低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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It designs the low-speed truck’s movement characteristic. The automobile quality parameters are determined, according to the automobile system design, choosing the appropriate engine, and calculating the maximum speed. When design the transmission, first, we choose the standard gear modulus and determine all speed’s proportions after we choose the number of the transmission’s gears and the first gear, then calculate the gear’s parameter and the center distance, and the gear needs the intensity checking calculation. We determine gear’s structure, then complete drawing of the gears’ component. According to the empirical formula, we preliminary carry on the checking calculation to each gear’s rigidity and the intensity to determine the axis’ structure and size, and thus draw up various axis’ component drawing. After arranged structure and compared with the similar type of vehicle’s bearing, according to the national standard, we select the appropriate bearings, and then calculate the service life of the bearings. Finally drawing of the component and the assembly of the transmission are completed. Because the transmission gear is the standard gear and the number of gears and speed’s proportions match to the engine conditions, which ensure the necessary power and economy. This transmission has many merits of simple operation, efficient, easy manufacturing, low cost, and convenient. Key words: Low-speed Truck；Transmission；Design 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析 學號： 2010963141 姓名： 朱翔宇 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 彭銳濤 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 變速箱是由裝在變速箱殼體內(nèi)各軸上不同齒數(shù)的齒輪和操縱機構(gòu)組成的。根據(jù)需要將不同軸上不同齒數(shù)的齒輪嚙合在一起，進行變速和改變從動齒輪的轉(zhuǎn)動方向，達到改變扭矩、轉(zhuǎn)速和行駛方向的目的。變速箱可以改變傳動比，實現(xiàn)倒擋和實現(xiàn)空擋。 設(shè)計內(nèi)容：為低速載重型汽車設(shè)計變速箱，要求變速箱具備：1）4個前進擋，1個倒退擋，各擋的傳動比必須符合作業(yè)對速度和牽引力的要求；2）換擋方便，不允許出現(xiàn)同時掛兩個擋，自動脫擋和跳擋的現(xiàn)象。變速箱的操縱機構(gòu)設(shè)計包括換擋機構(gòu)設(shè)計和鎖定機構(gòu)設(shè)計兩部分。鎖定機構(gòu)設(shè)計包括自鎖機構(gòu)設(shè)計，互鎖機構(gòu)設(shè)計和聯(lián)鎖機構(gòu)設(shè)計。設(shè)計過程中要對齒輪進行強度校核；對軸進行強度和剛度校核；對軸承進行壽命和極限轉(zhuǎn)速校核。 技術(shù)參數(shù)：發(fā)動機功率4.1Kw，發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速1500r/min，變速箱輸出扭矩為75740N×mm；傳動比是I擋6.40、II擋3.09、III擋1.69、IV擋1.0、倒擋8.28。理論行駛速度：I擋3.42、II擋6.32、III擋10.42、IV擋19.30。 基本要求：獨立完成設(shè)計內(nèi)容，提交一份字數(shù)8000字以上按標準格式編制的設(shè)計說明書，里面包含英文摘要及一邊與設(shè)計相關(guān)的英文文獻翻譯資料。采用Solidworks建立變速箱模型，同時提供整體二維裝配圖以及其他重要部件的零件圖。 二、重點研究的問題 變速箱的設(shè)計與三維建模 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 資料收集 3.11 2 畢業(yè)設(shè)計開題 3.11~3.17 3 方案確定 3.22 4 設(shè)計計算 4.15 5 畢業(yè)設(shè)計中期檢查 4.15~4.21 6 三維建模及裝配 5.5 7 完善設(shè)計、翻譯及論文撰寫 5.25 8 畢業(yè)答辯 5.25~6.2 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻 [1].林幕義，張福生主編，車輛底盤構(gòu)造與設(shè)計[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007. [2].濮良貴，紀民剛主編，機械設(shè)計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [3].高連興主編，拖拉機汽車學（下冊：車輛底盤與理論）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009. [4].陳開考主編，自動變速箱原理與檢修[M].杭州：浙江大學出版社，2007. [5].孫雷主編，汽車傳動系統(tǒng)的檢測與修復(fù)[M].上海：上海交通大學出版社，2012. [6].曾文主編，汽車傳動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008. [7].賀萍主編，汽車傳動技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009. [8].陳紅陽主編，看圖學修汽車手動變速傳動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013. [9].程闊華主編，汽車變速器[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012. [10].郭海龍主編，汽車手動與自動變速器及驅(qū)動橋系統(tǒng)維修[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007. [11].陳超祥主編,SolidWorks Motion運動仿真教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012. [12].程超祥主編,SolidWorks Simulation基礎(chǔ)教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012. [13].CAD\CAM\CAE技術(shù)聯(lián)盟.Solid Works 2012中文版從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2012. 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文 題 目： 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目：低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： 2010963141 姓 名： 朱翔宇 指導(dǎo)教師： 彭銳濤 完成日期： 2014年5月25日 湘 潭 大 學 ? 興湘學院 ? ? 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題 目 低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析 姓 名 朱翔宇 學號 2010963141 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 四班 指導(dǎo)教師 彭銳濤 職稱 院長助理 填寫時間 2014年 3 月20日 ? ? ? ? ? 201 4 年 3月 本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 ? 學 生 姓 名 朱翔宇 學 號 2010963141 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指 導(dǎo) 教 師 彭銳濤 職 稱 教授 所在系 機電系 課 題 來 源 自擬課題 課題 性質(zhì) 工程設(shè)計 課 題 名 稱 低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析 一、選題的依據(jù)、課題的意義及國內(nèi)外基本研究情況 ① 選題的依據(jù)： 本次課題是低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析，該課題來源結(jié)合生產(chǎn)實際。在傳動系統(tǒng)中設(shè)置了變速箱，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行駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同要求的需要。 ② 課題的意義： 從汽車誕生時起，汽車變速箱在汽車傳動系中起著重要的作用。變速箱的結(jié)構(gòu)對汽車的動力性，經(jīng)濟性，操縱的可靠性與輕便性，傳動的平穩(wěn)性與效率有很大的影響。變速箱與主減速器及發(fā)動機的參數(shù)作優(yōu)化匹配，可得到良好的經(jīng)濟性與動力性；現(xiàn)在的汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍很小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當大的范圍內(nèi)變化。變速箱能改變傳動比，滿足不同行駛條件對牽引力的需要，使發(fā)動機盡量在有利的工況下，滿足可能的行駛速度要求；實現(xiàn)倒車行駛，用來滿足汽車倒退行駛的需要中斷動力傳遞，在發(fā)動機啟動，怠速運轉(zhuǎn)，汽車換擋或需要停車進行動力輸出時中斷向驅(qū)動輪的動力傳遞，從而實現(xiàn)根據(jù)路況改變牽引力和車速的功能。機械式變速箱主要應(yīng)用了齒輪傳動的降速原理。 ③ 國內(nèi)外基本研究情況： 最近幾年，液力機械變速箱和機械式無級變速箱在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛。這兩種變速箱有如下的優(yōu)點：1.操縱方便，消除了駕駛員換擋技術(shù)的差異性。2.有良好的傳動比轉(zhuǎn)換性能，速度變換不僅快而且平穩(wěn)，從而提高了乘坐的舒適性；3.減輕駕駛員疲勞，提高行車安全性4.降低排氣污染。主要缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，傳動效率低。目前應(yīng)用較多的是液力機械式變速器，其傳動比可在最大值和最小值之間的幾個間斷范圍內(nèi)作無級變化。 二、研究內(nèi)容、預(yù)計達到的目標、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標、完成課題的方案和 主要措施 研究內(nèi)容：變速箱是由裝在變速箱殼體內(nèi)各軸上不同齒數(shù)的齒輪和操縱機構(gòu)組成的。根據(jù)需要將不同軸上不同齒數(shù)的齒輪嚙合在一起，進行變速和改變從動齒輪的轉(zhuǎn)動方向，達到改變扭矩，轉(zhuǎn)速和行駛方向的目的。變速箱可改變傳動比，實現(xiàn)倒檔和事項空檔。 預(yù)計達到的目標：為低速重載汽車設(shè)計變速箱，要求變速箱具備：1)10個前進檔，2個倒退檔，各檔的傳動比須符合作業(yè)對速度和牽引力的要求；2）換擋方便，不允許出現(xiàn)同事掛兩個擋，自動脫擋和跳擋的現(xiàn)象。變速箱的操作機構(gòu)設(shè)計包括換擋機構(gòu)設(shè)計和鎖定機構(gòu)設(shè)計兩部分。鎖定機構(gòu)設(shè)計包括自鎖機構(gòu)設(shè)計，互鎖機構(gòu)設(shè)計和聯(lián)鎖機構(gòu)設(shè)計。設(shè)計過程中要對齒輪進行強度校核；對軸承進行壽命和極限轉(zhuǎn)速校核。 技術(shù)指標：發(fā)動機功率4.1Kw，發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速1500r/min，變速箱輸出扭矩為75740N；傳動比是慢I擋14.16，慢II擋11.51，慢III擋9.06，慢IV擋5.51，慢V擋4.03；快I擋3.09，快II擋2.50，快III擋1.96，快IV擋1.20，快V擋0.87；倒I擋14.12，倒II擋4.09；理論行駛速度：慢I擋1.37，慢II擋1.69，慢III擋2.15，慢IV擋3.52，慢V擋4.82；快I擋6.32，快II擋7.76，快III擋9.90，快IV擋16.20，快V擋22.30；倒I擋1.03，倒II擋4.74。 關(guān)鍵理論和技術(shù)：運用材料力學對中間軸，軸承等參數(shù)進行校核與優(yōu)化，將對汽車動力性和燃料經(jīng)濟性有所改善，使換擋輕便沖擊噪聲小，提高設(shè)計效率，具有實際應(yīng)用意義。利用MATLAB設(shè)計計算校核變速器及同步器相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運用AutoCAD,Solidworks等繪圖軟件繪制變速箱總裝配圖和零件圖。 完成課題的方案：1）三軸式變速箱，適用于傳統(tǒng)的發(fā)動機前置，后輪驅(qū)動的布置形式2）2軸式變速箱，適用于發(fā)動機前置，前輪驅(qū)動或發(fā)動機后置，后輪驅(qū)動的轎車和微輕型貨車上，其特點是輸入軸和輸出軸平行，無中間軸。3）液力機械式變速箱，其特點是傳動比可在最大值和最小值之間的幾個間斷范圍內(nèi)作無級變化，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，傳動效率低。 三、主要特色及工作進度 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 資料收集 3.11 2 畢業(yè)設(shè)計開題 3.11-3.17 3 方案確定 3.22 4 設(shè)計計算 4.15 5 畢業(yè)設(shè)計中期檢查 4.15-4.21 6 三維建模及裝配 5.5 7 完善設(shè)計，翻譯及理論撰寫 5.25 8 畢業(yè)答辯 5.25-6.2 四、主要參考文獻（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出） [1].林幕義，張福生主編，車輛底盤構(gòu)造與設(shè)計[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007. [2].濮良貴，紀民剛主編，機械設(shè)計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [3].高連興主編，拖拉機汽車學（下冊：車輛底盤與理論）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009. [4].陳開考主編，自動變速箱原理與檢修[M].杭州：浙江大學出版社，2007. [5].孫雷主編，汽車傳動系統(tǒng)的檢測與修復(fù)[M].上海：上海交通大學出版社，2012. [6].曾文主編，汽車傳動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008. [7].賀萍主編，汽車傳動技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009. [8].陳紅陽主編，看圖學修汽車手動變速傳動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013. [9].程闊華主編，汽車變速器[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012. [10].郭海龍主編，汽車手動與自動變速器及驅(qū)動橋系統(tǒng)維修[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007. [11].陳超祥主編,SolidWorks Motion運動仿真教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012. [12].程超祥主編,SolidWorks Simulation基礎(chǔ)教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012. [13].CAD\CAM\CAE技術(shù)聯(lián)盟.Solid Works 2012中文版從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2012. 指導(dǎo)教師 意 見 指導(dǎo)教師簽名： ? ? ? 年 月 日 系意見 系主任簽名： ? ? ? 年 月 日 院意見 教學院長簽名： 年 月 日 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表 學號 2010963141 姓名 朱翔宇 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設(shè)計）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 該生選題符合培養(yǎng)目標，難度較高，能夠?qū)⒖蒲信c實際生產(chǎn)要求相結(jié)合。有很強的查閱資料、綜合歸納資料的能力，具備獨立研發(fā)和設(shè)計的能力，同時擁有良好的外文翻譯與計算機應(yīng)用能力。立論正確，論述充分，結(jié)構(gòu)嚴謹縝密，有理論和實際應(yīng)用價值。 評閱人： 2010年5月 日 湘潭大學本科畢業(yè)論文 目 錄 1 前言………………………………………………………………………3 2 低速載重汽車主要參數(shù)的確定…………………………………………4 2.1質(zhì)量參數(shù)的確定………………………………………………………………………4 2.2發(fā)動機的選型…………………………………………………………………………4 2.3車速的確定……………………………………………………………………………5 3變速箱的設(shè)計方案………………………………………………………6 3.1設(shè)計方案的確定………………………………………………………………………6 3.1.1兩軸式………………………………………………………………………………6 3.1.2三軸式………………………………………………………………………………6 3.1.3液力機械式…………………………………………………………………………6 3.1.4確定方案……………………………………………………………………………6 3.2零部件的結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………………7 4 基本參數(shù)的確定……………………………………………………………………8 4.1變速箱的擋位數(shù)和傳動比……………………………………………………………8 4.2中心距……………………………………………………………………………10 4.3變速箱的軸向尺寸………………………………………………………………11 4.4齒輪參數(shù)…………………………………………………………………………11 4.5各檔齒輪齒數(shù)的分配……………………………………………………………14 5 齒輪的設(shè)計計算…………………………………………………………………16 5.1幾何尺寸計算……………………………………………………………………16 5.2齒輪的材料及熱處理……………………………………………………………17 5.3齒輪的彎曲強度…………………………………………………………………17 5.4齒輪的接觸強度…………………………………………………………………18 6軸的設(shè)計與軸承的選擇…………………………………………………………21 6.1軸的設(shè)計…………………………………………………………………………21 6.2軸承的選擇………………………………………………………………………34 7結(jié)論……………………………………………………………………………………41 參考文獻………………………………………………………………………………42 致謝……………………………………………………………………………………43 低速載貨汽車變速箱的設(shè)計與分析 摘 要：課題來源于生產(chǎn)實際，依據(jù)《機動車安全技術(shù)條件》和《汽車機械變速器總成技術(shù)條件》，針對低速載貨汽車的運行特點而設(shè)計。參與了汽車的總體設(shè)計，確定了汽車的質(zhì)量參數(shù)，選擇了合適的發(fā)動機，并且計算出汽車的最高速度。 關(guān)于變速器的設(shè)計，首先選擇標準的齒輪模數(shù)，在總擋位和一擋速比確定后，合理分配變速器各擋位的速比，接著計算出齒輪參數(shù)和中心距，并對齒輪進行強度驗算，確定了齒輪的結(jié)構(gòu)與尺寸，繪制出所有齒輪的零件圖。根據(jù)經(jīng)驗公式初步計算出軸的尺寸，然后對每個檔位下軸的剛度和強度進行驗算，確定出軸的結(jié)構(gòu)和尺寸，繪制出各根軸的零件圖。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和參考同類車型的相應(yīng)軸承后，按國家標準選擇合適的軸承，然后對軸承進行使用壽命的驗算，最終完成了變速器的零件圖和裝配圖的繪制。 此變速器的齒輪都為標準齒輪，檔位數(shù)和傳動比與發(fā)動機參數(shù)匹配，保證了汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟性。該變速器具有操縱簡單、方便、傳動效率高、制造容易、成本低廉、維修方便的特點，適合低速載貨汽車的使用。 關(guān)鍵詞：低速載貨汽車；變速器；設(shè)計 Design The Transmission of Low-speed Truck Abstract: The topic comes from the production reality, which is based on the safety specifications for power driven vehicles operating on roads and the specifications for the automobile mechanical transmission. It designs the low-speed truck’s movement characteristic. The automobile quality parameters are determined, according to the automobile system design, choosing the appropriate engine, and calculating the maximum speed. When design the transmission, first, we choose the standard gear modulus and determine all speed’s proportions after we choose the number of the transmission’s gears and the first gear, then calculate the gear’s parameter and the center distance, and the gear needs the intensity checking calculation. We determine gear’s structure, then complete drawing of the gears’ component. According to the empirical formula, we preliminary carry on the checking calculation to each gear’s rigidity and the intensity to determine the axis’ structure and size, and thus draw up various axis’ component drawing. After arranged structure and compared with the similar type of vehicle’s bearing, according to the national standard, we select the appropriate bearings, and then calculate the service life of the bearings. Finally drawing of the component and the assembly of the transmission are completed. Because the transmission gear is the standard gear and the number of gears and speed’s proportions match to the engine conditions, which ensure the necessary power and economy. This transmission has many merits of simple operation, efficient, easy manufacturing, low cost, and convenient. Key words: Low-speed Truck；Transmission；Design 1 前言 低速載重型汽車是一種特殊的運輸車,以前被叫做農(nóng)用運輸車，GB7258-2004將其更名為“低速貨車”，確定“農(nóng)用運輸車”的實質(zhì)是汽車。GB18320-2001規(guī)定低速載重型汽車的動力裝置為柴油機，低速載重型汽車最高設(shè)計車速不大于70km/h，最大設(shè)計總質(zhì)量不大于4500kg，長小于6m、寬不大于2m和高不大于2.5m。 在20世紀80年代初我國出現(xiàn)了低速載重型汽車，當時的運輸特點是運量小、運距短、貨物不集中、路況差。由于在相同情況下，柴油車的運載能力更強，燃油價格更低，且柴油保管不需要特殊設(shè)備的支持，且被大多數(shù)人所熟悉，所以，低速載重型汽車的動力均采用柴油機。低速載重型汽車的載質(zhì)量一般不超過1.5噸。目前低速載重型汽車載質(zhì)量分為1.5噸、1.0噸、0.75噸、0.5噸4個等級。 本次課題是低速載重型汽車變速箱的設(shè)計與分析，該課題來源結(jié)合生產(chǎn)實際。為了滿足汽車在起步，加速，正常行駛以及客服各種路況下對驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同需求，在汽車的傳動系統(tǒng)中安裝了變速箱。 本次課題研究的主要內(nèi)容是： a.參與汽車的總體設(shè)計； b.變速箱傳動結(jié)構(gòu)的分析和主要參數(shù)的確定； c.變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計。 本說明書的設(shè)計主線是低速載重型汽車變速箱。第2章重點介紹了在變速箱的總體設(shè)計方案中，如何明確低速載重型汽車各個參數(shù)，從而確定變速箱在所受的限制下應(yīng)滿足的條件。第3章則重點介紹低速載重型汽車變速箱傳動機構(gòu)的分析與設(shè)計。在總體方案中，先確定低速載重型汽車的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范和標準，再確定其總體的質(zhì)量，最后選出滿足需求的發(fā)動機。根據(jù)發(fā)動機的功率以及汽車的總質(zhì)量確定該車的最高速度（滿足低速載貨汽車安全技術(shù)條件）。在變速箱的設(shè)計過程中，需要先確定變速箱的檔位數(shù)，然后分析工作條件，初步確定變速箱中各檔位的傳動比和中心距，通過計算得出齒輪參數(shù)，對應(yīng)選出合適的齒輪，并對其進行校核。接著初步確定變速箱軸與軸承，再對軸和軸承進行校核，最后繪制出變速箱的裝配圖及零件圖。 本課題可以解決如下問題： a.通過發(fā)動機參數(shù)，精確選取變速箱的擋位數(shù)和傳動比，確保汽車擁有優(yōu)秀的動力性與經(jīng)濟性； b.通過設(shè)置空擋來確保汽車在特定時期能將發(fā)動機與傳動系長時間分離；通過倒擋布置，讓汽車能進行倒退行駛； c.操作簡潔、便利、快速、準確； d.具有較高的傳動效率，工作穩(wěn)定、噪聲??； e.質(zhì)量輕、體積小、裝載能力強，工作性能可靠； f.便于制造、便于維修、節(jié)省成本、使用壽命長； 2 低速載貨汽車主要參數(shù)的確定 2.1 質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù)： 式中 ——汽車的載質(zhì)量； ——整車整備質(zhì)量。 表2-1 貨車的質(zhì)量系數(shù) 參數(shù) 車型 總質(zhì)量 貨 車 ① ①裝柴油機的汽車為0.80～1.10。 汽車總質(zhì)量： 汽車的總質(zhì)量由汽車質(zhì)量、裝載量和乘客質(zhì)量三部分組成，即 式中，為乘車的總?cè)藬?shù)，應(yīng)等于座位數(shù)。 低速載重型汽車是柴油機，查表2-1得質(zhì)量利用系數(shù)為，其裝載量是, 由公式得： 低速載重型汽車一般為單排式,所以,由公式得: 本課題選用。 2.2 發(fā)動機的選型 根據(jù)現(xiàn)在低速載貨汽車選用發(fā)動機的情況，參照2815系列四輪農(nóng)用運輸車，針對本次設(shè)計任務(wù)選用達到歐Ⅱ排放標準的YD480柴油機。 表柴油機技術(shù)參數(shù) 型號 干式 氣缸套型式 直噴式 行程（mm） 缸心距 1小時功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min） 外特性最低燃油消耗率（g/kW·h） 最大扭矩（N·m） 壓縮比 排量（L） 噴油壓力 （kPa） 外形尺寸（長×寬×高） mm×mm×mm 凈質(zhì)量（kg） 2.3 車速的確定 式中 ——發(fā)動機最大功率，； ——傳動系的傳動效率，對單級主減速器驅(qū)動橋的式汽車?。? ——汽車總質(zhì)量，； ——重力加速度，； ——滾動阻力系數(shù)，對載貨汽車取，對礦用自卸汽車取，對轎車等高速車輛需考慮車速影響并取； ——最高車速，； ——空氣阻力系數(shù)，轎車取，客車取，貨車取. ——汽車正投影面積，，在無測量數(shù)據(jù)的情況下，按照前輪距、汽車總高、汽車總寬等尺寸近似計算： 對轎車 ， 對載貨汽車 。 由公式得： 得出, 由于低速載重型汽車的最高設(shè)計車速，因此該車滿足設(shè)計要求。 3 變速器的設(shè)計與計算 3.1 設(shè)計方案的確定 機械傳動一般應(yīng)用于低速載重型汽車變速箱中，通常是利用齒輪傳動，一般有若干個固定傳動比。按照軸線是否固定，可分為軸線固定式變速箱（普通齒輪變速箱）和軸線旋轉(zhuǎn)式變速箱（行星齒輪變速箱）兩種。采用這種變速箱的低速載重汽車通常有3～5個前進擋和一個倒擋。 近幾年機械式無級變速箱和液力機械變速箱在汽車上普遍得到應(yīng)用,依照當前被廣泛應(yīng)用的變速箱種類，和適用的范圍，初步確定三種設(shè)計方案。 3.1.1 兩軸式 兩軸式變速箱的結(jié)構(gòu)簡單、形式緊湊，除最高擋外其他各檔的傳動效率很高。兩軸式變速箱的輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體。當發(fā)動機縱向布置時，主減速器可采用雙面齒輪或螺旋錐齒輪；當發(fā)動機橫向布置時，可采用圓柱齒輪。除倒擋常用直齒圓柱齒輪外，其它擋位的傳動均采用斜齒圓柱齒輪,但兩軸式變速箱沒有布置直接擋，在處于高擋工作時，齒輪和軸承同時受載，會產(chǎn)生很大的噪聲，也會加劇磨損。由于兩軸式變速箱的輸入軸和輸出軸平行且無中間軸，一般應(yīng)用在發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動或發(fā)動機后置、后輪驅(qū)動的轎車和中、小型貨車上。 3.1.2 三軸式 三軸式變速箱的輸入軸斜齒圓柱齒輪與輸出軸的各擋齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且輸入、輸出軸同心。直接檔可以將輸入、輸出軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩。此時，齒輪、軸承及中間軸均不受載，而輸入、輸出軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩。所以直接擋具有很高的傳動效率，產(chǎn)生的磨損和噪音也最小,由于其它前進擋傳遞扭矩時需依次經(jīng)過兩對齒輪。所以當齒輪中心距較小時仍然可以得到大的一擋傳動比，但相對于直接擋，其它各檔的傳動效率有所降低，所以三軸式變速箱應(yīng)用在發(fā)動機前置、后輪驅(qū)動的汽車上。 3.1.3 液力機械式 主要組成有液力變矩器和齒輪式有級變速器,其優(yōu)點是傳動比可在一定范圍內(nèi)作無級變化，缺點是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，成本高，傳動效率低。 3.1.4 確定方案 由于低速載重型汽車的發(fā)動機一般為前置，驅(qū)動輪一般為后輪，同時考慮到生產(chǎn)成本和便于維護等因素，再聯(lián)系變速箱的特點和所給任務(wù)書的要求，最終選用三軸式變速箱。 圖3-1 三軸式變速器 相對于前進擋來說，倒擋被使用得很少，換倒擋一般在停車時，所以采用直齒圓柱齒輪方式倒擋。變速箱的一擋或倒擋因傳動比大，使其工作時對應(yīng)的齒輪所受的作用力增大，從而導(dǎo)致變速箱軸產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)角和撓度，破壞齒輪的嚙合狀態(tài)，最終加劇齒輪磨損，同時產(chǎn)生較大的噪聲。因此，為了改善這一狀況，一檔與倒擋均布置在靠近軸的支承處，布置方案如下：。 圖3-2 倒擋布置 3.2 零部件的結(jié)構(gòu)分析 a.齒輪型式 在三軸式變速箱中，只有一對常嚙合齒輪副，所以不添加同步器，直接選用直齒圓柱齒輪用來換擋。 b.軸的結(jié)構(gòu)分析[6] 軸在正常工作時承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，會引起軸的明顯變形，從而導(dǎo)致齒輪無法正常嚙合，有較大的噪聲產(chǎn)生，使用壽命下降。在設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)時，在保證其強度與剛度外，還需考慮齒輪 、軸承等的裝卸、固定、加工等因素。 第一軸通常與齒輪做成一體，其長度決定于離合器總成的軸向尺寸。第一軸的花健尺寸與離合器從動盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮，目前一般都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵，鍵齒之間為動配合。 第二軸制成階梯式的以便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，也是需要的。漸開線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，但定位性能好，承載能力大，且鍵齒高較小使小徑相應(yīng)增大，可增強軸的剛度。當一擋、倒擋采用滑動齒輪掛擋時，第二軸的相應(yīng)花鍵則采用矩形花鍵及動配合，這時不僅要求磨削定心的外徑，一般也要磨削鍵齒側(cè)，而矩形花鍵的齒側(cè)磨削要比漸開線花鍵容易。 變速器中間軸分為旋轉(zhuǎn)式及固定式兩種。 旋轉(zhuǎn)式中間軸支承在前后兩個滾動軸承上。其上的一擋齒輪常與軸做成一體，而高擋齒輪則用鍵或過盈配合與軸連接以便于更換。 固定式中間軸為僅起支承作用的光軸，與殼體呈輕壓配合并用鎖片等作軸向定位。剛度主要由支承于其上的連體齒輪（寶塔齒輪）的結(jié)構(gòu)保證。僅用于當殼體上無足夠位置設(shè)置滾動軸承和軸承蓋時。 c.軸承型式[6] 變速器多采用滾動軸承，即向心球軸承、向心短圓柱滾子軸承、滾針軸承以及圓錐滾子軸承。通常是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)選定，再驗算其壽命。 第一軸前軸承（安裝在發(fā)動機飛輪內(nèi)腔中）采用向心球軸承：后軸承為外圈帶止動槽的向心球軸承，因為它不僅受徑向負荷而且承受向外的軸向負荷。為便于第一軸的拆裝，后軸承的座孔直徑應(yīng)大于第一軸齒輪的齒頂圓直徑。 第二軸前端多采用滾針軸承或短圓柱滾子軸承；后端采用帶止動槽的單列向心球軸承，因為它也要承受向外的軸向力。某些轎車往往在加長的第二軸后端設(shè)置輔助支承，并選擇向心球軸承。 旋轉(zhuǎn)式中間軸前端多采用向心短圓柱滾子軸承，此軸承不承受軸向力，因為在該處布置軸承蓋困難；后軸承為帶止動槽的向心球軸承。中間軸的軸向力應(yīng)力求相互抵銷，未抵銷部分由后軸承承受。中間軸軸承的徑向尺寸常受中心距尺寸限制，故有時采用無內(nèi)圈的短圓柱滾子軸承。 固定式中間軸采用滾針軸承或圓柱滾子軸承支承著連體齒輪（塔輪，寶塔齒輪）。 4 基本參數(shù)的確定 4.1 變速器的擋位數(shù)和傳動比 不同類型汽車的變速器，其擋位數(shù)也不盡相同。轎車變速器傳動比變化范圍較?。s為3～4），過去常用3個或4個前進擋，但近年來為了提高其動力性尤其是燃料經(jīng)濟性，多已采用5個前進擋。輕型貨車變速器的傳動比變化范圍約為5～6，其他貨車為7以上，其中總質(zhì)量在3.5t以下者多用四擋變速器，為了降低油耗亦趨向于增加1個超速擋；總質(zhì)量為3.5～l0t多用五擋變速器；大于l0t的多用6個前進擋或更多的擋位。 選擇最低擋傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動車輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動車輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。 a.根據(jù)汽車最大爬坡度確定 汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有： 則由最大爬坡度要求的變速箱Ⅰ擋傳動比為： 式中 ——汽車總質(zhì)量； ——重力加速度； ——道路阻力系數(shù)； Ψmax——道路最大阻力系數(shù)； ——最大爬坡要求； ——驅(qū)動車輪的滾動半徑； ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩； ——主減速比； ——汽車傳動系的傳動效率。 主減速比i0的確定： 式中 ——車輪的滾動半徑，； ——發(fā)動機轉(zhuǎn)速，； ——變速箱最高擋傳動比； ——最高車速，。 本課題變速箱，一般貨車的最大爬坡度約為30%，即， 由公式得： 由公式得： b.根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件確定 變速箱Ⅰ擋傳動比為： 式中 ——汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷； ——道路的附著系數(shù)，計算時取。 因為貨車后輪單胎滿載時后軸的軸荷分配范圍為 ，所以 由公式和公式得： 綜合a和b條件得： ，取 變速器的Ⅰ擋傳動比應(yīng)根據(jù)上述條件確定。變速器的最高擋一般為直接擋，有時用超速擋。中間擋的傳動比理論上按公比為 （其中n為擋位數(shù)）的幾何級數(shù)排列。 因為，所以， 實際上與理論值略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用擋位間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動機參數(shù)的合理匹配。 在變速器結(jié)構(gòu)方案、擋位數(shù)和傳動比確定后，即可進行其他基本參數(shù)的選擇與計算。 4.2 中心距 中心距對變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距應(yīng)能保證齒輪的強度。三軸式變速器的中心距A（mm）可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初選： 式中 ——中心距系數(shù)。對轎車取8.9～9.3；對貨車取8.6～9.6；對多擋主變速器，取9.5～11； ——變速器處于Ⅰ擋時的輸出轉(zhuǎn)矩，； ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，； ——變速器的Ⅰ擋傳動比； ——變速器的傳動效率，取0.96。 由公式得： 由公式得: 初選中心距也可以由發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出： 式中 ——按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩直接求中心距時的中心距系數(shù)，對轎車取14.5～16.0，對貨車取17.0～19.5。 由公式得: 商用車變速器的中心距約在范圍內(nèi)變化,初選 4.3 變速器的軸向尺寸 變速器的軸向尺寸與擋位數(shù)、齒輪型式、換擋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系，設(shè)計初可根據(jù)中心距A的尺寸參用下列關(guān)系初選。 貨車變速器殼體的軸向尺寸： 四擋 五擋 六擋 初選軸向尺寸: 變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。 4.4 齒輪參數(shù) a.齒輪模數(shù) 齒輪模數(shù)由輪齒的彎曲疲勞強度或最大載荷作用下的靜強度所決定。選擇模數(shù)時應(yīng)考慮到當增大齒寬而減小模數(shù)時將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對轎車很重要，而對載貨汽車則應(yīng)重視減小質(zhì)量。 根據(jù)圓柱齒輪強度的簡化計算方法，可列出齒輪模數(shù)m與彎曲應(yīng)力之間有如下關(guān)系： 直齒輪模數(shù) 式中 ——計算載荷，； ——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取1.65； ——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9； ——齒輪齒數(shù)； ——齒寬系數(shù)，直齒齒輪??； ——齒形系數(shù)，見圖3-3。齒高系數(shù)相同、節(jié)點處壓力角不同時：，，，；壓力角相同、齒高系數(shù)為0.8時，； ——輪齒彎曲應(yīng)力，當時，直齒齒輪的許用應(yīng)力MPa。 圖4-3 齒形系數(shù)y（當載荷作用在齒頂, ,） 根據(jù)參考同類車型，初選第一軸的軸齒輪的齒數(shù)，查圖4-3得。 由公式得： 從輪齒應(yīng)力的合理性及強度考慮,每對齒輪應(yīng)有各自的模數(shù),但出于工藝考慮，模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一,多采用折衷方案。表3-1給出了汽車變速器齒輪模數(shù)范圍。 表4-1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) 車型 微型、輕型轎車 中級轎車 中型貨車 重型汽車 2.25～2.75 2.75～3 3.50～4.5 4.50～6 設(shè)計時所選模數(shù)應(yīng)符合國標GB1357-78規(guī)定并滿足強度要求。 表4-2 汽車變速器常用齒輪模數(shù)（） Ⅰ 1 1.25 1.5 - 2 - 2.5 - 3 Ⅱ - - - 1.75 - 2.25 - 2.75 - Ⅰ - - - 4 - 5 - 6 - Ⅱ 3.25 3.5 3.75 - 4.5 - 5.5 - 3.25 由表4-1和表4-2并且參照同類車型選取。 b.齒形、壓力角和螺旋角 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角和螺旋角按下表取值。 表3-3 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角和螺旋角 項目 車型 齒形 壓力角（度） 螺旋角（度） 轎車 高齒并修形 14.5°、15°、16°、16.5° 25°～45° 一般貨車 標準齒輪GB1356-78 20° 20°～30° 重型車 標準齒輪GB1356-78 低檔、倒檔22.5°、25° 小螺旋角 齒形壓力角較小時，重合度較大，并降低了輪齒剛度，為此能減少進入嚙合和退出嚙合時的動載荷，使傳動平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時，可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。試驗證明對于直齒輪壓力角為28°時強度最高，超過28°強度增加不多；實際上，因國家規(guī)定的標準壓力角為20°，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20°。本課題的所有齒輪選用標準齒輪。 c.齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又要保證齒輪強度和工作平穩(wěn)性。通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來確定齒寬b： 式中 ——齒寬系數(shù)，直齒齒輪取，斜齒輪??； ——法面模數(shù)。 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 由公式得： ,可以確定各擋的齒輪的齒寬。 常嚙合齒輪副：中間軸上的齒輪,第一軸軸齒輪； Ⅰ擋：中間軸上齒輪, 對應(yīng)的一擋齒輪； Ⅱ擋：中間軸上齒輪, 對應(yīng)的二擋齒輪； Ⅲ擋：中間軸上齒輪, 對應(yīng)的三擋齒輪； 倒擋：,。 d.齒頂高系數(shù) 在齒輪加工精度提高以后，短齒制齒輪不再被使用，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒輪的齒頂高系數(shù)，為一般汽車變速器齒輪所采用?，F(xiàn)代轎車變速器多采用齒頂高系數(shù)大于1的“高齒齒輪”（或相對于短齒齒輪而言而稱為長齒齒輪），因為它不僅可使重合度增大，而且在強度、噪聲、動載荷和振動等方面均比正常齒高的齒輪有顯著改善，但存在相對滑動速度大、易發(fā)生輪齒根切或齒頂變尖（齒頂厚小于0.3）等問題。本課題的齒頂高系數(shù)。 4.5 各檔齒輪齒數(shù)的分配 在初選變速器的擋位數(shù)、傳動比、中心距、軸向尺寸及齒輪模數(shù)和螺旋角并繪出變速器的結(jié)構(gòu)方案簡圖后，即可對各檔齒輪的齒數(shù)進行分配。 圖4-4 本課題變速器結(jié)構(gòu)簡圖 a.確定Ⅰ擋齒輪的齒數(shù) 已知Ⅰ擋傳動比，且 為了確定、的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和： 直齒齒輪： 先取齒數(shù)和為整數(shù)，然后分配給、。為了使盡量大一些，應(yīng)將取得盡量小一些，這樣，在已定的條件下的傳動比可小些，以使第一軸常嚙合齒輪可分配到較多齒數(shù)，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承。的最少齒數(shù)受到中間軸軸徑的限制，因此的選定應(yīng)與中間軸軸徑的確定統(tǒng)一考慮。貨車變速器中間軸的Ⅰ擋直齒輪的最小齒數(shù)為，選擇齒輪的齒數(shù)時應(yīng)注意最好不使相配齒輪的齒數(shù)和為偶數(shù)，以減小大、小齒輪的齒數(shù)間有共約數(shù)的機會，否則會引起齒面的不均勻磨損。 由公式得： 取，考慮到上述條件以及選用了標準齒輪（齒數(shù)不要小于17），故，得出。 b.修正中心距A 若計算所得的、不是整數(shù)，則取為整數(shù)后需按該式反算中心距A，修正后的中心距則是各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 由公式得： c.確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù) 確定了、后由公式和聯(lián)立方程求解、 , 故； d.確定其他擋位的齒輪齒數(shù) Ⅱ擋齒輪副： 由公式和聯(lián)立方程求解、。 因為 ，所以先試湊、。 試湊出、，此時。 Ⅲ擋齒輪副： 由公式和聯(lián)立方程求解、。 因為，所以先試湊、。 試湊出、，此時。 e.確定倒擋齒輪副的齒數(shù) 通常Ⅰ擋與倒擋選用同一模數(shù)，且通常倒擋齒輪齒數(shù)。則中間軸與倒擋軸之間的中心距為： 初選,由公式得: 為了避免干涉，齒輪8與齒輪9的齒頂圓之間應(yīng)有不小于的間隙，則: 由公式得: 根據(jù)選擇齒數(shù)，取。 最后計算倒擋與第二軸的中心距： 由公式得: 綜合上述計算修正一下各擋的傳動比（見下表）。 表4-4 各擋速比 擋位 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 倒擋 速比 6.40:1 3.09:1 1.69:1 1:1 8.28:1 5齒輪的設(shè)計計算 5.1 幾何尺寸計算 常嚙合齒輪副： Ⅰ擋齒輪副： Ⅱ擋齒輪副： Ⅲ擋齒輪副： 倒擋齒輪： 見圖4-4（單位：）。 5.2 齒輪的材料及熱處理 現(xiàn)代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造,使輪齒表層的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合,以大大提高其接觸強度,彎曲強度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時也應(yīng)考慮到其機械加工性能及制造成本。 國產(chǎn)汽車變速器齒輪的常用材料是20CrMnTi,也有采用20Mn2TiB,20MnVB的。這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細化材料晶粒。為消除內(nèi)應(yīng)力，還要進行回火。變速器齒輪輪齒表面滲碳深度的推薦值如下： 滲碳深度 滲碳深度0 滲碳深度 滲碳齒輪在淬火、回火后，要求輪齒的表面硬度為HRC58～63，心部硬度為HRC33～48。 本課題變速器齒輪選用材料是20CrMnTi。 5.3 齒輪的彎曲強度 直齒齒輪彎曲應(yīng)力： 式中 ——計算載荷，； ——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取1.65； ——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9； ——齒輪模數(shù)； ——齒輪齒數(shù)； ——齒寬系數(shù)，直齒齒輪?。? ——齒形系數(shù)，見圖4-3。齒高系數(shù)相同、節(jié)點處壓力角不同時：，，，；壓力角相同、齒高系數(shù)為0.8時，； ——輪齒彎曲應(yīng)力，當時，直齒齒輪的許用應(yīng)力。 因為該變速器所有的齒輪采用同一種材料，所以當校核時只要校核受力最大和危險的擋位齒輪。故分別計算Ⅰ擋、倒擋齒輪的彎曲強度。 a.Ⅰ擋齒輪副：主動齒輪,從動齒輪 Ⅰ擋主動齒輪的計算載荷 由公式得: 主動齒輪的彎曲強度： Ⅰ擋從動齒輪的計算載荷 從動齒輪的彎曲強度： b.倒擋齒輪副:因為倒擋齒輪相當于一個惰輪,所以主動齒輪是，從動齒輪是。通過惰輪后主動齒輪是，從動輪是。 惰輪的計算載荷 通過惰輪前，的彎曲強度由公式得: 通過惰輪后主動輪是，從動輪是。 的計算載荷 的計算載荷 以上的齒輪副都滿足彎曲強度的要求。 5.4 齒輪的接觸強度 齒輪的接觸應(yīng)力按下式計算： 式中 ——法向內(nèi)基圓周切向力即齒面法向力，； ——端面內(nèi)分度圓切向力即圓周力，； ——計算載荷，； d——節(jié)圓直徑，； ——節(jié)點處壓力角； ——螺旋角； E——齒輪材料的彈性模量，鋼??； b——齒輪接觸的實際寬度，斜齒齒輪為代替，； ——主、被動齒輪節(jié)點處的齒廓曲率半徑，；直齒齒輪：，；斜齒齒輪：，； ，——分別為主、被動齒輪的節(jié)圓半徑，。 當計算載荷為許用接觸應(yīng)力見表5-5。 表5-5 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 齒輪 /MPa 滲碳齒輪 氰化齒輪 一檔及倒擋 1900～2000 950～1000 常嚙合及高擋 1300～1400 650～700 常嚙合齒輪副：當計算載荷為 由公式和得: 由公式得: Ⅰ擋: 計算載荷為 由公式和得: 由公式得: Ⅱ擋：計算載荷為 由公式和得: 由公式得: Ⅲ擋：計算載荷為 由公式和得: 由公式得: 倒擋:計算載荷為 由公式和得: 由公式得: 計算載荷為, 由公式和得: 由公式得: 以上擋位的齒輪副都滿足接觸強度的要求（見表5-5）。 6 軸的設(shè)計與軸承的選擇 變速器軸在工作中承受著轉(zhuǎn)矩及來自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸向力引起的彎矩。剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產(chǎn)生過大的噪聲，降低齒輪的強度、耐磨性及壽命。 6.1 軸的設(shè)計 軸的徑向及軸向尺寸對其剛度影響很大，且軸長與軸徑應(yīng)協(xié)調(diào)。變速器軸的最大直徑d與支承間的距離l可按下列關(guān)系式初選： 對第一軸及中間軸： 對第二軸： 三軸式變速器的第二軸與中間軸的最大直徑d可根據(jù)中心距A（mm）按下式初選： 由公式得： 由公式得： 第二軸：； 中間軸：； 第一軸：。 第一軸花鍵部分直徑可根據(jù)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩按下式初選： 由公式得： 初選的軸徑還需根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)布置和軸承與花鍵、彈性檔圈等標準以及軸的剛度與強度驗算結(jié)果進行修正。欲求中間軸式變速器第一軸的支點反力，必須先求第二軸的支點反力。檔位不同，不僅齒輪上的圓周力、徑向力和軸向力不同，而且力到支點的距離也有變化，所以應(yīng)當對每個擋位都進行驗算。驗算時，將軸看作鉸接支承的梁，作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取。 齒輪嚙合的圓周力、徑向力、及軸向力可按下式求出： 式中 ——至計算齒輪的傳動比； ——計算齒輪的節(jié)圓直徑，； ——節(jié)點處壓力角； ——螺旋角； ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，。 在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力為： 式中 ——彎曲截面系數(shù)，； ——軸在計算斷面處的直徑，花鍵處取內(nèi)徑，； ——在計算斷面處軸的垂向彎矩，； ——在計算斷面處軸的水平彎矩，； ——許用應(yīng)力，在低檔工作時取。 變速器軸與齒輪的制造材料相同，計算時，僅計算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點近、負荷又小，通常撓度不大，故可以不必計算。變速器齒輪在軸上的位置如圖3-5所示時，若軸在垂直面內(nèi)撓度為,在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，可分別用下式計算： 式中 ——彈性模量，，； ——慣性矩，對實心軸，； ——軸的直徑，，花鍵處按平均直徑來計算； ——齒輪上的作用力矩支座A、B的距離，； ——支座間的距離，。 在上述計算中，花鍵軸的計算直徑可取為其花鍵內(nèi)徑的倍。軸斷面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)大于（弧度）。軸的垂向撓度的容許值；軸的水平撓度的容許值。軸的合成撓度應(yīng)小于。 a.校核第二軸在各擋位下的的強度與剛度 倒擋：此時第二軸受到齒輪的作用力 由公式得： 圖3-6 第二軸在Ⅰ擋時的受力情況 在垂直平面內(nèi)： 在水平平面內(nèi)： 由公式得： 由公式得: 剛度校核：花鍵軸的計算直徑取其花鍵內(nèi)徑的1.1倍, ， 。 由公式得： 軸的合成撓度。 以上數(shù)據(jù)滿足要求。 Ⅱ擋：此時第二軸受到齒輪的作用力 由公式得： 圖6-7 第二軸在Ⅱ擋時的受力情況 在垂直平面內(nèi): 在水平平面內(nèi): 由公式得： 　 由公式得: 剛度校核：，。 由公式得： 軸的合成撓度 Ⅲ擋：此時第二軸受到齒輪的作用力 公式得： 圖3-8 第二軸在Ⅲ擋時的受力情況 在垂直平面內(nèi): 在水平平面內(nèi): 由公式得： 由公式得: 剛度校核： 由公式得： 軸的合成撓度 倒擋：此時第二軸受到齒輪的作用力 由公式得： 圖3-9 第二軸在倒擋時的受力情況 在垂直平面內(nèi): 在水平平面內(nèi): 由公式得： 由公式得: 剛度校核：，。 由公式得： 軸的合成撓度 b.校核中間軸在各檔位下的強度與剛度 Ⅰ擋：此時中間軸受到齒輪的作用力，因為一對嚙合齒輪所受的力是大小相等，方向相反的，所以由上述的第二軸上齒輪所受的力可以得到中間軸上齒輪所受的力。 ； 圖6-10 中間軸在Ⅰ擋時的受力情況 在垂直平面內(nèi): 在水平平面內(nèi): 由公式得： 由公式得: 剛度校核： 由公式得： 軸的合成撓度 Ⅱ擋：此時中間軸受到齒輪的作用力，因為一對嚙合齒輪所受的力是大小相等，方向相反的，所以由上述的第二軸上齒輪所受的力可以得到中間軸上齒輪所受的力。 ； 圖3-11 中間軸在Ⅱ擋時的受力情況 在垂直平面內(nèi): 在水平平面內(nèi): 由公式得： 由公式得: 剛度校核： 由公式得： 軸的合成撓度 由于第二軸上采用聯(lián)體齒輪,并且中間軸上套有隔套,故相當于增大軸的直徑,因而軸的剛度增加,且滿足允許值范圍。 Ⅲ擋：此時中間軸受到齒輪的作用力，因為一對嚙合齒輪所受的力是大小相等，方向相反的，所以由上述的第二軸上齒輪所受的力得到中間軸上齒輪所受的力。 ； 圖6-12 中間軸在Ⅲ擋時的受力情況 在垂直平面內(nèi): 在水平平面內(nèi): 由公式得： 由公式得: 剛度校核： 由公式得： 軸的合成撓度 由于第二軸上采用聯(lián)體齒輪,并且中間軸上套有隔套,故相當于增大軸的直徑,因而軸的剛度增加,且滿足允許值范圍。 c.校核倒擋軸的強度與剛度 當和嚙合時： 圖6-13 中間軸在倒擋時和嚙合時的受力情況 在垂直平面內(nèi)： 在水平平面內(nèi)： 由公式得： 由公式得: 剛度校核： 由公式得： 軸的合成撓度mm 當和嚙合時： 圖3-14中間軸在倒擋時和嚙合時的受力情況 在垂直平面內(nèi)： 在水平平面內(nèi)： 由公式得： 由公式得: 剛度校核： 由公式得： 軸的合成撓度 長的軸應(yīng)進行扭轉(zhuǎn)剛度的驗算，使軸的扭轉(zhuǎn)角不超過許用值。每米長軸扭轉(zhuǎn)角的許用值為度。在轉(zhuǎn)矩T的作用下，長為L的軸的扭轉(zhuǎn)角為： 式中 ——轉(zhuǎn)矩，； ——軸長，； ——軸橫截面的極慣性矩，：對實心軸；對空心軸； ——軸材料的剪切彈性模量，對于鋼材。 對第一軸進行扭轉(zhuǎn)剛度的驗算: 已知，，。 由公式得: <[] 故第一軸滿足使用條件。 6.2 軸承的選擇 一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置并參考同類車型的相應(yīng)軸承以后,按國家規(guī)定的軸承標準選定,再進行其使用壽命的驗算。對汽車變速器滾動軸承耐久性的評價是以軸承滾動體與滾道的接觸疲勞為依據(jù)，承受動載荷是其工作的基本特征。 軸承的名義壽命L（以轉(zhuǎn)為單位）: 式中 ——軸承的額定載荷或承載容量，，根據(jù)選定的軸承型號查軸承手冊； ——軸承的當量動載荷，； ——軸承壽命指數(shù)，對球軸承；對圓柱滾子軸承取。 軸承的使用壽命也可按汽車以平均車速行駛至大修前的總行駛里程S來計算： ， 式中的汽車的平均車速可取。 對汽車軸承壽命的要求是轎車30萬，貨車和大客車25萬。 與之間的換算關(guān)系為 式中 ——軸承的轉(zhuǎn)數(shù)，。 徑向和徑向止推球軸承的當量動載荷，可按下式對每個檔位進行計算： 式中 ，——徑向系數(shù)和軸向系數(shù)，按軸承標準規(guī)定由軸承手冊查出； ——考慮軸承內(nèi)圈或外圈旋轉(zhuǎn)的系數(shù)，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)取V=1.0,外圈旋轉(zhuǎn)取V=1.2; ，——徑向和軸向載荷，N，根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩Tj計算各檔的支承反力后求得； ——考慮路面不平度引起的動載荷的影響系數(shù)，對于變速器軸承可?。? ——溫度系數(shù)； ——軸向加載參數(shù)，由軸承手冊查得。 第一軸后軸承采用深溝球軸承，第二軸前端多采用滾針軸承或短圓柱滾子軸承，后端采用深溝球軸承。參考同類車型，初選第一軸后軸承為6209軸承,第二軸后軸承為6307軸承。 由公式得： 由公式得： 根據(jù)汽車傳動系的載荷強度繪制了行駛狀況系數(shù)Kx隨計算牽引力與平均牽引力的比值變化而改變的曲線圖（見圖6-15）。 圖6-15 行駛狀況系數(shù)、與之關(guān)系曲線 計算牽引力與平均牽引力應(yīng)根據(jù)變速器第一軸的計算轉(zhuǎn)矩按各檔傳動比進行計算，即 式中 ——平均道路阻力，見表6-6； ——平均空氣阻力，按表6-6給出的公式計算； ——平均加速阻力，按表6-6給出的公式計算。 表6-6 載貨汽車的平均比阻力 車型 平均比阻力 載貨汽車 Fψa/Ga Fwa/Ga Fja/Ga 0.030 2.5v2m/Ga 0.3（Ftj- Fψa - Fwa）/ Ga 說明：Ga為汽車總重（N）；vm為平均車速（km/h）。 由公式和得： 分別計算出各擋的牽引力與平均牽引力以此來查出行駛狀況系數(shù) Ⅰ擋: Ⅱ擋: Ⅲ擋: Ⅳ擋: Ⅰ擋： Ⅱ擋： Ⅲ擋： Ⅳ擋： 查圖6-15可得： 擋：；擋： ；擋： ；擋：。 應(yīng)對每個擋計算軸承的當量循環(huán)次數(shù)，第擋的為： 軸承的實際循環(huán)次數(shù)為： 式中 ——第擋的軸承旋轉(zhuǎn)次數(shù)，，為第一軸的旋轉(zhuǎn)次數(shù)（以汽車的平均速度計算）為由第一軸至計算軸的傳動比； ——變速器處于第擋時的相對工作時間，即變速器第擋的使用率（％），見表6-7； ——第擋的行駛狀況系數(shù)，見圖6-5。 表6-7載貨汽車變速器各擋的相對工作時間或使用率 車型 擋位數(shù) 最高擋傳動比 /％ 變速器擋位 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 載貨汽車 4 1 1 3 21 75 4 <1 1 4 35 60 先計算第二軸后軸承在每個擋軸承的實際循環(huán)次數(shù)： Ⅰ擋：；；查表6-7得 由公式得： 由公式得: Ⅱ擋：；；查表3-7得 由公式得： 由公式得: Ⅲ擋：；；查表3-7得 由公式得： 由公式得: Ⅳ擋：；；查表6-7得 由公式得： 由公式得: 在軸承的整個運行期間有: 考慮到變速器各擋工作時軸承的當量動載荷及相應(yīng)的當量循環(huán)次數(shù),則軸承的總當量動載荷為： 則要求的軸承額定動載荷為： 算出軸承的額定動載荷后，則可由軸承樣本或手冊選取軸承。 當為Ⅳ擋時，第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩，此時齒輪、軸承及中間軸均不承載故。 第二軸后軸承的選?。? 由公式得： 由公式得： ；； ； 由公式得： 由公式得： 對應(yīng)軸的直徑，文獻[12]中6307軸承滿足要求。 第一軸后軸承一直以相同的轉(zhuǎn)速在旋轉(zhuǎn)，故。 先計算第一軸后軸承在每個擋位下軸承的實際循環(huán)次數(shù)： Ⅰ擋：；；查表3-7得 由公式得： 由公式得: Ⅱ擋：；；查表6-7得 由公式得： 由公式得: Ⅲ擋：；；查表3-7得 由公式得： 由公式得: Ⅳ擋：；；查表6-7得 由公式得： 由公式得: = 對第一軸后軸承進行驗算： 由公式得： ；；。 由公式得： 由公式得： 對應(yīng)軸的直徑，文獻中軸承滿足要求。 第二軸前端多采用滾針軸承或短圓柱滾子軸承,此變速器參考變速器的軸承,選用無套圈長圓柱滾子軸承,型號為:在中間軸上與中間軸齒輪配合的軸承，也選用該種軸承，型號為：。 7 結(jié)論 本