目 錄 摘要 . . 第 1 章 緒 論 . 1 述選題的目的及意義 . 1 內(nèi)外研究狀況 . 3 速器的設(shè)計(jì)思想 . 5 計(jì)的主要內(nèi)容 . 6 第 2 章 變 速器結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) . 7 . 7 . 7 . 7 . 7 . 8 . 8 . 8 . 8 . 8 構(gòu)方式 . 8 . 8 . 8 . 9 . 9 . 9 . 11 . 12 第 3 章 變速器齒輪的設(shè)計(jì) . 13 . 13 . 13 . 13 . 14 速器齒輪設(shè)計(jì)步驟 . 14 . 14 . 14 . 14 b . 15 . 16 . 17 一檔齒輪的齒數(shù) . 17 . 18 . 18 . 18 . 19 . 19 輪的材料及其選擇原則 . 20 . 21 . 21 . 22 . 22 . 23 第 4 章 變速器軸的設(shè)計(jì) . 28 . 28 . 28 . 28 . 28 . 29 . 30 . 30 . 31 . 34 第 5 章 同步器設(shè)計(jì) . 37 . 37 . 39 . 39 f . 39 . 40 . 41 t . 41 第 6 章 變速器操縱機(jī)構(gòu) . 43 . 43 檔位置圖 . 43 . 43 . 43 . 44 . 44 . 44 . 45 . 45 結(jié) 論 . 47 參考文獻(xiàn) . 48 致 謝 . 49 附 錄 . 50 附錄 A 英文文獻(xiàn) . 50 附錄 B 文獻(xiàn)翻譯 . 54 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 題的目的及意義 現(xiàn)代汽車上廣泛采用內(nèi)燃 機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍很小，而復(fù)雜的使用條件要求汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，用來改變傳動(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)在最有利的工況范圍下工作；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；利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動(dòng)力輸出。變速器設(shè)計(jì)的目的就是為了滿足上述的要求，使汽車在特定的工況下穩(wěn)定的工作。 變速器除了要能滿足一定的使用 要求外，還要保證使其和汽車能有很好的匹配性，可以提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況范圍內(nèi)工作提高汽車的使用壽命、降低能源消耗、減少汽車的使用噪聲等。這就要求設(shè)計(jì)人員依據(jù)汽車的技術(shù)參數(shù)，合理的選擇變速器的參數(shù)，使所設(shè)計(jì)的變速器能和整車具有很好的匹配性。 對(duì)變速器的要求。除一般便于制造、使用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊外，主要還有以下幾點(diǎn)： 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1）保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。 3）設(shè)置倒檔，使 汽車能倒退行駛。 4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。 5）換擋迅速，省力，方便。 6）工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。 7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。 8）變速器的工作噪聲低。 內(nèi)外研究狀況 現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)汽車的要求不斷的變化，機(jī)械式變速器不能滿足人們的需要。 從 40年代初，美國成功研制出兩擋的液力 動(dòng)變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 80年代，美國已將液力自動(dòng)變速器作為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。1983年時(shí)，美國通用汽車公司的自動(dòng) 變速器裝車率已經(jīng)達(dá)到了 94%。近些年來，由于電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)變速器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。自動(dòng)變速器與機(jī)械式變速器相比，具有許多不可比擬的優(yōu)勢：提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的使用壽命 ； 提高汽車的通過性 ； 具有良好的自適應(yīng)性 ； 操縱更加方便。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 目前，國內(nèi)變速器廠商都朝無級(jí)變速器和自動(dòng)變速器方向發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無級(jí)變速器，而重型汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。 汽車行駛的速度是不斷變化的，這就要求汽車的變速器的變速比要盡量多，這就是無級(jí)變速 ( 。盡管傳統(tǒng)的齒輪變速箱并不理想，但其以結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點(diǎn)依然占領(lǐng)著汽車變速箱的主流地位。 在跨越了三個(gè)世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級(jí)變速箱。這是汽車的無奈和缺憾。但是 ,人們始終沒有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力 ,各大汽車廠商對(duì)無級(jí)變速器 (現(xiàn)了極大的熱情，極度重視 是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標(biāo)。 圍繞汽車變速箱四個(gè)研究方向，各國汽車變速 器專家展開了激烈的角逐。 1摩擦傳動(dòng) 屬帶式無級(jí)變速箱 (傳動(dòng)功率已能達(dá)到轎車實(shí)用的要求，裝備金屬帶式無級(jí)變速箱的轎車已達(dá) 100多萬輛。據(jù)報(bào)道：大排量 6缸內(nèi)燃機(jī)（ 奧迪 能傳動(dòng) 142193率， 280是真正意義的無級(jí)變速器。 另一種摩擦傳動(dòng) 為 滾輪轉(zhuǎn)盤式。日產(chǎn)把它裝在概念車 款公爵 (也裝用這種 可與 33094配使用，可謂汽車變速箱發(fā)展史上又一重要進(jìn)步。 從 型金屬帶 擦傳動(dòng) 管摩擦傳動(dòng)無級(jí)變速器的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到很高的水平，也已經(jīng)裝備上汽車達(dá)到了實(shí)用的水平。但齒輪變速箱依然占據(jù)著半壁河山，這至少說明了四個(gè)問題： （ 1）無級(jí)變速（ 汽車變速箱始終追逐的目標(biāo)。 （ 2）摩擦傳動(dòng) （ 3）摩擦傳動(dòng) （ 4）摩擦傳動(dòng) 率無法與齒輪變速相比。 2液力傳動(dòng) 人們經(jīng)常把液力自動(dòng)變速器（ 無級(jí)變速器（ 個(gè)概念混為一談。實(shí)際上這兩種變速器工作原理完全不同。液力自動(dòng)變速器免除了手動(dòng)變速器繁雜的換檔和黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 腳踩離合器踏板的頻繁操作，使開車變得簡單、省力。但是 , 液力自動(dòng)變速器（ 是無級(jí)變速，是有級(jí)變速的自動(dòng)控制，沒有從根本上滿足汽車對(duì)變速器的要求。從原始橡膠帶無級(jí)變速箱到現(xiàn)代金屬鏈無級(jí)變速箱、滾輪轉(zhuǎn)盤式 年大回轉(zhuǎn)說明：無級(jí)變速箱是汽車變速箱的最終歸屬，液力自動(dòng)變速器只不過是一種 過渡產(chǎn)品。 3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器 (和液力自動(dòng)變速器（ 樣，不是無級(jí)變速器，是有級(jí)變速器的自動(dòng)換檔控制。其特點(diǎn)是機(jī)械傳動(dòng)部分沿用了傳統(tǒng)的有級(jí)變速箱，但控制參量太多，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制相當(dāng)困難。 4齒輪無級(jí)變速器 齒輪無級(jí)變速器（ 是一種全新的設(shè)計(jì)思想，是利用齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)高效率、大功率的無級(jí)變速傳動(dòng)。 據(jù)最新消息：一種 齒 輪無級(jí)變速裝置 (已經(jīng)試制成功，并已經(jīng)進(jìn)行了多次樣機(jī)試驗(yàn)。 齒輪無級(jí)變速裝置 結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，只有不足 20種非標(biāo)零件， 51個(gè)零件，生產(chǎn)成本甚至低于手動(dòng)變速箱。預(yù)計(jì)今年進(jìn)行裝車試驗(yàn)。 齒輪無級(jí)變速器的優(yōu)勢表現(xiàn)為： （ 1）傳動(dòng)功率大， 200 （ 2）傳動(dòng)效率高 ， 90%以上的傳動(dòng)效率是很容易達(dá)到的； （ 3）結(jié)構(gòu)簡單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當(dāng)于自動(dòng)變速箱的 1/10； （ 4）對(duì)汽車而言，提高傳動(dòng) 效率，節(jié)油 20%； （ 5）發(fā)動(dòng)機(jī)在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對(duì)環(huán)境的污染。 速器的設(shè)計(jì)思想 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的 載貨汽 車的基本參數(shù)，及發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，設(shè)計(jì)能夠匹配各項(xiàng)的新型后驅(qū)動(dòng)變速器。 新型后驅(qū)動(dòng)變速器應(yīng)滿足： （ 1） 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 （ 2） 五個(gè)前進(jìn)擋，一個(gè)倒檔 ； （ 3） 輸入、輸出軸保證兩點(diǎn)支承 ； （ 4） 采用同步器，保證可靠平穩(wěn)換擋 ； （ 5） 齒輪、軸及軸承滿足使用要求 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 計(jì)的主要內(nèi)容 中間軸式變速器主要用于后輪驅(qū)動(dòng)變速器，所以，根據(jù)實(shí)際汽車發(fā)動(dòng)機(jī)匹配所需，本文計(jì)劃對(duì)適用于后驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)固定中間軸式變速器作為總的布置方案。 變速器中各檔齒輪按照檔位先后順序在軸上排列；各檔的換擋方式；齒輪與軸的配套方案；軸承支承位置等結(jié)構(gòu)。 確定變速器的檔位數(shù)；各檔傳動(dòng)比；中心距；軸向長度等。 齒輪參數(shù)；各檔齒輪齒數(shù)分配；輪齒強(qiáng)度計(jì)算；軸的設(shè)計(jì)及校核；軸承的設(shè)計(jì)及校核；同步器主要參數(shù)的選取；操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。 根據(jù)設(shè)計(jì)方案，通過 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 變速器結(jié)構(gòu)方 案的設(shè)計(jì) 目前，汽車上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國汽車的使用、制造、修理等條件不同，也是由于各種類型汽車的使用要求不同所決定的。盡管如此，一般變速器的結(jié)構(gòu)形式，仍具有很多共同點(diǎn)。各種機(jī)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)隨主觀和客觀條件的變化而變化。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入實(shí)際，收集資料，調(diào)查研究，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并盡可能地考慮到產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后確定較合適的方案。 軸式和三軸式變速器 現(xiàn)代汽車大多數(shù)采用三軸式變速器。兩軸式變速器只用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)后 置、后輪驅(qū)動(dòng)的轎車上。究竟采用哪種形式，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以下三個(gè)方面： 速器的徑向尺寸 兩軸式變速器的前進(jìn)檔均由一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力。當(dāng)需要大的傳動(dòng)比時(shí)，需將主動(dòng)齒輪做得小些，而將從動(dòng)齒輪做得大些，因此兩軸的中心距和變速器殼體的相關(guān)尺寸也必然增大。而三軸式變速器由兩對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，在同樣傳動(dòng)比的情況下，可將大齒輪的徑向尺寸做得小些，因此中心距及變速器殼的相關(guān)尺寸均可減小。 速器的壽命 兩軸式變速器的低檔齒輪幅大小相差懸殊，小齒輪工作循環(huán)次數(shù)比大齒輪要高得多，因此小齒輪的壽 命比大齒輪的壽命短。三軸式變速器各前進(jìn)檔（除直接檔），均為常嚙合斜齒輪傳動(dòng)，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，工作循環(huán)次數(shù)和壽命也比較接近，用直齒輪工作時(shí)，因第一軸與第二軸直接連接在一起，齒輪只是空轉(zhuǎn)，并不傳遞動(dòng)力，故不影響齒輪的壽命。 速器的效率 兩軸式變速器雖然可以由等于 1的傳動(dòng)比，但仍要經(jīng)過一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，因此用功率損失。而三軸式變速器可將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接檔，這種動(dòng)力傳遞方式幾乎無功率損失，且噪聲較小。 轎車、尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，這樣可將變速器和主傳動(dòng)器組成 一個(gè)整體，使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的總體布置。因此，近年來在歐洲的轎車中采用的比較多。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 輪安排 各齒輪副的相對(duì)安裝位置對(duì)于整個(gè)變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各檔位置的安排應(yīng)考慮以下四個(gè)方面： 車總布置 根據(jù)整車的總布置，對(duì)變速器輸入軸和輸出軸的相對(duì)位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。 駛員的使用習(xí)慣 有人認(rèn)為人們習(xí)慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到左排列來換檔。但是也有人認(rèn)為應(yīng)該將常用檔位放在中間位置。值得注意的是倒檔，雖然他是平常換檔序 列之外的一個(gè)特殊檔位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。按習(xí)慣，倒檔最好與序列不接合。否則，從安全角度考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。 在五檔變速其中，倒檔與序列接合與不接合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個(gè)撥叉和一根變速滑桿，后者的布置適當(dāng)，則可使變速器的軸向長度縮短。 高平均傳動(dòng)效率 為提高平均傳動(dòng)效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動(dòng)方案，并盡可能地將使用時(shí)間最多的檔位設(shè)計(jì)成直接檔。 善齒輪受載狀況 各檔齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。承受載荷大的低檔 齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以較小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支撐較遠(yuǎn)處較好。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。 檔結(jié)構(gòu)方式 目前汽車上的機(jī)械式變速器采用的換檔結(jié)構(gòu)形式有三種： 動(dòng)齒輪換檔 通常是采用滑動(dòng)直齒輪進(jìn)行換檔，但也有采用滑動(dòng)斜齒輪換檔的?；瑒?dòng)直齒輪換檔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、容易制造。缺點(diǎn)是換檔使齒面承受很大的沖擊，會(huì)導(dǎo)致齒輪過早損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種 換檔方式一般僅用在倒檔上。 合套換檔 用接合套換檔，可將構(gòu)成某傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪，制成常嚙合斜齒輪。而斜齒輪上另外有一部分做成直的結(jié)合齒，用來與嚙合套向嚙合。這種結(jié)構(gòu)具有斜齒輪的傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了滑動(dòng)齒輪換檔時(shí)沖擊力集中在 12個(gè)輪齒上的缺陷。因?yàn)樵趽Q檔時(shí)，有嚙合套以及相嚙合的結(jié)合齒上所有的輪齒共同承擔(dān)所受到的沖擊，所以嚙合套和結(jié)合黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 齒的輪齒所受的沖擊損傷和磨損較小。它的缺點(diǎn)是增大了變速器的軸向尺寸，未能徹底消除齒輪端面所受到的沖擊。 步器換檔 現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器。使用 同步器可減輕結(jié)合齒在換檔時(shí)引起的沖擊及零件的損壞。并且具有操縱輕便，經(jīng)濟(jì)性和縮短換檔時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，從而改善了汽車的加速性，經(jīng)濟(jì)性和山區(qū)行使的安全性。其缺點(diǎn)是零件增多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸增加，制造要求高，同步環(huán)磨損大，壽命低。但是近年來由于同步器的廣泛使用，受命問題已解決。 上述三種換檔方案，可同時(shí)用在同一變速器中的不同檔位上。一般考慮原則是不常用的倒檔和一檔采用結(jié)構(gòu)較簡單的滑動(dòng)直齒輪或嚙合套的形式。對(duì)于常用的檔位則采用同步器或嚙合套。 檔的結(jié)構(gòu)方案及倒檔軸的位置 倒檔齒輪的結(jié)構(gòu)及其軸的位置，應(yīng)與變速器 的整體結(jié)構(gòu)方案同時(shí)考慮。在結(jié)構(gòu)布置上，要注意在不掛入倒檔時(shí)，不能與第二軸齒輪有嚙合情況。換倒檔時(shí)能順利換入倒檔，而不和其它齒輪發(fā)生干涉。 在轎車和其它輕型汽車中，經(jīng)常只采用一個(gè)倒檔齒輪，結(jié)構(gòu)較簡單。載貨汽車由于需要較大的倒檔傳動(dòng)比，則多采用由兩個(gè)齒輪組成的齒輪組。為縮短變速器的軸向尺寸充分利用空間。但一檔和倒檔需各用一根變速滑桿，這比通常的換檔機(jī)構(gòu)多用一根變速滑桿和撥叉，使變速器的上蓋結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。 倒檔齒輪安排在變速器的左側(cè)或右側(cè)，關(guān)系到操縱桿撥動(dòng)的方向和倒檔軸的受力狀況。掛倒檔時(shí)，操縱桿向左側(cè)撥動(dòng)，比較 符合習(xí)慣要求。但此時(shí)倒檔齒輪需安排在右側(cè)，這是倒檔軸的軸向承受較大的作用力。反之，操縱桿向右側(cè)，雖不符合習(xí)慣，但可以減輕倒檔軸的負(fù)荷。 速器最低檔傳動(dòng)比的確定 在選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪和地面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。 汽車爬坡時(shí)車速不高，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 4。故有 m a xm a xm a a x s o s 則由最大爬坡度要求的變速器 1檔傳動(dòng)比為 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 Te rg iT 0 ( 式中： m 為汽車總質(zhì)量， 9200m g 為重力加速度， 8.9g m/ 為道路最大阻力系數(shù)， ； r 為驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑， 509rr 查劉惟信汽車設(shè)計(jì) 48頁，滾動(dòng)半徑 r = 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， 353eT 0i 為主減速比， i ； T 為汽車傳動(dòng)系 的傳動(dòng)效率， 。 將各數(shù)據(jù)代入式 (得 35 0 0 00m a xm a 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件 201r 可求得變速器一檔傳動(dòng)比為 Te rg 0 (中： 2G 為汽車滿載靜止與水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷， 667182 G 為道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 其他參數(shù)同式 (將各數(shù)據(jù)代入式 ( 7 1 80m a 通過以上計(jì)算可得到 1 本設(shè)計(jì)中，取 11 心距的確定 初選中心距時(shí)，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式 3 1 (2 式中： A 變速器中心距（ 中心距系數(shù)，商用車： 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（ 1i 變速器一擋傳動(dòng)比， 1 g 變 速器傳動(dòng)效率，取 96% ； 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， 則， 3 1 = 3 %( = 初選中心距 A =125 本設(shè)計(jì)是根據(jù)東風(fēng)中型貨車 計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型： 表 計(jì)基本參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù)值 車型 東風(fēng) 動(dòng)機(jī) 東風(fēng) 定功率（ kw/r/ 99/3000 最大扭矩 (Nm /n) 353/1200 1600 額定總質(zhì)量（ 9200 車長 /寬 /高（ 69100/2470/2455 最高車速（ km/h） 90 最大爬坡度 28% 輪胎 9 00龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 速器的傳動(dòng)方案 圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第 3 章 變速器齒輪的設(shè)計(jì) 輪傳動(dòng)的失效形式 汽車變速器的齒輪都是裝載經(jīng)過精確加工而且封閉嚴(yán)密的變速箱里，屬于閉式齒輪傳動(dòng)。它與開式或半開式齒輪傳動(dòng) 相比，潤滑及防護(hù)等條件都要好得多。一般地說，齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效，而輪齒的失效形式又是多種多樣的，較為常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合等形式。至于齒輪的其它部分（如齒圈、輪輻、輪轂等），除了對(duì)齒輪的質(zhì)量大小需要嚴(yán)格限制外，通常指按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所定的尺寸對(duì)強(qiáng)度及剛度來說均較富裕，實(shí)踐中也極少失效。 輪折斷 輪齒折斷有多種形式，在正常工況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因?yàn)檩嘄X受載時(shí)，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作用，當(dāng)輪齒重復(fù)收載后，齒根 處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使輪齒疲勞折斷。 此外，在輪齒受到突然過載時(shí)，也可能出現(xiàn)過載折斷或剪斷；在輪齒經(jīng)過嚴(yán)重磨損后齒后過分減薄時(shí)，也會(huì)在正常載荷作用下發(fā)生折斷 2。 在斜齒輪傳動(dòng)中，輪齒工作面上的接觸線為一斜線，輪齒受載后，如有載荷集中時(shí)，就會(huì)發(fā)生局部折斷。如制造及安裝不良或軸的彎曲變形過大，輪齒局部受載過大時(shí)，即使是直齒輪，也會(huì)發(fā)生局部折斷。 為了提高輪齒的抗折斷能力，可采取下列措施： 1）用增大齒根過渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來減小齒根應(yīng)力集中； 2）增大軸及支撐的剛度，使輪齒接觸線上受載 較為均勻； 3）采用合適的熱處理方法使齒芯材料具有足夠的韌性； 4）采用噴丸、滾壓等工藝措施對(duì)齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。 面點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，常見的失效形式多為點(diǎn)蝕。所謂點(diǎn)蝕就是齒面材料在變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象。齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅為針狀大小的麻點(diǎn)，如工作條件未加改善，麻點(diǎn)就會(huì)逐步擴(kuò)大，甚至數(shù)點(diǎn)連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。 輪齒在嚙合過程中，齒面間的相對(duì)滑動(dòng)起著形成潤滑膜的作用，而且相對(duì)滑動(dòng)速度越高，潤滑也就越好。當(dāng) 輪齒在靠近接線處嚙合時(shí)，由于相對(duì)滑動(dòng)速度低，形成油膜的條件差，潤滑不良，摩擦力較大，特別是直齒輪傳動(dòng)中，通常這時(shí)只有一對(duì)齒嚙黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 合，輪齒受力也最大，因此，點(diǎn)時(shí)也就首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根面上，然后再向其它部位擴(kuò)展。從相對(duì)意義上來說，也就是靠近節(jié)線處的齒根面抵抗點(diǎn)蝕的能力最差。 提高接觸強(qiáng)度的措施，一方面是合理選擇齒輪參數(shù)，使接觸應(yīng)力降低；另一方面是提高齒面硬度，如采用需用應(yīng)力大的鋼材等。 面膠合 對(duì)于高速重載的齒輪傳中，齒面間的壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時(shí)溫度過高時(shí)，相嚙合的兩齒面就會(huì)粘在 一起，由于此時(shí)兩齒面又在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，向粘結(jié)的部位即使撕破，于是在齒面上演相對(duì)滑動(dòng)的方向形成傷痕，成為膠合。 加強(qiáng)潤滑措施，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油，在潤滑油中加入極壓添加劑等，均可防止或減輕齒面的膠合。 速器齒輪設(shè)計(jì)步驟 齒輪設(shè)計(jì)主要是對(duì)齒輪參數(shù)的選取 數(shù)的選取 遵循的一般原則：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，增加齒寬；為使質(zhì)量小，增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒數(shù)應(yīng)有不同的模數(shù)。減少轎車齒輪工作噪聲有較為重要的意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng) 選小；對(duì)貨車，減小質(zhì)量比噪聲更重要，故齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)。 低檔齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)，其他檔位選另一種模數(shù)。少數(shù)情況下汽車變速器各檔齒輪均選用相同的模數(shù)。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒輪。由于工藝上的原應(yīng)，同一變速器的接合齒模數(shù)相同。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利換檔。 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，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對(duì)貨車，為提高齒輪承載力，取大些。變速器齒輪用 20, 嚙合套或同步器的接合齒壓力角用 30 。 旋角 斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。選斜齒輪的螺旋角，要注意它對(duì)齒輪工作噪聲齒輪的強(qiáng)度和軸向力的影響。從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡，以減少軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上的不同擋位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。為使工藝簡便，在中間軸軸向力不大時(shí)，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 可將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。中間軸上全部齒輪的螺 旋方向應(yīng)一律取為右旋，則第一、第二軸上的斜齒輪應(yīng)取為左旋。軸向力經(jīng)軸承蓋作用到殼體上。一擋和倒擋設(shè)計(jì)為直齒時(shí)，在這些擋位上工作，中間軸上的軸向力不能抵消 (但因?yàn)檫@些擋位使用得少，所以也是允許的 )，而此時(shí)第二軸則沒有軸向力作用。 根據(jù)圖 使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡，須滿足下述條件 111 F ； 222 F （ 由于 T= 2211 ，為使兩軸向力平衡，必須滿足 2121（ 式中： 圖 最后可用調(diào)整螺旋角的方法，使各對(duì)嚙合齒輪因模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因而造成的中心距不等現(xiàn)象得以消除。 斜齒輪螺旋角 可在下面提供的范圍內(nèi)選用： 兩軸式變速器為 20 30 ； 中間軸式變速器為 22 34 ； 貨車變速器： 18 34 。 寬 b 應(yīng)注意齒寬對(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)受力的均勻程度均有影響。 考慮到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應(yīng)該選用較小的齒寬。減少齒寬會(huì)使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，還會(huì)使工作應(yīng)力增加。使用寬些的齒寬，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并在齒寬方向磨損不黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 均勻。 通常跟據(jù)齒輪模數(shù) 直齒 ： b=為 齒： b= 一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)， 接觸線長度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。 位系數(shù)的選擇原則 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：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)，還可通過選擇合適的螺旋角來達(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，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些，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。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。 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。 根據(jù)上述理由，為降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其它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)。 齒輪可與軸設(shè)計(jì)為一體或分開，然后用花鍵，過盈配合或滑動(dòng)支承等方式與軸連黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 接。 圖 齒輪尺寸小又與軸分開時(shí)，其內(nèi)孔直徑到齒根圓處的厚度 b(圖 響齒輪強(qiáng)度，要求尺寸 了使齒輪裝到軸上以后保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分寬度尺寸 C，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸 C=(1 2 1 4)了減小質(zhì)量，輪輻處厚度 應(yīng)在滿足強(qiáng)度的條件下設(shè)計(jì)得薄些。圖 1，可取為花鍵內(nèi)徑的 1 25 1 40倍。 齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減小，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。汽車齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在 80 0 40 檔齒輪齒數(shù)的分配 在初選中心距，齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)，傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù) 。以本次設(shè)計(jì)五檔變速器為例，說明分配齒數(shù)的方法。盡可能使各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該不是整數(shù)。 定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)比： ( (如果 數(shù)確定了，則 傳動(dòng)比可求出。為了求 齒數(shù)，先求其齒數(shù)和 直齒 A/m 斜齒 n 計(jì)算后取整，然后進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)的分配。中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)盡可黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 能取小 些，以便使 傳動(dòng)比大些，在 定的情況下， 傳動(dòng)比可分配小些，使第一軸常嚙合齒輪的齒數(shù)多些，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承并保證輪軸有足夠的厚度?？紤]到殼體上的第一軸軸孔尺寸的限制和裝配的可能性，該齒輪齒數(shù)又不宜取多。 中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時(shí)，對(duì)軸的尺寸及齒輪齒數(shù)都要統(tǒng)一考慮。轎車中間軸式變速器一檔傳動(dòng)比 ，中間軸上一檔齒輪數(shù)可在 15 17 間取，貨車在 2 17 間取。 中心距進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù) 和 過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù) 以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù) 求出傳動(dòng)比 z2=常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一檔齒輪的中心距相等，即： A=mn(z2+2 (解方程式 （ 3和式 （ 3求 出的 后核算一檔傳動(dòng)比與原傳動(dòng)比相差多少，如相差較大，只要調(diào)整一下齒數(shù)即可；最后根據(jù)所確定的齒數(shù)，按式（ 3出精確的螺旋角值。 定其他各檔的齒數(shù) 若二檔齒輪是直齒輪，模數(shù)與一檔齒輪相同時(shí)，則得： i2= (A=m(z7+2 (解兩方程式求出 z7,取整后 z7,算中心距，若與中心距 過齒輪變位來調(diào)整。 二檔齒輪是斜齒輪，螺旋角 21 與常嚙合齒輪的 2 不同時(shí)，由式 (3 Z7/ A=Mn(z7+21 此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式 3 /1 =+z7/(z2+ (聯(lián)解上述三個(gè)方程式，可求出 z7,1 三個(gè)參數(shù)。但借此方程組比較麻煩，可采用比較方便的試湊法，即先選定螺旋角 21 ，解式 (3 （ 3，求出 z7,把 z7,1 代入式 (3，檢查是否滿足或近似滿足軸向力平 衡的關(guān)系。如相黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 差太大，則要調(diào)整螺旋角 21