某汽車變速器的方案確定及參數(shù)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u19685某汽車變速器的方案確定及參數(shù)計(jì)算案例 1319851引言 1253142變速器的設(shè)計(jì) 2252812.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型 2210502.1.1兩軸式變速器 2271342.1.2中間軸式變速器 255922.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇 219893變速器參數(shù)的確定 494063.1變速器構(gòu)造設(shè)計(jì) 4153663.2變速器檔位數(shù)及各檔傳動(dòng)比的確定 462133.2.1檔位數(shù)的選擇 459433.2.2各檔傳動(dòng)比設(shè)計(jì) 5126743.3軸中心距選取 7262783.4軸向尺寸 778993.5各齒輪參數(shù)的計(jì)算 811013.5.1模數(shù) 8110033.5.2齒輪齒形、壓力角和螺旋角的確定 8282423.5.3齒寬的選取 922613.5.4選擇齒頂高系數(shù) 9111743.5.5齒輪修正 9195423.6齒輪齒數(shù)的確定 9282413.6.1Ⅰ檔齒輪齒數(shù)的確定 9240413.6.2Ⅱ檔齒輪齒數(shù)的確定 11106133.6.3Ⅲ檔齒輪齒數(shù)的確定 13263793.6.4Ⅳ檔齒輪齒數(shù)的確定 14163933.6.5Ⅴ檔齒輪齒數(shù)的確定 15267443.6.6倒檔齒輪齒數(shù)的確定 161引言在當(dāng)今市場(chǎng)上汽車工業(yè)發(fā)展非常迅速，在我們平時(shí)的生活當(dāng)中無(wú)論是出行還是運(yùn)輸汽車都起著很大的作用，在汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)中變速器扮演者重要的角色。當(dāng)前時(shí)期，為汽車提供動(dòng)力的是活塞式內(nèi)燃機(jī)，只憑借內(nèi)燃機(jī)自身的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不足以在不同的道路行駛條件下達(dá)到汽車最理想的行駛要求。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)更好的運(yùn)行，變速器可以通過(guò)改變傳動(dòng)比進(jìn)而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣汽車便能在不同的行駛條件下，使其得到所需要的速度或牽引力。變速箱倒檔可以使發(fā)動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下使輸出軸反向旋轉(zhuǎn)；在發(fā)動(dòng)機(jī)不掛擋時(shí)即使旋轉(zhuǎn)也不會(huì)向外傳輸動(dòng)力。所以發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)、怠速和換檔時(shí)得到了更好的保護(hù)。隨著時(shí)代的變遷以及科技的發(fā)展[7]，汽車作為運(yùn)輸和代步工具已滿足人們的要求。隨著生活水平的提高人們更加關(guān)注汽車的各方面性能。包括汽車的動(dòng)力以及汽車的使用壽命汽車的穩(wěn)定性等。然而變速器對(duì)這些性能有很大的影響。除此之外，也會(huì)考慮燃油經(jīng)濟(jì)性以及操控的舒適度。在不同構(gòu)件的配合下，汽車可以達(dá)到最優(yōu)的行駛條件，其動(dòng)力性顯著提高。為了使變速器的操作更加安全穩(wěn)定避免脫檔掛錯(cuò)檔現(xiàn)象專門配置了自鎖、互鎖等設(shè)備；目前市場(chǎng)上同步器換檔更加輕便已經(jīng)成為變速器換檔的主流方式。2變速器的設(shè)計(jì)2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型機(jī)械式變速器直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變速器的傳動(dòng)效率和性能。頻率轉(zhuǎn)換器的一般轉(zhuǎn)軸類型可分為固定軸類型和旋轉(zhuǎn)軸類型兩種。旋轉(zhuǎn)軸類型使用行星齒輪變速器，而固定軸類型可以實(shí)現(xiàn)兩種類型傳輸方法。2.1.1兩軸式變速器前驅(qū)汽車一般使用兩軸變速器，此變速器特點(diǎn)是軸平行，沒(méi)有中間軸。降低噪音。由于輸出自動(dòng)檔和驅(qū)動(dòng)齒輪的整合，對(duì)于縱向發(fā)動(dòng)機(jī)而言，準(zhǔn)雙曲面齒輪和彎曲錐齒輪是主減速器最常用的齒輪形式。橫置發(fā)動(dòng)機(jī)使用斜齒輪。2.1.2中間軸式變速器汽車有三軸變速器的情況，大部分為后輪驅(qū)動(dòng)。前軸和后軸位于同一條線上，一個(gè)軸的前端被飛輪支撐，使用該支架將其調(diào)整到從動(dòng)盤，軸的后端則整合為一個(gè)嚙合齒輪。齒輪由一個(gè)同步器組合，并懸掛在一個(gè)直接的齒輪中。這樣，中間軸齒輪和軸承的傳動(dòng)不受載荷的影響[8]。通過(guò)一軸和兩軸的扭矩輸出，噪音不但有明顯的降低而且傳遞效率有了明顯的上升。增加了中間軸齒輪和軸承磨損大大減少[13]。然而增加了中間軸齒輪的的轉(zhuǎn)動(dòng)需要中間軸的傳遞，效率明顯將低，牽引力也會(huì)受損。2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇倒擋明顯要比前進(jìn)擋簡(jiǎn)單的多，在進(jìn)行換擋時(shí)汽車一般處于停止?fàn)顟B(tài)。所以在設(shè)計(jì)方式時(shí)，需要反向齒輪時(shí)，會(huì)主選直齒滑動(dòng)齒輪。那么如何實(shí)現(xiàn)反向傳輸呢？這將在第二軸和中間軸之間增加一個(gè)反向軸，該中間軸是帶有反向齒輪的反向軸。當(dāng)然還有兩個(gè)連接器齒輪。而且還能保證逆向傳輸?shù)谋嚷省Ｉ倭康淖兯傧潺X輪使用同步器來(lái)實(shí)現(xiàn)倒擋，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很大的費(fèi)用。由于本課題研究的發(fā)動(dòng)機(jī)是前驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，因此選擇雙軸變速器。和中間軸變速器相較，其結(jié)構(gòu)單一布局方便，軸的數(shù)量也相對(duì)較少。3變速器參數(shù)的確定3.1變速器構(gòu)造設(shè)計(jì)變速箱作為車輛的核心部件，其輸出特性的好壞直接影響著車輛的運(yùn)行質(zhì)量。液壓機(jī)械無(wú)極變速器具有可持續(xù)調(diào)整變速器、方便操作、穩(wěn)定動(dòng)力傳遞以及高效率的優(yōu)點(diǎn)。在研究定軸齒輪副和行星齒輪副時(shí)，對(duì)無(wú)級(jí)變速多級(jí)液壓機(jī)械進(jìn)行理論模型的設(shè)計(jì)。將力矩和收斂分為液壓機(jī)械的無(wú)級(jí)傳動(dòng)，建立等比傳動(dòng)和連續(xù)傳動(dòng)。確定每個(gè)部分的變速模式和變速邏輯，并繪制液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)態(tài)傳輸路徑。針對(duì)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，建立了液壓機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器各部分輸出速度的理論模型。根據(jù)液壓機(jī)械變速箱總傳動(dòng)比，完成液壓機(jī)械變速箱的參數(shù)設(shè)計(jì)，無(wú)級(jí)變速段的設(shè)計(jì)，各段的組成部分以及液壓系統(tǒng)的組成部分。3.2變速器檔位數(shù)及各檔傳動(dòng)比的確定3.2.1檔位數(shù)的選擇隨著近期燃油價(jià)格不斷上升，為了使汽車動(dòng)力性能更強(qiáng)悍，使燃料體現(xiàn)出高成本性能。汽車在逐步增加變速器的齒輪，汽車的平均速度也不斷地上升[16]?，F(xiàn)如今市場(chǎng)上多數(shù)汽車變速箱安裝的基本上都是4-5個(gè)擋。還有少部分汽車則安裝更多的擋。本次論文研究的是兩軸式機(jī)械變速箱的傳遞機(jī)制，通過(guò)綜合考慮決定采用前進(jìn)5個(gè)檔位，后退1檔位[11]。由于選用的是兩軸式變速器即省去了中間軸，由輸入輸出軸、倒檔軸、各軸上齒輪、操縱機(jī)構(gòu)、同步器等幾部分組成。其中同步器選用的是鎖環(huán)式同步器。圖3-1變速器的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖3.2.2各檔傳動(dòng)比設(shè)計(jì)通過(guò)多種考慮和分析來(lái)決定各齒輪的變速比一般應(yīng)該考慮車輛主要性能每個(gè)變速數(shù)。例如，車輪在行駛過(guò)程中最大限度的平整性影響，驅(qū)動(dòng)車輪與路面之間的附著力。正常啟動(dòng)時(shí)車輛的最低平穩(wěn)速度，車輪周圍主要減速與變速影響的滾動(dòng)半徑也應(yīng)該考慮在內(nèi)[18]。攀登過(guò)程中因?yàn)檐囁俦容^較低，空氣阻力可以忽略不計(jì)。根據(jù)下式求最大驅(qū)動(dòng)力：式(3-1)根據(jù)市場(chǎng)上車輛的最大爬坡度為30°，即，則：式(3-2)以桑塔納轎車為例得出以下參數(shù)：m—車重，；—最大轉(zhuǎn)矩，；—發(fā)動(dòng)機(jī)主減速比，；f—附著路面的系數(shù)，；g—重力加速度，；—滾動(dòng)半徑，；—傳動(dòng)效率，。將數(shù)據(jù)帶入式（3-2），得：Ⅰ檔中齒輪的傳動(dòng)比：式(3-3)通過(guò)下式得到驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著條件：式(3-4)其中：—水平路面上驅(qū)動(dòng)軸的負(fù)荷；—道路附著系數(shù)，以正常速度行駛在瀝青路面上取值范圍φ=0.50?0.60，故取。將數(shù)據(jù)帶入式（3-3）中得：解得，取。超速檔的傳動(dòng)比一般取0.6-0.9，變速器中五檔的傳動(dòng)比。通過(guò)以下計(jì)算公式求其各檔傳動(dòng)比：式(3-5)計(jì)算得：，故：3.3軸中心距選取中心距是重要參數(shù)。在雙軸變速器中指代的是軸間距。理論上，中心距對(duì)變速器的整體尺寸和質(zhì)量以及接觸強(qiáng)度有著較大的影響。在設(shè)計(jì)和校核齒輪的同時(shí)，要確認(rèn)齒輪所需的接觸強(qiáng)度能否滿足變速齒輪最低中心距離。通過(guò)下列公式確定中心距：式(3-6)式中：—變速器在一檔時(shí)輸出扭矩。—中心距系數(shù)，轎車KA=8.9?9.3貨車KA=8.6?9.6中心距計(jì)算得。3.4軸向尺寸齒輪的數(shù)量和類型以及傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)類型均與變速器的軸向尺寸有很大關(guān)聯(lián)。設(shè)計(jì)前期可根據(jù)中心距A的尺寸通過(guò)下述公式進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)中選用的是五個(gè)前進(jìn)擋一個(gè)倒擋的變速器故軸向尺寸為：3.5各齒輪參數(shù)的計(jì)算3.5.1模數(shù)齒輪系數(shù)對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)特別重要，齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度嚴(yán)重影響齒輪在最大負(fù)荷下的靜態(tài)強(qiáng)度，對(duì)齒輪模數(shù)有著嚴(yán)重影響。傳輸噪聲可以作為規(guī)定模數(shù)的一個(gè)重要的參考因素?？梢酝ㄟ^(guò)減小齒寬以及中心距，增加模數(shù)來(lái)減小傳輸重量。對(duì)于轎車乘客需要的是良好的駕駛體驗(yàn)；而載貨汽車主要還是對(duì)汽車各方面性能進(jìn)行著重考慮。汽車變速器齒輪模數(shù)取值：表3-1汽車變速器齒輪的法向模數(shù)車型轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L載重車總質(zhì)量ma數(shù)值1.0＜V≤1.61.6＜V≤2.56.0＜ma≤ma模數(shù)mn2.25～2.752.75～3.003.50～4.504.50～6.00本次設(shè)計(jì)的車輛我們選用市場(chǎng)上的普通桑塔納轎車，則發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.7L，綜上所述取。3.5.2齒輪齒形、壓力角和螺旋角的確定根據(jù)下表3-2選出對(duì)應(yīng)參數(shù)。表3-2汽車變速器齒輪齒形、壓力角和螺旋角車型齒形壓力角螺旋角轎車高齒并修形的齒形，，，～一般貨車GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形～重型車GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形低檔、倒檔齒輪，小螺旋角正常情況下，重合度與壓力角成反比。壓力角小，傳達(dá)穩(wěn)定性好，噪音可以最小[2]。但壓力角超過(guò)范圍內(nèi)指定值時(shí)，要以實(shí)際情況為主。由于壓力角越小產(chǎn)生的噪音將減少，所以選用較小的壓力角[5]。在本論文研究中，每一個(gè)變數(shù)的值都由以上的表決定:轎車的齒輪壓力角取值為為，同步器的取值為[12]。轎車的螺旋角β取值為：兩軸式變速器：20°~30°三軸式變速器：22°~34°貨車變速器：18°~34°本次論文設(shè)計(jì)的的是兩軸式變速器，則取β=30°。3.5.3齒寬的選取要在變頻器的小，質(zhì)量軸向緊湊以及齒輪強(qiáng)度及性能符合要求的前提下選取齒寬。通過(guò)齒輪模數(shù)確定齒寬：式(3-7)式中，是齒寬系數(shù)，直齒輪的齒寬系數(shù)取值范圍是kc=4.4~7.0；斜齒輪齒寬系數(shù)取值范圍是kc=7.0~8.6。在本次設(shè)計(jì)中直齒輪和斜齒輪取值為；b直=21mm，3.5.4選擇齒頂高系數(shù)齒輪的強(qiáng)度、齒頂厚度等各參數(shù)嚴(yán)重影響著齒頂高系數(shù)，還對(duì)齒輪的相對(duì)滑動(dòng)速度以及工作時(shí)的噪音有較大的影響[3]。通常取齒頂高系數(shù)為1.00。3.5.5齒輪修正為了能夠促進(jìn)齒輪有更好的傳動(dòng)性能需要對(duì)齒輪進(jìn)行修正。其主要方法有以下3種：1、在加工的過(guò)程中調(diào)整刀具和毛坯位置[1]；2、修改刀具原始齒廓參數(shù)；3、調(diào)整局部漸開線。3.6齒輪齒數(shù)的確定由于在本次論文設(shè)計(jì)中，斜齒輪用于前進(jìn)檔設(shè)計(jì)，所以斜齒輪的法向模數(shù)為3mm,而直齒輪用于倒檔設(shè)計(jì)，所以其法向模數(shù)取值為3.5mm。3.6.1Ⅰ檔齒輪齒數(shù)的確定取中心距：取：A=71mm,齒頂高系數(shù)?a?=1,齒頂間隙系數(shù)齒輪9、10發(fā)生角度變位：實(shí)際螺旋角β：，變動(dòng)系數(shù)：端面嚙合角：，端面壓力角：，齒頂降低系數(shù)：變位系數(shù)之和查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)變位系數(shù)線圖得：，齒頂降低系數(shù)：齒輪9、10的參數(shù)計(jì)算：分度圓直徑：齒根高：齒全高：齒頂高：齒頂圓直徑：基圓直徑：齒根圓直徑：當(dāng)量齒數(shù)：圖3—2Ⅰ檔齒輪嚙合圖3.6.2Ⅱ檔齒輪齒數(shù)的確定圖3-3齒輪7三維圖中心距：通過(guò)與Ⅰ檔齒輪角度變位相同的方法計(jì)算Ⅱ檔的變位參數(shù)，如下表：表3-3齒輪7、8的變位參數(shù)參數(shù)數(shù)值取整后中心距A/mm70確定實(shí)際螺旋角β/°30端面壓力角/°17.192端面嚙合角/°17.165中心距變動(dòng)系數(shù)-0.003變位系數(shù)之和-0.0034齒數(shù)比u2.15齒輪7的變位系數(shù)0.4齒輪8的變位系數(shù)-0.4034齒頂降低系數(shù)-0.0004按齒輪9、10的參數(shù)計(jì)算方法計(jì)算齒輪7、8的參數(shù)，如下表：表3-4齒輪7、8的參數(shù)參數(shù)齒輪7齒輪8分度圓直徑d/mm45.0396.99齒頂高/mm4.201.79齒根高/mm2.554.96齒全高/mm6.756.75齒頂圓直徑/mm53.43100.57齒根圓直徑/mm39.9387.07基圓直徑/mm43.0292.66當(dāng)量齒數(shù)20.0142.113.6.3Ⅲ檔齒輪齒數(shù)的確定中心距：表3-5齒輪5、6的變位參數(shù)參數(shù)數(shù)值取整后中心距A/mm70確定實(shí)際螺旋角β/°30端面壓力角/°17.192端面嚙合角/°17.165中心距變動(dòng)系數(shù)-0.003變位系數(shù)之和-0.0034齒數(shù)比u2.15齒輪5的變位系數(shù)0.4齒輪6的變位系數(shù)-0.4034齒頂降低系數(shù)-0.0004齒輪5、6的各個(gè)參數(shù)結(jié)果如下表：表3-6齒輪5、6的參數(shù)參數(shù)齒輪5齒輪6分度圓直徑d/mm55.4386.60齒頂高/mm4.201.79齒根高/mm2.554.96齒全高/mm6.756.75齒頂圓直徑/mm63.8390.18齒根圓直徑/mm50.3376.68基圓直徑/mm52.9582.73當(dāng)量齒數(shù)24.6338.493.6.4Ⅳ檔齒輪齒數(shù)的確定中心距：表3-7齒輪3、4參數(shù)確定參數(shù)數(shù)值取整后中心距A/mm70確定實(shí)際螺旋角β/°30端面壓力角/°17.192端面嚙合角/°17.165中心距變動(dòng)系數(shù)-0.003變位系數(shù)之和-0.0034齒數(shù)比u2.15齒輪3的變位系數(shù)0.4齒輪4的變位系數(shù)-0.4034齒頂降低系數(shù)-0.0004變速器中齒輪3、4的參數(shù)：表3-8齒輪3、4的參數(shù)參數(shù)齒輪3齒輪4分度圓直徑d/mm69.2872.75齒頂高/mm4.201.79齒根高/mm2.554.96齒全高/mm6.756.75齒頂圓直徑/mm77.6876.33齒根圓直徑/mm64.1862.83基圓直徑/mm66.1869.50當(dāng)量