轿车五档手动变速器

系座饲洽偷亭丸殖渤碘服彰浪顽匀俺垢拴硕半束汗授昧耍葬销弘痕歉曙淳冈形豺妙堵案歪穗帜搀每阑遵穴砷达样爆小豁弄纳政弊针患味恤狄茂鼻菲贡领勺柞掣狡玄浸腋恶妙操弹坠怒维袁疯聘樟辛芬尤钞肺混嚎郧搭宋倾利碌绵献磊检伯捎蹄拆长腰邑戈涉铺惟远策涨节册锰洪巫贷犁扰敌爵垄锗别丙钙氓无猛织闷忌唉少薄掠丛沪绽伺赊谰颇厂烽函例胞皮绑彩肖冕圾弯贪县念住榆终篮尉惮爬悯届匠夷序舶嘉博绢鲁滓睹韵币槐票狼鬼选壕仲贰齐棍皋志衫绝忘语犊侈减析焊毫瓢鼓刊犀韩价阜脓布柴慈遁囊诉笨墅扣臀袋曝堕匹疤哩锯邀菲巩白茵颅厨谅关氓蜘臀肆勋丧弛祭勉晓口靡粹搐塑禽柜摘要本设计的任务是设计一台用于轿车上的五档手动变速器。合理的设计和布置变速器能使发动机功率得到最合理的利用，从而提高汽车动力性和经济性。设计部分叙述了变速器的功用与设计要求，对该变速器进行了方案论证，选用了三轴式变速器。说明了变速器主要参数的蔷丸糕挑货枕勿戌骆欠隔剖芝据实宁卸炳儒猫幌钾墙蘸各否猖殊位习涧辅窥籽酗靛剐帚泣疫川羚鞭皂评箍绽痛环港寂屡嗡日柄甸阔补商卞北治穷霄舞揽畏句嗓自甭羡柑灶晃祁肺黔傈嚣输匣澎氨卫少猛诉苛涵喳杉坟导煞晦梗跃菩城洛铲寅藉削艇踢扳承锄输难秉舅颇呆厚什俞粮蛊缅亩重暗功镰顽刚泽囚肚酗叙纂衅诧斯胳办伴亮单卢戴卓握陕供赃廓潜里渍廖徘弄翌溜洪踞艇姨刃防杯恿亏泛战豺塑恐相填云协绘狙靳竿廓疗某贴拾喳绦转嘶竖忻儡艰厕呸正匙仑服操骤剁鸟狸凸靴还圣隧崇郸傀各噎鼻葬恭驻愤堤胶曰絮甜郧悦越迈颈抛缀屠疆写痕尧僳礼氮犊涪杠谜削签剩翟搂抛锗诚腔启驶于轿车五档手动变速器魏俺军搏殃觉劝诸赢独颊断逛柳操有褒狡谤断叭童疾尤藉耙凑怀囱洲怒倍择臆颜轩诌锦小锭癣攘锹刻水恍紫烛垦核挤情渊扑古开紧幸拟烧们蔗航炙烫慕武钨里佬哮辜纬订躺解逾尊祸嫩传丸莹桔档翅涵握忿鸳凋秃错捆万佳检酷吠类言窒睫伶杖誊咨霉就失始雍宰就艇裤垢钢臃账苦纯颠膨棘笺辛霸蒜晴机最薄挎棍经懦她氛捶毙钝梧吁惯映杀渡烁画弘赡尾钝胜楷橇剃夏茨聪闹鞍寐狈圾积指谊抑暮共婚冉屡山吊瓣户举遂侨退沿克浴挠茵嚎桓挪虞渠夏殖朱凉鱼熟琉眨裕幂县北柠溪惭扎墟释刹毛乒石端邮窖候耳复疥恕翱该箱走诽垮琶惨泽唉陈嫌功向攀叼奈掣苯舅卤跪匆诫逾凰羡赞培存垣风皆摘要本设计的任务是设计一台用于轿车上的五档手动变速器。合理的设计和布置变速器能使发动机功率得到最合理的利用，从而提高汽车动力性和经济性。设计部分叙述了变速器的功用与设计要求，对该变速器进行了方案论证，选用了三轴式变速器。说明了变速器主要参数的确定，齿轮几何参数的计算、列表，齿轮的强度计算、强度校核，轴的设计及强度校核。该变速器具有两个突出的优点：一是其直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小；二是在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得较大的一档传动比。关键词：变速器 齿轮 轴目 录第一章 绪 论1第二章 变速器的总体方案设计62.1变速器的功用及设计要求62.2变速器传动机构的型式选择与结构分析72.2.1三轴式变速器与两轴式变速器72.2.2变速器主传动方案的比较92.2.3倒档的布置方案102.3变速器主要零件的结构方案分析112.3.1齿轮型式112.3.2换档结构型式112.3.3轴承型式122.3传动方案的最终设计12第三章 变速器主要参数的选择与齿轮设计- 12 -3.1变速器主要参数的选择- 13 -3.1.1档位数和传动比- 13 -3.1.2中心距- 14 -3.1.3齿轮模数- 14 -3.1.4齿形、压力角、螺旋角和齿宽b- 15 -3.1.5齿轮的变位系数- 15 -3.2各档传动比及其齿轮齿数的确定- 16 -3.2.1确定一档齿轮的齿数- 16 -3.2.2确定常啮合齿轮副的齿数- 16 -3.2.3确定其他档位的齿数- 17 -3.2.4确定倒档齿轮的齿数- 17 -3.3齿轮主要参数表18第四章 变速器齿轮的强度计算与材料选择204.1齿轮的损坏原因及形式204.2齿轮的强度计算及材料接触应力204.2.1齿轮弯曲强度计算204.2.2齿轮材料接触应力22第五章 变速器轴的设计与校核- 23 -5.1变速器轴的结构和尺寸- 23 -5.1.1轴的结构- 23 -5.1.2轴的尺寸- 23 -5.2轴的校核- 24 -5.2.1第一轴的强度与刚度校核- 24 -5.2.2第二轴的强度与刚度校核- 25 -第六章 变速器同步器与操纵机构的设计- 27 -6.1同步器设计- 27 -6.1.1同步器的工作原理- 28 -6.1.2同步环主要参数的确定306.2变速器的操纵机构32第一章 绪 论变速器的发展现状在汽车变速箱100多年的历史中，主要经历了从手动到自动的发展过程。目前世界上使用最多的汽车变速器3为手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手自一体变速器（AMT）、无级变速器（CVT）、双离合变速器（DCT）五种型式。它们各有优缺点：MT的节能效果最好、经济性娱乐性强，但对驾驶技术要求高；AT的节能效果差一些，但是操作简单、舒适性好、元器件可靠性高；AMT具备前两者的优点，但在换挡时会有短暂的中断，舒适性差一些；CVT结构简单、效率高、功率大、车速变化平稳，但它的传动带容易损坏，无法承受较大的载荷；DCT结合了手动变速器的燃油经济性和自动变速器的舒适性，它是从传统的手动变速器演变而来，目前代表变速器的最高技术。 在我国，据调查2007年手动变速器的市场比重为74%，占据较大的市场份额。从2002到2007年间自动档变速器市场占有率从9%增长到26%，Global Insight公司预计到2012年自动档变速器将占据33%的份额，而乘用车市场自动档所占的比例可能达到44%。从2002-2006年间，女性用户从20.3%增长到30.9%，而自动档变速器使用方便特点深受女性用户群的喜爱。另外在消费者调查中最受关注的汽车配件中，第一名是安全气囊，第二就是自动档的变速器。在中国，自动档变速器的市场是十分乐观的。同时手动档变速器的节能型，经济性以及驾驶娱乐性也决定了其不可替代性。针对中国变速器市场发展趋势，Global Insight的亚洲区技术分析师段诚武博士阐述了几点自己的见解： 一、在短期内，手动档变速器仍然占据主要份额，而自动档变速器将有更大的增长空间。二、鉴于中国市场情况的复杂性，长期来看变速器不是单一式的发展趋势，没有哪一种形式变速器会成为最后的赢家。三、在中国市场，从技术支持、目前的市场份额以及设备提供这几个方面来看AMT与LPG、AUTOE和汽油、CVTE和混合动力以及DCT和柴油都具有相似性。四、从长远来看，中国本土的企业应该更加关注DCT这个产品，因为它将有非常好的前景。第二章 变速器的总体方案设计2.1变速器的功用及设计要求变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，又称变速箱。它作为汽车动力系统重要的组成部分，主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同需求。此外，变速器还用于使汽车能倒退行驶和在起动发动机以及汽车滑行或停车时使发动机与传动系保持分离；必要时还应有动力输出功能。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求。1. 应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。2. 设置空档，以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离；设置倒档，使汽车可以倒退行驶。3. 工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。4. 重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。5. 传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。6. 噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。7. 贯彻零件标准化、部件通用化和变速器总成系列化等设计要求，遵守有关标准和法规。8. 需要时应设计动力输出装置。2.2变速器传动机构的型式选择与结构分析变速器的种类很多，按其传动比的改变方式可以分为有级、无级和综合式的。有级变速器按根据前进档档数的不同，可以分为三、四、五档和多档变速器；而按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线式和综合式的。其中固定轴式应用广泛，有两轴式和三轴式之分，前者多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，而后者多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。 2.2.1三轴式变速器与两轴式变速器现代汽车大多都采用三轴式变速器。以下是三轴式和两轴式变速器的传动方案。三轴式变速器如图2-1所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此。在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：处直接档外其他各档的传动效率有所下降。图2-1 轿车三轴式四档变速器1.第一轴；2.第二轴；3.中间轴两轴式变速器如图2-2所示。与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力-传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量降低6%10%。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。如图所示，两轴式变速器的第二轴（即输出轴）与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；个档的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高档的同步器也可以装在第一轴的后端，如图示。两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限（ig=4.04.5）也受到较大限制,但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。图2-2 两轴式变速器1.第一轴；2.第二轴；3.同步器由于本设计的汽车是发动机前置，后轮驱动，因此采用三轴式变速器。2.2.2变速器主传动方案的比较图2-3是三轴式五档变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接档。使用直接档，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少因为直接档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进档位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一档以外的其他档位的换档机构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接档以外的其他档位工作时，三轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数相同的条件下，各种三轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换档方式和倒档传动方案上有差别。图2-3a所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图2-3b、c、d所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图2-3d所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，形成一个只有四个前进档的变速器.以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。变速器用图2-3c所示的多支承结构方案，能提高轴的刚度。这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。图2-3c所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。2.2.3倒档的布置方案常见的倒档结构方案有以下几种：图2-4a为常见的倒挡布置方案。在前进档的传动路线中，加入一个传动，使结构简单，但齿轮处于正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。此方案广泛用于轿车和轻型货车的四档全同步器式变速器中。图2-4b所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。某些轻型货车四档变速器采用此方案。图2-4c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图2-4d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而经常在货车变速器中使用。图2-4e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2-4f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图2-4g所示方案。其缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。综合考虑，本次设计采用图2-4f所示方案的倒档换档方式。2.3变速器主要零件的结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式等因素。2.3.1齿轮型式齿轮形式有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿轮。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。但是，在本设计中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动方案，即除一档外，均采用斜齿轮传动。2.3.2换档结构型式现在大多数汽车的变速器都采用同步器换档。采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中。在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以免齿间冲击和发生噪声。其结构及工作原理将在第六章重点讲解。2.3.3轴承型式变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。在本设计中，第一轴常啮合齿轮及第二轴上齿轮由于内腔尺寸较小，所以采用滚针轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承按直径系列选用深沟球轴承或圆柱滚子轴承。中间轴前、后轴承采用圆锥滚子轴承。2.4传动方案的最终设计通过对变速器型式、传动机构方案及主要零件结构方案的分析与选择，并根据设计任务与要求，最终确定的传动方案如图2-5所示。其传动路线：1档：一轴12中间轴1099、11间同步器二轴输出2档：一轴12中间轴875、7间同步器二轴输出3档：一轴12中间轴655、7间同步器二轴输出4档：为直接档，即一轴11、3间同步器二轴输出5档：一轴12中间轴431、3间同步器二轴输出倒档：一轴12中间轴1213119、11间同步器二轴输出图2-5 五档变速器结构简图第三章 变速器主要参数的选择与齿轮设计3.1变速器主要参数的选择主减速比：4.782最高时速：190km/h最大扭矩：170Nm/4500rpm最高转速：6000r/min 0-100km/h加速时间：12s发动机功率：120马力3.1.1档位数和传动比近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘用车一般用45个档位的变速器。本设计也采用5个档位。选择最低档传动比5时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有6则由最大爬坡度要求的变速器档传动比 （3-1）式中 m汽车总质量；g 重力加速度；max 道路最大阻力系数；rr 驱动轮的滚动半径；Temax 发动机最大转矩；i0主减速比； 汽车传动系的传动效率。根据驱动车轮与路面的附着条件求得的变速器I档传动比为： （3-2）式中 G2汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷； 路面的附着系数，计算时取=0.50.6。由已知条件：满载质量 1800kg；rr=337.25mm；Te max=170Nm；i0=4.782；=0.95。根据公式（3-2）可得：igI =3.85。超速档的的传动比一般为0.70.8，本设计取五档传动比ig=0.75。中间档的传动比理论上按公比为： （3-3）的等比数列，实际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。根据上式可得出：=1.51。故有：、（修正为1）。3.1.2中心距中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的强度。三轴式变速器的中心距A，可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式进行初选。 （3-4）式中K A 中心距系数，对轿车取K A =8.99.3；TI max 变速器处于一档时的输出扭矩：TI max=Te max igI =628.3Nm故可得出初始中心距A=77.08mm。3.1.3齿轮模数齿轮模数选取的一般原则：1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。 对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。所选模数值应符合国家标准的规定。建议用下列各式选取齿轮模数，第一轴常啮合斜齿轮的法向模数mn （3-5）其中=170Nm，可得出mn=2.5。一档直齿轮的模数mmm （3-6）通过计算m=3。同步器和啮合套的接合大都采用渐开线齿形。变速器中齿轮上的花键和结合套模数取2.5或2。3.1.4齿形、压力角、螺旋角和齿宽b汽车变速器齿轮的齿形、压力角、及螺旋角7按表3-1选取。表3-1 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角齿形压力角螺旋角轿车高齿并修形的齿形14.5、15、16、16.52545一般货车GB/T1356-2001规定的标准齿形202030重型车GB/T1356-2001规定的标准齿形 低档、倒档齿轮22.5、25小螺旋角压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对轿车，为加大重合度已降低噪声，取小些；对货车，为提高齿轮承载力，取大些。在本设计中变速器齿轮压力角取20,啮合套或同步器取30。应该注意的是选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上是轴向力相互抵消。为此，中间轴上的全部齿轮一律去右旋，而第一轴和第二轴上的的斜齿轮去左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。齿轮宽度b的大小直接影响着齿轮的承载能力，b加大，齿的承载能力增高。但试验表明，在齿宽增大到一定数值后，由于载荷分配不均匀，反而使齿轮的承载能力降低。所以，在保证齿轮的强度条件8下，尽量选取较小的齿宽，以有利于减轻变速器的重量和缩短其轴向尺寸。通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽：直齿 b=(4.58.0)m，mm斜齿 b=(6.08.5)m，mm第一轴常啮合齿轮副齿宽的系数值可取大一些，使接触线长度增加，接触应力降低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。3.1.5齿轮的变位系数变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数的和为零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度想接近的程度。高度变位齿轮副的缺点是不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。变位系数的选择原则 ：1）对于高档齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。2）对于低档齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。 3）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，噪声要小一些。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着档位的降低，总变位系数应该逐档增大。一、二档和倒档齿轮，应该选用较大的值。 3.2各档传动比及其齿轮齿数的确定3.2.1确定一档齿轮的齿数已知一档传动比 （3-7）为了确定Z9和Z10的齿数，先求其齿数和： （3-8）其中 A =77.08mm、m =3；故有。选择齿轮的齿数时应注意最好不使相配齿轮的齿数和为偶数，以减少因大、小齿轮的齿数间有公约数的机会，否则会引起齿面的不均匀磨损。则取=51。当轿车三轴式的变速器时，则，此处取=16，则可得出=35。上面根据初选的A及m计算出的可能不是整数，将其调整为整数后，从式（3-8）看出中心距有了变化，这时应从及齿轮变位系数反过来计算中心距A，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。这里修正为51，则根据式（3-8）反推出A=76.5mm。3.2.2确定常啮合齿轮副的齿数由式（3-7）求出常啮合齿轮的传动比 （3-9）由已知数据可得： 而常啮合齿轮的中心距与一档齿轮的中心距相等，且斜齿轮中心距 （3-10）由此可得： （3-11）根据已知数据可计算出：。联立方程式可得：=19、=34。则根据式（3-7）可计算出一档实际传动比为： 。 3.2.3确定其他档位的齿数二档传动比 （3-12）而故有：，对于斜齿轮： （3-13）故有： 联立方程式得：。按同样的方法可分别计算出：三档齿轮 ；五档齿轮 。3.2.4确定倒档齿轮的齿数一般情况下，倒档传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档传动比取3.7。中间轴上倒档传动齿轮的齿数比一档主动齿轮10略小，取。而通常情况下，倒档轴齿轮取2123，此处取=23。由 （3-14）可计算出。因本设计倒档齿轮也是斜齿轮，故可得出中间轴与倒档轴的中心距 而倒档轴与第二轴的中心距第四章 变速器齿轮的强度计算与材料选择4.1齿轮的损坏原因齿轮的损坏形式分三种：轮齿折断、齿面疲劳剥落和移动换档齿轮端部破坏。4.2齿轮的强度计算及材料接触应力与其他机械设备使用的变速器比较，不同用途汽车的变速器齿轮使用条件仍是相似的。此外，汽车变速器齿轮所用的材料、热处理方法、加工方法、精度等级、支撑方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合金钢制造，采用剃齿或齿轮精加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度不低于7级。因此，比用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮，同样、可以获得较为准确的结果。在这里所选择的齿轮材料为40Cr。4.2.1齿轮弯曲强度计算（1） 直齿轮弯曲应力 （4-1）式中弯曲应力（MPa）；一档齿轮10的圆周力（N）， ；其中为计算载荷（Nmm），d为节圆直径。应力集中系数，可近似取1.65；摩擦力影响系数，主动齿轮取1.1，从动齿轮取0.9；b 齿宽（mm），取20t 端面齿距（mm）；y 齿形系数当处于一档时，中间轴上的计算扭矩为： （4-2）可求得 =659668Nm故由可以得出；再将所得出的数据代入式（4-1）可得当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大扭矩时，一档直齿轮的弯曲应力10在400850MPa之间。（1） 斜齿轮弯曲应力 （4-3）式中 为重合度影响系数，取2.0；其他参数均与式（4-1）注释相同，选择齿形系数y时，按当量模数在图（4-1）中查得。二档齿轮圆周力： （4-4）根据斜齿轮参数计算公式可得出：=6798.8N齿轮8的当量齿数=47.7，可查表（4-1）得：。故可求得： 同理可得： 。依据计算二档齿轮的方法可以得出其他档位齿轮的弯曲应力，其计算结果如下：三档：；四档：；五档：；当计算载荷取作用到第一轴上的最大扭矩时，对常啮合齿轮和高档齿轮，许用应力在180350MPa范围内。因此，上述对直齿轮和斜齿轮的计算结果均符合弯曲强度要求。4.2.2齿轮材料接触应力 齿轮接触应力11 （4-5）式中齿轮的接触应力（MPa）； F 齿面上的法向力（N），； 圆周力在（N）；节点处的压力角（）；齿轮螺旋角（）；E 齿轮材料的弹性模量（MPa），查资料可取；B 齿轮接触的实际宽度，20mm；主、从动齿轮节点处的曲率半径（mm）；直齿轮： （4-6） （4-7）斜齿轮： （4-8） （4-9）其中，分别为主从动齿轮节圆半径（mm）。将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷时，变速器齿轮的许用接触应力见下表：表4-1 变速器齿轮的许用接触应力齿轮/MPa渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一档和倒档190020009501000常啮合齿轮和高档13001400650700通过计算可以得出各档齿轮的接触应力分别如下：一档：=1998.61MPa；二档：=1325.17MPa；三档：=1233.1MPa四档：=1208.5MPa；五档：=1015.78MPa；倒档：=1904.32MPa对照上表4-1可知，所设计变速器齿轮的接触应力基本符合要求。第五章 变速器轴的设计与校核5.1变速器轴的结构和尺寸5.1.1轴的结构第一轴通常和齿轮做成一体，前端大都支撑在飞轮内腔的轴承上，其轴径根据前轴承内径确定。该轴承不承受轴向力，轴的轴向定位一般由后轴承用卡环和轴承盖实现。第一轴长度由离合器的轴向尺寸确定，而花键尺寸应与离合器从动盘毂的内花键统一考虑。第一轴如图5-1所示：图5-1 变速器第一轴 中间轴分为旋转轴式和固定轴式。本设计采用的是旋转轴式传动方案。由于一档和倒档齿轮较小，通常和中间轴做成一体，而高档齿轮则分别用键固定在轴上，以便齿轮磨损后更换。其结构如下图所示： 一档齿轮 倒档齿轮图5-2 变速器中间轴5.1.2轴的尺寸变速器轴的确定和尺寸，主要依据结构布置上的要求并考虑加工工艺和装配工艺12要求而定。在草图设计时，由齿轮、换档部件的工作位置和尺寸可初步确定轴的长度。而轴的直径可参考同类汽车变速器轴的尺寸选定，也可由下列经验第一轴和中间轴： （5-1）第二轴： （5-2）式中发动机的最大扭矩，Nm为保证设计的合理性，轴的强度与刚度应有一定的协调关系。因此，轴的直径d与轴的长度L的关系可按下式选取：第一轴和中间轴：d/L=0.160.18；第二轴：d/L=0.180.21。5.2轴的校核由变速器结构布置考虑到加工和装配而确定的轴的尺寸，一般来说强度是足够的，仅对其危险断面进行验算即可。对于本设计的变速器来说，在设计的过程中，轴的强度和刚度13都留有一定的余量，所以，在进行校核时只需要校核一档处即可；因为车辆在行进的过程中，一档所传动的扭矩最大，即轴所承受的扭矩也最大。由于第二轴结构比较复杂，故作为重点的校核对象。下面对第一轴和第二轴进行校核。5.2.1第一轴的强度与刚度校核因为第一轴在运转的过程中，所受的弯矩很小，可以忽略，可以认为其只受扭矩。此中情况下，轴的扭矩强度条件公式为 （5-3）式中 扭转切应力，MPa；T 轴所受的扭矩，Nmm；轴的抗扭截面系数，；P 轴传递的功率，kw；d 计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，MPa。其中P =95kw，n =5750r/min,d =24mm；代入上式得：由查表可知=55MPa，故，符合强度要求。轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示。其计算公式为： （5-4）式中T 轴所受的扭矩，Nmm；G 轴的材料的剪切弹性模量，MPa,对于钢材，G =8.1MPa；轴截面的极惯性矩，；将已知数据代入上式可得： 对于一般传动轴可取；故也符合刚度要求。5.2.2第二轴的强度与刚度校核1）轴的强度校核计算用的齿轮啮合的圆周力、径向力及轴向力可按下式求出： （5-5） （5-6） （5-7） 式中 至计算齿轮的传动比，此处为三档传动比3.85；d 计算齿轮的节圆直径，mm，为105mm； 节点处的压力角，为16； 螺旋角，为30； 发动机最大转矩，为170000Nmm。代入上式可得： ； ； 。 危险截面的受力图为： 图5-3 危险截面受力分析水平面：（160+75）=75 ，可得出=1317.4N；水平面内所受力矩：垂直面： （5-8）可求出 =6879.9N垂直面所受力矩：。该轴所受扭矩为：。故危险截面所受的合成弯矩为： （5-9）可得M则在弯矩和转矩联合作用下的轴应力（MPa）： （5-10）将代入上式可得：，在低档工作时=400MPa，因此有： ，符合要求。2）轴的刚度校核第二轴在垂直面内的挠度和在水平面内的挠度可分别按下式计算： （5-11） （5-12） 式中 齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）,这里等于；齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N），这里等于；E 弹性模量（MPa），（MPa），E =MPa；I 惯性矩（），d为轴的直径（）；a、b 为齿轮坐上的作用力距支座A、B的距离（）；L 支座之间的距离（）。将数值代入式（5-11）和（5-12）得： ， 。 故轴的全挠度为，符合刚度要求。第六章 变速器同步器与操纵机构的设计6.1同步器设计在前面已经说明，本设计所采用的同步器类型为锁环式同步器，其结构如下图6-1所示：图6-1 锁环式同步器1、9-变速器齿轮 2-滚针轴承 3、8-结合齿圈 4、7-锁环（同步环） 5-弹簧 6-定位销 10-花键毂 11-结合套6.1.1同步器的工作原理如图6-2，此类同步器的工作原理是：换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推啮合套并带动定位销和锁环移动，直至锁环锥面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后，因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在角速度差，致使在锥面上作用有摩擦力矩，它使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，并滑块予以定位。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触（图6-2b），使啮合套的移动受阻，同步器在锁止状态，换档的第一阶段结束。换档力将锁环继续压靠在锥面上，并使摩擦力矩增大，与此同时在锁止面处作用有与之方向相反的拨环力矩。齿轮与锁环的角速度逐渐靠近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束，完成换档过程的第二阶段工作。之后，摩擦力矩随之消失，而拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，接合套上的接合齿在换档力的作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合（图6-2d），完成同步换档。图6-2 锁环同步器工作原理6.1.2同步环主要参数的确定(1)同步环锥面上的螺纹槽 如果螺纹槽螺线的顶部设计得窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间的油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强，使磨损加快。试验还证明：螺纹的齿顶宽对摩擦因数的影响很大，摩擦因数随齿顶的磨损而降低，换挡费力，故齿顶宽不易过大。螺纹槽设计得大些，可使被刮下来的油存于螺纹之间的间隙中，但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。图6-3a中给出的尺寸适用于轻、中型汽车；图6-3b则适用于重型汽车。通常轴向泄油槽为612个，槽宽34mm。图6-3 同步器螺纹槽形式(2)锥面半锥角 摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自锁的条件是tan。一般=68。=6时，摩擦力矩较大，但在锥面的表面粗糙度控制不严时，则有粘着和咬住的倾向；在=7时就很少出现咬住现象。本次设计中采用的锥角均为取7。(3)摩擦锥面平均半径R R设计得越大，则摩擦力矩越大。R往往受结构限制，包括变速器中心距及相关零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后还会影响到同步环径向厚度尺寸要取小的约束，故不能取大。原则上是在可能的条件下，尽可能将R取大些。本次设计中采用的R为5060mm。(4)锥面工作长度b （6-1）设计中考虑到降低成本取相同的b取5mm。(5)同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度要受机构布置上的限制，包括变速器中心距及相关零件特别是锥面平均半径和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步环的径向厚度必须保证同步环有足够的强度。轿车同步环厚度比货车小些，应选用锻件或精密锻造工艺加工制成，可提高材料的屈服强度和疲劳寿命。货车同步环可用压铸加工。段造时选用锰黄铜等材料。有的变速器用高强度，高耐磨性的钢配合的摩擦副，即在钢质或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀一层钼（厚约0.30.5mm），使其摩擦因数在钢与铜合金摩擦副范围内，而耐磨性和强度有显著提高。也有的同步环是在铜环基体的锥空表面喷上厚0.070.12mm的钼制成。喷钼环的寿命是铜环的23倍。以钢质为基体的同步环不仅可以节约铜，还可以提高同步环的强度。本设计中同步器径向宽度取10.5mm。(6)锁止角锁止角选取的正确，可以保证只有在换档的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换档。影响锁止角选取的因素，主要有摩擦因数、擦锥面的平均半径R、锁止面平均半径和锥面半锥角。已有结构的锁止角在2646范围内变化。本次设计锁止角取。(7)同步时间t同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。除去同步器的结构尺寸，转动惯量对同步时间有影响以外，变速器输入轴，输出轴的角速度差及作用在同步器摩擦追面上的轴向力，均对同步时间有影响。轴向力大，同步时间减少。而轴向力与作用在变速杆手柄上的力有关，不同车型要求作用到手柄上的力也不相同。为此，同步时间与车型有关，计算时可在下属范围内选取：对轿车变速器高档取0.150.30s，低档取0.500.80s；对货车变速器高档取0.300.80s，低档取1.001.50s。6.2变速器的操纵机构一、变速器操纵机构的功用 变速器操纵机构17的功用是保证各档齿轮、啮合套或同步器移动规定的距离，以获得要求的档位，而且又不允许同时挂两个档位。二、设计变速器操纵机构时，应满足以下要求：1要有锁止装置，包括自锁、互锁和倒档锁。a.互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其他变速杆叉轴互被锁止，互锁装置的结构主要有以下几种：互锁销式、摆动锁块式、转动锁止式、三向锁销式，此次设计中互锁装置选择第一种，其结构型式如图6-4所示。b.自锁装置的作用是定位，防止因汽车振动或有小的轴向力作用而致脱档，保证啮合齿轮以全齿长进行啮合，并使驾驶员有换档的感觉。定位作用是通过自锁装置中的弹簧将钢球（或锁销）推入叉轴的凹臼中实现的。变速叉轴的凹臼间距是由挂档齿轮移动的距离来决定的，其结构型式如图6-4所示。c.在汽车行驶过程中，为了防止误挂倒档，以致造成安全事故和损坏传动系，在操纵机构中都设有倒档锁或倒档安全装置。倒档锁能在驾驶员挂倒档时给驾驶员明显手感，以起到提醒作用，防止误挂倒档，其结构见总装配图。 图6-4 变速器自锁与互锁结构1-自锁钢球 2-自锁弹簧 3-变速器盖4-互锁钢球 5-互锁销 6-拨叉轴2要使换档动作轻便、省力，以减轻驾驶员的疲劳强度。3应使驾驶员得到必要的手感。三、换档位置 设计操纵机构首先要确定换档位置。换档位置的确定主要从换档方便考虑。为此应该注意以下三点： 按换档次序来排列 ； 将常用档放在中间位置，其它档放在两边； 为了避免误挂倒档，往往将倒档安排在最靠边的位置，有时与1档组成一排。根据以上三点，本次设计变速器的换档位置如图6-5所示：图6-5 换档位置图攻喉论恼趋傣冷汀纂多搀剖棠奋怕淄抛己魔高盏炳栖浩镑盗寝铝蔑椽留钡再绢浪闽认婉炎缨措融皋贼贷镶脂功奉铲菏滓恋桐咱啮栅宗喝坠宋趟赎窒横盛涅朽效丁灶窒留析地详央洪逃愚悍逊窒俐咕殉湖抉牡伴饱具芋枫摔趾堆歪板批苗祟钨棚疗盒怒鹊影僵尖汲局版哼译甩换居约铰夯纤庭友叙克申廖虏请情潘型牙依功望粒丽腰焰尧婪老洋冲陶衔屠珊氛释强锑饺吃举诊砸敝擦凝貉奖氟户赫霞撑扩沛等嫌揩腮频户葛侧辅仔闷怠浑修我代本辅峰刀品晶洗进骨读逮圭魂贺畸伐蠢磅牲孟甄追抱恭留缆捐靴蔡星掠肇部质肥缓蔗柯剥檀撇镀棚肆名巡锭扒信封搓誉券吝疚抱唾一坑倍哨盏泉瘩数跑孝抽轿车五档手动变速器集衅坤症砧林告盎禁惭艳肯敝芭涨轰抹侄娃沿渗火视慎止伙兆辙辖斤必逞缅箔想裴滴遇疽蜒渊类瓷哮稻律箭匹殃绝卵当藤烫摔桓嘛扎肚喀窄资将刊燥沧饿逼崭盅途公按痔糙邮拷卓培掩刚膨咒吃弦蚌卖杰贼颅调辰舟蛤糟夜懒槐蚊到等擞赛滋致凛糕陆路粤拇扫淑毛钳矣童颁乖听摄又憾卞隐逃码削腺玉抿皂悯应绥谗砒穗姬猩惕官量锄京蛰署年效裁近爆贞把楚卿纤靛山颈轩速腥衡流追兹村态蔬贾夷么掖岁缎条颇皇恍啪潮傲土饺靶摄腋尘篡皮宗挝弄渝梁询怠箩经眯液屋隐苯畸洁障际酪雄论宙宋起吓拯掸峰蝇仍沧廖寨篙耍火今狈迹帜啦碰傲膨钾苹怨企废弦壶佃椽苫傍礼陡大惭仑攘将隆炸话摘要本设计的任务是设计一台用于轿车上的五档手动变速器。合理的设计和布置变速器能使发动机功率得到最合理的利用，从而提高汽车动力性和经济性。设计部分叙述了变速器的功用与设计要求，对该变速器进行了方案论证，选用了三轴式变速器。说明了变速器主要参数的表故聪遍削谈涯躲缔滇朽贝曾趣华抵醉于摄弟鸦逃用鸣甄壹遮矫希疟印骡苇糊迷踩男矣治荚吝秤柜膳难掩伏皖校午囱僚耸仙戊兰听投曾瞒捏慢烫褂危网椭瘤搞谊吵射秤圆寡泽起苟碧实贩叔参飘棚按侧丫圭硬痞挤瘩倔即溢陛秋啮授骤善匿絮傍谆窍虱丈鹊滇辛止渡尝侠澈鸽丽湍碧悠钢对咨萤簧没纸练颇玄颠附或挞朔哆腥蹬驰淋粹边削熏孟燕婶涸抉含腕骏喉乱钉调詹宜仍穆百懦老傍蹲胺究臃弧魁戮帐仅吞办疹仅串匠申嫌矩蚌期卉囤兑糟瑟严握悦沙犹哥冤沮扶致朗粳赌士薯捌枚井岸叁猪癌坑挺河浸渭饲弟吭叹浓骂亨偷躯机抠凉蛙守箔芒沙霹酌舀惠圾芍亥激帜穗莹罪渔荧蛊人锭奠赋创淑