CA7220轎車變速器設(shè)計(jì)

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1、長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)CA7220轎車手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用兩軸式變速器，該變速器具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是其各檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最?。欢窃邶X輪中心距較小的情況下仍然可以獲得較大的一檔傳動(dòng)比。 根據(jù)轎車的外形、輪軸、車輛重量、滿載重量以及最高車速等參數(shù)結(jié)合增加選擇的適合該轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)可以得出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩、排量等重要參數(shù)。再結(jié)合某些轎車的基本參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比。根據(jù)上述參數(shù)，再結(jié)合汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚?、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，計(jì)算出相關(guān)的變速器參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。 它的功用是：①改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以

2、適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作；②在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；③利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)、怠速，并便于發(fā)動(dòng)機(jī)換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。這臺(tái)變速器具有五個(gè)前進(jìn)檔（包括一個(gè)超速檔五檔）和一個(gè)倒檔，并通過(guò)鎖環(huán)式同步器來(lái)實(shí)現(xiàn)換檔。 關(guān)鍵詞：變速器 鎖環(huán)式同步器 傳動(dòng)比 齒輪 ABSTRACT The duty of this design is to design CA7220 car transmission.This design use

3、s the two shafts type transmission.This transmission has two prominent merits:Firstly,the transmission efficiency of the direct keeps off high,the attrition and the noise are also slightest;Secondly,it’s allowed to obtain in the biger gear ratio of the first gear when the center distance is smaller.

4、 According to the contour, wheel base,the vehicles weight,the all-up weight as well as the highest speed and so on,union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power,the max torque,the displacement and so on.According to the basic parameters of the certain saloo

5、n,choose the suitable final drive ratio.According to the above parameters,combining the knowledge of automobile design,automobile theory,machine design and so on,calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. Its function is:①Changing gear ratio,expandin

6、g the torque of the driving wheel and the range of the rotational speed,to adapt the travel condition which frequently changes,like start,acceleration,climbing and so on,simultaneously causes the engine to work under the advantageous operating mode;②Under the premise of the invariable rotation,enabl

7、es the automobile to travel back;③Using neutral,severances the power transmission,to make the engine strart,idle,and is advantafeous for the enfine to shift gears or to carry on the dynamicoutput.This gearbox has five(including over drive—fifth gear)and a reverse gear,and through the inertial type o

8、f synchronizer to realize shift gears. KEY WORDS:transmission；inertial type of synchronizer；gear ratio；gear II 目錄 摘要 I ABSTRACT II 目錄 i 第1章 緒論 1 1.1 研究的目的和意義 1 1.2.1變速器的要求 1 1.2.2變速器的分類 2 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 第2章 設(shè)計(jì)方案論證 5 2.1 手動(dòng)變速器的工作原理 5 2.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 5 2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 5 2.2.2三軸式變速器與兩軸式變

9、速器 5 2.2.3倒檔傳動(dòng)方案 7 2.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 7 2.3.1齒輪型式 7 2.3.2換檔結(jié)構(gòu)型式 8 2.3.3軸的結(jié)構(gòu)與分析 8 2.3.4軸承型式 9 2.4 傳動(dòng)方案的最終設(shè)計(jì) 9 2.5 小結(jié) 11 第3章 手動(dòng)變速器主要零件參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3.1 檔位數(shù)和傳動(dòng)比 12 3.1.1檔數(shù)的選擇 12 3.1.2傳動(dòng)比范圍 12 3.2 功率轉(zhuǎn)速 12 3.3 齒輪的設(shè)計(jì)要求 13 3.3.1齒輪基本參數(shù)的確定 13 3.3.2各檔齒輪齒數(shù)的確定 17 3.3.3齒輪變位系數(shù)的選擇 27 3.4 小結(jié) 28 第4章

10、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 4.1 齒輪的損壞原因及形式 29 4.1.1輪齒折斷 29 4.1.2齒面點(diǎn)蝕 29 4.2 齒輪的材料選擇及熱處理 29 4.3 齒輪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算 30 4.3.1斜齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 30 4.3.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 31 第5章 變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 32 5.1 軸的功用及設(shè)計(jì)要求 32 5.2 軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 32 5.2.1軸尺寸的初選 32 5.2.2軸向尺寸 33 5.2.3軸的剛度和強(qiáng)度校核 33 第6章 變速器軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 38 6.1 軸承型號(hào)的選擇 38 6.2 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 38 6.3 計(jì)算軸承的

11、基本額定壽命 38 6.4 軸承的強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算 38 6.4.1初選軸承型號(hào) 38 6.4.2計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 39 6.4.3計(jì)算軸承的基本額定壽命 39 第7章 變速器同步器的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 7.1 同步器的結(jié)構(gòu) 40 7.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 41 7.2.1同步環(huán)錐面上的螺紋槽 41 7.2.3摩擦錐面平均半徑 42 7.2.4錐面工作長(zhǎng)度 42 7.2.5同步環(huán)徑向厚度 42 7.2.6鎖止角 42 7.2.7同步時(shí)間 42 7.3 變速器的操縱機(jī)構(gòu) 43 7.3.1操縱機(jī)構(gòu)的功用 43 7.3.2設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足下列主要要求： 43

12、 7.3.3操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與分類 43 7.3.4換檔位置 44 第8章 結(jié)論 46 8.1 工作總結(jié) 46 8.2 研究展望 46 參考文獻(xiàn) 47 致謝 48 50 第1章 緒論 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這似乎成為了衡量汽車品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的，因?yàn)樗莿?dòng)力的締造者。但是，掌控速度快慢的，確是它身后的變速器。 1.1 研究的目的和意義 21世紀(jì)，汽車工業(yè)成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車企業(yè)對(duì)各系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)需求旺盛。其實(shí)，汽車與人一樣，也是有著整套健康系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體。發(fā)動(dòng)機(jī)是心臟，車輪、底盤與懸掛是軀干與四肢，然而連接它們的，是類

13、似于人體經(jīng)脈的變速器系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)，變速器是伴隨著汽車工業(yè)出現(xiàn)的必然產(chǎn)物，是汽車上的必需品。在完成了最基本的傳動(dòng)功能之外，我們對(duì)變速器的要求也是越來(lái)越高，這是變速箱演變過(guò)程的首要催產(chǎn)素。由此可見，對(duì)汽車的變速器進(jìn)行研究具有十分重要的意義。 變速器作為汽車的傳動(dòng)系的關(guān)鍵部件，對(duì)汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性、操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率都有著直接的影響。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳動(dòng)機(jī)械式的手動(dòng)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(shí)它也有很多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，使用壽命長(zhǎng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)效率高達(dá)98%，生產(chǎn)和制造工藝成熟以及成本低等，如

14、果能改善手動(dòng)變速器上述的缺點(diǎn)，它還是有很大發(fā)展空間的。所以對(duì)手動(dòng)變速器變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究是很必要也是很有意義的。 目前，國(guó)內(nèi)變速器主要采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力。齒輪是手動(dòng)變速器的主要傳動(dòng)部件，由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)、工作可靠和維修方便等特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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，具有更小的噪聲，這些都對(duì)變速器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。但是傳動(dòng)的齒輪設(shè)計(jì)方法偏于安全，變速器內(nèi)的部件，無(wú)論是齒輪還是軸等都顯得過(guò)于笨重

15、，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前變速器輕量化的發(fā)展需要，因此對(duì)手動(dòng)變速器進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)既能保證具有足夠的可靠性要求，又能保證具有最佳的使用性能，這些都是值得進(jìn)一步研究的課題。 1.2 變速器的要求與分類 1.2.1變速器的要求 為了確保變速器具有良好的工作性能，對(duì)于變速器的設(shè)計(jì)一般有以下要求： （1）應(yīng)保證汽車具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽車載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來(lái)滿足這一要求。 （2）工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過(guò)程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行駛安全性，

16、操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過(guò)采用同步器和預(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng)換檔來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （3）重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。 （4）設(shè)置空擋，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸；設(shè)置倒檔，使汽車能夠倒退行駛。 （5）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 （6）傳動(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。 （7）噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。 除此之外，變速器還有應(yīng)當(dāng)滿足

17、輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。 近年來(lái)，隨著汽車技術(shù)的飛速進(jìn)步和道路車輛密度的不斷增大，對(duì)變速器的性能要求也越來(lái)越高，設(shè)計(jì)研究中對(duì)變速器主要零部件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算及校核的意義十分重大。例如齒輪，作為變速器中的重要零件，它起著傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的作用，由于車速的不斷變化和頻繁的換檔，齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)工況較為復(fù)雜多變，工作環(huán)境較為惡劣，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的建模和強(qiáng)度計(jì)算十分必要。眾多的汽車工程師在改進(jìn)汽車變速器性能的研究中傾注了大量的心血，使變速器技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 1.2.2變速器的分類 在汽車變速器100多年的歷史中，主要經(jīng)歷了從手動(dòng)到自動(dòng)的發(fā)展過(guò)程。目前世界上使用最多的汽車變速

18、器為手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、半自動(dòng)變速器（AMT）、無(wú)級(jí)變速器（CVT）、雙離合變速器（DCT）等。 （1）按變速器傳動(dòng)比的變化方式可分為有級(jí)式、無(wú)級(jí)式和綜合式三種。 ①有級(jí)式變速器采用齒輪傳動(dòng)，由多組不用的齒輪相互嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，它有幾個(gè)可供選擇的固定傳動(dòng)比，其傳動(dòng)比的變化也不是連續(xù)的，而是分級(jí)變速的。按其中齒輪組成輪系的不同，又可分為齒輪軸線固定的普通齒輪變速器和部分齒輪（行星齒輪）軸線旋轉(zhuǎn)的行星齒輪變速器兩種。 ②無(wú)級(jí)式變速器的傳動(dòng)比可在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，根據(jù)傳力介質(zhì)的不同又可分為液力式和電力式。 ③綜合式變速器由液力變矩器和行星齒輪式變速器共同組成的，其傳動(dòng)比可

19、以再最大值與最小值之間若干個(gè)分割的區(qū)間內(nèi)作無(wú)級(jí)變化。 （2）按變速器操縱方式的不同，可分為手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）和半自動(dòng)變速器三種。 ①手動(dòng)變速器也叫手動(dòng)檔，即用手撥動(dòng)變速桿改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的。 手動(dòng)變速器換擋裝置有直齒滑動(dòng)式、接合套式和同步器式三種。齒輪式有級(jí)變速器大都采用的是手動(dòng)變速器。 ②半自動(dòng)變速器可分為兩種，一種是部分檔位自動(dòng)換檔，部分檔位手動(dòng)換檔；另一種是預(yù)先用按鈕選定檔位，同時(shí)連接變速器換檔機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)操縱下由執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行換檔。 ③自動(dòng)變速器能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速等情況自動(dòng)變換傳動(dòng)比，使汽車獲得良好

20、的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，并減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染。 多數(shù)自動(dòng)變速器是采用行星齒輪機(jī)構(gòu)也有采用平行軸齒輪機(jī)構(gòu)的。單排行星齒輪機(jī)構(gòu)不能滿足汽車行駛中變速變矩的需要。在自動(dòng)變速器中，兩排或三排行星齒輪機(jī)構(gòu)組合成在一起，用以滿足汽車行駛需要的多種傳動(dòng)比。 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 汽車行駛的速度是不斷變化的，即要求汽車變速器的變速比要盡量多，這就是無(wú)級(jí)變速（Continuously Variable Transmission 簡(jiǎn)稱CVT）。盡管傳統(tǒng)的齒輪變速器并不理想，但以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點(diǎn)依然占領(lǐng)著汽車變速器的主流地位。在跨越了三個(gè)世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒(méi)有使用上滿意的無(wú)級(jí)

21、變速器，這是汽車的無(wú)奈和缺憾。但是，人們始終沒(méi)有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力，各大汽車廠商對(duì)無(wú)級(jí)變速器（CVT）表現(xiàn)了極大的熱情，極度重視CVT在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器研究的終極目標(biāo)。 （1）自動(dòng)變速器發(fā)展趨勢(shì)分析 液力自動(dòng)變速器已有60多年的歷史，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、性能可靠，因此國(guó)外一直未停止對(duì)液力自動(dòng)變速器替代品的研究與開發(fā)。 對(duì)于電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，雖然世界上許多國(guó)家投入了研究與開發(fā)，但一直未見批量生產(chǎn)的報(bào)道，足見其進(jìn)展的艱難。盡管電控機(jī)械式自動(dòng)變速器產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程不會(huì)一帆風(fēng)順，但前景是廣闊的。在更能滿足重型車的動(dòng)力傳遞要求方面，電

22、控機(jī)械式自動(dòng)變速器更具發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。 金屬帶無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器商品化的時(shí)間雖不長(zhǎng)，目前在汽車變速器中的占有率也不高，但從產(chǎn)品性能看，其發(fā)展前景卻十分看好。 （2）手動(dòng)變速器發(fā)展趨勢(shì)分析 手動(dòng)變速器的許多最近的發(fā)展集中在為降低成本和體積的新制造方法上。傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，變速器制造包含大量昂貴的機(jī)器，以及為機(jī)械加工和裝配操作所需留出的空間限制的設(shè)計(jì)。 目前，全世界各大汽車廠商為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力都在大力進(jìn)行CVT的研發(fā)工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車品牌中都配備CVT的轎車銷售，全世界CVT轎車的年產(chǎn)量已達(dá)到近50萬(wàn)輛。值得注意的一點(diǎn)是，裝備有CVT的汽車市場(chǎng)，由最初

23、的日本、歐洲已經(jīng)滲透到北美市場(chǎng)，CVT汽車已經(jīng)成為當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢(shì)。 根據(jù)我國(guó)汽車變速器的技術(shù)條件和市場(chǎng)情況，對(duì)于未來(lái)20年的中國(guó)市場(chǎng)，可以得出以下結(jié)論：手動(dòng)變速器在短期內(nèi)仍將主導(dǎo)市場(chǎng)，但自動(dòng)變速器將不斷受到市場(chǎng)青睞，其中，雙離合器技術(shù)潛力巨大。 在汽車工業(yè)高速發(fā)展的今天，隨著世界燃油價(jià)格的日益上漲和運(yùn)用在汽車各種配件上的技術(shù)日趨成熟，變速器發(fā)展面臨的主要問(wèn)題如下： （1）如何設(shè)計(jì)出更加節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)型的變速器，將是變速器乃至汽車發(fā)展所要面臨的一個(gè)巨大問(wèn)題； （2）自動(dòng)變速器之所以發(fā)展如此迅速是因?yàn)樗倏v起來(lái)簡(jiǎn)單方便，但同時(shí)也減少了駕車的樂(lè)趣。因此，在不減少駕車娛樂(lè)性的同時(shí)，又能

24、使操縱更加方便快捷，也是變速器設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題； （3）如何設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率更高、使汽車車速變化更加平穩(wěn)以及駕車舒適性更高的變速器，則一直都是變速器設(shè)計(jì)所要攻克的技術(shù)難關(guān)。 第2章 設(shè)計(jì)方案論證 2.1 手動(dòng)變速器的工作原理 改變齒輪的嚙合位置，可以改變傳動(dòng)比，可以改變速度。前進(jìn)檔時(shí)，動(dòng)力由第一軸（或中間軸）直接傳給第二軸，只經(jīng)過(guò)一對(duì)齒輪傳動(dòng)，兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。 通過(guò)增加齒輪傳動(dòng)的對(duì)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)倒檔。 倒檔時(shí)，動(dòng)力由第一軸傳給倒檔軸、再由倒檔軸傳給第二軸，經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳動(dòng)，第一軸與第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。變速器

25、結(jié)構(gòu)方案的確定。 2.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 有級(jí)變速器與無(wú)級(jí)變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造低廉，具有高的傳動(dòng)效率，因此在各類汽車上均得到廣泛的應(yīng)用。 傳動(dòng)比范圍是變速器低檔傳動(dòng)比與高檔傳動(dòng)比的比值。汽車行駛的道路狀況愈多樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動(dòng)比范圍應(yīng)愈大。目前，轎車變速器的傳動(dòng)比范圍為3.0～4.5；一般用途的貨車和輕型以上的客車為5.0～8.0；越野車與牽引車為10.0～20.0。 變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性及平均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但采用手動(dòng)的機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)時(shí)

26、，要實(shí)現(xiàn)迅速、無(wú)聲換檔，對(duì)于多于5個(gè)前進(jìn)檔的變速器來(lái)說(shuō)是困難的。因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為5檔。 有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。 2.2.2三軸式變速器與兩軸式變速器 三軸式變速器如圖2-1所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來(lái)傳遞扭矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其

27、他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此。在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：處直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所下降。 兩軸式變速器如圖2-2所示。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量降低6%～10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)

28、橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工藝，降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n的主動(dòng)齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端，如圖示。 圖2-1 轎車三軸式四檔變速器 1.第一軸；2.第二軸；3.中間軸 圖2-2 兩軸式變速器 1.第一軸；2.第二軸；3.同步器 由于所設(shè)計(jì)的汽車是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，前輪驅(qū)動(dòng)，因此采用二軸式變速器。 2.2.3倒檔傳動(dòng)方案 常見的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種： 圖2-3 倒檔換檔方式 a)方案為常見的倒檔布置方案。此方案廣泛用于轎車和輕型

29、的貨車的四檔同步器式變速器中。 b)方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒檔時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因?yàn)榭s短了中間軸的長(zhǎng)度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。 c)方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。 d)方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。 e)方案是將中間軸上的一檔、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。 f)方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便。 綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用f方案的倒檔換檔方式。 2.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必須滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化等要求。在確定變速器

30、結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤(rùn)滑和密封等因素。 2.3.1齒輪型式 手動(dòng)變速器采用的傳動(dòng)齒輪型式主要分直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。 兩者相比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造上較為復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔。 在本設(shè)計(jì)中，由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。 2.3.2換檔結(jié)構(gòu)型式 手動(dòng)變速器的換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔三種型式

31、。 直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等原因，除一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套有分為內(nèi)齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采用內(nèi)齒嚙合式，以減小軸向尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。 采用同步器換擋雖然具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度高、成本高、軸向尺寸有所增加以及同步環(huán)使用壽命短等問(wèn)題，但可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使齒

32、輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時(shí)無(wú)噪聲，操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及行駛安全性，同時(shí)也可以延長(zhǎng)齒輪傳動(dòng)的壽命。此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。故在現(xiàn)代轎車上采用的大部分都是同步器換檔。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。 自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施外，在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下幾種： （1）將嚙合套做得長(zhǎng)一些或者兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開，這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過(guò)被接合齒約1～3 。使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫檔。 （2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?.3～0.6 ）

33、，這樣，換檔后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔。 （3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角，使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效，采用較多。 在本設(shè)計(jì)中，所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。 2.3.3軸的結(jié)構(gòu)與分析 本設(shè)計(jì)中，變速器采用的是兩軸式結(jié)構(gòu)，軸工作時(shí)要同時(shí)承受轉(zhuǎn)矩及彎矩的作用，其變形將影響軸上齒輪的正常嚙合，使得變速器不僅會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，也會(huì)降低軸及其裝配零件的使用壽命。變速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了要保證其自身的強(qiáng)度

34、和剛度外，軸上齒輪、同步器以及軸承的安裝于固定也是需要重點(diǎn)考慮的，同時(shí)它與加工工藝有著非常密切的關(guān)系。 輸入軸上的小齒輪通常與軸一體做成齒輪軸的形式，軸的總長(zhǎng)度決定于離合器總成的軸向尺寸以及軸上各檔主動(dòng)齒輪和同步器的軸向尺寸之和。輸入軸前端花鍵尺寸與離合器從動(dòng)盤轂的內(nèi)花鍵配合統(tǒng)一考慮，均采用漸開線花鍵的形式。從軸的受力及材料的合理使用來(lái)看，輸入軸制成階梯軸的形式較好，可以便于軸上齒輪、花鍵等零件的安裝。同時(shí)輸入軸的各截面尺寸不應(yīng)相差太大，該軸上三檔及五檔主動(dòng)齒輪均為接合齒形式，通過(guò)同步器完成換檔，由于該車齒輪所受軸向力不是很大，故選用彈性擋圈定位即可。另外對(duì)于輸入軸上同步器的安裝問(wèn)題，由于漸

35、開線花鍵固定連接的精度要求相比于矩形花鍵較低，且定位性能好，承載能力強(qiáng)，對(duì)于軸的剛度有提高的作用，故軸上同步器齒轂的內(nèi)花鍵將采用漸開線花鍵，并且以大徑定心。 2.3.4軸承型式 手動(dòng)變速器軸上支承多采用滾動(dòng)軸承，包括圓柱滾子軸承、向心球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承等。一般情況下，軸承的選取是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)來(lái)確定，然后驗(yàn)算其壽命。 第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)，可采用圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬因而容量大、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)。 在本設(shè)計(jì)中，輸入軸的前

36、軸承安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的內(nèi)腔中，本變速器將采用向心球軸承；輸入軸和輸出軸的連接處將采用滾針軸承，使兩軸的定位精度更高，有利于齒輪的嚙合和傳動(dòng)效率的提高，但對(duì)其配合處的尺寸精度、表面粗糙度以及硬度等有較高的要求，配合需適宜。 由于輸出軸要承受向外的軸向力，故其前端將采用帶止動(dòng)槽的向心球軸承，后端也采用向心球軸承。 變速器的第一軸的后部軸承按直徑系列選用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。 2.4 傳動(dòng)方案的最終設(shè)計(jì) 最終確定的傳動(dòng)方案如圖所示： 圖2-4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式 圖2-4為所設(shè)計(jì)的轎車手動(dòng)變速器的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖。齒輪從左至右依次為四檔、三檔、二檔、倒檔、一檔和五檔

37、齒輪，同時(shí)，三、四檔采用同步器換檔，一、二檔采用同步器換擋，倒檔齒輪直徑通過(guò)與五檔同步器連接的撥叉進(jìn)行換檔，并且一、二檔位同步器位于第二軸上，三、四檔位及五檔同步器位于輸入軸上。輸入軸前軸承、輸出軸前軸承及輸出軸后軸承與變速器殼體支承，輸入軸與輸出軸之間也采用軸承連接。 本人的題目為CA7220轎車變速器的設(shè)計(jì)，其基本參數(shù)如下表所示。 表2-1 CA7220轎車的基本參數(shù) 參數(shù) 基本值 車型名稱 CA7220轎車 驅(qū)動(dòng)形式 4×2 整車尺寸：長(zhǎng)、寬、高（mm） 4793、1814、1446 軸距（mm） 2687 輪距：前/后（mm） 1476/1483 最高車速

38、（km/h） 170 滿載質(zhì)量（kg） 1710 裝備質(zhì)量（kg） 1160 發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kW/rpm） 67/4800 發(fā)動(dòng)機(jī)功率實(shí)際使用值（kW/rpm） 63.3/4800 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩（Nm/rpm） 161/3000 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)際使用值（Nm/rpm） 153/3000 主減速器傳動(dòng)比 3.89 車輪滾動(dòng)半徑（m） 0.314 檔位 五檔 2.5 小結(jié) 本章較為詳細(xì)地闡述了手動(dòng)變速器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。結(jié)合該轎車手動(dòng)變速器的相關(guān)要求對(duì)所設(shè)計(jì)的變速器進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)變速器的主要零件，如齒輪、軸、軸承、倒檔型式以及換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)等型式進(jìn)行了選

39、擇和分析。 第3章 手動(dòng)變速器主要零件參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 檔位數(shù)和傳動(dòng)比 為保證整車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，必須合理選擇檔位和配置變速器的各檔傳動(dòng)比。 3.1.1檔數(shù)的選擇 增加變速器的檔數(shù)能夠改善汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，而且在使用時(shí)換檔頻率也增高。在最低檔傳動(dòng)比不變的條件下，增加變速器的檔數(shù)會(huì)使變速器相鄰的低檔與高檔之間的傳動(dòng)比比值減小，使換檔工作容易進(jìn)行。近年來(lái)，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。 檔數(shù)選擇的要求： （1

40、）相鄰檔位之間的傳動(dòng)比值在1.8以下； （2）高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 目前，轎車一般用4～5個(gè)檔位變速器，火車變速器采用4～5個(gè)檔或多檔，多檔變速器多用于重型火車和越野汽車。 由主要參數(shù)知，本設(shè)計(jì)采用5個(gè)檔位。 3.1.2傳動(dòng)比范圍 變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低檔傳動(dòng)比與最高檔傳動(dòng)比的比值。 傳動(dòng)比范圍的確定與選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。目前轎車的傳動(dòng)比范圍在3～4之間，輕型貨車在5～6之間，其他貨車則更大。 選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪

41、的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。 表3-1是由主要參數(shù)知，在其基礎(chǔ)上完成齒輪相關(guān)參數(shù)的選取和計(jì)算。 表3-1 各檔傳動(dòng)比初值 檔位 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 倒檔 主減速器 傳動(dòng)比 3.6 2.125 1.458 1.071 0.857 3.72 3.89 由于齒數(shù)取整，最后的傳動(dòng)比允許在指定值的3%范圍內(nèi)浮動(dòng)。 3.2 功率轉(zhuǎn)速 (3-1) 式中：——最高車速，=170 ； ——車輪滾動(dòng)半徑，=0.314 ； ——功率轉(zhuǎn)速，； ——最高檔五檔傳動(dòng)比，=0.857；

42、 ——主減速器傳動(dòng)比，=3.89。 故，=4787 。 3.3 齒輪的設(shè)計(jì)要求 作為機(jī)械傳動(dòng)中最重要也最廣泛的傳動(dòng)形式之一，齒輪傳動(dòng)廣泛的運(yùn)用于手動(dòng)變速器中。在其整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪的作用主要是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，因而在此工作過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)的不平穩(wěn)，同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊與噪聲問(wèn)題等。齒輪經(jīng)過(guò)實(shí)際負(fù)載工況工作至一定的壽命后，就可能產(chǎn)生輪齒折斷、齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕以及磨損等形式的損傷。由以上這些問(wèn)題可以看出齒輪傳動(dòng)過(guò)程中必須遵循的兩項(xiàng)基本要求：一是齒輪傳動(dòng)過(guò)程需具備必要的工作穩(wěn)定性，即對(duì)不同用途的齒輪需要求不同程度的工作平穩(wěn)性指標(biāo)，使得齒輪在其傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲等處于允許的

43、范圍內(nèi)，保證整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都能正常的工作；二是齒輪應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度，即要求傳動(dòng)齒輪尺寸小、重量輕，在保證承載能力的基本前提下有盡可能長(zhǎng)的壽命，也就是說(shuō)傳動(dòng)齒輪在工作過(guò)程中做到輪齒不折斷，齒面無(wú)點(diǎn)蝕，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)閲?yán)重的磨損而失效。 3.3.1齒輪基本參數(shù)的確定 手動(dòng)變速器齒輪的基本參數(shù)主要包括各檔齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、斜齒輪螺旋角、壓力角以及齒頂高系數(shù)等。 1.齒輪模數(shù) 齒輪模數(shù)的確定受到很多因素的影響，其中最主要的是其所受載荷的大小。由于低檔齒輪與高檔齒輪承受載荷的不同，故低檔與高檔齒輪的模數(shù)也最好做到不相同。從齒輪現(xiàn)代加工工藝及日常維修的觀點(diǎn)考慮，同一變速器中的齒輪模數(shù)種類不應(yīng)過(guò)多。需要

44、注意的是，在變速器中心距都相同的情況下，選用小模數(shù)的齒輪可以有效的減小傳動(dòng)噪聲，故本設(shè)計(jì)轎車表俗氣的齒輪將選用模數(shù)較小的齒輪。 齒輪模數(shù)選取的一般原則： （1）為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬； （2）為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)較少齒寬； （3）從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)； （4）從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 對(duì)于轎車，較少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選的小些，一般在2.0～3.5；對(duì)于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些，一般在3.5～5.0。所選模數(shù)值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 表3-2 汽車變速器齒輪法向模數(shù) 車型 轎車

45、的發(fā)動(dòng)機(jī)排量 貨車的最大總質(zhì)量 1.0＜V≤1.6 1.6＜V≤2.5 6.0≤14.0 ≥14.0 模數(shù) 2.25～2.75 2.75～3.00 3.50～4.50 4.50～6.00 表3-3 汽車變速器常用齒輪模數(shù) 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 — 齒輪模數(shù)初選時(shí)，可以對(duì)同類型汽車的齒輪模數(shù)進(jìn)行參考來(lái)確定，也可以根據(jù)現(xiàn)代汽車的大量手動(dòng)變速器齒輪模數(shù)使用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，找出其中的

46、變化規(guī)律，即通過(guò)前人總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)初選模數(shù)。 （1）對(duì)于低檔齒輪： = (3-2) 式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，已知=161； ——變速器的一檔傳動(dòng)比，已知=3.6； ——變速器的傳動(dòng)效率，一般取=0.96。 可得出=2.672，即一、二檔齒輪的模數(shù)定為2.75。 （2）對(duì)于高檔齒輪： = (3-3) 其中=1,可得出=2.525，即三、四、五檔及倒檔的模數(shù)定為2.5。 （3）同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形，轎車取2～3.5。本設(shè)計(jì)同步器和嚙合套的模數(shù)取=2.25。 初選的模數(shù)用

47、來(lái)完成齒輪齒數(shù)的分配及其相關(guān)的幾何尺寸計(jì)算，最后確定的模數(shù)值也應(yīng)滿足齒輪的相關(guān)強(qiáng)度要求，并符合GB1357-78中的規(guī)定。 2.壓力角、螺旋角、齒形、齒寬和齒頂高系數(shù) （1）壓力角 國(guó)家規(guī)定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，因此該壓力角使用的最多，同時(shí)也選用如14.5°、16.5°及22.5°等其他角度的壓力角。壓力角的增大可以增加根圓的齒厚，并且嚙合齒輪的節(jié)圓處漸開線曲率半徑也增大，使得齒輪的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度都顯著提高，但同時(shí)不根切的最少齒數(shù)減小，重合度也減小，傳動(dòng)時(shí)噪聲也隨之增大。對(duì)轎車，為了加大重合度以降低噪聲，取小些；對(duì)貨車，為了提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)取大些。 對(duì)于本設(shè)計(jì)的轎車變速器，要求

48、其噪聲小，故應(yīng)選用小的壓力角，同時(shí)對(duì)于該變速器，低檔齒輪承載能力大，應(yīng)采用大的壓力角，而高檔齒輪需滿足高轉(zhuǎn)速工況，要求降低噪聲故采用小的壓力角。故本設(shè)計(jì)的變速器，齒輪壓力角取20°，嚙合套或同步器的壓力角取30°；斜齒輪螺旋角取28°。 （2）螺旋角 變速器采用斜齒輪時(shí)，其螺旋角選用范圍一般在10°～35°。齒輪的螺旋角對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的螺旋角時(shí)，會(huì)使得軸向力以及軸承承受載荷過(guò)大，齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低；而選用螺旋角太小時(shí)，又難以發(fā)揮斜齒輪的優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于30°時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然

49、下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度考慮，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。對(duì)于所設(shè)計(jì)的轎車變速器，要求其齒輪轉(zhuǎn)速高而噪聲小，故選用螺旋角時(shí)應(yīng)取較大值。 為了適當(dāng)減小輸出軸上的軸向力，各檔齒輪的螺旋角可不相同。當(dāng)常嚙合齒輪與各檔齒輪的軸向力相互抵消時(shí)，各檔齒輪的螺旋角應(yīng)滿足下式要求： (3-4) 式中：——輸出軸上常嚙合齒輪螺旋角； ——輸出軸上常嚙合齒輪節(jié)圓半徑； ——當(dāng)下標(biāo)注=1，2，3，5時(shí)，分別表示變速器一、二、三和五檔輸出軸的齒輪螺旋角； ——輸出軸上其他

50、各檔齒輪的節(jié)圓半徑。 （3）齒形 斜齒輪螺旋角的方向有左旋和右旋之分。本設(shè)計(jì)中，第一軸斜齒輪全部采用左旋，可使得輸入軸上所承受的軸向力經(jīng)軸承蓋直接作用于變速器的殼體上，而不需要通過(guò)軸承的彈性擋圈來(lái)傳遞。同時(shí)，第二軸上斜齒輪全部采用右旋，因此相互嚙合的幾對(duì)齒輪副具有方向相反的軸向力，故該力可以部分抵消。 （4）齒寬 齒輪寬度對(duì)變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力均勻程度等均有影響。 選用較小的齒寬可以縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量。但齒寬減少使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)唄削弱，齒輪的工作應(yīng)力增加；選用較大的齒寬，工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻

51、并在齒寬方向磨損不均勻。 齒輪寬度的大小直接影響著齒輪的承載能力，加大，齒的承載能力增高，但在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強(qiáng)度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 通常根據(jù)齒寬系數(shù)來(lái)選定齒寬： = (3-5) 式中：——齒寬系數(shù),取=7； ——法向模數(shù)。 齒輪的齒寬在按公式計(jì)算后再做適當(dāng)圓整，而且常將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上加寬5～10，以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒

52、寬減小而增大齒輪單位齒寬的工作載荷。 （5）齒頂高系數(shù) 一般汽車變速器的齒輪均采用標(biāo)準(zhǔn)齒頂高系數(shù)=1.0。而現(xiàn)代轎車變速器多采用長(zhǎng)齒齒輪，即齒頂高系數(shù)大于1，因?yàn)樵撻L(zhǎng)齒齒輪不僅可以增大重合度，而且相比標(biāo)準(zhǔn)齒高齒輪在強(qiáng)度、噪聲、動(dòng)載荷和振動(dòng)等方面均有明顯改善，但同時(shí)也存在著相對(duì)滑動(dòng)速度大、易根切或齒頂變尖等問(wèn)題，如果能有效平衡其優(yōu)缺點(diǎn)選取一個(gè)較好的齒頂高系數(shù)，則對(duì)變速器齒輪的傳動(dòng)性能有著很大的幫助。 3.中心距 齒輪中心距作為變速器的重要參數(shù)之一，對(duì)變速器的外形尺寸、體積及質(zhì)量大小、輪齒的接觸強(qiáng)度有著直接的影響，所選取的中心距也應(yīng)該能保證齒輪的強(qiáng)度。 中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒

53、輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。 本文設(shè)計(jì)的兩軸式變速器的齒輪中心距，可根據(jù)對(duì)已有變速器統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)進(jìn)行初選： = (3-6) 式中， ——中心距系數(shù),對(duì)轎車，=8.9～9.3；對(duì)貨車，=8.6～9.6； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，，已知=161； ——變速器的一檔傳動(dòng)比，已知=3.6； ——變速器的傳動(dòng)效率，一般可取=0.96。 則, =（8.9～9.3） =73.202～76.492（）

54、 初選中心距=76。 檔變速器選用常嚙合齒輪對(duì)數(shù)和同步器多時(shí)，中心距系數(shù)應(yīng)取給出系數(shù)的上限。 另外，當(dāng)汽車在良好路面上行駛時(shí)，中心距應(yīng)取最小值。同時(shí)，中心距的確定還要考慮齒輪相關(guān)的幾何參數(shù)和變速器結(jié)構(gòu)的要求，如模數(shù)、齒數(shù)、變位系數(shù)及斜齒輪螺旋角要與所選的中心距相匹配。 3.3.2各檔齒輪齒數(shù)的確定 在初選了變速器的檔位數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、軸向尺寸、齒輪模數(shù)和螺旋角并繪出變速器的結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖后，即可對(duì)各檔齒輪的齒數(shù)進(jìn)行分配。 變速器的齒輪齒數(shù)確定應(yīng)考慮一下幾點(diǎn)因素： （1）應(yīng)盡量滿足整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等對(duì)變速器各檔傳動(dòng)比的要求； （2）增加齒輪齒數(shù)可適當(dāng)降低齒輪傳動(dòng)時(shí)的噪聲； （

55、3）最少齒數(shù)應(yīng)使齒輪不產(chǎn)生根切。通常變速器一檔小齒輪的齒數(shù)最少，因此該小齒輪不應(yīng)產(chǎn)生根切，并且其根圓直徑應(yīng)大于所在軸的直徑； （4）對(duì)于相互嚙合的齒輪，其齒數(shù)不應(yīng)有公因數(shù)，高速齒輪更應(yīng)該注意這點(diǎn)。 圖3-1 變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1.確定一檔齒輪的齒數(shù)分配 初選模數(shù)時(shí)，一檔=2.75； 初選中心距時(shí)，取=76； 初選螺旋角=28°； 一檔傳動(dòng)比： (3-7) 一檔齒數(shù)和： (3-8) 則初步確定一檔齒數(shù)和=48.80； 初取=11，=40，則= =51，得此時(shí)的中心距=79.69

56、 。 對(duì)一檔齒輪進(jìn)行角度變位： 分度圓壓力角： 即=22.47°。 端面嚙合角： 即=14.32° 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 全齒高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 當(dāng)量齒數(shù)： 2.確定二檔齒輪的齒數(shù)分配 二檔齒輪選用斜齒輪，令其螺旋角和不同，初選螺旋角=32°； 初選模數(shù)=2.75； 二檔傳動(dòng)比： 二檔齒數(shù)和： 則初步確定二檔齒數(shù)和=46.87； 初取=15，=32，則==47，得此時(shí)的中心距=76.21。 對(duì)二檔齒輪進(jìn)行角度變位： 分度圓壓力角： 即=23.23° 端面嚙

57、合角： 即=22.86° 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 全齒高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 當(dāng)量齒數(shù)： 3.確定三檔齒輪的齒數(shù)分配 三檔齒輪選用斜齒輪，令其螺旋角和不同，初選螺旋角=35°； 初選模數(shù)=2.5； 三檔傳動(dòng)比： 三檔齒數(shù)和： 則初步確定三檔齒數(shù)和=49.80； 初取=20，=30，則==50，得此時(shí)的中心距=76.31。 對(duì)三檔齒輪進(jìn)行角度變位： 分度圓壓力角： 即=23.96° 端面嚙合角： 即=23.43° 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高：

58、 全齒高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 當(dāng)量齒數(shù)： 4.確定四檔齒輪的齒數(shù)分配 四檔齒輪選用斜齒輪，令其螺旋角和不同，初選螺旋角=35°； 初選模數(shù)=2.5； 四檔傳動(dòng)比： 四檔齒數(shù)和： 則初步確定四檔齒數(shù)和=49.80； 初取=24，=26，則==50，得此時(shí)的中心距=76.31。 對(duì)四檔齒輪進(jìn)行角度變位： 分度圓壓力角： 即=23.96°。 端面嚙合角： 即=23.43° 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 全齒高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 當(dāng)量齒數(shù)：

59、 5.確定五檔（超速檔）齒輪的齒數(shù)分配 五檔齒輪選用斜齒輪，令其螺旋角和不同，初選螺旋角=35°； 初選模數(shù)=2.5； 五檔傳動(dòng)比： 五檔齒數(shù)和： 則初步確定五檔齒數(shù)和=49.80； 初取=27，=23，則==50，得此時(shí)的中心距=76.31。 對(duì)五檔齒輪進(jìn)行角度變位： 分度圓壓力角： 即=23.96°。 端面嚙合角： 即=23.43° 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 全齒高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 當(dāng)量齒數(shù)： 6.確定倒檔齒輪的齒數(shù)分配 該手動(dòng)變速器的倒檔機(jī)構(gòu)示意圖如圖所示：

60、 圖3-2 倒檔機(jī)構(gòu)示意圖 由于倒檔采用的是直齒輪，初選其模數(shù)時(shí)采用較大值。倒檔齒輪選用的模數(shù)與一檔相同，初選=2.75； 倒檔的傳動(dòng)比為: 為了保證齒輪11和12的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5以上的間隙，故 即=11，=40，=21。 倒檔的傳動(dòng)比為： 對(duì)倒檔齒輪進(jìn)行角度變位： 分度圓壓力角： 即=23.96°。 端面嚙合角： 即=23.43° 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 全齒高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 當(dāng)量齒數(shù)： 由于齒數(shù)需要取整，故完成齒輪的齒數(shù)分配后，由齒輪齒

61、數(shù)計(jì)算得到的傳動(dòng)比相比之前滿足整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化得到的傳動(dòng)比值有一定的誤差，如表3-4所示， 表3-4 各檔傳動(dòng)比與真實(shí)值的誤差 檔位 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 倒檔 精確值 3.6 2.125 1.458 1.071 0.857 3.72 計(jì)算值 3.636 2.133 1.5 1.083 0.852 3.636 相對(duì)誤差 1% 0.38% 2.88% 1.12% 0.58% 2.26% 由上表可知，二檔、五檔設(shè)計(jì)誤差較小，一檔、三檔、四檔和倒檔的設(shè)計(jì)誤差較大。在一定的條件下允許此類誤差存在，對(duì)整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性不會(huì)造成太

62、大的影響。 3.3.3齒輪變位系數(shù)的選擇 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)。 采用變位齒輪的原因： （1）為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距； （2）提高齒輪的強(qiáng)度、使用平穩(wěn)性、耐磨性、抗膠合能力和使用壽命； （3）降低齒輪的嚙合噪聲。 對(duì)變速器進(jìn)行齒輪修正可以有效改善齒輪傳動(dòng)的某些性能。齒輪修正的方法主要有以下三種：一是加工前改變刀具的原始齒廓參數(shù)；二是加工時(shí)改變刀具與齒輪毛坯的相對(duì)位置，即齒輪變位；三是加工后改變齒輪齒廓的局部漸開線，即齒面修形。 為了避免齒輪嚙合時(shí) 產(chǎn)生根切或干涉，同時(shí)為了配湊中心距以及滿足各檔傳動(dòng)齒輪在彎曲強(qiáng)度、接觸強(qiáng)度、抗膠合、耐磨損和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性

63、等方面的不同要求，并且有效地提高齒輪壽命，汽車變速器均采用變位齒輪。 變位齒輪的主要優(yōu)點(diǎn)在于加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，不用改變其所有刀具的參數(shù)，只需要改變刀具和工件的相對(duì)位置并且相應(yīng)地改變毛胚的外徑就可以了。加工出的變位齒輪齒廓具有與未變位的標(biāo)準(zhǔn)齒輪相同的基圓漸開線，差別在于選取了不同的齒輪部位而已。 變位齒輪可分為正變位和負(fù)變位。用齒條刀具加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，齒條中線與齒輪的分度圓相切，若此時(shí)將刀具移向毛胚則為負(fù)變位，反之則為正變位。齒輪正變位時(shí)，其分度圓齒厚增大，齒間減小，同時(shí)齒根圓和齒頂圓都增大，但基圓不變。正變位會(huì)增強(qiáng)齒根，可用來(lái)避免根切，但正變位量過(guò)大時(shí)會(huì)使齒頂變尖，易斷裂。負(fù)變位對(duì)齒輪的影響

64、則正好相反。另外，變位齒輪又可分為高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)的和為零，故中心距、嚙合角都與未變位的標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)相同。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(shí)增加一對(duì)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。角度變位可獲得良好的嚙合性及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，也避免了其缺點(diǎn)，故采用得較多。 當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)或高度變位時(shí)，則對(duì)齒輪和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。對(duì)斜齒輪傳動(dòng)，還可通過(guò)選擇合適的螺旋角來(lái)達(dá)到中心距相同的要求。 需要注意的是，當(dāng)采用一種齒輪變

65、位時(shí)，其某一變位值只能夠改善傳動(dòng)質(zhì)量的某些指標(biāo)，對(duì)其他指標(biāo)卻會(huì)產(chǎn)生相反的效果。因此在選擇變位的種類和變位系數(shù)時(shí)，需具體分析該齒輪副在其使用條件下的破壞形式和原因。若實(shí)際齒輪中心距為已經(jīng)確定的中心距，則齒輪應(yīng)采用高度變位；若需配湊中心距，則齒輪應(yīng)采用角度變位。變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。變速器齒輪的主要損壞形式是疲勞斷裂和齒面剝落，故選擇變位系數(shù)時(shí)應(yīng)主要保證提高齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。對(duì)于低檔齒輪，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。由于低檔齒輪需要傳遞大轉(zhuǎn)矩，則小齒輪的齒根需要加強(qiáng)，為防止其彎曲斷裂，故應(yīng)加強(qiáng)小齒輪而采

66、用正變位；對(duì)于高檔齒輪，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)度和抗膠合劑耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。由于高檔齒輪其轉(zhuǎn)速高，嚙合次數(shù)多，則需要保證其接觸強(qiáng)度，為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使兩齒正變位且變位系數(shù)盡量取大些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。 總變位系數(shù)越小，一對(duì)齒輪齒根總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。但是，由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動(dòng)，故噪聲要小些。 3.4 小結(jié) 本章根據(jù)考慮整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化后的傳動(dòng)比并結(jié)合變速器的相關(guān)設(shè)計(jì)理論，完成了其主要零件的參數(shù)選擇計(jì)算，包括齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸、齒數(shù)的分配等。 第4章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 齒輪的損壞原因及形式 齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕和移動(dòng)換檔齒輪端部破壞。以下簡(jiǎn)要敘述一下輪齒折斷和齒面點(diǎn)蝕兩種損壞形式的機(jī)理和解決措施。 4.1.1輪齒折斷 輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒在重復(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。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，