【汽車(chē)變速器設(shè)計(jì)9200字（論文）】

緒論本文重點(diǎn)研究了汽車(chē)變速器的設(shè)計(jì)，它可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的扭矩和速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，可以針對(duì)不同的駕駛情況，選擇不同的駕駛條件，調(diào)整行駛速度，改變扭矩等，最終保證在爬坡、轉(zhuǎn)彎或加速等過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)行駛速度和牽引力處于最佳狀態(tài)。并且，空檔和倒擋的功能以及可變功率等也是必不可少的。在設(shè)計(jì)中需要保證變速器具有以下要求：1.滿(mǎn)足汽車(chē)基板設(shè)計(jì)與工作要求；2.變速箱切換至空擋時(shí)，沒(méi)有動(dòng)力傳遞；3.在調(diào)整是倒擋時(shí)，汽車(chē)可以向后運(yùn)動(dòng)；4.動(dòng)力傳遞功率需符合既定要求；5.切換檔位要方便、省力；6.工作可靠，不可出現(xiàn)換擋變速器無(wú)響應(yīng)的狀況；7.傳動(dòng)需要保持高工作效率；8.整體工作噪音需在要求范圍內(nèi)。除此之外，整個(gè)汽車(chē)的變速器要小結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)量、低成本、裝拆方便易于維護(hù)。設(shè)計(jì)中對(duì)檔位的設(shè)置不僅需要考慮經(jīng)濟(jì)性要求，而且要依據(jù)相應(yīng)的傳動(dòng)比，還要考慮道路條件，越惡劣的道路，齒輪比范圍應(yīng)當(dāng)越大。1.1變速器的傳動(dòng)類(lèi)型手動(dòng)變速器(MT)是最能節(jié)省能源消耗的，并且此項(xiàng)技術(shù)較為基礎(chǔ)，已經(jīng)被我國(guó)各大車(chē)企所掌握，加上多年來(lái)制造技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的積累，使得手動(dòng)變速器的價(jià)值較低的同時(shí)還能保證較高的制造質(zhì)量，因此，在一定時(shí)期內(nèi)處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，但是它也有較明顯的缺陷，需要連續(xù)不斷的操作，尤其是在城市間路段擁擠的情況下。自動(dòng)檔位變速器(AMT)的自動(dòng)化程度較高，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速離合器和變速檔位切換。其主要優(yōu)勢(shì)是駕駛員在過(guò)度踩油門(mén)時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠限制最佳檔位切換時(shí)間，減小了油門(mén)不合適導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。而此項(xiàng)技術(shù)還大大降低了駕駛操作的難度，駕駛更為舒適，自動(dòng)化的操作還能有減少動(dòng)力損失。此種變速器換擋時(shí)間也較為準(zhǔn)確，必須在駕駛員踩下離合器的時(shí)候才可以切換，行為固定，能夠提高安全性。電子控制式自動(dòng)變速器(AT)在近幾年汽車(chē)的發(fā)展中應(yīng)用也越來(lái)越多，并且朝著多檔位和數(shù)字化的方向發(fā)展，舒適性越來(lái)越好。日本aisinaw公司作為最大的自動(dòng)一體變速器制造商在2006年研制的aiaa80e8自動(dòng)變速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了更高的總變速比，且全方位的超越了5速自動(dòng)變速器。所以，駕駛員在任意駕駛條件下，都能夠獲得最優(yōu)的傳動(dòng)比。電子控制的模塊可以自動(dòng)選擇更多的齒輪配比，大幅提升了傳動(dòng)的順滑性能，因此，從駕駛角度看，最終的燃油經(jīng)濟(jì)性得到提升，汽車(chē)傳動(dòng)噪音顯著下降。無(wú)極傳動(dòng)變速器(CVT)則顯著不同于其他的傳動(dòng)方式，主要是通過(guò)兩組錐齒輪和一條傳動(dòng)帶所組成的能夠變換出無(wú)限多種傳動(dòng)比的檔位。變速器中傳動(dòng)帶移動(dòng)位置可以改變凹槽的寬度，匹配出不同的傳動(dòng)力矩和傳動(dòng)效率。因此，聯(lián)和錐齒輪的連接寬度改變是，傳動(dòng)接觸面和半徑輪接觸面積隨之改變。另外，CVT傳動(dòng)是絕對(duì)連續(xù)的，不會(huì)出現(xiàn)劇烈的突然變化，與其他的變速器相比，燃油經(jīng)濟(jì)性更高，因此，在當(dāng)今石油能源緊缺的情況下，CVT變速器的發(fā)展較快，而我國(guó)使用的CVT變速器多為5種、6種甚至更高。1.2變速器工作原理正常情況下齒輪的齒數(shù)都是固定的，因此一對(duì)配對(duì)的齒輪傳動(dòng)比也是固定的，在齒輪箱中，多個(gè)齒輪組成一定數(shù)量的傳動(dòng)比，通過(guò)調(diào)整不同的配對(duì)齒輪，可以實(shí)現(xiàn)最終輸出速度和扭矩的改變。為了更清晰的了解變速器的變速原理，設(shè)定不同齒數(shù)的齒輪傳遞效率，驅(qū)動(dòng)速度，齒數(shù)，從動(dòng)輪為和。如果是小齒輪作為主動(dòng)輪，則實(shí)現(xiàn)減速效果，反之，如果是大齒輪作為主動(dòng)輪，則實(shí)現(xiàn)加速效果。因?yàn)?，而傳動(dòng)比為=/=/。通常，傳動(dòng)比可以通過(guò)配對(duì)齒輪的轉(zhuǎn)速或者齒輪來(lái)表示，如下所示：依據(jù)此傳動(dòng)比的定義，在設(shè)計(jì)變速箱時(shí)可以通過(guò)調(diào)整不同齒數(shù)的齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)速度的調(diào)整。1.3研究方法變速器的設(shè)計(jì)首先是依據(jù)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)于汽車(chē)變速器的設(shè)計(jì)，并查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料獲得初步認(rèn)識(shí)，結(jié)合本專(zhuān)業(yè)所學(xué)知識(shí)，對(duì)比不同的設(shè)計(jì)方案，規(guī)劃不同的齒輪配對(duì)齒數(shù)。然后計(jì)算不同配對(duì)齒輪的傳動(dòng)比，參考相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸與參數(shù)。最后，需要對(duì)各軸以及軸承進(jìn)行校核，并且還要整體分析設(shè)計(jì)方案，完善設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。齒輪設(shè)計(jì)與校核2.1設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)最高車(chē)速：發(fā)動(dòng)機(jī)功率：轉(zhuǎn)矩：總質(zhì)量：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速：車(chē)輪：0.35m2.2變速器各傳動(dòng)比的確定設(shè)計(jì)開(kāi)始先依據(jù)經(jīng)驗(yàn)暫選定一個(gè)傳動(dòng)比：(2.1)式中：—最高車(chē)速—最大功率下的轉(zhuǎn)速—設(shè)計(jì)用車(chē)輪的半徑—變速器最小傳動(dòng)比，本文的乘用車(chē)取0.85—主減速器傳動(dòng)比：(轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)=1.1～1.3)(2.2)所以，符合(2.3)對(duì)于雙曲面型的減速裝置，當(dāng)≤6時(shí)，=90%的設(shè)計(jì)計(jì)算如下：①首先計(jì)算最大的爬坡度。(2.4)式中：G—重力，，—質(zhì)量，—加速度，=17000N；另外，各參量取值如下：=4.5，=89%，=0.35m，=16.7°阻力控制系數(shù)為=0.0165×[1+0.01(-50)]=0.03795計(jì)算得②然后要滿(mǎn)足行駛附著條件：(2.5)φ為附著精度系數(shù)，此處取0.6。為該汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的重力載荷，此處取70%mg；經(jīng)計(jì)算≤3.283；由①②得2.551≤≤3.283；取=3.2；接著對(duì)最大傳動(dòng)比進(jìn)行校核(2.6)滿(mǎn)足在3.0~4.5的要求。確定各檔位傳動(dòng)比：通常，傳動(dòng)比復(fù)合如下要求：(2.7)式中:是常數(shù)，因此，可推導(dǎo)出反向傳動(dòng)比：(2.8)(2.9)不同檔位傳動(dòng)比為：(2.10)2.3變速器傳動(dòng)方案的確定圖2.1是不同變速箱倒擋的傳動(dòng)方案示意圖。其中，圖2.1a是高速倒擋變速箱布置。圖2.1b的設(shè)計(jì)可以大幅縮短中間軸運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，但是帶來(lái)的困難時(shí)換擋困難。圖2.1c優(yōu)勢(shì)是齒輪傳動(dòng)比非常高，實(shí)現(xiàn)極高的檔位，但換擋的差別不大。圖2.1d作為前面方案的改進(jìn)，一定程度上削弱了其他方案的缺點(diǎn)。圖2.1e對(duì)中間軸和端面進(jìn)行了擴(kuò)展。圖2.1f齒輪配對(duì)一定，提高了換擋的準(zhǔn)確性和建議性。圖2.1g主要針對(duì)于重型卡車(chē)，減小了軸向的長(zhǎng)度，但同時(shí)導(dǎo)致倒擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，必須引入變速叉軸才可以。綜上分析，本文中的輕型汽車(chē)變速器設(shè)計(jì)采用方案2.1f。圖2.1倒檔傳動(dòng)方案對(duì)比分析圖2.2是傳動(dòng)過(guò)程中傳輸路線示意圖。通過(guò)分析汽車(chē)不同運(yùn)行狀態(tài)對(duì)速度的要求，在一檔和倒擋是要求高動(dòng)力，因此此時(shí)齒輪配對(duì)應(yīng)選擇靠近車(chē)軸最低位置處。然而，變速箱設(shè)計(jì)需要保證軸的速度，要按照高低順序進(jìn)行排列。因此，一方面使軸地硬度提升，另一方面也降低了軸的安裝難度。在分析工作時(shí)間時(shí)，一檔工作時(shí)間很短，所以倒擋齒輪數(shù)接近于一檔齒輪數(shù)，第一齒輪位置應(yīng)靠近軸座。圖2.2變速器傳輸路徑圖2.4中心距的確定參考其他的設(shè)計(jì)方案初步選定一個(gè)中心距，一般前置發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)變速器前置中心軸距比值為a，查詢(xún)相關(guān)說(shuō)明手冊(cè)，選定a=66mm。2.5齒輪參數(shù)2.5.1模數(shù)對(duì)汽車(chē)駕駛員來(lái)說(shuō)，綜合考慮油耗等因素，質(zhì)量與噪音的降低更為重要。所以，選擇高模塊齒輪是非常重要的。無(wú)論是聯(lián)軸器嚙齒還是常規(guī)齒輪，其齒廓都是漸開(kāi)線形狀，由于加工技術(shù)等原因，同一變速器內(nèi)部會(huì)存在不同齒輪模數(shù)相同的情況。取樣數(shù)值參考相關(guān)使用手冊(cè)，選擇范圍主要是依據(jù)汽車(chē)排量和總質(zhì)量選擇，依據(jù)主要是相同尺寸的前提下小模數(shù)可以增大齒數(shù)，有利于換擋的效率。表2.1汽車(chē)變速器齒輪法向模數(shù)車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)排量(乘用車(chē))V/L最大總質(zhì)量(貨車(chē))/t1.0≤V≤1.61.6＜V≤2.56.0＜≤14＞14.0模數(shù)/mm2.25～2.752.75～3.003.50～4.504.50~6.00表2.2汽車(chē)變速器常用齒輪模數(shù)一系列1.001.251.502.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.753.253.503.754.505.50——本文中選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.6L，根據(jù)表2.1及2.2，模數(shù)為2.25~2.75mm。2.5.2壓力角壓力角直接影響到傳動(dòng)的承載能力，國(guó)家規(guī)定齒輪壓力角通常為20°。一般來(lái)說(shuō)，較小的壓力角14.5°、15°、16°、16.5°能實(shí)現(xiàn)高重合度和低傳動(dòng)噪聲，在小型車(chē)應(yīng)用廣泛。但是對(duì)于重載車(chē)來(lái)說(shuō)，高壓力角22.5°或25°更有助于增大齒輪箱的承載力。根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定無(wú)極傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以此項(xiàng)變速箱齒輪設(shè)計(jì)壓力角直接按照國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)。2.5.3螺旋角齒輪的螺旋角關(guān)乎齒輪的齒強(qiáng)度，如果螺旋角選擇較大時(shí)，兩個(gè)配對(duì)的齒輪嚙合重合度提高，同時(shí)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是工作的平穩(wěn)性顯著提升，傳動(dòng)噪音大幅下降。而斜齒輪受力時(shí)收到螺旋角的影響，能夠把軸向力通過(guò)派生力的形式作用于軸承上。2.5.4齒寬對(duì)于直齒圓柱齒輪，，為齒寬系數(shù)，本文中取值為7.0；對(duì)于斜齒圓柱齒輪，取值為6.0~8.5。若采用齒輪嚙合傳動(dòng)等方式時(shí)，齒輪工作寬度在2~4mm，為了提高傳動(dòng)承載力，本文取4mm。2.5.5齒頂高系數(shù)高端裝備制造技術(shù)的發(fā)展使齒頂高系數(shù)不斷改進(jìn)，目前高精度的齒輪加工，其系數(shù)為1.00。2.6齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核2.6.1各擋齒輪齒數(shù)的分配一檔齒輪初選斜齒，模數(shù)2.5mm，螺旋角22°。傳動(dòng)比：(2.11)通過(guò)齒數(shù)和來(lái)逐步求解，(2.12)以此，可得=11.65取12，=49-12=37。然后修正中心距A，并將修正的中心距通過(guò)計(jì)算分配與各個(gè)齒輪上。(2.13)經(jīng)過(guò)變位設(shè)計(jì)的一檔齒輪，端面壓力角設(shè)計(jì)為(2.14)嚙合角設(shè)計(jì)為：(2.15)變位系數(shù)設(shè)計(jì)為：(2.16)然后參考變位系數(shù)線圖：(2.17)接著可以求解齒輪9、10的相關(guān)參數(shù)。如分度圓直徑為：(2.18)(2.19)齒頂高求解：(2.20)(2.21)式中：(2.22)(2.23)齒根高求解：(2.24)(2.25)齒頂圓直徑求解：(2.26)(2.27)齒根圓直徑求解：(2.28)(2.29)當(dāng)量齒數(shù)求解：(2.30)(2.31)二擋齒輪選定斜齒，模數(shù)2.25，=24°。(2.32)(2.33)(2.34)角度變位后求解如下：理論中心距求解：(2.35)端面壓力角求解：(2.36)(2.37)端面嚙合角求解：(2.39)(2.40)變位系數(shù)之和求解：(2.41)參考變位線圖：(2.42)(2.43)二擋齒輪參數(shù)求解：分度圓直徑求解：(2.44)(2.45)齒頂高求解：(2.46)(2.47)式中：(2.48)(2.49)齒根高求解： (2.50)(2.51)齒頂圓直徑求解：(2.52)(2.53)齒根圓直徑求解：(2.54)(2.55)當(dāng)量齒數(shù)求解：(2.56)(2.57)三擋齒輪初選斜齒，=22°，模數(shù)2.25。(2.58)(2.59)(2.60)(2.61)角度變位后求解如下：理論中心距求解：(2.62)端面壓力角求解：(2.63)(2.64)端面嚙合角求解：(2.65)(2.66)變位系數(shù)之和求解：(2.67)查圖后：分度圓直徑求解：(2.68)(2.69)齒頂高求解：(2.70)(2.71)式中：(2.72)(2.73)齒根高求解：(2.74)(2.75)齒頂圓直徑求解：(2.76)(2.77)齒根圓直徑求解：(2.78)(2.79)當(dāng)量齒數(shù)求解：(2.80)(2.81)四擋齒輪初選斜齒，=24°，模數(shù)2.5。(2.82)(2.83)(2.84)(2.85)(2.86)變位后求解如下：理論中心距求解：(2.87)端面壓力角求解：(2.88)(2.89)端面嚙合角求解：(2.90)(2.91)變位系數(shù)之和求解：(2.92)查圖得：(2.93)分度圓直徑求解：(2.94)(2.95)齒頂高求解：(2.96)(2.97)式中：(2.98)(2.99)齒根高求解：(2.100)(2.101)齒頂圓直徑求解：(2.102)(2.103)齒根圓直徑求解：(2.104)(2.105)當(dāng)量齒數(shù)求解：(2.106)(2.107)五擋齒輪初選斜齒，=22°，2.25。(2.108)(2.109)(2.110)(2.111)則：(2.112)變位后求解如下：理論中心距求解：(2.113)端面壓力角求解：(2.114)(2.115)端面嚙合角求解：(2.116)(2.117)變位系數(shù)之和求解：(2.118)查圖得：(2.119)分度圓直徑求解：(2.120)(2.121)齒頂高求解：(2.122)(2.123)式中：(2.124)(2.125)齒根高求解：(2.126)(2.127)齒頂圓直徑求解：(2.128)(2.129)齒根圓直徑求解：(2.130)(2.131)當(dāng)量齒數(shù)求解：(2.132)(2.133)倒擋齒輪設(shè)計(jì)如下：由于其模數(shù)與一檔相同，的齒數(shù)在21～23之間，在確定了齒輪12后，可依據(jù)中心距計(jì)算13齒輪的齒數(shù)。已知=21，=13，計(jì)算如下(2.134)為避免倒擋齒輪嚙合干涉問(wèn)題，齒輪的齒頂圓需要留有一定的間隙，約0.5mm，所以齒輪13的齒頂圓直徑計(jì)算如下：(2.135)(2.136)(2.137)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，查手冊(cè)后取=34。然后計(jì)算倒擋軸和輸出軸之間的距離(2.138)傳動(dòng)比求解：(2.139)2.6.2齒輪材料的選擇原則1.滿(mǎn)足工況要求不同工況下對(duì)齒輪的性能要求不同，因此，設(shè)計(jì)所用的材料也不同。但是，通常情況下，齒輪都應(yīng)具有較高的強(qiáng)度以及耐磨性，外表面高硬度，芯部低硬度。2.材料選擇恰當(dāng)一般配對(duì)的兩個(gè)齒輪的硬度是不同的，硬度差應(yīng)在30-50HBS之間。所以，為了提高齒輪的耐磨性，兩個(gè)齒輪的材料通常是不同的。3.設(shè)計(jì)考慮后加工處理齒輪表面經(jīng)常需要滲碳或滲氮進(jìn)行強(qiáng)化，最終表面硬度可達(dá)HRC58?63。而如果是氰化物齒輪，其涂層深度一般低于0.2，表面硬度1/hrc。若是汽車(chē)高性能變速器，高性能的鋼材也可以用，如25crmnmo,20crnimo,12cr3a等。在經(jīng)過(guò)淬火或滲碳等處理后，表面硬度顯著提升，晶粒得到細(xì)化。2.6.3計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩本文中汽車(chē)計(jì)算采用的發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩192N.m，各效率如下，齒輪99%，離合器98%，軸承96%。輸入軸(2.140)輸出軸(2.141)一擋(2.142)二擋(2.143)三擋(2.144)四擋(2.145)五擋(2.146)倒擋(2.147)2.6.4輪齒的校核1、倒檔直齒——求解輪彎曲應(yīng)力圖3.1齒形系數(shù)圖(2.148)式中：—彎曲應(yīng)力，MPa；—計(jì)算載荷，N.mm；—應(yīng)力集中系數(shù)，插值得=1.65；—摩擦力影響系數(shù)，(由于受力方向影響，主動(dòng)輪=1.1，從動(dòng)輪=0.9)；—齒寬(mm)；—模數(shù)；—齒形系數(shù)，如圖3.1。若計(jì)算載荷取當(dāng)前一周最大轉(zhuǎn)矩，直齒輪彎曲應(yīng)力400?850MPa，滿(mǎn)足實(shí)際重載卡車(chē)要求。然后可以計(jì)算出倒擋齒輪11，12，13所對(duì)應(yīng)的彎曲應(yīng)力。(2.149)(2.150)(2.151)(2.152)(2.153)斜齒輪彎曲應(yīng)力(2.154)式中：—計(jì)算載荷，N·mm；—法向模數(shù)，mm；—齒數(shù)；—斜齒輪螺旋角，°；—應(yīng)力集中系數(shù)，取1.50；—齒形系數(shù)，參照當(dāng)量齒數(shù)查圖；—齒寬系數(shù)—重合度影響系數(shù)，取2.0。若計(jì)算負(fù)載吸收一軸的扭矩，乘用車(chē)恒定檔位配合高速變速器，使應(yīng)力維持在180-350MPa，對(duì)于卡車(chē)則維持在100-250MPa。(1)求解一檔齒輪9，10的彎曲應(yīng)力(2.155)(2.156)(2.157)(2)求解二擋齒輪7，8的彎曲應(yīng)力(2.158)(2.159)(2.160)(3)求解三擋齒輪5，6的彎曲應(yīng)力(2.167)(2.168)(2.169)(4)求解四擋齒輪3，4的彎曲應(yīng)力(2.170)(2.171)(2.172)(5)求解五擋齒輪1，2的彎曲應(yīng)力(2.173)(2.174)(2.175)2.6.5輪齒的接觸應(yīng)力(2.176)式中：—輪齒的接觸應(yīng)力，MPa；—計(jì)算載荷，N.mm；—節(jié)圓直徑，mm；—節(jié)點(diǎn)處壓力角，°，—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，直齒輪，斜齒輪；、—主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑，mm。計(jì)算載荷若采用一軸上時(shí)，許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表3.2。表3.2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擋和倒擋1900～2000950～1000常嚙合齒輪和高擋1300～1400650～700彈性模量=20.6×104N·mm-2，齒寬(1)求解一擋齒輪9，10的接觸應(yīng)力(2.177)(2.178)(2.179)(2.180)(2.181)(2.182)(2.183)(2)求解二擋齒輪7，8的接觸應(yīng)力(2.184)(2.185)(2.186)(2.187)(2.188)(2.189)(2.190)(3)求解三擋齒輪5，6的接觸應(yīng)力(2.191)(2.192)(2.193)(2.194)(2.195)(2.196)(2.197)(4)求解四擋齒輪3，4的接觸應(yīng)力(2.198)(2.199)(2.220)(2.221)(2.222)(2.223)(2.224)(5)求解五擋齒輪1，2的接觸應(yīng)力(2.225)(2.226)(2.227)(2.228)(2.229)(2.230)(2.231)(6)求解倒擋齒輪11，12，13的接觸應(yīng)力(2.232)(2.233)(2.234)(2.235)(2.236)(2.237)(2.238)(2.239)(2.240)(2.241)軸設(shè)計(jì)與校核3.1軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及軸承的選擇與校核3.1.1軸的工藝要求變速器的軸設(shè)計(jì)是全文設(shè)計(jì)重要的一部分，里面包含了軸承的安裝、潤(rùn)滑、磨損、間隙等多種參量。為了提高軸表面強(qiáng)度，可以采用滲碳、滲氮等多種方式，或者氰化熱處理等。通常，氰化處理只用于二軸，并且可以搭配滑動(dòng)齒輪。但是，其他軸可以采用高頻熱處理的方式實(shí)現(xiàn)表面改性。對(duì)于主軸頸用于滾針輥道時(shí)，同時(shí)要保證高機(jī)械性能和高表面光潔度。綜合來(lái)看，表面硬度在HRC58~63之間，表面質(zhì)量不小于8級(jí)。但是，對(duì)于推力軸承的端面等，其表面質(zhì)量應(yīng)高于7級(jí)，同時(shí)，需要保證端面加工精度，包括軸徑不同位置的同心度。對(duì)于高碳鋼或滲碳后的軸，不應(yīng)當(dāng)對(duì)螺紋所在部位滲碳以提高強(qiáng)度，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象已出現(xiàn)裂紋。最后，軸的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能減少階梯的存在，不僅減少加工困難度，而且可以削弱成本。3.1.2初選軸的直徑通過(guò)軸不同位置直徑的設(shè)計(jì)，可以確定整個(gè)軸所能承受的最大扭矩和剛度。反之，可以通過(guò)承載計(jì)算，求解軸徑尺寸，取整得d=25mm(3.1)圖3.2軸徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.3軸的強(qiáng)度計(jì)算設(shè)定在垂直面和水平面內(nèi)內(nèi)承受撓度和，轉(zhuǎn)角為δ，可得(3.2)(3.3)(3.4)式中：—中間平面徑向力，N；—中間平面圓周力，N；—彈性模量，MPa，=2.1×105MPa；—慣性矩，對(duì)于實(shí)心軸，；—軸段直徑；、—作用力距支座、的距離，mm；—支座間的距離，mm。齒輪軸整體撓度為(3.5)垂直面和水平面撓度允許值分別為。由于齒輪平面轉(zhuǎn)角最大0.002rad，則一軸受力最大，只需對(duì)一軸校核即可。輸入軸剛度：(3.6)(3.7)(3.8)一擋齒輪受力：圖4.2輸入軸受力分析圖輸出軸剛度：圖4.3輸出軸受力分析圖(3.9)(3.10)(3.11)(3.12)(3.13)(3.14)輸入軸的強(qiáng)度校核圖4.4輸入軸的強(qiáng)度分析圖一檔時(shí)撓度最大，屬于危險(xiǎn)軸，必須進(jìn)行校核。(3.15)(3.16)1).豎直平面(3.17)得(3.18)豎直力矩(3.19)2).水平面、和彎矩(3.20)(3.21)按第三強(qiáng)度理論得：(3.22)(3.23)輸出軸強(qiáng)度校核(3.24)(3.25)1).豎直平面(3.26)得(3.27)豎直力矩(3.28)2).水平面、和彎矩(3.29)(3.30)按第三強(qiáng)度理論得：(3.31)(3.32)3.1.4軸承的選擇與校核如果變速箱的軸確定之后，軸承的選擇就至關(guān)重要，因?yàn)椴煌盗械妮S承會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生不同大小和方向的力。因此，本文中選擇30205系列的軸承，作為最常用的軸承系列之一，e=0.37，y=1.6，并且此類(lèi)軸承具有極高的使用壽命，約為24000h。校核軸承壽命：Ⅰ)、水平面內(nèi)支反力和彎矩(3.33)(3.34)求解得(3.35)Ⅱ)、內(nèi)部附加力查手冊(cè)得Y=1.6(3.36)(3.37)Ⅲ)、軸向力和由于(3.38)判定左側(cè)軸承被放松，右側(cè)軸承被壓緊(3.39)(3.40)Ⅳ)、求當(dāng)量動(dòng)載荷查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)得(3.41),故右側(cè)軸承X=0.67左側(cè)軸承X=0.4徑向當(dāng)量動(dòng)載荷(3.42)校核軸承壽命預(yù)期壽命(3.43)(3.44)為壽命系數(shù)，對(duì)球軸承=3；對(duì)滾子軸承=10/3。(3.45)(3.46)因此，校核結(jié)果為合格。輸出軸軸承校核：查30206圓錐滾子軸承的，計(jì)算的軸承的預(yù)期壽命為。軸承壽命校核：Ⅰ)、求解水平面支反力和彎矩(3.47)(3.48)由以上兩式可得(3.49)Ⅱ)、內(nèi)部附加力查手冊(cè)得Y=1.6(3.50)(3.51)Ⅲ)、軸向力和由于(3.52)所以右側(cè)軸承被放松，左側(cè)軸承被壓緊(3.53)(3.54)Ⅳ)、求當(dāng)量動(dòng)載荷查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)得(3.55)故右側(cè)軸承X=0.67左側(cè)軸承X=0.4徑向當(dāng)量動(dòng)載荷(3.56)校核軸承壽命預(yù)期壽命(3.57)(3.58)(3.59)故該軸承合格3.2變速器同步器與操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.2.1同步環(huán)主要參數(shù)的確定(1)表面機(jī)加工如果螺紋槽頂部減小至一定高度時(shí)，潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑狀態(tài)最佳。但是過(guò)小的間隙會(huì)導(dǎo)致磨損加劇。如果齒間磨損嚴(yán)重時(shí)，頂部間隙增大，雖然有利于潤(rùn)滑液的保存，但是導(dǎo)致潤(rùn)滑失效，同樣會(huì)降低工作效果。如下圖5.1a所示的適用于輕載中小型車(chē)輛，圖5.1b適用于重載大型車(chē)輛。并且螺紋槽一般有6-12個(gè)排水口，槽寬約為3-4mm。圖5.1同步器螺紋槽形式(2)錐面螺旋升角一般摩擦圓柱體水平面與椎體夾角數(shù)值越小，摩擦所受的力矩越大。若接觸面積過(guò)小，或螺旋角選擇不合適，容易出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，所以良好的傳動(dòng)效率需要避免自鎖現(xiàn)象。當(dāng)螺旋升角在6°~8°時(shí)，摩擦力矩較大，再加上表面粗糙度較大，相互接觸的兩個(gè)面在溫度升高時(shí)容易出現(xiàn)黏著，進(jìn)而出現(xiàn)自鎖。(3)摩擦錐面平均半徑R摩擦轉(zhuǎn)矩是傳動(dòng)中的一個(gè)關(guān)鍵參量，平均半徑越大，轉(zhuǎn)矩越大。設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論是傳輸中心距離還是零件尺寸的大小都會(huì)影響到錐面平均半徑的大小，隨著半徑的增大，同步環(huán)徑向厚度受限，所以，設(shè)計(jì)中可以在一定范圍內(nèi)讓平均半徑盡可能增大。(4)錐面工作長(zhǎng)度b如果可以控制錐面的軸向工作長(zhǎng)度，便能夠減小變速箱的整體尺寸，使軸向長(zhǎng)度以及工作長(zhǎng)度同時(shí)大幅縮短，但是，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)軸上的工作壓力與速度提升，最終導(dǎo)致磨損程度顯著提升。因此，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮后，計(jì)算校核確定錐面的工作長(zhǎng)度(3.60)(5)同步環(huán)徑向厚度同步環(huán)的徑向厚度與摩擦錐的半徑影響結(jié)果相似，都能夠影響到相關(guān)零部件之間距離，從而對(duì)最終變速箱的整體設(shè)計(jì)尺寸產(chǎn)生影響。綜合來(lái)看，齒輪機(jī)構(gòu)箱體結(jié)構(gòu)不應(yīng)過(guò)厚，但是還需要保證同步環(huán)在箱體徑向能夠完好的安裝，并保證足夠大的強(qiáng)度。轎廂控制環(huán)厚度明顯薄于重載卡車(chē)，加工必須通過(guò)精密鍛造實(shí)現(xiàn)，才能同時(shí)滿(mǎn)足一定的屈服強(qiáng)度和使用壽命，然而，對(duì)于某些服役條件不嚴(yán)苛的工況，如叉車(chē)可以簡(jiǎn)單通過(guò)壓鑄實(shí)現(xiàn)，采用錳黃銅等低價(jià)材料即可實(shí)現(xiàn)。若齒輪表面對(duì)耐磨性等有要求，則需要采用表面改性技術(shù)來(lái)提高性能。因?yàn)殂f環(huán)的壽命遠(yuǎn)高于銅環(huán)，另一種方式是在鑄鐵表面涂覆0.3-0.5毫米厚的鉬，以提升耐磨性和強(qiáng)度，除此之外，鋼制同步器涂覆鉬，不僅省掉了高價(jià)銅，而且提高了環(huán)的強(qiáng)度。3.2.2變速器的操縱機(jī)構(gòu)變速箱設(shè)計(jì)過(guò)程中除要滿(mǎn)足前面的諸多要求之外，還應(yīng)滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要求：1.換擋時(shí)，只能保證進(jìn)入一個(gè)檔位，不可出現(xiàn)換擋后來(lái)回切換的現(xiàn)象，成為聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。2.換擋過(guò)程若是采用自動(dòng)變速桿來(lái)回滑動(dòng)撥叉，會(huì)導(dǎo)致齒輪無(wú)法處于最佳嚙合狀態(tài)，從而影響到齒輪的服役壽命。即使完全嚙合，也會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛振動(dòng)明顯，齒輪軸向移動(dòng)。同樣需要通過(guò)聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)來(lái)避免此種現(xiàn)象。3.設(shè)計(jì)中需要增加反向鎖，即在行駛過(guò)程中不能由于意外直接滑入倒擋，這會(huì)導(dǎo)致變速箱齒輪出現(xiàn)沖擊損壞現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重事故，這是必須避免的。1.自鎖鋼球2.自鎖彈簧3.變速器蓋4.互鎖鋼球5.互鎖銷(xiāo)6.撥叉軸圖5.2變速器自鎖與互鎖結(jié)構(gòu)4結(jié)論與展望4.1結(jié)論本文設(shè)計(jì)了2軸齒輪變速箱，通過(guò)變位調(diào)整中心距和齒輪模塊，確定了倒擋和各檔位的設(shè)計(jì)，確定齒輪的壓力角，螺旋升角以及齒輪齒數(shù)等。然后計(jì)算了各齒輪的齒寬、齒廓系數(shù)等，求解出了傳動(dòng)比，修正每個(gè)齒輪的齒數(shù)。接著分析了齒輪材料的選擇原理，校核了不同的齒輪。設(shè)計(jì)計(jì)算了軸承和軸徑尺寸，確定不同軸段的軸徑大小，并進(jìn)行驗(yàn)證校核。最后，簡(jiǎn)要說(shuō)明了變速箱的變速原理。設(shè)計(jì)采用的是5+1速手動(dòng)變速箱，雖然存在大范圍的扭矩波動(dòng)，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，價(jià)格低廉，能夠滿(mǎn)足大部分場(chǎng)景駕駛的需要。并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，技術(shù)成熟，噪音小。除此之外，廣泛的齒輪比調(diào)教能夠滿(mǎn)足不同的工作條件，符合經(jīng)濟(jì)性要求。同步器的使用，雖然增加了成本，但是提高了駕駛的安全性和便利性。最后，基于設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性原則，組件設(shè)計(jì)較為開(kāi)放，標(biāo)準(zhǔn)較高，最終使得設(shè)計(jì)的安全性較高。4.2展望汽車(chē)變速器作為汽車(chē)結(jié)構(gòu)中最重要的部件之一，在未來(lái)越來(lái)越趨向與智能化，并且也離不開(kāi)材料的進(jìn)步，如高熵合金、非晶合金、復(fù)合材料等，這些材料的使用不僅有助于汽車(chē)的輕量化，而且還能夠提高汽車(chē)的減震效果，提高駕駛安全性。各零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，未來(lái)也能