機械式變速器

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1、文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 手動變速器的初步設計 設計要求 本設計的目的是設計一臺用于 5t 中型載貨汽車上的 FR式的手動變速器。 根 據貨車的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉彎半徑、車輛重量、滿載重 量以及最高車速等參數結合自己選擇的適合于該轎車的發(fā)動機型號可以得出發(fā) 動機的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數。根據上述參數，再結合汽車設 計、汽車理論、機械設計等相關知識， 計算出相關的變速器參數并論證設計的合 理性。 設計流程 采用中間軸式變速器

2、變速器傳動機構的確定 倒檔傳動方案的確定 變速器結構方案的確定 齒輪型式的確定 主要零件結構的確定 換檔結構型式的確定 檔數和傳動比的確定 中心距的確定 軸向尺寸的確定 變速器主要參數的選擇 齒輪參數的選擇 各檔傳動比及齒輪齒數的確定 齒輪變位系數的選擇 齒輪彎曲強度的計算 齒輪強度計算與材料選擇 齒輪接觸應力的計算 確定軸的結構和尺寸 軸的強度的計算與校核 變速器軸的校核 同步器的結構的選擇 1文檔來源為 :從網

3、絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 變速器同步器與操縱機構的設計 同步環(huán)主要參數的確定 變速器操縱機構的設計 具體設計方案 一 機械式變速器方案的確定 1. 變速器傳動機構的結構分析與型式選擇 中間軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應用，對比如下表。 優(yōu)點 缺點 中間軸式變速器 直接檔的效率高，磨損及噪 除直接檔外其他各檔 音也最小 , 在齒輪中心距較 的傳動效率有所下 小的情況下仍然可以獲得大 降。 的一檔傳動比。

4、 兩軸式變速器 省去了中間軸，在一般檔位 任何一檔都要經過一 只經過一對齒輪就可以將輸 對齒輪傳動，所以任 入軸的動力傳至輸出軸，所 何一檔的傳動效率又 以傳動效率要高一些。 都不如三軸變速器直 接檔的傳動效率高。 因為設計的汽車采用發(fā)動機前置，后輪驅動，因此這里選擇中間軸式變速器。下面是幾種常用的布置方案。 圖 1-1 中間軸式六檔變速器傳動方案 以上各種方案中， 凡采用常嚙合齒輪傳動的檔位， 其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。 同一變速器中， 有的檔位用同步器換檔， 有的檔位用嚙合套換檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合

5、套換檔。 2. 倒檔傳動方案 下面是幾種常用的倒檔布置方案圖 圖 1-2 變速器倒檔傳動方案 1-2 常用方案 方案分析 1-2b 其優(yōu)點是換倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪， 因而縮短了中間 軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換擋困難。 2文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 1-2c 能獲得較大的倒擋傳動比，缺點是換擋程序不合理。 1-2e 方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體

6、，將其齒寬加長。 1-2f 方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪， 換擋更為輕便。 為了充 分利用空間，縮短變速器軸向長度。 1-2g 其缺點是一檔、 倒擋須各用一根變速器撥叉軸， 致使變速器上蓋中的操縱機構復雜一些。 圖 1-2 為常見的倒擋布置方案。 上表是對相關常用倒檔方案的分析， 本設計采用圖 1-2f 所示的傳動方案。 3．變速器主要零件結構的方案分析 1. 齒輪型式 斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，工作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時稍復雜， 工作時有軸向力。 變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪， 盡管這樣會使常嚙合齒輪數增加，

7、并導致變速器的轉動慣量增大。 直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設計中由于倒檔采用的是常嚙合方案， 因此倒檔也采用斜齒輪傳動方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動。 2. 換檔結構型式 換檔結構分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器三種。 類型 特點 直齒滑動齒輪換檔 直齒滑動齒輪換檔結構簡單、 緊湊，但換檔不輕便、 換檔時齒端面受到很大沖擊、導致齒輪早期損壞、 滑動花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等，除一檔、 倒檔外很少采用。 嚙合套換檔 嚙合套換檔 , 齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動載 荷，提高齒輪的強度和壽命。 結合套換檔結構簡單

8、， 但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔 位上常被使用。 同步器換檔 可保證齒輪在換檔時不受沖擊，同時操縱輕便，縮 3文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 短換檔時間，還有利于實現(xiàn)操縱自動化。其缺點是 結構復雜，制造精度要求高，軸向尺寸增加，銅質 同步環(huán)使用壽命短。目前，同步器廣泛應用于各式 變速器中。 因此本設計采用同步器換擋 自動脫檔是變速器的主要障礙之一。 為解決這個問題，除工藝

9、上采取措施外， 在結構上，目前比較有效的方案有以下幾種： 1．將嚙合套做得長一些（如圖 1-4a ）或者兩接合齒的嚙合位置錯開（圖 1-4b ），這樣在嚙合時使接合齒端部超過被接合齒約 1~3mm。使用中因接觸部分擠壓和磨 損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動脫檔。 2．將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?0.3~0.6mm），這樣，換檔后嚙合套的后 端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫檔（圖 1-5 ）。 3．將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜 20~30），使接合齒 面產生阻止自動脫檔的軸向力（圖 1-6 ）。這種結構方案比

10、較有效，采用較多。 a b 圖 1-4 防止自動脫檔的結構措 此段切薄 圖 1-5 防止自動脫檔的結構措施Ⅱ 4文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 加工成斜面 圖 1-6 防止自動脫檔的結構措施Ⅲ 本設計中所選用的是鎖環(huán)式同步

11、器，該同步器是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的。 但它可以從結構上保證結合套與待嚙合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸， 以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結構如圖 1-7 所示： 圖 1-7 鎖環(huán)式同步器 l、 4- 同步環(huán) ;2- 同步器齒鼓 ;3- 接合套 ;5- 彈簧 ;6—滑塊 ; 7- 止動球 ;8- 卡環(huán) ;9—輸出軸 ;10 、 11- 齒輪 二 變速器主要參數的選擇與主要零件的設計 2.1 變速器主要參數的選擇 1. 檔數和傳動比范圍的確定 近年來，為了降低油耗，變速器的檔數有增加的趨勢。目前，乘用車一

12、般用 4~5 個檔位的變速器。本設計也采用 5 個檔位。 選擇最低檔傳動比時，應根據汽車最大爬坡度、驅動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。 最大爬坡度要求的變速器Ⅰ檔傳動比由下式計算式中 m---- 汽車總質量； g---- 重力加速度； ψmax---- 道路最大阻力系數； rr---- 驅動輪的滾動半徑； Temax---- 發(fā)動機最大轉矩； i0---- 主減速比； η---- 汽車傳動系的傳動效率。 根據驅動車輪與路面的附著條件 求得的變速器 I 檔傳動比為：

13、 式中 G2 ----汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給路面的載荷； φ---- 路面的附著系數，計算時取 φ=0.5~0.6。 中間檔的傳動比理論上按公比為： i q 1 i  g max 的等比數列，實際上與理論上略有出入，因齒數為整數且常用檔位 g min 5文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動機參數的合理匹配。 2. 中心距的確定 中心距對變速器的尺寸及質

14、量有直接影響， 所選的中心距、應能保證齒輪的 強度。三軸式變速器的中心局 A（mm）可根據對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經驗公式初定： 式中 K A---- 中心距系數。對轎車， K A =8.9~9.3；對貨車， K A =8.6~9.6；對多 檔 主變速器， K A =9.5~11； TI max ---- 變速器處于一檔時的輸出扭矩： 3. 軸向尺寸的確定 變速器的橫向外形尺寸，可根據齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機構的布置初步確定。 4. 齒輪參數的選擇 (1)齒輪模數 第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數 mn 一檔直齒輪的模

15、數 m m 0.333 T1max mm (2)齒形、壓力角 α、螺旋角 β和齒寬 b 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表 2-1 選取。 表 2-1 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項目 齒形 壓力角 α 螺旋角 β 車型 轎車 高齒并修形的齒形 14.5， 15， 16 16.5 25~45 一般貨車 GB1356-78 規(guī)定的標準齒形 20 20~30 重型車 同上 低檔、倒檔齒輪 22.5， 25 小螺旋角 根據齒輪模數的大小來選定齒寬： 直

16、齒 b=(4.5~8.0) mm 斜齒 b=(6.0~8.5) mm 2.2 各檔傳動比及其齒輪齒數的確定 1.確定一檔齒輪的齒數 一檔傳動比 為了確定 Z9 和 Z10 的齒數， 先求其齒數和 Z : 6文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 2 A Z = m 2.確定常嚙合齒輪副的齒數 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 由此可得： 3. 根據所得的數據再去確定其他檔位的齒數

17、2.3 齒輪變位系數的選擇 三 變速器齒輪的強度計算與材料的選擇 3.1 齒輪的強度計算與校核 1. 齒輪彎曲強度計算 直齒輪彎曲應力 W 式中， W ---- 彎曲應力（ MPa）； Ft10 ---- 一檔齒輪 10 的圓周力 K ---- 應力集中系數 K f ---- 摩擦力影響系數 b---- 齒寬（ mm） t---- 端面齒距（ mm） y---- 齒形系數，在下圖中

18、選取 齒形系數圖 當處于一檔時，中間軸上的計算扭矩為： （ 1） 斜齒輪彎曲應力 二檔齒輪圓周力： Ft 7 2Tg Ft8 d8 2. 齒輪接觸應力 式中， ---- 齒輪的接觸應力（ MPa）； j F ---- 齒面上的法向力（ N）， F F1 /(cos cos ) ； F1 ---- 圓周力在（ N）， F1 2Tg / d ； ---- 節(jié)點處的壓力角（）； ---- 齒輪螺旋角（

19、）； E ）； ---- 齒輪材料的彈性模量（ MPa b---- 齒輪接觸的實際寬度， 20mm； 7文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . z、 b ---- 主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（ mm）； 直齒輪： 斜齒輪：  z rz sin r sin 2 b br sin / cos z z 其中， rz、 rb 分別為主從動齒輪節(jié)圓半徑（2 m

20、m）。 b rb sin cos 將作用在變速器第一軸上的載荷 Temax 作為計算載荷時，變速器齒輪的許用接 觸應力 j 見下表： 表 3-1 變速器齒輪的許用接觸應力 齒輪 j /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900 ~2000 950~1000 常嚙合齒輪和高檔 1300 ~ 650 ~ 700 1400 通過計算可以得出各檔齒輪的接觸應力 四 變速器軸的強度計算與校核 4.1 變速器軸的結構和尺寸的確定 4.2 軸的校核

21、 1. 第一軸的強度與剛度校核 因為第一軸在運轉的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認為其只 受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強度條件公式為 式中： T ---- 扭轉切應力， MPa； T---- 軸所受的扭矩， N mm； WT ---- 軸的抗扭截面系數， mm3 ； d P---- 軸傳遞的功率， kw； ---- 計算截面處軸的直徑， ； mm [ T ]---- 許用扭轉切應力， 。 MPa 軸的剛度其計算公式為： 式中， T ---- 軸所受

22、的扭矩 G ---- 軸的材料的剪切彈性模量 I P ---- 軸截面的極慣性矩， I p d 4 /32 ； 2. 第二軸的校核計算 8文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 軸的強度校核 計算用的齒輪嚙合的圓周力 Ft 、徑向力 Fr 及軸向力 Fa 可按下式求出： 式中 i ---- 至計算齒輪的傳動比 d ---- 計算齒輪的節(jié)圓直徑 ---- 節(jié)點處的壓力角 ---- 螺旋角

23、 Te max ---- 發(fā)動機最大轉矩 軸的剛度校核 第二軸在垂直面內的撓度 fc 和在水平面內的撓度 fs 可分別按下式計算 式中 , 1 齒輪齒寬中間平面上的徑向力（ N） F ---- F2 ---- 齒輪齒寬中間平面上的圓周力（ N ） E ---- 彈性模量（ ） MPa I ---- 慣性矩（ mm4 ）， Id 4 / 64 ，d 為軸的直徑（ mm ）； a 、b---- 為齒輪坐上的作用力距支座 A、B 的距離（ mm ）； L ----

24、 支座之間的距離（ mm ）。 五 變速器同步器和操縱機構的設計 1. 同步器的結構的選擇 本設計所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器，其結構如下圖 鎖環(huán)式同步器 1 、9- 變速器齒輪 2- 滾針軸承 3 、 8- 結合齒圈 4 、 7- 鎖環(huán)（同步環(huán)） 5- 彈簧 6- 定位銷 10- 花鍵轂 11- 結合套 2. 同步環(huán)主要參數的確定 (1) 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 (2) 錐面半錐角 (3) 摩擦錐面平均半徑 R (4) 錐面工作長度 b (5) 同步環(huán)徑向厚度 9文檔

25、來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . (6) 鎖止角 (7) 同步時間 t 3．變速器操縱機構的設計 如下圖所示六檔變速器操縱機構 攝計變速器操縱機構時，應滿足以下要求： 1．換檔時只允許掛一個檔，這通?？炕ユi裝置來保證。 2．在掛檔的過程中，若操縱變速桿推動撥叉前后移動的距離不足時，齒輪 將不能在完全齒寬上嚙合而影響齒輪的壽命。 為了防止這種情況的發(fā)生， 應設置自鎖裝置。 3． 汽車行進中若誤掛倒檔，變速器齒輪間將發(fā)生極大沖擊，導致零件損壞 ，因此要 設置倒檔鎖。 如下圖變速器自鎖與互鎖結構 1- 自鎖鋼球 2- 自鎖彈簧 3- 變速器蓋 4- 互鎖鋼球 5- 互鎖銷 6- 撥叉軸 10文檔來源為 :從網絡收集整理 .word 版本可編輯 .