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摘要
變速器用于轉(zhuǎn)變發(fā)動機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同要求的需要。
變速器的功用
在汽車傳動系中，采用了可以改變轉(zhuǎn)速比和傳動轉(zhuǎn)矩比的裝置，即變速器。變速器不但可以擴(kuò)大發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動車輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)汽車在各種條件下行駛的需要，而且能在保持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動方向不變的情況下，實(shí)現(xiàn)倒車，還能利用空擋暫時地切斷發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)的動力傳遞，使發(fā)動機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
（1）改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(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，同時使發(fā)動機(jī)在有利的工況下工作。
（2）在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛。
（3）利用空擋，中斷動力傳遞，以使發(fā)動機(jī)能夠起動、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動力輸出。
因此變速器通常還設(shè)有倒檔，在不改變發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下汽車能倒退行駛；設(shè)有空擋，在滑行或停車時發(fā)動機(jī)和傳動系能保持分離。變速器還應(yīng)能進(jìn)行動力輸出。
兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而發(fā)動機(jī)橫置時用圓柱齒輪，因而簡化了制造工藝。
兩軸式變速器，雖然可以有等于1的傳動比，但是仍要有一對齒輪傳動，因而有功率損失。而三軸式變速器，可以將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接檔，因而傳動效率高，磨損小，噪聲也較小。
目前，汽車上的機(jī)械式變速器的換檔結(jié)構(gòu)形式有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔三種。
本次設(shè)計(jì)方案一、二檔和三、四檔采用同步器換檔，倒檔使用倒檔軸上滑動直齒輪換檔。
倒檔的形式及布置方案
本次設(shè)計(jì)采用輸出軸上直齒滑動換入倒檔換檔方式。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，直齒輪加工要求不太高，無軸向力，成本低。但換檔時容易發(fā)生沖擊，產(chǎn)生噪聲大壽命短。
變速器操縱機(jī)構(gòu)方案分析
變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用是保證各檔齒輪、嚙合套或同步器移動規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時掛入兩個檔位。
變速器傳動方案的設(shè)計(jì)
各齒輪副的相對安排位置，對于整個變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各檔位置的安排，應(yīng)考慮以下四個方面的要求：
1、 整車總布置
根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸與輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。比如說是該車是采用發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)動還是發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)動等等，這些問題都牽連著變速器的設(shè)計(jì)方案。
2、 駕駛員的使用習(xí)慣
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，如下圖b和c。值得注意的是倒檔，雖然它是平常換檔序列之外的一個特殊檔位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。例如在四檔變速器中采用的基本序列組合方案有三種，見圖2.2。其中b和c是倒檔與序列不結(jié)合的方案，即掛檔時，需先換位再掛倒檔。倒檔與序列結(jié)合與不結(jié)合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個撥叉和一根變速滑桿，后者如布置適當(dāng)，則可使變速器的軸向長度縮短。
按習(xí)慣，倒檔最好與序列不結(jié)合。否則，從安全考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。
圖 2.2
根據(jù)以上的要求，本次設(shè)計(jì)的檔位布置方案如圖2.3所示：
圖 2.3
3、 提高平均傳動效率
為提高平均傳動效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動方案，并盡可能地將使用時間最多的檔位實(shí)際成直接檔。
4、 改善齒輪受載狀況
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，以減小軸的變形，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承較遠(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。
本次設(shè)計(jì)傳動方案如圖2.3所示
傳動路線：
Ⅰ檔：一軸→1→2→中間軸→8→7→二軸→5、7齒輪間的同步器→輸出
Ⅱ檔：一軸→1→2→中間軸→6→5→5、7齒輪間的同步器→二軸→輸出
Ⅲ檔：一軸→1→2→中間軸→4→3→1、3齒輪間同步器→二軸→輸出
Ⅳ檔：一軸→1→1、3齒輪間同步器→二軸→輸出
R檔：一軸→1→2→中間軸→10→11→9→二軸→輸出
圖2.4
齒輪精度的選擇
根據(jù)推薦，提高高檔位齒輪的性能，取Z1～Z4為6級，Z5～Z11為7級。
材料選擇
現(xiàn)代汽車變速器的齒輪材料大部分采用滲碳合金鋼，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。本次設(shè)計(jì)的齒輪的材料選用40Cr。
齒輪的損壞形式
變速器齒輪的損壞有以下幾種形式：
（1）輪齒折斷
（2）齒面點(diǎn)蝕
（3）齒面膠合
2、圓柱齒輪強(qiáng)度的簡化計(jì)算方法
（1）接觸強(qiáng)度計(jì)算
用下列公式計(jì)算接觸應(yīng)力
（N/mm2） (3.21)
式中：——法面內(nèi)基圓周切向力，=；
——端面內(nèi)分度圓切向力，=；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N?mm；
——節(jié)圓直徑；
——節(jié)圓壓力角；
——螺旋角；
——輪齒材料的彈性模量；
——齒輪接觸的實(shí)際寬度；
、——主、被動齒輪節(jié)圓處齒廓曲率半徑；
=，=；
、——主、被動齒輪節(jié)圓半徑；
計(jì)算轉(zhuǎn)矩=時的許用應(yīng)力為：
常嚙合齒輪：1300~1400 MPa
一檔及倒檔齒輪：1900~2000 MPa
這里是發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
（2）彎曲強(qiáng)度計(jì)算
直齒輪用下式計(jì)算彎曲應(yīng)力：
= （MPa） (3.22)
斜齒輪用下列公式計(jì)算：
= （MPa） (3.23)
式中：——圓周力，=，N；
——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪取1.65，斜齒輪取1.5；
——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9；
b ——齒面寬
——端面周節(jié)，=；
——法面周節(jié)，=；
——齒形系數(shù)；
——重合度影響系數(shù)，=2.0。
許用應(yīng)力為400-850 MPa（直齒輪），倒檔齒承受雙向交變載荷作用，取下限；100-250 MPa
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