轎車(chē)FR式的手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).doc

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摘 要 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于轎車(chē)上的 FR 式的手動(dòng)變速器 本設(shè)計(jì)采用 中間軸式變速器 該變速器具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn) 一是其直接檔的傳動(dòng)效率高 磨損及噪聲也最小 二是在齒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(chē)的外形 輪距 軸距 最小離地間隙 最小轉(zhuǎn)彎半徑 車(chē)輛重量 滿載重量以及最高車(chē)速等參數(shù)結(jié)合自己選擇的適合于該轎車(chē)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 排量等重要的參數(shù) 再結(jié)合某些轎車(chē)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(chē)設(shè)計(jì) 汽車(chē)?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 它功用是 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 在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下 使汽車(chē)能倒退行駛 利用空檔 中 斷動(dòng)力傳遞 以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(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 中間軸 第二軸 齒輪 Abstract The duty of this design is to design a FR type manual transmission used in the saloon It s the countershaft type transmission gearbox This transmission has two prominent merits Firstly the transmission efficiency of the direct drive 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 According to the contour track wheel base the smallest ground clearance the smallest turning radium 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 saloon 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 Changing gear ratio expanding 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 Under the premise of the invariable rotation enables the automobile to travel back Using neutral severances the power transmission to make the engine start idle and is advantageous for the engine to shift gears or to carry on the dynamic output This gearbox has five including over drive fifth gear and a reverse gear and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears Key word transmission inertial type of synchronizer gear ratio countershaft second axis gear 目 錄 第 1 章 變速器的概述 1 1 1 變速器功用及設(shè)計(jì)要求 1 1 1 1 汽車(chē)變速器的功用 1 1 1 2 變速器的設(shè)計(jì)要求 1 1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要數(shù)據(jù) 2 第 2 章 變速器的選擇及主要零件設(shè)計(jì) 3 2 1 變速器的選擇 3 2 1 1 兩軸式變速器與三軸式變速器 3 2 2 倒檔傳遞方案 5 2 3 變速器主要零件的分析 6 2 3 1 齒輪型式 6 2 3 2 換擋結(jié)構(gòu)形式 7 2 4 軸承形式 7 2 5 傳動(dòng)方案的最終設(shè)計(jì) 8 第 3 章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 9 3 1 變速器主要參數(shù)的選擇 9 3 1 1 檔位數(shù)的確定及傳動(dòng)比初選 9 3 1 2 中心距的確定 9 3 1 3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) 9 3 1 4 齒輪材料 壓力角 螺旋角 和齒寬 b 10 3 1 5 各檔齒輪參數(shù)的確定 11 3 2 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 14 3 2 1 齒輪的損壞原因及形式 14 3 2 2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 14 3 2 3 齒輪接觸強(qiáng)度的校核 16 第 4 章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 18 4 1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺 18 4 1 1 軸的結(jié)構(gòu) 18 4 1 2 確定軸的尺寸 19 4 2 軸的校核 19 4 2 1 第一軸的強(qiáng)度與剛度校核 19 4 2 2 第二軸的校核計(jì)算 20 第 5 章 變速器同步器與操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23 5 1 同步器的設(shè)計(jì) 23 5 1 1 同步器的結(jié)構(gòu) 23 5 1 2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 24 5 2 變速器的操縱機(jī)構(gòu) 26 5 2 1 變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用 26 5 2 2 設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí) 應(yīng)滿足的條件 26 參考文獻(xiàn) 28 結(jié)論 29 致 謝 30 第 1 章 變速器的概述 現(xiàn)代汽車(chē)上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源 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(chē)的牽引力和車(chē)速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化 為了解決這一矛盾 在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器 1 1 變速器功用及設(shè)計(jì)要求 1 1 1 汽車(chē)變速器的功用 1 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 2 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 3 利用空擋 中斷動(dòng)力的傳遞 以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠發(fā)動(dòng) 怠速 以便于變速 器進(jìn)行換擋和動(dòng)力輸出 1 1 2 變速器的設(shè)計(jì)要求 1 保證汽車(chē)具有較高的動(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)在重量 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 設(shè)置空擋 以保證汽車(chē)在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間分離 設(shè) 置倒檔 使汽車(chē)可以倒退行駛 3 工作可靠 操縱輕便 汽車(chē)在行駛過(guò)程中 變速器內(nèi)應(yīng)有自動(dòng)跳檔 亂 檔 換擋沖擊等現(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 這可以通過(guò)采用同步器和預(yù)選氣動(dòng)換擋或自動(dòng) 半自動(dòng)換擋來(lái)實(shí)現(xiàn) 4 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 5 傳動(dòng)率高 為減小齒輪的嚙合損失 應(yīng)有直接擋 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 6 噪音小 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 剛性可以減小齒輪的噪音 7 貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化 部件通用化和變速器總成系列化等設(shè)計(jì)要求 遵守有 關(guān)設(shè)計(jì)法規(guī) 8 需要時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)動(dòng)力輸出裝置 除此之外 變速器應(yīng)滿足制造成本低 維修方便等要求 1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要數(shù)據(jù) 題目名稱(chēng) 某貨車(chē)五檔手動(dòng)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 191 5N m 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 47 5kw 最高車(chē)速 91 5km h 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 2100r min 最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速 3000r min 車(chē)輪滾動(dòng)半徑 335mm 總質(zhì)量 4063kg 最高檔傳動(dòng)比 1 第 2 章 變速器的選擇及主要零件設(shè)計(jì) 2 1 變速器的選擇 目前 汽車(chē)上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的 這是由于各國(guó)汽車(chē)的 使用 制造及修理等條件不同 也是由各種類(lèi)型汽車(chē)的使用條件不同所決定的 變速器按千金當(dāng)屬不同 有三 四 五和多檔變速器 根據(jù)軸的形式不同 又 分為 固定軸式 旋轉(zhuǎn)軸式和綜合式三類(lèi) 究竟采用何種方式 除了汽車(chē)總布 置要求外 主要考慮一下三方面 1 變速器的徑向尺寸 兩軸式尺寸大 三軸式尺寸小 2 變速器的使用壽命 兩軸式齒輪壽命短 三軸式壽命長(zhǎng) 3 變速器的效率 其中固定軸式應(yīng)用廣泛 有兩軸式和三軸式 中間軸式 之分 前者多用 于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上 后者多用于發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上 2 1 1 兩軸式變速器與三軸式變速器 1 兩軸式變速器的特點(diǎn)如下 兩軸式變速器如圖 2 1 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 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 i g 4 0 4 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 圖 2 1 兩軸式變速器 1 第一軸 2 第二軸 3 同步器 2 三軸式變速器 三軸式變速器如圖 2 2 所示 從結(jié)構(gòu)外形看 三軸式變速器 中間軸式變 速器 具有三根軸 變速器的第一軸和第二軸在一條直線上 經(jīng)嚙合套或者同 步器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 承受載荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)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 噪音低 齒輪和軸承磨損減少 因?yàn)橹苯赢?dāng)?shù)睦寐矢哂谄渌?檔位 因此提高了變速器的使用壽命 在其他檔位工作時(shí) 變速器傳遞的動(dòng)力 需要經(jīng)過(guò)第一軸和第二軸上的兩對(duì)齒輪傳遞 因此 在變速器的中間軸和第二 軸之間的距離 中心距 不大的條件下 一檔仍有較大的傳動(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 可以采用或者不采用常嚙合齒 輪傳動(dòng) 多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔外的其他檔位的換擋機(jī)構(gòu) 均采用同步器或者 嚙合套換擋 少數(shù)及其機(jī)構(gòu)的一檔也采用同步換擋 中間軸式變速器廣泛用于 前置后輪驅(qū)動(dòng)的各類(lèi)汽車(chē)上 圖 2 2 轎車(chē)三軸式四檔變速器 1 第一軸 2 第二軸 3 中間軸 綜上所述 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一臺(tái)適合轎車(chē)的變速器 采用前置后輪驅(qū)動(dòng) 基 于三軸式變速器各種優(yōu)點(diǎn) 因此本設(shè)計(jì)采用三軸式變速器 2 2 倒檔傳遞方案 常見(jiàn)的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種 圖 2 3a 為常見(jiàn)的倒擋布置方案 在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中 加入一個(gè)傳動(dòng) 使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但齒輪處于正負(fù)交替對(duì)稱(chēng)變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作 此方案廣 泛用于轎車(chē)和輕型貨車(chē)的四檔全同步器式變速器中 圖 2 3b 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪 因而縮短 了中間軸的長(zhǎng)度 但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合 使換擋困難 某些輕型 貨車(chē)四檔變速器采用此方案 圖 2 3c 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 3d 所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改 因而經(jīng)常在貨車(chē)變速器中使用 圖 2 3e 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 3f 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 有的貨車(chē)倒擋傳動(dòng)采用圖 2 4g 所示方案 其缺點(diǎn)是一 倒擋須各用一根變速器撥叉軸 致使變速器上蓋中的 操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些 綜合考慮 本次設(shè)計(jì)采用圖 2 3f 所示方案的倒檔換檔方式 圖 2 3 幾種倒檔傳動(dòng)方案 2 3 變速器主要零件的分析 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 變速器中的齒輪一般無(wú)外乎兩種 直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪 直齒圓 柱齒輪多用于滑動(dòng)式 故使用在一檔和倒檔的較多 他們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造容易 但是在換擋時(shí)會(huì)在齒輪斷面產(chǎn)生沖擊 并且伴隨有噪音 這使齒輪端部磨損加 劇并且過(guò)早損壞 同時(shí)使駕駛員的精神緊張 而換擋時(shí)產(chǎn)生的噪音又使乘坐舒 適性降低 只有駕駛員用熟練的操作技術(shù) 使齒輪換擋時(shí)無(wú)沖擊 才能克服上 述缺點(diǎn) 但是該瞬間駕駛員的注意力被分散 會(huì)影響行駛安全性 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 通過(guò)比較上述兩種形式的齒輪的優(yōu)缺點(diǎn) 得知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 換擋結(jié)構(gòu)形式 換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪 嚙合套和同步器三種 1 直齒滑動(dòng)齒輪換擋 該方式機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造容易 但是缺點(diǎn)過(guò)多 換擋時(shí)由于沖擊存在 所以 端部磨損快 壽命低 噪音大 從而造成汽車(chē)的行駛安全性合舒適性降低 影 響汽車(chē)行駛 2 嚙合套換擋 采用嚙合套換擋時(shí) 同時(shí)承受換擋沖擊載荷的結(jié)合齒輪的齒數(shù)多 而齒輪 又不參與換擋 它們都不會(huì)過(guò)早損壞 但卻不能消除換擋沖擊 此外 因增設(shè) 了嚙合套和常嚙合齒輪 使變速器旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大 3 同步器換擋 現(xiàn)在大多數(shù)汽車(chē)的變速器大都采用同步器換檔 這種換擋形式能消除沖擊 噪音低 而且換擋迅速 操作輕便 對(duì)駕駛員要求不高 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 但是他仍然被廣泛使用 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 其結(jié)構(gòu)及工作原理將在后面章節(jié)重點(diǎn)講解 2 4 軸承形式 變速器要求增加傳遞的功率和質(zhì)量的比值肖 而且要求軸承的可靠性好 容量大 壽命長(zhǎng) 故軸承的選用比較重要 變速器軸承通常采用圓柱滾子軸承 球軸承 滾針軸承 圓錐滾子軸承 滑動(dòng)軸套等 至于何處應(yīng)該采用何種軸承形式 是受機(jī)構(gòu)的限制并隨軸承的載 荷特點(diǎn)不同而不同 汽車(chē)變速器的結(jié)構(gòu)緊湊 尺寸小 采用尺寸大的軸承受結(jié)構(gòu)的限制 常在 布置上有困難 如變速器的輸出軸輸出端支撐在殼體內(nèi)腔中 內(nèi)腔尺寸足夠時(shí) 可布置圓柱滾子軸承 若空間不夠則采用滾針軸承 作用在輸入軸常嚙合齒輪 上的軸向力 經(jīng)輸入后部球軸承傳遞給變速器殼體 此處采用角接觸球軸承 輸出軸輸出端常采用圓錐滾子軸承 以承受徑向力和軸向力 變速器輸出軸輸 出端軸承按直徑系列圓錐滾子軸承 軸承的直徑根據(jù)變速器的中心距來(lái)確定 并且要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于 6 20mm 下限根據(jù)適用于輕 型車(chē)和轎車(chē) 滾針軸承 滑動(dòng)軸套主要用于在齒輪與軸不是固定連接 并且要求兩者有 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方 滾針軸承有滾動(dòng)摩擦小 傳動(dòng)率高 徑向配合間隙小 定位 及運(yùn)轉(zhuǎn)精度高 有利于齒輪嚙合等優(yōu)點(diǎn) 滑動(dòng)齒套的徑向配合尺寸大 易磨損 間隙增大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)精度并使工作噪音增大 優(yōu)點(diǎn)是制造容易 成本低 因此在本設(shè)計(jì)中 第一軸常嚙合齒輪及第二軸上齒輪由于內(nèi)腔尺寸較小 所以采用滾針軸承 變速器第一軸 第二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 中間軸前 后軸承采用圓錐滾子軸承 2 5 傳動(dòng)方案的最終設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)變速器型式 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案及主 要零件結(jié)構(gòu)方案的分析與選擇 并根據(jù)設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求 最終確定的傳動(dòng)方案如圖 2 4 所示 其傳動(dòng)路線 1 檔 一軸 1 2 中間軸 10 9 9 11 間同步器 二軸 輸出 2 檔 一軸 1 2 中間軸 8 7 5 7 間同步器 二軸 輸出 3 檔 一軸 1 2 中間軸 6 5 5 7 間同步器 二軸 輸出 4 檔 為直接檔 即一軸 1 1 3 間同步器 二軸 輸出 5 檔 一軸 1 2 中間軸 4 3 1 3 間同步器 二軸 輸出 倒檔 一軸 1 2 中間軸 12 13 11 9 11 間同步器 二軸 輸出 第 3 章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 3 1 變速器主要參數(shù)的選擇 3 1 1 檔位數(shù)的確定及傳動(dòng)比初選 選擇五個(gè)前進(jìn)擋及一個(gè)倒檔 初選傳動(dòng)比為 i1 3 455 i2 1 944 i3 1 370 i4 1 302 i5 0 850 iR 3 170 3 1 2 中心距的確定 中心距對(duì)變速器的尺寸 質(zhì)量和體積都有直接影響 所選的中心距應(yīng)能保 證齒輪的強(qiáng)度 初選中心距可以由發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩按照下式直接求出 A 2 1 31maxgeAiTK 式中 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 直接求 A 時(shí)的中心距系數(shù) 對(duì)轎車(chē)取 axeT 8 9 9 3 對(duì)貨車(chē)取 8 6 9 6 其中 121N m 3 455 0 96 axeT1ig 則 A 8 6 9 6 m6 8 49 56 04 32 對(duì) A 進(jìn)行修正 初選 A 為 66mm 3 1 3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) 齒輪參數(shù)的初步選擇 1 初選齒輪模數(shù) m 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)減少齒寬 3 從工藝方面考慮 各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù) 4 從強(qiáng)度方面考慮 各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù) 對(duì)于轎車(chē) 減少工作噪聲較為重要 因此模數(shù)應(yīng)選得小些 對(duì)于貨車(chē) 減 小質(zhì)量比減小噪聲更重要 因此模數(shù)應(yīng)選得大些 所選模數(shù)值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 的規(guī)定 建議用下列各式選取齒輪模數(shù) 第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù) mn 2 2 3max 0lT 其中 121N m 可得出 mn 2 3 取 mn 2 5axeT 則一檔直齒輪的模數(shù) m mm 2 3 3ax 0lT 其中 通過(guò)計(jì)算得 m 2 4 取 m 2 5 1maxIiTex 同步器和嚙合套的接合大都采用漸開(kāi)線齒形 變速器中齒輪上的花鍵和結(jié) 合套模數(shù)取 2 5 或 2 3 1 4 齒輪材料 壓力角 螺旋角 和齒寬 b 1 初選齒輪材料 由于變速器齒輪的轉(zhuǎn)速高 功率大 結(jié)構(gòu)緊湊 故大都采用滲碳合金結(jié)構(gòu) 鋼 表面的高硬度和齒心的高韌度相結(jié)合 能大大提高齒輪的耐磨性和抗彎曲 疲勞解除疲勞強(qiáng)度的能力 因此 本次設(shè)計(jì)采用 40Cr 材料 2 齒輪的壓力角 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 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角 取 20 嚙合套或同步器 壓力角 取 30 3 初選斜齒輪的螺旋角 為減輕工作噪音和提高強(qiáng)度 汽車(chē)變速器齒輪多采用斜齒輪 因?yàn)樗鼈儌?動(dòng)平穩(wěn) 在選取斜齒輪的螺旋角時(shí) 應(yīng)注意下面問(wèn)題 增大 時(shí) 齒輪的嚙合系數(shù) 增大 是傳動(dòng)平穩(wěn) 噪音低 而且隨著 角的增加 齒輪的強(qiáng)度也隨之增大 但是 當(dāng) 角大于 30 時(shí) 彎曲疲勞強(qiáng)度驟然下降 而解除疲勞強(qiáng)度繼續(xù)上升 因此 從提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度方面考慮 不宜過(guò)大 從提高齒輪的解除 疲勞強(qiáng)度方面考慮 不宜過(guò)小 所以去 30 應(yīng)當(dāng)注意的是 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí) 要產(chǎn)生軸向力 為使軸向力平衡 AF 本設(shè)計(jì)采取的方法是第一軸和第二軸的齒輪全部左旋 中間軸上的齒輪全部右 旋 這樣軸向力經(jīng)軸承傳遞給殼體承受 4 初選齒寬 b 齒寬的選取應(yīng)滿足既能減輕變速器的質(zhì)量 同時(shí)又能保證齒輪工作平穩(wěn)的 要求 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 根據(jù) 汽車(chē)設(shè)計(jì) 直齒 b 取 4 5 8 0mKcc 斜齒 b 取 6 0 8 5n 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 1 5 各檔齒輪參數(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 1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔采用直齒輪傳動(dòng) 所以不能與其他檔位傳動(dòng)的斜齒輪傳動(dòng)計(jì)算方法混 淆 一檔傳動(dòng)比 2 4 10921Zi 為了確定 和 的齒數(shù) 先求其齒數(shù)和 9Z10 2 5 m2A 其中 A 66mm m 2 5 故有 52 8 取 53 Z 當(dāng)轎車(chē)三軸式變速器 時(shí) 可在 15 17 范圍內(nèi)選擇 此處選9 3 51 i10Z 擇 15 則 38 10Z9 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 Z 從式 2 5 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) 根據(jù)式 2 5 反推出 A 66 25 2 確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 由式 2 4 求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比 2 6 91012Zi 1 36 12 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 則 A 2 7 2cos 1Zmn 由此可得 2 8 nAZ21 根據(jù)已知數(shù)據(jù)可得 45 89 21 取 46 與 聯(lián)立可求得 20 26 根據(jù)公式 2 7 可算出此時(shí)一檔的傳動(dòng)比 3 4451i 傳動(dòng)比校核有 0 3 145 3 101 理 理i 其變化范圍小于 5 故合格 3 其他檔位的齒數(shù) 二檔傳動(dòng)比 2 9 8712Zi 而 故有 94 12 i 429 87 對(duì)于斜齒輪 2 10 nmAZ cos2 故有 4687 聯(lián)立求得 27 198Z 同理 可計(jì)算出三檔到五檔得齒輪齒數(shù) 如下表所示 檔數(shù) 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 齒數(shù) 從動(dòng)輪齒 數(shù) 主動(dòng)輪 齒數(shù) 38 15 27 19 23 23 20 26 18 28 4 倒檔齒輪齒數(shù)的確定 由已知條件 倒檔傳動(dòng)比已經(jīng)確定 為 iR 3 170 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132 Z 取 21 23 此處取13Z31 Z 由 2 11 1213iR 可計(jì)算出 30 3 取 30Z 因本設(shè)計(jì)倒檔齒輪也是斜齒輪 故可得出中間軸與倒檔軸的中心距 2 12 mZmAn96 51cos2 31 而倒檔軸與第二軸的中心 2 13 n5 76cos2 13 5 變位系數(shù) 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 角度變位可 獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo) 故采用得較多 變位系數(shù)的選擇原則 1 對(duì)于高檔齒輪 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) 2 對(duì)于低檔齒輪 為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度 應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的 條件來(lái)選擇大 小齒輪的變位系數(shù) 3 總變位系數(shù)越小 齒輪齒根抗彎強(qiáng)度越低 但易于吸收沖擊振動(dòng) 噪聲 要小一些 為了降低噪聲 對(duì)于變速器中除去一 二檔以外的其它各檔齒輪的總變位 系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值 一般情況下 隨著檔位的降低 總變位系數(shù)應(yīng)該 逐檔增大 一 二檔和倒檔齒輪 應(yīng)該選用較大的值 3 2 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 3 2 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 3 2 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 1 齒輪彎曲強(qiáng)度校核 1 直齒輪彎曲應(yīng)力 2 14 btyKFfw 10 式中 彎曲應(yīng)力 MPa w 一檔齒輪 10 的圓周力 N 計(jì)算載荷10tF dTFg210g N mm 取 gTmax d 節(jié)圓半徑 mm cos zdn 為應(yīng)力集中系數(shù) 取 1 65 K K 摩擦力影響系數(shù) 其中主動(dòng)齒輪f 1 1 從動(dòng)齒輪 0 9 f f t 端面齒距 mm t m b 齒寬 mm y 齒形系數(shù) 當(dāng)處于一檔時(shí) 中間軸上的扭矩為 121 1000 38 15gT1209maxZe 1 36 416885Nmm 故 由 可以得出 再將dTFg210 10tF 所得的數(shù)據(jù)代入式 2 14 中可得 621 7Mpa10w 462 4Mpa 圖 3 1 齒形系數(shù)圖9w 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maxeT 曲應(yīng)力在 400 850MPa 之間 2 斜齒輪彎曲應(yīng)力 2 15 btyKFw1 式中 為重合度影響系數(shù) 取 2 0 為應(yīng)力集中系數(shù) 取 1 65 K K 為圓周力 N 為計(jì)算載荷 N m y 為齒形系數(shù) 1F1FdTg2 d 為節(jié)圓直徑 mm b 為齒寬 mm t 為法面齒距 nmt 則二檔齒輪圓周力 dgtt287 計(jì)算得 8527N 8tF 齒輪 8 的當(dāng)量齒數(shù) 29 3 可查圖 3 2 得 3cos zn 139 08 y 故 293Mpa 219 054 3207 同理可以計(jì)算其他檔位齒輪彎曲應(yīng)力 206 2Mpa7 三檔 175 4 Mpa 175 4Mpa 56 四檔 157Mpa 111 1Mpa 1 2 五檔 151 9Mpa 87 3Mpa 34 3 2 3 齒輪接觸強(qiáng)度的校核 齒輪的接觸應(yīng)力可按以下公式計(jì)算 bzjEF 1418 0 式中 齒輪的接觸應(yīng)力 MPa j F 齒面上的法向力 N cos tF 斷面內(nèi)分度圓切向力即圓周力 N tFtFdTg2 計(jì)算載荷 N mm gT 節(jié)點(diǎn)處的壓力角 齒輪螺旋角 d 節(jié)圓直徑 mm b 齒輪接觸的實(shí)際寬度 20mm E 齒輪材料的彈性模量 MPa 查資料可取 Mpa510 2 主 從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑 mm z b 直齒輪 z sin r b 斜齒輪 2cosiz 2inbr 式中 為主 從動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑 mm zb 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maxeT 接觸應(yīng)力 見(jiàn)下表 j 表 3 1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 j MPa 齒輪 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900 2000 950 1000 常嚙合齒輪和高檔 1300 1400 650 700 表 3 1 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 1831 9Mpa 二檔 1353Mpa 三檔 1226Mpa 四檔 1076 5Mpa 五檔 937 1Mpa 倒檔 1779Mpa 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 第 4 章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 4 1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺 4 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 4 1 所示 圖 4 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 4 2 變速器中間軸 4 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 mm 4 1 Ad 5 0 4 第二軸 mm 4 2 3max7 1eT 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩 N m 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)系可按下式選取 第一軸和中間軸 d L 0 16 0 18 第二軸 d L 0 18 0 21 4 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 4 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 4 3 TTt dn pW 32 095 式中 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa T T 軸所受的扭矩 N mm 軸的抗扭截面系數(shù) 3m TW 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 T 其中 P 53kw n 5200r min d 28mm 代入上式得 21 T Mpa 由查表可知 55MPa 故 T 符合強(qiáng)度要求 T 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 4 4 pGI41073 5 式中 T 軸所受的扭矩 N mm 軸的材料的剪切彈性模量 MPa 對(duì)于鋼材 MPa 410 8 G PI 軸截面的極慣性矩 4m324dIP 將已知數(shù)據(jù)代入上式可得 13284 10 873 54 對(duì)于一般傳動(dòng)軸可取 故也符合剛度要求 m 5 4 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 tFraF 4 5 diTFet max2 4 6 costnaxier 4 7 diTFeat2max 式中 i 至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比 此處為三檔傳動(dòng)比 1 370 d 計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑 為 52mm 節(jié)點(diǎn)處的壓力角 為 16 螺旋角 為 30 maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 為 121000N mm 代入上式可得 14752NtF 4885Nr 8517Na 危險(xiǎn)截面的受力圖為 圖 4 3 危險(xiǎn)截面受力分析 水平面 160 75 75 求得 1559N AFrFAF 水平面內(nèi)所受力矩 249 4N 3106AcM 垂直面 4 8 75102 taAd 9101 6N 垂直面所受力矩 1456N m 4 9 3106AsF 該軸所受扭矩為 N 67 2jT 故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為 22jscTM 222 10610456104 9 1486500N 則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力 MPa 4 10 32dM 將 代入上式可得 399 4Mpa 在低檔工作時(shí) 400Mpa 因此有 M 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 cf sf 4 11 EILbaFfc321 4 12 Ifs2 式中 齒輪齒寬中間平面上的徑向力 N 這里等于 1F tF 齒輪齒寬中間平面上的圓周力 N 這里等于 2 r E 彈性模量 MPa MPa 510 2 E I 慣性矩 4m d 為軸的直徑 mm 64 L a b 為齒輪坐上的作用力距支座 A B 的距離 mm L 支座之間的距離 mm 將數(shù)值代入式 4 11 和 4 12 得 0 13 cf 0 15s 故軸的全撓度為 0 198 mm 0 2 mm 符合剛度要求 2scff 第 5 章 變速器同步器與操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 1 同步器的設(shè)計(jì) 5 1 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 圖 5 1 鎖環(huán)式同步器 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 如圖 5 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 5 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 5 2d 完成同步換 檔 圖 5 2 鎖環(huán)同步器工作原理 5 1 2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 1 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)得窄些 則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效 果好 但頂部寬度過(guò)窄會(huì)影響接觸面壓強(qiáng) 使磨損加快 試驗(yàn)還證明 螺紋的 齒頂寬對(duì)摩擦因數(shù)的影響很大 摩擦因數(shù)隨齒頂?shù)哪p而降低 換擋費(fèi)力 故 齒頂寬不易過(guò)大 螺紋槽設(shè)計(jì)得大些 可使被刮下來(lái)的油存于螺紋之間的間隙 中 但螺距增大又會(huì)使接觸面減少 增加磨損速度 圖 5 3a 中給出的尺寸適用 于輕 中型汽車(chē) 圖 5 3b 則適用于重型汽車(chē) 通常軸向泄油槽為 6 12 個(gè) 槽 寬 3 4mm 圖 5 3 同步器螺紋槽形式 2 錐面半錐角 摩擦錐面半錐角 越小 摩擦力矩越大 但 過(guò)小則摩擦錐面將產(chǎn)生自 鎖現(xiàn)象 避免自鎖的條件是 tan f 一般 6 8 6 時(shí) 摩擦力 矩較大 但在錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí) 則有粘著和咬住的傾向 在 7 時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象 本次設(shè)計(jì)中采用的錐角均為取 7 3 摩擦錐面平均半徑 R R 設(shè)計(jì)得越大 則摩擦力矩越大 R 往往受結(jié)構(gòu)限制 包括變速器中心距 及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制 以及 R 取大以后還會(huì)影響到同步環(huán)徑向厚度 尺寸要取小的約束 故不能取大 原則上是在可能的條件下 盡可能將 R 取大 些 本次設(shè)計(jì)中采用的 R 為 50 60mm 4 錐面工作長(zhǎng)度 b 縮短錐面工作長(zhǎng)度 便使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短 但同時(shí)也減少了錐面的 工作面積 增加了單位壓力并使磨損加速 設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算確定 2pfRMbm 設(shè)計(jì)中考慮到降低成本取相同的 b 取 5mm 5 同步環(huán)徑向厚度 與摩擦錐面平均半徑一樣 同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制 包 括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制 不宜取很厚 但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度 轎車(chē)同步環(huán)厚度比貨車(chē)小些 應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成 可提 高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命 貨車(chē)同步環(huán)可用壓鑄加工 段造時(shí)選用錳黃銅 等材料 有的變速器用高強(qiáng)度 高耐磨性的鋼配合的摩擦副 即在鋼質(zhì)或球墨 鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬 厚約 0 3 0 5mm 使其摩擦因數(shù)在鋼與銅 合金摩擦副范圍內(nèi) 而耐磨性和強(qiáng)度有顯著提高 也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體 的錐空表面噴上厚 0 07 0 12mm 的鉬制成 噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的 2 3 倍 以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅 還可以提高同步環(huán)的強(qiáng)度 本設(shè)計(jì)中同步器徑向?qū)挾热?10 5mm 6 鎖止角 鎖止角 選取的正確 可以保證只有在換檔的兩個(gè)部分之間角速度差達(dá)到 零值才能進(jìn)行換檔 影響鎖止角 選取的因素 主要有摩擦因數(shù) f 擦錐面的 平均半徑 R 鎖止面平均半徑和錐面半錐角 已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在 26 46 范圍內(nèi)變化 本次設(shè)計(jì)鎖止角 取 30 7 同步時(shí)間 t 同步器工作時(shí) 要連接的兩個(gè)部分達(dá)到同步的時(shí)間越短越好 除去同步器 的結(jié)構(gòu)尺寸 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)同步時(shí)間有影響以外 變速器輸入軸 輸出軸的角速 度差及作用在同步器摩擦追面上的軸向力 均對(duì)同步時(shí)間有影響 軸向力大 同步時(shí)間減少 而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān) 不同車(chē)型要求作用 到手柄上的力也不相同 為此 同步時(shí)間與車(chē)型有關(guān) 計(jì)算時(shí)可在下屬范圍內(nèi) 選取 對(duì)轎車(chē)變速器高檔取 0 15 0 30s 低檔取 0 50 0 80s 對(duì)貨車(chē)變速器高 檔取 0 30 0 80s 低檔取 1 00 1 50s 5 2 變速器的操縱機(jī)構(gòu) 5 2 1 變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用 變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用是保證各檔齒輪 嚙合套或同步器移動(dòng)規(guī)定的距離 以獲得要求的檔位 而且又不允許同時(shí)掛兩個(gè)檔位 5 2 2 設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí) 應(yīng)滿足的條件 1 要有鎖止裝置 包括自鎖 互鎖和倒檔鎖 1 互鎖裝置是保證移動(dòng)某一變速叉軸時(shí) 其他變速桿叉軸互被鎖止 互鎖 裝置的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種 互鎖銷(xiāo)式 擺動(dòng)鎖塊式 轉(zhuǎn)動(dòng)鎖止式 三向鎖銷(xiāo) 式 此次設(shè)計(jì)中互鎖裝置選擇第一種 其結(jié)構(gòu)型式如圖 5 4 所示 2 自鎖裝置的作用是定位 防止因汽車(chē)振動(dòng)或有小的軸向力作用而致脫檔 保證嚙合齒輪以全齒長(zhǎng)進(jìn)行嚙合 并使駕駛員有換檔的感覺(jué) 定位作用是通過(guò) 自鎖裝置中的彈簧將鋼球 或鎖銷(xiāo) 推入叉軸的凹臼中實(shí)現(xiàn)的 變速叉軸的凹 臼間距是由掛檔齒輪移動(dòng)的距離來(lái)決定的 其結(jié)構(gòu)型式如圖 5 4 所示 3 在汽車(chē)行駛過(guò)程中 為了防止誤掛倒檔 以致造成安全事故和損壞傳動(dòng) 系 在操縱機(jī)構(gòu)中都設(shè)有倒檔鎖或倒檔安全裝置 倒檔鎖能在駕駛員掛倒檔時(shí) 給駕駛員明顯手感 以起到提醒作用 防止誤掛倒檔 2 在掛檔的過(guò)程中 若操縱變速桿推動(dòng)撥叉前后移動(dòng)的距離不足時(shí) 齒輪 將不能在完全齒寬上嚙合而影響齒輪的壽命 即使達(dá)到完全齒寬嚙合 也可能 由于汽車(chē)震動(dòng)等原因 齒輪產(chǎn)生軸向移動(dòng)而減少了齒輪的嚙合長(zhǎng)度 甚至完全 脫離嚙合 為了防止這種情況的發(fā)生 應(yīng)設(shè)置自鎖裝置 如圖 5 4 所示 1 要使換檔動(dòng)作輕便 省力 以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度 圖 5 4 變速器自鎖與互鎖結(jié)構(gòu) 1 自鎖鋼球 2 自鎖彈簧 3 變速器蓋 4 互鎖鋼球 5 互鎖銷(xiāo) 6 撥叉軸 結(jié)論 經(jīng)歷一個(gè)星期的緊張忙碌 專(zhuān)項(xiàng)實(shí)習(xí)已經(jīng)接近尾聲 這次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué) 四年來(lái)的學(xué)習(xí)的一次最綜合的檢驗(yàn) 也更是一次綜合的學(xué)習(xí)過(guò)程 不僅使我學(xué) 習(xí)和鞏固了專(zhuān)業(yè)課知識(shí)而且了解了不少相關(guān)專(zhuān)業(yè)的知識(shí) 個(gè)人能力得到很大提 高 同時(shí)也鍛煉了與人協(xié)作的精神 為以后我踏入社會(huì)工作打下了良好的基礎(chǔ) 對(duì)于本次設(shè)計(jì)的變速箱來(lái)說(shuō) 其特點(diǎn)是 扭矩變化范圍大可以滿足不同的 工況要求 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 易于生產(chǎn) 使用和維修 價(jià)格低廉 而且采用結(jié)合套掛 擋 可以使變速器掛擋平穩(wěn) 噪聲降低 輪齒不易損壞 在設(shè)計(jì)中采用了 5 1 檔手動(dòng)變速器 通過(guò)較大的變速器傳動(dòng)比變化范圍 可以滿足汽車(chē)在不同的工 況下的要求 從而達(dá)到其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的要求 變速器掛檔時(shí)用結(jié)合套 雖 然增加了成本 但是使汽車(chē)變速器操縱舒適度增加 齒輪傳動(dòng)更平穩(wěn) 本著實(shí) 用性和經(jīng)濟(jì)性的原則 在各部件的設(shè)計(jì)要求上都采用比較開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn) 因此 安全系數(shù)不高 這一點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)的不理想之處 但是 在以后的工作和學(xué)習(xí) 中 我會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究變速器技術(shù) 以求其設(shè)計(jì)更加合理和經(jīng)濟(jì) 通過(guò)本次設(shè)計(jì) 我認(rèn)識(shí)到在實(shí)際設(shè)計(jì)中 好多設(shè)計(jì)都很巧妙的解決了所遇 到的問(wèn)題 有些獨(dú)一無(wú)二 比如捷達(dá)變速器離合器分離推桿在輸入軸中間穿過(guò) 還有中國(guó)的汽車(chē)行業(yè)還比較落后 有些軸承還缺少相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 參考文獻(xiàn) 1 劉惟信 汽車(chē)設(shè)計(jì) M 北京 清華大學(xué)出版社 2001 2 張洪欣 汽車(chē)設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1981 3 陳家瑞 汽車(chē)構(gòu)造 M 第二版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 4 張文春 汽車(chē)?yán)碚?M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 5 彭文生 張志明 黃華梁 機(jī)械設(shè)計(jì) M 北京 高等教育出版社 2002 6 董寶承 汽車(chē)底盤(pán) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 M 2004 7 陳煥江 徐雙應(yīng) 交通運(yùn)輸專(zhuān)業(yè)英語(yǔ) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 8 劉鴻文 簡(jiǎn)明材料力學(xué) M 北京 高等教育出版社 1997 9 周一明 毛恩榮 車(chē)輛人機(jī)工程學(xué) M 北京 北京理工大學(xué)出版社 2003 10 U S J El Jiawei Ke vehicle speed 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