1、大學(xué)生方程式賽車變速箱及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要變速器是汽車傳動(dòng)系中最主要的部件之一。其設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于FSAE賽車上的手動(dòng)變速器。設(shè)計(jì)中選用本田CBR600-F4i作為方程式賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號，可以得出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、最大功率、最高轉(zhuǎn)速等參數(shù)。設(shè)計(jì)的賽車無主減速器，采用鏈傳動(dòng)，且傳動(dòng)比已知。根據(jù)以上參數(shù)，結(jié)合汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚?、機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車底盤設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)計(jì)算變速器的參數(shù)，并驗(yàn)證變速器的合理性。設(shè)計(jì)中利用了CAD、UG等軟件制作了變速器主要總成的模型，并繪制了變速器裝配總圖及主要零件的二維圖。通過設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)和鞏固了專業(yè)課知識(shí)而且了解了不少相關(guān)專業(yè)的知識(shí)，也提高了個(gè)人能力，

2、更重要的是鍛煉了與人協(xié)作的精神。關(guān)鍵詞： 汽車工程；變速器；設(shè)計(jì)；手動(dòng)The Design of Formula SAE Car Gearbox and Transmission SystemAbstractGearbox is the one main component of the vehicle transmission.The duty of this design is to design a manual transmission used in the FSAE Racing car.We chose Honda CBR600-F4i as the engine of FSAE

3、 Racing car. According to the engine model, we can draw the maximum engine torque, maximum power, maximum speed and other parameters. The design of the car without main gear, using chain drive, and the transmission ratio is known. Based on the above parameters, combining automotive design, automotiv

4、e theory, mechanical design, automotive chassis design and other related knowledge ,calculate transmission parameters and verify the reasonableness of the transmission.Duiring design, I use CAD, UG and other softwares to produce the model of main transmission assembly , and the mapping of the transm

5、ission assembly diagram and major parts of total two-dimensional diagram .By designing, I not only learn and consolidate knowledge ,understanding of a number of specialized courses related professional knowledge, but also improve the ability of individuals, but more importantly is to exercise the sp

6、irit of collaboration with others.Key Words：Automotive engineering;Transmission;Design;Manual目 錄摘 要 iAbstract ii第一章 緒論 11.1 課題研究背景 11.2 課題研究意義 11.3 本課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展 21.4 本章小結(jié) 3第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 32.1 變速器概述 32.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 42.3本章總結(jié) 5第三章 變速器主要參數(shù)的選擇 53.1. 變速器擋數(shù)的選擇及各擋傳動(dòng)比的確定 5變速器的擋位數(shù) 5齒輪模數(shù) 7壓力角 8齒輪變?yōu)橄禂?shù)的選擇原則 9齒頂

7、高系數(shù) 93.5各擋齒輪齒數(shù)的分配 10確定1擋齒輪的齒數(shù). 10修正螺旋角的值 11確定其它各擋的齒數(shù) 113.6變速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 133.7變速器輪齒強(qiáng)度計(jì)算 173.8本章小結(jié) 24第四章變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算 244.1軸的功用及要求 244.2軸的結(jié)構(gòu)形狀 244.3 初選軸的直徑 254.4軸的剛度和強(qiáng)度的計(jì)算 254.5本章小結(jié) 34第五章變速器的同步器設(shè)計(jì) 355.1同步器的設(shè)計(jì) 355.2變速器的操縱機(jī)構(gòu) 375.3軸承及平鍵的校核 385.4變速器殼體 435.5本章小結(jié) 44第六章大學(xué)生方程式賽車鏈傳動(dòng)系的設(shè)計(jì) 456.1 概述 456.2 FSAE方程式賽車傳動(dòng)系的功

8、用 456.3 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 45、和傳動(dòng)比i 45與齒頂圓直徑的計(jì)算 46 46 46 47 476.4本章總結(jié) 47總結(jié) 48參考文獻(xiàn) 49致謝 49第一章 緒論1.1 課題研究背景2010年第一屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽（簡稱“中國FSAE”在上海舉行。中國大學(xué)生方程式汽車大賽是一項(xiàng)由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊(duì)參加的汽車設(shè)計(jì)與制造比賽。各參賽車隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，在一年的時(shí)間內(nèi)自行設(shè)計(jì)和制造出一輛在加速、制動(dòng)、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。 中國FSAE比賽項(xiàng)目主要有高速避障、耐久性測試、制動(dòng)測驗(yàn)、動(dòng)

9、態(tài)試車、8字環(huán)繞以及直線競速等。各參賽隊(duì)伍為了取得優(yōu)異的成績，在提高賽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操作穩(wěn)定性等方面都下了很多功夫。其中耐力賽與直線競速對賽車的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性要求頗高。這就要求賽車不僅要求發(fā)動(dòng)機(jī)性能良好，還要變速箱工作可靠。 變速箱作為汽車的重要組成部分，它有以下幾個(gè)作用：（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，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利(功率較高而油耗較低的工況下工作；（2）在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變情況下，是汽車能倒退行駛；（3）利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。 由此可見，變速箱的設(shè)計(jì)對賽車的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的

10、有一定的影響。賽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性是一對矛盾體。賽車高速行駛時(shí)要求動(dòng)力性好，這會(huì)導(dǎo)致燃油消耗量大；賽車以中等速度行駛時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好。為了使賽車獲得良好的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)一款性能優(yōu)異的變速箱是我們的迫切需要。1.2 課題研究意義汽車自問世以來就得到了迅猛發(fā)展。汽車作為現(xiàn)代化社會(huì)大工業(yè)的產(chǎn)物，它的發(fā)展促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了人民的生活水平。將人們帶入現(xiàn)代化生活的同時(shí)也帶來了能源與環(huán)境等諸多問題。近年來汽車產(chǎn)量的激增，使世界石油資源愈發(fā)緊張，石油價(jià)格不斷上漲。與此同時(shí)，大氣污染也變得嚴(yán)重了。今年中國幾大城市的霧霾事件正好說明了這一點(diǎn)。因此降低燃油消耗成為了節(jié)能的關(guān)鍵。賽車作為汽車家族中的特

11、殊一員，需要在各式各樣的賽道上馳騁。這就要求在保證賽車動(dòng)力性的前提下，兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性與操縱穩(wěn)定性。為了達(dá)到目標(biāo)，需對變速箱優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一款全新的變速箱或在現(xiàn)有變速箱的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化對實(shí)現(xiàn)降低油耗目標(biāo)有很大的現(xiàn)實(shí)意義。此外，賽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要性也不容小覷。它將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動(dòng)車輪，以保證賽車在不同條件下正常行駛，并具有良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性?？梢?，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對整車性能有重要影響。它的設(shè)計(jì)必將會(huì)為賽車的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性帶來突出貢獻(xiàn)。1.3 本課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)如今變速器種類繁多，有無級變速器、自動(dòng)變速器、手自一體變速器等。無級變速器( Continuously Variabl

12、eTransmission 由于能夠適應(yīng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中多變或轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的要求,不僅廣泛應(yīng)用于紡織、食品、造紙、橡膠等輕工業(yè)部門,而且也用于工作母機(jī)(機(jī)床 、起重運(yùn)輸、石油化工等各類機(jī)械設(shè)備中,特別是近些年來它在汽車變速上的成功應(yīng)用更使人們耳目一新。作為無級變速器的代表，金屬帶式無級變速器不僅能夠滿足傳遞較大功率、適應(yīng)高轉(zhuǎn)速等條件,還具有如下幾方面的特性：(1 經(jīng)濟(jì)性。該變速器通過傳動(dòng)比的連續(xù)變化,使車輛外界行駛條件與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載實(shí)現(xiàn)最佳匹配,使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作區(qū)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)從而充分發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力,燃燒完全,提高了整車的燃料經(jīng)濟(jì)性,減少了廢氣排放,有利于環(huán)境保護(hù)。(2 動(dòng)力性。在汽車起步、停止和變速

13、過程中不至于產(chǎn)生沖擊和抖動(dòng),減少了噪音,滿足了汽車行駛多變的條件,使汽車在良好的性能狀態(tài)下行駛。(3 舒適性。駕駛平穩(wěn)、舒適,簡化了操作,減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了行車安全,符合人們?nèi)找嬖鲩L的舒適性要求。(4 可靠性。據(jù)1993 年的統(tǒng)計(jì)，在裝車的60萬套金屬帶式CVT 中，由于金屬帶傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障返還的只有120 套，占總數(shù)的0.02 % ,而在這120 套中因?yàn)榻饘賻П旧碛袉栴}的只有40例,可見其故障率極低。實(shí)踐表明金屬帶CVT 能達(dá)到與汽車相同的壽命。金屬帶式無級變速器本身就是一種自動(dòng)變速器,而且它比目前在汽車上占主導(dǎo)地位的液力機(jī)械式自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊,更加節(jié)能,動(dòng)力性能更

14、加優(yōu)良。它與目前流行的4 檔自動(dòng)變速器(AT 相比,燃油消耗節(jié)約12 %17 % ，加速性能提高7.5 %11.5 % ，發(fā)動(dòng)機(jī)排放減少10 % ，價(jià)格不比AT 貴19。大眾公司最近推出DSG(直接換擋變速器），是該集團(tuán)將手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起所研發(fā)出來的新一代六速變速器。由于此變速器的最大特點(diǎn)在于采用了雙離合器，能夠提供無間斷的動(dòng)力輸出，所以也稱為“雙離合變速器”。DSG采用手/自一體控制模式（Tiptronic）在行駛中，手/自動(dòng)兩種控制模式之間可以隨時(shí)切換。因此，在結(jié)構(gòu)上，DSG除了具有自動(dòng)變速器的擋位外，車輛轉(zhuǎn)向盤上還配有手動(dòng)控制的換擋撥片。選用手動(dòng)模式時(shí)，只要把變速桿

15、推往右邊，既可以上下?lián)軇?dòng)完成升、降擋，此時(shí)，如果不做升擋操作，即使將加速踏板踩到底，DSG也不會(huì)自動(dòng)升擋。并且在手動(dòng)控制模式下，也可以實(shí)現(xiàn)跳躍降擋。為避免錯(cuò)誤換擋所造成的發(fā)動(dòng)機(jī)損傷，Tiptronic系統(tǒng)即使在手動(dòng)模式下操作，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高而駕駛?cè)巳晕磽Q擋，電控單元將適時(shí)介入執(zhí)行換擋；相反，駕駛?cè)嗽诓贿m當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下?lián)Q擋，電控單元也會(huì)立刻作出判斷，避免對車輛造成損傷18。除此以外，人們還對變速器的控制進(jìn)行了分析，還利用軟件對傳動(dòng)系及變速箱進(jìn)行模態(tài)分析。比如應(yīng)用于手自一體變速器換擋的非線性控制。它包括許多不同的控制任務(wù)，并且它允許發(fā)動(dòng)機(jī)作為部分動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)如今一種基本換擋控制規(guī)

16、律已經(jīng)產(chǎn)生。利用后推方法設(shè)計(jì)控制器。該控制器含有轉(zhuǎn)矩傳遞控制及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制規(guī)律。仿真結(jié)果表明了換擋控制器良好性能21。為了得到一臺(tái)性能優(yōu)秀的FSAE賽車,依據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析、模型的三維掃描和計(jì)算機(jī)虛擬裝配，可以將無級變速器改為4擋手動(dòng)變速器。該設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)建立在FSAE賽車的制造和試驗(yàn)上22。傳動(dòng)系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)，離合器，變速箱，等等。所有主要部分都可借助POG圖形處理技術(shù)建立了模型。通過仿真可以顯示模型在設(shè)計(jì)過程中的實(shí)用性23?？傊? 變速器是汽車除發(fā)動(dòng)機(jī)外的主要裝置之一, 伴隨著汽車技術(shù)更新?lián)Q代和市場需求，在向?qū)崿F(xiàn)理想變速器發(fā)展過程中將會(huì)取得更加巨大的成就。變速器會(huì)應(yīng)對市場要求朝操縱舒適

17、、輕柔、傳動(dòng)效率高、低油耗、環(huán)保與低噪聲方向發(fā)展, 汽車變速器市場的需求量將繼續(xù)持續(xù)增長17。1.4 本章小結(jié)本章分析了課題的研究背景及其意義，對先進(jìn)變速器進(jìn)行了簡單的介紹。第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案2.1 變速器概述變速器用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎，加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空擋和倒擋。需要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。變速器的結(jié)構(gòu)對汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱的可靠性與輕便性，傳動(dòng)的穩(wěn)定性和效率都有著直接的關(guān)系，變速器與主減速器以及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化的匹配，可得到良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，采用

18、自鎖及互鎖裝置，倒擋安全裝置，可使操作可靠，不跳擋，不亂擋，自動(dòng)換擋和誤掛擋，采用同步器可使換擋輕便，無沖擊以及噪聲。變速器采用飛濺潤滑第一和第二軸承為了保證變速器具有良好的工作性能，對變速器應(yīng)具有如下的設(shè)計(jì)要求： 保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 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。 設(shè)置倒擋，使汽車能倒退行駛。 設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。 換擋迅速，省力，方便。 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。 變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。 變速器的工作噪聲低。除此以外，變速器應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。滿足汽車有必要的

19、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的擋數(shù)，傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可按前進(jìn)擋數(shù)或軸的形式不同分類，具體分類如下：變速器按擋數(shù)分為三擋變速器、四三檔變速器、五擋變速器及多擋變速器。按軸分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式。固定軸式又可以分為兩軸式、中間軸式、雙中間軸式和多中間軸式。在原有變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)副箱體，這就在結(jié)構(gòu)變化不大的基礎(chǔ)上，達(dá)到增加變速器擋數(shù)的目的。近年來，變速器操縱機(jī)構(gòu)有向自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)方向發(fā)展的趨勢15。2.2 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)效率高，

20、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。我們根據(jù)汽車總布置的要求、結(jié)構(gòu)工藝性、變速器的徑向尺寸、變速器齒輪的壽命、變速器的傳動(dòng)效率，選擇三軸式變速器3。主要原因有：三軸式變速器第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各擋齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、二軸同心，將第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接擋。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接擋的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，這是三軸式的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)擋需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距（影響變速器的主要參數(shù)）較小的情況下依然可以獲得大的一擋傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)4

21、。根據(jù)變速器在一擋和倒擋工作時(shí)有較大的力，所以變速器的低擋與倒擋，都應(yīng)布置在靠近軸的支撐處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低擋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，又能保證容易裝載。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、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一擋和倒擋。中間軸式變速器采用了常嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其換擋方式可以用同步器或接合套來實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)的變速器均采用了接合套換擋。這時(shí)，不僅換擋行程短，同時(shí)因承受換擋沖擊載

22、荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換擋，所以它們都不會(huì)過早損壞。作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的變速器軸支撐在殼體或其他部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接處安置軸承。變速器軸承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)當(dāng)采用何種類型的軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同5。圓錐滾子軸承因有直徑較小、寬度較寬，因而容量大，可承受高負(fù)荷和通過對軸承預(yù)緊能消除軸向間隙及軸向竄動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，故在一些變速器上得到應(yīng)用。變速器第一軸、第二軸的后部軸承，以及中間軸前、后軸承，按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小

23、于620mm。滾針軸承、滑動(dòng)軸套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運(yùn)動(dòng)的地方。滾針軸承有滾動(dòng)摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、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)?；瑒?dòng)軸套的徑向配合間隙大、易磨損、間隙增大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)精度并使工作噪聲增加。滑動(dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易、成本低。本變速器第一軸、中間軸及第二軸均采用了圓錐滾子軸承。2.3本章總結(jié)本章對變速器進(jìn)行了簡單介紹，對變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案進(jìn)行了分析確定。確定本文設(shè)計(jì)的變速器是中間軸式變速器，無倒擋，一擋齒輪是直齒圓柱齒輪，其余各擋均為斜齒圓柱齒輪。第三章 變速器主要參數(shù)的選擇3.1. 變速器擋數(shù)的選擇及各擋傳動(dòng)比

24、的確定變速器的擋數(shù)可在320個(gè)擋位范圍內(nèi)變化。通常變速器的擋數(shù)在6擋以下，當(dāng)擋數(shù)超過6擋以后，可在6擋以下的主變速器基礎(chǔ)上，再行配副變速器，通過兩者的組合獲得多擋變速器。增加變速器的擋數(shù)，能夠改善汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及平均車速。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時(shí)操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換擋頻率增高并增加了換擋難度。不同類型汽車變速器，其檔位數(shù)也不盡相同。轎車變速器傳動(dòng)比變化范圍較?。s為34），過去常用3個(gè)或4個(gè)前進(jìn)擋，但近年來為了提高其動(dòng)力性尤其是燃油經(jīng)濟(jì)性，多已采用5個(gè)前進(jìn)擋。賽車一般采用5、6個(gè)前進(jìn)擋。本文設(shè)計(jì)的變速器有6個(gè)擋位，包括直接擋。變速器的傳動(dòng)

25、比選擇最低檔傳動(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)車輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮確定。由最大爬坡度要求的變速器I擋傳動(dòng)比為 （3-1）式中 汽車總質(zhì)量重力加速度 道路最大阻力系數(shù) 驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑 m發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 主減速器比 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 代入式（3-1）可得 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件求得的變速器I擋傳動(dòng)比為 （3-2）汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷； 代入式（3-2）可得 由上述初步確定變速器I擋傳動(dòng)比。變速器的最高檔一般為直接檔， 6。所以變速器的傳動(dòng)比為：按等比級數(shù)初選各檔傳動(dòng)比： （3-3）實(shí)際傳動(dòng)比值與理論

26、值略有出入，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。對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距A；對兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱為變速器中心距A。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪的壽命越短。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)度來確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距去大些。此外，受一擋小齒輪齒數(shù)不能過少的限

27、制，要求中心距也要取大些。還有，變速器中心距取得過小，會(huì)使變速器長度增加，并因此而使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。初選中心距可以由發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出A （3-4）式中 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩直接求A時(shí)的中心距系數(shù)對轎車取14.516.0；對貨車取17.019.5。此處代入式（3-4）可得A=62.64mm，此處取A=62mm7。變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。變速器的軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式 、換擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系，設(shè)計(jì)初可根據(jù)中心距A的尺寸初選。乘用車四擋變速器殼體的軸向尺寸為（3.03.4）A。商用車四擋變速器殼體的軸

28、向尺寸可參考下列數(shù)據(jù)選用：四擋 （2.22.7）A五擋 （2.73.0）A六擋 （3.23.5）A當(dāng)變速器選用的擋數(shù)和同步器多時(shí)，上述中心距系數(shù)應(yīng)取給出范圍的上限。為了檢測方便，中心距A最好取為整數(shù)。變速器殼體的軸向尺寸：L=3.0*A=186mm。變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取因素很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。在變速器中心距相同的條件下，選取較小的模數(shù)，就可以增加齒輪的齒數(shù)，同時(shí)增加齒寬可以使齒輪嚙合的重合度增加，并減少齒輪噪聲，所以為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減小齒

29、寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用同一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)；減少乘用車齒輪工作噪聲有較為重要意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng)選得小些。 變速器低擋齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)，其他擋位選用另一種模數(shù)。從齒輪應(yīng)力的合理性及強(qiáng)度考慮，每對齒輪應(yīng)有各自的模數(shù)，但從工藝性考慮，一個(gè)變速器的齒輪模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一，其選取范圍是：轎車及輕、中型貨車為23.5；重型貨車為3.55。表4.1給出了汽車變速器齒輪法向模數(shù)的范圍，設(shè)計(jì)時(shí)所選模數(shù)值應(yīng)符合國際GB135778規(guī)定并滿足強(qiáng)度要求。在給定模數(shù)范圍內(nèi)，初選模數(shù)：直齒輪模數(shù)m2.5mm；斜齒輪法面模數(shù)=2.5mm。接合套和同步器的接合齒多數(shù)

30、采用漸開線齒形。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取用范圍是：乘用車和總質(zhì)量齒輪壓力角較小時(shí)，重合度較大并降低了輪齒的剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)的動(dòng)載荷，使傳動(dòng)平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。試驗(yàn)證明：對于直齒輪，壓力角為28º時(shí)強(qiáng)度最高，超過28º強(qiáng)度增加不多；對于斜齒輪，壓力角為25º時(shí)強(qiáng)度最高。因此，理論上對于乘用車，為加大重合度以降低噪聲應(yīng)取14.5º、15º、16º等小些的壓力角；對于商用車，為提高齒輪承載能力應(yīng)選用22.5º或25º等大些

31、的壓力角。實(shí)際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20°；嚙合或同步器的接合齒普遍采用30°的壓力角。斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。試驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過當(dāng)螺旋角大于30º時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的接觸強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以15º25º為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重

32、合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。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)力求使中間軸上同時(shí)工作的兩對齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡，以減小軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上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)，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)為左旋。軸向力經(jīng)軸承蓋作用到殼體上。一擋設(shè)計(jì)為直齒輪時(shí)，在此擋位上工作時(shí)，中間軸上的軸向力不能抵消，而此時(shí)第二軸沒有軸向力作用。 兩軸式變速器為20°25°；  中間軸式變速器為22°

33、;34°； 貨車變速器：18°26°。齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又要保證齒輪的強(qiáng)度及工作平穩(wěn)性的要求?？紤]到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時(shí)雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時(shí)軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬窄又會(huì)使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用寬些的齒寬，工作時(shí)回因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來確定齒寬b：bb式中 齒寬系數(shù)，直齒輪取4.48.0；斜齒輪

34、取7.08.6；直齒輪模數(shù)，=2.5斜齒輪模數(shù)，=2.5第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。同步器和嚙合套的接合齒的工作寬度初選時(shí)可?。?4）mm。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?yōu)辇X輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生的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，耐磨損、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嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。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)增加一對齒輪的齒根強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和

35、不等于零。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免了其缺點(diǎn)。變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊載荷。對于高擋齒輪，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)盡可能取大些，這樣兩齒輪的齒廓漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對于低擋齒輪，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。為提高小齒輪的抗彎強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來選擇大、小齒輪的變位系數(shù)，此時(shí)小齒輪的變位系數(shù)大于零。由于工作需要，有時(shí)齒輪齒數(shù)取得少（如一擋主動(dòng)齒輪）會(huì)造成根切

36、。這不僅削弱了輪齒的抗彎強(qiáng)度，而且使重合度減小。此時(shí)應(yīng)對齒輪進(jìn)行正變位，以消除根切現(xiàn)象。齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對滑動(dòng)速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小、工作噪聲大；但因齒輪受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減小。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中作用到齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.750.80的短齒制齒輪。在齒輪加工精度提高以后，短齒制齒輪不在被采用，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒輪的齒頂高系數(shù)=1.0。變速器基本參數(shù)列入表3-1：表3-1變速器參數(shù)參數(shù)模數(shù)壓力角螺旋角齒寬系數(shù)齒頂高系數(shù) 值2.520°25

37、6;直6，斜71.03.5各擋齒輪齒數(shù)的分配圖3-1.變速器示意圖一擋傳動(dòng)比：且已知=2.833，為了求，的齒數(shù)，先求其齒數(shù)的和。直齒 斜齒 由已知=62mm，=2.5mm，=2.5mm。計(jì)算得：直齒=49。計(jì)算后取為整數(shù)，然后進(jìn)行大、小齒輪數(shù)的分配。中間軸上的一擋小齒輪的齒數(shù)盡可能取小些，由已定，的傳動(dòng)比可分配小些，使第一軸常嚙合齒輪齒數(shù)多些，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承并保證輪輻有足夠的厚度。汽車變速器中間軸式變速器的=3.53.8時(shí)則可在1517的范圍內(nèi)選擇，取=17，則，則=32。因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距A有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的重新計(jì)算中心距A，再以修正后的中心距A作

38、為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。由，計(jì)算得=61.25mm，當(dāng)取整為A=60mm。由公式 （3-5）而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一擋齒輪的中心距相等，即 （3-6）由已知=2.5mm，=2.833,初選=25°，32，=17。計(jì)算后取整數(shù)得：=18，=25。修正螺旋角的值根據(jù)所確定的齒數(shù)和公式 ，計(jì)算校核得=26.38°。確定其它各擋的齒數(shù)1）二擋齒輪的齒數(shù)由二擋齒輪為斜齒輪，螺旋角和常嚙合齒輪的不同，有公式傳動(dòng)比 （3-7）中心距 （3-8）而從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式 （3-9）聯(lián)解上述三個(gè)公式，采用比較方便的試湊法，即先選定螺旋角，解式（3-7）和式（

39、3-8），求出、，再把、及代入式（3-9）中，檢查是否滿足或近似滿足軸向力平衡的關(guān)系。如相差太大，則要調(diào)整螺旋角，重復(fù)上述過程，直至符合設(shè)計(jì)要求為止，初選=18°根據(jù)上述的計(jì)算方法的：=28，=17，=18°。2）三擋齒輪的齒數(shù)由三擋齒輪為斜齒輪，螺旋角和常嚙合齒輪的不同，有公式傳動(dòng)比 （3-10）中心距 （3-11）而從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式 (3-12由已知=1.8679，=21°，經(jīng)計(jì)算校核得=25，=19，=21°。3）四擋齒輪的齒數(shù)由四擋齒輪為斜齒輪，螺旋角和常嚙合齒輪的不同，有公式傳動(dòng)比 （3-13）中心距 （3-

40、14）而從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式 （3-15）由已知=1.5167，=21°，經(jīng)計(jì)算校核得=23，=21，=21°。4）五擋齒輪的齒數(shù)由四擋齒輪為斜齒輪，螺旋角和常嚙合齒輪的不同，有公式傳動(dòng)比 （3-16）中心距 （3-17）而從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式 （3-18）由已知=1.2315，=25°，經(jīng)計(jì)算校核得=23，=20，=25°。3.6變速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算汽車變速器齒輪均為漸開線齒輪。漸開線齒輪除了能滿足傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)、傳動(dòng)比恒定不變等基本要求外，還有互換性好、中心距具有可分離性及切齒刀具制造

41、容易等優(yōu)點(diǎn)。漸開線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)、分度圓壓力角必須分別相等，兩斜齒輪的螺旋角必須相等而且方向相反。漸開線圓柱齒輪的基準(zhǔn)齒輪（GB135678）見表3-1。表3-1漸開線圓柱齒輪基準(zhǔn)齒形基本要素名稱代號標(biāo)準(zhǔn)齒短齒增大齒形角齒形角20°20°25°齒頂高系數(shù)1.00.81.0徑向間隙系數(shù)0.25(0.35*mm0.300.20齒根圓角半徑0.38(0.25*mm0.46mm0.35mm注：考慮某些工藝要求，徑向間隙允許增大至0.35mm，齒根圓角半徑允許減少至0.25mm。表5-2中給出了角度變位直齒圓柱齒輪的計(jì)算公式，角度變位能獲得良好的嚙合性能

42、及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故變速器設(shè)計(jì)多采用之。表中的為模數(shù)；，分別為齒數(shù)和變位系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目，主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目的下標(biāo)分別為“1”和“2”。表中的，見表3-1。表3-2漸開線直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算序號計(jì)算項(xiàng)目角度變位齒輪的計(jì)算公式已知中心距已知變?yōu)橄禂?shù)，1理論中心距2嚙合角3中心距（已知）4中心距變位系數(shù)5變位系數(shù)之和6齒頂降低系數(shù)7分度圓直徑8齒頂高9齒根高10齒全高11齒頂圓直徑12齒根圓直徑13周節(jié)14基節(jié)15分度圓弧齒厚16基圓直徑注：表中的值計(jì)算主動(dòng)齒輪時(shí)取，計(jì)算被動(dòng)齒輪時(shí)取。表5-3中給出了角度變位直齒圓柱齒輪的計(jì)算公式，角度變位能獲得良好的嚙合性能及

43、傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故變速器設(shè)計(jì)多采用之。表中的為模數(shù)；，分別為齒數(shù)和變位系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目，主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目的下標(biāo)分別為“1”和“2”。表中的，見表3-1。上表下面已經(jīng)給出的介紹。表3-3漸開線直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算序號計(jì)算項(xiàng)目角度變位齒輪的計(jì)算公式已知中心距已知變位系數(shù)，1理論中心距2端面嚙合角3中心距（已知）4中心距變位系數(shù)5變位系數(shù)之和6齒頂降低系數(shù)7分度圓直徑8齒頂高9齒根圓10齒全高11齒頂圓直徑12齒根圓直徑13當(dāng)量齒數(shù)14法向基節(jié)15分度圓弧齒厚16基圓直徑根據(jù)以上公式計(jì)算各齒輪參數(shù)1）計(jì)算直齒輪參數(shù)一擋直齒輪：=32，=17。=61.25mm，=

44、60mm=16.4°=-0.5；=-0.458；=0.042；=80mm；=42.5mm；=1.25mm；=2.395mm；=4.27mm；=3.125mm；=5.52mm；=5.52mm；=82.5mm；=47.29mm；=71.46mm；=36.25mm；=7.85mm；=7.38mm；=3.09mm；=3.93mm；=75.2mm；=40.0mm。2）計(jì)算斜齒輪參數(shù)斜齒圓柱齒輪各參數(shù)值如下表3-4所示：表3-4斜齒圓柱齒輪各參數(shù)值計(jì)算項(xiàng)目理論中心距59.99959.30760.20558.91359.145端面嚙合角22.11°23.47°21.23

45、6;23.82°22.98°中心距6060606060中心距變位系數(shù)0.00040.2772-0.0820.43480.342變位系數(shù)之和4.0008*0.2869-0.08110.45980.358齒頂降低系數(shù)0.0008*0.00970.00090.0250.016分度圓直徑50.23269.76655.16863.44462.9457.4766.94750.87973.6044.69齒頂高2.5012.503.1932.4762.502.2952.43753.5872.463.355齒根高3.1243.1252.4083.1253.1253.333.1251.9755

46、3.1252.23齒全高5.6255.6015.6255.56255.585齒頂圓直徑55.23474.76661.55468.39667.9462.0671.82258.03678.5251.40齒根圓直徑43.98463.51650.35257.19456.6950.8160.69746.92867.3540.23當(dāng)量齒數(shù)25342731312631233320法向基節(jié)7.387.387.387.387.38分度圓弧齒厚3.933.934.453.933.933.783.934.763.934.58基圓直徑46.5464.6451.19458.87458.4753.3962.37447.4

47、0468.7441.743.7變速器輪齒強(qiáng)度計(jì)算與其他機(jī)械行業(yè)比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級別、支承方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒或磨齒加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度為GB/T10095.2-2008，6級和7級6。變速器齒輪的材料及熱處理齒輪滿足工作條件的要求：為大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞、抗接觸疲勞的能力，現(xiàn)代汽車變速器齒輪大部采用滲碳合金鋼，其表面的硬度較高，而心部具有較高韌性。在選用鋼材料及熱處理方法時(shí)，對切削加工性能及成本也應(yīng)該考慮。 變速器齒輪的損壞形式主

48、要有：輪齒斷裂、齒面疲勞剝落（點(diǎn)蝕）、移動(dòng)換擋齒輪端部破壞以及齒面膠合。增大輪齒根部齒厚，加大齒根圓角半徑，采用高齒，提高重合度，增多同時(shí)嚙合的輪齒對數(shù)，提高輪齒柔度，采用優(yōu)質(zhì)材料等，都是提高輪齒彎曲強(qiáng)度的措施，合理選擇齒輪參數(shù)及變位系數(shù)，降低接觸應(yīng)力，提高齒面硬度等，可提高齒面的接觸強(qiáng)度，采用黏度大、耐高溫、耐高壓的潤滑油，提高油膜強(qiáng)度，提高齒面硬度，選擇適當(dāng)?shù)凝X面表面處理和鍍層等，是防止齒面膠合的措施。在材料的選擇上，現(xiàn)代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造，使齒輪表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合，以大大提高其接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮到其機(jī)械加工性

49、能及制造成本。國產(chǎn)汽車變速器的齒輪材料是20CrMnTi，20Mn2TiB，20MnVB，20MnMoB。國外汽車變速器齒輪大都選用鉻鎳合金鋼。變速器齒輪輪齒表面滲碳層深度的推薦范圍如下：3.5mm；      滲碳層深度 0.81.2mm3.5<<5mm 滲碳層深度 0.91.0mm5mm 滲碳層深度 1.01.6mm9齒輪滲碳后需淬火，使材料晶粒細(xì)化，提高表面硬度。為清除內(nèi)應(yīng)力，還需要回火。滲碳齒輪表面的硬度應(yīng)為HRC58HRC63，心部硬度為HRC33HRC48。某些輕型貨車和轎車的齒輪采用40Cr或35Cr鋼并進(jìn)行表面氰化處理。這種中

50、碳鉻鋼具有滿意的鍛造性能及良好的強(qiáng)度指標(biāo)，氰化鋼的特點(diǎn)是熱處理后變形小，但承載能力和耐磨性均不如滲碳鋼。對于氰化齒輪，氰化層深度不應(yīng)小于0.2mm，表面硬度為HRC48HRC5310。發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為=60Nm，齒輪傳動(dòng)效率98% ，離合器傳動(dòng)效率98% ，軸承傳動(dòng)效率96%。則：I軸 =60×0.98×0.96=56.448Nm中間軸 =56.448×0.96×0.98×25/18=76.832NmII軸 一擋=76.832×0.96×0.98×32/17=136.063Nm二擋=76.832

51、×0.96×0.98×28/17=119.055Nm三擋=76.832×0.96×0.98×25/19=95.110Nm四擋=76.832×0.96×0.98×23/21=79.168Nm五擋=76.832×0.96×0.98×20/23=62.855Nm輪齒強(qiáng)度計(jì)算1.輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算1）直齒輪彎曲應(yīng)力 （3-19）式中 彎曲應(yīng)力（MPa計(jì)算載荷（Nmm應(yīng)力集中系數(shù)，可以近似取=1.5 齒形系數(shù)， 齒寬系數(shù)，=6.0 摩擦力影響系數(shù)，主從動(dòng)齒輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，對

52、彎曲應(yīng)力的影響也不同，主動(dòng)齒輪 =1.1，從動(dòng)齒輪=0.9。齒寬（mm） 模數(shù)。=0.422×MPa<850MPa348MPa<850MPa 2）斜齒輪彎曲應(yīng)力 （3-20）式中： 計(jì)算載荷（Nmm）法向模數(shù) 斜齒輪螺旋角 應(yīng)力集中系數(shù) =1.5；齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)取齒寬系數(shù)，=7.5重合度影響系數(shù) =2.0。斜齒輪選取所受扭矩最大的二擋齒輪9、10為例，=109MPa<250MPa =119MPa<250MPa3）輪齒接觸應(yīng)力式中：輪齒的接觸應(yīng)力（MPa）計(jì)算載荷（Nmm）節(jié)圓直徑（mm）節(jié)點(diǎn)處壓力角齒輪螺旋角齒輪材料的彈性模量齒輪接觸的實(shí)際寬度、主、從動(dòng)

53、齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，直齒輪，斜齒輪，。、主從齒輪節(jié)圓半徑（mm）。計(jì)算一擋齒輪的接觸應(yīng)力：=，齒寬mm，=32，=17，=136.063Nm，=76.832Nm，=80mm，=42.5mm。mm，mm =338.66MPa<2000MPa349.15MPa<2000MPa符合要求。計(jì)算二擋斜齒輪的接觸應(yīng)力：=28，=17，=119.055Nm，=76.832Nm，=73.60mm，=44.69mm，mm。mmmm=298MPa<2000MPa=307MPa<2000MPa符合要求。同理校核其它斜齒輪強(qiáng)度同樣符合要求。2.計(jì)算各擋齒輪的受力1）一擋時(shí)，齒輪1、2、11、

54、12受力NNNNNNNNNN2）二擋齒輪9、10所受到的圓周力、徑向力及軸向力NNNNNN3）三擋時(shí)齒輪7、8所受的圓周力、徑向力及軸向力NNNNNN4）四擋時(shí)，齒輪5、6所受的圓周力、徑向力及軸向力NNNNNN5）五擋時(shí)，齒輪3、4所受的圓周力、徑向力及軸向力NNNNNN3.8本章小結(jié)本章對各齒輪的齒數(shù)、幾何尺寸進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并且對齒輪進(jìn)行了彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算檢驗(yàn)齒輪是否滿足強(qiáng)度要求，經(jīng)過計(jì)算，各齒輪均滿足強(qiáng)度要求。本章對齒輪的損壞形式也進(jìn)行了簡要介紹，對齒輪的材料選擇及工藝技術(shù)要求進(jìn)行了闡述。第四章 變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算4.1軸的功用及要求變速器軸在工作時(shí)承受轉(zhuǎn)矩、彎矩，因此應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。軸的剛度不足，在負(fù)荷的作用下，軸會(huì)產(chǎn)生過大的變形，影響齒輪的經(jīng)常嚙合，產(chǎn)生過大的噪聲，并會(huì)降低齒輪的使用壽命。設(shè)計(jì)變速器時(shí)主要考慮的問題有： 軸的結(jié)構(gòu)形狀、軸的直徑、長度、軸的強(qiáng)度和剛度等。軸的工藝要求：變速器第二軸視結(jié)構(gòu)不同，可采用滲碳、高頻、氰化等熱處理方法。對于只有滑動(dòng)齒輪工作的第二軸可以采用氰化處理，但對于有常嚙合齒輪工作的第二軸應(yīng)采用滲碳或高頻處理。第二軸上的軸頸常用做滾針的滾道，要求有相當(dāng)高的硬度和表面光潔度，硬度應(yīng)在HRC5863，表面光潔度。對