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摘要
摘 要
本次主要設(shè)計(jì)的是關(guān)于變速器的設(shè)計(jì)。組成變速器的零部件有輸入輸出軸，中間軸，齒輪以及同步器。此次設(shè)計(jì)由三個(gè)軸組成，被稱為三軸式手動(dòng)變速器，主要包含五個(gè)擋位，四個(gè)行進(jìn)擋以及一個(gè)倒擋。變速器在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中擁有著很重要的地位，最大的作用就是改變傳動(dòng)比，其次就是能夠使汽車失去動(dòng)力。設(shè)計(jì)變速器分為五個(gè)步驟，首先第一步要確定變速器的設(shè)計(jì)方案，第二步確定變速器的主要參數(shù)，第三步對(duì)變速器的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，第四步對(duì)變速器的軸進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，第五步對(duì)變速器的同步器進(jìn)行設(shè)計(jì)。在完成設(shè)計(jì)的過程中，通過查閱相關(guān)的書籍以及指導(dǎo)老師的指導(dǎo)確認(rèn)一些相關(guān)的數(shù)據(jù)，來完成對(duì)軸，齒輪的設(shè)計(jì)與比對(duì)查核。在完成了對(duì)變速器的設(shè)計(jì)與查核之后，再通過CAD等繪圖軟件繪制出軸，齒輪，同步器的零件圖，最后再根據(jù)零件圖繪制出裝配圖。
關(guān)鍵詞：變速器；齒輪；軸；校核；同步器
I
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Abstract
The main design is about the transmission design. Input component parts of the transmission output shaft, the intermediate shaft, and a gear synchronizer. The design consists of three axis composition, known as the three-axis manual transmission, comprising five main gear, four traveling gear and one reverse gear. Transmission has a very important position in the automobile transmission, the biggest role is to change the transmission ratio, followed by enabling car lost power. Design of transmission is divided into five steps, the first step to determine the transmission design, the second step to determine the main parameters of the transmission, the third step of the transmission gear design and calculation, the fourth step of the design and the transmission shaft calculation, the fifth step of the transmission synchronizer design. Upon completion of the design process, through access to relevant books and instructor guidance recognizes that some data related to the completion of the shaft, gear design and alignment check. Upon completion of the transmission design and check, through CAD and other graphics software, drawn shafts, gears, synchronizers part drawings, assembly drawings and finally draw the diagram of the part.
Keywords: transmission; gear; axis; checking; synchronizer
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒論 1
1.1 設(shè)計(jì)目的及意義 1
1.2 變速器主要類型 1
1.3 變速器發(fā)展趨勢(shì) 2
2 變速器設(shè)計(jì)方案 4
2.1變速器主要作用 4
2.2對(duì)變速器設(shè)計(jì)要求 4
2.3手動(dòng)變速器傳動(dòng)方案確定 4
2.4變速器主要部件結(jié)構(gòu)方案 7
3 變速器主要參數(shù)確定 9
3.1 擋位數(shù)確定 9
3.2 變速器傳動(dòng)比范圍初步確定 9
3.3 確定中心距A 12
3.4 外形尺寸確定 12
3.5齒輪參數(shù)確定 12
3.6各擋齒輪齒數(shù)分配 16
4 變速器齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 18
4.1齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 18
4.2齒輪損壞形式 19
4.3齒輪強(qiáng)度校核 20
5 變速器軸設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
5.1軸尺寸設(shè)計(jì) 23
5.2軸計(jì)算與校核 23
6 變速器同步器設(shè)計(jì) 27
6.1同步器作用 27
6.2慣性式同步器結(jié)構(gòu) 27
6.3同步器運(yùn)行原理 28
6.4同步器主要尺寸確定 28
6.5同步器主要參數(shù)確定 29
6.6同步器計(jì)算 30
總 結(jié) 32
參考文獻(xiàn) 33
IV
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1 緒論
1.1 設(shè)計(jì)目的及意義
手動(dòng)變速器的發(fā)展已經(jīng)有了很長(zhǎng)的時(shí)間，各項(xiàng)性能越來越完善，在市場(chǎng)上變速器中所占的比重很大，跟其他變速器相比，它的安全性能是所有變速器中最好的，所以人們?cè)絹碓较矚g手動(dòng)變速器。
1.2 變速器主要類型
隨著需求的越來越多，各種類型的變速器不斷的出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中。現(xiàn)在市場(chǎng)上主要的變速器有兩種，一個(gè)是操作復(fù)雜的手動(dòng)變速器，一個(gè)是操作簡(jiǎn)單的自動(dòng)變速器。
下面是介紹了一些主要存在的變速器：
1.手動(dòng)變速器(MT)
機(jī)械式手動(dòng)變速器顧名思義就是依靠自己的手去完成操作的，對(duì)他的操作要求比較嚴(yán)格。手動(dòng)變速器從一開始發(fā)展到現(xiàn)在，依然被大眾所熱愛喜歡，也顯示出了其獨(dú)特的魅力與性能方面的優(yōu)勢(shì)。大家都知道駕校學(xué)駕駛都是用的手動(dòng)擋的轎車去教學(xué)，因?yàn)槭謩?dòng)的在安全性方面強(qiáng)過自動(dòng)擋很多，這就是他要比自動(dòng)擋好的優(yōu)勢(shì)所在。與自動(dòng)擋相比，手動(dòng)擋汽車多一個(gè)離合器，并且必須通過他才能調(diào)換擋位，所以從操作方面來說，手動(dòng)擋是比較復(fù)雜的。
現(xiàn)在市場(chǎng)上存有兩種主要變速器的存在，一個(gè)是手動(dòng)變速器，另一個(gè)是自動(dòng)變速器。在這樣一個(gè)變速器競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)代，手動(dòng)變速器任然受到了很多人們的愛不釋手。他的許多功用是任何一個(gè)變速器都無法取代的，比如安全性方面就不是其他所能替代的。手動(dòng)變速器有著強(qiáng)大的傳動(dòng)效果，在動(dòng)力性能方面首屈一指，這也是本次為什么設(shè)計(jì)越野汽車裝配手動(dòng)變速器的原因所在，依靠他的強(qiáng)大動(dòng)力，越野汽車將擁有更好的馳騁高難度道路的性能。
2.自動(dòng)變速器(AT)
隨著手動(dòng)變速器暴露出各種各樣的問題，不能滿足人們?cè)絹碓蕉嗟男枨?，自?dòng)變速器隨之出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中。自動(dòng)變速器與手動(dòng)變速器相比，體現(xiàn)出來的優(yōu)勢(shì)就是操作比較方便容易。特別是在擁擠的城市街道，自動(dòng)變速器更體現(xiàn)出了他的優(yōu)勢(shì)。在擁擠的城市人多車多，紅綠燈也很多，此時(shí)汽車經(jīng)常會(huì)停下，這就導(dǎo)致操作很麻煩，而且會(huì)增加耗油量。
8
自動(dòng)變速器性能優(yōu)越，但是相隨而來的是他的成本會(huì)比手動(dòng)變速器高出很多，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)比手動(dòng)變速器復(fù)雜。當(dāng)它壞了的時(shí)候，他的維修也會(huì)比手動(dòng)變速器難很多。
3.無級(jí)變速器(CVT)
無極變速器從無極二字就看出這是一個(gè)不管任何時(shí)刻都可以改變傳動(dòng)比的，從他被研究到現(xiàn)在已經(jīng)有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史了，在這段發(fā)展過程中，他的各項(xiàng)性能被提高，不斷的完善。無級(jí)變速器主要有兩種形式，一個(gè)是靠電力運(yùn)作的電力式變速器，一個(gè)是靠液壓的壓力來進(jìn)行運(yùn)作。雖然說他有他自己的優(yōu)勢(shì)，但是也有它的缺點(diǎn)，就是它的傳動(dòng)效率不太高，換擋的時(shí)候不是太順暢，這就讓人們?cè)絹碓讲幌矚g它，不被別人所接受。
4.機(jī)械式自動(dòng)變速箱（AMT)
手動(dòng)變速器與自動(dòng)變速器都有各自的優(yōu)點(diǎn)，人們就想是否能制造出能同時(shí)擁有兩種變速器優(yōu)點(diǎn)的變速器，機(jī)械式自動(dòng)變速器隨后就被研究了出來。這種變速箱即擁有手動(dòng)變速器的安全性，又擁有自由變速器操作方便等優(yōu)點(diǎn)。而且裝備它的車價(jià)格不高，性能方面又很不錯(cuò)，很符合人們的消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)人們來說，它是人們買車的一個(gè)好的選擇。
5.雙離合變速器（DCT）
在機(jī)械式自動(dòng)變速箱問世之后，雙離合變速器出現(xiàn)在了人們的視野當(dāng)中，從而為人們的選擇增添了煩惱。他也是一款手動(dòng)變速器，干式失式是其兩種主要形式。在一般的低檔次的轎車上是不會(huì)用到的，一般屬于高檔轎車的專屬變速器。他的性能相對(duì)于其他變速器是比較好的，所以才會(huì)成為高檔轎車的必配，成為人們的喜愛。
1.3 變速器發(fā)展趨勢(shì)
隨著現(xiàn)代化的步伐加快，汽車的需求量很大，這就導(dǎo)致了汽車在這樣的一個(gè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境下蓬勃發(fā)展。為什么會(huì)在這種競(jìng)爭(zhēng)激烈的狀況下蓬勃發(fā)展呢？理由很簡(jiǎn)單，汽車變速器的性能隨之提高，增加了汽車行業(yè)與其他行業(yè)的可競(jìng)爭(zhēng)性。下面是幾點(diǎn)我覺得變速器發(fā)展的方向：
（1）在現(xiàn)在這樣一個(gè)節(jié)奏比較快的社會(huì)，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，眼下最重要也是最嚴(yán)重的問題就是環(huán)境污染的問題。這就會(huì)對(duì)汽車的環(huán)保性能有很嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)出能夠使汽車廢氣排放減少的變速器是眼下以及未來的重中之重。現(xiàn)在來講，人們講到汽車的性能第一想到的就是發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，但是除了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，還有變速器的一些性能也是會(huì)被人們所講起的。
（2）在這樣一個(gè)高科技發(fā)展迅速的時(shí)代，要想變速器能夠提高各方面的性能，就必須利用高科技大力研究發(fā)展新式材料。從而可以快速的提高汽車的各項(xiàng)性能，跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，使人們的生活更加的方便簡(jiǎn)潔。
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（3）隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，會(huì)大大減少變速器的制作成本，制作成本會(huì)越來越少。它的性能肯定也會(huì)得到很大程度上的提高。人們對(duì)于汽車的消費(fèi)，也會(huì)促使著變素器的功能越來越好。
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手動(dòng)變速器的發(fā)展已經(jīng)有了很長(zhǎng)的時(shí)間，各項(xiàng)性能越來越完善，在市場(chǎng)上變速器中所占的比重很大，跟其他變速器相比，它的安全性能是所有變速器中最好的，所以人們?cè)絹碓较矚g手動(dòng)變速器。在這樣一個(gè)變速器競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)代，手動(dòng)變速器任然受到了很多人們的愛不釋手。他的許多功用是任何一個(gè)變速器都無法取代的，比如安全性方面就不是其他所能替代的。手動(dòng)變速器有著強(qiáng)大的傳動(dòng)效果，在動(dòng)力性能方面首屈一指，這也是本次為什么設(shè)計(jì)越野汽車裝配手動(dòng)變速器的原因所在，依靠他的強(qiáng)大動(dòng)力，越野汽車將擁有更好的馳騁高難度道路的性能。
第2章 變速器設(shè)計(jì)方案
2 變速器設(shè)計(jì)方案
2.1變速器主要作用
發(fā)動(dòng)機(jī)主要提供動(dòng)力，在最好的情況下，汽車運(yùn)行平穩(wěn)，在不好的情況是，汽車會(huì)出現(xiàn)許多能夠問題。所以，想要汽車保持非常好的運(yùn)動(dòng)，就發(fā)明了變速器。它有一下幾個(gè)作用：
（1）變化轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和面對(duì)解決一些緊急情況；
（2）彎曲軸沒有發(fā)生變化，車向后；
（3）發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)對(duì)剛啟動(dòng)的汽車有利；
2.2對(duì)變速器設(shè)計(jì)要求
一個(gè)好的變速器應(yīng)具備以下條件：
（1）動(dòng)力要好，價(jià)格要盡可能低廉；
（2）可以完成空擋；
（3）換擋簡(jiǎn)單容易；
（4）噪聲不能大；
（5）變速效果要好；
（6）工作時(shí)要保持穩(wěn)定，較少地出現(xiàn)問題；
（7）能用較長(zhǎng)時(shí)間；
（8）質(zhì)輕量小，好維修；
2.3手動(dòng)變速器傳動(dòng)方案確定
1.兩軸式和三軸式變速器
根據(jù)傳動(dòng)形式，手動(dòng)變速器分為兩軸和三軸，它們各自具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：
兩軸的被大量應(yīng)用在轎車上 使用一對(duì)齒輪傳動(dòng)，一是因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好，效率高等優(yōu)點(diǎn)；二是制造容易。
但是位于低擋運(yùn)行時(shí)，小齒輪的使用時(shí)間會(huì)變短；而中間軸式變速器不會(huì)出現(xiàn)這種問題，它使用兩對(duì)齒輪傳動(dòng)。它正常被放在前置后驅(qū)與后置后驅(qū)的車輛上。傳動(dòng)比更大。大量使用在重型汽車上。
2.倒擋傳動(dòng)方案確定
圖是普遍的倒擋布置形式。
12
(a)撥動(dòng)結(jié)合套，使結(jié)合齒圈與同步器鎖環(huán)相嚙合，動(dòng)力由第一軸進(jìn)入傳輸，傳輸?shù)降谌S齒輪，再轉(zhuǎn)移到倒擋齒輪，最后傳輸?shù)降诙S輸出。
(b)第二種方案僅僅能提高傳動(dòng)的效率，而且他的設(shè)計(jì)非常不符合實(shí)際。
(c)第三種設(shè)計(jì)方案利用了齒輪越窄越短的原理進(jìn)行了倒擋布置形式的設(shè)計(jì)和確定。
(d)第四種設(shè)計(jì)方案相對(duì)于其他方案來說比較可行，本設(shè)計(jì)也是采用了第四種方案。
圖2.1 倒擋布置方法
3.前進(jìn)擋擋位布置形式
傳統(tǒng)的三軸式手動(dòng)變速器在設(shè)計(jì)時(shí)要求齒輪在軸上的布置位置應(yīng)該盡量靠近軸的后支承端處，然后依據(jù)低擋的布置位置來依次布置高擋各齒輪位置。優(yōu)點(diǎn)是：1、符合設(shè)計(jì)需要；2、好裝配。
因此此次設(shè)計(jì)使用三軸式手動(dòng)變速器，四個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋，倒擋使用了圖里的設(shè)計(jì)方法。
4.變速器傳動(dòng)方案
設(shè)計(jì)出的傳動(dòng)方案如圖：
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5.各擋傳遞路線
從上面的圖可以看出他的傳動(dòng)路線：
假設(shè)現(xiàn)在掛一擋，首先向右移動(dòng)變速桿，結(jié)合套滑動(dòng)使接合齒圈與同步器鎖環(huán)相互嚙合，然后在同步器的協(xié)調(diào)下，動(dòng)力由輸入軸進(jìn)入，再由輸入軸傳輸?shù)匠Ш淆X輪一二的位置，再傳輸?shù)降谌S，由第三軸傳輸?shù)揭粰n齒輪，再繼續(xù)傳輸?shù)浇雍淆X套，接合齒套和同不器鎖環(huán)以及結(jié)合齒圈是相連接的，動(dòng)力通過花鍵由傳輸軸傳輸出來。
假設(shè)現(xiàn)在掛二擋，首先向左移動(dòng)變速桿，結(jié)合套滑動(dòng)使接合齒圈與同步器鎖環(huán)相互嚙合，然后在同步器的協(xié)調(diào)下，動(dòng)力由輸入軸進(jìn)入，再由輸入軸傳輸?shù)匠Ш淆X輪一二的位置，再傳輸?shù)降谌S，由第三軸傳輸?shù)蕉n齒輪，再繼續(xù)傳輸?shù)浇雍淆X套，接合齒套和同不器鎖環(huán)以及結(jié)合齒圈是相連接的，動(dòng)力通過花鍵由傳輸軸傳輸出來。
假設(shè)現(xiàn)在掛三擋，首先向右移動(dòng)變速桿，結(jié)合套滑動(dòng)使接合齒圈與同步器鎖環(huán)相互嚙合，然后在同步器的協(xié)調(diào)下，動(dòng)力由輸入軸進(jìn)入，再由輸入軸傳輸?shù)匠Ш淆X輪一二的位置，再傳輸?shù)降谌S，由第三軸傳輸?shù)饺龣n齒輪，再繼續(xù)傳輸?shù)浇雍淆X套，接合齒套和同不器鎖環(huán)以及結(jié)合齒圈是相連接的，動(dòng)力通過花鍵由傳輸軸傳輸出來。
掛四擋又被稱為直接當(dāng)，動(dòng)力不通過第三軸傳輸，直接由輸入軸傳輸?shù)捷敵鲚S。
掛倒擋步驟如下：首先往右移動(dòng)倒擋上的接合齒套，直至接合齒圈與鎖環(huán)相匹配，動(dòng)力由輸入軸進(jìn)入在，再傳輸?shù)降谌S以及倒擋齒輪位置，最后通過花鍵傳輸動(dòng)力。
2.4變速器主要部件結(jié)構(gòu)方案
1.變速器殼體
它支撐著變速器，在設(shè)計(jì)時(shí)候，既要能符合變速器的剛度和強(qiáng)度需要，也需顧及拆裝的方便。
2.齒輪結(jié)構(gòu)形式
變速器上，齒輪正常有有斜齒和直齒兩種形式。直齒輪正常被用在一擋和倒擋齒輪上，而斜齒輪具有重合系數(shù)很高、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小和使用時(shí)間較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，所以大量運(yùn)用在變速器上。
3.換擋結(jié)構(gòu)形式
換擋有一下幾個(gè)形式：
（1）直齒滑動(dòng)齒輪換擋
它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，普遍用在一擋和倒擋?？墒沁@樣的方式有很多的不好處，換擋時(shí)如果兩齒輪角速度相異，就會(huì)有換擋沖擊，造成使用時(shí)間變短，汽車也變得不舒適。
（2）嚙合套換擋
使用嚙合套換擋，由于齒輪是間接換擋，因此齒輪能用較長(zhǎng)時(shí)間，可是具有無法同步換擋的問題，所以無法清除換擋沖擊。
（3）同步器換擋
使用它換擋時(shí)，換擋方便速度快，沒有換擋沖擊，沒有噪聲，而且可以將汽車的加速性，經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)得到更大提升?？墒且泊嬖谥S多不足，像它的結(jié)構(gòu)方式不簡(jiǎn)單，對(duì)加工的精度有較高要求，同步環(huán)的時(shí)間也得到增加。經(jīng)過比較，同步器換擋被使用在很多時(shí)候。以上3種換擋形式，能夠在相同的變速器里一并使用。在現(xiàn)在這樣一個(gè)節(jié)奏比較快的社會(huì)，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，眼下最重要也是最嚴(yán)重的問題就是環(huán)境污染的問題。這就會(huì)對(duì)汽車的環(huán)保性能有很嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)出能夠使汽車廢氣排放減少的變速器是眼下以及未來的重中之重?，F(xiàn)在來講，人們講到汽車的性能第一想到的就是發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，但是除了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，還有變速器的一些性能也是會(huì)被人們所講起的。在這樣一個(gè)高科技發(fā)展迅速的時(shí)代，要想變速器能夠提高各方面的性能，就必須利用高科技大力研究發(fā)展新式材料。從而可以快速的提高汽車的各項(xiàng)性能，跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，使人們的生活更加的方便簡(jiǎn)潔。在遇到這種路況的時(shí)候，一般家用轎車因?yàn)榈妆P偏低，傳動(dòng)動(dòng)力低，也沒有那種抓地形很強(qiáng)的輪胎，所以在這種遇到這種時(shí)很難行走，這時(shí)候越野汽車的性能就完美的顯現(xiàn)出來。
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第3章 變速器主要參數(shù)確定
3 變速器主要參數(shù)確定
3.1 擋位數(shù)確定
擋位數(shù)的確定很重要，現(xiàn)在市場(chǎng)上有家用轎車，中小式貨車以及性能要求比較高的高檔汽車。相對(duì)來講高性能的車輛擋位越多越好，但這也是要有個(gè)度的，一般情況下不會(huì)超過六個(gè)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選取的是擁有一二三四擋的手動(dòng)變速器。擋位數(shù)越多，會(huì)使汽車操作更加的頻繁，操作難度也會(huì)增大，在現(xiàn)在交通擁擠的城市里，這無疑對(duì)駕駛員來說有超高的要求，對(duì)車的自身來說，耗油量增大，零件也容易遭受到損壞。
現(xiàn)在市場(chǎng)上的汽車一般都是四到五個(gè)擋位，也有一些其他的是采用的多擋位變速器。
3.2 變速器傳動(dòng)比范圍初步確定
變速器齒輪傳動(dòng)的效率很大程度上取決于齒寬的大小，所以說齒寬數(shù)值大小很重要，過小不行過大也不行。選取小的齒寬雖然會(huì)使變速器本身的重量降低，但是也會(huì)使齒輪在相嚙合的時(shí)候極其不穩(wěn)定，導(dǎo)致齒輪會(huì)遭到齒輪折斷，傳動(dòng)比效率變高。
表3.1 國(guó)產(chǎn)汽車變速器傳動(dòng)比
型號(hào)
噸位
傳動(dòng)比
轎車
SH760
3.53
2.33
1.51
1.01
3.30
桑塔納
3.46
1.95
1.30
0.92
0.74
切諾基
3.98
2.34
1.44
1.01
4.28
輕型貨車
BC1022
2
5.09
2.72
1.61
1.00
5.47
BJ1040
4
6.11
3.10
1.72
1.01
4.96
越野車
BJ2020
3.13
1.78
1.03
3.75
EQ2080
7.49
4.33
2.46
1.56
1.01
8.20
本設(shè)計(jì)的變速器傳動(dòng)比大概在3～4之間。
汽車最低擋傳動(dòng)比的選擇受到汽車的最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪和路面附著力大小、汽車最低穩(wěn)定車速、主減速器比、車輪滾動(dòng)半徑等因素的影響。在選擇時(shí)，
應(yīng)該注重其他方面。
下圖是北京切諾基吉普各個(gè)系統(tǒng)所展示出來的情況，以便于采用方便計(jì)算出各種數(shù)據(jù)。
表3.2（北京切諾基吉普車）汽車基本參數(shù)
4028
1768
1990
2300
1470
210
100
最低穩(wěn)定車速（公里/時(shí)）（直接擋）
3
30
179
62.5
車輪：16×6鋁制 輪胎:P215/80R16
2.522
4.55
（1）對(duì)一擋傳動(dòng)比計(jì)算
變速器有很多方面是不一樣的，他們的傳動(dòng)比各不一樣，而且需要通過各種數(shù)據(jù)來計(jì)算得出。
()
18
從上式中可以得出傳動(dòng)比取值范圍：
（）
：
N/kg；
；
度；
m；
Nm；
；
；
；
3；
。
根據(jù)以上的數(shù)值計(jì)算得到這樣的結(jié)果。
（2）根據(jù)摩擦力計(jì)算得出
取值范圍：
（）
式中代表的是道路所遭到的壓力，1560kg；
路面摩擦系數(shù)在。
根據(jù)以上的數(shù)據(jù)算出4.3299，0.6。
（3）可以根據(jù)車的起始速度算出傳動(dòng)比
開車時(shí)，保證汽車以最低車速穩(wěn)定行駛得出還要和標(biāo)準(zhǔn)相重合：
（）
式中，代表達(dá)到車速最低速度轉(zhuǎn)/分；
代表最低車速的傳動(dòng)比2.522。
根據(jù)以上的一些數(shù)據(jù)得出=3.93。
通過相關(guān)的計(jì)算，第一次取值為3.9。超過了一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
q= （3-6）
根據(jù)以上的結(jié)果算出一二三四擋的傳動(dòng)比如下：，，，。
3.3 確定中心距A
對(duì)于三軸式變速器來說，有很多方面都是比二軸式好很多，比如傳動(dòng)效率方面，三軸式變速器是兩對(duì)傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)，二軸式傳動(dòng)齒輪是一對(duì)齒輪進(jìn)行動(dòng)力方面的傳動(dòng)在設(shè)計(jì)完變速器內(nèi)部的零部件的時(shí)候，最后外殼的大小是根據(jù)變速器大小確定的。
對(duì)中心距的確定 （）
A表示為兩軸之間的距離（mm）；
大貨車:=；
用于辦公事的車:=；
擋位數(shù)很少的變速器=。
（Nm）。
。
。
對(duì)不同的汽車來說，他們軸于軸之間的距離是不相同的，所以每輛汽車都有它的獨(dú)特。從上面的數(shù)據(jù)得出A的值為77.88（mm）。
3.4 外形尺寸確定
換擋的快慢跟齒數(shù)的多少有直接關(guān)系，一般情況下齒數(shù)越多，換擋越快，開車時(shí)碰到緊急情況才能更好的處理，不至于發(fā)生可以避免的小事故。不同擋位對(duì)模數(shù)的要求也不一樣，一般來說只有在低擋的時(shí)候，模數(shù)的選擇才會(huì)大一點(diǎn)。
一般情況下，A會(huì)選取整數(shù)，這樣在計(jì)算的時(shí)候簡(jiǎn)便一些。從以往的研究數(shù)據(jù)表明，中心距的選擇越大越好。在設(shè)計(jì)完變速器內(nèi)部的零部件的時(shí)候，最后外殼的大小是根據(jù)變速器大小確定的。
通過總結(jié)一些條件計(jì)算得出取值為。
3.5齒輪參數(shù)確定
1.模數(shù)選取
設(shè)計(jì)變速器尺寸大小，需要計(jì)算出很多重要數(shù)據(jù)，而模數(shù)是其中的重中之重。齒輪所能承受力的大小與模數(shù)有很大的關(guān)系，在齒數(shù)一樣的情況下，模數(shù)與承受力大小成正比。
選取模數(shù)比較小的，在消音方面對(duì)汽車非常有利。
模數(shù)的選擇對(duì)于不同的車輛來說是不同的，不同擋位對(duì)模數(shù)的要求也不一樣，一般來說只有在低擋的時(shí)候，模數(shù)的選擇才會(huì)大一點(diǎn)。在中高擋的時(shí)候，汽車傳動(dòng)效率變高，雙齒輪不斷的傳輸動(dòng)力，從第一軸進(jìn)入再傳輸?shù)匠Ш淆X輪，然后傳輸?shù)街虚g軸，最后通過同步器的作用，從輸出軸傳輸出去。
模數(shù)的選取選擇不帶括號(hào)的，要在國(guó)家的控制標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，如下表3.3中的一些數(shù)據(jù)。
1.01
1.26
2.01
—
2.51
—
3.01
—
—
—
—
—
2.21
—
2.74
—
（3.23）
3.1
表3.3 汽車變速器常用的齒輪模數(shù)
在開汽車的時(shí)候，會(huì)遇到很多情況，這個(gè)時(shí)候換擋的快慢就會(huì)直接決定開車的舒適度和安全性。換擋的快慢跟齒數(shù)的多少有直接關(guān)系，一般情況下齒數(shù)越多，換擋越快，開車時(shí)碰到緊急情況才能更好的處理，不至于發(fā)生可以避免的小事故。
模數(shù)的大小對(duì)于齒輪來說是非常重要的部分，它不僅能影響彎曲強(qiáng)度，也能引起一些其它的情況。在盡量不影響其他條件的狀況下，模數(shù)的選取應(yīng)該越小越好。在這過程中，會(huì)伴有許多一系列的情況發(fā)生，這是因?yàn)辇X數(shù)的減少造成的現(xiàn)象。
2.確定齒寬
變速器齒輪傳動(dòng)的效率很大程度上取決于齒寬的大小，所以說齒寬數(shù)值大小很重要，過小不行過大也不行。選取小的齒寬雖然會(huì)使變速器本身的重量降低，但是也會(huì)使齒輪在相嚙合的時(shí)候極其不穩(wěn)定，導(dǎo)致齒輪會(huì)遭到齒輪折斷，齒面膠合等破壞，所以說如何選擇齒寬的大小要根據(jù)具體情況具體分析，不能盲目的因?yàn)橄虢档妥兯倨鞅旧淼馁|(zhì)量就取小的齒寬。
齒寬是由模數(shù)m來確定的：
：；：
根據(jù)公式：代表齒輪的寬度，可以定為之間的數(shù)值；，可以定為之間的數(shù)值。
b代表齒寬的寬度（mm）；齒輪的寬度如果選取的大一些，對(duì)于齒輪的生命值所用期限有著很大的延長(zhǎng)，穩(wěn)定的提高各方面的性能。
：
一直相匹配的齒輪齒寬：b×，b為mm，mm。
齒輪在三擋的寬度：b=×，b為mm，mm。
齒輪在二擋的寬度：b=×，b為mm，mm。
齒輪在一擋的寬度：b=×，b為mm，mm。
3.初步確定螺旋角β
螺旋角的選定對(duì)于齒輪傳動(dòng)效率有很大的影響，并且還分為直齒輪螺旋角和斜齒輪螺旋角。一般情況下，所以設(shè)計(jì)中都會(huì)選用斜齒輪，直齒輪一般不會(huì)被選用。為了使傳動(dòng)效果更加的突出穩(wěn)定，一般選取大的螺旋角來增加齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定性。
當(dāng)進(jìn)行齒輪傳動(dòng)時(shí)，齒輪與齒輪之間相互嚙合，相互擠壓，造成了軸受到了很多的壓力，此時(shí)軸的彎曲強(qiáng)度受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這個(gè)時(shí)候選擇將作用力往中間軸上轉(zhuǎn)移，這樣就適當(dāng)?shù)臏p少了第一軸與第二軸所承擔(dān)的壓力，將軸的使用期限向后延長(zhǎng)。
螺旋角的大小決定著不同擋位齒輪的性能，根據(jù)你設(shè)計(jì)的齒輪要顯現(xiàn)出的性能選取螺旋角的角度。通過以往的一些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，螺旋角與齒輪強(qiáng)度的關(guān)系成正比。螺旋角的角度選取也是有范圍的，通過查閱相關(guān)的資料，三十度是它的上限。齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪不斷的摩擦工作，這時(shí)就要考慮到接觸應(yīng)力的大小，接觸應(yīng)力越高，齒輪抗壓強(qiáng)度就越高。
軸向力在變速器一直工作的情況下一直存在，變速器在不同擋位上所受到的軸向力也是不一樣的，通常除了一擋和倒擋，其它擋位中間軸遭受到的壓力可以消除。螺旋角的旋轉(zhuǎn)方向一般分為左旋和右旋，當(dāng)螺旋角逆向旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的力經(jīng)過內(nèi)部同步器的傳輸，直接傳輸?shù)角岸松w總成，從而導(dǎo)致輸出軸所傳輸?shù)牧榱恪?
如果想軸的兩端力量平衡，就必須用如下公式計(jì)算：
（3-8）
（3-9）
T==，軸兩端力量相等：
（3-10）
式中，，代表軸平行方向的力；
，代表中間軸圓周力；
r；
T。
圖3.1 中間軸軸向力的平衡
4.齒輪變位系數(shù)選擇
變位齒輪對(duì)于加工工件來講很重要，有變位齒輪的就可以改善很多不利的條件，但是在加工工件上所截取的位置是不一樣的，在其他方面還是差不多的。齒輪傳動(dòng)一般有兩種形式：其中一種形式被叫做高調(diào)轉(zhuǎn)移，另一種被稱做角變位齒輪。第一種被用于齒輪各方面的性能都很好，并且中心距重合度不高的情況。第二種被用于中心距比較大的情況，他的特點(diǎn)是可以通過改變變速器殼體的重量來提高各種性能，從而使變速器更好的運(yùn)轉(zhuǎn)。
總變位系數(shù)與齒根厚度成反比關(guān)系，一般來說如果想一些奇怪的聲音消失，就必須要改變總變位系數(shù)，并且一定要改小，才能使奇怪的噪聲逐步的減少甚至消失。
通過以往的一些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，螺旋角與齒輪強(qiáng)度的關(guān)系成正比。螺旋角的角度選取也是有范圍的，通過查閱相關(guān)的資料，三十度是它的上限。齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪不斷的摩擦工作，這時(shí)就要考慮到接觸應(yīng)力的大小，接觸應(yīng)力越高，齒輪抗壓強(qiáng)度就越高。
3.6各擋齒輪齒數(shù)分配
1.確定變速器
由齒輪之間的比得出：
（3-11）
在知道，齒輪數(shù)目之前就必須先知道：
齒輪系數(shù)與齒輪齒數(shù)的關(guān)系如圖3.2：
圖3.2 齒形系數(shù)圖
（ 3-12）
齒輪傳動(dòng)需要通過很多數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，齒輪傳動(dòng)在同步器的作用下，很高效率的旋轉(zhuǎn)。不會(huì)因?yàn)橐恍┢渌矫娴脑蚨┞冻鲎约罕旧淼膯栴}所在，齒數(shù)一般取在范圍之內(nèi)的數(shù)。
求出===，選取15，即= -=37。
2. 修正中心距A
通過上面計(jì)算出來的結(jié)果來配合算出給個(gè)擋位齒輪齒數(shù)的個(gè)數(shù)，求得過程中必須算出Z的總和。
齒輪之間的距離：
A==mm （3-13）
對(duì)常嚙合齒輪的計(jì)算：
根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出：
=3.9×= （3-14）
根據(jù)齒輪與齒輪之間的距離得出：
（）= （3-15）
根據(jù)上面的一些數(shù)據(jù)得出=，=。
越野汽車的性能非常適合在道路質(zhì)量比較差的路面甚至沒有道路的地方行駛，在遇到這種路況的時(shí)候，一般家用轎車因?yàn)榈妆P偏低，傳動(dòng)動(dòng)力低，也沒有那種抓地形很強(qiáng)的輪胎，所以在這種遇到這種時(shí)很難行走，這時(shí)候越野汽車的性能就完美的顯現(xiàn)出來。越野汽車一般是采用三軸式手動(dòng)變速器，齒輪傳動(dòng)是雙齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)效率就會(huì)比較高，從而就會(huì)擁有更強(qiáng)的動(dòng)力，在遇到緊急的狀況時(shí)，能夠很好的處理，增加安全性能。
計(jì)算出傳動(dòng)比需要很多方面的數(shù)據(jù)，還需要根據(jù)不同情況來確定齒輪傳動(dòng)比，例如車輪與路面之間的摩擦力。因?yàn)閭鲃?dòng)比是一檔傳動(dòng)比與最高擋位的傳動(dòng)比，所以在低檔位也能計(jì)算出傳動(dòng)比。
30
第4章 變速器齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
4 變速器齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
在變速器中有很多齒輪被應(yīng)用，然而漸開線齒輪一直都被普遍應(yīng)用于汽車變速器的制造之中，這么被普遍應(yīng)用不難看出它具有很多方面的優(yōu)點(diǎn)，例如使傳動(dòng)效率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。齒輪的嚙合需要很多方面的精確配合，例如壓力角一樣等方面，這樣齒輪才能更好的相互嚙合。
4.1齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
；z與
表4.1 漸開線斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
序號(hào)
項(xiàng)目
公式
高度變位齒輪（直齒）
高度變位齒輪（斜齒）
1
變位系數(shù)
==
2
端面模數(shù)
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
齒頂圓直徑
7
齒根圓直徑
表4.2 變速器各擋齒輪計(jì)算參數(shù)值
z
22
34
27
26
33
20
37
15
35
13
23
b
21.5
20
20
19
19
19
19
β
26.3
21
20
0
0
2.5
2.75
2.75
3
3
2.789
2.94
2.93
3
3
α
20
20
20
20
20
2.75
2.25
2.64
2.86
2.12
3.38
2.07
3.93
3
3.81
4.31
4.75
4.5
5.27
4
6.18
4.32
5.25
d
61
95
79.5
76.6
97
59
111
45
105
39
69
66.5
99.5
84.8
82.3
101
65.8
115
52.9
111
45
75
53.4
86.4
70.0
67.6
86.5
51
98.6
36.4
94.5
28.5
58.5
4.2齒輪損壞形式
齒輪損傷會(huì)有很多種不同的方式，如下從中舉出了三個(gè)通常情況下的損傷方式。
在齒輪快速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，齒輪之間的摩擦相應(yīng)的也會(huì)增大，從而導(dǎo)致發(fā)生齒輪折斷的這種情況，這是因?yàn)槟Σ猎黾幼枇ΓL(zhǎng)時(shí)間就會(huì)造成齒輪形變的發(fā)生。長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作，會(huì)導(dǎo)致齒輪受損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)齒輪斷裂的現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象普遍存在。
齒輪經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作，會(huì)出現(xiàn)一系列的問題，而點(diǎn)蝕就是其中之一，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，齒輪與齒輪的相互擠壓，造成輪齒的表面凸起一些細(xì)小的疙瘩，這就是點(diǎn)蝕。
有一種現(xiàn)象被叫做齒面膠合，它是由于齒輪旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，造成其自身溫度升高，導(dǎo)致保護(hù)膜軟化，齒輪與齒輪相嚙合時(shí)就會(huì)粘貼在一起，造成一些不必要的損傷。有很多的情況會(huì)影響齒輪的工作狀態(tài)及壽命，例如最簡(jiǎn)單的換擋，都會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)速的不一樣而導(dǎo)致齒輪受到傷害，這樣就大大縮減了汽車安全行駛的時(shí)間，需要頻繁的檢車。
4.3齒輪強(qiáng)度校核
1.齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算
齒輪之間的接觸所承受的力量的計(jì)算：
（4-1）
式中，：(MPa)；
F：；F=；
，=；
（Nmm），=0.5×；
d（mm）；
b；
；
β；
E為齒輪之間的彈力：
、（mm），對(duì)直齒輪=、=；；與（mm）。
第一軸上的力?。?
表4.3 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力表
齒輪
/（）
計(jì)算一擋直齒輪：
===mm；==mm；
==N；F==N；bmm；由，即以上數(shù)據(jù)得出來：
=MPa，MPa
因?yàn)榕c比1902MPa小很多。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)==，==；
F=N；b；計(jì)算得出接觸應(yīng)力為942.4MPa。
照上述計(jì)算得出：齒輪在三擋所承受的力799.1MPa。
齒輪在四擋所承受的力873.3MPa。
根據(jù)上面的表格得出，二三四擋的接觸應(yīng)力都比標(biāo)準(zhǔn)值小，因此是符合標(biāo)準(zhǔn)的。
對(duì)齒輪表面承受力的計(jì)算：
==mm，==mm
==N，F(xiàn)==N
所以=MPa。照這樣計(jì)算MPa。
因?yàn)榕c都小于標(biāo)準(zhǔn)值，滿足要求。
y為齒形系數(shù)，齒形系數(shù)如圖4.1：
圖4.1 齒形系數(shù)圖
二擋齒輪彎曲應(yīng)力計(jì)算：
=20，d==59mm，===6067.8Nmm。
法向齒距t=2.75×，y取0.146，即有：
==450.4MPa
從得出的結(jié)果來看，符合所設(shè)計(jì)的要求，其彎曲應(yīng)力在MPa之間。其中貨車可以選最小值，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。彎曲應(yīng)力的計(jì)算要根據(jù)許多條件來計(jì)算，單靠摩擦力是算不出來的。從上圖的研究結(jié)果和查閱相關(guān)的資料可以看出彎曲應(yīng)力跟齒根系數(shù)的關(guān)系。根據(jù)彎曲應(yīng)力，可以看出材料的表面強(qiáng)度，從而正確判斷哪種材料適合變速器的設(shè)計(jì)。擋位數(shù)的確定很重要，現(xiàn)在市場(chǎng)上有家用轎車，中小式貨車以及性能要求比較高的高檔汽車。相對(duì)來講高性能的車輛擋位越多越好，但這也是要有個(gè)度的，一般情況下不會(huì)超過六個(gè)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選取的是擁有一二三四擋的手動(dòng)變速器。擋位數(shù)越多，會(huì)使汽車操作更加的頻繁，操作難度也會(huì)增大，在現(xiàn)在交通擁擠的城市里，這無疑對(duì)駕駛員來說有超高的要求，對(duì)車的自身來說，耗油量增大，零件也容易遭受到損壞。
第5章 變速器軸設(shè)計(jì)與計(jì)算
5 變速器軸設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1軸尺寸設(shè)計(jì)
當(dāng)變速器處于運(yùn)行狀態(tài)下，由于遭到齒輪嚙合的徑向力、圓周力和斜齒輪的軸向作用力的共同作用，軸會(huì)在力的作用下旋轉(zhuǎn)和彎曲，這樣就會(huì)對(duì)齒輪與齒輪之間的嚙合造成影響，所以軸的剛度的計(jì)算具有重大的意義。
對(duì)三軸式變速器的第一軸和第二軸之間的最大的距離為：
（）
兩中心距離A，選取的值為77.9mm，將計(jì)算的數(shù)值帶入計(jì)算得。一開始選擇40mm。
根據(jù)公式得出直徑：
（）
上述的公式中：為最大輸出力，Nm。將數(shù)據(jù)代入得mm，25.1mm。
軸的一些尺寸大小對(duì)設(shè)計(jì)的軸的剛度有很大影響，通常在這樣的情況下，要及其仔細(xì)的去確認(rèn)尺寸，通過將軸的一些數(shù)據(jù)相配合計(jì)算。在知道了軸的長(zhǎng)度d和齒間間距之后可以根據(jù)下面式子算出：
=，mm。
=，mm。
=，142mm。
5.2軸計(jì)算與校核
設(shè)計(jì)軸需要先確定兩個(gè)條件，那就是軸的端面直徑和長(zhǎng)度。由這兩個(gè)條件計(jì)算出軸的一些性能，從而得出是不是滿足變速器設(shè)計(jì)的條件。在完成計(jì)算之后，還要對(duì)軸進(jìn)行校核，通過軸向力等一些受力可以求出相應(yīng)的點(diǎn)截面強(qiáng)度，從而對(duì)軸完成校核。
31
第5章 變速器軸設(shè)計(jì)與計(jì)算
圖5.1扭矩圖
剖面所承受的力：
不同力矩的相互作用應(yīng)力為
= （5-3）
不在高檔工作時(shí)，為MPa；mm；從上面的式子中，可得=MPa，與要求一樣。
驗(yàn)證輸出軸可以承受的力：
根據(jù)上面的公式得出=N；=N；=N
mm，mm；
跟地面平行的面：， 得出i=N；
，得出=N；
跟底面平行的面所承受的力：=×a=×b=Nm；
在豎直水平面內(nèi)：，得出=Nm
，得出N；
一個(gè)平面內(nèi)所產(chǎn)生的力=×a= Nm；
軸在一個(gè)單位內(nèi)所承受的力== Nm。
截面內(nèi)所承受的力：
==MPa（mm）；符合標(biāo)準(zhǔn)。
輸出軸所能承受的力：
從上面的式子得出：=N；=N；=；
Amm，mm；最終算得==MPa（dmm）。
1.第二軸剛度校核：
對(duì)輸出軸的剛度計(jì)算：
（5-4）
式中，向力；
表；
MPa；
（mm）；
；
。
為
mm
=mm，=mm
mm，=
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