捷達(dá)轎車(chē)變速器設(shè)計(jì)[中間軸式手動(dòng)五檔]【含CAD高清圖紙和文檔】
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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 前 言1.1選題背景目的捷達(dá)轎車(chē)在我國(guó)應(yīng)用十分廣泛,而變速器是整車(chē)的關(guān)鍵總成之一。其功用是在不同的使用條件下, 改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速, 使汽車(chē)得到不同的牽引力和速度, 同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。通過(guò)捷達(dá)轎車(chē)變速器的設(shè)計(jì),使其變速器性能更好具有一定的實(shí)際意義。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速非常高,最大功率及最大扭矩在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn),為了發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能就必須有一套變速裝置,來(lái)協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車(chē)輪的實(shí)際速度,變速器可以汽車(chē)行駛過(guò)程中,在發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輪之間產(chǎn)生不同的變速比,通過(guò)換擋可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳動(dòng)力性能狀態(tài)下,根據(jù)上述情況目前,改革開(kāi)放30年來(lái),我國(guó)汽車(chē)變速器行業(yè)隨著整車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展而不斷發(fā)展壯大,形成了一批頗具規(guī)模的變速器企業(yè)。大多數(shù)本土變速器企業(yè)在引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)方面取得了突出成績(jī),并不斷堅(jiān)持自主創(chuàng)新,在手動(dòng)變速器領(lǐng)域,,尤其是在重型車(chē)用和微型車(chē)用手動(dòng)變速器上,涌現(xiàn)了大量自主創(chuàng)新的產(chǎn)品。另外,一些跨國(guó)公司獨(dú)資或合資的變速器企業(yè)開(kāi)始陸續(xù)在中國(guó)設(shè)廠,為滿足持續(xù)高速增長(zhǎng)的中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)需求作出了非常大的貢獻(xiàn)。在中國(guó),手動(dòng)變速器仍然是車(chē)用變速器的主流。具體有兩個(gè)原因:首先,目前國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本掌握對(duì)手動(dòng)變速器的開(kāi)發(fā),所以在一定程度上加大了手動(dòng)變速器的價(jià)格優(yōu)勢(shì);另外,絕大多數(shù)中國(guó)駕駛者在學(xué)車(chē)時(shí)就用的是手動(dòng)車(chē),他們更加享受手動(dòng)車(chē)帶來(lái)的駕駛樂(lè)趣。在自動(dòng)變速器方面,除吉利汽車(chē)開(kāi)發(fā)出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液壓控制的三速自動(dòng)變速器外,其他企業(yè)尚沒(méi)有一家具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),悉數(shù)依賴國(guó)外技術(shù)和進(jìn)口。1.2發(fā)展現(xiàn)狀從技術(shù)、節(jié)能和基礎(chǔ)設(shè)施角度,對(duì)各種變速器在中國(guó)和國(guó)外的發(fā)展情況作以下簡(jiǎn)要分析:(1)手動(dòng)變速器(MT):手動(dòng)變速器應(yīng)該說(shuō)是最為節(jié)能的變速方式,另外由于中國(guó)企業(yè)已經(jīng)掌握該技術(shù),而且在生產(chǎn)方面也積累了長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn),從而在價(jià)格和質(zhì)量方面會(huì)有較大優(yōu)勢(shì)。所以在短期內(nèi)仍將是變速器主流。其不足在于操控上的不便,尤其是在城市工況。(2)自動(dòng)手動(dòng)變速器(AMT):自動(dòng)手動(dòng)變速器實(shí)際上是由一個(gè)機(jī)器系統(tǒng)來(lái)完成操作離合器和選擋這兩個(gè)動(dòng)作。AMT的汽車(chē)駕駛簡(jiǎn)單,省去了離合器踏板,駕駛者只要踩油門(mén),選速器系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇換擋的最佳時(shí)機(jī),從而消除了發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器的錯(cuò)誤使用,以避免錯(cuò)換擋位。這一點(diǎn)對(duì)新手和整車(chē)的可靠性都非常重要。選速器大大簡(jiǎn)化了駕駛的復(fù)雜性,令A(yù)MT汽車(chē)駕駛更加簡(jiǎn)便、省心,且能夠保證最低的動(dòng)力損耗。由選速器完成駕駛者踩離合器換擋的動(dòng)作,選擇的換擋時(shí)機(jī)要比駕駛者完成得更準(zhǔn)確。因此,在能源日益緊缺和CO2排放壓力越來(lái)越大這一背景下,AMT順應(yīng)了“節(jié)能減排”這一趨勢(shì),是一項(xiàng)非常適合中國(guó)市場(chǎng)的先進(jìn)技術(shù)。AMT的制造成本遠(yuǎn)低于電液控自動(dòng)變速器,國(guó)內(nèi)的很多車(chē)型都準(zhǔn)備采用這一領(lǐng)先技術(shù),即有可能隨著中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展,將有更多車(chē)型采用AMT。中國(guó)也將會(huì)取代歐洲和美洲,成為世界上最大的AMT的應(yīng)用市場(chǎng)。(3)電子控制液力自動(dòng)變速器(AT):電子控制液力自動(dòng)變速器近些年新技術(shù)也不斷在使用,它正朝著多擋位、數(shù)字化控制等方面發(fā)展。日本最大的自動(dòng)變速器生產(chǎn)商AISIN AW公司2006年成功推出型號(hào)為AA80E型8前速自動(dòng)變速器,目前被使用在雷克薩斯LS460車(chē)上。這就形成了更大的總傳動(dòng)比范圍,同時(shí)各個(gè)傳動(dòng)比之間也比5速變速器更加接近。因此,駕駛員幾乎在各種行駛條件中都可以選擇最佳傳動(dòng)比。電子控制模塊可以選擇更多的傳動(dòng)比,傳動(dòng)比取決于行駛條件,從而降低了油耗并提高了換擋平順性。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與行駛狀態(tài)的最優(yōu)化匹配意味著發(fā)動(dòng)機(jī)提高了動(dòng)力、燃油經(jīng)濟(jì)性并降低了運(yùn)行噪聲。(4)無(wú)級(jí)變速器(CVT):無(wú)級(jí)變速器則只需兩組可移動(dòng)錐輪以及傳動(dòng)帶或傳動(dòng)鏈,即可實(shí)現(xiàn)無(wú)數(shù)個(gè)前進(jìn)擋的變速過(guò)程。CVT采用傳動(dòng)帶、傳動(dòng)鏈和可變槽寬的錐輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞及傳動(dòng)比的選擇,即當(dāng)錐輪變化槽寬時(shí),相應(yīng)改變主動(dòng)輪與從動(dòng)輪上傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速。CVT是真正無(wú)級(jí)化了,與AT相比具有較高的運(yùn)行效率,油耗較低。通過(guò)近幾年市場(chǎng)上的應(yīng)用看,其發(fā)展勢(shì)頭也比較迅猛,目前在我國(guó)應(yīng)用的車(chē)型已迅速發(fā)展到5、6種以上。目前,全世界各大汽車(chē)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(chē)品牌中都配備CVT的轎車(chē)銷(xiāo)售,全世界CVT轎車(chē)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(chē)市場(chǎng),由最初的日本、歐洲已經(jīng)滲透到北美市場(chǎng),CVT汽車(chē)已經(jīng)成為當(dāng)今汽車(chē)發(fā)展的主要趨勢(shì)。1.3意義21世紀(jì),汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輪、底盤(pán)與懸掛是軀干與四肢,然而連接它們的,是類(lèi)似于人體經(jīng)脈的變速器系統(tǒng)。如果汽車(chē)喪失了變速器這個(gè)中心環(huán)節(jié),心臟、四肢與軀干再好,汽車(chē)只能如同植物人般成為廢鐵一堆!可以說(shuō),變速器是伴隨著汽車(chē)工業(yè)出現(xiàn)的必然產(chǎn)物,是汽車(chē)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(jiàn),對(duì)汽車(chē)的變速器進(jìn)行研究具有十分重要的意義。1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容: 利用所選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù),發(fā)動(dòng)機(jī)功率95KW, 最高車(chē)速190 Km/h,轉(zhuǎn)矩170Nm,總質(zhì)量1091 kg,轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 6000r/min,車(chē)輪205/65R15。完成變速器結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有選擇所設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù),確定變速器結(jié)構(gòu)類(lèi)型,確定操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式,確定同步器的形式,對(duì)變速器中的各級(jí)齒輪和軸等零部件進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)主要零部件進(jìn)行校核。第2章 捷達(dá)變速器的總體方案的確定本設(shè)計(jì)是根據(jù)捷達(dá)轎車(chē)1.6L手動(dòng)車(chē)型而開(kāi)展的,設(shè)計(jì)中所采用的參數(shù)如下:主減速比:4.782最高時(shí)速:190km/h輪胎型號(hào):205/65R15發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào):EA113最大扭矩:170Nm/4500最大功率:95kw/5750最高轉(zhuǎn)速:6000r/min 2.1 變速器的功用和要求 變速器的功用是根據(jù)汽車(chē)在不同的行駛條件下提出的要求,改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速,使汽車(chē)具有適合的牽引力和速度,并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證汽車(chē)倒車(chē)以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離,變速器具有倒檔和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí),還應(yīng)有功率輸出裝置。對(duì)變速器的主要要求是:1.應(yīng)保證汽車(chē)具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車(chē)整體設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)汽車(chē)載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車(chē)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(chē)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,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.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。5.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。2.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。2.2.1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇有級(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(=0.960.98),因此在各類(lèi)汽車(chē)上均得到廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)根據(jù)汽車(chē)的使用條件及要求確定變速器的傳動(dòng)比范圍、檔位數(shù)及各檔的傳動(dòng)比,因?yàn)樗鼈儗?duì)汽車(chē)的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的直接影響。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(chē)行駛的道路狀況愈多樣,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車(chē)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(chē)變速器的傳動(dòng)比范圍為3.04.5;一般用途的貨車(chē)和輕型以上的客車(chē)為5.08.0;越野車(chē)與牽引車(chē)為10.020.0。通常,有級(jí)變速器具有3、4、5個(gè)前進(jìn)檔;重型載貨汽車(chē)和重型越野汽車(chē)則采用多檔變速器,其前進(jìn)檔位數(shù)多達(dá)616個(gè)甚至20個(gè)。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(chē)的燃料經(jīng)濟(jì)性及平均車(chē)速,從而可提高汽車(chē)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),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。多于5個(gè)前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化,或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副變速器,后者僅用于一定行駛工況。某些轎車(chē)和貨車(chē)的變速器,采用僅在好路和空載行駛時(shí)才使用的超速檔。采用傳動(dòng)比小于1(0.70.8)的超速檔,可以更充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率,降低單位行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù),因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損,降低燃料消耗。但與傳動(dòng)比為1的直接檔比較,采用超速檔會(huì)降低傳動(dòng)效率。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。三軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應(yīng)用。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(chēng)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(chē)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(chē)的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車(chē)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)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。1) 第一軸;2)第二軸;3)中間軸圖2.1 轎車(chē)中間軸式四檔變速器兩軸式變速器沒(méi)有直接檔,因此在高檔工作時(shí),齒輪和軸承均承載,因而噪聲比較大,也增加了磨損,這是它的缺點(diǎn)。另外,低檔傳動(dòng)比取值的上限(ig=4.04.5)也受到較大限制,但這一缺點(diǎn)可通過(guò)減小各檔傳動(dòng)比同時(shí)增大主減速比來(lái)取消。有級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目,從而可采用斜齒輪。后者比直齒輪有更長(zhǎng)的壽命、更低的噪聲,雖然其制造稍復(fù)雜些且在工作中有軸向力。因此,在變速器中,除低檔及倒檔外,直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪所代替。但是在本設(shè)計(jì)中,由于倒檔齒輪采用的是常嚙式,因此也采用斜齒輪。由于所設(shè)計(jì)的汽車(chē)是發(fā)動(dòng)機(jī)前置,后輪驅(qū)動(dòng),因此采用中間軸式變速器。圖2.3、圖2.4、圖2.5分別示出了幾種中間軸式四,五,六檔變速器傳動(dòng)方案。它們的共同特點(diǎn)是:變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上,經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接檔。使用直接檔,變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出,此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高,可達(dá)90%以上,噪聲低,齒輪和軸承的磨損減少因?yàn)橹苯訖n的利用率高于其它檔位,因而提高了變速器的使用壽命;在其它前進(jìn)檔位工作時(shí),變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸,中間軸和第二軸上的兩對(duì)齒輪傳遞,因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離(中心距)不大的條件下,一檔仍然有較大的傳動(dòng)比;檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng),檔位低的齒輪(一檔)可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng);多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機(jī)構(gòu),均采用同步器或嚙合套換檔,少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換檔,還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接檔以外的其他檔位工作時(shí),中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低,這是它的缺點(diǎn)。在檔數(shù)相同的條件下,各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù),換檔方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。1) 第一軸;2)第二軸;3)同步器圖2.2 兩軸式變速器如圖2.3中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別:圖2.3a、b所示方案有四對(duì)常嚙合齒輪,倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔;圖2-3c所示傳動(dòng)方案的二,三,四檔用常嚙合齒輪傳動(dòng),而一檔和倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔。圖2.3 中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案圖2.4a所示方案,除一,倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外,其余各檔為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖2.4b、c、d所示方案的各前進(jìn)檔,均用常嚙合齒輪傳動(dòng);圖2.4d所示方案中的倒檔和超速檔安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi),這樣布置除可以提高軸的剛度,減少齒輪磨損和降低工作噪聲外,還可以在不需要超速檔的條件下,很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)檔的變速器。 圖2.4 中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案圖2.5a 所示方案中的一檔、倒檔和圖b所示方案中的倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔,其余各檔均用常嚙合齒輪。圖2.5 中間軸式六檔變速器傳動(dòng)方案 以上各種方案中,凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位,其換檔方式可以用同步器或嚙合套來(lái)實(shí)現(xiàn)。同一變速器中,有的檔位用同步器換檔,有的檔位用嚙合套換檔,那么一定是檔位高的用同步器換檔,檔位低的用嚙合套換檔。發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)采用中間軸式變速器,為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度,可將變速器后端加長(zhǎng),如圖2.3a、b所示。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝在三個(gè)支承上,其最后一個(gè)支承位于加長(zhǎng)的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi),布置倒檔傳動(dòng)齒輪和換檔機(jī)構(gòu),還能減少變速器主體部分的外形尺寸。變速器用圖2.4c所示的多支承結(jié)構(gòu)方案,能提高軸的剛度。這時(shí),如用在軸平面上可分開(kāi)的殼體,就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問(wèn)題。圖2.4c所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài),同時(shí)一檔和倒檔齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里,而中間檔的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。2.2.2 倒檔傳動(dòng)方案圖2.6為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖2.6c所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比,缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖2.6d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改,因而取代了圖2.6c所示方案。圖2.6e所示方案是將中間軸上的一,倒擋齒輪做成一體,將其齒寬加長(zhǎng)。圖2-6f所示方案適用于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(zhǎng)度,因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)有較大的力,所以無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒擋,都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處,以減少軸的變形,保證齒輪重合度下降不多,然后按照從低檔到高擋順序布置各擋齒輪,這樣做既能使軸有足夠大的剛性,又能保證容易裝配。本設(shè)計(jì)采用圖2.6f的傳動(dòng)方案。圖2.6 變速器倒檔傳動(dòng)方案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)方案必需滿足使用性能、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 齒輪型式與直齒圓柱齒輪比較,斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng),工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(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擋。但是,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)型式換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。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,初一檔、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)齒結(jié)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。采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊,使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮,同時(shí)操縱輕便,縮短了換檔時(shí)間,從而提高了汽車(chē)的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性,此外,該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造精度要求高,軸向尺寸有所增加,銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。目前,同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。 圖2.7 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施自動(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(kāi)(圖2.7b),這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過(guò)被接合齒約13mm。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薄(0.30.6mm),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(圖2.8)。3)將接合齒的工作面加工成斜齒面,形成倒錐角(一般傾斜2030),使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力(圖2.9)。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效, 采用較多。圖2.8 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施圖2.9 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施在本設(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。同步器的結(jié)構(gòu)如圖2.10所示:l、4)同步環(huán);2)同步器齒鼓;3)接合套;5)彈簧;6)滑塊;7)止動(dòng)球;8)卡環(huán);9)輸出軸;10、11)齒輪圖2.10 鎖環(huán)式同步器2.4本章小結(jié):本章主要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)的確定、選型與車(chē)速的確定,變速器形式的選擇和確定,主要零件結(jié)構(gòu)的方案確定,這是設(shè)計(jì)本課題的前提,為以后的設(shè)計(jì)確定了方向。第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì)3.1 變速器主要參數(shù)的選擇3.1.1 檔數(shù)和傳動(dòng)比近年來(lái),為了降低油耗,變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前,乘用車(chē)一般用45個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用5個(gè)檔位。 選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí),應(yīng)根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。汽車(chē)爬陡坡時(shí)車(chē)速不高,空氣阻力可忽略,則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有 則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動(dòng)比為 (3-1)式中: m-汽車(chē)總質(zhì)量; g-重力加速度; max-道路最大阻力系數(shù); rr-驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑; Temax-發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩; i0-主減速比; -汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件 求得的變速器I檔傳動(dòng)比為: (3-2)式中: G2-汽車(chē)滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷; -路面的附著系數(shù),計(jì)算時(shí)取=0.50.6。由已知條件:滿載質(zhì)量 1800kg; rr=337.25mm; Te max=170Nm; i0=4.782; =0.95。根據(jù)公式(3-2)可得:igI =3.85。超速檔的的傳動(dòng)比一般為0.70.8,本設(shè)計(jì)去五檔傳動(dòng)比ig=0.75。中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為: (3-3)的等比數(shù)列,實(shí)際上與理論上略有出入,因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小些,另外還要考慮與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。根據(jù)上式可的出:=1.51。 故有:3.1.2 中心距中心距對(duì)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(qiáng)度。三軸式變速器的中心局A(mm)可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初定: (3-4)式中 K A-中心距系數(shù)。對(duì)轎車(chē),K A =8.99.3;對(duì)貨車(chē),K A =8.69.6;對(duì)多檔主變速器,K A =9.511;TI max -變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩:TI max=Te max igI =628.3Nm故可得出初始中心距A=77.08mm。3.1.3 軸向尺寸變速器的橫向外形尺寸,可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。轎車(chē)四檔變速器殼體的軸向尺寸3.03.4A。貨車(chē)變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān):四檔(2.22.7)A五檔(2.73.0)A六檔(3.23.5)A當(dāng)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)KA應(yīng)取給出系數(shù)的上限。為檢測(cè)方便,A取整。本次設(shè)計(jì)采用5+1手動(dòng)擋變速器,其殼體的軸向尺寸是377.08mm=231.24mm,變速器殼體的最終軸向尺寸應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。3.1.4 齒輪參數(shù)(1)齒輪模數(shù)建議用下列各式選取齒輪模數(shù),所選取的模數(shù)大小應(yīng)符合JB111-60規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn (3-5)其中=170Nm,可得出mn=2.5。一檔直齒輪的模數(shù)m mm (3-6)通過(guò)計(jì)算m=3。同步器和嚙合套的接合大都采用漸開(kāi)線齒形。由于制造工藝上的原因,同一變速器中的結(jié)合套模數(shù)都去相同,轎車(chē)和輕型貨車(chē)取23.5。本設(shè)計(jì)取2.5。(2)齒形、壓力角、螺旋角和齒寬b 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表3.1選取。表3.1 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角項(xiàng)目 車(chē)型 齒形壓力角螺旋角轎車(chē) 高齒并修形的齒形14.5,15,1616.52545一般貨車(chē) GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形202030重型車(chē)同上 低檔、倒檔齒輪22.5,25小螺旋角 壓力角較小時(shí),重合度大,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲低;較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)轎車(chē),為加大重合度已降低噪聲,取小些;對(duì)貨車(chē),為提高齒輪承載力,取大些。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角取20,嚙合套或同步器取30;斜齒輪螺旋角取30。應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使中間軸上是軸向力相互抵消。為此,中間軸上的全部齒輪一律去右旋,而第一軸和第二軸上的的斜齒輪去左旋,其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。齒輪寬度b的大小直接影響著齒輪的承載能力,b加大,齒的承載能力增高。但試驗(yàn)表明,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)齒輪模數(shù)的大小來(lái)選定齒寬:直齒 b=(4.58.0)m,mm斜齒 b=(6.08.5)m,mm第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些,使接觸線長(zhǎng)度增加,接觸應(yīng)力降低,以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。3.2各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后,可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明分配各檔齒數(shù)的方法。3.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)比 (3-7) 為了確定Z9和Z10的齒數(shù),先求其齒數(shù)和: (3-8) 其中 A =77.08mm、m =3;故有。 圖3.1 五檔變速器示意圖當(dāng)轎車(chē)三軸式的變速器時(shí),則,此處取=16,則可得出=35。上面根據(jù)初選的A及m計(jì)算出的可能不是整數(shù),將其調(diào)整為整數(shù)后,從式(3-8)看出中心距有了變化,這時(shí)應(yīng)從及齒輪變位系數(shù)反過(guò)來(lái)計(jì)算中心距A,再以這個(gè)修正后的中心距作為以后計(jì)算的依據(jù)。這里修正為51,則根據(jù)式(3-8)反推出A=76.5mm。3.2.2 確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)由式(2-7)求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比 (3-9)由已經(jīng)得出的數(shù)據(jù)可確定 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 (3-10) 由此可得: (3-11)而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出: 。 與聯(lián)立可得:=19、=34。則根據(jù)式(3-7)可計(jì)算出一檔實(shí)際傳動(dòng)比為: 。 3.2.3 確定其他檔位的齒數(shù)二檔傳動(dòng)比 (3-12)而 ,故有: 對(duì)于斜齒輪, (3-13)故有: 聯(lián)立得:。按同樣的方法可分別計(jì)算出:三檔齒輪 ;四檔齒輪 。3.2.4 確定倒檔齒輪的齒數(shù)一般情況下,倒檔傳動(dòng)比與一檔傳動(dòng)比較為接近,在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比取3.7。中間軸上倒檔傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一檔主動(dòng)齒輪10略小,取。而通常情況下,倒檔軸齒輪取2123,此處取=23。由 (3-14)可計(jì)算出。故可得出中間軸與倒檔軸的中心距A = (3-15) =50mm 而倒檔軸與第二軸的中心: (3-16) =72.5mm。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,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,耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。變位齒輪主要有兩類(lèi):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。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)度想接近的程度。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。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn),有避免了其缺點(diǎn)。有幾對(duì)齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器,會(huì)因保證各檔傳動(dòng)比的需要,使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對(duì)齒輪有相同的中心距,此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行變位。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)齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo),故采用的較多。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。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。對(duì)于高檔齒輪,其主要損壞形勢(shì)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)。為提高接觸強(qiáng)度,應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些,這樣兩齒輪的齒輪漸開(kāi)線離基圓較遠(yuǎn),以增大齒廓曲率半徑,減小接觸應(yīng)力。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??傋兾幌禂?shù)越小,一對(duì)齒輪齒更總厚度越薄,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。根據(jù)上述理由,為降低噪聲,變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值,以便獲得低噪聲傳動(dòng)。其中,一檔主動(dòng)齒輪10的齒數(shù)Z1017,因此一檔齒輪需要變位。變位系數(shù) (3-17)式中: Z-變位的齒輪齒數(shù)。3.4本章小結(jié):本章主要是變速器主要的參數(shù)的選擇,傳動(dòng)比,中心距,軸向尺寸,齒輪參數(shù)各檔傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)的確定。第4章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇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、齒面疲勞剝落和移動(dòng)換檔齒輪端部破壞。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;輪齒再重復(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,后者出現(xiàn)的多。齒輪工作時(shí),一對(duì)相互嚙合,齒面相互擠壓,這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高,并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展,然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大,產(chǎn)生動(dòng)載荷,導(dǎo)致輪齒折斷。用移動(dòng)齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪,由于換檔時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪存在角速度茶,換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷,并造成損壞。4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 與其他機(jī)械設(shè)備使用的變速器比較,不同用途汽車(chē)的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外,汽車(chē)變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級(jí)、支撐方式也基本一致。如汽車(chē)變速器齒輪用低碳合金鋼制造,采用剃齒或齒輪精加工,齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝,齒輪精度不低于7級(jí)。因此,比用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)齒輪,同樣、可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。4.2.1 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算(1) 直齒輪彎曲應(yīng)力 (4-1)式中,彎曲應(yīng)力(MPa); 檔齒輪10的圓周力(N) , ;其中 為計(jì)算載荷(Nmm),d為節(jié)圓直徑。 應(yīng)力集中系數(shù),可近似取1.65; 摩擦力影響系數(shù),主動(dòng)齒輪取1.1,從動(dòng)齒輪取0.9; B齒寬(mm),取20 T端面齒距(mm); Y齒形系數(shù),如圖4.1所示。圖4.1 齒形系數(shù)圖 當(dāng)處于一檔時(shí),中間軸上的計(jì)算扭矩為: (4-2) =17010002.181.78 =659668Nm 故由 可以得出;再將所得出的數(shù)據(jù)代入式(4-1)可得 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩時(shí),一檔直齒輪的彎曲應(yīng)力在400850MPa之間。(2) 斜齒輪彎曲應(yīng)力 (4-3)式中 為重合度影響系數(shù),取2.0;其他參數(shù)均與式(4.1)注釋相同,選擇齒形系數(shù)y時(shí),按當(dāng)量模數(shù)在圖(4.1)中查得。二檔齒輪圓周力: (4-4)根據(jù)斜齒輪參數(shù)計(jì)算公式可得出:=6798.8N齒輪8的當(dāng)量齒數(shù)=47.7,可查表(4.1)得:。故 同理可得: 。依據(jù)計(jì)算二檔齒輪的方法可以得出其他檔位齒輪的彎曲應(yīng)力,其計(jì)算結(jié)果如下:三檔:四檔:五檔: 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時(shí),對(duì)常嚙合齒輪和高檔齒輪,許用應(yīng)力在180350MPa范圍內(nèi),因此,上述計(jì)算結(jié)果均符合彎曲強(qiáng)度要求。4.2.2 齒輪接觸應(yīng)力 (4-5) 式中: 齒輪的接觸應(yīng)力(MPa); F齒面上的法向力(N),; 圓周力在(N), ; 節(jié)點(diǎn)處的壓力角();齒輪螺旋角();E齒輪材料的彈性模量(MPa),查資料可取;B齒輪接觸的實(shí)際寬度,20mm;主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm);直齒輪: (4-6) (4-7)斜齒輪: (4-8) (4-9)其中,分別為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)。將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí),變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)下表:表4.1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪/MPa滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一檔和倒檔190020009501000常嚙合齒輪和高檔13001400650700通過(guò)計(jì)算可以得出各檔齒輪的接觸應(yīng)力分別如下:一檔: 二檔: 三檔: 四檔: 五檔: 倒檔: 對(duì)照上表可知,所設(shè)計(jì)變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。4.3本章小結(jié):本章是齒輪的損壞的原因及形式,齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核,齒輪彎曲強(qiáng)度和齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算。第5章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 5.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸5.1.1軸的結(jié)構(gòu)第一軸通常和齒輪做成一體,前端大都支撐在飛輪內(nèi)腔的軸承上,其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。該軸承不承受軸向力,軸的軸向定位一般由后軸承用卡環(huán)和軸承蓋實(shí)現(xiàn)。第一軸長(zhǎng)度由離合器的軸向尺寸確定,而花鍵尺寸應(yīng)與離合器從動(dòng)盤(pán)轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸如圖5.1所示:圖5.1 變速器第一軸 中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計(jì)采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動(dòng)方案。由于一檔和倒檔齒輪較小,通常和中間軸做成一體,而高檔齒輪則分別用鍵固定在軸上,以便齒輪磨損后更換。其結(jié)構(gòu)如下圖所示: 一檔齒輪 倒檔齒輪圖5.2 變速器中間軸5.1.2 確定軸的尺寸變速器軸的確定和尺寸,主要依據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求并考慮加工工藝和裝配工藝要求而定。在草圖設(shè)計(jì)時(shí),由齒輪、換檔部件的工作位置和尺寸可初步確定軸的長(zhǎng)度。而軸的直徑可參考同類(lèi)汽車(chē)變速器軸的尺寸選定,也可由下列經(jīng)驗(yàn)公式初步選定:第一軸和中間軸: (5-1)第二軸: (5-2)式中 :-發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩,Nm為保證設(shè)計(jì)的合理性,軸的強(qiáng)度與剛度應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此,軸的直徑d與軸的長(zhǎng)度L的關(guān)系可按下式選?。旱谝惠S和中間軸: d/L=0.160.18;第二軸: d/L=0.180.21。5.2 軸的校核由變速器結(jié)構(gòu)布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸,一般來(lái)說(shuō)強(qiáng)度是足夠的,僅對(duì)其危險(xiǎn)斷面進(jìn)行驗(yàn)算即可。對(duì)于本設(shè)計(jì)的變速器來(lái)說(shuō),在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,軸的強(qiáng)度和剛度都留有一定的余量,所以,在進(jìn)行校核時(shí)只需要校核一檔處即可;因?yàn)檐?chē)輛在行進(jìn)的過(guò)程中,一檔所傳動(dòng)的扭矩最大,即軸所承受的扭矩也最大。由于第二軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,故作為重點(diǎn)的校核對(duì)象。下面對(duì)第一軸和第二軸進(jìn)行校核。5.2.1 第一軸的強(qiáng)度與剛度校核因?yàn)榈谝惠S在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中,所受的彎矩很小,可以忽略,可以認(rèn)為其只受扭矩。此中情況下,軸的扭矩強(qiáng)度條件公式為 (5-3)式中:-扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa; T-軸所受的扭矩,Nmm; -軸的抗扭截面系數(shù),; P-軸傳遞的功率,kw; d-計(jì)算截面處軸的直徑,mm; -許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa。其中P =95kw,n =5750r/min,d =24mm;代入上式得: 由查表可知=55MPa,故,符合強(qiáng)度要求。軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示。其計(jì)算公式為: (5-4)式中:T -軸所受的扭矩,Nmm; G -軸的材料的剪切彈性模量,MPa,對(duì)于鋼材,G =8.1MPa; -軸截面的極慣性矩,; 將已知數(shù)據(jù)代入上式可得: 。對(duì)于一般傳動(dòng)軸可?。还室卜蟿偠纫?。5.2.2 第二軸的校核計(jì)算1)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算用的齒輪嚙合的圓周力、徑向力及軸向力可按下式求出: (5-5) (5-6) (5-7)式中: -至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比,此處為三檔傳動(dòng)比3.85; d -計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑,mm,為105mm; -節(jié)點(diǎn)處的壓力角,為16; -螺旋角,為30; -發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,為170000Nmm。代入上式可得: , ,危險(xiǎn)截面的受力圖為: 圖5.1 危險(xiǎn)截面受力分析水平面:(160+75)=75 =1317.4N;水平面內(nèi)所受力矩: 垂直面: (5-8) =6879.9N垂直面所受力矩:。該軸所受扭矩為:。故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為: (5-9)則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力(MPa): (5-10)將代入上式可得:,在低檔工作時(shí)=400MPa,因此有: ;符合要求。2)軸的剛度校核第二軸在垂直面內(nèi)的撓度和在水平面內(nèi)的撓度可分別按下式計(jì)算: (5-11) (5-12)式中:-齒輪齒寬中間平面上的徑向力(N),這里等于; -齒輪齒寬中間平面上的圓周力(N),這里等于; E-彈性模量(MPa),(MPa),E =MPa; I-慣性矩(),d為軸的直徑(); a、b-為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離(); L-支座之間的距離()。將數(shù)值代入式(5-11)和(5-12)得: 故軸的全撓度為,符合剛度要求5.3本章小結(jié):本章介紹軸的結(jié)構(gòu),確定軸的尺寸,計(jì)算和強(qiáng)度校核。第6章 變速器同步器的設(shè)計(jì)和操縱機(jī)構(gòu)6.1同步器的結(jié)構(gòu)在前面已經(jīng)說(shuō)明,本設(shè)計(jì)所采用的同步器類(lèi)型為鎖環(huán)式同步器,其結(jié)構(gòu)如下圖所示:1、9)變速器齒輪 2)滾針軸承 3、8)結(jié)合齒圈 4、7)鎖環(huán)(同步環(huán)) 5)彈簧 6)定位銷(xiāo) 10)花鍵轂 11)結(jié)合套圖6.1 鎖環(huán)式同步器如圖(6.1),此類(lèi)同步器的工作原理是:換檔時(shí),沿軸向作用在嚙合套上的換檔力,推嚙合套并帶動(dòng)定位銷(xiāo)和鎖環(huán)移動(dòng),直至鎖環(huán)錐面與被接合齒輪上的錐面接觸為止。之后,因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度差,致使在錐面上作用有摩擦力矩,它使鎖環(huán)相對(duì)嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度,并滑塊予以定位。接下來(lái),嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸(圖6.2b),使嚙合套的移動(dòng)受阻,同步器在鎖止?fàn)顟B(tài),換檔的第一階段結(jié)束。換檔力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上,并使摩擦力矩增大,與此同時(shí)在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸靠近,在角速度相等的瞬間,同步過(guò)程結(jié)束,完成換檔過(guò)程的第二階段工作。之后,摩擦力矩隨之消失,而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位,兩鎖止面分開(kāi),同步器解除鎖止?fàn)顟B(tài),接合套上的接合齒在換檔力的作用下通過(guò)鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合(圖6.2d),完成同步換檔。圖6.2 鎖環(huán)同步器工作原理6.2同步環(huán)主要參數(shù)的確定
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