畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué) 院 汽車與交通學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào)設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目 12 噸貨車變速器設(shè)計(jì)（變速部分）內(nèi)容及要求：內(nèi)容：1．設(shè)計(jì)參數(shù)：最高車速 95 km/h 最大爬坡度 0.3整車質(zhì)量 5510 kg 最大總質(zhì)量 11510 kg最大扭矩 549/1600（N.m/r/min） 額定功率 125/260（kw/r/min）軸荷分配空載：2725kg（前橋） / 2785kg（后橋）滿載：4000kg（前橋） / 7510kg（后橋） 主減速比 6.25輪胎直徑 7.00T-20 型 輪胎數(shù) 6 個(gè)2．依據(jù)給定參數(shù)完成變速器的設(shè)計(jì)計(jì)算；3．完成變速器傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì);4．撰寫(xiě)論文及英文資料翻譯。要求：1．設(shè)計(jì)機(jī)械式手動(dòng)五檔全同步器式變速器2．使用 CATIA 軟件完成變速器傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)；3．使用 AutoCAD 出工程圖紙。進(jìn)度安排：（共 15 周） 。第 1 ~2 周：調(diào)研、收集資料，完成開(kāi)題報(bào)告;第 3 ~6 周：完成變速器的設(shè)計(jì)計(jì)算;第 7 ~9 周：使用 CATIA 軟件完成變速器傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì);第 10 ~13 周：使用 AutoCAD 軟件完成部分零件圖及裝配圖的工程圖紙。第 14 ~15 周 ：撰寫(xiě)論文，準(zhǔn)備答辯。指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)院院長(zhǎng)（簽字）：年 月 日 年 月 日1開(kāi) 題 報(bào) 告題目名稱 12 噸貨車變速器設(shè)計(jì)（變速部分）題目來(lái)源 A 題目類型 1 導(dǎo)師姓名學(xué)生姓名 專 業(yè) 車輛工程一、課題背景和意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷高速增長(zhǎng)科技的不斷進(jìn)步，公路運(yùn)輸業(yè)出現(xiàn)了一片繁榮景象，貨車保有量持續(xù)快速增長(zhǎng)的同時(shí)其各項(xiàng)性能也日益完善。而現(xiàn)實(shí)是公路交通所消耗的石油資源占全國(guó)石油消耗總量的份額不斷攀升，因此提供給用戶低油耗并具備良好的動(dòng)力性能的貨車產(chǎn)品成為目前商用車企業(yè)追求的主要目標(biāo)之一。對(duì)于貨車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性影響最大的不僅是發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性而且與傳動(dòng)系有這密切的關(guān)系。因此研發(fā)低能耗、高效率的貨車變速器成為業(yè)界的一大科研方向。 對(duì)于手動(dòng)變速器 MT、自動(dòng)變速器 AT、無(wú)級(jí)變速器 CVT、自動(dòng)變速器的手動(dòng)變速器AMT、雙離合變速器 DCT。由于現(xiàn)代仍有很多人喜歡體驗(yàn)手動(dòng)變速器的駕駛樂(lè)趣，而且手動(dòng)變速器價(jià)格合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、效率高、功率大、燃料消耗低，估計(jì)今后手動(dòng)變速器一定還會(huì)繼續(xù)獲得廣泛的應(yīng)用，因此，不斷改進(jìn)手動(dòng)變速器的性能，提高換擋的舒適性，用輕金屬降低變速器的重量，減少內(nèi)部損耗等有重大意義。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，變速器專業(yè)化生產(chǎn)廠家很注重產(chǎn)品系列化，為主機(jī)廠選擇最滿意的變速器提供了極大的方便和靈活性。例如德國(guó) ZF(采埃孚)公司有中心距80、95、105、115、120、143、154mm 7 種基型變速器，適應(yīng)輸入扭矩為 130—1900Nm，檔位數(shù)從 3—17 個(gè)，有各種操縱方式的變速器適應(yīng)不同匹配要求的車輛。日本豐田汽車公司愛(ài)信精機(jī)公司備有中心距 72、78、88、98、135mm 5 種基型組合，286 種變速器供用戶選擇。 國(guó)內(nèi)重型車變速器產(chǎn)品的技術(shù)多源于美國(guó)、德國(guó)、日本幾個(gè)國(guó)家，引進(jìn)技術(shù)多為國(guó)外上世紀(jì) 80～90 年代的產(chǎn)品。作為汽車高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域的重型汽車變速器在國(guó)內(nèi)漫長(zhǎng)的引進(jìn)消化過(guò)程中，如今已有長(zhǎng)足的進(jìn)步，能夠在原有技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改型自行開(kāi)發(fā)出符合配套要求的新產(chǎn)品，每年重型車變速器行業(yè)都能有十幾個(gè)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。但從當(dāng)今重型車變速器的發(fā)展情況來(lái)看，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上國(guó)內(nèi)重型車變速器仍然走的是一般性的開(kāi)發(fā)過(guò)程，沒(méi)有真正的核心技術(shù)產(chǎn)品；從國(guó)內(nèi)重型汽車變速器市場(chǎng)容量來(lái)看，有三分之一的產(chǎn)2品來(lái)自進(jìn)口，而另外三分之二的產(chǎn)品中有 80%以上源自國(guó)外技術(shù)，國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的重型汽車變速器產(chǎn)品銷量很小，從而說(shuō)明國(guó)內(nèi)重型汽車變速器廠家的自主開(kāi)發(fā)能力仍然很薄弱，應(yīng)對(duì)整車新車型配套產(chǎn)品的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而且歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的貨車發(fā)展趨勢(shì)是向兩頭發(fā)展，即發(fā)展超重型汽車和輕型家庭用小貨車，而國(guó)內(nèi)則在發(fā)展中型貨車，這樣可以做到貨物的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式運(yùn)輸。所以在國(guó)內(nèi)對(duì)于中型貨車的變速器的需求量相對(duì)要大。三、課題主要內(nèi)容3.1 設(shè)計(jì)要求：汽車總質(zhì)量：11510Kg最高車速：95km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩：549Nm主減速比：6.25車輪直徑：1018mm 3.2 主要內(nèi)容設(shè)計(jì) 12 噸貨車變速器的變速部分。其中包括各個(gè)變速齒輪的計(jì)算設(shè)計(jì)，軸承的選取和軸的計(jì)算設(shè)計(jì)。四、課題研究方案4.1、總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)據(jù)和參考資料，本次的變速器設(shè)計(jì)采用六檔中間軸式。4.2、設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算在初選中心距、齒輪模數(shù)以后，根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各檔的齒數(shù)，然后計(jì)算各檔齒輪的幾何尺寸，最后對(duì)齒輪進(jìn)行校核。4.2.2 軸承的選取根據(jù)上述齒輪的計(jì)算，選取適當(dāng)?shù)妮S承，之后驗(yàn)算中心距。4.2.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)軸承的參數(shù)，計(jì)算并檢驗(yàn)軸。5、設(shè)計(jì)（畫(huà)圖）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用 catia 畫(huà)圖工具進(jìn)行三維畫(huà)圖，同時(shí)驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果的正確與否。再用 catia 的三維變兩維功能，生成兩維圖紙。36、預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果6.1、保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。6.2、換擋迅速、方便、省力。6.3、變速器有較高的工作效率。6.4、變速器的工作噪聲低。6.5、制造成本降低。五、進(jìn)度安排2013 年 3 月 4 到 3 月 15 日利用兩周的時(shí)間通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，調(diào)研同類相關(guān)產(chǎn)品的參數(shù)和設(shè)計(jì)過(guò)程，合理安排時(shí)間制定變速器設(shè)計(jì)整體方案并做開(kāi)題報(bào)告。2013 年 3 月 18 日到 3 月 29 日利用兩周的時(shí)間通過(guò)給定的數(shù)據(jù)、參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式初選中心距 A，很據(jù)文獻(xiàn)、資料確定變速器的總體設(shè)計(jì)方案。2013 年 4 月 1 日到 4 月 26 日利用四周的時(shí)間選擇適合汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)。根據(jù)其參數(shù)選擇合適的各檔傳動(dòng)比，結(jié)合在校學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)，計(jì)算出變速器各個(gè)齒輪及軸的參數(shù)。3013 年 4 月 29 日到 5 月 24根據(jù)計(jì)算的結(jié)果使用 catia 進(jìn)行三維數(shù)據(jù)建模，并且在建模中檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的正確與否。3013 年 5 月 27 日到 6 月 7 日利用兩周的時(shí)間撰寫(xiě)論文。六、參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)[1] 王予望. 汽車設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社[2] 孫恒，陳作模，葛文杰 機(jī)械原理. 高等教育出版社[3] 濮良貴，紀(jì)名剛 . 機(jī)械設(shè)計(jì). 高等教育出版社[4] 吉林大學(xué)，陳家瑞 . 汽車構(gòu)造. 機(jī)械工業(yè)出版社[5] 鞏云鵬，田萬(wàn)祿，張偉華，黃秋波. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 科學(xué)出版社[6] 趙玉斌. AMT 自動(dòng)換擋技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀. 黑龍江交通科技[7] 葉勤. 汽車自動(dòng)變速器技術(shù)及其發(fā)展[J]. 重慶工學(xué)院報(bào) 2006 年 20 期[8] 向立明. 汽車變速器的發(fā)展歷史及未來(lái)趨勢(shì). 公路與汽車 2007 年 1 期45指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師(簽字): 年 月 日學(xué)院意見(jiàn)學(xué)院院長(zhǎng)(簽字): 年 月 日 填表說(shuō)明: 題目類型: 1、工程設(shè)計(jì)； 2、應(yīng)用研究； 3、理論研究； 4、其它；（選1、2、3、4） 。題目來(lái)源: A、自擬課題； B、民用科研課題；C、國(guó)防科研課題；（選 A、B、C） 。6開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容使用宋體小四字號(hào)。I摘 要汽車變速器用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳送到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是汽車動(dòng)力傳動(dòng)系中最重要的總成之一。變速器的性能對(duì)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性有重要影響，而且在使用中對(duì)其換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與高效性等都有很高的要求。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)應(yīng)用于 12 噸貨車的機(jī)械式變速器。本人負(fù)責(zé)該變速器的變速部分，主要包括一軸、二軸和中間軸以及其上的齒輪的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中首先確定速器總體方案和倒檔布置方案，之后計(jì)算各檔傳動(dòng)比，初選中心距等，然后對(duì)變速器各擋齒輪進(jìn)行齒數(shù)分配、計(jì)算其分度圓，齒頂圓和齒根圓等參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行校核。最后對(duì)變速器軸進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度校核。完成上述計(jì)算任務(wù)后，使用 Catia 軟件根據(jù)計(jì)算參數(shù)對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后利用 Catia 軟件的工程圖紙功能，將所設(shè)計(jì)的三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖紙，并導(dǎo)入 AutoCAD 軟件中繪制標(biāo)準(zhǔn)工程圖紙。關(guān)鍵詞：貨車; 變速器；Catia；AutoCAD； 設(shè)計(jì)計(jì)算；IIABSTRACTAutomobile transmission is used to change the engine is transmitted to the driving wheel torque and speed, is one of the most important vehicle powertrain assembly. Have an important impact on transmission performance of the automobile's power performance and fuel economy, but also the operating reliability of the shift in use and portability, transmission stability and efficiency have the very high request.The graduation design task is to design a mechanical type transmission gearbox used in 12 tons of truck. I am responsible for the transmission part of the transmission, including a shaft, two shaft and intermediate shaft and the gear design. First determine the overall scheme and the reverse gear speed reducer layout design, after the calculation of the gear ratio, the primary center distance, then the transmission of the gear tooth number distribution, calculation of the pitch circle, addendum circle and Chi Genyuan parameter, and carries on the check. At the end of the transmission shaft is calculated, but also the strength and rigidity check. The completion of the task, using the Catia software according to the parameters design of various parts. Finally, using the function of Catia software engineering drawings, three-dimensional model of the designed into a two-dimensional drawings, and imported into AutoCAD software drawing standard drawing.Key words: Transmission;Catia;CAD;Design and Calculation;III目錄1 緒 論 11.1 概述 11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3 本文的主要設(shè)計(jì)工作 42 變速器的總體方案設(shè)計(jì) 52.1 變速器設(shè)計(jì)的基本要求 52.2 變速器傳動(dòng)方案分析與選擇 52.2.1 傳動(dòng)方案的分析 .52.2.2 倒檔布置的方案 .62.3 零部件結(jié)構(gòu)分析 .72.3.1 齒輪形式 72.3.2 檔數(shù) .82.4 本章小結(jié) 83 變速器齒輪的計(jì)算和檢驗(yàn)……………………………………………………………….…93.1 計(jì)算各檔傳動(dòng)比 .93.2 中心距 A .103.3 齒輪基本參數(shù) .113.3.1 模數(shù) 113.3.3 螺旋角 11?3.3.4 齒頂高系數(shù) 123.3.5 齒寬 12b3.4 各擋齒輪的計(jì)算 .123.4.1 確定一擋齒輪的各個(gè)參數(shù) 123.4.2 對(duì)中心距 進(jìn)行修正 13A3.4.3 確定常嚙合齒輪齒數(shù) 133.4.4 常嚙合齒輪的變位系數(shù) 143.4.5 常嚙合齒輪參數(shù) 14 3.4.6 確定二檔齒輪齒數(shù)…………………………………………………………….15IV3.4.7 二檔齒輪的變位系數(shù)……………………….………………………….……153.4.8 二檔齒輪的參數(shù)……………………………………………………………153.4.9 確定三檔齒輪的齒數(shù)….…………………………………………………….163.4.10 三檔齒輪的變位系數(shù)…………………………………………………………163.4.11 三檔齒輪的參數(shù)………………………………………………………………173.4.12 確定五檔齒輪齒數(shù)……………………………………………………………173.4.13 五檔齒輪的變位系數(shù)…………………………………………………………173.4.14 五檔齒輪參數(shù)…………………………………………………………………183.4.15 確定倒檔齒輪各個(gè)參數(shù)………………………………………………………183.5 螺旋方向的選擇……………………………………………………………………….193.6 齒輪材料的選擇原則………………………………………………………………….193.7 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩203.8 齒輪的校核…………………………………………………………………………….213.8.1 輪齒彎曲強(qiáng)度校核….…………………………………………………………213.8.2 輪齒接觸應(yīng)力校核….…………………………………………………………253.9 本章小結(jié)……………………………………………………………………………….294 變速器軸的計(jì)算304.1 變速器二軸的計(jì)算………………………………………………………………… 304.2 變速器中間軸的計(jì)算……………………………………………………………… 304.3 軸的修正…………………………………………………………………………… 304.4 軸的材料選取與工藝要求………………………………………………………….314.5 軸的校核………….………………………………………………………………………….….314.5.1 計(jì)算各檔齒輪的受力………………………………………………………….314.5.2 軸的剛強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………….344.5.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………….…374.6 本章小結(jié)……………………………………………………………………………….395 變速器齒輪的設(shè)計(jì) .405.1 直齒輪的設(shè)計(jì) .405.1.1 一軸常嚙合齒輪 .405.1.2 中間軸常嚙合齒輪 .40V5.1.3 二軸一檔齒輪…………………………………………………………………415.1.4 倒檔軸倒檔齒輪……………………………………………………………425.1.5 二軸倒檔齒輪……………………………………………………………….….425.2 斜齒輪的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………….435.2.1 二軸五檔齒輪………………………………………………………………….435.2.2 中間軸五檔齒輪………………………….……………………………………445.2.3 二軸三檔齒輪……………………………………………………….…………445.2.4 中間軸三檔齒輪…………………………………………………….…………455.2.5 二軸二檔齒輪………………………….………………………………………465.2.6 中間軸二檔齒輪……………………………………………………………….465.4 本章小結(jié)……………………………………….…………………………………476 軸的設(shè)計(jì) 486.1 中間軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………….……………486.2 二軸的設(shè)計(jì)……………………….………………………………………………486.3 倒檔軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….496.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………….497 其余各部件的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….507.1 同步器結(jié)合圈.………………………………………………………………………507.2 二軸墊圈…………………………………………………………………………….507.3 齒輪墊片…………………………………………………………………………….517.4 中間軸鍵…………………………………………………………………………….517.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………….528 變速器的裝配…………………………………………………………………………….538.1 一、二軸的裝配…………………………………………………………………538.2 變速部分的裝配…………………………………………………………………….508.3 變速器的總裝配……………………………………………………………………548.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………55結(jié)論56致謝………………………………………………………………………………………….57參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………58VI附錄…………………………………………………………………………………………59沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文0緒論 1.1 概 述變速器是汽車動(dòng)力總成的重要組成部分，對(duì)整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和舒適性都有重要影響。 汽車變速器，是用于來(lái)協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的實(shí)際行轉(zhuǎn)速的變速裝置，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮的最佳的動(dòng)力及轉(zhuǎn)速性能。汽車變速器可以在汽車行駛過(guò)程中，在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的速比，通過(guò)換擋可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性狀態(tài)下。汽車變速器的發(fā)展趨勢(shì)是結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，自動(dòng)變速器將是未來(lái)汽車變速器的主流。新中國(guó)成立之初，百?gòu)U待興，根本沒(méi)有自己的汽車工業(yè)，生產(chǎn)汽車配件的企業(yè)寥若晨星，更談不上生產(chǎn)汽車變速器。1952 年，國(guó)有企業(yè)仿制原蘇聯(lián)嘎斯 51 型變速器，制造出了中國(guó)第一臺(tái)汽車變速器, 由于缺乏生產(chǎn)設(shè)備,變速器的齒輪齒牙都是工人用鑿子鑿出來(lái)的。20 世紀(jì) 50 年代，隨著新中國(guó)汽車工業(yè)的起步,大批汽車變速器企業(yè)也孕育而生。1955 年，公私合營(yíng)哈爾濱汽車零件制造廠成立。1958 年，大同綜合機(jī)床廠成立。1965 年，國(guó)營(yíng)青山機(jī)械廠成立。1968 年，法士特前身陜西汽車齒輪總廠在寶雞興建，這家年產(chǎn)量世界第一的重型變速器企業(yè)由此誕生。1978 年, 國(guó)家決定在上海興建一條轎車組裝生產(chǎn)線。改革開(kāi)放后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展階段, 汽車行業(yè)實(shí)施“以市場(chǎng)換技術(shù)” 的發(fā)展策略，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)使我國(guó)汽車生產(chǎn)制造能力大幅提高，變速器行業(yè)自然也不例外。20 世紀(jì) 80 年代，我國(guó)汽車業(yè)技術(shù)引進(jìn)、合資合作的浪潮開(kāi)始涌現(xiàn)。1983 年，中國(guó)重型汽車工業(yè)聯(lián)營(yíng)公司引進(jìn)奧地利斯太爾公司卡車制造技術(shù)(含發(fā)動(dòng)機(jī)、 變速器和車橋)，其中配套變速器的任務(wù)交給了陜齒和綦齒。這一舉措大力推進(jìn)了我國(guó)重型汽車變速器的發(fā)展。隨著 20 世紀(jì) 80，90年代微型車變速器行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，重慶青山、哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)公司等主要微型車變速器生產(chǎn)企業(yè)隨之發(fā)展壯大。到 2011 年，我國(guó)汽車市場(chǎng)呈現(xiàn)平穩(wěn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，產(chǎn)銷量每月超過(guò) 120 萬(wàn)輛，平均每月產(chǎn)銷突破 150 萬(wàn)輛，全年汽車銷售超過(guò) 1850 萬(wàn)輛，再次刷新全球歷史紀(jì)錄。早在2009 年我國(guó)汽車變速器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 520 億元人民幣，并且以每年 20%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì) 2015 年有望達(dá)到 1500 億元。對(duì)于目前中國(guó)汽車變速器來(lái)說(shuō)，手動(dòng)變速器已經(jīng)完沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1全國(guó)產(chǎn)化，自動(dòng)變速器也由完全依賴進(jìn)口逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。從 1952 年手工制造出新中國(guó)第一臺(tái)變速器到如今實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、現(xiàn)代化生產(chǎn)，變速器行業(yè)在歷史浪潮的推動(dòng)下不斷向前。可以說(shuō)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展成就了當(dāng)今中國(guó)的變速器行業(yè)，反過(guò)來(lái)，變速器行業(yè)也折射出新中國(guó)成立以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展歷程和輝煌成就。1.2 國(guó) 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀我國(guó)重型商用車特別是重型貨車在最近10年中,取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在產(chǎn)品技術(shù)方面更是出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。前些年，我國(guó)重型貨車主要以駕駛室的更新?lián)Q代為主，新產(chǎn)品重視的是駕駛室造型的新穎性及其內(nèi)部的舒適性。然而，當(dāng)相對(duì)豪華和舒適的駕駛室成為普遍基本屬性的時(shí)候，行業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)不再是“長(zhǎng)相” 而是“內(nèi)涵”。在市場(chǎng)需求發(fā)生重大變化的背景下，近年來(lái)，重型貨車的產(chǎn)品研發(fā)更加注重提升“內(nèi)涵”。在與重型貨車“內(nèi)涵”密切相關(guān)的多種性能中，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性成為用戶關(guān)注的焦點(diǎn)、產(chǎn)品銷售的賣點(diǎn)。因此，各重型貨車企業(yè)都不約而同地將產(chǎn)品研發(fā)的重中之重，轉(zhuǎn)向了底盤(pán)特別是動(dòng)力總成的升級(jí)換代。目前，我國(guó)重型貨車新品動(dòng)力總成方面的變化主要表現(xiàn)在兩點(diǎn)：一是發(fā)動(dòng)機(jī)功率水平正在提高——排量為10L 以上的發(fā)動(dòng)機(jī)裝車率不斷增長(zhǎng)，大排量發(fā)動(dòng)機(jī)成為企業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)；二是重型變速器的應(yīng)用正在增多——輸入扭矩在900 Nm 以上的，或是具有 9個(gè)檔位以上的變速器正在增多,全同步器技術(shù)得到廣泛普及。通過(guò)對(duì)重型貨車新品的觀察及對(duì)市場(chǎng)主流車型的分析發(fā)現(xiàn)，總體而言，我國(guó)重型變速器產(chǎn)品技術(shù)目前呈現(xiàn)多元化發(fā)展局面，即多檔化、輕量化、組合化、自動(dòng)化、系列化、一體化及產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。在重型貨車發(fā)動(dòng)機(jī)向大功率方向發(fā)展的同時(shí)，對(duì)多檔位重型變速器的需求也在與日俱增。一直以來(lái)，我國(guó)中重型商用車所用的變速器幾乎都是7檔、8檔，而采用9檔及以上變速器的商用車少之又少。然而，在近年來(lái)上市的重型貨車新品中，配置9檔變速器的車型明顯增多且配置12檔甚至16檔變速器的車型也在增加，而且比重在不斷擴(kuò)大，增速較快。另一個(gè)特點(diǎn)是，手動(dòng)型變速器仍占有極大比重。另外，市場(chǎng)方面的分析也可以印證重型變速器多檔化的這一發(fā)展局面。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外重型變速器產(chǎn)品分析可知，手動(dòng)機(jī)械式變速器(MT) 是目前多檔位變速器的主流形式。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2隨著節(jié)能減排活動(dòng)的深入展開(kāi)、隨著計(jì)重收費(fèi)政策的廣泛執(zhí)行，要求重型貨車降低整車自身重量的呼聲日益提高。目前，在我國(guó)商用車領(lǐng)域，具有輕量化概念的重型變速器日益增多。在多個(gè)品牌重型貨車上得到較為廣泛應(yīng)用的法士特雙中間軸變速器，是輕量化方面較有代表性的產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)，該公司對(duì)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用的是細(xì)高齒設(shè)計(jì)，齒部為非標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線 K 形齒修形設(shè)計(jì)，主變速器配有高性能的雙錐面同步器。其多檔化雙中間軸變速器，在設(shè)計(jì)上比單中間軸變速器的前進(jìn)檔增了1至2個(gè)檔位。目前，許多企業(yè)均有輕質(zhì)材料重型變速器問(wèn)世。法士特公司研發(fā)出全鋁合金外殼的12檔變速器；大齒公司推出 DC12J180T 型12檔變速器，采用的也是鑄鋁件外殼；中國(guó)重汽新型425寬胎牽引車所采用的鋁合金殼變速器，比原來(lái)的鐵殼變速器減輕約90kg。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外重型商用車變速器產(chǎn)品分析可知，組合式手動(dòng)機(jī)械變速器是目前多檔位變速器的主流形式。因?yàn)?當(dāng)前進(jìn)檔數(shù)超過(guò)6個(gè)時(shí)，出于燃油經(jīng)濟(jì)性的考慮，組合式結(jié)構(gòu)是普遍采用的最佳設(shè)計(jì)方案。組合式手動(dòng)機(jī)械式變速器應(yīng)用比較廣泛的原因是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，而且維修保養(yǎng)也比較容易，但最主要的原因還是使用成本較低、燃油經(jīng)濟(jì)性較好。據(jù)預(yù)測(cè)，到2015年，就整個(gè)歐洲汽車市場(chǎng)而言，配備手動(dòng)機(jī)械式變速器的汽車仍將高達(dá)52%，配備自動(dòng)檔變速器的將占20%。歐洲消費(fèi)者比較喜歡手動(dòng)機(jī)械式變速器與他們一貫崇尚節(jié)能、環(huán)保有關(guān)。用自動(dòng)化控制技術(shù)也是目前重型貨車領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。由于對(duì)重型貨車操縱方便性、駕駛舒適性及燃油經(jīng)濟(jì)性的要求與日俱增，所以，具有操縱方便和省油特點(diǎn)的自動(dòng)換檔變速器， 開(kāi)始在重型貨車領(lǐng)域推廣應(yīng)用。在 手動(dòng)機(jī)械式變速器基礎(chǔ)上加裝電子控制系統(tǒng)誕生的、具有自動(dòng)換檔功能的變速器，是我國(guó)重型貨車領(lǐng)域近年來(lái)重點(diǎn)研發(fā)和推廣的重型變速器之一。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)商用車變速器取得了極大的進(jìn)步，產(chǎn)品陣容不斷擴(kuò)大。但就10檔以上的重型變速器而言，還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善其系列化的型譜。另外，在重型貨車動(dòng)力總成系統(tǒng)更新?lián)Q代的今天，剛剛應(yīng)用不久的自動(dòng)換擋變速器，在我國(guó)重型貨車領(lǐng)域?qū)⒕哂惺謴V闊的發(fā)展空間，未來(lái)幾年將會(huì)出現(xiàn)廣泛普及的趨勢(shì)。然而，開(kāi)發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)換擋變速器產(chǎn)品， 并盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化這一艱巨課題，是我國(guó)重型變速器的必然發(fā)展趨勢(shì)。除此之外，從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)到模塊化電子儀表再到 CAN 總線的應(yīng)用，國(guó)外重型貨車的電子化程度越來(lái)越高。在此情形下，重型沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3商用車動(dòng)力系統(tǒng)的一體化控制，已引起國(guó)內(nèi)外廣泛重視，未來(lái)的趨勢(shì)將是朝著傳動(dòng)系統(tǒng)智能一體化控制的方向發(fā)展。綜上所述，我國(guó)重型商用車變速器的產(chǎn)品技術(shù)總體呈現(xiàn)一種多檔化、輕量化、組合化、自動(dòng)化、系列化、產(chǎn)業(yè)化和一體化的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。在重型變速器的產(chǎn)品構(gòu)成中，傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)械式變速器中的多檔組合式產(chǎn)品，仍將繼續(xù)是市場(chǎng)比重最大的主流產(chǎn)品。1.3 本 文 的 主 要 設(shè) 計(jì) 工 作本次設(shè)計(jì)主要根據(jù)給定的 12 噸貨車的有關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)變速器各部分?jǐn)?shù)據(jù)的選擇和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種符合要求的手動(dòng)五檔變速器。本論文完成以下主要工作：1、 總體方案設(shè)計(jì)，確定變速器的布置形式，倒檔布置方案，和檔數(shù)。2、變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算。包括齒輪中心距的計(jì)算，齒輪各個(gè)參數(shù)的計(jì)算。齒輪材料的選取，齒輪的強(qiáng)度校核。3、變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算。包括軸的直徑及長(zhǎng)度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的材料的選擇，軸的剛度和強(qiáng)度的校核。設(shè)計(jì)中使用 CATIA 軟件完成三維建模，使用 AutoCAD 軟件繪制工程圖紙。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文42 變速器的總體方案設(shè)計(jì)2.1 變 速 器 設(shè) 計(jì) 的 基 本 要 求（1）確定汽車有與之匹配的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性;（2）變速器要有空擋，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸；（3）變速器要有倒檔，使汽車可以方便、安全的倒退行駛；（4）換擋迅速、省力、方便；（5）汽車行駛過(guò)程中，變速器不得跳檔、亂檔以及換擋沖擊過(guò)大等現(xiàn)象發(fā)生；（6）變速器要有較高的工作效率；（7）變速器要有較低的工作噪音。除此之外，變速器還要滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。2.2 變 速 器 傳 動(dòng) 方 案 分 析 與 選 擇2.2.1 傳動(dòng)方案的分析有級(jí)變速器與無(wú)級(jí)的相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，因此在各種類型的汽車上均得到了廣泛的應(yīng)用。其中兩軸式和三軸式變速器得到了最廣泛的應(yīng)用。三軸式變速器的其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔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(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。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，直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距較小的情況下仍然可以獲得較大的一檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：除直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低。兩軸式變速器與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力—傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量減少 6％~l0％。兩軸式變速器則方便于這種布置且使轉(zhuǎn)動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸)與主減速器沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文5主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工藝、降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪(直齒圓柱齒輪) 外，其他檔位均采用常嚙合齒輪(斜齒圓柱齒輪)傳動(dòng)；各檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n的主動(dòng)齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端。兩軸式變速器沒(méi)有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，低檔傳動(dòng)比取值的上限(ig1＝4.0~4.5)也受到較大限制，但這一缺點(diǎn)可通過(guò)減小各高檔傳動(dòng)比同時(shí)增大主減速比來(lái)消除 [2]。兩軸式變速器一般用于前驅(qū)動(dòng)的轎車，三軸式變速器普遍用于后驅(qū)動(dòng)的貨車。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的變速器用于 12 噸貨車，故在結(jié)構(gòu)形式上選擇三軸式變速器,如圖 2.1 所示。1 中間軸；2 第一軸：3 第二軸；4 換檔撥又；5 定位鋼球圖 2.1 載貨汽車的三軸式五檔變速器2.2.2 倒檔布置方案的選擇與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下使用倒檔，采用同步器方式換倒檔。倒擋布置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、倒擋齒輪在非工作位置時(shí) 不得與第二軸的齒輪有嚙合現(xiàn)象；2、換入倒擋時(shí)不得與其他齒輪發(fā)生干涉；3、倒擋軸在變速器殼體上的支承不得與與中間軸的齒輪相碰。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6圖 2.2 倒檔布置方案圖 2.2 為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖 2.2a 方案主要用于小客車上。圖 2.2b 方案用于四擋直齒滑動(dòng)齒輪的變速器上。圖 2.2d 方案是對(duì) c 的修改。圖 2.2e 用于所有前進(jìn)檔都是常嚙合的變速器上。圖 2.1f 也是用于所有前進(jìn)檔都是常嚙合的變速器上。為了充分利用空間，縮短變速器的軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖 2.1g 方案，缺點(diǎn)是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。倒檔結(jié)構(gòu)方案的選擇，應(yīng)根據(jù)其它檔布置情況。力求位置合理并縮短變速器的軸向長(zhǎng)度。綜合以上幾種變速器倒擋布置方案，本文的倒檔結(jié)構(gòu)選擇圖 2.1f 的前進(jìn)擋長(zhǎng)嚙合方案。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文72.3 零 部 件 結(jié) 構(gòu) 分 析2.3.1 齒輪形式變速器用齒輪有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)、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。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。倒擋齒輪用直齒，其他擋齒輪用斜齒輪。2.3.2 檔 數(shù)手動(dòng)變速器的檔數(shù)變化范圍比較廣，一般在 3～20 的范圍內(nèi)。但是大部分手動(dòng)變速器檔位是在 6 檔以下，當(dāng)設(shè)計(jì)需要的檔位數(shù)超過(guò) 6 檔時(shí)，可以在低檔位數(shù)變速器的基礎(chǔ)上，安裝配置副變速器，這樣就可以獲得更多的檔位數(shù)。變速器的檔數(shù)越多，就越能改善汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及平均車速。 在最低檔傳動(dòng)比不變的條件下，增加變速器的檔數(shù)會(huì)使變速器相鄰的低檔高檔之間傳動(dòng)比比值減小，使換檔工作更加容易進(jìn)行。要求相鄰檔位之間的傳動(dòng)比值在 1.8 以下，該值越小換檔工作越容易進(jìn)行。因?yàn)楦邫n使用頻繁，所以又要求高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值小。由于近幾年石油資源的日益枯竭，燃油價(jià)格不斷的上漲，為了提高經(jīng)濟(jì)性，降低油耗，手動(dòng)變速器的檔位數(shù) 增加。目前轎車一般用 4～5 個(gè)檔位，級(jí)別高的轎車變速器多用 5 個(gè)檔，貨車變速器采用 4～5 個(gè)檔位或多檔。裝載質(zhì)量在 2～3．5t 的貨車采用5 檔變速器，裝載質(zhì)量在 4～8t 的貨車采用 6 檔變速器。多檔變速器多用于重型貨車和越野車。由于本論文的變速器是中重型貨車的手動(dòng)變速器，故選用常見(jiàn)的五檔位型式。2.4 本 章 小 結(jié)本章先對(duì)兩軸式和中間軸式變速器的優(yōu)缺點(diǎn)做了對(duì)比，中間軸式變速器在結(jié)構(gòu)工藝性、徑向尺寸、齒輪的壽命、傳動(dòng)效率等都好于兩軸式，重要的是哦中間軸式變速器應(yīng)用在后驅(qū)動(dòng)的汽車上，所以本次設(shè)計(jì)變速器選擇中間軸式；之后又分析并確定了倒檔的布置方案及變速器擋位數(shù)的確定。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文83 變速器齒輪的計(jì)算和檢驗(yàn)3.1 計(jì) 算 各 檔 傳 動(dòng) 比手動(dòng)變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低檔傳動(dòng)比與最高檔轉(zhuǎn)動(dòng)比的比值。最高檔通常是直接檔，傳動(dòng)比為 1.0；有的手動(dòng)變速器最高檔是超速檔，傳動(dòng)比為0.7～0.8。影響最低檔傳動(dòng)比選取的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動(dòng)輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑以及所要求的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前轎車的傳動(dòng)比范圍在 3.0～4.0 之間，輕型貨車在5.0～8.0 之間，其他商用車則更大 [3]。選擇最低擋傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)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)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，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。顧有：（3.1）maxmaxifkF??式中： ——最大驅(qū)動(dòng)力；即 ；maxkF01/RTFe??——滾動(dòng)阻力；即 ；f axcos?fg——最大上坡阻力；即 ；axi mamini把以上參數(shù)入（3.1）得（3.2）?0max0ax1 )sico(TRfgie??以上根據(jù)最大爬坡度確定一擋傳動(dòng)比式中： ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩， ；maxeTNe??549ax沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9——變速器傳動(dòng)比；1i——主傳動(dòng)器傳動(dòng)比， =6.25；0 0i——汽車整車整備質(zhì)量， =5510kg;mm——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，取 0.010；f——傳動(dòng)系機(jī)械效率，取 0.96；?——重力加速度，取 ；g2/8.9sg?——驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)半徑，取 0.509 ；0R——汽車最大爬坡度為 30%，即 ；max? ??7.16max??0max0ax1 )sinco(TRfgie??=2.4896.25.4509.)71si1.(8950???很據(jù)其他同類型變速器的一檔傳動(dòng)比的取值，本次設(shè)計(jì)取 =4.95。1i又因?yàn)槌贀醯膫鲃?dòng)比一般為 0.7 到 0.8 之間，本次設(shè)計(jì)五檔傳動(dòng)比 75.0?i因?yàn)樽兯倨鞲鳈n之間的公比為 n-1 =1.6 所以各擋傳動(dòng)比分別如下：09.32?i1（修正為 1）.4i7053.2 中 心 距 A中心距對(duì)變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。三軸式變速器的中心距 A（mm）可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選：31maxgeAiTK??（3.3）式中： —變速器中心距（mm） ；A—中心距系數(shù)，乘用車： =8.9～9.3，商用車： =8.6～9.6，取 9.0 ；KAKA—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N m） ；axeT—變速器一擋傳動(dòng)比， ；1i 5.41?i沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10—變速器傳動(dòng)效率，取 96% ；g?—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， =549N.m 。 maxeTmaxeT則， 31maxgeAiK??= %965.40.9?=124（ mm）初選中心距 A=124mm。3.3 齒 輪 基 本 參 數(shù)3.3.1 齒輪模數(shù)對(duì)貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應(yīng)該選用大些的模數(shù)；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)。嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開(kāi)線式。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am2.0～3.5mm；總質(zhì)量 大于 14.0t 的貨車為 3.5～5.0mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)am增多，有利于換擋。表 3.1 汽車變速器齒輪法向模數(shù)乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量 V/L 貨車的最大總質(zhì)量 /tam車型1.0＞ V≤1.6 1.6＜V≤2.5 6.0＜ ≤14.0a＞14.0模數(shù) /mmnm2.25～2.75 2.75～3.00 3.50～4.50 4.50～6.00表 3.2 汽車變速器常用齒輪模數(shù)一系列 1.00 1.25 1.5 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 6.00二系列 1.75 2.25 2.75（3.25）3.50（3.75）4.50 5.50 —根據(jù)表 3.1 及 3.2，及出于工藝考慮，模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一，則取一檔直齒輪和倒檔直齒輪的模數(shù)定為 4.5mm，其他斜齒輪模數(shù)定為 4mm。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文113.3.2 壓力角 ?理論上對(duì)于乘用車，為加大重合度降低噪聲應(yīng)取用 14.5°、15° 、16°、16.5°等小些的壓力角；對(duì)商用車，為提高齒輪承載能力應(yīng)選用 22.5°或 25°等大些的壓力角。國(guó)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°。3.3.3 螺旋角 ?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。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。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(duì)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(jiǎn)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。貨車變速器螺旋角：18° ～26°本次設(shè)計(jì)選取 25°3.3.4 齒頂高系數(shù)在齒輪加工精度提高以后，包括我國(guó)在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為 1.00。3.3.5 齒寬 b直齒 ， 為齒寬系數(shù)，取為 4.5～8.0，取 6.0， ；mkc?c mkbc275.46???斜齒 ， 取為 6.0～8.5，取 7.0。n mkbnc23.4 各 擋 齒 輪 齒 數(shù) 的 計(jì) 算沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12圖 3.1 變速器傳動(dòng)示意圖在初選變速器的檔位數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、軸向尺寸及齒輪模數(shù)和螺旋角并繪出變速器的結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖后，即可對(duì)各檔齒輪的齒數(shù)進(jìn)行分配。如圖 3.1 所示為變速器的傳動(dòng)示意圖。應(yīng)該注意的是，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。3.4.1 確定一擋齒輪的各個(gè)參數(shù) 1、中間軸一擋齒輪齒數(shù)，貨車可在 12—17 之間選用，最小為 12—14，取 =1 10Z一檔齒輪為斜齒輪。其傳動(dòng)比為：=1i（3.4）為了求 ， 的齒先求其數(shù)，齒數(shù)和 ， 10Z9 hZ直齒 =2× （3.5）= =55.1 取整為 555.4123 ?即 =42 =13 9Z102、一擋齒輪參數(shù)：分度圓直徑： =4.5×43=193.5mm9n9mzd?=4.5×13=58.5mm1010齒頂圓直徑： =193.5+9=202.5mm9a92ah?=58.5+9=67.5mm1010d齒根圓直徑： =193.5-11=182.25mm99ff??=58.5-11.25=47.25mm10102ffh3.4.2 對(duì)中心距 進(jìn)行修正A因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和 后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的 和齒hZ hZ輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距 ，再以修正后的中心距 作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。A沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13= =123.75mm 取整為 A=124mm。2A0hnZm??5.43.4.3 確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù)由式（3.4）求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比= =4.95× =1.496 （3.6）初選常嚙合齒輪螺旋角度為 25，常嚙合傳動(dòng)齒輪的中心距與一擋齒輪的中心距相等，即??21cos????ZmAn（3.7）(3.8)nZ2121s??=49.95由式（3.6） 、 （3.7）得 =20， =30 則：12=4.96≈ =4.95，與原傳動(dòng)比相差不大。1092gZi??1gi計(jì)算 精確值：A= ?21cos???hnm????87.2413.4.4 常嚙合齒輪變位系數(shù)一檔： =124 A? ?87.24??5.4?n0hZ?2?n?（1）標(biāo)準(zhǔn)中心距： 9.13)87.4cos/(.)cos2/()(1 ????Zmn（2）端面壓力角： ： t??tan?86.1)/rc(t（3）端面嚙合角： ????ttAos?7.2)/ar(?Att（4） 019.38.401.tn?ttiv?2????ttt沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文14(5) 062.tan2))((2121 ???????tt ZivixX?3.4.5 常嚙合齒輪參數(shù)：分度圓直徑： =99.20mm211cos???nmzd87.4s50?= =148.80mm212?n.3齒頂圓直徑： =99.20+9=108.20mma1ahd??=148.80+9=157.80mm22齒根圓直徑： =99.20-2.25=96.95mm11ff?=148.80-11.25=137.55mm22ffhd?3.4.6 確定二擋齒輪的齒數(shù)二擋齒輪為斜齒輪，模數(shù)與一擋齒輪相同，首先的滿足方程式:（3.9）8172Zi?（3.10）??87ncos???mA由式（3.9） 、 （3.10）得： =38， =18. 7Z8的精確值： =25.41°87????87cos2????An 87??3.4.7 二檔齒輪變位系數(shù)二檔： =124 A? ?41.25??4?nm56hZ?20?n?（1）標(biāo)準(zhǔn)中心距： 9.134.cos)cos2/()(87 ?????Zn沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文15（2）端面壓力角： ： t???cos/tan??947.21)rc(t（3）端面嚙合角： ???ttA/os?06.)/ar(??Att（4） 2.38.04.tn?ttiv?5??ttt(5) 0tan2))((2121 ?????tt ZivixX3.4.8 二擋齒輪參數(shù)分度圓直徑： =4×38÷cos25.41=168.28mm87n7cos/m???zd=4×18÷cos25.41=79.71mm88齒頂圓直徑： =168.28+8=176.28mm7a72ah?=79.71+8=87.71mm88d?齒根圓直徑： =168.28-10=158.28mm77ff?=79.71-10=69.71mm882ffh3.4.9 確定三檔齒輪齒數(shù)二擋齒輪為斜齒輪，模數(shù)與一擋齒輪相同，首先滿足方程式:21365Zi?（3.11）??65cos???mAn（3.12）由式（3.11） 、 （3.12） ，得： =31， =25。 5Z6沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文16求 的精確值： =25.41°65????65cos2????ZmAn65?3.4.10 三檔齒輪變位系數(shù)1、三檔： =124 A? ?41.25?4?n56hZ?20?n?（1）標(biāo)準(zhǔn)中心距： 9.123)cos/()(6???Zmn（2）端面壓力角： ： t??tan?47.)/rc(t（3）端面嚙合角： ????ttAos?061.2)/ar(?Att（4） .38.04.tn?ttiv?5????ttt(5) 0tan2))((2121 ????tt ZivixX3.4.11 三擋齒輪參數(shù)：分度圓直徑： = =137.28mm655cos???nmzd41.2s3?= =110.71mm656?n.齒頂圓直徑： =137.28+8=145.28mma52ahd??=110.71+8=118.71mm66齒根圓直徑： =137.28-10=127.28mm55ff?=110.71-10=100.71mm662ffhd?3.4.12 確定五檔齒輪齒數(shù)五擋齒輪為斜齒輪，模數(shù)與一擋齒輪相同，首先滿足方程式沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文172143Zi?（3.13）??43cos???mAn（3.14）由式（3.13） 、 （3.14） ，得： =18， =38，3Z4求螺旋角 的精確值： =25.41°43????43cos2????mAn43?3.4.13 五檔齒輪變位系數(shù)1、五檔： =124 A? ?41.25??4?n56hZ?20?n?（1）標(biāo)準(zhǔn)中心距： 9.123)cos/()(3???Zmn（2）端面壓力角: ?tat?47.)/rc(nt（3）端面嚙合角： ????ttAos?061.2)/ar(?Att（4） .38.04.tn?ttiv?5????ttt(5) 0tan2))((2121 ????tt ZivixX3.4.14 五檔齒輪參數(shù)分度圓直徑： = =79.71mm433cos???nmzd1.25s8?= =168.28mm434?n.齒頂圓直徑： =79.71+8=87.71mma32ahd??沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文18=168.28+8=176.28mm4a42hda??齒根圓直徑： =79.71-10=69.71mm33ff?=168.28-10=158.28mm44ff3.4.15 確定倒擋齒輪各個(gè)參數(shù)倒擋齒輪選用的模數(shù)與一擋相同，倒擋齒輪 的齒數(shù)一般在 21～23 之間，初選13Z后，可計(jì)算出中間軸與倒擋軸的中心距 。初選 =22，則可計(jì)算出中間軸與倒13Z A檔軸的中心距：=78.75mm??1232???mn為保證倒擋齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪 12 和 13 的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm 以上的間隙，則齒輪 11 的齒頂圓直徑 應(yīng)為1eDAe??25.0132（3.15）由公式（3.15）得 mDe103?2.5.41Z取 213?Z計(jì)算倒擋軸和第二軸的中心距 ：A?= =141.75mm??213, zmn????2135.4??倒擋齒輪參數(shù)：分度圓直徑： =42×4.5=189mmnzd14.5×13=58.5mm?m222×4.5=99mmnz13齒頂圓直徑： =189+9=198mm1aahd?沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文19=58.5+9=67.5mm12a12hda??=99+4.5=103.5mm33齒根圓直徑： =189-11.25=177.75mm11ff?=58.5-11.25=47.25mm2ffhd?=99-15.75=83.25 mm1313ff3.5 螺 旋 方 向 的 選 擇由于斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩的同時(shí)要產(chǎn)生軸向力，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要求中間軸上的軸向力平衡。關(guān)于螺旋角的方向，第一、二軸上的齒輪采用左旋，這樣可使一，二軸所受的軸向力直接經(jīng)過(guò)軸承蓋作用在變速器殼體上，而不必經(jīng)過(guò)軸承的彈性檔圈傳遞。中間軸上的齒輪全部采用右旋，因?yàn)橥瑫r(shí)嚙合的兩對(duì)齒輪軸向力方向相反，軸向力可以相互抵消一部分。3.6 齒 輪 材 料 的 選 擇 原 則1、滿足工作條件的要求 不同的工作條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。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、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、考慮加工工藝及熱處理工藝 變速器齒輪滲碳層深度推薦采用下列值：時(shí)滲碳層深度 0.8～1.25.3?法m時(shí)滲碳層深度 0.9～1.3?法時(shí)滲碳層深度 1.0～1.3法表面硬度 HRC58～63；心部硬度 HRC33～48對(duì)于氰化齒輪，氰化層深度不應(yīng)小于 0.2；表面硬度 HRC48～53 [12]。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文20對(duì)于大模數(shù)的重型汽車變速器齒輪，可采用 25CrMnMO，20CrNiM O，12Cr3A 等鋼材，這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶面粒 [5]。3.7 計(jì) 算 各 軸 的 轉(zhuǎn) 矩發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為 650N.m，齒輪傳動(dòng)效率 99%，離合器傳動(dòng)效率 98%，軸承傳動(dòng)效率 96%。Ι 軸： = =549×99%×96%=521.77N.m1T承離 ?axe中間軸： = =521.77×96%×99%×30/20=743.83N.m212?i齒承Ⅱ 軸 ：一擋 =743.83×96%×99%×42/13=2283.96N.m23? 二擋 =743.83×96%×99%×38/18=1492.42N.m1092?iT?三擋 =743.83×96%×99%×31/25=876.60N.m873 四擋 Nm54?五擋 = N.m=743.83×96%×99%×18/38=334.86Nm3T432?i齒承 ?倒擋 =743.83×96%×99%×22/13×42/21=2392.71 N.m10齒承倒檔軸 =743.83×96%×99%×22/13=1196.35N.m42??i 3.8 輪 齒 強(qiáng) 度 校 核變速器齒輪的損壞形式主要有：齒輪折斷、齒面疲勞剝落（點(diǎn)蝕） 、移動(dòng)換檔齒輪端部破壞以及齒面膠合。齒輪折斷發(fā)生在下述幾種情況：齒輪受到足夠大的沖擊載荷作用，造成齒輪彎曲折斷；齒輪在重復(fù)載荷作用下，齒根產(chǎn)生疲勞裂痕，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的極少，而后者出現(xiàn)得多些。齒輪工作時(shí)，一對(duì)齒輪相互齒合，齒面相互擠壓，這時(shí)存在于齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)大，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點(diǎn)，稱之為齒面點(diǎn)蝕。它使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，并可能導(dǎo)致齒輪折斷。用移動(dòng)齒輪的方法完成換擋的低檔和倒檔齒輪，由于換擋時(shí)兩個(gè)進(jìn)入齒合的齒輪沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文21存在角速度差，換擋的瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。負(fù)荷大、齒面相對(duì)滑動(dòng)速度又高的齒輪，在接觸壓力大且接觸產(chǎn)生高溫作用的情況下使齒面間的潤(rùn)滑油膜破壞，導(dǎo)致齒面直接接觸，在局部高溫、高壓作用下齒面相互熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，稱之為齒面膠合。變速器齒輪的這種破壞出現(xiàn)較少。3.8.1 輪齒彎曲強(qiáng)度校核1、直齒輪彎曲應(yīng)力 w?(3.16)yzKmTcfgw32???圖 3.2 齒形系數(shù)圖式中： —彎曲應(yīng)力（MP a） ；w?—計(jì)算載荷（N .mm） ；gT—應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取 =1.65；?K?K—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)f力的影響也不同；主動(dòng)齒輪 =1.1，從動(dòng)齒輪 =0.9；f f—齒寬系數(shù) =7.0cc—齒寬（ mm） ；b—模數(shù)；m—齒形系數(shù)，如圖 4.1。y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)，一、倒擋直齒輪許用gT maxeT彎曲應(yīng)力在 400～850MP a，貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒擋齒輪的許用沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文22應(yīng)力應(yīng)取下限。計(jì)算倒擋齒輪 9，10，11，12 的彎曲應(yīng)力 ， ， ， 9w?101w12?=42， =13， =22， =21， =0.155， =0.125， =0.142， =0.141 9z101z129yyyy=2392.71 N.m， =743.83N.m倒T2T939yKzcfw???倒?33105.7425.61??=544.73MPa 符合范圍 400～850MPa103210yKzmTcfw????= 3310.25.75.468??=829.20MPa 在范圍400 ～850MPa 內(nèi)1312yKzmTcfw???）（?= 331042.75.4969??=567.57MPa 在范圍 400～850MPa 內(nèi)12312yKzmTcfw???）（?= 33104.75.469??=731.88MPa 在范圍 400～850MPa 內(nèi)2、斜齒輪彎曲應(yīng)力 w?（3.17）????KyzmTcngw3os2?式中： —計(jì)算載荷（N·mm） ；gT—法向模數(shù)（mm） ；nm—齒數(shù)；z—斜齒輪螺旋角（° ） ；?沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文23—應(yīng)力集中系數(shù)， =1.50；?K?K—齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) 在圖中查得；y ?3coszn?—齒寬系數(shù) =7.0cc—重合度影響系數(shù)， =2.0。?K?K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)乘用車常嚙合齒輪gT maxeT和高擋齒輪，許用應(yīng)力在 180～350MP a 范圍，對(duì)貨車為 100～250MP a。計(jì)算二擋齒輪 7、8 的彎曲應(yīng)力 ，7w?8=42， =13， =0.165， =0.125，二擋 1492.42N.m7zy8y?32T=743.83N.m， =25.41°， =7.02T87??cK?????yzTcnw73827os??=137.48MPa100～250MP a??Kymzcnw83728os?=233.38MPa100～250MP a計(jì)算三擋齒輪 5、6 的彎曲應(yīng)力 ，5w6=31， =25， =0.162， =0.132， 876.60N.m 5zy6y?3T=743.83N.m， =25.41° =7.02T65??cK?????ymzcnw5365os2??=100.82MPa100～250MP a??KyzTcnw63526os?=159.12MPa100～250MP a計(jì)算五擋齒輪 3、4 的彎曲應(yīng)力 ，3w4