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編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 題 目： 機(jī)械式六檔 變速器 設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 劉京華 學(xué) 號(hào)： 1000110124 指導(dǎo)教師： 彭曉楠 職 稱： 副教授 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 2014 年 5 月 26 日 II 摘 要 變速器是汽車中非常 重要 的 組成 部分。雖然機(jī)械式變速器換檔時(shí)沖擊比較大，操縱繁瑣，但其傳動(dòng)效率高、生產(chǎn)制造簡(jiǎn)單以及成本低，所以仍廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上。 在變速器 中 增加一個(gè)檔位 ，由于變速器 相鄰 檔 之 間的傳動(dòng)比變化更 小，所以 汽車 換擋時(shí)的沖擊較小。 本文根據(jù)市場(chǎng)上的五檔汽車，設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械式六檔變速器， 依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基本原理和方法 主要設(shè)計(jì)變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 、同步器和換擋操縱機(jī)構(gòu)等 ,然后對(duì)齒輪和軸進(jìn)行校核。 關(guān)鍵詞： 變速器，六檔，機(jī)械式 III Abstract Transmission is a very important component in automobile. Although the impact of the mechanical transmission is relatively large and has complex manipulation, but the transmission is efficient and simple and also has a low manufacturing cost, so it is still widely used in modern vehicles. An increase in the transmission gear, because the transmission ration between adjacent transimission gear become smaller, so the impact of the shift become smaller when the car change the gears. Based on the five-speed car on the market, the article designs a mechanical six-speed transmission according to the mechanical design of the basic principles and methods.The design contains transmission main mechanism design, synchronizer and shift control mechanism, etc., and then check the gear and shaft. KeyWords: Transmission; six-speed; mechanical IV 目錄 引言 . 1 1 變速器設(shè)計(jì)方案分析 . 2 1.1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的分析與選擇 . 2 1.2 換擋結(jié)構(gòu)的分析與選擇 . 3 1.3 倒檔結(jié)構(gòu)布置 . 5 1.4 換擋操縱結(jié)構(gòu) . 6 1.5 其他 零部件分析和選擇 . 9 2 變速器主要參數(shù)的選擇 . 10 2.1 主要輸入?yún)?shù) . 10 2.2 變速器 傳動(dòng)比的選擇 . 10 2.3 中心距初步計(jì)算 . 12 2.4 齒輪參數(shù)選擇 . 12 2.5齒輪齒數(shù)的分配 . 13 3 變速器主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 17 3.1齒輪的幾何尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 . 17 3.2 齒輪損壞的形式及原因 . 19 3.3 齒輪的材料選擇和處理工藝 . 20 3.4 變速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 . 20 3.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 . 22 3.6 花鍵 . 24 4 同步器設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 26 4.1 同步器結(jié)構(gòu) . 26 4.2 同步器工作原理 . 27 4.3 同步器主要尺寸確定 . 28 4.4 同步器主要參數(shù)確定 . 30 5 變速器的潤(rùn)滑和密封 . 32 5.1 潤(rùn)滑 . 32 5.2 密封 . 32 結(jié)論 . 33 謝 辭 . 34 參考文獻(xiàn) . 35 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 1頁(yè) 共 36頁(yè) 引言 車在不同使用場(chǎng)合有不同的要求，采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車，其在實(shí)際工況下所要求的性能與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。例如，受到載運(yùn)量、道路坡度、路面質(zhì)量、交通狀況等條件的影響，汽車所需的牽引力和車速需要在較大范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)各種使用要求；此外，汽車還需要能倒向行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)本身是不可能倒轉(zhuǎn)的，只有靠變速箱的倒擋齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向與汽車牽引力、車速、行駛方向等之間的矛盾，單靠發(fā)動(dòng)機(jī)本身是難以解決的，車用變速器應(yīng)運(yùn)而生，它與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配，通過(guò)多擋位切換，可以使驅(qū)動(dòng)輪的扭矩 增大到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的若干倍，同時(shí)又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的幾分之一 。 變速器是汽車非常重要配置，它對(duì)汽車的操控性、舒適性以及燃油經(jīng)濟(jì)性都起到很重要的作用，它占汽車制造成本的 7%。隨著我國(guó)汽車消費(fèi)者對(duì)汽車認(rèn)識(shí)的不斷提升，變速器已經(jīng)開(kāi)始影響消費(fèi)者的購(gòu)車觀念。在過(guò)去的幾十年我國(guó)主要致力于研究開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，而變速器已是現(xiàn)在的研發(fā)熱點(diǎn)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上主要的幾種變速器是手自一體變速器（ AMT）、自動(dòng)變速器（ AT）、無(wú)級(jí)變速變速器（ CVT）和雙離合變速器（ DCT），它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。 AT 的節(jié)能效果差一些，但是舒適性好， 元器件可靠性高，其生產(chǎn)歷史長(zhǎng)，使用范圍大。 CVT 適合小型車， AMT 在換檔時(shí)會(huì)有短暫的中斷，舒適性差一些。 DCT 結(jié)合了手動(dòng)變速器的燃油經(jīng)濟(jì)性和自動(dòng)變速器的舒適性，它是從傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器演變而來(lái)。 在我國(guó)，據(jù)調(diào)查 2008 年手動(dòng)變速器的市場(chǎng)比重為 74%，占據(jù)較大的市場(chǎng)份額。雖然自動(dòng)變速器市場(chǎng)占有率會(huì)不斷的增加，但是由于手動(dòng)變速器的燃油經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、技術(shù)的高度成熟以及它給駕駛者帶來(lái)的全方位的駕駛樂(lè)趣決定了其在變速器市場(chǎng)上不可取代的地位。 目前，國(guó)內(nèi) 機(jī)械式 變速器主要采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力。齒 輪是手動(dòng)變速器的主要傳動(dòng)部件，由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)、工作可靠和維修方便等特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞等方面得到了非常普遍的應(yīng)用，并且有關(guān)齒輪的設(shè)計(jì)方法也已經(jīng)有了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 2頁(yè) 共 36頁(yè) 1 變速器設(shè)計(jì)方案分析 變速器設(shè)計(jì)方案主要有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、換擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、倒檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和換擋操縱機(jī)構(gòu)等 設(shè)計(jì) 。這些都是變速器中的重要的組成部分。 1.1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的分析與選擇 變速器傳動(dòng)布置方案主要 有兩種： 兩軸式 布置和 三軸式 布置。變速器的傳動(dòng)布置方案對(duì)變速器的傳動(dòng) 效率、尺寸結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)比有直接影響。 1.1.1 兩軸式變速器 圖 1.1 二軸結(jié)構(gòu) 如圖 1.1是一個(gè)兩軸 式 變速器的傳動(dòng)布置方案。兩軸式布置方案的變速器 的主要特點(diǎn)是 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 空間 尺寸小 。 發(fā)動(dòng)機(jī) 前置 且 前輪 驅(qū)動(dòng)的轎車 ， 這種布置使汽車 傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性 能好并且 可使汽 車重量 降低 6%10%。 如圖 1.1所示 。兩軸式變速器 是沒(méi)有直接擋，所以汽車在高擋運(yùn)行時(shí)，齒輪和軸承都有承載，因此產(chǎn)生的噪聲較大，也 加 大了 齒輪磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，變速器的低擋傳動(dòng)比上限也受到較大限制。兩軸式變速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間緊湊，缺點(diǎn)是沒(méi)有直接檔、低檔傳動(dòng)比小。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 3頁(yè) 共 36頁(yè) 1.1.2 三軸式變速器 圖 1.2 三軸式結(jié)構(gòu) 如圖 1.2是三軸式變速器的示意圖。 從圖中我們可以看到，變速器的第一軸（接發(fā)動(dòng)機(jī)的軸） 常嚙合齒輪與第二軸 （至差速器的軸）的各擋齒輪分別與中間軸上 相應(yīng) 的齒輪相互嚙合，并且 第一、第二軸同心。 如果將第一、第二軸直接連起來(lái)時(shí)稱為直接擋。使用直接檔時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承受載荷，第一、第二軸之間直接傳遞動(dòng)力。所以 ， 掛 直接擋 時(shí)，變速器傳遞效率高，齒輪磨損和噪音也比較小，這是三軸式變速器的一個(gè) 優(yōu)點(diǎn)。 在其他檔位時(shí)需要 經(jīng)過(guò) 中間軸的兩對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，所以 在齒輪中心距（ 第二軸與中間的中心距 ） 比較小的情況下依然 可以獲得 比較大 傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另 外 一 個(gè) 優(yōu)點(diǎn)。 但是它 其缺點(diǎn)是：除直接擋外其他各擋 需要經(jīng)過(guò)中間軸，傳動(dòng)效率有所 下降。 為了汽車在高速運(yùn)行時(shí)有較高的效率，減少噪聲，在低速運(yùn)行時(shí)有較大傳動(dòng)比，所以綜合二軸式變速器和三軸式變速器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中使用三軸式布置方案。 1.2 換擋結(jié)構(gòu)的分析與選擇 常用的換擋結(jié)構(gòu)有 同步器、嚙合套和直齒滑動(dòng)齒輪 三種。 1.2.1 直齒滑動(dòng)齒輪換檔 直齒輪滑動(dòng)換擋結(jié)構(gòu)制造方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是這種結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)比較多：汽車運(yùn)行時(shí)各檔的齒輪有不同的角 度 速度，使用用滑動(dòng)直齒齒輪換檔，會(huì)在齒輪 端面產(chǎn)生 較大沖擊，并 有 巨大的噪聲，另外這種結(jié)構(gòu)齒輪端面容易磨損，導(dǎo)致變速器容易損壞。 換檔 時(shí) 產(chǎn)生沖擊和噪聲使乘坐體驗(yàn)大大地 降低。 要克服上述特點(diǎn)要求 駕駛員用 較熟練的駕駛 技術(shù)（如恰當(dāng)?shù)乜刂齐x合器），使齒輪換檔時(shí)產(chǎn)生 沖擊 較小 。 所以，這種直齒輪滑動(dòng)換擋結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但 是在現(xiàn)代汽車中已經(jīng)很少使用 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 4頁(yè) 共 36頁(yè) 1.2.2 嚙合套換檔 變速器輸出 軸齒輪和 中間軸齒輪 是常嚙合的，因此 可 以使用 嚙合套 來(lái)?yè)Q檔。變速器中的齒輪 不再 參與 換檔， 齒輪端面與換擋機(jī)構(gòu)沒(méi)有接觸 ， 所以齒輪不像直齒滑動(dòng)齒輪換擋那樣齒輪容易損壞。 但 是由于嚙合換擋時(shí)，輸出軸的轉(zhuǎn)速與即將被嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)速不相同，在換擋時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大換檔沖擊。對(duì)汽車安全性和乘坐體驗(yàn)仍有影響。同時(shí)，依然要求駕駛員有比較熟練的駕駛技術(shù) 。 1.2.3 同步器換檔 圖 1.3 同步器 如圖 1.3同步器在嚙合套和嚙合齒輪之間增加了一個(gè)同步環(huán) （即鎖環(huán)） 。在換擋時(shí)，在換擋撥叉的作用下 ， 嚙合套和同步環(huán)一起移向被嚙合齒輪。在嚙合套與齒輪嚙合之前，同步環(huán)的錐面先與齒輪上的錐面接觸，在換擋撥叉的作用力下，同步環(huán)錐面與齒輪上的錐面產(chǎn)生摩擦力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速與 被嚙合齒輪的轉(zhuǎn)速相同。這樣在嚙合時(shí)，嚙合齒之間的沖擊減少，這樣在換擋時(shí)就沒(méi)有較大的換擋沖擊。 雖然同步器的 結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜，制造的精度 高， 并且 軸向尺寸大 ， 但由于它能 夠在換擋時(shí)操作輕便、迅速，并且換擋 沖擊 小 、無(wú)噪聲 ，并且在駕駛時(shí)換擋技術(shù)要求不高，從而有顯著 提高汽車的加速性 能 、 與汽車駕駛安全性，亦可以 延長(zhǎng)齒輪 使用壽命，故在現(xiàn)代汽車上得到廣泛地使用。 在本設(shè)計(jì)中，所有的換擋結(jié)構(gòu)都是使用同步器換擋。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 5頁(yè) 共 36頁(yè) 1.3 倒檔結(jié)構(gòu)布置 圖 1.4倒檔 布置 在汽車倒檔時(shí)，輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與前進(jìn)檔的方向是相反的，所以在倒檔齒輪之間放一個(gè)惰輪，改變輸出軸上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 所謂“惰輪”是兩個(gè)不互相接觸的傳動(dòng)齒輪中間起傳遞作用的齒輪，同時(shí)跟這兩個(gè)齒輪嚙合，用來(lái)改變被動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使之與主動(dòng)齒輪相同。它的作用只是改變轉(zhuǎn)向并不能改變傳動(dòng)比。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 6頁(yè) 共 36頁(yè) 1.4 換擋操縱結(jié)構(gòu) 圖 1.5 操縱器 如圖 1.5 所示是變速器的操縱機(jī)構(gòu)。主要由撥叉、撥叉軸和變速桿組成。變速器的操縱機(jī)構(gòu)主要有兩種：直接操縱式和遠(yuǎn)距離操縱式。一般的汽車的變速器安放在駕駛員位置附近，這樣變速桿可以放在駕駛員附近，駕駛員可以直接操縱變速器。另外有些汽車的駕駛員座位遠(yuǎn)離變速器，這時(shí)通過(guò)在變速桿和換擋撥叉間加幾個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作變速器。 另外，在設(shè)計(jì)變速器時(shí)還要考慮幾個(gè)問(wèn)題。一是 操縱結(jié)構(gòu)中應(yīng)該 設(shè)置自鎖裝置，以防變速器 自動(dòng)換擋或者掛檔后脫檔。二 是操縱結(jié)構(gòu)中應(yīng)該設(shè)置互鎖裝置，防止變速器同時(shí)掛上兩個(gè)檔位，導(dǎo)致變速器損壞。 三是設(shè)置倒檔 安全機(jī)構(gòu)，防止汽車在高速運(yùn)行時(shí)，駕駛員不小心掛上倒檔。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 7頁(yè) 共 36頁(yè) 1.4.1 自鎖結(jié)構(gòu) 圖 1.6 自鎖結(jié)構(gòu) 如圖 1.6所示，自鎖結(jié)構(gòu)由自鎖彈簧、自鎖鋼球、和撥叉軸上的凹槽組成。當(dāng)換擋時(shí)，撥叉軸在換擋撥叉的作用力下移動(dòng)，自鎖鋼球向上運(yùn)動(dòng) 。掛好檔之后，鋼球在彈簧的作用力下壓在撥叉軸的另一個(gè)凹槽中，鎖住撥叉軸，防止撥叉軸移動(dòng)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 8頁(yè) 共 36頁(yè) 1.4.2 互鎖結(jié)構(gòu) 圖 1.7互鎖結(jié)構(gòu) 圖 1.8 自鎖與互鎖 如圖 1.7和圖 1.8 所示，互鎖結(jié)構(gòu)由互鎖鋼球、互鎖銷和撥叉軸上的凹槽組成。在換擋時(shí)，撥叉軸在換擋撥叉的作用力下移動(dòng)，互鎖鋼球和互鎖銷隨著移動(dòng)。掛好檔之后，互鎖鋼球和互鎖銷會(huì)把其他的撥叉軸鎖住，這樣其他撥叉軸就不能移動(dòng)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 9頁(yè) 共 36頁(yè) 1.5 其他 零部件分析和選擇 變速器的主要零部件有齒輪、軸和軸承。 1.5.1 齒輪 雖然斜齒圓柱齒輪在傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸向力，并且加工比直齒圓柱齒輪加工復(fù)雜。但是與直齒輪傳動(dòng)相比較，斜齒輪的嚙合性能好，傳動(dòng)比較平穩(wěn)，噪聲小，重合度大，大大降低了每對(duì)齒輪的載荷，提高了齒輪的承載能力和壽命。另外，斜齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)也較小 【 1】 。因?yàn)樾饼X輪的這些優(yōu)點(diǎn)，斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。直齒圓柱齒輪僅用于變速器的一檔和倒檔。 所以在本設(shè)計(jì)中，一檔和倒檔都是使用直齒圓柱齒輪，其他各檔都是使用斜齒圓柱齒輪。 1.5.2 軸 機(jī)械式 變速器 的 軸在工作時(shí) 要承受轉(zhuǎn)矩和 彎矩， 如果軸有比較明顯的 變形將 會(huì) 影響齒輪正常嚙合 傳動(dòng) ， 并且產(chǎn)生 噪聲， 會(huì) 降低 軸和齒輪的 使用壽命。 在設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)形狀時(shí)， 除 了要保證軸的強(qiáng)度和剛度外，還要綜合 考慮齒輪、 軸承 及 同步器 等 零部件的安裝。另外與軸的制造 工藝也有密切 聯(lián)系 2。 第一軸一般和齒輪做一個(gè)齒輪軸，軸的 長(zhǎng)度 由 離合器總成的軸向尺寸 確定 。第一軸上的花鍵尺寸應(yīng)該和離合器從動(dòng)盤(pán)上的的內(nèi)花鍵尺寸相適應(yīng)。 為了方便 齒輪 、軸承和同步器的 安裝， 第二軸設(shè)計(jì)成階梯軸。另外依據(jù)軸 受力 情況和 合理 地利用材料來(lái)看，將第二軸設(shè)計(jì)成階梯軸也是合理的 。 但是第二軸上的 各 個(gè)截面尺寸不能相差太大 。 為了方便 各檔齒輪 的軸向定位 和階梯軸的設(shè)計(jì) ， 齒輪上的軸向定位都是使用彈性擋圈。另外 第二軸 上安裝同步器的花鍵轂的花鍵都是使用矩形花鍵。 為了方便變速器的安裝，減少不必要的零部件，變速器的中間設(shè)計(jì)為齒輪軸的階梯軸。 1.5.3 軸承 作 高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械式變速器軸支承在箱體上或者其他部位 以及齒輪與軸不做固定連接處 都應(yīng)該 安裝軸承。 一軸、二軸和中間軸支撐在箱體上，軸上有斜齒輪，所以可以使用角接觸軸承。角接觸軸承可以同時(shí)承受徑向載荷以及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作 2。 在輸出軸上，齒輪并不隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以使用滾針軸承。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 10 頁(yè) 共 36頁(yè) 2 變速器主要參數(shù)的選擇 以 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出參數(shù)作為變速器的輸入?yún)?shù)，然后計(jì)算 變速器的傳動(dòng)比。 最后依據(jù)傳動(dòng)比選擇中心距和齒輪的參數(shù)等。 2.1 主要輸入?yún)?shù) 在本設(shè)計(jì)中，變速器的主要輸入?yún)?shù)依據(jù)目前市場(chǎng)熱銷的汽車來(lái)選擇。主要的設(shè)計(jì)參數(shù)如表 2.1所示。 表 2.1 變速器主要輸入?yún)?shù) 2.2 變速器 傳動(dòng)比 的選擇 在本節(jié)內(nèi)容中主要討論了機(jī)械式變速器的傳動(dòng)比范圍，然后計(jì)算機(jī)械式變速器的各檔的傳動(dòng)比。 2.2.1 傳動(dòng)比范圍 機(jī)械師 變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低檔 的 傳動(dòng)比與最高檔 的 轉(zhuǎn)動(dòng)比的比值。 一般情況下最高檔是直接檔，其 傳動(dòng)比為 1，在本文設(shè)計(jì)中，最高檔的傳動(dòng)比也是設(shè)置為 1；有的機(jī)械式 變速器 的 最高檔是超速檔， 其 傳動(dòng)比為 0.7 0.8。影響 汽車 最低檔 的傳動(dòng)比 的因素有： 在 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 時(shí)所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動(dòng)輪與路面間的摩擦力 、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?，F(xiàn)代 轎車的傳動(dòng)比范圍 一般 在 3.0 4.5 之間，輕型貨車 的傳動(dòng)比 在 5.0 8.0 之間， 商用車 的傳動(dòng)比 則更大。 本文設(shè)計(jì)變速器是安裝在現(xiàn)代轎車上的，所以其傳動(dòng)比范圍在 3.0 4.5之間。 2.2.2 一檔傳動(dòng)比計(jì)算 在 選擇 變速器一檔的傳動(dòng)比時(shí)，要綜合考慮 汽車 的最大爬坡度、車輪與路面的摩擦力、 汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和車輪的 半徑 。 汽車 在使 用一檔 爬陡坡時(shí) ， 車速一般 不 會(huì)很 高，空氣阻力可忽略 不計(jì)，那么發(fā)動(dòng)機(jī)提供的 最大驅(qū)動(dòng)力 主要 用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有 主減速比 4.11 最高時(shí)速（ km/h） 210 輪胎型號(hào) 215/60 R16 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) EA888 最大扭矩 (N m) 250 最大功率 (kw) 118 最大功率轉(zhuǎn)速 4500-6200rpm 馬力（ ps） 161 整車質(zhì)量（ kg） 1500 滿載質(zhì)量（ kg） 2040 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 11 頁(yè) 共 36頁(yè) 01 ( +) （ 2-1） 即 i1 (max+)0（ 2-2） 在上式中 -發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 0-主減速比； i1-一檔傳動(dòng)比； -傳動(dòng)效率（在本設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)效率為 96%） ； -最大爬坡度 （在本設(shè)計(jì)中，最大爬坡度為 20 ）； r-輪胎 半徑 f-滾動(dòng)阻力系數(shù) 下面計(jì)算輪胎半徑。根據(jù)輪胎的型號(hào) 215/60 R16， 215是指輪胎 橫截面寬度為 215毫米， 55是指 高寬比為 55%， R表示 子午線輪胎結(jié)構(gòu)， 16是指 輪輞直徑為 16英寸 。 另外， 1英寸約等于 25.4 毫米 。所以可以得到輪胎的半徑為 + 根據(jù)變速器的主要輸入?yún)?shù)（表 2.1）和公式 2.2 可以計(jì)算出變速器的一檔傳動(dòng)比為： i1 9 2.2.3 其他各檔傳動(dòng)比的計(jì)算 在傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器中 各檔傳動(dòng)比 之間一般是 按照等比級(jí)數(shù)來(lái)分配 ,用 等比級(jí)數(shù)分配傳動(dòng)比 方法可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在接近外特性的最大功率附近 運(yùn)轉(zhuǎn) ,增大 汽車后備功率 ，提高汽車的爬坡性能 3。 按等公比原則來(lái)分配傳動(dòng)比，所以各檔的傳動(dòng)比是一個(gè)等比數(shù)列。即： i1/i2 = i2/i3= =q 等比級(jí)數(shù) 分配各檔傳動(dòng)比只 是理論上的傳動(dòng)比分配 原則 ,而在 實(shí)際 設(shè)計(jì) 中由于齒輪齒數(shù)只能是整數(shù) ,實(shí)際 的傳動(dòng)比的會(huì)與 理論值 有點(diǎn) 偏離 。另外按照等比級(jí)數(shù)來(lái)分配各檔傳動(dòng)比主要 目的是在于改善汽車的性能 ,充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力 。 另外現(xiàn)代 的汽車研究理論認(rèn)為傳動(dòng)比之間的比值越小 汽車 越省油 ,換擋也將會(huì) 更加容易。在汽車實(shí)際行駛過(guò)程中，多數(shù)時(shí)間汽車是處在高檔位 ,高檔 之間的 換擋頻率也比低檔 之間換擋頻率要高 很多 ,所以 ,在設(shè)計(jì)時(shí) 高檔傳動(dòng)比 之間的 比值應(yīng)該要小于低檔 4。 現(xiàn)在先根據(jù)等比級(jí)數(shù)分配各檔傳動(dòng)比的原則粗略計(jì)算其他各檔傳動(dòng)比，最后根據(jù)齒輪的齒數(shù)計(jì)算實(shí)際的傳動(dòng)。 在本設(shè)計(jì)中，最高檔六檔的傳動(dòng)比為 1。各檔之間的傳動(dòng)比公比 q為： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 12 頁(yè) 共 36頁(yè) q 165 由此得到其他各檔傳動(dòng)比： i2=3.00 i3=2.28 i4=1.73 i5=1.32 在傳統(tǒng)的變速器中倒檔齒輪的傳動(dòng)比與一檔的傳動(dòng)相近，所以在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比取與 3.90. 變速器各檔傳動(dòng)比如下表 ： 表 2.2 傳動(dòng)比 2.3 中心距 初步計(jì)算 在三軸 式變速器 中 ， 變速器中心距 A是 指 中間軸與 第二軸 之間的 軸線 距離距 A。中心距 是 三軸式變速器的一個(gè)重要參數(shù)，它的大小不僅對(duì)變速器的結(jié)構(gòu)尺寸有影響，而且它 對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度有 重要影響。變速器的中心距越小，齒輪 的接觸壓力越大，齒輪壽命 就越短。所以最小的中心距要保證輪齒 的接觸強(qiáng)度。 另外還要考慮軸在箱體上的安裝。為了方便安裝軸，中心距應(yīng)該設(shè)計(jì)大一點(diǎn)。在考慮箱體的強(qiáng)度時(shí)，最好也是將中心設(shè)計(jì)大一點(diǎn)?，F(xiàn)在先根據(jù)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的變速器的統(tǒng)計(jì)而得到的經(jīng)驗(yàn)公式初選： A max03 （ 2-3） 在上面的公式中 A-中心距 KA-中心距系數(shù)。（ 對(duì)轎車， KA=8.99.3。在本設(shè)計(jì)中 KA=9.0） 所以得到初選中心距為 88.15mm 2.4 齒輪參數(shù) 選擇 在本節(jié)中主要齒輪的模數(shù)、齒輪齒形、壓力角和螺旋角等。這些都是齒輪的重要參數(shù)。 2.4.1 齒輪模數(shù) 齒輪 的 模數(shù) 是由輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度或者在最大載荷作用下的靜強(qiáng)度確定的 。選擇齒輪 模數(shù) 時(shí)應(yīng)該 考慮到適當(dāng)增大齒輪齒寬而減小齒輪模數(shù)時(shí)可以 降低 變速器的噪聲，然而為了減小變速器的重量，則可以通過(guò) 增大 齒輪模數(shù)和 減小 齒輪 齒寬和中心距 實(shí)現(xiàn) 。 對(duì)于轎車而言 降低噪聲很重要，而對(duì) 于貨汽車則應(yīng)該減小變速器的重量 5。 對(duì)于 機(jī)械式 變倒檔 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 傳動(dòng)比 3.90 3.96 3.00 2.28 1.73 1.32 1.00 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 13 頁(yè) 共 36頁(yè) 速器齒輪 應(yīng) 采用小模數(shù) ,多齒數(shù)來(lái)獲得 2 3 的重合系 數(shù)和 良好的 運(yùn)行平穩(wěn)性和較小的噪聲 ,且可增加接觸壽命。 機(jī)械式變速器低檔齒輪模數(shù)應(yīng)該比高檔的齒輪 大一點(diǎn) 。 一般機(jī)械式變速器齒輪模數(shù)可以 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得 ： (0 0 )3 （ 2-4） 其中 0 N 所以 2.97mm。另外選擇的模數(shù)應(yīng)該符合 國(guó)標(biāo) GB1357-1987 規(guī)定并滿足強(qiáng)度要求 。所以在本設(shè)計(jì)中模數(shù)初選結(jié)果如下表 2.3所示。 表 2.3模數(shù) 2.4.2 齒輪齒形、壓力角 和斜齒輪螺旋角 的選擇 斜齒輪 在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸向力并 作用到軸承上。 在 設(shè)計(jì) 變速器 時(shí)應(yīng) 盡量使 中間軸上工作的兩對(duì) 斜齒輪 產(chǎn)生 的軸向力相互抵消，以降低軸承載荷 ，提高軸承 的使用壽命。所以 ， 中間軸上 不同檔位 的齒輪的螺旋角應(yīng)該是相同的。但是為了簡(jiǎn)化 工藝 和設(shè)計(jì) ，中間軸上 的斜 齒 輪的螺旋方向都取為右旋，那么 第一 軸和第二軸上的斜齒輪則 取為左旋。另外，一檔和倒檔設(shè)計(jì)為直齒。 機(jī)械式變速器中的齒輪都使用 漸開(kāi)線齒廓。國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定的齒輪標(biāo)準(zhǔn)壓力 角是 20。增大 壓力角 會(huì) 使 齒根圓齒厚和節(jié)圓處漸開(kāi)線曲率半徑增大，所以 齒輪 的彎曲強(qiáng)度與接觸強(qiáng)度得到提高，但是不根切的最少齒數(shù)變小 ，重合度減小，噪聲 也會(huì)隨之增大。所以在本設(shè)計(jì)中使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)壓力角 20。 斜齒輪的 螺旋角 也要選擇合適。斜齒輪的螺旋角 太小時(shí) ，發(fā)揮不了斜齒輪的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)斜齒輪的螺旋角 太大是，斜齒輪產(chǎn)生的 軸向 力又非常大，將會(huì)降低軸承的壽命 。 另外，增大 齒輪的 螺旋角 會(huì)使齒輪嚙合時(shí) 重合 系數(shù)增大，工作平穩(wěn)、噪聲減小 ， 齒 輪的強(qiáng)度也會(huì)得到 提高，但 是 當(dāng)螺旋角 30 時(shí)，雖然 齒輪的接觸強(qiáng)度將會(huì) 提 高，但是齒輪的 彎曲強(qiáng)度則會(huì)突 然下降 6。所以，考慮到提高低檔齒輪的彎曲強(qiáng)度 ， 螺旋角不能太 大。 所以本設(shè)計(jì)中的 斜齒輪的 螺旋角在 8 20之間選擇。 2.5 齒輪齒數(shù)的分配 在初 步選擇 中心距、齒輪模數(shù)和 斜齒輪的螺旋角之后，可根據(jù)機(jī)械 變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比 和傳動(dòng)方案來(lái)分配 各檔齒輪的齒數(shù) 26。本文設(shè)計(jì)的機(jī)械式 變速器的傳動(dòng)方案如下圖 2.1 所示， 另外應(yīng)該注意的是，各檔齒輪間 的齒數(shù)比應(yīng)盡量 不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。 倒檔 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 模數(shù) (mm) 3.0 3.5 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 14 頁(yè) 共 36頁(yè) 圖 2.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.5.1 一檔齒輪齒數(shù) 一檔齒輪的傳動(dòng)比： 1 211112（ 2-5） 如果 z11和 z12的齒數(shù)確定， z1和 z2就可以算出來(lái)了。為了計(jì)算 z11和 z12，可以先求出它們的齒數(shù)之和 zh。 2 （ 2-6） 代入數(shù)據(jù)后計(jì)算得 zh=50.37，取整后 zh=50。 zh取整之后，對(duì)中心距修正得 A=87.5mm。 下面對(duì) z11和 z12這一對(duì)齒輪的 齒數(shù)進(jìn)行 分配。 為了使一檔的傳動(dòng)比大一些， 中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù) 盡可能取小些。 在 一檔傳動(dòng)比 i1已經(jīng)確定 的情況下， 中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)取小一些， 使 z11/z12的值盡可能大，這樣 第一軸 上的 常嚙合齒輪的齒數(shù) 會(huì) 多些，以便 在第一軸的內(nèi)腔設(shè)置 第二軸的前軸 承并保證第一軸 軸有足夠的厚度。 另外，中間軸上 一檔齒輪的最少齒數(shù) 還 要受中間軸的軸徑大小限制，也就是 受 中間軸的剛度 限制。 所以要對(duì)軸的尺寸和 齒輪 的齒數(shù) 統(tǒng)一考慮 。在本設(shè)計(jì)中取中間軸上一檔齒輪 z11的齒數(shù)為 17。 z12=zh-z11=50-17=33。 2.5.2 常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù) 常嚙合齒輪的傳動(dòng)比為： z21 11211 （ 2-7） 另外常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 。所以得到 A (1+2)2 （ 2-8） 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 15 頁(yè) 共 36頁(yè) 先初選螺旋角 1=20。算得 z1=18.12， z2=38.32。然后對(duì)齒數(shù)取整。得 z1=18， z2=38。 對(duì)齒數(shù)取整后，對(duì)螺旋角修正得 1=19 28。 2.5.2 其他檔的齒輪的齒數(shù) 二檔中兩對(duì)嚙合的斜齒輪滿足下面兩個(gè)等式： 2 29110（ 2-9） A (9+9)2 （ 2-10） 另外斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。在設(shè)計(jì)變速器斜齒輪時(shí)，應(yīng)該使同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪的軸向力相互抵消。為了使兩個(gè)軸向力平衡必須滿足下面等式： tan192(1+2)( + 910) （ 2-11） 聯(lián)立上面三個(gè)方程解得 :z9=32.86,z10=24.12,取整后得 z9=33,z10=24， 螺旋角 =12 16。 依照同樣的方法可以計(jì)算其他檔的齒輪的齒數(shù)和螺旋角。求得的結(jié)果如下： 三檔齒輪：齒數(shù) z7=30 齒數(shù) z8=27 螺旋角 =12 16 四檔齒輪：齒數(shù) z5=26 齒數(shù) z6=31 螺旋角 =16 16 五檔齒輪：齒數(shù) z3=22 齒數(shù) z4=34 螺旋角 =16 16 2.5.3 齒輪的齒寬 齒輪的 齒寬 對(duì)變速器的軸向尺寸、傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命 情況 都有影響。齒輪的 齒寬減小 將 影響 到變速器的傳動(dòng)平穩(wěn)，小的齒寬加大了齒輪應(yīng)力。但是為了 減小 變速器的軸向尺寸以及減小變速器質(zhì) 量， 宜 采用小的齒寬。 當(dāng) 齒輪 的齒寬度較大 ,齒輪的 承載能力會(huì)提高。但是當(dāng) 齒輪 承載后 ,由于軸的撓曲 變形和齒輪的形狀誤差等 因素 ,會(huì)造成齒寬方向的受力不均 ,所以齒輪的 齒寬 也 不宜過(guò)大。 這些都應(yīng)該綜合考慮。 在本設(shè)計(jì)中根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算齒輪齒寬。 b （ 2-12） 其中 kc是齒寬系數(shù)（直齒輪取 4.5 8.0，斜齒輪取 6.0 8.5） 。為了簡(jiǎn)化制造工藝和設(shè)計(jì)，齒寬都取 b=26mm。 2.5.4 倒檔的齒輪的齒數(shù) 倒檔的傳動(dòng)比跟一檔的傳動(dòng)比非常接近，所以中間軸上的倒檔齒輪取 z14=17。然后根據(jù)倒檔的傳動(dòng)比： 倒 z1314 21（ 2-13） 可以求得 z13=31. 由于惰輪只是用于轉(zhuǎn)換輸出軸的轉(zhuǎn)向，所以本設(shè)計(jì)中惰輪的齒數(shù) z 惰 =23。 根據(jù)倒檔上三個(gè)齒輪的齒數(shù)，可以計(jì)算出中間軸與倒檔軸的中心距： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 16 頁(yè) 共 36頁(yè) A 12(14 +惰 ) （ 2.14） 代入數(shù)據(jù)算得 A=60mm 同理得輸出軸與倒檔軸的中心距： A 12(13 +惰 ) （ 2.15） 代入數(shù)據(jù)算得 A=81mm 綜合上面的計(jì)算可以得到變速器中所有齒輪的齒數(shù)和螺旋角 。如下表 2.4所示。 表 2.4 齒數(shù)和螺旋角 根據(jù)齒輪的實(shí)際齒數(shù)可以修正變速器的傳動(dòng)比，修正結(jié)果如下表： 表 2.5 修正傳動(dòng)比 齒輪 齒數(shù) 螺旋角 齒輪 1 18 19 28 齒輪 2 38 19 28 齒輪 3 22 16 16 齒輪 4 34 16 16 齒輪 5 26 16 16 齒輪 6 31 16 16 齒輪 7 27 12 16 齒輪 8 30 12 16 齒輪 9 33 12 16 齒輪 10 24 12 16 齒輪 11 33 0 齒輪 12 17 0 齒輪 13 31 0 齒輪 14 17 0 惰輪 23 0 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 倒檔 傳動(dòng)比 3.99 2.83 2.28 1.78 1.33 1.00 3.75 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 17 頁(yè) 共 36頁(yè) 3 變速器主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器需要設(shè)計(jì)的主要零部 件有齒輪的幾何尺寸、齒輪的校核、軸的設(shè)計(jì)、軸的校核、花鍵的設(shè)計(jì)和 花鍵的校核等。 3.1 齒輪的幾何尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)械式 變速器 的 齒輪均為漸開(kāi)線齒輪。漸開(kāi)線齒輪除了能滿足傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比 恒定不變等 基本要求 之外，還具有 互換性好、中心距具有可分離性及切齒刀具制造容易等優(yōu)點(diǎn)。漸開(kāi)線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)、分度圓壓力角必須分別相等，兩斜齒輪的螺旋角必須相等而方向相反 7 下面表 3.1是齒輪的幾何尺寸計(jì)算公式 表 3.1 齒輪計(jì)算公式 其中 h*an是法面齒頂高系數(shù)， c*n是法面頂隙系數(shù)。 是螺旋角 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 基圓柱螺旋角 b tan b = tan cos t 端面模數(shù) mt mt=mn/cos 端面壓力角 at tan at= tan an/cos 法面齒距 pn pn= mn 端面齒距 pt pt=pn/cos 法面基圓齒距 Pbn pbn=pncos n 分度圓直徑 d d=zmt 基圓直徑 db db=dcos t 齒頂高 ha ha=mn h*an 齒根高 hf hf= mn(h*an+ c*n) 齒頂圓直徑 da da=d+2ha 齒根圓直徑 df df=d-2hf 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)用紙 第 18 頁(yè) 共 36頁(yè) 根據(jù)表 1.3的計(jì)算公式計(jì)算各個(gè)齒輪的幾何尺寸 。如表 3.2和表 3.3所示 表 3.2 齒輪幾何尺寸 -1 名稱 齒輪 1 齒輪 2 齒輪 3 齒輪 4 齒輪 5 齒輪 6 齒輪 7 齒數(shù) 18 37 22 34 26 30 30 法面模數(shù) (mm) 3 3 3 3 3 3 3 螺旋角 (deg) 19.46 19.46 16.26 16.26 16.26 16.26 12.27 基圓柱螺旋角 (deg) 18.75 18.75 15.52 15.52 15.52 15.52 11.61 端面模數(shù) (mm) 3.19 3.19 3.19 3.19 3.19 3.19 3.19 端面壓力角 (deg) 22.11 22.11 21.72 21.72 21.72 21.72 21.34 法面齒距 (mm) 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 端面齒距 (mm) 10.00 10.00 9.81 9.81 9.81 9.81 9.64 法面基圓齒距 (mm) 8.86 8.86 8.86 8.86 8.86 8.86 8.86 分度圓直徑 (mm) 57.27 111.72 68.75 106.25 81.25 93.75 92.10 基圓直徑