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摘 要
從十八世紀(jì)工業(yè)革命開始到現(xiàn)在，人類科技可以說(shuō)是突飛猛進(jìn)。而汽車作為現(xiàn)今我們最常用的交通代步工具，其發(fā)展也是日新月異，新興的高科技技術(shù)層出不窮，而變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)不可或缺的部分，有很多發(fā)展創(chuàng)新的空間。本設(shè)計(jì)目的旨在于對(duì)金杯閣瑞斯型號(hào)汽車的變速箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的結(jié)果在理想情況下，能夠正常在汽車中使用運(yùn)行。在對(duì)變速器的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，主要研究其零件工作如何配合，如何完成動(dòng)力的傳輸和傳動(dòng)比的改變。
論文中針對(duì)變速器這一裝置，在介紹分析了其功能和工作原理的情況下，完成了利用CAD對(duì)變速器總體結(jié)構(gòu)的繪制。在總體結(jié)構(gòu)大致正確的情況下，一邊拆畫其主要零件，一邊查閱相關(guān)書籍分析設(shè)計(jì)其主要零件。在校核設(shè)計(jì)過(guò)程中主要參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》等相關(guān)書籍，然后對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行逐步校核審定設(shè)計(jì)結(jié)果，最后對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行確定。
本變速器基于兩軸式變速器設(shè)計(jì)，參照其他汽車變速器設(shè)計(jì)方案最終完成了本汽車的中間軸式五檔變速器。雖然在諸多方面的設(shè)計(jì)比較片面不嚴(yán)謹(jǐn)，但是基本適用于工作要求。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)分析、零件設(shè)計(jì)、動(dòng)力傳輸。
I
ABSTRACT
In the long history of human development, the industrial revolution can be said to really bring mankind into a new era of mechanization and automation. From the 18th century to the present, mechanized and truly popular to our side. And the car as our most commonly used means of transportation and transportation, its development is also changing, emerging high-tech technology after another, and the transmission as an integral part of the car drive system, there are many development of innovative space.
The purpose of this design is to design the gearbox of the Jinbei Gueri model car, which requires the design result to meet the requirements of the work, and the design result can be run normally. On the basis of the introduction of the function and structure of the transmission, the main work of how to cope with the work, how to complete the power transmission and transmission ratio changes.
In this paper, for the transmission of this device, in the analysis of its function and working principle of the case, try to use CAD to draw the overall structure of the transmission. In the overall structure of the case is correct, while digging its main parts, while access to relevant books to analyze the design of its main parts. In the process of checking the design of the main reference to the "mechanical design" and other related books, and then the results of the design results of the audit design results, and finally to determine the overall design.
The transmission is based on the design of the two-shaft transmission, with reference to other automotive transmission design program to complete the car's intermediate shaft five-speed transmission. Although in many aspects of the design more one-sided is not strict, but basically applicable to the work requirements.
Keywords:Structural Analysis ;Part Design;Power Transmission.
II
目 錄
摘要 I
ABSTRACT II
1.緒論 1
1.1 論文研究意義 1
1.2 論文研究主要內(nèi)容 1
1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 1
2.結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 4
2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4
2.1.1 方案1兩軸式傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 4
2.1.2 方案2中間軸式傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 5
2.1.3 汽車變速器箱的檔數(shù)設(shè)計(jì) 5
2.1.4 倒擋設(shè)計(jì) 6
2.1.5 傳動(dòng)方案的確定 6
2.2 主要零件選型 7
2.2.1 齒輪型式 7
2.2.2 換檔結(jié)構(gòu)型式 7
2.2.3 變速器軸承 7
3. 變速器主要參數(shù)設(shè)計(jì) 8
3.1 各檔傳動(dòng)比的確定 8
3.2 中心距A 9
3.3 外形尺寸 10
3.4 齒輪參數(shù) 10
3.5 各檔齒輪齒數(shù) 12
3.6 齒輪的其余基本參數(shù)計(jì)算 14
3.7 齒輪變位系數(shù) 15
4. 齒輪強(qiáng)度校核 17
4.1 齒輪的損壞原因及形式 17
4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 17
5. 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
5.1 軸的作用及設(shè)計(jì)要求 21
5.2 軸的結(jié)構(gòu) 21
5.3 軸的尺寸設(shè)計(jì) 22
5.4 軸的校核 24
5.5 軸上鍵的設(shè)計(jì)選取 27
6. 同步器介紹及選取 29
6.1 同步器的結(jié)構(gòu)以及工作原理 29
6.2 同步器的意義 30
6.3 鎖環(huán)式同步器 30
7. 其他裝置的選取 32
7.1 各檔位位置的設(shè)置 32
7.2 操縱機(jī)構(gòu)選取 32
7.3 換擋機(jī)構(gòu)的自鎖和互鎖機(jī)構(gòu) 33
8. 總結(jié) 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 36
附錄1 外文譯文
附錄2 外文原文
大連大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
1.緒論
1.1論文研究意義
理論意義：隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化個(gè)性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢(shì)。而變速箱設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。眾所周知發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力必須經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)才能驅(qū)動(dòng)車輪自動(dòng)。而在傳動(dòng)系統(tǒng)中最重要的部分就是變速器。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化范圍小，但是汽車行駛的速度的變化范圍廣，而變速箱可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，因此它的性能影響到了汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，而且在對(duì)汽車性能要求越來(lái)越高的今天，車輛的舒適性也是評(píng)價(jià)汽車的一個(gè)重要指標(biāo)，變速器的設(shè)計(jì)如果不合理，將會(huì)使汽車的舒適性下降，使汽車的運(yùn)行噪音增大。所以由此可見變速箱的設(shè)計(jì)的重要性。
在世界市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，特別是當(dāng)前世界都在倡導(dǎo)綠色環(huán)保節(jié)能的大方向上，綠色汽車，節(jié)能能減排已然成為當(dāng)今汽車工業(yè)發(fā)展的主旋律，未來(lái)新能源汽車的應(yīng)用也是汽車工業(yè)的發(fā)展方向，所以變速器的合理設(shè)計(jì)愈發(fā)顯得格外舉足輕重。
應(yīng)用價(jià)值：汽車工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，而變速箱又在汽車中舉足輕重。此外，該設(shè)計(jì)可以鞏固我們所學(xué)的知識(shí)，使我們對(duì)于機(jī)械實(shí)體設(shè)計(jì)，程序編寫，以及仿真程序能夠更綜合的應(yīng)用， 增強(qiáng)我們實(shí)際解決應(yīng)用問(wèn)題的能力。
1.2 論文研究主要內(nèi)容
（1）分析變速箱的工作功用及要求；
（2）確定變速箱的傳動(dòng)方案、零件結(jié)構(gòu)；
（3）選擇計(jì)算變速箱主要參數(shù)；
（4）變速箱齒輪校核；
（5）變速箱軸的校核；
（6）同步器的設(shè)計(jì)計(jì)算；
（7）變速器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。
1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
中國(guó)汽車變速器市場(chǎng)在總體汽車市場(chǎng)的刺激下正處于快速發(fā)展變化的時(shí)期。根據(jù)中國(guó)汽車協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年全年中國(guó)汽車市場(chǎng)的銷量為2459.8萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)4.7%，相比上年同期減緩2.18個(gè)百分點(diǎn)。這是自2013年以來(lái)連續(xù)3年超過(guò)2000萬(wàn)輛。其中乘用車的銷量在2015年首次超過(guò)2000萬(wàn)輛，為2114.63萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)7.30%。而2016年中國(guó)汽車全年銷量為2604萬(wàn)輛（其中國(guó)內(nèi)銷量2540萬(wàn)輛，出口量64萬(wàn)輛），增速約為6%。其中，乘用車銷量在2276萬(wàn)輛左右，增速為7.8%。反觀我國(guó)近年來(lái)變速器市場(chǎng)。跟據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015-2022年中國(guó)汽車變速器行業(yè)全景調(diào)研及投資戰(zhàn)略咨詢報(bào)告》顯示，2012年我國(guó)汽車自動(dòng)變速器需求市場(chǎng)規(guī)模為717.2億元，2013年行業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)至734.6億元，較2012年同期增長(zhǎng)2.4%。當(dāng)年中國(guó)內(nèi)進(jìn)口產(chǎn)品金額達(dá)到50.8億美元。2014年我國(guó)汽車自動(dòng)變速器需求市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至820.8億元。由此可見，一方面國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)巨大的潛力為變速器行業(yè)提升非常巨大的增長(zhǎng)空間。另一方面，自動(dòng)變速器技術(shù)的快速發(fā)展又給國(guó)內(nèi)汽車變速器市場(chǎng)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。變速器的需求量在不斷增加，同時(shí)自動(dòng)變速器的需求比例在不斷提高。但是在國(guó)內(nèi)的變速器行業(yè)中，雖然在商用車手動(dòng)變速器領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)品牌已占主導(dǎo)地位。其中重型汽車變速器幾乎由陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司、綦江齒輪傳動(dòng)有限公司、山西大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司、一汽哈爾濱變速器廠等幾家包攬。但是技術(shù)含量更高的自動(dòng)變速器市場(chǎng)卻是依然進(jìn)口產(chǎn)品的天下。
在國(guó)產(chǎn)自動(dòng)擋乘用車中，60%左右搭載的是進(jìn)口自動(dòng)變速器，而剩下的40%也主要是來(lái)自外資控股的合資企業(yè)，這導(dǎo)致中國(guó)很多自主車型在自動(dòng)變速器匹配上要么缺乏合資伙伴，要么價(jià)格居高不下，汽車自動(dòng)變速器已成為制約中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前有能力生產(chǎn)轎車自動(dòng)變速器的國(guó)內(nèi)企業(yè)僅有吉利、奇瑞等少數(shù)幾家，一些合資多年的企業(yè)，還在使用進(jìn)口自動(dòng)變速器。自主品牌轎車自動(dòng)變速器市場(chǎng)占有率不到10%。與此同時(shí)，國(guó)際自動(dòng)變速器巨頭已經(jīng)完成了其在中國(guó)的戰(zhàn)略布局。只賣產(chǎn)品、不賣核心技術(shù)的手段使中國(guó)自動(dòng)變速器對(duì)外資依賴性日益加強(qiáng)。為了改變中國(guó)對(duì)于自動(dòng)變速器的需求主要依靠進(jìn)口產(chǎn)品來(lái)滿足的尷尬局面，國(guó)內(nèi)企業(yè)盡管進(jìn)行了大量研發(fā)，但成果有限。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車自動(dòng)變速器產(chǎn)量達(dá)到379.1萬(wàn)臺(tái)，行業(yè)進(jìn)口總量為507.8萬(wàn)臺(tái)，出口數(shù)量為49.2萬(wàn)臺(tái)，國(guó)內(nèi)表觀需求量為837.7萬(wàn)臺(tái)，2014年我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車自動(dòng)變速器產(chǎn)量呆到400.5萬(wàn)臺(tái)，行業(yè)進(jìn)口總量531.4萬(wàn)臺(tái)，出口數(shù)量為54.7萬(wàn)臺(tái)，國(guó)內(nèi)表觀需求為877.2萬(wàn)臺(tái)。
當(dāng)中國(guó)一些汽車企業(yè)目前還在考慮如何開發(fā)CVT和AMT時(shí)，大眾公司的DCT已經(jīng)進(jìn)入批量應(yīng)用階段。而且在自動(dòng)化變速器領(lǐng)域中，我們和國(guó)外還存在很大的差距。但是從另一方面來(lái)看，外國(guó)進(jìn)入這一領(lǐng)域的時(shí)間也不算特別長(zhǎng)，所以對(duì)于我國(guó)的汽車企業(yè)來(lái)說(shuō)，這既是巨大的挑戰(zhàn)但也是重大的機(jī)遇所在。我國(guó)可在整合國(guó)際資源、消化吸收世界先進(jìn)技術(shù)的過(guò)程中同時(shí)掌握開發(fā)新型變速器系統(tǒng)的核心技術(shù)。對(duì)于未來(lái)發(fā)展方向，中國(guó)變速器企業(yè)首先應(yīng)該在耐久性、噪聲、換檔性能三方面，改進(jìn)現(xiàn)有MT的質(zhì)量和性能的同時(shí)，在商用車尤其是輕卡方面加入AMT的研發(fā)力度，在轎車、SUV、MPV領(lǐng)域加大DCT的開發(fā)投入，力爭(zhēng)與國(guó)外DCT研發(fā)同步。早日開發(fā)出國(guó)際頂級(jí)水平的自主變速器來(lái)。
綜上所述，變速器是汽車除發(fā)動(dòng)機(jī)外的主要裝置之一，伴隨汽車技術(shù)更新?lián)Q代和市場(chǎng)需求，變速器行業(yè)在實(shí)現(xiàn)理想變速器發(fā)展過(guò)程中仍然具有巨大的發(fā)展空間，未來(lái)的變速器會(huì)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)要求朝著操縱舒適輕柔傳動(dòng)效率高低油耗環(huán)保與低噪聲方向發(fā)展，在不久的將來(lái)變速器將會(huì)取得更加重大的進(jìn)步與成功。
2. 結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)
2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種分類方法：
1、 按照其中所包含的前進(jìn)檔的檔數(shù)可將其細(xì)分為三、四、五和多檔幾種變速器；
2、 按照軸的樣式可將其分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩種。其中前者又能細(xì)分為兩軸、中間軸、雙中間軸和多中間軸式。現(xiàn)如今，中間軸式與兩軸式使用比較普遍。
2.1.1 方案1兩軸式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
兩軸式多用于以下兩種場(chǎng)合：①發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)②發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)。其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)如下所述：
（1）變速器的徑向尺寸
兩軸式變速器，依靠不同的齒輪大小配合來(lái)實(shí)現(xiàn)提供同的傳動(dòng)比，當(dāng)需要較大傳動(dòng)比時(shí)，則輸入軸上的主動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)成小齒輪，與其配合輸出軸上的從動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)得大一些。反之，很久同樣的原理設(shè)計(jì)即可。但兩軸的中間距對(duì)變速箱箱體的尺寸相關(guān)性較大。結(jié)構(gòu)樣式如下圖：
圖2-1 二軸式變速器
（2）變速器的壽命
兩軸式雖然結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單、緊湊，但其低檔上的主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪尺寸相差較大，所以前者的循環(huán)次數(shù)要比后者多，耗損速度也遠(yuǎn)大于后者。
（3）變速器的效率
兩軸式變速器，雖然理論上可以得到1的傳動(dòng)比，但其動(dòng)力的傳遞還是要經(jīng)過(guò)齒輪，功率的損耗在所難免。
2.1.2 方案2中間軸式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
主要使用場(chǎng)合：發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)。
（1）變速器的徑向尺寸
中間軸式變速器，和上述兩軸的相比，其在需要相同傳動(dòng)比的情況下，由于有中間軸介于輸入軸和輸出軸之間，多一組齒輪工作，所以相關(guān)齒輪的徑向尺寸可以做得小些，從而減小了中心距以及變數(shù)箱體的相關(guān)尺寸。結(jié)構(gòu)樣式如下圖：
圖2-2 中間軸式變速器
（2）變速器的壽命
三軸式變速器中，各檔位均采用常嚙合齒輪傳動(dòng)（除了直接檔），且主動(dòng)齒輪從動(dòng)齒輪的徑向尺寸相差較小，其工作循環(huán)次數(shù)以及齒輪的磨損消耗都比較接近。
（3）變速器的效率
三軸式變速器的直接檔是通過(guò)輸出軸和輸入軸直接相連得到的，這種傳動(dòng)方式傳輸動(dòng)力過(guò)程中功率損失很小，而且不會(huì)產(chǎn)生很大的噪音。
2.1.3 汽車變速箱的檔數(shù)設(shè)計(jì)
變速箱檔數(shù)與汽車的眾多性能有關(guān)。檔數(shù)少則變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間占用較小，質(zhì)量較輕且價(jià)格相比檔數(shù)多的變速器來(lái)說(shuō)較低。而對(duì)于檔數(shù)多的變速器來(lái)說(shuō)，雖然其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，質(zhì)量較大，但是其相比于檔數(shù)少的變速器，有很多優(yōu)點(diǎn)：例如，動(dòng)力性好、節(jié)能。另一方面，檔數(shù)多的話，換擋過(guò)程不會(huì)太吃力，使得汽車可以更好的面對(duì)更多群體。但總體來(lái)說(shuō)，針對(duì)于汽車型號(hào)用途等不同，變速器檔數(shù)也是諸多不同的選擇。
在現(xiàn)如今提倡環(huán)保，降低能源消耗的環(huán)境下，變速器采用多檔位的較多。在這種大前提下，本設(shè)計(jì)決定選用5檔。
2.1.4 倒檔設(shè)計(jì)
在特定位置插入一根軸，軸上放置一個(gè)空套連接的齒輪，與其余兩軸上齒輪三輪嚙合。平時(shí)由于輸出軸上是空套連接，此時(shí)倒擋不會(huì)起作用。當(dāng)?shù)箵鯎懿姘淹狡魃系慕Y(jié)合套撥到倒擋時(shí)，動(dòng)力通過(guò)花鍵轂傳到輸出軸，加入的軸上的齒輪此時(shí)只起到改變傳動(dòng)方向的作用，稱為惰輪。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖2-3 倒擋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.1.5 傳動(dòng)方案的確定
綜上所述，本設(shè)計(jì)變速箱采用中間軸式五檔傳動(dòng)方案。如下圖所示：
圖2-4 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖
2.2 主要零件選型
2.2.1 齒輪型式
本設(shè)計(jì)中主要使用直、斜齒兩種齒輪。兩者相比較，前者生產(chǎn)時(shí)簡(jiǎn)單，但使用過(guò)程中容易產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。而相比之下，后者雖然制造時(shí)稍復(fù)雜，但工作過(guò)程中傳動(dòng)平穩(wěn)，齒輪強(qiáng)度也高，適用于重負(fù)載。一般來(lái)說(shuō)，變速箱中高檔常嚙合檔位通常都使用斜齒型式，而直齒型式只用于一檔和倒擋處。所以本次設(shè)計(jì)，一檔和倒擋設(shè)計(jì)為直齒，剩余檔位設(shè)計(jì)為斜齒。
2.2.2 換檔結(jié)構(gòu)型式
換檔裝置分為下述幾種：滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器。前兩種方式現(xiàn)如今在轎車變速器中已經(jīng)很少用到了，同步器換擋的方式在汽車變速器中得到廣泛使用，同步器將在后面具體表述。
2.2.3 變速器軸承
軸承主要用到圓柱、圓錐、滾針、滑動(dòng)幾種型式。前兩種在設(shè)計(jì)中用的較多。在使用時(shí)要注意預(yù)緊、細(xì)心安裝、注意產(chǎn)生損耗后對(duì)齒輪正確嚙合的影響。后兩種主要使用在軸和齒輪之間的連接不是固定的，會(huì)產(chǎn)生位移的地方。
39
3. 變速器主要參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1 各檔傳動(dòng)比的確定
在設(shè)計(jì)傳動(dòng)比時(shí)，第一步首先要計(jì)算出總的范圍，從而在逐步計(jì)算設(shè)計(jì)各檔位值。傳動(dòng)比范圍由得出。據(jù)了解，其比范圍由發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及其最大速度決定。
（1）一檔傳動(dòng)比的計(jì)算
在設(shè)計(jì)一檔的傳動(dòng)比時(shí)，主要需要依靠到路面情況的最大坡角度、驅(qū)動(dòng)輪與地面之間的附著力、行駛過(guò)程中的最低速度以及變速器的主傳動(dòng)比幾個(gè)因素來(lái)設(shè)計(jì)。
①根據(jù)最大爬坡角度設(shè)計(jì)
汽車在上坡路面行駛時(shí)，假設(shè)此時(shí)坡度為最大坡度。此時(shí)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)該不小于輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力與爬坡所受的最大阻力之和。由于上坡時(shí)，汽車車速不會(huì)太高，所以此處空氣阻力視為0，此時(shí)有：
（3-1）
又有
代入式（3-1），得
(3-2)
②根據(jù)路面附著力設(shè)計(jì)
行駛過(guò)程中，要使汽車在行駛路面不會(huì)打滑，則驅(qū)動(dòng)力必須滿足等于或者小于驅(qū)動(dòng)輪與路面之間的附著力的條件，即：
（3-3）
式中：，計(jì)算時(shí)??；
—垂直反力。
其中：、—后輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，=a，=+1；
前輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，=b, =-1；
前后驅(qū)動(dòng)時(shí)，=, =0；
—路面坡度角；
—汽車軸距；
—汽車滿載時(shí)重心高度。
根據(jù)上述兩個(gè)條件確定一檔傳動(dòng)比。
聯(lián)立公式（3-2）（3-3）可得：一檔傳動(dòng)比=3.85。
(2)五檔傳動(dòng)比的計(jì)算
本設(shè)計(jì)中五檔為最高檔，查閱資料得知汽車最高檔傳動(dòng)比一般在0.7~0.8之間，本設(shè)計(jì)中取=0.75。
（3）其余檔傳動(dòng)的計(jì)算
其余檔的傳動(dòng)比由下列公式求出傳動(dòng)比公比后，逐級(jí)求出：
（3-4）
式中：—幾何公比
計(jì)算得出公比q=1.51
故有：
因?yàn)闉橹苯訖n，所以此處將其修正為1。
3.2 中心距A
中心距是汽車變速器中一個(gè)很重要的參數(shù)，對(duì)變速器的形狀大小，體積質(zhì)量以及軸上各個(gè)嚙合齒輪的接觸強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生影響。若中心距太小，則齒輪間的接觸應(yīng)力就會(huì)過(guò)大，使嚙合齒輪加速磨損、損壞，影響到齒輪的工作壽命，進(jìn)而影響到變速器的質(zhì)量。所以在確定中心距的過(guò)程中，需要重點(diǎn)考慮到其工作接觸過(guò)程產(chǎn)生的力的影響。
選擇中心距A時(shí)，可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
(3-5)
式中，為中心距系數(shù)，查閱相關(guān)資料，參考了多種車型的中心距系數(shù)范圍后，本設(shè)計(jì)中中心距系數(shù)取為9.0。
—一檔扭矩：
故可得出初始中心距A=76.81mm
3.3 外形尺寸
變速箱外形尺寸中，其橫向尺寸大致取決于各檔位齒輪的直徑以及操縱控制機(jī)構(gòu)的擺放位置。而其軸向尺寸在一定程度上與其檔位的多少有關(guān)系。查閱資料后對(duì)轎車與貨車變速器軸向尺寸進(jìn)行了交叉對(duì)比，又由查閱相關(guān)手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)資料得知，當(dāng)變速器中的常嚙合齒輪數(shù)目以及同步器較多時(shí)，盡量取給出系數(shù)范圍的最大值。所以綜上所述，本設(shè)計(jì)采用的是五檔手動(dòng)變速器，其中常嚙合齒輪和同步器都很多，所以取，所以初定變速器的軸向尺寸為
3.4 齒輪參數(shù)
（1）齒輪模數(shù)
齒輪參數(shù)中最重要的是齒輪的模數(shù)，所以在確定齒輪參數(shù)過(guò)程中先要確定齒輪的模數(shù)才能進(jìn)行接下來(lái)的其他參數(shù)運(yùn)算。模數(shù)的確定過(guò)程中需要考慮的條件很多。例如：
表3-1 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表
第一系列
0.1
0.12
0.15
0.2
0.25
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1
1.25
1.5
2
2.5
3
4
5
6
8
10
12
16
20
25
32
40
50
第二系列
0.35
0.7
0.9
1.75
2.25
2.75
(3.25)
3.5
(3.75)
4.5
5.5
(6.5)
7
8
(11)
14
18
22
28
(30)
36
45
齒輪的力學(xué)性能要求、加工工藝要求、工作過(guò)程中產(chǎn)生的噪音大小，另外載荷這一因素也很關(guān)鍵。在變速器工作工程中，低檔位的齒輪所受的力和力矩和高檔位齒輪上所受的不一樣，所以它們的齒輪模數(shù)也應(yīng)該不一樣，但另一方面，從變速器齒輪的加工工藝和維修替換來(lái)看，一個(gè)結(jié)構(gòu)中的齒輪模數(shù)又宜過(guò)多，否則會(huì)產(chǎn)生很大的工作量。在中心距確定的前提之下，使用模數(shù)較小的齒輪可以使運(yùn)行更加平穩(wěn)，噪音也有所降低，還能夠提高齒輪的諸多性能。
①斜齒輪的法向模數(shù)
(3-6)
其中=170Nm，可得出=2.6 依據(jù)上表取=2.5。
②直齒輪的模數(shù)
(3-7)
通過(guò)計(jì)算=2.8 依據(jù)上表 修正為=3。
③本設(shè)計(jì)中的同步器以及接合套中的齒輪都使用漸開線齒輪，為了加工方便以及加工要求，兩者都選取同樣的模數(shù)。參考相關(guān)資料中所述的結(jié)合套模數(shù)范圍，本設(shè)計(jì)中取2.5。
（2）齒輪部分參數(shù)的確定
變速器齒輪的參數(shù)按下表選取：
表3-2 變速器齒輪參數(shù)表
齒形
壓力角
螺旋角
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(biāo)準(zhǔn)齒形
20°
20°～30°
重型車
同上
低檔、倒擋齒輪22.5°，25°
小螺旋角
上述參數(shù)中，壓力角對(duì)于不同車型的選取原則也不一樣。壓力角較小能使齒輪有重合度高、傳動(dòng)流暢穩(wěn)定、工作過(guò)程中產(chǎn)生的噪音小的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于轎車而言，可能駕駛者更多的是在乎于其舒適性流暢性，所以一般轎車的變速器齒輪壓力角都取得比較小。而對(duì)于貨車來(lái)說(shuō)，更重要的是齒輪的承載力等力學(xué)性能，所以相對(duì)的取得大些。綜上所述，本設(shè)計(jì)中變速器各齒輪，接合套和同步器上。
在確定螺旋角時(shí)還應(yīng)考慮到軸向力的問(wèn)題，盡量使中間軸上的軸向力平衡，所以在中間軸上的齒輪都設(shè)計(jì)成右旋齒輪來(lái)達(dá)到這一目的。至于其余兩根軸上的斜齒輪都設(shè)計(jì)成左旋齒輪，讓其軸向力經(jīng)軸承蓋施加到變速器箱體上。綜上所述，本設(shè)計(jì)中取30°。
齒輪的齒寬的大小是決定齒輪承受外負(fù)載能力的重要指標(biāo)。在一定范圍類，兩者成正比關(guān)系。但齒寬也不是越大越好，一味的增大齒寬，會(huì)使齒輪在工作工程中產(chǎn)生載荷在齒上分布不均的情況，反而價(jià)低了齒輪的承載能力。所以在選取齒寬時(shí)，應(yīng)在確保齒輪強(qiáng)度符合工作要求的情況下，盡可能的選擇較小的齒寬，一方面節(jié)省了原料，另一方面也減輕了變速器本身的重量和尺寸大小。
再一方面，齒寬的大小也可以根據(jù)對(duì)應(yīng)齒輪的模數(shù)來(lái)選定，圓柱直齒輪,圓柱斜齒輪。本次設(shè)計(jì)，直齒輪暫定,斜齒輪暫定為定。
從動(dòng)齒輪b可以稍微選取大一些，讓其嚙合長(zhǎng)度增加。降低其工作中產(chǎn)生的應(yīng)力，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，還能延緩其的磨損，加長(zhǎng)其壽命。
3.5 各檔齒輪齒數(shù)
在初步選定了軸間中心距、齒輪的基本參數(shù)后，可根據(jù)其參數(shù)以及方案設(shè)計(jì)來(lái)分步確立各檔位齒輪的齒數(shù)。
（1）確定一檔齒輪的齒數(shù)
一檔傳動(dòng)比
（3-8）
在確定齒數(shù)之前，需要先求出其和:
. （3-9）
其中；故有
此處發(fā)現(xiàn)所求得的齒數(shù)和不是整數(shù)，需要將其修正為整數(shù)，所以=51。
查閱資料得知：當(dāng)汽車運(yùn)用中間軸式的變速器時(shí)，若在3.5～3.9時(shí)，的范圍在之間，結(jié)合本設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)比數(shù)值，本設(shè)計(jì)中取16，可得從動(dòng)輪=35。
因?yàn)榍懊鎸?duì)一檔齒輪齒數(shù)和進(jìn)行了修正，相應(yīng)的中心距也會(huì)發(fā)生變化，由前面求公式進(jìn)行反推：
(2)確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)
（3-10）
由已經(jīng)得出數(shù)據(jù)可確定
此處A與一檔齒輪相同
（3-11）
由此可得： (3-12）
由已得出數(shù)據(jù)可計(jì)算出：
聯(lián)立可得：=19、=34。
(3)確定其他檔位的齒數(shù)
二檔傳動(dòng)比
（3-13）
而 ，故有：
對(duì)于斜齒輪，
（3-14）
故有：
聯(lián)立可得：。
按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪 ；四檔齒輪
。
(4)確定倒檔齒輪的齒數(shù)
查閱得知，通常來(lái)說(shuō)轎車變速器的倒擋傳動(dòng)比近似于一檔的傳動(dòng)比，已知為3.85，所以選定為3.6。而且比略小，=16取=14。，惰輪齒數(shù)選取范圍在之間，本設(shè)計(jì)中取為。
可計(jì)算出=29 ，所以可以因此得知倒擋軸與其余兩軸的中心距
與中間軸之間的中心距：
與輸出軸之間的中心距：
3.6 齒輪的其余基本參數(shù)計(jì)算
上一節(jié)我們通過(guò)各檔位的傳動(dòng)比，確定了各檔位齒輪的模數(shù)和齒數(shù)兩個(gè)基本參數(shù)。接下來(lái)對(duì)于齒輪中的其他基本參數(shù)，為了節(jié)省篇幅，我只整理出了各種參數(shù)的基本計(jì)算方法，不再一一計(jì)算。
對(duì)于本設(shè)計(jì)中用到的直齒輪，計(jì)算方法如下，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1356-2001中規(guī)定：
表3-3 齒輪參數(shù)計(jì)算公式表
名稱
代號(hào)
計(jì)算公式
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
根據(jù)需要 選取標(biāo)準(zhǔn)值
壓力角
選取標(biāo)準(zhǔn)值
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
基圓齒距
齒厚
齒槽寬
任意圓齒厚
頂隙
標(biāo)準(zhǔn)中心距
節(jié)圓直徑
3.7 齒輪變位系數(shù)
齒輪的變位系數(shù)的選擇影響到輪齒的幾何尺寸、端面重合度、滑動(dòng)率、齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力等眾多因素。選取合適的變位系數(shù)不但可以防止根切，還能配湊中心距，提升齒面的接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度以及抵抗膠合能力和耐磨損性能。本設(shè)計(jì)將利用《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中所說(shuō)的線圖法對(duì)齒輪變位系數(shù)進(jìn)行選定。具體步驟如下：
①在下圖中，按照工作情況以及,選擇適宜的變位系數(shù)和；
②在第二張圖中，過(guò)坐標(biāo)點(diǎn)（）作射線，該射線到與其相鄰的兩條L線的距離之比保持不變
③在第二張圖中，從橫坐標(biāo)倒擋處做垂線，與②中所作射線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為，對(duì)于斜齒圓柱齒輪，按當(dāng)量齒數(shù)來(lái)查，得出的變?yōu)橄禂?shù)為。
圖3-1 求變位系數(shù)的線圖
圖3-2 分配的線圖
再由上圖，查出坐標(biāo)點(diǎn)（）位于哪兩條線之間，由這兩條線作射線，然后根據(jù)對(duì)橫軸垂直線，與射線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為其變?yōu)橄禂?shù)。
計(jì)算得出變?yōu)橄禂?shù)為：
4. 齒輪強(qiáng)度校核
4.1 齒輪的損壞原因及形式
齒輪損壞形式大致分為：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和齒輪在換檔時(shí)端部破壞以及齒面膠合等。
第一種損壞方式是因?yàn)樵邶X輪工作過(guò)程中，齒根也會(huì)承受很大的彎曲應(yīng)力，當(dāng)其所受的應(yīng)力超過(guò)了其所能承受的最大疲勞強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)在其根部部位形成裂紋，久而久之繼續(xù)逐漸擴(kuò)大的話，就會(huì)發(fā)生上述損壞情況。另一方面，如果齒輪的齒寬較小的時(shí)候（一般是指直齒圓柱齒輪），在瞬間負(fù)載過(guò)大的時(shí)候，會(huì)使輪齒整體折斷。而若齒輪的齒寬較大，在齒輪的制造或者安裝過(guò)程中產(chǎn)生誤差，使工作時(shí)輪齒的負(fù)載主要在齒輪的一端，這種情況下也會(huì)發(fā)生輪齒折斷。
第二種齒輪損壞方式是因?yàn)辇X輪在長(zhǎng)期的工作周期下，由于接觸應(yīng)力、齒輪間嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力以及潤(rùn)滑油的擠壓作用，齒輪表面也會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)小的裂紋，最后裂紋會(huì)連接成片脫落。
第三種常見的齒輪損壞方式在本設(shè)計(jì)中不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中的齒輪都設(shè)計(jì)為常嚙合齒輪，而換擋過(guò)程都是通過(guò)同步器來(lái)完成，這部分將在后面做詳細(xì)介紹。
4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核
為確保本設(shè)計(jì)中的所設(shè)計(jì)各檔位齒輪符合汽車行進(jìn)中的強(qiáng)度要求，下面講對(duì)各個(gè)檔位的齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和校核，本設(shè)計(jì)中的所選擇的齒輪材料為40Cr。
（1）齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算
①一檔直齒輪彎曲應(yīng)力
（4-1）
圖4-1 齒形系數(shù)圖
此時(shí)扭矩為：
當(dāng)一檔齒輪上的負(fù)載取到輸入軸的扭矩時(shí)，其所受的彎曲應(yīng)力應(yīng)該在這個(gè)區(qū)間內(nèi)即視為符合強(qiáng)度要求，所以本設(shè)計(jì)中的一檔齒輪皆符合彎曲應(yīng)力要求。
②二檔斜齒輪彎曲應(yīng)力
（4-3）
但此處的集中應(yīng)力系數(shù)發(fā)生了改變，取。
在選取齒形系數(shù)y時(shí)，按照公式并依靠上頁(yè)圖4-1查取。
二檔齒輪所受的圓周力由下述公式求得：
（4-4）
計(jì)算可得出：=6798.8N
第二檔位主動(dòng)齒輪的=47.7，查表（4-1）得：。
故：
同理可得第二檔位從動(dòng)齒輪：。
其余檔位的齒輪彎曲應(yīng)力求取方法跟上述第二檔位的方法一致，計(jì)算可得：
三檔：
四檔：
五檔：
當(dāng)作用在第一檔位齒輪上的負(fù)載取到輸入軸的最大扭矩時(shí)，除一檔外的其他檔位齒輪所受的彎曲應(yīng)力應(yīng)該在到這個(gè)范圍內(nèi),即視為符合齒輪強(qiáng)度要求。
（2） 各檔位齒輪接觸應(yīng)力
齒輪的接觸應(yīng)力由下列公式求得：
直齒輪的曲率半徑：
斜齒輪的曲率半徑：
其中，分別為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（）。
當(dāng)輸出軸上的載荷取時(shí)，各檔位齒輪的許用接觸應(yīng)力范圍如下表所示：
表4-1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
齒輪
滲碳齒輪
液體碳氮共滲齒輪
一檔和倒擋
1900～2000
950～1000
常嚙合齒輪和高檔
1300～1400
650～700
計(jì)算可得結(jié)果如下：
一檔：
二檔：
三擋：
四檔：
五檔：
倒擋：
通過(guò)上述計(jì)算得出的結(jié)果與上表所示的許用范圍作比較。得出校核結(jié)論，本設(shè)計(jì)中變速器齒輪基本符合工作要求。
5. 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 軸的作用及設(shè)計(jì)要求
在本設(shè)計(jì)中，金杯閣瑞斯變速箱中一共有三根軸，分別是輸入軸也稱為第一軸、中間軸以及輸出軸也稱為第二軸。這些軸在工作過(guò)程中都會(huì)受到負(fù)載作用，體現(xiàn)為扭矩彎矩等應(yīng)力。如果在軸的工作過(guò)程中，軸的力學(xué)性能不能達(dá)到工作對(duì)其的要求，產(chǎn)生過(guò)大的變形，會(huì)造成很多不好的后果。例如，影響軸間齒輪的正常工作，或者在工作中會(huì)產(chǎn)生很大的噪音影響汽車的舒適感以及影響到變速器的產(chǎn)品質(zhì)量。
上述問(wèn)題都是我們?cè)谠O(shè)計(jì)或者實(shí)際生產(chǎn)中力求避免的，所以在設(shè)計(jì)變速器中的軸時(shí)：在設(shè)計(jì)完軸的尺寸結(jié)構(gòu)滿足工作要求的情況后，應(yīng)著重考慮軸在工作中的力學(xué)性能是否能承受設(shè)計(jì)所預(yù)期的負(fù)載。之后還需要考慮到變速器內(nèi)的空間構(gòu)造以及軸本身的加工工藝，然后再對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。
5.2 軸的結(jié)構(gòu)
第一根軸主要是傳遞來(lái)著發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，是負(fù)載經(jīng)由第一軸進(jìn)入變速器內(nèi)。其上只有兩個(gè)主要部分，一是與動(dòng)力裝置連接的齒輪，二是軸后半部分的齒輪。后半部分的齒輪有兩個(gè)作用，第一個(gè)作用是它作為第四檔也就是直接檔位的主動(dòng)齒輪，通過(guò)這個(gè)齒輪，再經(jīng)由同步器的作用，將兩根軸直接連接，這是它與其他檔位不動(dòng)的地方，也是這個(gè)設(shè)計(jì)的精妙之處。它的另一個(gè)作用就是在變速器在其他檔位工作時(shí)，把輸入軸的動(dòng)力傳送到中間軸上。第一軸的結(jié)構(gòu)如下圖：
圖5-1 變速器第一軸
中間軸在變速器中起到橋梁的作用，它接受到來(lái)自第一軸也就是輸入軸的動(dòng)力后，通過(guò)其上大小不一的齒輪傳到輸出軸上，達(dá)到傳動(dòng)目的，本設(shè)計(jì)變速器中一共有五個(gè)檔位，所以其上會(huì)裝配五個(gè)個(gè)對(duì)應(yīng)檔位齒輪以及一個(gè)倒擋齒輪。因?yàn)橐粰n齒輪和倒擋齒輪齒數(shù)較小，工作過(guò)程中所受的損耗也比較小，而且本設(shè)計(jì)中一檔齒輪和倒擋齒輪采用的是常嚙合方案，所以把它們?cè)谳S上的部分與中間軸設(shè)為一體，其他檔位齒輪采用正常連接方法，通過(guò)鍵來(lái)固定，方便其維修替換。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖5-2 變速器中間軸
第二軸也就是輸出軸是變速器三根軸中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一根軸，其上主要是變速器各檔位的從動(dòng)齒輪，這它們與輸出軸都是通過(guò)空套連接的方法。其余的位置是用來(lái)安裝同步器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖5-3 變速器第二軸
5.3 軸的尺寸設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)變速器中的三根軸時(shí)，一開始我們只能依靠自己在畫出變速器草圖時(shí)的大概的把各個(gè)軸的主要尺寸給初步確定下來(lái)，然后逐步去驗(yàn)算所初定的軸的尺寸是否符合工作要求和加工要求等，如不行，則繼續(xù)加以修改修正，直到所設(shè)計(jì)的軸齒輪符合初步的變速箱結(jié)構(gòu)功能要求，在進(jìn)行強(qiáng)度剛度之類的力學(xué)性能計(jì)算和校核，最后，把各個(gè)軸的尺寸完全確立下來(lái)，這就是軸設(shè)計(jì)的基本過(guò)程。而前一節(jié)的齒輪設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們又各個(gè)配合嚙合的齒輪得到了軸與軸之間的中心距，這在我們軸設(shè)計(jì)中對(duì)于變速器的結(jié)構(gòu)安排調(diào)整也能起到很大幫助。
一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)軸的尺寸初選可以用到下列的公式：
第一軸和中間軸： （5-1）
第二軸： （5-2）
式中 —最大扭矩，N·m
同時(shí)，軸的基本尺寸自身也存在著一定的范圍關(guān)系，具體公式如下：
第一軸和中間軸:
第二軸：
而上式只是幫助我們得知了軸尺寸的大致范圍。下面講根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的具體步驟選取一根軸進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。
查表15-1可知，軸的材料方面，40Cr經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后，硬度在241到286HBS之間，抗拉極限強(qiáng)度可達(dá)到，屈服強(qiáng)度極限可達(dá)到,彎曲疲勞極限,剪切疲勞極限,許用彎曲應(yīng)力,用于載荷較大而沒有很大沖擊的工作條件下的重要軸的材料，適合本設(shè)計(jì)變速器中的軸的材料基本要求，因此，變速器中的三根軸都采用40Cr。
接下來(lái)就是軸上零件的裝配方案的擬定，此處先以中間軸為例子，中間軸上設(shè)計(jì)中的主要作用是傳遞第一軸的動(dòng)力給第二軸同時(shí)上面的齒輪來(lái)完成傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)換。其上的主要零件有和軸做成一體的倒擋齒輪和一檔齒輪，然后就是通過(guò)鍵來(lái)固定的其余高檔齒輪，其后就是與相應(yīng)的軸承連接。
初定確定軸的最小直徑：a
式中，—功率，kw， —轉(zhuǎn)速，r/min
=95kw,n=5750r/min.式中按照下表選?。?
表5-1 軸常用幾種材料的[]及值
軸的材料
Q235A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
[]/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
149～126
135～112
126～103
112～97
本設(shè)計(jì)中的軸采用的是40Cr。此處帶入公式得:。
所得直徑顯然是軸最右側(cè)的直徑，與軸承裝配。圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑28mm。然后緊接著的是倒擋齒輪，由上節(jié)可知其分度圓直徑為42mm,齒寬為20mm接下來(lái)一段軸上沒有安裝其他零件，對(duì)應(yīng)的是第二軸上上同步器的位置，而此段軸處在倒擋齒輪和一檔齒輪中間，工作時(shí)會(huì)受到扭矩，所以加大直徑取為30mm，長(zhǎng)度取為34mm，給對(duì)應(yīng)軸上同步器的安裝騰出空間。接下來(lái)同樣的是一檔齒輪，齒寬、分度圓直徑。下一段軸上有兩個(gè)鍵槽，由機(jī)械設(shè)計(jì)可知，當(dāng)軸徑d＞100mm時(shí)，軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑需要增大3%，有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大7%。當(dāng)軸徑≤100mm時(shí)，軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大5%到%7，有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大10%到15%。所以這一段軸的直徑d=34.5mm,圓整為35mm。長(zhǎng)度因?yàn)槠渖嫌兴膫€(gè)齒輪，二擋三擋四檔五檔齒輪，齒寬都取22mm,然后對(duì)應(yīng)軸上有兩個(gè)同步器，一個(gè)按上一段一樣取34mm，所以這段軸的長(zhǎng)度為22×4+34×2=156mm。再過(guò)來(lái)一段是與一圓錐滾子軸承連接,型號(hào)為2206GB297-84,查表得知其內(nèi)徑為26mm，所以最后一段軸的直徑取為26mm，長(zhǎng)度為18.5。所以中間軸的尺寸:
長(zhǎng)度L=18.5+156+104mm=278.5mm
軸徑分別為d：。
以上就是中間軸尺寸的確定過(guò)程，其余軸的尺寸設(shè)計(jì)過(guò)程省略，所有軸的具體尺寸將在CAD圖紙中詳細(xì)表述。
5.4 軸的校核
因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，變速器工作時(shí)，一檔的處所受的力和力矩最大，所以在校核軸時(shí)，只要軸上一檔處的校核計(jì)算得出的結(jié)果在許用的范圍內(nèi)，就認(rèn)為整個(gè)軸符合工作要求。
而對(duì)于第二軸，因?yàn)槠渖系凝X輪較多，受力方面也比較復(fù)雜，所以對(duì)第二軸重點(diǎn)校核，中間軸的校核部分本設(shè)計(jì)中省略。
（1）第一軸的強(qiáng)度與剛度校核
因?yàn)樵诠ぷ鞴こ讨校谝惠S上主要受的是扭矩的作用，相比之下，其所受的彎矩很小，所以在本次校核中，認(rèn)為其上所受的彎矩可以忽略，只受到扭矩的作用。所以可知：
其中代入上式得：
由下表可知：
表5-2 軸常用幾種材料的[]及值
軸的材料
Q235A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
[]/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
149～126
135～112
126～103
112～97
當(dāng)軸材料選用為40Cr時(shí)，其扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的許用范圍在35到55MPa,本設(shè)計(jì)選用的軸材料都是40Cr。所以，，所以強(qiáng)度符合工作要求。
下面進(jìn)行剛度校核：
單位長(zhǎng)度內(nèi)軸扭轉(zhuǎn)變形的角度為：
（5-4）
代入可得：
查閱相關(guān)資料得知，的大小與軸的用途，對(duì)于一般傳動(dòng)軸，可取=0.5～1（°）/m；對(duì)于精密傳動(dòng)軸，可取=0.25～0.5（°）/m；
由結(jié)算結(jié)果可知：，所以剛度也符合工作要求。
（2）第二軸的校核計(jì)算
①?gòu)?qiáng)度校核
先計(jì)算齒輪的分度圓直徑：
相應(yīng)的圓周力、徑向力及軸向力由下列公式求得：
（5-5）
（5-6）
（5-7）
水平面：
由（160+75）=75 可推出：=1317.4N；
力矩：
危險(xiǎn)截面的受力如下圖：
圖5-4 危險(xiǎn)截面受力分析
（5-8）
垂直面：
垂直面所受力矩：
該軸所受扭矩為：。
故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為：
（5-9）
所以其軸應(yīng)力（MPa）:
（5-10）
將代入上式中計(jì)算可得：，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1可知[]=400MPa，因此可知，所以強(qiáng)度符合工作要求。
②軸的剛度校核
第二軸的撓度分為垂直和水平兩個(gè)方向，分別為：
（5-11）
（5-12）
將相應(yīng)數(shù)值帶入公式5-11、5-12計(jì)算可得：
故軸的最大撓度為，所以軸的剛度也滿足工作要求。
以上就是第一軸和第二軸的校核，中間軸省略。
5.5 軸上鍵的設(shè)計(jì)選取
本設(shè)計(jì)中，雖然第二軸上的齒輪和軸之間都是通過(guò)空套連接，但是在中間軸上的高檔齒輪，也就是除去一檔和倒擋（一檔和倒擋齒輪在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)跟中間軸設(shè)為一體了），其余檔位齒輪都還是通過(guò)鍵來(lái)將相應(yīng)齒輪固定在軸上的，所有這一節(jié)我們需要將鍵、鍵槽等的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)選取出來(lái)。
首先我們使用的鍵是兩邊都是圓頭的A型鍵槽，其上主要參數(shù)三個(gè)，長(zhǎng)l寬b高h(yuǎn)。選取鍵的參數(shù)時(shí)，需要參考軸的軸徑。具體如下表：
表5-3 普通型平鍵尺寸表（部分）
單位：（mm）
軸徑d
鍵的公稱尺寸
鍵槽深
r小于
軸
輪轂
b
h
L
t
6～8
2
2
6～20
1.2
1.0
0.16
6～10
3
3
6～36
1.8
1.4
10～12
4
4
8～45
2.5
1.8
12～17
5
5
10～56
3.0
2.3
0.25
17～22
6
6
14～70
3.5
2.8
22～30
8
7
18～90
4.0
3.3
30～38
10
8
22～110
5.0
3.3
0.4
38～44
12
8
28～140
5.0
3.3
44～50
14
9
36～160
5.5
3.8
50～58
16
10
45～180
6.0
4.3
58～65
18
11
50～200
7.0
4.4
L的系列
6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160
從書上截取了部分尺寸表，由此確定設(shè)計(jì)中所用鍵的選取，中間軸上用到了兩個(gè)鍵，分別編為1、2，第二軸上的鍵編為3。
鍵1：軸徑在范圍內(nèi)，所以鍵的選取為，鍵高選取為，長(zhǎng)度在綜合考慮了軸尺寸和齒輪尺寸后按照L系列選取為63mm。對(duì)于鍵槽的寬度公差，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》，取為N9。深度t1=5.0mm,t2=3.3。鍵標(biāo)記為：GB/T 1096-2003鍵10×8×63。
鍵2：因?yàn)榕c鍵1都在同一段軸上，所以大致系數(shù)都一致，除了鍵長(zhǎng)根據(jù)其上齒輪要求，L取為70mm。標(biāo)記為：GB/T 1096-2003 鍵10×8×70。
鍵3：軸徑尺寸范圍與上述兩鍵在同一范圍內(nèi)，所以系數(shù)也大致一致，除了鍵長(zhǎng)按照所在軸上尺寸要求，選取為L(zhǎng)=16mm。標(biāo)記為：GB/T 1096-2003 鍵10×8×16。
6. 同步器介紹及選取
6.1 同步器的結(jié)構(gòu)以及工作原理
同步器主要有以下零件，如下圖，此處用的是其在二軸式變速器中的工作簡(jiǎn)圖。雖與本設(shè)計(jì)中變速器的型式不一樣，但是其工作原理和結(jié)構(gòu)組成是相同的。由簡(jiǎn)圖可知，同步器工作的主要零件;花鍵轂，也就是圖中的紅色部分，花鍵轂內(nèi)外都有花鍵，內(nèi)花鍵與軸連接，外花鍵與接合套連接，也就是圖中黑色部分，這就是同步器的大致結(jié)構(gòu)。
圖6-1 同步器在軸上的簡(jiǎn)圖
在介紹完結(jié)構(gòu)后，分析其工作原理。輸入軸上的齒輪與軸是固定連接，當(dāng)輸入軸受到來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩時(shí)，輸出軸上的主動(dòng)輪也跟著轉(zhuǎn)。但是輸出軸上的齒輪與軸之間是采用空套連接，也就是說(shuō)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，不會(huì)帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)。同步器之所以起作用，是因?yàn)閺膭?dòng)輪不光在輪上有齒輪，它的側(cè)面也有一圈小齒，稱為接合齒。當(dāng)換擋撥叉使接合套移動(dòng)到一側(cè)，使其與接合齒嚙合，這時(shí)，從動(dòng)輪就通過(guò)接合套在通過(guò)花鍵轂把轉(zhuǎn)矩移動(dòng)到了輸出軸上，這就是同步器的大致工作過(guò)程。動(dòng)力傳遞如下圖所示。
圖6-2 動(dòng)力傳遞簡(jiǎn)圖
6.2 同步器的意義
在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料的時(shí)候，看到很多相關(guān)的文章把同步器稱為手動(dòng)變速器中最偉大的發(fā)明之一。開始也覺得疑惑，隨著進(jìn)一步的了解學(xué)習(xí)，才認(rèn)識(shí)到這個(gè)比喻的意義所在。
在沒有同步器之前，汽車換擋（高檔換低檔）有兩種方法：一腳離合，制動(dòng)減速換擋。兩腳離合，加速換擋。具體解釋如下：假設(shè)輸入軸轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)。此時(shí)汽車處于二擋，設(shè)二擋齒輪此時(shí)600轉(zhuǎn)，一檔齒輪300轉(zhuǎn)，輸出軸也是600轉(zhuǎn)。此時(shí)，需要從二擋換到一檔，所以松開離合器。此時(shí)，由于慣性作用，輸入軸還是1000轉(zhuǎn)，二擋齒輪600轉(zhuǎn)，一檔齒輪300轉(zhuǎn)。而同步器因?yàn)橹斑B接的是二擋，所此時(shí)還是600轉(zhuǎn)，如果此時(shí)撥叉把600轉(zhuǎn)的同步器與300轉(zhuǎn)的一檔齒輪接合齒進(jìn)行嚙合，會(huì)產(chǎn)生沖擊，還會(huì)引發(fā)安全隱患。所以這時(shí)就有前面敘述的方法：一、踩制動(dòng)，降低輸出軸轉(zhuǎn)速到300轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)換擋。二、加油門，使輸入后速度達(dá)到2000轉(zhuǎn)，相應(yīng)的，一檔從動(dòng)輪也就達(dá)到了600轉(zhuǎn)，此時(shí)，實(shí)現(xiàn)換擋。這兩種方法不但繁瑣，學(xué)習(xí)起來(lái)困難，而且如果道路情況復(fù)雜，需要頻繁換擋的情況下，還會(huì)使駕駛員感到疲勞。特別是隨著時(shí)代的發(fā)展，汽車的駕駛對(duì)象面向更多的人群，這種換擋方式所以會(huì)逐步被取代，同步器也就被發(fā)明了出來(lái)。
6.3 鎖環(huán)式同步器
本設(shè)計(jì)中用到的同步器是鎖環(huán)式同步器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和主要零件如下圖：
1、9—變速器齒輪 2—滾針軸承 3、8—接合齒圈 4、7—鎖環(huán)
5—彈簧 6—滑塊 10—花鍵轂 11—接合套
圖6-3 鎖