喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 奇瑞A3汽車變速驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 摘 要 變速驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的核心組成部分,它們的設(shè)計(jì)水平對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。其任務(wù)是調(diào)節(jié)變換發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，將動(dòng)力有效而經(jīng)濟(jì)地傳至驅(qū)動(dòng)車輪，以滿足汽車的使用要求。前置前驅(qū)的汽車是將變速器和驅(qū)動(dòng)橋安裝在同一殼體內(nèi)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)，主減速器采用一對(duì)圓柱齒輪，使汽車更加輕便和汽車的尺寸更小。本設(shè)計(jì)以現(xiàn)有企業(yè)正在生產(chǎn)的車型奇瑞A3汽車為基礎(chǔ)，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)，著重對(duì)變速器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸、主減速器主，從動(dòng)齒輪、差速器圓錐行星齒輪等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核并對(duì)變速器的傳動(dòng)方案和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而提高汽車的整體性能。 關(guān)鍵詞：變速驅(qū)動(dòng)橋；奇瑞A3；設(shè)計(jì)；行星齒輪；軸承 外文摘要示例 ABSTRACT Transaxle is the core component of drivetrain, The standards of it designing can directly impact the vehicle dynamics, fuel economy, the reliability and portability of shifting, the smoothness and efficiency of Transmiting. Its task is transforming and regulateing the performance of engine, transmission can effectively and economically conveyed the power to the wheel which can meet the requirement of vehicles. The car of FF install the transmission and the driving axle in the same shell, when engine is acrossing, the main reducer adopts a spur gear, it makes the car portability and have smaller size. The design based on the existing enterprises production CHERY A3, In conditions that knowing the engine output torque, speed of engine and maximum speed of vehicles, maximum degree, the structure of main components and the main design parameters are first to confirm focus on the designing of transmission gear structural parameters, axis geometry, gear main, driven of the main reducer , cone planetary differential gear design computation; and then check the life of bearing. as well as the transmission and drive program structure design; thereby enhancing the overall performance of cars. Key words: Transaxle; CHERY A3; Design; Planetary gear; Bearing II 目錄示例 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 國內(nèi)外汽車變速驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法 1 第2章 變速驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu) 3 2.1 變速驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 3 2.1.1 變速器傳動(dòng)方案分析與選擇 3 2.1.2 倒檔布置方案 4 2.1.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 5 2.1.4 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 5 2.1.5 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 5 2.2變速器操縱機(jī)構(gòu)布置方案 6 2.2.1操縱機(jī)構(gòu)概述 6 2.2.2典型操縱機(jī)構(gòu)機(jī)器鎖定裝置 6 2.3 本章小結(jié) 7 第3章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 9 3.1.1 檔數(shù) 9 3.1.2 傳動(dòng)比范圍 9 3.1.3 變速器各檔傳動(dòng)比的確定 9 3.1.4 中心距的選擇 12 3.1.5 變速器的外形尺寸 12 3.1.6 齒輪參數(shù)的選擇 12 3.1.7 各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算 14 3.1.8 變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整 17 3.2 變速器齒輪強(qiáng)度校核 18 3.2.1 齒輪材料的選擇原則 18 3.2.2 變速器齒輪彎曲強(qiáng)度校核 19 3.2.3 齒輪接觸應(yīng)力校核 20 3.2.4 倒擋齒輪的校核 22 3.3 軸的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì) 24 3.4 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 26 3.4.1 軸的剛度計(jì)算 26 3.4.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算 31 3.5軸承選擇與壽命計(jì)算 33 3.6 本章小結(jié) 36 第4章 主減速器設(shè)計(jì)與計(jì)算 37 4.1 主要參數(shù)的選擇 37 4.1.1 主減速比的確定 37 4.1.2 主、從動(dòng)齒輪齒形參數(shù)計(jì)算 37 4.2 主減速器齒輪計(jì)算載荷 37 4.3 主減速器齒輪強(qiáng)度校核 38 4.4 軸承選擇與壽命計(jì)算 40 4.5 主減速器齒輪材料 41 4.6 本章小結(jié) 41 第5章 差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 42 5.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 42 5.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計(jì) 44 5.3 差速器齒輪的材料 46 5.4 普通錐齒輪式差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 46 5.5 本章小結(jié) 47 第6章 同步器及變速驅(qū)動(dòng)橋殼體 48 6.1 變速器同步器 48 6.2 變速驅(qū)動(dòng)橋殼體 52 6.3 本章小結(jié) 51 結(jié)論 52 參考文獻(xiàn) 53 致謝 54 第1章 緒 論 1.1 概述 變速驅(qū)動(dòng)橋一般用于前置前驅(qū)的汽車，變速驅(qū)動(dòng)橋就是將變速器、主減速器和差速器安裝在同一個(gè)外殼。這樣可以有效可以有效地簡化結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，而且取消了傳動(dòng)軸，可以使汽車自重減輕。變速驅(qū)動(dòng)橋用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在各種行駛工況下，滿足汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，對(duì)轎車而言，其設(shè)計(jì)意義更為明顯。 汽車傳動(dòng)系是汽車的核心組成部分，其任務(wù)是調(diào)節(jié)、變換發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，將動(dòng)力有效而經(jīng)濟(jì)地傳至驅(qū)動(dòng)車輪，以滿足汽車的使用要求[1]。變速器驅(qū)動(dòng)橋是完成傳動(dòng)系任務(wù)的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)要求對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。在汽車變速器的設(shè)計(jì)工作開始之前，首先要根據(jù)變速器運(yùn)用的實(shí)際場合來對(duì)一些主要參數(shù)做出選擇。主要參數(shù)包括中心距、變速器軸向尺寸、軸的直徑、齒輪參數(shù)、各檔齒輪的齒數(shù)、主減速器齒輪參數(shù)、差速器的參數(shù)等。 變速驅(qū)動(dòng)橋的基本設(shè)計(jì)要求[2]：保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；設(shè)置空檔，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸；設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛；換檔迅速、省力、方便；工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳檔、亂檔，以及換檔沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn)；工作效率高，噪聲??；在滿載及沖擊載荷條件下，使用壽命長；外形尺寸要小，保證有足夠的離地間隙；除此之外，變速驅(qū)動(dòng)橋還應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便等要求。 1.2 國內(nèi)外汽車變速驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展現(xiàn)狀 機(jī)械式手動(dòng)變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高、制造成本底和工作可靠，具有良好的駕駛樂趣等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。在檔位的設(shè)置方面，國外對(duì)其操縱的方便性和檔位數(shù)等方面的要求愈來愈高。目前，4檔特別是5檔變速器的用量有日漸增多的趨勢。同時(shí)，6檔變速器的裝車率也在日益上升[3]。 1.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法 本次設(shè)計(jì)的變速器驅(qū)動(dòng)橋是以奇瑞A3汽車作為參考，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，主要完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并繪制出變速驅(qū)動(dòng)橋裝配圖及主要零件的零件圖。主要的內(nèi)容包括變速器設(shè)計(jì)和主減速器、差速器的設(shè)計(jì)。 1、對(duì)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與選擇。 通過比較兩軸和中間軸式變速器各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以及所設(shè)計(jì)車輛的特點(diǎn)，確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置形式。 2、變速器主要參數(shù)的選擇 變速器主要參數(shù)的選擇：檔數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、齒輪參數(shù)等。 3、變速器齒輪強(qiáng)度的校核 變速器齒輪強(qiáng)度的校核主要對(duì)變速器的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 4、變速器軸的基本尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算。 對(duì)于軸的強(qiáng)度計(jì)算則是對(duì)軸的剛度和強(qiáng)度分別進(jìn)行校核。 5、變速器軸承的選擇與壽命計(jì)算。 對(duì)變速器軸的支撐部分選用圓錐滾子軸承，壽命計(jì)算是按汽車的大修里程來衡量，轎車的為30萬公里。 6、主減速器設(shè)計(jì)。 前置前驅(qū)的汽車根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的布置形式，主減速器可采用不同的齒輪形式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)，可采用圓柱齒輪，簡化制造工藝，降低成本。主減速器從動(dòng)齒輪軸承載荷及軸承的確定。 7、差速器設(shè)計(jì)。 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇，普通錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計(jì)，差速器齒輪的材料，普通錐齒輪式差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算。 第2章 變速驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu) 2.1 變速驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 變速驅(qū)動(dòng)橋包括變速器、主減速器、差速器等部件。其總體布置方案如圖2.1所示。 1-一檔主動(dòng)齒輪 2-一檔從動(dòng)齒輪 3-二檔主動(dòng)齒輪 4-二檔從動(dòng)齒輪 5-三檔主動(dòng)齒輪 6-三檔從動(dòng)齒輪 7-四檔主動(dòng)齒輪 8-四檔從動(dòng)齒輪 9-五檔主動(dòng)齒輪 10-五檔從動(dòng)齒輪 11-倒檔主動(dòng)齒輪 12-倒檔中間軸齒輪 13-倒檔輸出軸齒輪 14-主減速器主動(dòng)齒輪 15-主減速器從動(dòng)齒輪 16-行星齒輪17-半軸齒輪 18-差速器殼 圖2.1 變速驅(qū)動(dòng)橋布置方案簡圖 2.1.1 變速器傳動(dòng)方案分析與選擇 機(jī)械式變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案主要有兩種：兩軸式變速器和中間軸式變速器。 其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)，故傳動(dòng)效率高，同時(shí)噪聲小。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在工作時(shí)齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞，受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計(jì)的很大。其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)直接輸出動(dòng)力。 而中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。對(duì)不同類型的汽車，具有不同的傳動(dòng)系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對(duì)整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同[4]。而傳動(dòng)系的檔位數(shù)與汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性有著密切的聯(lián)系。就動(dòng)力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì)，提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低燃油消耗率區(qū)下作的能力，降低了油耗。從而能提高汽車生產(chǎn)率，降低運(yùn)輸成木。 綜上所述，由于此次設(shè)計(jì)是中檔轎車變速變速驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)形式屬于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，且可布置變速器的空間較小，對(duì)變速器的要求較高，要求運(yùn)行噪聲小，設(shè)計(jì)車速高，故選用二軸式變速器作為傳動(dòng)方案。選擇5檔變速器，并且五檔為超速檔。 2.1.2 倒檔布置方案 常見的倒檔布置方案如圖2.2所示。圖2.2a采用直齒滑動(dòng)換擋，且利用其他擋位的同步器作為輸出齒輪，圖2.2b方案的優(yōu)點(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難；圖2.1c方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理；圖2.2d方案對(duì)2.2c的缺點(diǎn)做了修改；圖2.2e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長；圖2.1f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔換更為輕便。 由于本次變速驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)的特殊，倒檔傳動(dòng)采用圖2.2a所示方案。 圖2.2 倒檔布置方案 2.1.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。 按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)(又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng))和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。 在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。 2.1.4 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器。本設(shè)計(jì)采用對(duì)稱錐齒輪式差速器。 2.1.5 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 1、齒輪形式 斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)變速器的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪。主減速器采用斜齒圓柱齒輪。 倒擋采用齒輪滑動(dòng)換擋方式，故采用圓柱直齒輪。 差速器齒輪采用直齒圓錐齒輪。 變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動(dòng)支承等方式之一與軸連接。 齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度影響齒輪強(qiáng)度[5]。要求尺寸應(yīng)該大于或等于輪齒危險(xiǎn)斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸要求： (2.1) 式中：——花鍵內(nèi)徑。 齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在μm范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于7級(jí)。 2、軸類零件 變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當(dāng)變速器中心距小，在殼體的同一端面布置兩個(gè)滾動(dòng)軸承有困難時(shí)，輸出軸可以直接壓入殼體孔中，并固定不動(dòng)。 用移動(dòng)齒輪方式實(shí)現(xiàn)換檔的齒輪與軸之間，應(yīng)選用矩形花鍵連接，以保證良好的定心和滑動(dòng)靈活，而且定心外徑及矩形花鍵齒側(cè)的磨削比漸開線花鍵要容易[6]。兩軸式變速器輸入軸和中間軸式變速器中間軸上的高檔齒輪，通過軸與齒輪內(nèi)孔之間的過盈配合和鍵固定在軸上。兩軸式變速器的輸出軸和中間軸式變速器的第二軸上的常嚙合齒輪副的齒輪與軸之間，常設(shè)置有滾針軸承、滑動(dòng)軸承，少數(shù)情況下齒輪直接裝在軸上。此時(shí)，軸的表面粗糙度不應(yīng)低與μm，硬度不低于58～63HRC。因漸開線花鍵定位性能良好，承載能力大且漸開線花鍵的齒短，小徑相對(duì)增大能提高軸的剛度，所以軸與同步器上的軸套常用漸開線花鍵連接。 倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動(dòng)的光軸，并由螺栓固定。行星齒輪軸為光軸，用固定銷固定。 由上述可知，變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件，有的軸上又有矩形或漸開線花鍵，所以設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮裝配上的可能，而且應(yīng)當(dāng)可以順利拆裝軸上各零件。此外，還要注意工藝上的有關(guān)問題。 3、軸承的選擇 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。 滾針軸承、滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較大因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。 由于本設(shè)計(jì)中的變速器為兩軸變速器和差速器都具有較大的軸向力，所以設(shè)計(jì)中變速器輸入軸、輸出軸和差速器的前、后軸承按直徑系列均選用圓錐滾子軸承。 2.2 變速器操縱機(jī)構(gòu)布置方案 2.2.1 操縱機(jī)構(gòu)概述 變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足如下主要要求：換檔時(shí)只能掛入一個(gè)檔位，換檔后應(yīng)使齒輪在全齒長上嚙合，防止自動(dòng)脫檔或自動(dòng)掛檔，防止誤掛倒檔，換檔輕便。變速器操縱機(jī)構(gòu)通常裝在頂蓋或側(cè)蓋內(nèi)，也有少數(shù)是分開的。 2.2.2 典型操縱機(jī)構(gòu)機(jī)器鎖定裝置 (1)、換擋機(jī)構(gòu) 變速器換檔機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。 采用軸向滑動(dòng)直齒齒輪換檔，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，齒輪端部磨損加劇并過早損壞，并伴隨著噪聲。因此，除一檔、倒檔外已很少使用。本設(shè)計(jì)中倒擋采用滑動(dòng)直齒齒輪換擋。 使用同步器能保證換檔迅速、無沖擊、無噪聲，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。本設(shè)計(jì)除倒擋外采用此方式換擋。 (2)、防脫擋設(shè)計(jì) 互鎖裝置是保證移動(dòng)某一變速叉軸時(shí)，其它變速叉軸互被鎖住，該機(jī)構(gòu)的作用是防止同時(shí)掛入兩檔，而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機(jī)構(gòu)有： 互鎖銷式： 圖2.3是汽車上用得最廣泛的一種機(jī)構(gòu)，互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間，用銷子的長度和凹槽來保證互鎖。 圖2.3，a為空檔位置，此時(shí)任一叉軸可自由移動(dòng)。圖2.3中b、c、d為某一叉軸在工作位置，而其它叉軸被鎖住。 圖2.3 互鎖銷式互鎖機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)鎖塊式： 圖2.4為擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu)工作示意圖，鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上，并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi)，此時(shí)，鎖塊的一個(gè)或兩個(gè)突起部分A檔住其它兩個(gè)變速叉軸槽，保證換檔時(shí)不能同時(shí)掛入兩檔。 轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式： 圖2.5為與上述鎖塊機(jī)構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖裝置。操縱桿撥頭置于鉗口中，鉗形板可繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。選檔時(shí)操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時(shí)鉗形板的一個(gè)或兩個(gè)鉗爪抓住其它兩個(gè)變速叉，保證互鎖作用。 操縱機(jī)構(gòu)還應(yīng)設(shè)有保證不能誤掛倒檔的機(jī)構(gòu)。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機(jī)構(gòu)，使司機(jī)在換檔時(shí)因有彈簧力作用，產(chǎn)生明顯的手感。鎖止機(jī)構(gòu)還包括自鎖、倒檔鎖兩個(gè)機(jī)構(gòu)。 自鎖機(jī)構(gòu)的作用是將滑桿鎖定在一定位置，保證齒輪全齒長參加嚙合，并防止自 圖2.4 擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu) 圖2.5 轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖機(jī)構(gòu) 動(dòng)脫檔和掛檔。自鎖機(jī)構(gòu)有球形鎖定機(jī)構(gòu)與桿形鎖定機(jī)構(gòu)兩種類型。 倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對(duì)變速桿施加更大的力，方能掛入倒檔，起到提醒注意的作用，以防誤掛倒檔，造成安全事故。 本次設(shè)計(jì)屬于前置前輪驅(qū)動(dòng)的轎車，操縱機(jī)構(gòu)采用直接操縱方式，鎖定機(jī)構(gòu)全部采用，即設(shè)置自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實(shí)現(xiàn)自鎖，通過互鎖銷實(shí)現(xiàn)互鎖。倒檔鎖采用限位彈簧來實(shí)現(xiàn)，使駕駛員有感覺，防止誤掛倒檔。 2.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了變速驅(qū)動(dòng)橋中的變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型，且簡要分析了各類型機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)所設(shè)計(jì)的變速驅(qū)動(dòng)橋的類型、特點(diǎn)、及功用，對(duì)其傳動(dòng)方式、操縱機(jī)構(gòu)的布置方式、及主要零件的形式，做出了初步的選擇，為后期的設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。 第3章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 整車主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示： 表3.1 整車主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 87.5kw 車輪型號(hào) 205/55R16S 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 147N·m 最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速 6150 r/min 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 4300r/min 最高車速 168km/h 總質(zhì)量 1675kg 前軸載荷 1005kg 3.1.1 檔數(shù) 為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用4～5個(gè)檔位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個(gè)檔。 檔數(shù)選擇的要求： 1、相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下。 2、高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 本次設(shè)計(jì)的轎車變速器為5檔變速器。 3.1.2 傳動(dòng)比范圍 最高檔通常是直接檔，傳動(dòng)比為1.0；有的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)半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前乘用車的傳動(dòng)比范圍在3.0～4.5之間。 本設(shè)計(jì)最高檔傳動(dòng)比為0.769。 3.1.3 變速器各檔傳動(dòng)比的確定 1、主減速器傳動(dòng)比的確定 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為[7]： (3.1) 式中： ——汽車行駛速度(km/h)； ——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)； ——車輪滾動(dòng)半徑(m)； ——變速器傳動(dòng)比； ——主減速器傳動(dòng)比。 已知：最高車速==168km/h；最高檔為超速檔，傳動(dòng)比=0.769；車輪滾動(dòng)半徑由所選用的輪胎規(guī)格205/55R16S，得到=300(mm)；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速==6150(r/min)；由公式(3.1)得到主減速器傳動(dòng)比計(jì)算公式： 根據(jù)燃油經(jīng)濟(jì)性—加速時(shí)間曲線確定主減速比，參考奇瑞A3汽車的變速器，主減速比選為3.938。 2、最低檔傳動(dòng)比計(jì)算 按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角坡道時(shí)，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于或等于此時(shí)的滾動(dòng)阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計(jì)）[8]。用公式表示如下： (3.2) 式中： G ——車輛總重量(N)； ——坡道面滾動(dòng)阻力系數(shù)(對(duì)瀝青路面μ=0.01~0.02)； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(N·m)； ——主減速器傳動(dòng)比； ——變速器傳動(dòng)比； ——為傳動(dòng)效率(0.85~0.9)； R ——車輪滾動(dòng)半徑； ——最大爬坡度(一般轎車要求能爬上30%的坡，大約)。 由公式(3.2)得： (3.3) 已知：m=1675kg；；；r=0.30m； N·m；；g=9.8m/s2；，把以上數(shù)據(jù)代入(3.3)式： 滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一檔發(fā)出最大驅(qū)動(dòng)力時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下： (3.4) 式中： ——驅(qū)動(dòng)輪的地面法向反力，； ——驅(qū)動(dòng)輪與地面間的附著系數(shù)；對(duì)混凝土或?yàn)r青路面可取0.5~0.6之間。 已知：kg；取0.6，把數(shù)據(jù)代入(3.4)式得： 所以，一檔轉(zhuǎn)動(dòng)比的選擇范圍是： 初選一檔傳動(dòng)比為3.514。 3、變速器各檔速比的配置 按等比級(jí)數(shù)分配其它各檔傳動(dòng)比，即： 3.1.4 中心距的選擇 初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[9]： (3.5) 式中： A ——變速器中心距(mm)； ——中心距系數(shù)，乘用車=8.9~9.3； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)距為147(N·m)； ——變速器一檔傳動(dòng)比為3.51； ——變速器傳動(dòng)效率，取96%[10]。 （8.9~9.3）=70.45~73.61mm 轎車變速器的中心距在60～80mm范圍內(nèi)變化。初取A=70mm。 3.1.5 變速器的外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可以根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。 乘用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用： mm 初選長度為238mm。 3.1.6 齒輪參數(shù)的選擇 1、模數(shù) 選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對(duì)于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對(duì)于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。 表3.2 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) 車 型 乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L 貨車的最大總質(zhì)量/t 1.014 模數(shù)/mm 2.25~2.75 2.75~3.00 3.50~4.50 4.50~6.00 轎車模數(shù)的選取以發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為依據(jù)，由表3.2選取一、二和倒擋模數(shù)為，三、四和五擋的模數(shù)。 2、壓力角 壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。 對(duì)于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。對(duì)貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力角[11]。 國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以普遍采用的壓力角為20°。嚙合套或同步器的壓力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。 本變速器為了加工方便，故全部選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°。 3、螺旋角 齒輪的螺旋角對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。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。 試驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(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，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。 本設(shè)計(jì)初選螺旋角全部為22°。 4、齒寬 齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)的受力均勻程度等均有影響。 考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時(shí)雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時(shí)軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會(huì)使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用較大的齒寬，工作中會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬 方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬： 斜齒，取為6.0～8.5，取6.0 mm 直齒，取為4.5～8.0 5、齒頂高系數(shù) 齒頂高系數(shù)對(duì)重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對(duì)滑動(dòng)速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.75～0.80的短齒制齒輪。 在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強(qiáng)度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與1.00的細(xì)高齒。 本設(shè)計(jì)取為1.00。 3.1.7 各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算 在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻[12]。根據(jù)圖3.1確定各檔齒輪齒數(shù)和傳動(dòng)比。 1、一檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定 一檔傳動(dòng)比為： 4 取整得48。轎車可在11～17之間選取，取11，則。則一檔傳動(dòng)比為： 1-一檔主動(dòng)齒輪 2-一檔從動(dòng)齒輪 3-二檔主動(dòng)齒輪 4-二檔從動(dòng)齒輪 5-三檔主動(dòng)齒輪 6-三檔從動(dòng)齒輪 7-四檔主動(dòng)齒輪 8-四檔從動(dòng)齒輪 9-五檔主動(dòng)齒輪 10-五檔從動(dòng)齒輪 11-倒檔主動(dòng)齒輪 12-倒檔中間軸齒輪 13-倒檔輸出軸齒輪 圖3.1 五檔變速器傳動(dòng)方案簡圖 2、對(duì)中心距A進(jìn)行修正 取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。 3、二檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定 (3.6) (3.7) 已知：=72mm，=2.418，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入(3.6)、(3.7)兩式，齒數(shù)取整得：，，所以二檔傳動(dòng)比為： 4、計(jì)算三檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 (3.8) (3.9) 已知：=72mm，=1.664，=2.5，；將數(shù)據(jù)代入(3.8)、(3.9)兩式，齒數(shù)取整得：，，所以三檔傳動(dòng)比為： 5、計(jì)算四檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 (3.10) (3.11) 已知：=72mm，=1.145，=2.5，；將數(shù)據(jù)代入(3.10)、(3.11)兩式，齒數(shù)取整得：，，所以四檔傳動(dòng)比為： 6、計(jì)算五檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 (3.12) (3.13) 已知：=72mm，=0.769，=2.5，；將數(shù)據(jù)代入(3.12)、(3.13)兩式，齒數(shù)取整得：，，所以五檔傳動(dòng)比為： 7、計(jì)算倒檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 初選倒檔軸上齒輪齒數(shù)為=23，輸入軸齒輪齒數(shù)=12，為保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉齒輪11和齒輪13的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，即滿足以下公式： (3.14) 已知：，，把數(shù)據(jù)代入(3.14)式，齒數(shù)取整，解得：，則倒檔傳動(dòng)比為： 輸入軸與倒檔軸之間的距離： mm 取49mm 輸出軸與倒檔軸之間的距離： mm取82mm 3.1.8 變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整 采用變位齒輪的原因：配湊中心距；提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；降低齒輪的嚙合噪聲[13]。 為了降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著檔位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二檔和倒檔齒輪，應(yīng)該選用較大的值。 為了減小軸向力，抵檔選用較小的螺旋角，一檔選，二檔選；為了增加重合度，減小噪聲，三檔、四檔、五檔選用較大的螺旋角，都選為。 1、一檔齒輪的變位 查機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪變位系數(shù)表得到：； =0.460； =0.041； 2、其它各檔齒輪的變位 采用與一檔齒輪變位的方法和公式 二檔變位系數(shù)：； =0.327； =–0.019； 三檔變位系數(shù)：； =0.253； =–0.241； 四檔變位系數(shù)：； =0.065； =–0.054； 五檔變位系數(shù)：； =0.129； =–0.118； 倒檔變位系數(shù)：； =0.374； =0.123；=-0.031 ； 3.2 變速器齒輪強(qiáng)度校核 3.2.1 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。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵；中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常采用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，再進(jìn)行切削加工即可；硬齒面齒輪（硬度>350HBS）常采用低碳合金鋼切齒后再表面滲碳淬火或中碳鋼（或中碳合金鋼）切齒后表面淬火，以獲得齒面、齒芯韌的金相組織，為消除熱處理對(duì)已切輪齒造成的齒面變形需進(jìn)行磨齒。但若采用滲氮處理，其齒面變形小，可不磨齒，故可適用于內(nèi)齒輪等無法磨齒的齒輪。 變速器齒輪滲碳層深度推薦采用下列值[14]： mn≤3.5時(shí)滲碳層深度0.8～1.2； mn≥3.5時(shí)滲碳層深度0.9～1.3； mn≥5時(shí)滲碳層深度1.0～1.3。 表面硬度HRC58～63；心部硬度HRC33～48[15]。 應(yīng)選用硬齒面齒輪組合，所有齒輪均選用20CrMnTi滲碳后表面淬火處理，硬度為58～62HRC。 3.2.2 變速器齒輪彎曲強(qiáng)度校核 齒輪彎曲強(qiáng)度校核（斜齒輪） (3.15) 式中： ——圓周力(N)，； ——計(jì)算載荷(N·mm)； ——節(jié)圓直徑(mm)， ，為法向模數(shù)(mm)； ——斜齒輪螺旋角； ——應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50； ——齒面寬(mm)； ——法向齒距，； ——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在齒形系數(shù)圖3.2中查得； ——重合度影響系數(shù)，=2.0。 將上述有關(guān)參數(shù)據(jù)代入公式(3.15)，整理得到 (3.16) 一檔齒輪校核： 主動(dòng)齒輪： 圖3.2 齒形系數(shù)圖 已知： N·mm；；；mm；；； ；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.209，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得： MPa 從動(dòng)齒輪： 已知：N·mm；；；mm；；；；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.199，把以上數(shù)據(jù)代入(3.16)式，得： MPa 對(duì)于轎車當(dāng)計(jì)算載荷取變速器輸入軸最大轉(zhuǎn)距時(shí)，其許用應(yīng)力不超過180~350MPa，對(duì)于一檔合適。 同理對(duì)二三四五擋進(jìn)行校核，均合適。 3.2.3 齒輪接觸應(yīng)力校核 (3.17) 式中： ——輪齒接觸應(yīng)力(MPa)； ——齒面上的法向力(N)，； ——圓周力(N)，； ——計(jì)算載荷(N·mm)；為節(jié)圓直徑(mm)； ——節(jié)點(diǎn)處壓力角，為齒輪螺旋角； ——齒輪材料的彈性模量(MPa)； ——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，； 、 ——主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)。 表3.3 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力 齒輪 /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900-2000 950-1000 常嚙合齒輪和高檔齒輪 1300-1400 650-700 將作用在變速器第一軸上的載荷作為作用載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力[]見表3.3： 一檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知：N·mm；；；MPa； mm； mm； mm； N 由于作用在兩齒輪上的力為作用力與反作用力，故只計(jì)算一個(gè)齒輪的接觸應(yīng)力即可，將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷，將以上數(shù)據(jù)代入(3.17)得： MPa 同理校核其他檔位。 以上各檔變速器齒輪的接觸應(yīng)力均小于齒輪的許用接觸應(yīng)力[]，所以各檔均合格。 3.2.4 倒擋齒輪的校核 (1)齒輪彎曲強(qiáng)度校核(直齒輪) (3.18) 式中： ——圓周力(N)，； ——計(jì)算載荷(N·mm)； ——節(jié)圓直徑(mm)，； ——應(yīng)力集中系數(shù)，=1.65； ——摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪=1.1，從動(dòng)齒輪=0.9； ——齒面寬(mm)； ——法向齒距，； ——齒形系數(shù)，在齒形系數(shù)圖3.2中查得； 將上述有關(guān)參數(shù)據(jù)代入公式(3.18)，整理得到 (3.19) 主動(dòng)齒輪： 已知： N·mm；；mm；；；；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.209，把以上數(shù)據(jù)代入(3.19)式，得： MPa 從動(dòng)齒輪： 已知：N·mm；；mm；；；；，查齒形系數(shù)圖3.2得：y=0.197，把以上數(shù)據(jù)代入(3.19)式，得： MPa 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)，一倒擋直齒輪彎曲應(yīng)力在400Mpa~850Mpa。 (2)輪齒接觸應(yīng)力校核 (3.20) 式中： ——輪齒接觸應(yīng)力(MPa)； ——齒面上的法向力(N)，； ——圓周力(N)，； ——計(jì)算載荷(N·mm)；為節(jié)圓直徑(mm)； ——節(jié)點(diǎn)處壓力角； ——齒輪材料的彈性模量(MPa)； ——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， 、 ——主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)。 主動(dòng)齒輪： 已知：N·mm；； MPa； mm； mm； mm; N ===5.75 ===18.43 由于作用在兩齒輪上的力為作用力與反作用力，故只計(jì)算一個(gè)齒輪的接觸應(yīng)力即可，將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷，將以上數(shù)據(jù)代入(3.20)可得： MPa 齒輪的接觸應(yīng)力小于齒輪的許用接觸應(yīng)力[]=2000Mpa。 3.3 軸的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì) 變速器在工作時(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)閯偠炔蛔銜?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、耐磨性等均有不利影響。對(duì)于階梯軸來說，設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證工藝簡單，階梯應(yīng)盡可能少[16]。 在已知兩軸式變速器中心距時(shí)，軸的最大直徑和支承距離的比值可在以下范圍內(nèi)選?。簩?duì)輸入軸，=0.16～0.18；對(duì)輸出軸，0.18～0.21。 輸入軸花鍵部分直徑(mm)可按下式初選?。? (3.21) 式中：——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=4.0～4.6； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N.m)。 輸入軸花鍵部分直徑： =22.58～25.19mm 初選輸入、輸出軸支承之間的長度=260mm。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定軸的最小直徑： (3.22) 式中：d——軸的最小直徑(mm)； ——軸的許用剪應(yīng)力(MPa)； P——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率(kw)； n——發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min)。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.22)式，得： mm 所以，選擇軸的最小直徑為24mm。 根據(jù)軸的制造工藝性要求[17]，將軸的各部分尺寸初步設(shè)計(jì)如圖3.3、3.4所示： 圖3.3 輸入軸各部分尺寸 圖3.4 輸出軸各部分尺寸 3.4 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 3.4.1 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，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。 圖3.5 變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角 當(dāng)變速器在一二三四擋和倒擋時(shí)，軸的撓度和轉(zhuǎn)角如圖3.5所示，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δ，可分別用下式計(jì)算： (3.23) (3.24) (3.25) 式中： ——齒輪齒寬中間平面上的徑向力(N)； ——齒輪齒寬中間平面上的圓周力(N)； ——彈性模量(MPa)，=2.1×105MPa； ——慣性矩(mm4)，對(duì)于實(shí)心軸，； ——軸的直徑(mm)，花鍵處按平均直徑計(jì)算； 、 ——齒輪上的作用力距支座、的距離(mm)； ——支座間的距離(mm)。 軸的全撓度為mm。 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。 1、變速器輸入軸和輸出軸的剛度校核 (1)軸上受力分析 一檔工作時(shí)： N N N 輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 已知：a=145mm；b=17mm；L=162mm；d=30mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mm mm rad 輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=134mm；b=72mm；L=212mm；d=45mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mm；mm rad 二檔工作時(shí)： N N N 輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 已知：a=88mm；b=74mm；L=162mm；d=40mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mmmm rad 輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=88mm；b=122mm；L=210mm；d=35mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mmmm rad 三檔工作時(shí)： N N N 輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 已知：a=70；b=92mm；L=1623mm；d=32mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： =mm mmmm rad 輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=70mm；b=140mm；L=210mm；d=330mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mmmm rad 四檔工作時(shí)： N N N 輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 已知：a=23mm；b=139mm；L=162mm；d=27mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mmmm rad 輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=23mm；b=197mm；L=210mm；d=33mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mmmm mm 倒檔工作時(shí)： 由于倒擋齒輪采用直齒圓柱齒輪，所以當(dāng)汽車掛入倒擋時(shí)，軸只承受徑向力 N N 輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 已知：a=230mm；b=33mm；L=263mm；d=32mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.25)得到： mm mm 輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=112mm；b=90mm；L=210mm；d=37mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到： mm mm 由以上可知道，變速器在各檔工作時(shí)均滿足剛度要求。 3.4.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算 變速器在一檔工作時(shí)： 對(duì)輸入軸校核： 一檔工作時(shí)： N N N a=145mm；b=17mm；L=162mm；d=30mm 1、垂直面內(nèi)支反力 對(duì)B點(diǎn)取矩，由力矩平衡可得到C點(diǎn)的支反力，即： (3.26) 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.26)式，解得：=371.2N 同理，對(duì)A點(diǎn)取矩，由力矩平衡公式可解得： 2、水平面內(nèi)的支反力 由力矩平衡和力的平衡可知： (3.27) (3.28) 將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入(3.27)、(3.28)兩式，得到： 3、計(jì)算垂直面內(nèi)的彎矩 B點(diǎn)的最大彎矩為： N·mm N·mm N·mm B點(diǎn)的最小彎矩為： N·mm 4、計(jì)算水平面內(nèi)的彎矩 N·mm 5、計(jì)算合成彎矩 N·mm N·mm 軸上各點(diǎn)彎矩如圖3.6所示： 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，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力之后，計(jì)算相應(yīng)的彎矩、。軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩的同時(shí)作用下，其應(yīng)力為 (3.29) 式中：(N.m)； ——軸的直徑(mm)，花鍵處取內(nèi)徑； ——抗彎截面系數(shù)(mm3)。 將數(shù)據(jù)代入(3.29)式，得： MPa MPa 在低檔工作時(shí)，400MPa，符合要求。 同理對(duì)輸出軸進(jìn)行校核，均滿足。 圖3.6 輸入軸的彎矩圖 3.5 軸承選擇與壽命計(jì)算 軸承的使用壽命可按汽車以平均速度行駛至大修前的總行駛里程S來計(jì)算，對(duì)于汽車軸承壽命的要求是轎車30萬公里，貨車和大客車25萬公里。 式中，，h 初選軸承型號(hào)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇30305型號(hào)軸承KN，KN。 1、變速器一檔工作時(shí) N，N 軸承的徑向載荷：=371.2N；N 軸承內(nèi)部軸向力： 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：Y=2 N N N 所以 N N 計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到 ，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到； ，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到 當(dāng)量動(dòng)載荷： N N 為支反力。 h 表3.4 變速器各檔的相對(duì)工作時(shí)間或使用率 車型 檔 位 數(shù) 最高檔 傳動(dòng)比 /% 變速器檔位 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 轎 車 普通 級(jí) 以下 3 1 1 30 69 — — 4 1 0.5 3 20 76.5 — 4 <1 1 8 23 68 — 中 級(jí) 以 上 3 1 1 22 77 — — 4 1 0.5 2 10.5 87 — 4 <1 0.5 3 20 76.5 — 5 1 0.5 2 4 18.5 75 5 <1 0.5