轿车五档变速器设计

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 摘 要 变速器的性能直接体现出整车性能的高低，特别是燃油经济性的好坏。所以变速器的设计质量的高低一直是汽车行业竞争的焦点。随着汽车工业的发展,轿车变速器的设计趋势为增大变速器传递功率与重量之比,并要求变速器具有较小的尺寸和良好性能。在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下,着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算。 （1） 变速器传动机构布置方案。系统的分析了传动机构的布置方案和零部件的结构方案，给出了具体的设计方案，即双轴传动的设计。 （2） 变速器齿轮的设计与校核。决定了传播的有关参数和齿轮的主要参数，包括确定传动比、中心距的距心以及齿轮参数的确定，还有每个齿轮的分布，外部的大小齿轮和传动装置。进行检查以确保满足变速器的工作需求为下一步的设计打下基础 （3） 变速器轴的设计与校核。对传动轴进行了详细的设计，系统的检查了传动轴在不同齿轮位置的刚度和强度，确保传动轴在运行的过程中处于许用应力、转角和刚度的范围内，确保所选用的轴承能在规定的使用范围工作。 （4）变速器同步器及操纵机构的设计。对同步器的工作原理和操作机理进行了分析，最后确定同步器的主要参数，使同步器满足设计要求。 最后根据汽车设计、汽车理论、机械设计课程等参考资料提供的相关知识，对手动变速器的参数进行检验，并验证设计的合理性。同时用AutoCAD软件完成变速器二维装配图和零件图的绘制。 关键词：变速器；齿轮；同步器；设计 ABSTRACT The performance of the transmission directly reflects the performance of the whole vehicle, especially the fuel economy. So variable speed.The design quality of the device has always been the focus of competition in the automobile industry. With the development of automobile industry, the car transmissionThe design trend is to increase the ratio of transmission power to weight, and to require the transmission to have a small size and good performance.Yes. Under the conditions of given output torque, rotating speed, maximum speed and maximum climbing slope of the engine, emphasis is placed on the teeth of the transmission.The structural parameters of the wheel and the structural size of the shaft are designed and calculated. (1)the arrangement scheme of transmission mechanism. The arrangement scheme of transmission mechanism and the junction of parts and components are analyzed systematically.The specific design scheme, that is, the design of biaxial transmission, is given. (2) Design and check of transmission gear. Determines the relevant parameters of propagation and the main parameters of gears, includingDetermine the transmission ratio, the center of the center distance, and the parameters of the gear, as well as the distribution of each gear and the size of the outside.Gears and gearing. Check to ensure that the working requirements of the transmission are met to lay the foundation for the next step of design (3) Design and check of transmission shaft. The transmission shaft is designed in detail, and the transmission shaft is checked systematically.The stiffness and strength of different gear positions to ensure that the transmission shaft is in allowable stress, rotation angle and stiffness during operation.Within the range of degrees, ensure that the selected bearings can work within the prescribed range of use. (4) Design of transmission synchronizer and control mechanism. The working principle and operation mechanism of the synchronizer are divided into two parts: the working principle and the operation mechanism of the synchronizer.Finally, the main parameters of the synchronizer are determined so that the synchronizer can meet the design requirements. Finally, according to the relevant knowledge provided by automobile design, automobile theory, mechanical design course and other reference materials, the fourth part is based on the relevant knowledge provided by automobile design, automobile theory, mechanical design course and so on.The parameters of manual transmission are tested and the rationality of the design is verified. At the same time, the variable speed is completed by AutoCAD software.The drawing of two-dimensional assembly drawing and part drawing of the device. Key Words :Transmission ；Gear；Synchrotron ；Design 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1.1 选题的目的和意义 1 1.2 变速器发展和国内外研究现状 1 1.3 变速器设计的要求 1 1.4 研究的基本内容 2 第二章 变速器传动机构布置方案 3 2.1 传动机构布置方案分析 3 2.1.1 两轴式和中间轴式变速器 3 2.1.2 多中间轴结构 3 2.1.3 倒挡的形式和布置方案 3 2.2 零、部件布置方案分析 4 2.2.1 齿轮形式 4 2.2.2 换挡的结构形式 5 2.2.3 防止自动脱档的措施 6 2.2.4 轴承形式 7 2.2.5 组合式变速器 7 2.3 本章小结 7 第三章 变速器齿轮的设计与校核 8 3.1 变 速 器 的 设 计 要 求 8 3.2 变速器各档传动比的确定 9 3.3 齿轮参数的确定 11 3.4 各档齿轮齿数的分配 13 3.5 变位系数的确定 16 3.6 齿轮尺寸的确定 17 3.7 齿轮的校核 18 3.8 变速器壳体材料的选用 23 3.9 本章小结 23 第四章 变速器轴及轴承的设计与校核 24 4.1 变速器轴的设计 24 4.2 变速器轴的校核 25 4.3 轴承的校核 33 4.4 本章小结 35 第5章 变速器同步器及操纵机构的设计 36 5.1 同步器设计 36 5.1.1 同步器的功用及分类 36 5.1.2 惯性式同步器 36 5.2 操纵机构的设计 39 5.3 本章小结 40 总 结 41 参考文献 42 致 谢 43 IV 第一章 绪 论 1 . 1 选 题 的 目 的 和 意 义 汽 车 变 速 器 是 汽 车 传 动 系 统 的 关 键 部 件 。 因 为 速 度 范 围 对 应 于 汽 油 发 动 机 的 额 定 转 矩 很 小 ， 和 复 杂 的 操 作 条 件 要 求 汽 车 的 驱 动 力 和 速 度 可 以 在 较 大 范 围 内 变 化 ， 因 此 ， 齿 轮 传 动 是 用 来 适 应 变 化 的 速 度 在 开 车 。 变 速 器 是 汽 车 传 动 系 统 的 重 要 组 成 部 分 ， 其 性 能 对 汽 车 的 动 力 性 、 燃 油 经 济 性 和 乘 坐 舒 适 性 有 着 非 常 重 要 的 影 响 。 手 动 机 械 传 动 完 全 符 合 驾 驶 员 的 意 愿 ， 结 构 简 单 ， 传 动 效 率 高 ， 故 障 率 低 ， 经 济 、 环 保 、 优 质 、 价 廉 。 因 此 ， 它 仍 在 市 场 上 开 发 手 动 机 械 变 速 器 。 适 应 当 代 世 界 经 济 的 发 展 和 需 要 。 随 着 技 术 、 节 能 环 保 的 快 速 发 展 ， 新 材 料 的 应 用 、 高 性 能 和 低 成 本 可 以 成 为 新 型 汽 车 变 速 器 的 研 究 方 向 。 1 . 2 变 速 器 发 展 和 国 内 外 研 究 现 状 在 汽 车 变 速 器 的 发 展 史 上 ， 它 主 要 经 历 了 从 手 动 到 自 动 的 发 展 过 程 ， 已 有 一 百 多 年 的 历 史 。 世 界 上 使 用 最 广 泛 的 汽 车 变 速 器 有 手 动 变 速 器 ( M T ) 、 自 动 变 速 器 ( A T ) 、 手自一体变 速 器 ( A M T ) 、 无 级 变 速 器 ( C V T ) 和 双离合变速器 (DCT ) 。 它 们 各 有 优 缺 点 : M T 具 有 最 佳 的 节 能 效 果 和 经 济 娱 乐 性 ， 但 对 驾 驶 技 术 要 求 较 高 ； A T在 节 能 效 果 较 差 的 情 况 下 ， 操 作 简 单 、 舒 适 ， 部 件 可 靠 性 高 ； A M T 具 有 前 两 者 的 优 点 ， 但 换 挡 时 会 有 短 暂 的 休 息 ， 舒 适 性 差 ； C V T 结 构 简 单 、 效 率 高 、 功 率 大 、 变 速 平 稳 ， 但 其 传 动 带 易 损 坏 ， 不 能 承 受 大 负 荷 ； D C T 节 能 手 动 变 速 器 与 舒 适 自 动 变 速 器 的 结 合 ， 是 由 传 统 手 动 变 速 器 发 展 而 来 的 ， 是 目 前 最 高 的 传 动 技 术 。 调 查 显 示 ， 2 0 0 7 年 中 国 手 动 变 速 器 的 市 场 份 额 为 7 4 % ， 占 据 了 很 大 的 市 场 份 额 。 从 2 0 0 2 年 到 2 0 0 7 年 ， 自 动 变 速 器 的 市 场 份 额 从 9 % 增 长 到 2 6 % 。 环 球 透 视 预 计 ， 2 0 1 2 年 自 动 变 速 器 将 占 总 变 速 器 的 3 3 % ， 而 乘 用 车 将 占 4 4 % 。 2 0 0 2 年 至 2 0 0 6 年 ， 女 性 用 户 从 2 0 . 3 % 增 至 3 0 . 9 % 。 自 动 变 速 器 使 用 方 便 ， 深 受 女 性 用 户 的 喜 爱 。 此 外 ， 在 消 费 者 调 查 中 最 受 欢 迎 的 汽 车 零 部 件 中 ， 第 一 款 是 安 全 气 囊 ， 第 二 款 是 自 动 变 速 箱 。 在 中 国 ， 自 动 变 速 器 市 场 非 常 乐 观 。 同 时 ， 手 动 变 速 器 的 节 能 、 经 济 和 驾 驶 娱 乐 也 决 定 了 其 不 可 替 代 。 全 球 最 大 的 手 动 变 速 器 制 造 商 Z F 预 计 ， 2 0 1 2 年 北 美 市 场 上 销 售 的 汽 车 中 ， 手 动 变 速 器 只 占 6 % 。 欧 洲 和 美 国 是 不 同 的 。 有 人 预 测 ， 到 2 0 1 3 年 ， 5 2 % 的 汽 车 将 出 现 在 欧 洲 。 或 者 手 动 ， 自 动 手 动 变 速 器 将 仅 占 1 0 % ， 连 续 变 速 器 将 占 2 % ， 双 离 合 器 变 速 器 将 占 1 6 % ， 欧 洲 人 提 倡 节 能 环 保 ， 喜 欢 驾 驶 小 型 汽 车 ， 更 喜 欢 手 动 变 速 器 经 济 省 油 。 在 日 本 变 速 器 市 场 ， 无 级 变 速 器 市 场 具 有 绝 对 优 势 。 1 . 3 变 速 器 设 计 的 要 求 保 证 汽 车 必 要 的 动 力 和 经 济 性 ； 设 置 不 同 的 档 位 ， 调 整 并 切 断 发 动 机 向 驱 动 轮 的 动 力 传 递 ， 使 车 辆 后 退 ； 工 作 可 靠 ， 在 汽 车 行 驶 过 程 中 ， 变 速 器 不 得 有 跳 挡 、 乱 挡 、 换 挡 冲 击 等 现 象 ； 工 作 效 率 高 ， 噪 音 低 ； 结 构 简 单 ， 方 案 合 理 ； 在 满 载 和 冲 击 载 荷 下 使 用 寿 命 长 。 1 . 4 研 究 的 基 本 内 容 本 设 计 的 具 体 内 容 是 结 合 设 计 要 求 ， 保 证 车 辆 具 有 必 要 的 动 力 性 和 经 济 性 ， 利 用 选 定 的 发 动 机 参 数 完 成 变 速 器 的 结 构 设 计 。 需 要 解 决 的 主 要 问 题 包 括 : 使 传 动 装 置 有 效 防 止 换 档 、 跳 越 、 无 序 、 换 档 方 便 ； 降 噪 ， 实 现 重 量 轻 、 负 荷 大 、 噪 音 低 、 换 挡 机 动 性 能 好 、 传 动 经 济 、 动 力 经 济 好 、 换 挡 快 、 省 力 、 方 便 ； 传 动 装 置 还 应 满 足 体 积 小 、 质 量 好 、 制 造 成 本 低 、 拆 卸 维 修 方 便 等 要 求 。 9 第二章 变速器传动机构布置方案 2.1 传动机构布置方案分析 变 速 器 由 变 速 器 传 动 机 构 和 操 纵 机 构 组 成 。 根 据 轴 的 不 同 类 型 ， 分 为 固 定 轴 式 和 旋 转 轴 式 两 大 类 ， 而 前 者 又 分 为 两 轴 式 ， 中 间 轴 式 和 多 轴 式 变 速 器 。 2 . 1 . 1 两 轴 式 和 中 间 轴 式 变 速 器 大 多 数 现 代 汽 车 使 用 三 轴 变 速 箱 ， 而 发 动 机 前 轮 驱 动 汽 车 使 用 两 轴 变 速 箱 ， 如 果 传 动 比 小 。 设 计 中 除 了 对 整 车 布 局 的 要 求 外 ， 主 要 考 虑 以 下 四 个 方 面 : ( 1 ) 加 工 性 能 的 结 构 双 轴 传 动 的 输 出 轴 与 主 减 速 器 的 驱 动 齿 轮 相 结 合 。 发 动 机 安 装 好 后 ， 最 后 的 传 动 装 置 可 以 使 用 螺 旋 锥 齿 轮 或 准 双 曲 面 齿 轮 。 这 简 化 了 发 动 机 通 过 圆 柱 齿 轮 的 制 造 过 程 。 ( 2 )传 动 装 置 的 径 向 尺 寸 双 轴 传 动 输 出 轴 的 前 齿 轮 为 一 对 齿 轮 ， 中 间 轴 传 动 为 两 对 齿 轮 。 因 此 ， 对 于 相 同 的 传 动 比 要 求 ， 中 间 轴 传 动 的 径 向 尺 寸 可 以 比 双 轴 传 动 的 径 向 尺 寸 小 得 多 。 ( 3 ) 传 动 装 置 使 用 寿 命 双 轴 传 动 的 低 端 齿 轮 副 尺 寸 变 化 较 大 ， 小 齿 轮 的 工 作 循 环 数 远 大 于 大 齿 轮 。 因 此 ， 小 齿 轮 的 寿 命 比 大 齿 轮 短 。 中 间 轴 传 动 的 每 个 前 向 齿 轮 是 一 个 恒 啮 合 的 螺 旋 齿 轮 传 动 。 齿 轮 的 径 向 尺 寸 小 ， 使 用 寿 命 相 对 较 短 。 在 直 齿 轮 中 ， 齿 轮 只 能 空 转 ， 不 影 响 齿 轮 的 使 用 寿 命 。 ( 4 )传 输 效 率 虽 然 双 轴 传 动 的 传 动 比 为 1 ， 但 仍 然 有 一 对 齿 轮 ， 所 以 存 在 功 率 损 失 。 中 间 轴 传 动 装 置 可 直 接 连 接 输 入 轴 和 输 出 轴 ， 获 得 直 接 齿 轮 ， 传 动 效 率 高 ， 磨 损 小 ， 噪 音 小 。 汽 车 ， 特 别 是 微 型 汽 车 ， 使 用 更 多 的 双 轴 变 速 箱 ， 而 中 型 和 重 型 卡 车 使 用 中 间 变 速 箱 。 2 . 1 . 2 多 中 间 轴 结 构 当变速器安装在扭矩高1200~1300Nm的大功率柴油机上时，其齿轮轴和轴承承受较大的负荷。为了防止过早破坏，采用多中间轴类型[1]。 2 . 1 . 3 倒 挡 的 形 式 和 布 置 方 案 图 2 . 4 为 常 用 的 换 挡 装 置 。 图 2 . 4 ( b ) 所 示 的 解 决 方 案 的 优 点 是 利 用 中 间 轴 上 的 第 一 个 齿 轮 来 利 用 倒 档 ， 从 而 缩 短 了 中 间 轴 的 长 度 。 然 而 ， 当 换 档 时 ， 两 对 齿 轮 同 时 啮 合 ， 使 换 档 困 难 。 图 2 . 1 ( c ) 所 示 的 方 案 允 许 更 大 的 反 向 传 动 比 。 缺 点 是 转 换 过 程 不 合 理 。 为 了 弥 补 图 2 . 1 ( d ) 所 示 的 方 案 的 不 足 ， 对 图 2 . 1 ( c ) 所 示 的 方 案 进 行 了 修 间 ， 缩 短 传 输 的 轴 向 长 度 ， 一 些 卡 车 反 向 齿 轮 采 用 图 2 . 1 所 示 的 方 案 ( g ) ， 缺 点 图 2 . 1 倒 档 传 动 方 案 是 反 向 必 须 使 用 开 叉 轴 ， 使 驱 动 器 的 上 盖 的 运 行 机 制 更 加 复 杂 。 设 计 使 用 运 输 方 案 如 图 2 . 1 所 示 ( f ) 。 因 为 传 播 有 巨 大 的 力 量 在 一 个 转 变 和 反 向 操 作 ， 较 低 和 反 向 双 轴 传 动 的 齿 轮 和 中 间 轴 的 传 播 应 放 置 在 靠 近 轴 的 支 架 ， 以 减 少 轴 的 变 形 。 为 了 保 证 齿 轮 不 重 叠 太 多 ， 齿 轮 由 低 到 高 依 次 排 列 ， 使 轴 具 有 足 够 的 刚 性 ， 便 于 装 配 。 虽 然 倒 档 比 接 近 第 一 个 齿 轮 ， 但 由 于 倒 档 时 间 很 短 ， 有 些 解 决 方 案 把 第 一 个 齿 轮 放 在 靠 近 轴 的 支 承 处 [2] 。 2 . 2 零 部 件 布 置 方 案 分 析 2 . 2 . 1 齿 轮 形 式 传 动 齿 轮 为 正 齿 轮 和 螺 旋 齿 轮 。 与 直 齿 圆 柱 齿 轮 相 比 ， 螺 旋 齿 轮 具 有 使 用 寿 命 长 、 运 行 稳 定 、 工 作 噪 音 低 等 优 点 。 缺 点 是 稍 微 复 杂 的 制 造 和 轴 向 力 在 运 行 中 ， 这 是 有 害 的 轴 承 。 在 变 速 器 中 不 断 啮 合 的 齿 轮 是 螺 旋 齿 轮 ， 虽 然 这 增 加 了 正 常 啮 合 齿 轮 的 数 量 ， 并 导 致 变 速 器 的 质 量 和 惯 性 矩 的 增 加 。 直 齿 圆 柱 齿 轮 仅 在 低 速 和 低 速 时 使 用 。 2 . 2 . 2 换 挡 的 结 构 形 式 如 图 2 . 2 所 示 ， 变 速 器 换 挡 机 构 形 式 分 为 直 齿 滑 动 齿 轮 、 啮 合 套 和 同 步 器 换 挡 三 种 [2] 。 （ a ） 滑 动 齿 轮 换 挡 （ b ） 啮 合 套 换 挡 （ c ） 同 步 器 换 挡 图 2 . 2 换 挡 机 构 形 式 ( 1 ) 滑 动 换 挡 还 使 用 滑 动 直 齿 换 挡 和 螺 旋 齿 轮 换 挡 。 滑 动 正 齿 轮 传 动 具 有 结 构 简 单 、 结 构 紧 凑 、 制 造 方 便 等 优 点 。 缺 点 是 换 挡 时 齿 面 受 冲 击 较 大 ， 导 致 齿 轮 过 早 损 坏 ， 正 齿 轮 的 工 作 噪 声 较 大 ， 所 以 换 挡 方 式 一 般 只 适 用 于 一 挡 和 倒 挡 装 备 。 ( 2 ) 啮 合 套 位 移 通 过 移 动 啮 合 套 筒 ， 一 对 齿 轮 形 成 一 定 的 传 动 比 ， 就 可 以 制 成 正 常 啮 合 的 螺 旋 齿 轮 。 随 着 套 筒 的 移 动 ， 由 于 齿 轮 转 速 的 冲 击 载 荷 非 常 大 ， 且 齿 轮 不 参 与 换 挡 ， 它 们 不 会 过 早 失 效 ， 但 不 能 消 除 换 挡 的 冲 击 ， 所 以 驾 驶 员 仍 然 需 要 熟 练 的 控 制 技 术 。 此 外 ， 通 过 增 加 啮 合 套 筒 和 恒 啮 合 齿 轮 ， 增 加 了 传 动 装 置 的 轴 向 尺 寸 和 转 动 部 件 的 总 惯 量 。 因 此 ， 这 种 换 挡 方 法 目 前 只 适 用 于 一 些 要 求 较 低 的 齿 轮 和 重 型 卡 车 变 速 箱 。 ( 3 ) 同 步 器 换 挡 大 多 数 现 代 汽 车 变 速 器 都 使 用 同 步 器 ， 以 确 保 快 速 、 无 冲 击 和 无 噪 音 的 变 速 ， 而 不 管 操 控 水 平 如 何 ， 从 而 提 高 了 加 速 度 、 经 济 性 和 驾 驶 安 全 性 。 与 上 述 两 种 变 速 方 法 相 比 ， 虽 然 结 构 复 杂 ， 但 制 造 精 度 要 求 高 ， 轴 向 尺 寸 大 。 同 步 环 寿 命 短 等 缺 点 仍 被 广 泛 应 用 。 由 于 同 步 器 的 广 泛 应 用 ， 生 活 问 题 已 基 本 解 决 。 例 如 ， 瑞 典 的 s a u s a g e - s c a n i a 公 司 使 用 球 墨 铸 铁 制 造 同 步 器 的 关 键 部 件 ， 并 在 其 工 作 表 面 涂 上 一 层 钼 ， 这 不 仅 提 高 了 耐 磨 性 ， 而 且 提 高 了 工 作 效 率 。 对 该 同 步 器 的 表 面 摩 擦 系 数 进 行 了 测 试 ， 结 果 表 明 ， 该 同 步 器 的 使 用 寿 命 不 小 于 法 国 贝 雷 帽 齿 轮 的 使 用 寿 命 。 Z F 等 公 司 的 同 步 器 使 用 这 个 过 程 。 上 述 三 种 换 档 方 案 可 同 时 用 于 变 速 器 中 不 同 的 齿 轮 位 置 。 通 常 ， 倒 车 齿 轮 和 第 一 齿 轮 是 简 单 的 滑 动 直 齿 齿 轮 或 啮 合 套 筒 形 式 ； 对 于 普 通 的 高 速 齿 轮 ， 使 用 同 步 器 。 或 者 穿 上 你 的 袖 子 。 该 车 需 要 便 携 性 和 减 少 换 班 时 间 ， 所 以 它 使 用 一 个 完 整 的 同 步 驱 动 器 [3]。 2 . 2 . 3 防 止 自 动 脱 档 的 措 施 自 动 脱 离 是 变 速 器 的 主 要 故 障 之 一 。 自 动 脱 离 由 于 磨 损 ， 传 动 刚 度 不 足 ， 振 动 。 为 了 解 决 这 一 问 题 ， 除 在 这 一 过 程 中 采 取 的 措 施 外 ， 在 结 构 上 采 取 的 措 施 和 有 效 措 施 如 下 [4]： ( 1 )交 错 啮 合 两 颗 啮 合 齿 的 啮 合 位 置 ， 如 图 2 . 3 所 示 。 因 此 ， 当 啮 合 时 ， 啮 合 齿 的 端 部 超 过 啮 合 齿 的 1 ~ 3 m m 。 在 使 用 中 ， 双 齿 接 触 部 分 在 佩 戴 时 被 挤 压 ， 并 在 啮 合 齿 的 末 端 形 成 肩 部 ， 以 防 止 啮 合 齿 本 身 脱 离 。 图 2 . 3 　 防 止 倒 挡 的 措 施 Ⅰ ( 2 )对 齿 套 上 的 前 环 齿 厚 进 行 切 削 ( 切 削 0 . 3 - 0 . 6 m m ) ， 使 换 挡 后 套 筒 的 后 端 被 后 环 的 前 端 堵 住 ， 防 止 自 动 脱 齿 ， 如 图 2 . 4 所 示 。 图 2 . 4 防 止 倒 挡 的 措 施 Ⅱ ( 3 )啮 合 齿 面 的 工 作 设 计 与 加 工 成 锥 面 ， 形 成 一 个 后 锥 度 倾 斜 角 ( 通 常 为 2 ° 和 3 ° ) ， 使 啮 合 齿 面 产 生 轴 向 力 ， 防 止 自 动 产 生 。 该 方 案 更 有 效 、 更 适 用 。 啮 合 齿 侧 设 计 加 工 成 阶 梯 状 ， 具 有 防 止 自 动 变 速 器 的 作 用 。 图 2 . 5 防 止 倒 挡 的 措 施 Ⅲ 2 . 2 . 4 轴 承 形 式 在 过 去 ， 滚 珠 轴 承 、 滚 子 轴 承 和 滚 针 轴 承 在 传 动 轴 上 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 近 年 来 ， 变 速 器 设 计 的 发 展 趋 势 是 提 高 其 传 输 功 率 与 质 量 的 比 值 ， 要 求 更 大 的 容 量 和 更 好 的 性 能 。 然 而 ， 上 述 轴 承 形 式 不 能 满 足 传 动 的 可 靠 性 和 寿 命 要 求 ， 因 此 圆 锥 滚 子 轴 承 的 使 用 有 所 增 加 。 其 主 要 优 点 是 : 滚 子 轴 承 接 触 线 长 ， 如 果 选 择 合 适 的 锥 角 和 配 合 度 ， 轴 与 齿 轮 可 以 沿 纵 向 平 面 或 沿 中 心 线 平 面 分 开 ， 这 样 可 以 方 便 地 装 配 和 拆 卸 及 调 整 轴 承 。 由 于 上 述 特 点 ， 滚 子 圆 锥 轴 承 已 被 一 些 欧 洲 轿 车 、 卡 车 和 重 型 卡 车 的 变 速 箱 所 采 用 [4] 。 2 . 2 . 5 组 合 式 变 速 器 近 年 来 ， 增 加 汽 车 变 速 器 的 齿 轮 是 一 个 重 要 的 发 展 趋 势 ， 这 与 许 多 因 素 有 关 ， 如 卡 车 上 柴 油 发 动 机 使 用 量 的 增 加 ， 平 均 车 速 和 车 辆 总 质 量 的 增 加 ， 以 及 降 低 油 耗 的 要 求 。 本 设 计 选 用 的 初 始 齿 轮 形 式 为 正 齿 轮 ， 正 齿 轮为 螺 旋 齿 轮 ， 倒 档 为 正 齿 轮 。 轴 承 选 用 深 沟 球 轴 承 、 圆 柱 滚 子 轴 承 和 滚 针 轴 承 。 圆 锥 滚 子 轴 承 。 2 . 3 本 章 小 结 本 章 系 统 地 分 析 了 传 动 机 构 的 布 置 方 案 和 零 部 的 结 构 方 案 ， 给 出 了 具 体 的 设 计 方 案 ， 即 双 轴 传 动 的 设 计 。 倒 档 布 置 方 案 如 图 2 . 1 ( a ) 所 示 ， 正 齿 轮 为 螺 旋 齿 轮 ， 倒 档 为 正 齿 轮 。 轴 承 选 用 深 沟 球 轴 承 、 圆 柱 滚 子 轴 承 、 滚 针 轴 承 和 圆 锥 滚 子 轴 承 。 第三章 变速器齿轮的设计与校核 3 . 1 变 速 器 的 设 计 要 求 3 . 1. 1 本 设 计 要 求 为 双 轴 机 械 传 动 ( 1 ) 传 动 比 为 3 至 4 . 5 ( 2 )中 心 距 为 6 0 至 8 0 毫 米 ( 3 )齿 轮 数 为 4 根 据 要 求 ， 双 轴 机 械 传 动 的 四 速 手 动 变 速 器 大 多 是 前 置 车 。 为 这 种 设 计 选 择 的 乘 用 车 是 一 辆 汽 车 。 汽 车 汽 油 发 动 机 的 n p 大 多 为 4 0 0 0 - 6 0 0 0 r / m i n ， 扭 矩 适 应 系 数 a = T e m a x / T p 。 当 a 的 值 大 时 ， 可 以 减 少 换 档 次 数 ， 并 且 还 可 以 降 低 燃 料 消 耗 。 汽 油 发 动 机 的 价 值 大 多 在 1 . 2 到 1 . 3 5 之 间 。 然 而 ， 近 年 来 ， 汽 油 发 动 机 的 速 度 降 低 ， 并 且 扭 矩 适 应 系 数 a 的 值 也 减 小 ， 并 且 一 些 已 经 低 至 约 1 . 1 。 车 辆 柴 油 发 动 机 的 值 为 1 . 1 至 1 . 2 5 （ 带 校 正 器 ） 和 1 . 0 5 至 1 . 1 0 （ 无 校 正 器 ） 。 当 确 定 发 动 机 的 最 大 功 率 P e m a x 和 相 应 的 速 度 n p 时 ， 可 以 通 过 以 下 公 式 获 得 发 动 机 的 最 大 扭 矩 T e m a x （ 单 位 ： N m ） 。 T e m a x = a T p = 7 0 1 9 a P e m a x / n p （ 3 . 1 ） 式 中 a — — 发 动 机 的 转 矩 适 应 系 数 ； T p — — 最 大 功 率 时 的 转 矩 ， N · m P e m a x — — 最 大 功 率 ， k W n p — — 最 大 功 率 的 相 应 转 速 ， r / m i n 选 择 发 动 机 最 大 扭 矩 的 相 应 转 速 n T 的 原 理 是 保 持 n T 和 n p 之 间 的 适 当 关 系 。 因 为 n T 太 接 近 n P ， 直 接 档 位 的 最 小 稳 定 速 度 将 很 高 ， 当 通 过 繁 忙 的 交 叉 路 口 时 会 导 致 更 多 的 换 档 ， 甚 至 增 加 变 速 器 中 的 档 位 数 量 。 因 此 ， 成 为 转 速 适 应 系 数 的 n p 与 n T 之 比 不 应 小 于 1 . 4 ， 通 常 n p / n T = 1 . 4 至 2 . 0 ， 并 且 由 发 动 机 设 计 保 证 。 发 动 机 适 应 性 系 数 Φ 上 述 转 矩 适 应 系 数 a 和 转 速 适 应 系 数 n p / n T 的 乘 积 可 以 表 示 发 动 机 适 应 车 辆 行 驶 状 态 的 程 度 ， 并 称 为 发 动 机 适 应 性 系 数 ， 并 表 示 Φ = a • N P / N T = 德 玛 斯 / T P • N P 。 / N T Φ 值 越 大 ， 发 动 机 的 适 应 性 越 好 。 使 用 具 有 大 Φ 值 的 发 动 机 可 以 减 少 换 档 次 数 ， 减 少 驾 驶 员 的 疲 劳 ， 减 少 传 动 系 的 磨 损 并 减 少 燃 料 消 耗 。 现 代 发 动 机 的 适 应 性 系 数 值 对 于 汽 油 发 动 机 是 Φ = 1 . 4 ~ 2 . 4 ， 对 于 柴 油 发 动 机 是 Φ = 1 . 6 ~ 2 . 6 。 根 据 搜 索 数 据 ， 汽 车 的 总 质 量 通 常 在 1 . 7 至 1 . 9 吨 之 间 。 调 节 质 量 在 1 到 1 . 3 吨 之 间 。 车 轮 滚 动 半 径 约 为 0 . 3 米 。 根 据 以 上 内 容 ， 设 计 参 数 自 行 选 择 ， 所 有 选 定 参 数 均 满 足 要 求 。 汽 车 的 参 数 如 表 3 . 1 所 示 ： 表 3.1 某 车 参 数 参 数 数 值 参 数 数 值 发 动 机 最 大 功 率 P e m a x 9 7 k w 发 动 机 最 大 转 矩 T e m a x 1 7 0 N · m 最 高 车 速 U m a x 1 6 0 k m / h 汽 车 总 质 量 m a 1 8 2 0 k g 变 速 器 形 式 手 动 四 档 汽 车 整 备 质 量 m 0 1 3 5 0 k g 主 减 速 器 传 动 比 i 0 4 . 1 5 车 轮 半 径 r r 0 . 3 m ( 1 ) 确 定 文 件 的 数 量 近 年 来 ， 为 了 降 低 油 耗 ， 变 速 器 的 齿 轮 有 增 大 的 趋 势 。 目 前 ， 乘 用 车 通 常 采 用 四 五 档 变 速 器 。 发 动 机 排 量 大 的 客 车 有 5 个 齿 轮 ， 发 动 机 有 4 个 小 齿 轮 。 本 设 计 使 用 了 四 个 文 件 。 ( 2 ) 确 定 传 动 比 的 范 围 在 选 择 最 低 速 比 时 ， 需 要 综 合 考 虑 并 确 定 汽 车 的 最 高 等 级 、 驱 动 轮 与 路 面 的 附 着 力 、 汽 车 的 最 低 稳 定 转 速 、 主 减 速 比 和 滚 动 半 径 。 驱 动 轮 。 目 前 乘 用 车 传 动 比 为 3 . 0 - 4 . 5 ， 轻 型 商 用 车 总 重 量 为 5 . 0 - 8 . 0 ， 其 他 商 用 车 总 重 量 较 大 [5] 。 3 . 2 变 速 器 各 档 传 动 比 的 确 定 3. 2 . 1 确 定 传 动 装 置 的 最 高 传 动 比 当 汽 车 爬 上 陡 坡 时 ， 速 度 不 高 ， 空 气 阻 力 可 以 忽 略 不 计 。 最 大 驱 动 力 用 于 克 服 轮 胎 与 路 面 之 间 的 滚 动 阻 力 和 爬 坡 阻 力 。 所 以 有 （ 3 . 1 ） 则 由 最 大 爬 坡 度 要 求 的 变 速 器 Ⅰ 档 传 动 比 为 （ 3 . 2 ） 已 知 ： m = 1 8 2 0 k g ； ； ； r = 0 . 3 m ； N · m ； ； g = 9 . 8 N / k g ； ， 把 以 上 数 据 代 入 （ 3 . 2 ） 式 ： 满 足 不 产 生 滑 转 条 件 。 即 用 一 档 发 出 最 大 驱 动 力 时 ， 驱 动 轮 不 产 生 滑 转 现 象 。 公 式 表 示 如 下 ： （ 3 . 3 ） 求 得 的 变 速 器 I 档 传 动 比 为 ： （ 3 . 4 ） 已 知 ： m 0 = 1 3 5 0 k g ， N · m ， ， g = 9 . 8 N / k g ； ， g = 9 . 8 N / k g ； 取 0 . 6 ， r r = 0 . 3 m 。 根 据 公 式 （ 3 . 4 ） 可 得 ： i g 1 3 . 5 5 ， 综 上 所 述 ， i g 1 初 选 3 . 5 。 由 已 知 式 中 ： m  — — 汽 车 总 质 量 ； m 0 — — 汽 车 整 备 质 量 g — — 重 力 加 速 度 ； r r — — 驱 动 轮 的 滚 动 半 径 ； T e m a x — — 发 动 机 最 大 转 矩 ； i 0 — — 主 减 速 比 ； η t — — 汽 车 传 动 系 的 传 动 效 率 。 — — 道 路 的 附 着 系 数 ， 计 算 时 可 取 0 . 5 ~ 0 . 6 之 间 。 G 2 — — 汽 车 满 载 静 止 于 水 平 路 面 时 驱 动 桥 给 路 面 的 载 荷 ， G 2 = m 0 g — — 最 大 爬 坡 度 （ 一 般 轿 车 要 求 能 爬 上 3 0 % 的 坡 ， 大 约 ） 3. 2 . 2 变 速 器 各 档 传 动 比 的 确 定 发 动 机 转 速 与 汽 车 行 驶 速 度 之 间 的 关 系 为 （ 3 . 5 ） 式 中 ： — — 汽 车 行 驶 速 度 ， = 1 6 0 k m / h ； n — — 发 动 机 转 速 ， n = 5 2 0 0 r / m i n ； — — 变 速 器 传 动 比 ， 最 高 档 传 动 比 为 ， 最 低 档 传 动 比 为 ； — — 主 减 速 器 传 动 比 。 （ 3 . 6 ） 计 算 得 。 中 间 档 的 传 动 比 理 论 上 按 公 比 为 q 的 等 比 数 列 分 配 ： （ 3 . 7 ） 实 际 上 与 理 论 上 略 有 出 入 ， 因 齿 数 为 整 数 且 常 用 档 位 间 的 公 比 宜 小 些 ， 另 外 还 要 考 虑 与 发 动 机 参 数 的 合 理 匹 配 。 根 据 上 式 可 的 出 ： = 1 . 5 8 。 计 算 的 各 档 传 动 比 为 ： 2 = 2 . 2 1 3 = 1 . 4 0 3. 2 . 3 中 心 距 A 的 确 定 中 心 距 对 变 速 器 的 尺 寸 及 质 量 有 直 接 影 响 ， 所 选 的 中 心 距 、 应 能 保 证 齿 轮 的 强 度 。 初 选 中 心 距 A 时 ， 可 根 据 下 述 经 验 公 式 计 算 [7] （ 3 . 8 ） 式 中 ： — — 中 心 距 系 数 。 对 轿 车 ， = 8 . 9 ～ 9 . 3 ； 对 货 车 ， = 8 . 6 ～ 9 . 6 。 — — 发 动 机 最 大 转 矩 。 — — 变 速 器 一 档 传 动 比 。 — — 变 速 器 的 传 动 效 率 ， 取 0 . 9 6 。 计 算 得 ： A = 7 3 . 8 4 ～ 7 7 . 1 6 m m 取 A = 7 7 m m 3. 2 . 4 轴 向 尺 寸 的 确 定 变 速 器 的 横 向 外 形 尺 寸 ， 可 根 据 齿 轮 直 径 以 及 倒 档 中 间 齿 轮 和 换 档 机 构 的 布 置 初 步 确 定 [6] 。 轿 车 四 档 变 速 器 壳 体 的 轴 向 尺 寸 ( 3 . 0 ～ 3 . 4 ) A 。 货 车 变 速 器 壳 体 的 轴 向 尺 寸 与 档 数 有 关 ： 四 档 ( 2 . 2 ～ 2 . 7 ) A 五 档 ( 2 . 7 ～ 3 . 0 ) A 六 档 ( 3 . 2 ～ 3 . 5 ) A 当 变 速 器 选 用 常 啮 合 齿 轮 对 数 和 同 步 器 多 时 ， 中 心 距 系 数 K A 应 取 给 出 系 数 的 上 限 。 为 检 测 方 便 ， A 取 整 。 本 次 设 计 为 轿 车 四 档 变 速 器 ， 其 壳 体 的 轴 向 尺 寸 为 （ 3 . 0 ～ 3 . 4 ） A = 2 1 3 ～ 2 4 1 . 4 m m 变 速 器 壳 体 的 最 终 轴 向 尺 寸 应 由 变 速 器 总 图 的 结 构 尺 寸 链 确 定 。 3 . 3 齿 轮 参 数 的 确 定 变 速 器 四 个 前 进 挡 采 用 斜 齿 圆 柱 轮 ， 倒 档 采 用 直 齿 圆 柱 齿 轮 。 3. 3 . 1 模 数 的 选 取 齿 轮 模 数 是 一 个 重 要 参 数 ， 影 响 它 的 选 取 因 素 有 很 多 ， 如 齿 轮 的 强 度 、 质 量 、 噪 音 、 工 艺 要 求 等 。 啮 合 套 和 同 步 器 的 接 合 齿 多 数 采 用 渐 近 线 。 由 于 工 艺 上 的 原 因 同 一 变 速 器 中 的 接 合 齿 模 数 相 同 。 其 取 值 范 围 是 ： 乘 用 车 和 总 质 量 在 1 . 8 - 1 4 . 0 t 的 货 车 为 2 . 0 ～ 3 . 5 。 表 3 . 2 汽 车 变 速 器 齿 轮 的 法 向 模 数 车 型 乘 用 车 的 发 动 机 排 量 V / L 货 车 的 最 大 总 质 量 / t 模 数 / m m 1 . 0 ＞ V ≤ 1 . 6 1 . 6 ＜ V ≤ 2 . 5 6 . 0 ＜ ≤ 1 4 . 0 ＞ 1 4 . 0 2 . 2 5 ～ 2 . 7 5 2 . 7 5 ～ 3 . 0 0 3 . 5 0 ～ 4 . 5 0 4 . 5 0 ～ 6 . 0 0 表 3 . 3 汽 车 变 速 器 常 用 的 齿 轮 模 数 （ m m ） 齿 轮 模 数 一 系 列 1 . 0 0 1 . 2 5 1 . 5 2 . 0 0 2 . 5 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 二 系 列 1 . 7 5 2 . 2 5 2 . 7 5 3 . 2 5 3 . 5 0 3 . 7 5 4 . 5 0 5 . 5 0 — 所 有 齿 轮 的 模 数 定 为 2 . 5 m m 。 3. 3 . 2 压力角的选取 压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对轿车，为加大重合度已降低噪声，取小些；对货车，为提高齿轮承载力，取大些。实际上，因国家规定的标准压力角为200，所以在本设计中变速器齿轮压力角定为。 3. 3 . 3 螺旋角的确定 斜齿轮在变速器中得到广泛的应用。从提高低档齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角，以为宜；而从提高高档齿轮的接触强度和增加重合度着眼，应选用较大的螺旋角。斜齿轮传递转矩时，为使工艺简便，可将螺旋角设计成一样的，中间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律取为右旋。 两轴式变速器为200250； 中间轴式变速器为； 货车变速器：； 所以初选斜齿轮螺旋角。 3. 3 .4 齿宽的确定 齿轮宽度b的大小直接影响着齿轮的承载能力，b加大，齿的承载能力增高。但试验表明，在齿宽增大到一定数值后，由于载荷分配不均匀，反而使齿轮的承载能力降低。所以，在保证齿轮的强度条件下，尽量选取较小的齿宽，以有利于减轻变速器的重量和缩短其轴向尺寸。 通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽： 直齿b=(4.5~8.0)m，mm 斜齿b=(6.0~8.5)m，mm 3. 3 .5 齿顶高系数 齿顶高系数对重合度、齿轮强度、工作噪音、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。规定齿顶高系数取1.00。 3. 3 .6 齿轮材料的选择 变速器齿轮可以与轴设计成一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支撑等方式之一与轴连接。 齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿顶圆处的厚b影响齿轮强度。要求尺寸b应该大于或等于齿轮危险断面处的厚度。为了使齿轮装在轴上以后，保持足够大的稳定性，齿轮轮毂部分的宽度尺寸，在结构允