齒輪的方法完成的換擋的低檔和倒檔出論，由于換擋時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪的存在角速度差，換擋瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。負(fù)荷大、齒面相對滑動(dòng)速度又高的齒輪，在接觸壓力大且接觸處產(chǎn)生高溫作用下的情況使齒面間的潤滑油膜遭到破壞，導(dǎo)致齒面直接接觸，在局部高溫、高壓作用下齒面互相熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，稱之為齒面膠合。變速器齒輪的這種破壞出現(xiàn)的較少。4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算（1）直齒輪彎曲應(yīng)力 σ Wσ W= （4-1）式中，σ W為彎曲應(yīng)力（MPa） ；F 1為圓周力（N） ，F(xiàn) 1=2Tg/d；T g為計(jì)算載荷（N.mm） ；d 為節(jié)圓直徑（mm） ；K σ 為集中應(yīng)力系數(shù)，可取近似值 K σ =1.65；K f為摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，對彎曲應(yīng)力的影響也不同：主動(dòng)齒輪 Kf=1.4 從動(dòng)齒輪Kf=0.9；b 為齒寬（mm） ；t 為端面齒距（mm）t=πm，m 為模數(shù)；y 為齒形系數(shù)。應(yīng)為齒輪的節(jié)圓直徑為 d=mz，式中 z 為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)帶入（4-1）后得到當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)倒檔得許用彎曲應(yīng)力在 400~850MPa，承受雙向交變載荷作用的倒檔齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。σ W = （4-2）已知發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為 Temax=170N. m=170000N.mm，輸入軸上的齒輪其 Tg=Temax，輸出軸上的齒輪其 Tg=iTemax計(jì)算一檔主動(dòng)齒輪：齒數(shù) z1=15，已知其正變位為 0.36，取得 y=0.153 齒寬系數(shù)Kc=8，帶入式（4-2） ，一擋的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）15σ w= =492.6Mpa。故滿足許用彎曲應(yīng)力要求。計(jì)算一檔從動(dòng)齒輪：齒數(shù) z2=39，已知其負(fù)變位為 0.36，取得 y=0.128 齒寬系數(shù)Kc=8，帶入式（4-2） ，一擋的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。σ w= = 481.8Mpa滿足許用彎曲應(yīng)力要求。計(jì)算倒主動(dòng)齒輪 Z9：齒數(shù) Z9=11，已知其正變位為 0.36，取得 y=0.153 齒寬系數(shù)Kc=,8，倒擋的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。σ w= = 492.8Mpa滿足許用彎曲應(yīng)力要求。計(jì)算倒從動(dòng)檔齒輪 Z10：齒數(shù) z10=35 已知其負(fù)變位為 0.36，取得 y=0.123 齒寬系數(shù)Kc=8，的許用彎曲應(yīng)力為 400~850Mpa。σ w= = 501.54Mpa滿足許用彎曲應(yīng)力要求。（2）斜齒輪彎曲應(yīng)力 σ wσ W = （4-3）式中，式中，σ W為彎曲應(yīng)力（MPa） ；F 1為圓周力（N） ，F(xiàn) 1=2Tg/d；T g為計(jì)算載荷（N.mm） ；d 為節(jié)圓直徑（mm）d=（m nz）/cosβ，m n為法向模數(shù)（mm） ；K σ 為集中應(yīng)力系數(shù)，可取近似值 K σ =1.50； b 為齒寬（mm） ；t 為法向齒距（mm）t=πm n；y 為齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) Zn=Z/cos3β 查得；K ε 為重合度影響系數(shù)，K ε =2.0。將上述有關(guān)參數(shù)帶入（4-3）后得到σ W = （4-4）當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對乘用車常嚙合和高檔齒輪，許用應(yīng)力在 180~350MPa 的范圍。在計(jì)算常嚙合齒輪時(shí)由于沒有采用變位，所以主、從動(dòng)齒輪的彎曲應(yīng)力大小只差在 y上，而 y 隨著當(dāng)量齒數(shù)的增大而減小，所以計(jì)算時(shí)只要計(jì)算該對齒輪中彎曲應(yīng)力大的，即某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）16齒數(shù)小的那個(gè)齒輪即可。計(jì)算二擋常嚙合齒輪齒輪的彎曲應(yīng)力已知 Z 3=17，K c=6，β=20.27°，Zn=20.6，從表中查的 y=0.128帶入式（4-4） σ w= = 211.17MPa。滿足許用彎曲應(yīng)力要求。計(jì)算三檔常嚙合齒輪的彎曲應(yīng)力已知 Z 5=22，K c=6，β=20.27°，Zn=26.65 從表中查的 y=0.137帶入式（4-4）σ w= =152.45Mpa滿足許用彎曲應(yīng)力要求。計(jì)算四檔常嚙合齒輪的彎曲應(yīng)力已知 Z 8=22，K c=6，β=20.27°，Zn=26.65 從表中查的 y=0.137帶入式（4-4）σ w= =128.98Mpa滿足許用彎曲應(yīng)力要求。2.齒輪接觸應(yīng)力 σ j σ j= 0.418 (4-5)式中，σ j為齒輪的接觸應(yīng)力（MPa） ；F 為齒面法向力（N） ；α 為節(jié)點(diǎn)處壓力角（°） ；E為齒輪材料的彈性模量（MPa） ；b 為齒輪接觸的實(shí)際寬度；ρ Z、ρ b為主、從動(dòng)輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm） ，直齒輪 ρ Z = rzsinα、ρ b = rbsinα，斜齒輪 ρ Z = （r zsinα）/cos2β、ρ b = （r bsinα）/cos 2β；r z、r b為主、從動(dòng)輪節(jié)圓半徑（mm） 。將作用在變速器第一軸上的載荷 Temax/2 作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器的許用接觸應(yīng)力見下表所示：表 4-1 變速器齒輪的接觸應(yīng)力σ j/MPa齒輪滲碳齒輪 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 1300~1400 650~700F=F1/cosα.cosβ某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）17F1=2Tg/d輸出軸上的齒輪其 T g= Temax/2正常嚙合齒輪的節(jié)圓直徑 d 等于分度圓直徑所以 d=mz，齒輪所選用的材料為 20GrMnTi，表面滲碳處理，彈性模量 E=210000(Mpa)將各參數(shù)帶入式（4-5）后計(jì)算得出：一擋齒輪的接觸應(yīng)力為：1301.52MPa倒擋齒輪的接觸應(yīng)力為：1408.12MPa二擋齒輪的接觸應(yīng)力為：1197.93MPa三擋齒輪的接觸應(yīng)力為：1010.77Mpa四擋齒輪的接觸應(yīng)力為：929.77Mpa參照上表，計(jì)算所得出的數(shù)據(jù)滿足齒輪的許用接觸應(yīng)力。綜合齒輪的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力，此次設(shè)計(jì)的齒輪均基本滿足強(qiáng)度要求。變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度和心部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性和抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。在選用剛才及熱處理時(shí)，可對加工性及成本予以考慮。國內(nèi)汽車常用的變速器齒輪材料有 20GrMnTi、20GrMn 2TiB、15MnCr5、20MnCr5、25 MnCr5、28 MnCr5。滲碳齒輪的表面硬度為 58~63HRC，心部硬度為 33~48HRC。本次設(shè)計(jì)中齒輪的材料選用 20GrMnTi，一般設(shè)計(jì)中軸與齒輪的材料選取應(yīng)相同，所以此次設(shè)計(jì)中軸的材料也選用 20GrMnTi。4.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算變速器在工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，變速器的軸承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔爿S會(huì)發(fā)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲的均有不利影響。因此，在設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)，器剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計(jì)階段可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已知條件來初選軸的直徑，然后根據(jù)公式進(jìn)行相關(guān)的剛度和強(qiáng)度方面的驗(yàn)算。4.3.1 初選軸的直徑此次設(shè)計(jì)的變速器為兩軸式四檔變速器，重強(qiáng)度的方面考慮，一擋齒輪處的輸入軸，輸出軸部分器受力最大，所以此次的軸的直徑應(yīng)該是最粗的地方，直徑初選 30mm輸入軸花鍵部分直徑 d（mm）可按下式初選d = K式中，K 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=4.0~4.6；T emax為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（N.m） ，計(jì)算后得出d=21.48mm~24.70mm，先取 d=23mm4.3.2 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算(1)軸的剛度驗(yàn)算對齒輪工作的影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和周在水平面內(nèi)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角。前某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）18者是齒輪的中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正常嚙合；后者是齒輪相互歪斜，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。在計(jì)算時(shí)可以按照下式計(jì)算：fc=fs=δ=F1=F2=Fa=式中，f c為軸在垂直面上內(nèi)的撓度，f s為軸在水平面的撓度，δ 為轉(zhuǎn)角；F 1為齒輪齒寬中間平面的徑向力（N） ；F 2為齒輪齒寬中間平面的圓周力（N）F a為軸向力；i 為傳動(dòng)比，d為齒輪節(jié)圓直徑；α 為節(jié)點(diǎn)處壓力角；β 為螺旋角；E 為彈性模量（MPa） ，E=2.1×105MPa；I 為慣性矩（mm 4） ，對于實(shí)心軸，I=πd 4/64；d 為軸的直徑（mm） ，花鍵處按平均直徑計(jì)算；a、b 為齒輪上的作用力距支座 A、B 的距離（mm） ；L 為支座間的距離（mm） 。軸的全撓度 f= ≤0.2mm。軸在垂直面和水平面撓度的允許值為[f c]=0.05~0.10mm，[f s]=0.10~0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不能超過 0.002rad。(2)軸的強(qiáng)度計(jì)算作用在齒輪是上的徑向力和軸向力，是軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力是軸在水平面內(nèi)彎曲變形。其盈利為σ = 式中，M= (N.mm);d 為軸的直徑(mm)，花鍵取內(nèi)徑；W 為抗彎截面系數(shù)（mm 3） 。某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）19在低檔工作時(shí),[σ]≤400MPa。4.3.3 校核各擋齒輪處軸的強(qiáng)度和剛度在本次設(shè)計(jì)中，由于是兩軸式變速箱，正常工作時(shí)只有一對齒輪嚙合，所以對其總彎矩的計(jì)算可用以下公式：對于直齒輪 M 總 =F 合 ab/L其中 F 合 =M=對于斜齒輪，由于多了一項(xiàng)軸向力，且軸向力產(chǎn)生的彎矩為Ma=1/2Fad M=此次設(shè)計(jì)中，各檔齒輪在軸上的分布情況如下圖所示：圖 4-2 各擋齒輪在軸上的分布狀況及其分度圓半徑各擋齒輪出軸的直徑如下所示：一擋齒輪處軸的直徑 27.5mm某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）20倒檔齒輪處軸的直徑二檔齒輪處軸的直徑三檔齒輪處軸的直徑四檔齒輪處軸的直徑27.5mm平均 26.5mm，花鍵內(nèi)徑 25.5平均 26.5mm，花鍵內(nèi)徑 25.523.5mm1）校核一擋齒輪處軸的強(qiáng)度和剛度，一擋為一對直齒圓柱齒輪的嚙合，已知 d=16.5×2=33mm，T emax=170N.m ， 壓力角 α=20°，螺旋角 β=0°傳動(dòng)比i=3.545，a=191mm，b=24mm，L=215mm，E=210000MPa，I=πd 4/64=28059.53mm4計(jì)算徑向力： F1= = 2×155000×tg20°/（33×cos0°）=3419.11N計(jì)算圓周力： F2 == 2×155000/33=9393.94N計(jì)算軸向力：本次設(shè)計(jì)中由于一擋齒輪是直齒，故沒有軸向力。計(jì)算水平面撓度： fc == 3419.11×1912×242/（3×210000×28059.53×215）= 0.019＜[f c]計(jì)算垂直面撓度： fs == 9393.94×1912×242/（3×210000×28059.53×215）= 0.052＜[f s]軸的全撓度：f == =0.055＜[f]計(jì)算轉(zhuǎn)角： δ == 3419.11×191×24×（191-24）/（3×210000×28059.53×215）= 0.00069rad＜[δ]某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）21校核剛度：F 合 = ==9996.82NM 總 =F 合 ab/L= 9996.82×191×24/215= 213141.5N.mmM== = 263541.43σ = = 32×263541.43/（3.14×27.5 3）= 129MPa＜[σ]綜上計(jì)算內(nèi)容，掛一擋時(shí)，軸滿足強(qiáng)度和剛度的要求。2）校核倒擋齒輪處軸的強(qiáng)度和剛度，已知 d=16.5×2=33mm，T emax=170N.m ， 壓力角 α=20°，螺旋角 β=0°傳動(dòng)比i=3.182，a=161mm，b=54mm，L=215mm，E=210000MPa，I=πd 4/64=28059.53mm4計(jì)算徑向力： F1= = 2×155000×tg20°/（33×cos0°）=3419.11N計(jì)算圓周力： F2 == 2×155000/33=9393.94N計(jì)算軸向力：本次設(shè)計(jì)中由于倒擋齒輪是直齒，故沒有軸向力。計(jì)算水平面撓度： fc == 3419.11×1612×542/（3×210000×28059.53×215）某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）22= 0.048mm＜[f c]計(jì)算垂直面撓度： fs == 9393.94×1612×542/（3×210000×28059.53×215）= 0.132＜[f s]軸的全撓度：f == =0.14＜[f]計(jì)算轉(zhuǎn)角： δ == 3419.11×161×54×（161-54）/（3×210000×28059.53×215）= 0.00084rad＜[δ]校核剛度：F 合 ===9996.82NM 總 =F 合 ab/L= 9996.82×161×54/215= 404243.5N.mmM== = 431176.07N.mσ = = 32×431176.07/（3.14×27.5 3）= 217MPa＜[σ]綜上計(jì)算內(nèi)容，掛倒擋時(shí)，軸滿足強(qiáng)度和剛度的要求。3）校核二擋齒輪處軸的強(qiáng)度和剛度，已知 d=23.375×2=46.75mm，T emax=170N.m ， 壓力角 α=20°，螺旋角β=20.27°傳動(dòng)比某轎車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)（4+1 檔）23i=1.823，a=126.5mm，b=88.5mm，L=215mm，E=210000MPa，I=πd 4/64=24195.39mm4計(jì)算徑