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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，人們對(duì)汽車的認(rèn)識(shí)已不再是簡(jiǎn)單的代步工具。近年來功能強(qiáng)大的SUV越來越受到關(guān)注。在SUV車上都設(shè)有分動(dòng)器。分動(dòng)器的功用是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。它是一齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，其輸入軸直接或通過萬向傳動(dòng)裝置與變速器的第二軸相聯(lián)，輸出軸則有若干，分別經(jīng)萬向傳動(dòng)裝置與各驅(qū)動(dòng)橋連接。
本設(shè)計(jì)主要說明了兩軸式分時(shí)分動(dòng)器的設(shè)計(jì)和計(jì)算過程，較詳細(xì)的敘述了分動(dòng)器的設(shè)計(jì)過程，選擇結(jié)構(gòu)方案、主要參數(shù)、齒輪設(shè)計(jì)、軸設(shè)計(jì)。計(jì)算部分分為中心距，傳動(dòng)比的計(jì)算，齒輪和軸的校核。根據(jù)獅跑轎車車型，結(jié)合上述參數(shù)，再結(jié)合汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，計(jì)算出相關(guān)的分動(dòng)器參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。最終，用AutoCAD軟件完成分動(dòng)器二維裝配圖和零件圖的繪制，并進(jìn)行裝配。
關(guān)鍵詞：獅跑；分動(dòng)器；分時(shí)；齒輪；設(shè)計(jì)
ABSTRACT
With the progress of science and technology and the increase of people's living standard, people know about cars is no longer simple transport. In recent years powerful SUV more and more attention to. On suvs have thansfer car. Thansfer function is the output power distribution will transmission to each, and further increase torque drive axle. It is a gear transmission system, its input shaft directly or through universal transmission device and transmission of the second shaft, output shaft is associated with several by universal respectively, with each drive transmission device connected.
This design mainly demonstrates that the two shaft type thansfer, the design and calculating process, design part describes in detail the design process, choose thansfer structure scheme, main parameters and gear design, axle design. The computation part into center distance of transmission ratio, and gear axis calculation dynamicrigidity. According to the lion run cars, combined with the parameters of vehicles, combine car design, automobile theory, mechanical design and related knowledge, compute related thansfer parameters and demonstrates the rationality of the design. Eventually, using AutoCAD software thansfer 2d drawings and component drawing, and the assembly.
Key words: Sportage；Sub-actuator; Timeshare ; Gear; Design
II
目 錄
摘要 ………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1分動(dòng)器概述………………………………………………………………………1
1.2 課題研究的現(xiàn)狀及意義 ………………………………………………………… 2
1.2.1 課題研究的現(xiàn)狀 ………………………………………………………… 2
1.2.2 課題研究的意義 ………………………………………………………… 3
1.3 設(shè)計(jì)完成的主要內(nèi)容 …………………………………………………………… 3
第2章 分動(dòng)器設(shè)計(jì)的總體方案……………………………………………………4
2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) …………………………………………………………………………4
2.2零部件結(jié)構(gòu)方案分析 …………………………………………………………5
2.2.1 齒輪形式……………………………………………………………………5
2.2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式 ……………………………………………………………5
2.3分動(dòng)器基本參數(shù)的確定……………………………………………………………5
2.3.1 傳動(dòng)比的確定………………………………………………………………5
2.3.2 分動(dòng)器中心距的確定………………………………………………………7
2.4 本章小結(jié) ………………………………………………………………………… 8
第3章 分動(dòng)器齒輪的設(shè)計(jì)……………………………………………………………9
3.1 齒輪的參數(shù)…………………………………………………………………9
3.1.2模數(shù)m……………………………………………………………………9
3.1.2壓力角及螺旋角……………………………………………………9
3.1.3尺寬b……………………………………………………………………9
3.1.4各擋齒輪齒數(shù)的分配……………………………………………………10
3.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………… 12
3.2.1 齒輪損壞的原因及形式…………………………………………………12
3.3分動(dòng)器齒輪材料的選擇…………………………………………………………14
3.3.1齒輪材料的選擇原則……………………………………………………14
3.3.2 齒輪材料的選擇…………………………………………………………15
3.4本章小結(jié)………………………………………………………………………15
第4章 分動(dòng)器軸及軸承的設(shè)計(jì) …………………………………………16
4.1 軸的設(shè)計(jì)與校核……………………………………………………………16
4.1.1 軸的損壞形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ………………………………………………16
4.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………………16
4.1.3 軸的校核…………………………………………………………………17
4.2 軸承的選用及校核……………………………………………………………22
4.2.1分動(dòng)器軸承型式的選擇………………………………………………22
4.2.2 軸承的校核………………………………………………………………22
4.2.3軸承的潤(rùn)滑和密封………………………………………………………24
4.3本章小結(jié)………………………………………………………………………24
第 5 章 分動(dòng)器其他零件及機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ………………………………………25
5.1 同步器的設(shè)計(jì)及計(jì)算……………………………………………………………25
5.1.1 慣性同步器選擇 …………………………………………………………25
5.1.2 鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 …………………………………………26
5.1.3 主要參數(shù)的確定 …………………………………………………………27
5.2 分動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 29
5.2.1分動(dòng)器換擋的形式………………………………………………………30
5.2.2 分動(dòng)器換擋形式的選擇…………………………………………………30
5.3分動(dòng)器箱體的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 30
5.3.1 機(jī)箱的種類………………………………………………………………30
5.3.2材料的選擇………………………………………………………………30
5.3.3 箱體的基本參數(shù) …………………………………………………………31
5.4本章小結(jié) …………………………………………………………………………31
結(jié)論 ………………………………………………………………………………………32
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………… 33
致謝 ………………………………………………………………………………………34
附錄 ………………………………………………………………………………………35
第1章 緒 論
1.1 分動(dòng)器的概述
在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車上，為了將輸出的動(dòng)力分配給各驅(qū)動(dòng)橋設(shè)有分動(dòng)器。分動(dòng)器的功用就是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。分動(dòng)器裝于多橋驅(qū)動(dòng)汽車的變速器后，兼作副變速器之用。分動(dòng)器一般都設(shè)有高低檔，以進(jìn)一步擴(kuò)大在困難地區(qū)行駛時(shí)的傳動(dòng)比及排擋數(shù)目。低檔常被稱為是加力檔。為了不使后驅(qū)動(dòng)橋超載常設(shè)聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，使只有結(jié)合前驅(qū)動(dòng)橋以后才能掛上加力檔，并用于克服汽車在壞路面上和無路地區(qū)的較大行程阻力及獲得最低穩(wěn)定車速。高檔為直接檔或亦為減速檔。當(dāng)分動(dòng)器掛入低速檔時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)距較大。為避免中后橋超載，前橋必須參加驅(qū)動(dòng)，分擔(dān)一部分載荷。因此分動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)必須保證：非先接上前橋，不得掛入低速檔；非先退出低速檔，不得摘下前橋。裝有分動(dòng)器的汽車，當(dāng)全部車輪驅(qū)動(dòng)行駛于不平路面或彎道上，或前后驅(qū)動(dòng)輪由于輪胎磨損而半徑不等的情況行駛時(shí)，將引起發(fā)動(dòng)機(jī)功率消耗、輪胎或傳動(dòng)系零件磨損。為克服這一缺點(diǎn)，將轉(zhuǎn)矩大體根據(jù)軸荷比例分配給各驅(qū)動(dòng)橋，有些分動(dòng)器還裝有帶差速鎖的非對(duì)稱行星齒輪軸間差速器。由于大多數(shù)分動(dòng)器由于要起到降速增矩的作用而比變速箱的負(fù)荷大，所以分動(dòng)器中的常嚙齒輪均為斜齒輪，軸承也采用圓錐滾子軸承支承。
伴隨著科技的進(jìn)步，分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式千變?nèi)f化。目前，人們把分動(dòng)器一般分為以下三種形式：
（1）全時(shí)四驅(qū)
全時(shí)四驅(qū)指的是車輛在整個(gè)行駛過程中一直保持四輪驅(qū)動(dòng)的模式，內(nèi)有三個(gè)差速器：除了前后軸各有一個(gè)差速器外，在前后驅(qū)動(dòng)軸之間還有一個(gè)中央差速器。這使全時(shí)四驅(qū)避免了半時(shí)四驅(qū)的固有問題：汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，前后輪的轉(zhuǎn)速差會(huì)被中央差速器吸收。但到了冰雪、沼澤地就必須把中央差速器鎖上；回到不滑的硬路，馬上要把中央差速器鎖解開。這種驅(qū)動(dòng)模式擁有較好的越野性和操控性能，但它不能根據(jù)路面情況做出扭矩分配的調(diào)整。全時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的駕駛操控性和行駛循跡性，有了全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，就可以在鋪覆路面上順利駕駛。
（2）分時(shí)四驅(qū)
分時(shí)四驅(qū)是由駕駛者手動(dòng)切換的驅(qū)動(dòng)模式，通過接通或斷開分動(dòng)器來選擇兩輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)模式。它與全時(shí)驅(qū)動(dòng)的不同點(diǎn)還在于在分動(dòng)器內(nèi)沒有設(shè)計(jì)中央差速器，導(dǎo)致不能在硬地面上使用四驅(qū)，特別是在彎道上不能順利轉(zhuǎn)彎。這是因?yàn)橛捎谠诜謩?dòng)器內(nèi)沒有中央差速器，而無法把前后軸的轉(zhuǎn)速調(diào)整所致。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，前輪轉(zhuǎn)彎半徑比同側(cè)的后輪要大，因此前輪的轉(zhuǎn)速要比后輪快，以至四個(gè)車輪走的路線完全不一樣，所以分時(shí)四驅(qū)只可以在車輪打滑時(shí)才掛上四驅(qū)，一回到摩擦力大的鋪裝路面應(yīng)馬上改回兩驅(qū)。
（3）適時(shí)驅(qū)動(dòng)
最后一種適時(shí)四驅(qū)是最近幾年才發(fā)展起來的，它是由電腦芯片控制兩驅(qū)與四驅(qū)的切換。該系統(tǒng)的特點(diǎn)在于它繼承了全時(shí)四驅(qū)與分時(shí)四驅(qū)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又彌補(bǔ)了它們的不足。它能自行識(shí)別駕駛環(huán)境，根據(jù)駕駛環(huán)境的變化控制兩驅(qū)與四驅(qū)兩種模式的切換。在顛簸、多坡多彎等附著力低的路面，車輛自動(dòng)設(shè)定為四輪驅(qū)動(dòng)模式，而在城市路面等較平坦的路況上，車輛會(huì)自行切換為兩輪驅(qū)動(dòng)。
1.2 課題研究的現(xiàn)狀及意義
1.2.1 課題研究的現(xiàn)狀
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，我國已逐步從汽車消費(fèi)大國演變?yōu)槠嚿a(chǎn)大國。汽車市場(chǎng)上以產(chǎn)品主導(dǎo)消費(fèi)的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返。當(dāng)前汽車市場(chǎng)已經(jīng)步入了一個(gè)以私人購車為主導(dǎo)、以個(gè)性化需求為主體的買方市場(chǎng)。這個(gè)市場(chǎng)不僅在當(dāng)前，就是在今后也將是推動(dòng)汽車市場(chǎng)發(fā)展的決定性力量，私人購車已進(jìn)入了爆發(fā)性增長(zhǎng)階段。科技的高速發(fā)展讓人們對(duì)于汽車的認(rèn)識(shí)已不再是簡(jiǎn)單的代步工具。近年來功能強(qiáng)大的SUV越來越受關(guān)注。SUV不僅要具有舒適性，更要具有高的通過性，能夠在各種路況中表現(xiàn)突出。特別是近十幾年來人們對(duì)多軸驅(qū)動(dòng)車輛越來越多的關(guān)注。不同的車輛使用的分動(dòng)器各不相同，不同的廠家生產(chǎn)的分動(dòng)器也各不相同。在民用上，多軸驅(qū)動(dòng)車輛是指越野車和重型載貨車等；在軍用上，多軸驅(qū)動(dòng)車輛是指軍用越野車、輪式戰(zhàn)車、裝甲運(yùn)輸車、坦克裝甲車等絕大多數(shù)軍車。隨著交通條件和道路條件的不斷改善，民用越野車其性能卓越，被一些追求時(shí)尚、熱衷享受的人們所追逐，把其認(rèn)為是一種人類征服大自然的體現(xiàn)。所以目前多軸驅(qū)動(dòng)車輛的民用形式主要為“舒適且充滿樂趣”的越野車。
美國作為汽車工業(yè)的強(qiáng)國，軍用車輛的機(jī)械化和電子化起步較早，其發(fā)展已經(jīng)趨于完善。在經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段后，多軸驅(qū)動(dòng)車輛設(shè)計(jì)技術(shù)在歐美等國家已經(jīng)達(dá)到較高的水平，進(jìn)而分動(dòng)器的研發(fā)和設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。
中國作為發(fā)展中的國家，對(duì)先進(jìn)技術(shù)的渴求越來越強(qiáng)烈。但是由于國際環(huán)境原因，能引進(jìn)的已經(jīng)掌握，而尖端技術(shù)由于國外的保密限制卻無法獲得。在這種情況下，自主研發(fā)是我國進(jìn)一步發(fā)展軍用車輛的唯一途徑。在當(dāng)今復(fù)雜的國際環(huán)境下，一場(chǎng)世界新軍事革命正在發(fā)生，中國要跟上歐美軍事大國的步伐就必須奮起直追，大力發(fā)展自主創(chuàng)新的軍事技術(shù)。同樣，對(duì)軍用車輛技術(shù)也要求進(jìn)一步的創(chuàng)新發(fā)展。分動(dòng)器作為多軸驅(qū)動(dòng)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的核心之一，要求其性能有進(jìn)一步的提高。
1.2.2 課題研究的意義
根據(jù)所給的參數(shù)設(shè)計(jì)出基本結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩分配比合理，傳動(dòng)性能和散熱性能較好的全時(shí)四驅(qū)分動(dòng)器，并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中可以詳細(xì)了解到它的功用，并掌握齒輪和軸設(shè)計(jì)方法，以及正確運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)語言闡述理論和技術(shù)問題。通過綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題；建立正確的設(shè)計(jì)思想；掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序和方法。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行工程實(shí)踐能力的綜合訓(xùn)練，使我們走上工作崗位時(shí)基本具備應(yīng)用技術(shù)解決工程實(shí)際問題的能力?，F(xiàn)代多軸驅(qū)動(dòng)車輛（如越野汽車）越來越受到人們的歡迎，使之得到廣泛的普及。而分動(dòng)器是多軸驅(qū)動(dòng)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量和性能直接影響到傳動(dòng)效果和整車的動(dòng)力性能。這不僅僅體現(xiàn)在民用車上，更重要的是要應(yīng)用到軍事領(lǐng)域。所以要使多軸驅(qū)動(dòng)車輛有較強(qiáng)的綜合性能就要對(duì)其匹配傳動(dòng)性能好的分動(dòng)器。
1.3設(shè)計(jì)完成的主要內(nèi)容
1、了解汽車分動(dòng)器的研究現(xiàn)狀；
2、分動(dòng)器結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)：
3、確定主要零部件（齒輪、軸等）主要設(shè)計(jì)參數(shù)，并對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行校核；
4、其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
5、使用AutoCAD完成工程圖紙；
6、撰寫設(shè)計(jì)說明書。
第2章 分動(dòng)器設(shè)計(jì)的總體方案
分動(dòng)器的功用就是將分動(dòng)器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。分動(dòng)器也是一個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，它單獨(dú)固定在車架上，其輸入軸與分動(dòng)器的輸出軸用萬向傳動(dòng)裝置連接，分動(dòng)器的輸出軸有若干根，分別經(jīng)萬向傳動(dòng)裝置與各驅(qū)動(dòng)橋相連。汽車全輪驅(qū)動(dòng)，可在冰雪、泥沙和無路的地區(qū)地面行駛。
由于現(xiàn)代車輛發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩比較大，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍可輸出較大的轉(zhuǎn)矩，加上變速箱的傳動(dòng)比變化范圍較大，能夠很好地滿足車輛的使用要求，因此，依據(jù)越野車的的主要技術(shù)指標(biāo)、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和車輛行駛條件，來確定分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式的選擇、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取及各大零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)
本設(shè)計(jì)是根據(jù)KIA獅跑2.0L手動(dòng)四驅(qū)越野車二軸式分動(dòng)器而開展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型。分動(dòng)器的主要參數(shù)（中心距、齒輪模數(shù)、軸徑等）選擇可按照變速器的參數(shù)選擇計(jì)算公式進(jìn)行。具體基本性能參數(shù)如表2.1。
表2.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)
項(xiàng) 目
參 數(shù)
最高時(shí)速
171km/h
輪胎型號(hào)
235/60 R16
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
G4GC
最大扭矩
184nm/4500r
最大功率
105kw/6000r
最高轉(zhuǎn)速
6000r/min
整車整備質(zhì)量
1481kg
總質(zhì)量
2020kg
最小輸入轉(zhuǎn)速
900r/min
最小穩(wěn)定車速
4km/h
長(zhǎng)/寬/高尺寸
4350/1840/1730mm
2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析
2.2.1 齒輪形式
齒輪分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。
與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、嚙合重合度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍有復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這對(duì)軸承不利。分動(dòng)器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪。
2.2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式
分動(dòng)器的設(shè)計(jì)類比于變速器和減速器的設(shè)計(jì)，兼起副變速器的作用。其功用是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋。為了增強(qiáng)汽車在不好道路的驅(qū)動(dòng)力，目前，四驅(qū)車一般用2個(gè)檔位的分動(dòng)器，分為高檔和低檔，本設(shè)計(jì)也采用2個(gè)檔位，并設(shè)計(jì)為兩軸式。
2.3 分動(dòng)器基本參數(shù)的確定
2.3.1 傳動(dòng)比的確定
1.確定主減速器傳動(dòng)比
滾動(dòng)阻力系數(shù)： （2.1）式中：——良好瀝青或混凝土路面為0.014
——最高車速
=
=0.035
車輪半徑： mm （2.2）
根據(jù)： （2.3）
式中：——最高車速 171km/h；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率下的轉(zhuǎn)速 6000r/min；
——變速器最高擋傳動(dòng)比 1.0；
——變速器主減速比。
=0.377
=3.62
2.確定分動(dòng)器傳動(dòng)比
汽車爬陡坡時(shí)由于車速不高，空氣阻力可以忽略，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。
故有：，則由最大爬坡度要求的變速器一擋傳動(dòng)比為[1]：
（2.4）式中：m——汽車整備質(zhì)量，1481kg；
g——重力加速度，9.8；
——道路最大阻力系數(shù)，為一般瀝青或混凝土路面滾動(dòng)阻力系數(shù)和最大爬坡度，所以為0.329；
——驅(qū)動(dòng)車輪滾動(dòng)半徑，273.7mm；
——傳遞最大轉(zhuǎn)矩，184N·m；
——主減速比，3.62；
——汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，選為0.98。
=2.00
根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件，求得變速器一擋傳動(dòng)比為：
（2.5）
式中：——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷；
——道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取=0.5~0.6，故選為0.5；
——驅(qū)動(dòng)車輪滾動(dòng)半徑，273.7mm；
——傳遞最大轉(zhuǎn)矩，184N·m；
——主減速比，3.62；
——汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，選為0.98。
綜上所述，
本設(shè)計(jì)中，取。
根據(jù)一檔傳動(dòng)比可求得低檔傳動(dòng)比，即：
（2.6）
式中：——分動(dòng)器低擋傳動(dòng)比；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，900 r/min；
——驅(qū)動(dòng)車輪滾動(dòng)半徑，273.7mm；
——主減速比，3.62；
——汽車的最低穩(wěn)定車速，4 km/h。
=
=2.14
按等比級(jí)數(shù)：
2.3.2 分動(dòng)器中心距的確定
因?yàn)榉謩?dòng)器的設(shè)計(jì)類比于變速器的設(shè)計(jì)。所以對(duì)于分動(dòng)器中心距的確定可參考變速器中心距的計(jì)算方法，初選中心距時(shí)，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
A= （2.7）
式中：——中心距系數(shù)，乘用車：=8.9~9.3，本設(shè)計(jì)中??；
——傳遞最大轉(zhuǎn)矩，184 N·m；
——分動(dòng)器低擋傳動(dòng)比，2.14；
——變速器傳動(dòng)效率，取98%。
A=
=
故本設(shè)計(jì)中初選A=66mm。
2.4本章小結(jié)
本章主要按照獅跑轎車分動(dòng)器的要求，初步確定了齒輪的形式并通過結(jié)構(gòu)確定了傳動(dòng)的形式。通過分析獅跑發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤參數(shù)，對(duì)分動(dòng)器的包括擋位，高低擋傳動(dòng)比和中心距的進(jìn)行了確定?；緟?shù)的確定有便于其他零部件的設(shè)計(jì)選用，為下一步的設(shè)計(jì)計(jì)算奠定基礎(chǔ)。
第3章 分動(dòng)器齒輪的設(shè)計(jì)
對(duì)于分動(dòng)器齒輪的設(shè)計(jì)，主要是對(duì)齒輪的參數(shù)的選擇。并且要考慮到齒輪在分動(dòng)器中的位置安排。為了減少軸的變形，應(yīng)使承受載荷大的低檔齒輪要安裝在離軸承較進(jìn)的地方，高檔齒輪應(yīng)安裝在離兩支撐較遠(yuǎn)處。
3.1 齒輪的參數(shù)
3.1.1模數(shù)
齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取因素又很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量在1.8～14.0t的貨車為2.0～3.5mm；總質(zhì)量大于14.0t的貨車為3.5～5.0mm。對(duì)于乘用車為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，取m=3mm。
3.1.2壓力角及螺旋角
理論上講，對(duì)于乘用車為加大重合度降低噪聲，應(yīng)盡量選取小些的壓力角。例如，、、等。對(duì)于商用車，應(yīng)盡量選取大些的壓力角，這樣可以提高齒輪承載能力。按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為，所以分動(dòng)器齒輪普遍采用的壓力角為。
選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。實(shí)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30°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，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以 15°～25°為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。但螺旋角太大，會(huì)使軸向力及軸承載荷過大。分動(dòng)器斜齒輪的螺旋角的選擇可參考乘用車變速器齒輪螺旋角的選擇。
乘用車兩軸式變速器為20°~25°，故選分動(dòng)器齒輪螺旋角。
3.1.3齒寬
齒寬的選擇既要保證分動(dòng)器的質(zhì)量小，軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強(qiáng)度及工作平穩(wěn)性的要求。齒輪寬度大，承載能力高。但齒輪受載后，由于齒向誤差及軸的撓度變形等原因，沿齒寬方向受力不均勻，因而齒寬不宜太大。
通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來確定齒寬b，，其中為齒寬系數(shù)。
直齒輪取，斜齒輪取。故選分動(dòng)器齒輪齒寬b=7.53=22.5mm。
3.1.4各檔齒輪齒數(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)檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。分配齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意的是，各擋齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。
（1）確定低擋齒輪的齒數(shù)
由于低擋采用斜齒輪傳動(dòng)，
所以齒數(shù)和=
取=13 =29
（2）對(duì)中心距進(jìn)行修正
由于在計(jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的重新計(jì)算中心距A作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。
校核中心距：
（3.1）
=
=67.053mm
取中心距=67mm
修正螺旋角：
=0.94
故，修正后得
（3）對(duì)抵擋齒輪進(jìn)行變位：
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)生根切和湊配中心距以外，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(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。
由幾對(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)和多的齒數(shù)副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)或高度變位時(shí)，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)，故采用得較多。對(duì)斜齒輪傳動(dòng)，還可以通過選擇合適的螺旋角來達(dá)到中心距相同的要求。
端面嚙合角，
其中端面壓力角， 得。 （3.2）
故總變位系數(shù) （3.3）
=
=-0.31
故 ，==
端面中心距變動(dòng)系數(shù)
其中端面模數(shù)， 得 （3.4）
端面齒頂高變動(dòng)系數(shù)
兩齒輪分度圓仍相切，節(jié)圓與分度圓重合。
低擋齒輪參數(shù)如表如表3.1。
表3.1 低擋齒輪基本參數(shù)
序號(hào)
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算公式
1
當(dāng)量齒數(shù)
2
分度圓直徑
41.509mm
mm
3
齒頂高
=3.26mm
1.63mm
4
齒根高
=3.43mm
=5.06mm
5
全齒高
mm
6.69mm
6
齒頂圓直徑
=48.03mm
=95.86mm
7
齒根圓直徑
=34.646mm
=82.477mm
注1：端面齒頂高系數(shù)
注2：徑向間隙系數(shù) 。
（4）確定高擋的齒數(shù)
由于=1.46，=42故取=17，=25
高擋齒輪參數(shù)如表3.2。
表3.2 高擋齒輪基本參數(shù)
序號(hào)
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算公式
1
當(dāng)量齒數(shù)
2
分度圓直徑
=54.281mm
mm
3
齒頂高
3mm
3mm
4
齒根高
3.75mm
3.75mm
5
全齒高
6.75mm
=6.75mm
6
齒頂圓直徑
=60.281mm
=85.825mm
7
齒根圓直徑
=46.781mm
=72.325mm
3.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算
3.2.1齒輪損壞的原因和形式
齒輪在嚙合過程中，輪齒根部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，過渡轉(zhuǎn)角處又有應(yīng)力集中，故當(dāng)齒輪受到足夠大的載荷作用，其根部的彎曲應(yīng)力超過材料的許用應(yīng)力時(shí)，輪齒就會(huì)斷裂。
分動(dòng)器齒輪的損壞形式主要有以下幾種：輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕（齒面疲勞剝落）、齒面磨損以及齒面膠合。當(dāng)輪齒受到足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒在重復(fù)載荷作用下，齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在分動(dòng)器中出現(xiàn)的極少，而后者出現(xiàn)的多些[3]。分動(dòng)器抵擋小齒輪由于載荷大而齒數(shù)少，齒根較弱，其主要破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。
當(dāng)輪齒受到足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒在重復(fù)載荷作用下，齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在分動(dòng)器中出現(xiàn)的極少，而后者出現(xiàn)的多些[3]。分動(dòng)器抵擋小齒輪由于載荷大而齒數(shù)少，齒根較弱，其主要破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。
齒輪工作時(shí)，一對(duì)相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。
齒面點(diǎn)蝕是常用的高擋齒輪齒面接觸疲勞的破壞形式。點(diǎn)蝕使齒形誤差加大而產(chǎn)生動(dòng)載荷，甚至可能引起輪齒折斷。通常是靠近節(jié)圓根部齒面點(diǎn)蝕較靠近節(jié)圓頂部齒面處的點(diǎn)蝕嚴(yán)重；主動(dòng)小齒輪較被動(dòng)大齒輪嚴(yán)重。
1.輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算
（1）直齒輪彎曲應(yīng)力
（3.5）
式中：——計(jì)算載荷（N·mm）；
——應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.65；
——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(duì)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；
——齒寬系數(shù)；
y——齒形系數(shù)。
（2）斜齒輪彎曲應(yīng)力
（3.6）
式中：——計(jì)算載荷（N·mm）；
——斜齒輪螺旋角；
——應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.50；
Z——齒數(shù)；
——法向模數(shù)（mm）；
y——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得；
——齒寬系數(shù)；
——重合度影響系數(shù)，=2.0。
低檔齒輪1，查圖得y=0.125 =313.76MPa
低檔齒輪2，查圖得y=0.120 =146.51MPa
高檔齒輪3，查圖得y=0.126 =238MPa
高檔齒輪4，查圖得y=0.140 =145.67MPa
當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)乘用車常嚙和齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180~350Mpa范圍，所有斜齒輪滿足<[]，故彎曲強(qiáng)度足夠。
2.輪齒接觸應(yīng)力計(jì)算
（3.7）
式中：——輪齒的接觸應(yīng)力（Mpa）；
F——齒面上的法向力（N）， ；
——圓周力（N），；
——計(jì)算載荷（N·mm）；
d——節(jié)圓直徑（mm）；
——節(jié)點(diǎn)處壓力角；
——齒輪螺旋角；
E——齒輪材料的彈性模量，合金鋼取E=；
b——齒輪接觸的實(shí)際寬度（mm）；
、——主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪；、為主、從動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑（mm）。
將上述有關(guān)參數(shù)代入式（3.7），并將作用在變速器第一軸上的載荷/2作為計(jì)算載荷時(shí)，得出：
低擋接觸應(yīng)力；
高擋接觸應(yīng)力；
對(duì)于滲碳齒輪變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力[]，一擋和倒擋[]=1900~2000Mpa，常嚙合齒輪和高擋[]=1300~1400Mpa。故所有齒輪滿足<[]，接觸強(qiáng)度足夠
3.3 分動(dòng)器齒輪材料的選擇
3.3.1齒輪材料的選擇原則
分動(dòng)器齒輪的材料的選擇參考變速器齒輪材料的選擇，應(yīng)參考以下幾種要求：
1.滿足工作條件的要求
在不同的工作條件，對(duì)于齒輪傳動(dòng)要求是不一樣的。故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量輕、傳動(dòng)功率達(dá)和可靠性高的要求。家用及辦公用的機(jī)械的功率很小，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能再少潤(rùn)滑貨物潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。
2.應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。
大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時(shí)，應(yīng)選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時(shí)，對(duì)材料沒有特別的要求。
3. 合理選擇材料配對(duì)
如對(duì)硬度≤ 350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料。
3.3.2齒輪材料的選擇
變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與心部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。
國內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要采用20CrMnTi,滲碳齒輪在淬火、回火后表面硬度為58~63HRC，心部硬度為33~48HRC。
淬火的目的是大幅度提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。回火的作用在于提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定；消除內(nèi)應(yīng)力，以改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸；調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。
3.4．本章小結(jié)
本章主要進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)。主要包括齒輪參數(shù)的選擇、材料的選擇與強(qiáng)度的校核。在齒輪設(shè)計(jì)的過程中，在齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，需全面考慮，其中齒輪的變?yōu)?，這是齒輪設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，目的是為了齒輪正確的嚙合。
第4章 分動(dòng)器軸及軸承的設(shè)計(jì)
4.1 軸的設(shè)計(jì)及校核
4.1.1軸的損壞形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
軸的失效形式主要有因疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的疲勞籪裂、因靜強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的塑性變形或脆性籪裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動(dòng)等。
軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下準(zhǔn)則：
（1）根據(jù)軸的工作條件、生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)性原則，選取適合的材料、毛坯形式及熱處理方法。
（2）根據(jù)軸的受力情況、軸上零件的安裝位置、配合尺寸及定位方式、軸的加工方法等具體要求，確定軸的合理結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，即進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3）軸的強(qiáng)度計(jì)算或校核。對(duì)受力大的細(xì)長(zhǎng)軸（如蝸桿軸）和對(duì)剛度要求高的軸，還要進(jìn)行剛度計(jì)算。在對(duì)高速工作下的軸，因有共振危險(xiǎn)，故應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。
4.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1. 輸入軸直徑初選
軸的材料主要是經(jīng)過軋制或鍛造的碳鋼或合金鋼。通常用的是碳鋼，其中最常用的是45鋼。對(duì)于受力較大或需要限制軸的尺寸或重量或需要提高軸徑的耐磨性以及高低溫、腐蝕等條件下工作的軸，可采用合金鋼。為了提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，可對(duì)軸進(jìn)行各種熱處理或化學(xué)處理，以及表面強(qiáng)化處理。
綜上，從動(dòng)軸同樣選用45鋼，查手冊(cè)得=25～45MPa。
主動(dòng)軸主要受額定轉(zhuǎn)矩T的作用，由于軸上重力而產(chǎn)生的彎矩很小，可以忽略不計(jì)。轉(zhuǎn)動(dòng)零件的各表面都經(jīng)過機(jī)械加工，零件幾何形狀都是對(duì)稱的，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)軸產(chǎn)生的不平衡力矩較小，產(chǎn)生的彎矩可忽略不計(jì)。故軸的強(qiáng)度按轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。
軸的最小直徑可按公式：
≥ （4.1）
來確定。
故本設(shè)計(jì)中取=20mm。
最小段符合要求，其它各段一定符合要求。
初選的軸徑還需要根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)布置和軸承與花鍵、彈性擋圈等標(biāo)準(zhǔn)以及軸的剛度與強(qiáng)度等結(jié)果進(jìn)行修正。
初選軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)是淬火后在400~720℃進(jìn)行高溫回火，用來使鋼獲得高的韌性和足夠的強(qiáng)度。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是要盡量保證軸便于加工，軸上零件易于裝拆；軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定；以及改善受力情況，減少應(yīng)力集中和提高疲勞強(qiáng)度。
圖4.1 輸入軸圖
2.輸出軸的設(shè)計(jì)
如圖4.2。
圖4.2 輸出軸圖
最小直徑估算:
≥4.0~4.6=32~37mm （4.2）
由公式（4.2）得：=35mm
4.1.3 軸的校核
分動(dòng)器在工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔爿S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。因此，在設(shè)計(jì)分動(dòng)器時(shí)，其剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)方案的合理性及變速器的可靠性需對(duì)軸進(jìn)行校核。
應(yīng)當(dāng)對(duì)每個(gè)擋位下的軸的剛度和強(qiáng)度都進(jìn)行驗(yàn)算，因?yàn)閾跷徊煌粌H齒輪的圓周力、徑向力和軸向力不同，而且著力點(diǎn)也有變化。驗(yàn)算時(shí)可將軸看作是鉸接支承的梁，第一軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
1. 計(jì)算各擋齒輪嚙合的圓周力、徑向力及軸向力
（4.3）
式中：i——齒輪的傳動(dòng)比；
d——齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
——節(jié)圓處壓力角；
——螺旋角；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
低擋代入（4.3）式得：
高擋代入（4.3）式得：
2.輸入軸的校核
（1）軸的強(qiáng)度計(jì)算
應(yīng)該校核在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的變速器軸的強(qiáng)度。作用在齒輪上的徑向力和軸向力使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形并產(chǎn)生垂向撓度；而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形并產(chǎn)生水平撓度，則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力為：
（4.4）
（4.5）式中：——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·mm；
d——軸在計(jì)算斷面處的直徑，花鍵處取內(nèi)徑，mm；
——彎曲截面系數(shù)，；
——在計(jì)算斷面處軸的垂向彎矩，N·mm；
——在斷面處軸的水平彎矩，N·mm；
——許用應(yīng)力，在抵擋工作時(shí)取，除此之外，對(duì)軸上的花鍵，應(yīng)驗(yàn)算齒面的擠壓應(yīng)力。
第一軸低檔工作時(shí)強(qiáng)度校核：
,
求H面內(nèi)支反力、和彎矩
輸出軸受力如圖4.3（a）所示，則
+= （4.6）
= （4.7）
由式（4.6）和式（4.7）可得：=6617N，=2386N，=222.993N·m
求V面內(nèi)支反力、和彎矩
輸出軸受力如圖4.3（b）所示，則
+= （4.8）
=+ （4.9）
由式（4.8）和式（4.9）可得：=2037N，=1451N，=135.610N·m
=
=319.76N·m
所以將M=319.76N·m,d=34.64mm代入（4.4）中：
==
=78.34＜[]
受力圖如圖4.3所示：
（a）輸入軸水平方向受力圖 （b）輸入軸垂直方向受力圖
圖4.3 輸入軸受力圖
彎矩圖如圖4.4所示：
（a）輸入軸水平彎矩圖 （b）輸入軸垂直彎矩圖
圖4.4 輸入軸彎矩圖
（2）軸的剛度計(jì)算
對(duì)齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。前者使齒輪中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，如圖4.5所示，致使沿齒長(zhǎng)方向的壓力分布不均勻。
(a)軸在垂直面內(nèi)的變形 (b)軸在水平面內(nèi)的變形
圖4.5 分動(dòng)器軸的變形示意簡(jiǎn)圖
軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按《材料力學(xué)》的有關(guān)公式計(jì)算。計(jì)算時(shí)，僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點(diǎn)近，負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如圖4.6所示時(shí)，若軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，可分別用下式計(jì)算
圖4.6軸的撓度和轉(zhuǎn)角
軸的全撓度為
mm （4.10）
軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為=0.05～0.10mm，=0.10～0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002rad。
由于軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為，，齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002rad。滿足，，，故滿足剛度要求。
3.輸出軸的校核
輸出軸校核方法同輸入軸的校核方法。同理得到H面內(nèi)的彎矩、V面的彎矩分和輸出軸轉(zhuǎn)矩分別為：
H面內(nèi)的彎矩：
N·m
V面內(nèi)的彎矩：
N·m
輸出軸轉(zhuǎn)矩為：
==393.76 N·m
將、 和代入到（4.5）中，得，
M=
=
=459.76 N·m
所以將M=459.76 N·m,d=40mm代入(4.4)中;
<[],故符合強(qiáng)度要求。
4.2 軸承的選用及校核
4.2.1 分動(dòng)器軸承型式的選擇
軸承的功用主要是支撐軸承及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減輕軸與支承之間的摩擦和磨損。軸承分為滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承兩大類。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、摩擦阻力小、效率高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便及易于更換等優(yōu)點(diǎn)。所以變速器軸承多選用滾動(dòng)軸承，即向心球軸承，向心短圓柱滾子軸承，滾針軸承以及圓錐滾子軸承。通常是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)選定，再驗(yàn)算其壽命。
軸承的選用受到結(jié)構(gòu)的限制，并隨所承受載荷的特點(diǎn)不同而不同。本設(shè)計(jì)輸入軸及輸出軸采用圓錐滾子軸承。齒輪內(nèi)孔與軸的配合采用滾針軸承。
4.2.2 軸承的校核
1.輸入軸軸承30205
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：；
；
圓錐滾子軸承受力如圖4.7。
圖4.7 軸承受力圖
其中
內(nèi)部軸向力
；
由于及 所以只需校合軸承A。
又因?yàn)?0.599>e=0.37 所以
當(dāng)量動(dòng)載荷： （4.11）
代入得： ；
軸承壽命用小時(shí)表示比較方便：
（4.12）
式中：——基本額定壽命，h；
——溫度系數(shù)，軸承工作溫度為100℃時(shí)，=1；
——載荷系數(shù)，無沖擊或輕微沖擊；中等沖擊；
C——基本額定動(dòng)載荷，N；
P——?jiǎng)虞d荷，N；
——壽命指數(shù)，對(duì)于滾子軸承=3；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
取=1，=1.2，n=6000r\min，代入（4.12）式得：
；
平均車速；
行駛至大修前的總行駛里程。
對(duì)汽車軸承壽命的要求是轎車30萬km，故該軸承滿足使用要求。
2.輸出軸軸承30207
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：；
；
因?yàn)閑=0.37，故，所以;
，所以；
由公式（4.11）得：，。
取，，代入（4.12）式得：，>
故該軸承滿足使用要求。
4.2.3 軸承的潤(rùn)滑和密封
常用的滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑分為潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油兩種。潤(rùn)滑劑的選擇可按照滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式具體選擇可按速度因數(shù)dn值來定。d代表軸承內(nèi)徑，mm；n代表軸承套圈的轉(zhuǎn)速，r/min，dn值間接地反映了軸頸的圓周速度。
當(dāng)時(shí)，一般滾動(dòng)軸承可采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，超過這一范圍宜采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。由于d=25mm，n=6000r/min，故dn=采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。脂潤(rùn)滑因潤(rùn)滑脂不易流失，故便于密封和維護(hù)，且一次充填潤(rùn)滑脂可運(yùn)轉(zhuǎn)較長(zhǎng)時(shí)間。
采用密封圈對(duì)軸承進(jìn)行密封，工作溫度范圍-40~100℃。密封圈用皮革、塑料或耐油橡膠制成。
4.3 本章小結(jié)
本章主要對(duì)進(jìn)行了軸及軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算，軸的設(shè)計(jì)與校核與軸承校核這部分是重點(diǎn)。通過分析，設(shè)計(jì)出軸的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計(jì)出的軸設(shè)計(jì)出匹配的軸承，達(dá)到正確的裝配關(guān)系，在滿足裝配關(guān)系的條件下還要進(jìn)行強(qiáng)度的校核，以滿足設(shè)計(jì)、使用需要。
第5章 分動(dòng)器其他零件及機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5.1 同步器的設(shè)計(jì)及計(jì)算
該分動(dòng)器的低擋和高擋采用同步器進(jìn)行換擋。同步器雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高，精度要求嚴(yán)，軸向尺寸大以及存在同步環(huán)的使用壽命有待提高等問題，但由于它能保證輕便、迅速、無沖擊、無噪聲換擋，且對(duì)操作技術(shù)無需求，從而有利于提高汽車的加速性、燃料經(jīng)濟(jì)性與行駛安全性，也可延長(zhǎng)齒輪壽命，故在現(xiàn)代轎車上得到了最普遍的應(yīng)用。
鎖環(huán)式同步器有工作可靠，零件耐用等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于鎖止面在鎖環(huán)的接合齒上，會(huì)因齒端磨損而失效，因而主要用于乘用車和總質(zhì)量不大的貨車變速器中。
5.1.1 慣性式同步器的選擇
慣性式同步器能做到換擋時(shí)，在兩換擋元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前不允許換擋，因而能很好地完成同步器的功能和實(shí)現(xiàn)對(duì)同步器的基本要求。按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖銷式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式和多錐片式幾種。雖然它們結(jié)構(gòu)不同，但它們都有摩擦原件、鎖止原件和彈性原件。
本設(shè)計(jì)采用鎖環(huán)式同步器又稱鎖止式、齒環(huán)式或滑塊式，其工作可靠、耐用，因摩擦半面受限，轉(zhuǎn)矩容量不大，適于輕型以下汽車，廣泛用于轎車及輕型客、貨車。
1、鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)
如圖5.1所示，鎖環(huán)示同步器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是同步器的摩擦元件位于鎖環(huán)1或4和齒輪5或8凸肩部分的錐形斜面上。作為鎖止元件是在鎖環(huán)1或4上的齒和做在嚙合套7上的齒的端部，且端部均為斜面稱為鎖止面。彈性元件是位于嚙合套座兩側(cè)的彈簧圈。彈簧圈將置于嚙合套座花鍵上中部呈凸起狀的滑快壓向嚙合套。在不換擋的中間位置，滑快凸起部分嵌入嚙合套中部的內(nèi)環(huán)槽中，使同步器用來換擋的零件保持在中立位置上?；靸啥松烊腈i環(huán)缺口內(nèi)，而缺口的尺寸要比滑快寬一個(gè)接合齒。
2、鎖環(huán)式同步器的工作原理
換檔時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，推嚙合套并帶動(dòng)滑快和鎖環(huán)移動(dòng)，直至鎖環(huán)錐面與被接合齒輪上的錐面接觸為止。之后，因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度差△，致使在錐面上有摩擦力矩，它使鎖環(huán)相對(duì)嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，并由滑快予以定位。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸，使嚙合套的移動(dòng)受阻，同步器處在鎖止?fàn)顟B(tài)，換檔的第一階段工作至此已完成。換檔哪個(gè)力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上，并使摩擦力矩增大，與此同時(shí)在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸接近，在角速度相等的瞬間，同步過程結(jié)束，完成了換檔過程的第二階段工作。之后，摩擦力矩隨之消失，而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位，兩鎖止面分開，同步器解除鎖止?fàn)顟B(tài)，嚙合套上的接合齒在換檔力的作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合，完成換檔。
鎖環(huán)式同步器有工作可靠