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畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查表
填表日期
2011年4月20日
迄今已進(jìn)行 7 周剩余 9 周
學(xué)生姓名
鮑麗
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-6
指導(dǎo)教師姓名
崔宏耀
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
學(xué)
生
填
寫
畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度
已完成主要內(nèi)容
待完成主要內(nèi)容
1、收集畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)資料，完成開題報(bào)告；
2、確定變速器的總體布置方案；
3、根據(jù)變速器的基本參數(shù)計(jì)算個檔的傳動比；
4、計(jì)算變速器的各檔齒輪并進(jìn)行校核；
5、對變速器的軸和軸承進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并校核；
6、繪制裝配圖。
1、確定換擋機(jī)構(gòu)的形式；
2、繪制齒輪和軸的零件圖；
3、撰寫說明書。
存在問題及努力方向
在設(shè)計(jì)的過程中，對齒輪計(jì)算過程中的湊配齒輪齒數(shù)問題很不熟練，經(jīng)常出錯，一對齒輪的選擇失誤，就會引起所有的齒輪重新計(jì)算。經(jīng)過進(jìn)一步的計(jì)算，使我的齒輪參數(shù)更加符合設(shè)計(jì)要求。
學(xué)生簽字：
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室
意 見
教研室主任簽字： 年 月 日
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
鮑麗
系部
汽車與交通工程
專業(yè)、班級
車輛07-6
指導(dǎo)教師姓名
崔宏耀
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
否
題目名稱
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
為了往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)的工作特性，滿足消費(fèi)者對汽車高性能、安全、可靠、舒適性的需求，所以對變速器的性能要求也更高?，F(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，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(dāng)大的范圍內(nèi)變化，因此，在汽車傳動系中設(shè)置了變速器和主減速器，以達(dá)到減速增矩的目的。手動變速器有成本低、可靠性高、維護(hù)簡便的特點(diǎn)。
隨著汽車對安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車變速器作為整車的一個關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的質(zhì)量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車后橋進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算是非常必要的。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
基本參數(shù)
驅(qū)動型式：4*2
總質(zhì)量：1.4t
驅(qū)動橋滿載：0.7T;
最高車速145km/h
最大爬坡：30%
設(shè)計(jì)5檔二軸式變速器
設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：
（1）研究汽車機(jī)械變速器的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；
（2）建立有限元計(jì)算模型；
（3）研究汽車機(jī)械變速器的載荷；
（4）加載進(jìn)行應(yīng)力分析與結(jié)果分析；
（5）對汽車機(jī)械變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
技術(shù)要求（研究方法）：
（1）要求研究汽車有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)基本理論，并將其與機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件等相關(guān)知識有機(jī)結(jié)合、熟練運(yùn)用；
（2）要求運(yùn)用CAD/CAM/CAE軟件進(jìn)行建模；
（3）運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析，重點(diǎn)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度分析；
（4）實(shí)現(xiàn)變速器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
設(shè)計(jì)圖紙（合0號圖紙2.5張）；
設(shè)計(jì)說明書（2萬字左右）；
相關(guān)外文翻譯（1篇2千字左右）；
基于有限元分析軟件的輸出軸靜力學(xué)分析；
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、資料收集、完成開題報(bào)告 第2周
（2）整體方案設(shè)計(jì)，完成結(jié)構(gòu)示意圖（手繪）第3周
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，有限元分析，4-8周
（4）繪制設(shè)計(jì)圖9-12周
（5）編寫設(shè)計(jì)說明書13周
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審核、修改 第14、15周
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯準(zhǔn)備及答辯 第16周
五、主要參考資料
[1]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2001.7
[2]臧杰，閻巖.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7
[3]王望予.汽車設(shè)計(jì)（第4版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.9
[4]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1
[5]王寶璽，賈慶祥.汽車制造工藝學(xué)（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1
[6]楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5
[7]殷玉楓.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6
[8]蔡春源.簡明機(jī)械零件手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.3
[9]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（3）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1991
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
2011年 2 月 28日
教研室主任簽字：
2011年 3 月 1 日
優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）推薦表
題 目
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
類別
畢業(yè)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
鮑麗
院（系）、專業(yè)、班級
汽車與交通工程學(xué)院、車輛工程07-6班
指導(dǎo)教師
崔宏耀
職 稱
副教授
設(shè)計(jì)成果明細(xì)：
答辯委員會評語：
答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院、系公章： 年 月 日
備 注：
注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)、其它
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-6班
學(xué) 生 姓 名: 鮑麗
導(dǎo) 師 姓 名: 崔宏耀
開 題 時 間: 2011年3月11日
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
鮑麗
系部
汽車與交通工程
專業(yè)、班級
車輛工程07-6班
指導(dǎo)教師姓名
崔宏耀
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.研究現(xiàn)狀：
現(xiàn)今的汽車變速器發(fā)展的十分迅速，各大公司紛紛推出新的產(chǎn)品，但是變速器技術(shù)的每次革新都與汽車相關(guān)科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)，計(jì)算機(jī)技術(shù),先進(jìn)制造技術(shù)，機(jī)械自動化技術(shù)，模擬仿真材料科學(xué)等都為變速器的發(fā)展提供了有力的保障，同時變速器的發(fā)展也為相關(guān)科學(xué)技術(shù)提出了更高的要求。1894年，一個法國工程師給一輛汽車裝上世界上第一個變速器至今，汽車變速器已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展。變速器作為汽車重要的組成部分，是承擔(dān)放大發(fā)動機(jī)扭矩，實(shí)現(xiàn)理想動力傳遞，從而適應(yīng)各種路況實(shí)現(xiàn)汽車行駛的主要裝置。從最初采用側(cè)鏈傳動到手動變速器，及至液力自動變速器和電控機(jī)械式自動變速器，再到現(xiàn)在無級自動變速器的普及，在汽車工業(yè)技術(shù)不斷前進(jìn)的同時，變速器也向著更平順、更省油、更富駕駛樂趣的方向不斷發(fā)展。直至雙離合自動變速器的出現(xiàn)，變速器技術(shù)又伴隨著速度和夢想，邁向了一個全新的高度?，F(xiàn)代汽車的動力裝置，幾乎都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。它具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，如體積小，質(zhì)量輕，工作可靠，使用方便等。但其性能與汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。如在坡道上行駛時，所需的牽引力往往是發(fā)動機(jī)所能提供的牽引力的數(shù)倍。而且一般發(fā)動機(jī)如果直接與車輪相連，其輸出轉(zhuǎn)速換算到對應(yīng)的汽車車速上，將達(dá)到現(xiàn)代汽車極限速度的數(shù)倍。上述發(fā)動機(jī)牽引力、轉(zhuǎn)速與汽車牽引力、車速要求之間的矛盾，單靠現(xiàn)代汽車內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。因此就出現(xiàn)了車用變速箱和主減速器。它們的共同努力使驅(qū)動輪的扭矩增大到發(fā)動機(jī)扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的幾分之一。另外，現(xiàn)代汽車的使用條件極為復(fù)雜，在不同場合下有不同的要求。往往要受到加載運(yùn)量、道路坡度、路面好壞及交通是否通暢等條件的影響。這就要求汽車的牽引力和車速能在較大范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)使用的要求。在條件良好的平直路面上要能以高速行駛，而在路面不平和有較大坡度時能提供較大的扭矩。變速箱的多擋位選擇就能滿足這些需求。此外，發(fā)動機(jī)在不同工況下，燃油的消耗量也是不一樣的。駕駛員可以根據(jù)具體情況，選擇變速箱的某一擋位，來減少燃油的消耗。在某些情況下，汽車還需要能倒向行駛。發(fā)動機(jī)本身是不可能倒轉(zhuǎn)的，只有靠變速箱的倒擋齒輪來實(shí)現(xiàn)。
變速器的主要功能表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：
(1)改變汽車傳動比，增加驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化的范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛工況，同時應(yīng)使發(fā)動機(jī)時刻處于最有利的工況范圍內(nèi)工作；
(2)在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，實(shí)現(xiàn)汽車的倒退行駛；
(3)實(shí)現(xiàn)空檔狀態(tài)，暫時中斷動力傳遞，以便發(fā)動機(jī)能夠啟動、怠速等。
變速器作為汽車傳動系的關(guān)鍵部件，對汽車的動力性與經(jīng)濟(jì)性，操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率都有著直接的影響。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機(jī)械式的手動變速器仍然是目前使用最為廣泛的汽車變速器。即使它有諸多缺點(diǎn)，如換檔沖擊大，體積大，操縱麻煩等：但同時它也有很多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用壽命長，瞬時傳動比為常數(shù)，傳動效率高達(dá)98％，生產(chǎn)和制造工藝成熟以及成本低等，如果能改善手動變速器上述的缺點(diǎn)，它還是有很大發(fā)展空間的。所以對手動變速器變速傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究是很必要也是很有意義的。目前，國內(nèi)變速器主要采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)傳遞動力。齒輪是手動變速器的主要傳動部件，由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長、工作可靠和維修方便等特點(diǎn)，在運(yùn)動和動力的傳遞等方面得到了非常普遍的應(yīng)用，并且有關(guān)齒輪的設(shè)計(jì)方法也已經(jīng)有了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。然而隨著對汽車節(jié)能環(huán)保和輕量化要求的提高，希望變速器在尺寸和質(zhì)量盡量小的情況下，仍能夠可靠地進(jìn)行高速、重載的傳遞，同時具有更小的噪聲，這些都對變速器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
針對中國變速器市場發(fā)展趨勢，Global Insight的亞洲區(qū)技術(shù)分析師段誠武博士闡述了幾點(diǎn)自己的見解：
(一)、在短期內(nèi)，手動檔變速器仍然占據(jù)主要份額，而自動檔變速器將有更大的增長空間。
(二)、鑒于中國市場情況的復(fù)雜性，長期來看變速器不是單一式的發(fā)展趨勢，沒有哪一種形式變速器會成為最后的贏家。
(三)、在中國市場，從技術(shù)支持、目前的市場份額以及設(shè)備提供這幾個方面來看AMT與LPG、AUTOE和汽油、CVTE和混合動力以及DCT和柴油都具有相似性。
(四)、從長遠(yuǎn)來看，中國本土的企業(yè)應(yīng)該更加關(guān)注DCT這個產(chǎn)品，因?yàn)樗鼘⒂蟹浅：玫那熬啊?
兩軸式變速器因軸與軸承數(shù)少，有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外，各中間檔位因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時噪聲也低。變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，發(fā)動機(jī)橫置時則采用斜齒圓柱齒輪。變速器的一檔或倒檔因傳動比大，工作時在齒輪上作用的力也增大，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)出輪齒磨損加快和工作噪聲增加。為此，應(yīng)該布置在靠近軸的支撐處，以便改善上述不良狀況，然后按照從低檔到高擋的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。常用檔位的齒輪因接觸應(yīng)力過高而易造成表面點(diǎn)蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的兩端支撐中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態(tài)，以減少偏載并提高齒輪壽命。機(jī)械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力時處于工作狀態(tài)的輪對數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、輪齒和殼體等零件的制造精度等。。
由于兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械零件設(shè)計(jì)與制造精度不十分高，裝配精度也較低，所以工人裝配與修理均比較容易。手動變速器換擋操作完全遵從駕駛者的意志，且結(jié)構(gòu)簡單，故障率相對較低，占據(jù)大部分市場份額。大部分微型轎車都是裝備兩軸式變速器，在汽車向節(jié)能方向發(fā)展的今天，兩軸式變速器將是新時代的寵兒。
2.目的及意義：
隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷的發(fā)展，汽車工業(yè)也漸漸成為我國支柱產(chǎn)業(yè)，汽車的使用已經(jīng)遍布全國。而隨著我國加入WTO，人民生活水平的不斷提高，微型客貨兩用車、轎車等高級消費(fèi)品已進(jìn)入平常家庭。 在我國，汽車工業(yè)起步較晚。入世后，我國的汽車工業(yè)面臨的是機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著我國汽車工業(yè)不斷的壯大，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。在面臨著前所未有的機(jī)遇同時，不得不承認(rèn)在許多技術(shù)上，我國與發(fā)達(dá)國家還一定的差距，所以我們要努力為我國的汽車工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速非常高，最大功率及最大扭矩僅在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)，為了發(fā)揮發(fā)動機(jī)的最佳性能，就必須有一套變速裝置。變速器可以在汽車行駛過程中，在發(fā)動機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機(jī)工作在其最佳的動力性和經(jīng)濟(jì)性狀態(tài)下。變速器是汽車傳動系的重要組成部分，其發(fā)展無疑代表著汽車工業(yè)的發(fā)展，它的設(shè)計(jì)也是汽車設(shè)計(jì)的一個重要部分。而發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的轎車，若變速器傳動比小，則常用兩軸式變速器。兩軸變速器有其結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，制造成本低，傳動效率高等特點(diǎn)在變速器發(fā)展中屹立不倒，雖然現(xiàn)在的自動變速器操作簡單，但是效率很低，所以市場的大部分份額被機(jī)械式變速器占據(jù)著，汽車發(fā)展要向節(jié)能，舒適，操作方便方向發(fā)展， 兩軸機(jī)械變速器更是符合條件的。
經(jīng)過這幾年的刻苦學(xué)習(xí)，我掌握了多門基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識。在大學(xué)畢業(yè)，即將走向工作崗位之際，按國家教委和學(xué)校的要求，進(jìn)行了對轎車五檔兩軸式變速器的設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對每個大學(xué)生進(jìn)行知識掌握與實(shí)際運(yùn)用的一次大檢閱，充分體現(xiàn)了一個設(shè)計(jì)者的知識掌握程度和創(chuàng)新思想。通過本次設(shè)計(jì)，我將進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識，提高實(shí)際運(yùn)用能力，并為以后參加工作打下良好的基礎(chǔ)。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、研究的基本內(nèi)容
（1）研究汽車機(jī)械變速器的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；
（2）建立有限元計(jì)算模型；
（3）研究汽車機(jī)械變速器的載荷；
（4）加載進(jìn)行應(yīng)力分析與結(jié)果分析；
（5）對汽車機(jī)械變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2、擬解決的主要問題
（1）傳動機(jī)構(gòu)布置方案
（2）參數(shù)的確定
（3）主要零部件設(shè)計(jì)及校核
（4）AutoCAD繪制裝配圖及零件圖
三、技術(shù)路線（研究方法）
收集資料，知識準(zhǔn)備
選擇車型，確定基本性能參數(shù)
變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案
擋數(shù)及各擋傳動比的確定
同步器和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用
主要零部件的設(shè)計(jì)及計(jì)算
齒輪參數(shù)確定及各擋齒輪齒數(shù)分配
輪齒強(qiáng)度計(jì)算
軸的設(shè)計(jì)及校核
軸承的選擇及校核
軸向尺寸的確定
變速器中心距的確定
變速器基本參數(shù)的確定
有限元分析軟件的輸出軸靜力學(xué)分析
變速器箱體的設(shè)計(jì)
CAD繪制裝配圖、零件圖
完成設(shè)計(jì)說明書
四、進(jìn)度安排
（1）知識準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開題報(bào)告 第1、2周
（2）整理資料、提出問題、撰寫設(shè)計(jì)說明書草稿、繪制裝配草圖 第3～5周
（3）理論聯(lián)系實(shí)際分析問題、解決問題，完成各擋傳動比等參數(shù)確定；各擋齒輪的設(shè)計(jì)及校核；傳動軸的設(shè)計(jì)及校核；軸承的選擇及校核；同步器和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用；變速器箱體設(shè)計(jì)；CAD繪圖等大部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，中期檢查 第6～9周
（4）改進(jìn)完成設(shè)計(jì)，改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說明書，指導(dǎo)教師審核，學(xué)生修改 第10～13周
（5）畢業(yè)設(shè)計(jì)審核、修改 第14、15周
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第16周
五、參考文獻(xiàn)
[1]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2001.7
[2]臧杰，閻巖.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7
[3]王望予.汽車設(shè)計(jì)（第4版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.9
[4]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1
[5]王寶璽，賈慶祥.汽車制造工藝學(xué)（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1
[6]楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5
[7]殷玉楓.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6
[8]蔡春源.簡明機(jī)械零件手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.3
[9]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（3）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1991
[10]劉品.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測基礎(chǔ)（第5版）[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.9
[11]蔡炳炎，徐勇，林寧.機(jī)械式汽車變速器的速比配置分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用 2005-04
[12]向立明.汽車變速器的發(fā)展歷史及未來趨勢[J].公路與汽運(yùn)，2007.1（1）：21～41
[13]寧斌.474汽車變速器倒檔錐度環(huán)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].裝備制造技術(shù)，2007（1）：77～82
[14]Liu Weixin,Ge Ping,Li Wei.Study of Optimal Matching Between Automobile Transmission Parameters and Engine,Transportation Systems-1990-,AMD-Vol.108.The Winter Annual Meeting of The ASME,Dallas,Texas,Nov.25～30，1990
[15]John Fenton.Hand Book of Vehicle Design Analysis.Warrendale,PA.,USA:Society of Automotive Engineer,Inc.65～71，1996
[16] 宋廣輝. 乘用車兩軸式機(jī)械變速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì) [D]. 2008.
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評分表
學(xué)生姓名
鮑麗
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程07-6班
指導(dǎo)教師姓名
崔宏耀
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
序號
評 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；題目與工程實(shí)踐、社會實(shí)際、科研與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識能力（設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力；計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力
20
5
計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）
10
6
插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計(jì)說明書撰寫水平；設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計(jì)規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等）
5
8
科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)態(tài)度、紀(jì)律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進(jìn)度
10
得 分
X=
評 語：（參照上述評價(jià)項(xiàng)目給出評語，注意反映該論文的特點(diǎn)）
工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性）
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
指導(dǎo)教師簽字： 2011年 6 月 17 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績評定表
學(xué)生姓名
鮑麗
性別
女
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)
車輛工程
班級
07-6班
設(shè)計(jì)（論文）題目
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
平時成績評分（開題、中檢、出勤）
指導(dǎo)教師姓名
職稱
指導(dǎo)教師
評分（X）
評閱教師姓名
職稱
評閱教師
評分（Y）
答辯組組長
職稱
答辯組
評分（Z）
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績
百分制
五級分制
答辯委員會評語：
答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院系公章： 2011年6 月 24 日
注：1、平時成績（開題、中檢、出勤）評分按十分制填寫，指導(dǎo)教師、評閱教師、答辯組評分按百分制填寫，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z
2、評語中應(yīng)當(dāng)包括學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題質(zhì)量、能力水平、設(shè)計(jì)（論文）水平、設(shè)計(jì)（論文）撰寫質(zhì)量、學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)施或?qū)懽鬟^程中的學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)生答辯情況等內(nèi)容的評價(jià)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯評分表
學(xué)生
姓名
鮑麗
專業(yè)
班級
車輛工程07-6班
指導(dǎo)
教師
崔宏耀
職 稱
副教授
題目
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
答辯
時間
月 日 時
答辯組
成員姓名
蘇清源 趙雨旸 趙國遷 姚佳巖 李榮
出席
人數(shù)
5
序號
評 審 指 標(biāo)
滿
分
得
分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況，題目難易度、工作量、與實(shí)際的結(jié)合程度
10
2
設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力、計(jì)算能力、綜合運(yùn)用知識能力
10
3
應(yīng)用文獻(xiàn)資料、計(jì)算機(jī)、外文的能力
10
4
設(shè)計(jì)說明書撰寫水平、圖紙質(zhì)量，設(shè)計(jì)的規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等）、實(shí)用性、科學(xué)性和創(chuàng)新性
15
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備情況
5
6
畢業(yè)設(shè)計(jì)自述情況
20
7
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯回答問題情況
30
總 分
Z=
答辯過程記錄、評語：
自述思路與表達(dá)能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性）
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
答辯組長簽字： 2011年 6月 23日
畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱人評分表
學(xué)生
姓名
鮑麗
專業(yè)
班級
車輛工程07-6班
指導(dǎo)教
師姓名
崔宏耀
職稱
副教授
題目
HLJIT5H-100變速器設(shè)計(jì)
評閱組或預(yù)答辯組成員姓名
蘇清源 趙雨旸 趙國遷 姚佳巖 李榮
出席
人數(shù)
5
序號
評 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；題目與工程實(shí)踐、社會實(shí)際、科研與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識能力（設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力；計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力
25
5
計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）
15
6
插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計(jì)說明書撰寫水平；設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計(jì)規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等）
5
得 分
Y=
評 語：（參照上述評價(jià)項(xiàng)目給出評語，注意反映該論文的特點(diǎn)）
回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性）
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
評閱人或預(yù)答辯組長簽字： 2011年 6月 10日
注：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱可以采用2名評閱教師評閱或集體評閱或預(yù)答辯等形式。
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論…………………………………………………………………………………1
1.1 選題的目的及意義……………………………………………………………………1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………………………………………1
1.3 研究方法設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………2
1.4 研究內(nèi)容設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………3
第 2 章 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案……………………………………………………4
2.1變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析………………………………………………………4
2.1.1兩軸式和中間軸式變速器 ……………………………………………………4
2.1.2倒檔的形式和布置方案 ………………………………………………………4
2.2 變速器零、部件布置方案分析 ………………………………………………………5
2.2.1齒輪形式 ………………………………………………………………………5
2.2.2換擋的結(jié)構(gòu)形式 ………………………………………………………………5
2.2.3軸承的形式 ……………………………………………………………………6
2.2.4軸的形式 ………………………………………………………………………7
2.3 變速器操縱機(jī)構(gòu)布置方案設(shè)計(jì)………………………………………………………7
2.3.1變速器操縱機(jī)構(gòu)的分類 ………………………………………………………7
2.3.2典型的操縱機(jī)構(gòu)及其鎖定裝置設(shè)計(jì)……………………………………………7
2.4 本章小結(jié)……………………………………………………………………………9
第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………10
3.1 變速器設(shè)計(jì)依據(jù)的主要參數(shù) ………………………………………………………10
3.2 擋數(shù)及傳動比范圍的確定……………………………………………………………10
3.2.1擋數(shù)的確定……………………………………………………………………10
3.2.2傳動比范圍……………………………………………………………………10
3.3 變速器各檔傳動比的確定 …………………………………………………………11
3.3.1 主減速器傳動比………………………………………………………………11
3.3.2 最低擋傳動比計(jì)算……………………………………………………………11
3.3.3 變速器各擋傳動比的分配……………………………………………………13
3.4 中心距的選擇…………………………………………………………………………13
3.5 外形尺寸確定…………………………………………………………………………13
3.6 齒輪參數(shù)確定…………………………………………………………………………14
3.7 各擋齒輪齒數(shù)的分配…………………………………………………………………17
3.7.1 確定一擋齒輪的齒數(shù)及傳動比………………………………………………17
3.7.2 確定二擋齒輪的齒數(shù)及傳動比………………………………………………18
3.7.3 確定三擋齒輪的齒數(shù)及傳動比………………………………………………19
3.7.4 確定四擋齒輪的齒數(shù)及傳動比………………………………………………19
3.7.5 確定五擋齒輪的齒數(shù)及傳動比………………………………………………20
3.7.6 確定倒擋齒輪的齒數(shù)及傳動比………………………………………………20
3.8 變速器齒輪的變位……………………………………………………………………21
3.8.1 確定一擋齒輪變位系數(shù)………………………………………………………21
3.8.2 確定二擋齒輪變位系數(shù)………………………………………………………22
3.8.3 確定三擋齒輪變位系數(shù)………………………………………………………23
3.8.4 確定四擋齒輪變位系數(shù)………………………………………………………24
3.8.5 確定五擋齒輪變位系數(shù)………………………………………………………25
3.8.6 本次設(shè)計(jì)所有齒輪的幾何尺寸………………………………………………25
3.9 本章小結(jié)………………………………………………………………………………27
第 4 章 變速器主要結(jié)構(gòu)元件的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………28
4.1 齒輪損壞的原因及形式………………………………………………………………28
4.2 齒輪材料的選擇原則…………………………………………………………………28
4.3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩………………………………………………………………………29
4.4 齒輪強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………………29
4.4.1 齒輪彎曲強(qiáng)度校核……………………………………………………………30
4.4.2 齒輪接觸應(yīng)力校核……………………………………………………………33
4.5 軸的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………………38
4.5.1 初選軸的直徑…………………………………………………………………38
4.5.2 軸的剛度計(jì)算…………………………………………………………………39
4.5.3 軸的強(qiáng)度校核…………………………………………………………………47
4.6 軸承校核……………………………………………………………………………51
4.6.1輸入軸軸承校核………………………………………………………………51
4.6.2輸出軸軸承校核………………………………………………………………52
4.7 同步器設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………53
4.7.1慣性式同步器…………………………………………………………………54
4.7.2 同步器主要尺寸的確定………………………………………………………55
4.7.3 主要參數(shù)的確定………………………………………………………………56
4.8 軸的有限元分析……………………………………………………………………59
4.8.1有限元基本理論簡介…………………………………………………………59
4.8.2 有限元分析基本步驟…………………………………………………………60
4.8.3變速器輸出軸的有限元分析的主要步驟……………………………………60
4.9 本章小結(jié)………………………………………………………………………………66
第 5 章 變速器操縱機(jī)構(gòu)和箱體設(shè)計(jì)………………………………………………67
5.1直接操縱手動換擋變速器……………………………………………………………67
5.2遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器…………………………………………………………69
5.2.1換擋操縱機(jī)構(gòu)（外換擋操縱機(jī)構(gòu)）……………………………………………69
5.2.2 換擋機(jī)構(gòu)（內(nèi)換擋操縱機(jī)構(gòu)）…………………………………………………70
5.3電控自動換擋變速器…………………………………………………………………71
5.4 變速器箱體 …………………………………………………………………………72
5.5 本章小結(jié)……………………………………………………………………………73
結(jié)論…………………………………………………………………………………………74
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………75
致謝……………………………………………………………………………………………76
附錄……………………………………………………………………………………………77
第1章 緒 論
1.1選題的目的及意義
隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷的發(fā)展，汽車工業(yè)也漸漸成為我國支柱產(chǎn)業(yè)，汽車的使用已經(jīng)遍布全國。而隨著我國加入WTO，人民生活水平的不斷提高，微型客貨兩用車、轎車等高級消費(fèi)品已進(jìn)入平常家庭。在面臨著前所未有的機(jī)遇同時，不得不承認(rèn)在許多技術(shù)上，我國與發(fā)達(dá)國家還一定的差距，所以我們要努力為我國的汽車工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速非常高，最大功率及最大扭矩僅在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)，為了發(fā)揮發(fā)動機(jī)的最佳性能，就必須有一套變速裝置。變速器可以在汽車行駛過程中，在發(fā)動機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機(jī)工作在其最佳的動力性和經(jīng)濟(jì)性狀態(tài)下。變速器是汽車傳動系的重要組成部分，其發(fā)展無疑代表著汽車工業(yè)的發(fā)展，它的設(shè)計(jì)也是汽車設(shè)計(jì)的一個重要部分。而發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的轎車，若變速器傳動比小，則常用兩軸式變速器。兩軸變速器有其結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，制造成本低，傳動效率高等特點(diǎn)在變速器發(fā)展中屹立不倒，雖然現(xiàn)在的自動變速器操作簡單，但是效率很低，所以市場的大部分份額被機(jī)械式變速器占據(jù)著，汽車發(fā)展要向節(jié)能，舒適，操作方便方向發(fā)展， 兩軸式變速器更是符合條件的。
1.2國內(nèi)外研究狀況
現(xiàn)今的汽車變速器發(fā)展的十分迅速，各大公司紛紛推出新的產(chǎn)品，但是變速器技術(shù)的每次革新都與汽車相關(guān)科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，先進(jìn)制造技術(shù)，機(jī)械自動化技術(shù)，模擬仿真材料科學(xué)等都為變速器的發(fā)展提供了有力的保障，同時變速器的發(fā)展也為相關(guān)科學(xué)技術(shù)提出了更高的要求。1894年，一個法國工程師給一輛汽車裝上世界上第一個變速器至今，汽車變速器已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展。變速器作為汽車重要的組成部分，是承擔(dān)放大發(fā)動機(jī)扭矩，實(shí)現(xiàn)理想動力傳遞，從而適應(yīng)各種路況實(shí)現(xiàn)汽車行駛的主要裝置。從最初采用側(cè)鏈傳動到手動變速器，及至液力自動變速器和電控機(jī)械式自動變速器，再到現(xiàn)在無級自動變速器的普及，在汽車工業(yè)技術(shù)不斷前進(jìn)的同時，變速器也向著更平順、更省油、更富駕駛樂趣的方向不斷發(fā)展。直至雙離合自動變速器的出現(xiàn)，變速器技術(shù)又伴隨著速度和夢想，邁向了一個全新的高度?，F(xiàn)代汽車的動力裝置，幾乎都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。它具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，如體積小，質(zhì)量輕，工作可靠，使用方便等。但其性能與汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。如在坡道上行駛時，所需的牽引力往往是發(fā)動機(jī)所能提供的牽引力的數(shù)倍。而且一般發(fā)動機(jī)如果直接與車輪相連，其輸出轉(zhuǎn)速換算到對應(yīng)的汽車車速上，將達(dá)到現(xiàn)代汽車極限速度的數(shù)倍。上述發(fā)動機(jī)牽引力、轉(zhuǎn)速與汽車牽引力、車速要求之間的矛盾，單靠現(xiàn)代汽車內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。因此就出現(xiàn)了車用變速箱和主減速器。它們的共同努力使驅(qū)動輪的扭矩增大到發(fā)動機(jī)扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的幾分之一。另外，現(xiàn)代汽車的使用條件極為復(fù)雜，在不同場合下有不同的要求。往往要受到加載運(yùn)量、道路坡度、路面好壞及交通是否通暢等條件的影響。這就要求汽車的牽引力和車速能在較大范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)使用的要求。在條件良好的平直路面上要能以高速行駛，而在路面不平和有較大坡度時能提供較大的扭矩。變速箱的多擋位選擇就能滿足這些需求。此外，發(fā)動機(jī)在不同工況下，燃油的消耗量也是不一樣的。駕駛員可以根據(jù)具體情況，選擇變速箱的某一擋位，來減少燃油的消耗。在某些情況下，汽車還需要能倒向行駛。發(fā)動機(jī)本身是不可能倒轉(zhuǎn)的，只有靠變速箱的倒擋齒輪來實(shí)現(xiàn)。
兩軸式變速器因軸與軸承數(shù)少，有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外，各中間擋位因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時噪聲也低。變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，發(fā)動機(jī)橫置時則采用斜齒圓柱齒輪。變速器的一擋或倒擋因傳動比大，工作時在齒輪上作用的力也增大，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)出輪齒磨損加快和工作噪聲增加。為此，應(yīng)該布置在靠近軸的支撐處，以便改善上述不良狀況，然后按照從低檔到高擋的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。常用擋位的齒輪因接觸應(yīng)力過高而易造成表面點(diǎn)蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的兩端支撐中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態(tài)，以減少偏載并提高齒輪壽命。機(jī)械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力時處于工作狀態(tài)的輪對數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、輪齒和殼體等零件的制造精度等。
由于兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械零件設(shè)計(jì)與制造精度不十分高，裝配精度也較低，所以工人裝配與修理均比較容易。手動變速器換擋操作完全遵從駕駛者的意志，且結(jié)構(gòu)簡單，故障率相對較低，占據(jù)大部分市場份額。大部分微型轎車都是裝備兩軸式變速器，在汽車向節(jié)能方向發(fā)展的今天，兩軸式變速器將是新時代的寵兒。
1.3 研究方法設(shè)計(jì)
根據(jù)此次設(shè)計(jì)要求，依據(jù)哈飛路寶的整車參數(shù)和發(fā)動機(jī)參數(shù)，完成變速器的結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有確定變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案，變速器主要參數(shù)的選擇，變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，軸與軸承的設(shè)計(jì)校核。
查閱圖書館電子資源、館藏圖書和文獻(xiàn)，以及本市各大型圖書館的館藏圖書資源，了解變速器研究領(lǐng)域的最新發(fā)展動向；閱讀關(guān)于變速器設(shè)計(jì)方面的書籍，學(xué)習(xí)前人進(jìn)行變速器設(shè)計(jì)的過程、步驟、方法和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)；向指導(dǎo)教師請教；同學(xué)之間互相討論；親自去實(shí)驗(yàn)室動手拆裝各種類型的變速器，了解各種變速器的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行變速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
1.4 研究內(nèi)容設(shè)計(jì)
（1）研究汽車機(jī)械變速器的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；
（2）建立有限元計(jì)算模型；
（3）研究汽車機(jī)械變速器的載荷；
（4）加載進(jìn)行應(yīng)力分析與結(jié)果分析；
第2章 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案
2.1 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析
機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、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應(yīng)用。變速器由變速器傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)軸的不同類型，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩大類，而前者又分為兩軸式，中間軸式和多軸式變速器。
2.1.1 兩軸式和中間軸式變速器
對于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的轎車，若變速器傳動比小，則常用兩軸式變速器。在設(shè)計(jì)時，究竟采用哪一種方案，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以下四個方面：
1、結(jié)構(gòu)工藝性
兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體。當(dāng)發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪；而發(fā)動機(jī)橫置時用圓柱齒輪，因而簡化了制造工藝。
2、變速器的徑向尺寸
兩軸式變速器輸出軸的前進(jìn)擋均為一對齒輪副，而中間軸式變速器則有兩對齒輪副。因此，對于相同的傳動比要求，中間軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。
3、變速器齒輪的壽命
兩軸式變速器的低擋齒輪副，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，小齒輪的壽命比大齒輪的短。中間軸式變速器的各前進(jìn)擋均為常嚙合斜齒輪傳動，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因而壽命較接近。在直接擋時，齒輪只空轉(zhuǎn)，不影響齒輪壽命。
4、 變速器的傳動效率
兩軸式變速器雖然有等于1的傳動比，但仍要有一對齒輪傳動，因而有功率損失。而中間軸式變速器可將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接擋，因而傳動效率較高，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，而中、重型載重汽車則采用中間軸式變速器。
2.1.2 倒檔的形式和布置方案
圖2.1為常見的布置方案。圖a方案廣泛用于前進(jìn)擋都是同步器換擋的五擋轎車和輕型貨車變速器中；b方案的優(yōu)點(diǎn)是可以利用中間軸上的1擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度，但換擋時兩對齒輪必須同時嚙合，致使換擋困難，某些輕型貨車五擋變速器采用這種方案；c方案能獲得較大的倒擋速比，突出的缺點(diǎn)是換擋程序不合理；d方案針對前者的缺點(diǎn)作了修改，因而在貨車變速器中取代了c方案；e方案中，將中間軸上的一擋和倒擋齒輪做成一體，其齒寬加大，因而縮短了一些長度；f方案采用了全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便；為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車采用g方案，其缺點(diǎn)是一擋和倒擋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。后述五種方案可供五擋變速器的選擇：
圖2.1 倒擋布置方案
本次設(shè)計(jì)采用兩軸式五檔變速器，圖2.1（a）所示的倒擋布置方案。
2.2 變速器零、部件布置方案分析
2.2.1 齒輪形式
變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時稍復(fù)雜，工作時有軸向力，這對軸承不利。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。本次設(shè)計(jì)一擋到五擋均采用斜齒圓柱齒輪，倒擋采用直齒圓柱齒輪。
2.2.2 換擋的結(jié)構(gòu)形式
如圖2.2所示，變速器換擋機(jī)構(gòu)形式分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋三種。
1、滑動齒輪換擋
通常采用滑動直齒輪換擋，也有采用斜齒輪換擋的。滑動直齒輪換擋的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、容易制造。缺點(diǎn)是換擋時齒面承受很大的沖擊，會導(dǎo)致齒輪過早損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種換擋方式一般僅用于一擋和倒擋。
（a）滑動齒輪換擋 （b）嚙合套換擋 （c）同步器換擋
圖2.2 換擋機(jī)構(gòu)形式
2、嚙合套換擋
用嚙合套換擋，可將構(gòu)成某傳動比的一對齒輪，制成常嚙合的斜齒輪。用嚙合套換擋，因同時承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換擋，它們都不會過早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操縱技術(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)部分的總慣性力矩增大。因此，這種換擋方法目前只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。
3、同步器換擋
現(xiàn)代大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器能保證迅速，無沖擊，無噪聲換擋，而與操縱技術(shù)熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行車安全性。同上述兩種換擋方法相比，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)使用壽命短缺等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。由于同步器的廣泛應(yīng)用，壽命問題已得到基本解決。如瑞典的薩伯-斯堪尼亞（SAAB-Scania）公司，用球墨鑄鐵制造同步器的關(guān)鍵部件，并在其工作表面上鍍上一層鉬，不僅提高了耐磨性，而且提高了工作表面的摩擦系數(shù)，這種同步器試驗(yàn)表明，它的壽命不低于齒輪壽命，法國的貝利埃（Berliet）。德國擇孚（ZF）等公司的同步器均采用了這種工藝。
上述三種換擋方案，可同時用在一變速器中的不同擋位上，一般倒擋和一擋采用結(jié)構(gòu)較簡單的滑動直齒輪或嚙合套的形式；對于常用的高擋位則采用同步器或嚙合套。轎車要求輕便性和縮短換擋時間，因此采用全同步器變速器，倒擋采用滑動直齒輪。
2.2.3 軸承的形式
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、滑動軸承套等。滾針軸承、滑動軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運(yùn)動的地方。變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較大因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。
由于本設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器，具有較大的軸向力，所以設(shè)計(jì)中變速器輸入軸的前、后按直徑系列選用深溝球軸承，輸出軸的前、后軸承按直徑系列選用圓錐滾子軸承，齒輪與軸之間選用滾針軸承。
2.2.4 軸的形式
變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當(dāng)變速器中心距小，在殼體的同一端面布置兩個滾動軸承有困難時，輸出軸可以直接壓入殼體孔中，并固定不動。
倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸，并由螺栓固定。
變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件，有的軸上又有矩形或漸開線花鍵，所以設(shè)計(jì)時不僅要考慮裝配上的可能，而且應(yīng)當(dāng)可以順利拆裝軸上各零件。此外，還要注意工藝上的有關(guān)問題。
2.3 變速器操縱機(jī)構(gòu)布置方案設(shè)計(jì)
2.3.1 變速器操縱機(jī)構(gòu)的分類
用于機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu)，常見的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒擋裝置等主要零件組成，并依靠駕駛員手力完成選擋、換擋或推到空擋工作，稱為手動換擋變速器。
1、直接操縱式手動換擋變速器
當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近時，可將變速桿直接安裝在變速器上，并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換擋功能的手動換擋變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡單，已得到廣泛應(yīng)用。近年來 ，單軌式操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各擋同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡化，但它要求各擋換擋行程相等。
2、遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器
平頭式汽車或發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動汽車的變速器，受總體布置限制，變速器距駕駛員座位較遠(yuǎn)，這時需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動件，換擋手力經(jīng)過這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換擋功能。這種手動換擋變速器，稱為遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器。
3、電動自動換擋變速器
20世紀(jì)80年代以后，在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，使之實(shí)現(xiàn)自動換擋，并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板，汽車在行駛過程中就能自動完成換擋，這種變速器成為電動自動換擋變速器[10]。
由于所設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器，采用發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動，變速器離駕駛員座椅較近，所以采用直接操縱式手動換擋變速器。
2.3.2 典型的操縱機(jī)構(gòu)及其鎖定裝置設(shè)計(jì)
圖2.3為典型的操縱機(jī)構(gòu)圖
定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上，并防止自動嚙合和分離，一般采用彈簧和鋼球式機(jī)構(gòu)。
1、換擋機(jī)構(gòu)
變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋三種形式。
采用軸向滑動直齒齒輪換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，齒輪端部磨損加劇并過早損壞，并伴隨著噪聲。因此，除一擋、倒擋外已很少使用。
常嚙合齒輪可用移動嚙合套換擋。因承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，嚙合套不會過早被損壞，但不能消除換擋沖擊。目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。
使用同步器能保證換擋迅速、無沖擊、無噪聲，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程小。
通過比較，考慮汽車的操縱性能，本設(shè)計(jì)全部擋位均選用同步器換擋。
2、防脫擋設(shè)計(jì)
互鎖裝置是保證移動某一變速叉軸時，其它變速叉軸互被鎖住，該機(jī)構(gòu)的作用是防止同時掛入兩擋，而使掛擋出現(xiàn)重大故障。
操縱機(jī)構(gòu)還應(yīng)設(shè)有保證不能誤掛倒擋的機(jī)構(gòu)。通常是在倒擋叉或叉頭上裝有彈簧機(jī)構(gòu)，使司機(jī)在換擋時因有彈簧力作用，產(chǎn)生明顯的手感。
鎖止機(jī)構(gòu)還包括自鎖、倒擋鎖兩個機(jī)構(gòu)。
自鎖機(jī)構(gòu)的作用是將滑桿鎖定在一定位置，保證齒輪全齒長參加嚙合，并防止自動脫擋和掛擋。自鎖機(jī)構(gòu)有球形鎖定機(jī)構(gòu)與桿形鎖定機(jī)構(gòu)兩種類型。
倒擋鎖的作用是使駕駛員必須對變速桿施加更大的力，方能掛入倒擋，起到提醒注意的作用，以防誤掛倒擋，造成安全事故。
本次設(shè)計(jì)屬于前置前輪驅(qū)動的轎車，操縱機(jī)構(gòu)采用直接操縱方式，鎖定機(jī)構(gòu)全部采用，即設(shè)置自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實(shí)現(xiàn)自鎖，通過互鎖銷實(shí)現(xiàn)互鎖。倒擋鎖采用限位彈簧來實(shí)現(xiàn)，使駕駛員有感覺，防止誤掛倒檔。
2.4 本章小結(jié)
本章對變速器傳動機(jī)構(gòu)的布置方案和零部件結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并給出了此次設(shè)計(jì)的具體方案，即設(shè)計(jì)兩軸式變速器，倒擋布置方案如圖2.1（a）所示，前進(jìn)擋皆為斜齒圓柱齒輪，倒擋為直齒圓柱齒輪，采用全同步器式換擋形式，軸承選取深溝球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承。
第3章 變速器主要參數(shù)的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 變速器設(shè)計(jì)依據(jù)的主要參數(shù)
本次設(shè)計(jì)是根據(jù)HLJIT5H-100的技術(shù)參數(shù)來設(shè)計(jì)的一種變速器，其具體參數(shù)如表3.1。
表3.1 HLJIT5H-100的主要技術(shù)參數(shù)
發(fā)動機(jī)最大功率
48kw
車輪型號
165/66R13
發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
100N·m
最大功率時轉(zhuǎn)速
5700 r/min
最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速
3000r/min
最高車速
145km/h
總質(zhì)量
1400kg
前軸載荷
840kg
3.2 擋數(shù)及傳動比范圍的確定
3.2.1 擋數(shù)的確定
變速器的擋數(shù)可在3～20個擋位范圍內(nèi)變化，通常變速器的擋數(shù)在6擋以下，當(dāng)擋數(shù)超過6擋以后，可在6擋以下的主變速器基礎(chǔ)上，再行配置副變速器，通過兩者的組合獲得多擋變速器。
增加變速器的擋數(shù)，能夠改變汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及平均車速。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時換擋頻率增高并增加了換擋難度。
在最低擋傳動比不變的條件，增加變速器的擋數(shù)會使變速器相鄰的低擋與高擋之間的傳動比比值減小，使換擋工作容易進(jìn)行。要求相鄰擋位之間的傳動比值在1.8以下，該值越小換擋工作越容易進(jìn)行。因高擋使用頻繁，所以又要求高擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動比比值，要比低擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動比比值小。
本次設(shè)計(jì)的變速器采用5個前進(jìn)擋位，1個倒擋位。
3.2.2 傳動比范圍
變速器的傳動比范圍是指變速器最低擋傳動比與最高擋傳動比的比值。最高擋通常是1.0，有的變速器最高擋是超速擋,傳動比為0.7～0.8。影響最低擋傳動比選取的因素有：發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前乘用車的傳動比范圍在3.0～4.5之間，總質(zhì)量輕的商用車在5.0～8.0之間，其他商用車則更大。
本次設(shè)計(jì)的變速器最高擋傳動比范圍是0.8。
3.3 變速器各擋傳動比的確定
3.3.1 主減速器傳動比
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為：
（3.1）
式中：
——汽車行駛速度（km/h）；
——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；
——車輪滾動半徑（m）；
——變速器傳動比；
——主減速器傳動比。
已知：最高車速==145 km/h；最高檔為超速檔，傳動比=0.8；車輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格165/65R13得到=264(mm)；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速==5700（r/min）；由公式（3.1）得到主減速器傳動比計(jì)算公式：
3.3.2 最低擋傳動比計(jì)算
按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過能力條件，即用一擋通過要求的最大坡道角坡道時，驅(qū)動力應(yīng)大于或等于此時的滾動阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計(jì)）。用公式表示如下：
（3.2）
式中：
G ——車輛總重量(N)；
——坡道面滾動阻力系數(shù)(對瀝青路面μ=0.01~0.02)；
——發(fā)動機(jī)最大扭矩(N·m)；
——主減速器傳動比；
——變速器傳動比；
——為傳動效率（0.85~0.9）；
R ——車輪滾動半徑；
——最大爬坡度（一般轎車要求能爬上30%的坡，大約）
由公式（3.2）得：
（3.3）
已知：m=1400kg；；；r=0.264m； N·m；；g=9.8m/s2；，把以上數(shù)據(jù)代入（3.3）式：
滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一擋發(fā)出最大驅(qū)動力時，驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下：
（3.4）
式中：
——驅(qū)動輪的地面法向反力，；
——驅(qū)動輪與地面間的附著系數(shù)；對混凝土或?yàn)r青路面可取0.5~0.6之間。
已知：kg；取0.6，把數(shù)據(jù)代入（3.4）式得：
所以，一擋傳動比的選擇范圍是：
初選一擋傳動比為2.8。
3.3.3 變速器各擋傳動比的分配
等比級數(shù)分配其它各檔傳動比，即：
3.4 中心距的選擇
初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
（3.5）
式中：
A ——變速器中心距（mm）；
——中心距系數(shù)，乘用車=8.9~9.3；
——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)距為100（N·m）；
——變速器一擋傳動比為2.8；
——變速器傳動效率，取96%。
（8.9~9.3）=（8.9-9.3）6.45=58.5~61.3mm
轎車變速器的中心距在60～80mm范圍內(nèi)變化。初取A=62mm。
3.5 外形尺寸確定
變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。
影響變速器殼體的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。
乘用車四擋變速器殼體的軸向尺寸為（3.0～3.4）A。
商用車四擋變速器殼體的軸向尺寸可參考下列數(shù)據(jù)選用：
（1）四擋 （2.2～2.7）A
（2）五擋 （2.7～3.0）A
（3）六擋 （3.2～3.5）A
當(dāng)變速器選用的擋數(shù)和同步器多時，上述中心距系數(shù)應(yīng)取給出范圍的上限。為了檢測方便，中心距A最好取為整數(shù)。
軸向尺寸為（3.0～3.4）A=186～220.8mm，取為220mm。
3.6 齒輪參數(shù)確定
1、模數(shù)
齒輪模數(shù)是一個重要參數(shù)，并且影響它的選取因素又很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。少數(shù)情況下，汽車變速器各擋齒輪均選用相同的模數(shù)，變速器用齒輪模數(shù)的范圍如表3.2。
所選模數(shù)值應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1357—1987的規(guī)定，如表3.3。選用時，應(yīng)優(yōu)先選用第一系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒形。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取用范圍是：乘用車和總質(zhì)量在1.8～14.0t的貨車為2.0～3.5mm；總質(zhì)量大于14.0t的貨車為3.5～5.0mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換擋。
表3.2 汽車變速器齒輪的法向模數(shù)
車型
乘用車的發(fā)動機(jī)排量V/L
貨車的最大總質(zhì)量/t
1.0＞V≤1.6
1.6＜V≤2.5
6.0＜≤14.0
＞14.0
模數(shù)/mm
2.25～2.75
2.75～3.00
3.50～4.50
4.50～6.00
表3.3 汽車變速器常用的齒輪模數(shù) （mm）
一系列
1.00
1.25
1.5
2.00
2.50
3.00
4.00
5.00
6.00
二系列
1.75
2.25
2.75
（3.25）
3.50
（3.75）
4.50
5.50
—
轎車模數(shù)的選取以發(fā)動機(jī)排量作為依據(jù)，由表3.2選取各檔模數(shù)為，由于轎車對降低噪聲和振動的水平要求較高，所以一擋到五擋均采用斜齒輪，倒擋采用直齒輪。
2、壓力角
對于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。對貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力角[15]。
國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以普遍采用的壓力角為20°。嚙合套或同步器的壓力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。
本變速器為了加工方便，故全部選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°。
3、螺旋角
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)注意它對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。試驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過當(dāng)螺旋角大于30°時，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，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)選用較大的螺旋角。
斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用：
（1）乘用車變速器
1）兩軸式變速器為20°～25°
2）中間軸式變速器為22°～34°
（2）貨車變速器：18°～26°
本設(shè)計(jì)初選螺旋角全部為20°。
4、齒寬
在選擇齒寬時，應(yīng)該注意齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時的受力均勻程度等均有影響。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)m()的大小來選定齒寬：
（1）直齒b=m, 為齒寬系數(shù)，取為4.5～8.0；
（2）斜齒輪b=，取為6.0～8.5。
斜齒，取為6.0～8.5
一、二擋取8
mm
三、四、五擋取6
mm
直齒倒擋取8 mm
5、齒輪的變位系數(shù)的選擇原則
齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨損、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。
變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。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的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度相接近的程度。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時增加一對齒輪的強(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。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免了其缺點(diǎn)。
變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時還承受沖擊負(fù)荷。對于高擋齒輪，其主要損壞形式是齒面疲勞剝落，因此應(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)使總變位系數(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，由于小齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲、斷裂的現(xiàn)象。為提高小齒輪的抗彎強(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)，此時小齒輪的變位系數(shù)大于零。由于工作需要，有時齒輪齒數(shù)取得少（如一擋主動齒輪）會造成輪齒根切。這不僅削弱了輪齒的抗彎強(qiáng)度，而且使重合度減少。此時應(yīng)對齒輪進(jìn)行正變位，以消除根切現(xiàn)象。
總變位系數(shù)減少，一對齒輪齒根總的厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。但是由于輪齒的剛度減小，易于吸收沖擊振動故噪聲要小一些。另外，值越小，齒輪的齒形重合度越大，這不但對降噪有利，而且由于齒形重合度增大，單齒承受最大載荷時的著力點(diǎn)距齒根近，彎曲力矩減小，相當(dāng)于齒根強(qiáng)度提高，對由于齒根減薄而產(chǎn)生的削弱強(qiáng)度的因素有所抵消。
根據(jù)上述理由，為了降低噪聲，對于變速器中除去一、二擋和倒擋以外的其他各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動。一般情況下，最高擋和一軸齒輪副的可以選為－0.2～0.2。隨著擋位的降低，值應(yīng)該逐擋增大。一、二擋和倒擋齒輪，應(yīng)該選用較大的值，以便獲得高強(qiáng)度齒輪副。一擋齒輪的值可以選用1.0以上。
6、齒頂高系數(shù)
在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強(qiáng)度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與1.00的細(xì)高齒。
本設(shè)計(jì)取為1.00。
3.7 各擋齒輪齒數(shù)的分配
在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的擋數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，各擋齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。如圖3.1是本次設(shè)計(jì)的變速器的傳動方案。
1-一檔主動齒輪 2-一檔從動齒輪 3-二檔主動齒輪 4-二檔從動齒輪 5-三檔主動齒輪 6-三檔從動齒輪 7-四檔主動齒輪 8-四檔從動齒輪 9-五檔主動齒輪 10-五檔從動齒輪 11倒檔中間軸齒輪
12-倒檔主動齒輪13-倒檔輸出軸齒輪
圖3.1 變速器的傳動示意圖
3.7.1 確定一擋齒輪的齒數(shù)及傳動比
1、一擋傳動比
取整得46。轎車可在12～17之間選取，取12，則。則一擋傳動比為：
2、對中心距A進(jìn)行修正
取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
3.7.2 確定二擋齒輪的齒數(shù)及傳動比
1、二擋傳動比
取整得47。=15，則。則二擋傳動比為：
2、對中心距A進(jìn)行修正
取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
3.7.3 確定三擋齒輪的齒數(shù)及傳動比
1、三擋傳動比
取整得47。=19，則。則三擋傳動比為：
2、對中心距A進(jìn)行修正
取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
3.7.4 確定四擋齒輪的齒數(shù)及傳動比
1、四擋傳動比
取整得47。=22，則。則四擋傳動比為：
2、對中心距A進(jìn)行修正
取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
3.7.5 確定五擋齒輪的齒數(shù)及傳動比
1、五擋傳動比
取整得47。=26，則。則五擋傳動比為：
2、對中心距A進(jìn)行修正
取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
3.7.6 確定倒擋齒輪的齒數(shù)及傳動比
初選倒擋軸上齒輪齒數(shù)為=21，輸入軸齒輪齒數(shù)=11，為保證倒擋齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)動干涉齒輪11和齒輪12的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，即滿足以下公式：
（3.6）
已知：，，把數(shù)據(jù)代入（3.6）式，齒數(shù)取整，解得：，則倒檔傳動比為：
輸入軸與倒擋軸之間的距離：
mm
輸出軸與倒擋軸之間的距離：
mm
3.8 變速器齒輪的變位
3.8.1 確定一擋齒輪變位系數(shù)
法面模數(shù) =2.5
端面模數(shù) ==≈2.66mm
法面壓力角
=20°
端面壓力角
=arctg=≈21.17°
理論中心距
A==2.66=61.19mm
中心距變動系數(shù)
===0.324
===0.324=0.014
查表得=0.014483，則總變位系數(shù)
==0.014483=0.3331
根據(jù)齒數(shù)比==2.8，按線圖3.2分配變位系數(shù)得=0.28，則
=－=0.3331－0.28=0.0531
圖 3.2 選擇變位系數(shù)線路圖
3.8.2 確定二擋齒輪變位系數(shù)
法面模數(shù) =2.5
端面模數(shù) ==≈2.66mm
法面壓力角
=20°
端面壓力角
=arctg=≈21.17°
理論中心距
A==2.66=62.5mm
中心距變動系數(shù)
===-0.2
===0.324=0.01378
查表得=0.0163617，則總變位系數(shù)
==0.0163617=0.3845
根據(jù)齒數(shù)比==2.13，按線圖3.2分配變位系數(shù)得=0.25，則
=－=0.3845－0.25=0.1345
3.8.3確定三擋齒輪變位系數(shù)
法面模數(shù) =2.5
端面模數(shù) ==≈2.66mm
法面壓力角
=20°
端面壓力角
=arctg=≈21.17°
理論中心距
A==2.66=62.5mm
中心距變動系數(shù)
===-0.2
===0.324=0.01378
查表得=0.01637，則總變位系數(shù)
==0.01637=0.3847
根據(jù)齒數(shù)比==1.47，按線圖3.2分配變位系數(shù)得=0.1，則
=－=0.3847－0.1=0.2847
3.8.4 確定四擋齒輪變位系數(shù)
法面模數(shù) =2.5
端面模數(shù) ==≈2.66mm
法面壓力角 =20°
端面壓力角 =arctg=≈21.17°
理論中心距 A==2.66=62.5mm
中心距變動系數(shù)
===-0.2
===0.314=0.01378
查表得=0.01637，則總變位系數(shù)
==0.01637=0.3847
根據(jù)齒數(shù)比==1.136，按線圖3.2分配變位系數(shù)得=0.05，則
=－=0.3847－0.05=0.3347
3.8.5 確定五擋齒輪變位系數(shù)
法面模數(shù) =2.5
端面模數(shù) ==≈2.66mm
法面壓力角 =20°
端面壓力角 =arctg=≈21.17°
理論中心距
A==2.66=62.5mm
中心距變動系數(shù)
===-0.2
===0.324=0.01378
查表得=0.01637，則總變位系數(shù)
==0.01637=0.3847
根據(jù)齒數(shù)比==0.8，按線圖3.2分配變位系數(shù)得=0.1923，則
=－=0.3847－0.1923=0.1923
3.8.6 本次設(shè)計(jì)所有齒輪的幾何尺寸如表3.4、3.5所示。
表3.4 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸 (mm)
分度圓直徑
27.5
75
52.5
齒頂高
2.5
2.5
2.5
齒根高
3
3
3
齒全高
5.5
5.5
5.5
齒頂圓直徑
32.5
80
57.5
齒根圓直徑
25
68.75
46.25
中心距
=62 =40 =63.75
節(jié)圓直徑
33.27
90.73
81.4
基節(jié)
6
6
6
基圓直徑
26
70.5
49.3
表3.5 斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸 (mm)
端面模數(shù)
2.66
2.66
2.66
2.66
2.66
2.66
2.66
2.66
2.66
2.66
端面壓力角
21.17
21.17
21.17
21.17
21.17
21.17
21.17
21.17
21.17
21.17
螺旋角
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
分度圓直徑
31.9
90
40
85
50.55
76
58.53
66.5
69.17
53.87
齒頂高
2.5
2.61
1.66
1.375
1.29
1.75
1.16
1.875
1.519
1.519
齒根高
2.425
3
1.875
2.79
2.875
2.4
3
2.29
1.06
1.07
齒全高
4.925
5.61
3.535
4.165
4.165
3.13
4.16
4.165
3.525
3.526
齒頂圓直徑
37
93
43.22
87
53.13
78
60.85
70.25
72.2
58
中心距
62
62
62
62
62
基圓直徑
28.19
80
35.3
75.2
44.64
65.78
51.68
58.73
61.08
49.33
節(jié)圓直徑
32.34
91.66
39.57
84.4
50.13
73.87
58.04
65.96
68.6
55.4
當(dāng)量齒數(shù)
14
40
18
38
23
33
26
30
31
25
齒根圓直徑
29
86.5
38
79.52
44.8
69.7
52.53
61.92
67
50
3.9 本章小結(jié)
本章主要介紹了變速器主要參數(shù)的選擇，包括確定擋數(shù)、傳動比范圍，根據(jù)最大爬坡度和驅(qū)動輪與地面的附著力確定一擋傳動比和五擋傳動比，進(jìn)而確定其它各擋傳動比，選擇中心距、外形尺寸以及齒輪參數(shù)，根據(jù)變速器的傳動示意圖確定各擋齒輪齒數(shù)，進(jìn)行各擋齒輪變位系數(shù)的分配。最后列出了各擋齒輪的幾何尺寸。這些為之后齒輪、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算做好了準(zhǔn)備。
第4章 變速器主要結(jié)構(gòu)元件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 齒輪損壞的原因及形式
變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞剝落（點(diǎn)蝕）、齒面膠合以及移動換擋齒輪端部破壞。
齒輪在嚙合過程中，輪齒根部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，過渡圓角處又有應(yīng)力集中，故當(dāng)齒輪受到足夠大的載荷作用，其根部的彎曲應(yīng)力超過材料的許用應(yīng)力時，輪齒就會斷裂。這種由于強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生的斷裂，其斷面為一次性斷裂所呈現(xiàn)的粗粒狀表面。在汽車變速器中這種破壞情況很少發(fā)生。而常見的斷裂是由于在重復(fù)載荷作用下使齒根受拉面的最大應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)疲勞裂縫而逐漸擴(kuò)展到一定深度后產(chǎn)生的折斷，其破壞斷面在疲勞裂縫部分呈光滑表面，而突然斷裂部分呈粗粒狀表面。變速器低擋小齒輪由于載荷大而齒數(shù)少、齒根較弱，其主要的破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。
齒面點(diǎn)蝕是常用的高擋齒輪齒面接觸疲勞的破壞形式。齒面長期在脈動的接觸應(yīng)力作用下，會逐漸產(chǎn)生大量與齒面成尖角的小裂縫。嚙合時由于齒面的相互擠壓，使充滿了潤滑油的裂縫處油壓增高，導(dǎo)致裂縫的擴(kuò)展，最后產(chǎn)生剝落，使齒面上形成大量的扇形小麻點(diǎn)，即所謂點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕使齒形誤差加大而產(chǎn)生載荷，甚至可能引起輪齒折斷。通常是靠近節(jié)圓根部齒面處的點(diǎn)蝕較靠近節(jié)圓頂部齒面處的點(diǎn)蝕嚴(yán)重；主動小齒輪較被動大齒輪嚴(yán)重。
增大輪齒根部齒厚，加大齒根圓角半徑，采用高齒，提高重合度，增多同時嚙合的輪齒對數(shù)，提高輪齒柔度，采用優(yōu)質(zhì)材料等，都是提高輪齒彎曲強(qiáng)度的措施。合理選擇齒輪參數(shù)及變位系數(shù)，增大齒廓曲率半徑，降低接觸應(yīng)力，提高齒面硬度等，可提高齒面的接觸強(qiáng)度。采用黏度大、耐高溫、耐高壓的潤滑油，提高油膜強(qiáng)度，選擇適當(dāng)?shù)凝X面表面處理和鍍層等，是防止齒面膠合的措施。
用移動齒輪的方法完成換擋的低檔和倒擋齒輪，由于換擋時兩個進(jìn)入嚙合的齒輪存在角速度差，換擋瞬間在輪齒端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。
4.2 齒輪材料的選擇原則
1、滿足工作條件的要求
不同的工作條件，對齒輪傳動有不同的要求，故對齒輪材料亦有不同的要求。但是對于一般動力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。
2、合理選擇材料配對
如對硬度≤350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號材料。
3、考慮加工工藝及熱處理工藝
變速器齒輪滲碳層深度推薦采用下列值：
時滲碳層深度0.8～1.2
時滲碳層深度0.9～1.3
時滲碳層深度1.0～1.3
表面硬度HRC58～63；心部硬度HRC33～48
對于氰化齒輪，氰化層深度不應(yīng)小于0.2；表面硬度HRC48～53。
對于大模數(shù)的重型汽車變速器齒輪，可采用25CrMnMO，20CrNiMO，12Cr3A等鋼材，這些低碳合金鋼都需隨