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摘要
變速器用于轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)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(duì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)系中，采用了可以改變轉(zhuǎn)速比和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩比的裝置，即變速器。變速器不但可以擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變的情況下，實(shí)現(xiàn)倒車，還能利用空擋暫時(shí)地切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
（1）改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)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(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作。
（2）在發(fā)動(dòng)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(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。
因此變速器通常還設(shè)有倒檔，在不改變發(fā)動(dòng)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(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能保持分離。變速器還應(yīng)能進(jìn)行動(dòng)力輸出。
兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)用圓柱齒輪，因而簡(jiǎn)化了制造工藝。
兩軸式變速器，雖然可以有等于1的傳動(dòng)比，但是仍要有一對(duì)齒輪傳動(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)換入倒檔換檔方式。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直齒輪加工要求不太高，無(wú)軸向力，成本低。但換檔時(shí)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(dòng)規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時(shí)掛入兩個(gè)檔位。
變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
各齒輪副的相對(duì)安排位置，對(duì)于整個(gè)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(gè)方面的要求：
1、 整車總布置
根據(jù)整車的總布置，對(duì)變速器輸入軸與輸出軸的相對(duì)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(shuō)是該車是采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)還是發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)動(dòng)等等，這些問(wèn)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(lái)?yè)Q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(gè)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(shí)，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(gè)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(zhǎng)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(dòng)效率
為提高平均傳動(dòng)效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動(dòng)方案，并盡可能地將使用時(shí)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(guò)多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過(guò)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(dòng)方案如圖2.3所示
傳動(dòng)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(jí)，Z5～Z11為7級(jí)。
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(jiǎn)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(dòng)齒輪節(jié)圓處齒廓曲率半徑；
=，=；
、——主、被動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑；
計(jì)算轉(zhuǎn)矩=時(shí)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(dòng)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(dòng)齒輪取1.1，被動(dòng)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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