轻型货车变速器设计.doc

轻型货车变速器设计摘 要在技术要求为“汽车最高行驶车速为85/h，整车整备满载质量为2.05t，行驶中迎风面积为2.8，车轮半径为341，主减速比为3”的条件下设计带1级倒档的五档变速器。本设计中采用中间轴式变速器，其优点是：最高档采用直接档，传递扭矩效率高，齿轮和轴承的磨损小，噪声小；其它档动力传递要连续经过两对齿轮，因此，在中心距较小的情况下，各档仍然有较小的传动比；其缺点是：中间档的传动效率低。设计中以设计轻型货车变速器为目的，重点设计了变速器的各轴、各齿轮、各轴承；其中前进档各齿轮采用平行轴斜齿轮，以提高传动效率，减小噪声，倒档齿轮采用平行轴直齿轮：第一、第二轴后轴承采用角接触球轴承，以承受轴向力，中间轴各轴承采用外圈有挡边圆柱滚子轴承。换挡方式除倒档采用第二轴可移动齿轮换挡外，其它各档均采用锁环式惯性同步器换档，保证迅速、省力、无冲击、无噪声换档，与操作熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性。操纵机构采用了间接操纵式手动换档机构，换档拨叉轴设计有自锁和互锁装置，保证在汽车行驶当中无跳档、乱档以及换档冲击，工作可靠。关键词：汽车，轻型货车，变速器，设计参数 LIGHT GOODS VEHICLE TRANSMISSION DESIGNABSTRACTIts technical requirements for the maximum traveling speed of the car is 85 / h, loaded with the quality of vehicle preparation for the 2.05t, driving in the wind area of 2.8 square meters, the wheel s radius is 341 mm, the main reduction ratio is 3, designing with the conditions reverse a five grades transmission. Design used in the middle of the transmission axis, and its advantages are: the highest grade adopts the direct shelf, it is high in efficiency to transmit the torsion, the wearing and tearing of gears and axles is light, other shelf power are transmitted that continuously passes two pairs of gears in a row, so in the case of the centre-to-centre spacing is smaller that every shelf still has a bigger decelerated ratio; Its shortcomings are as follows: the middle of the transmission efficiency is low. With the purpose of designing a light goods vehicles is transmission of the pickup truck in this design, focusing on the design of the transmission shaft, the gears, the bearings; Every gear of the advance shelf adopts parallel axles oblique gear, in order to improve transmission efficiency and reduce noise , the pour shelf gears adopts parallel axles straight gear; The first and the second shaft bearings angular contact ball bearing used to bear the axial force, the middle axles every bearing adopt outer lane has block cylinders columns roller bearings. In addition to shifting the way the use of the second reverse gear shift movable axis, the other files are locked inertia synchronizer ring gear, and ensure rapid, labor-saving, non-impact, noise-free transmission, and operation of proficiency has nothing to do so as to enhance the cars acceleration, economy and road safety. Organizations to adopt an indirect manipulation of manipulation of body-style manual shift, shift fork shaft design of self-locking and interlocking devices, which ensure that non-jump car file, arbitrary files, as well as the impact of shift and reliable.KEY WORDS: automobile，pick up truck，transmission，design parameter目录前言1第1章 概述21.1变速器的功能21.2 变速器的分类2第2章 变速器布置方案分析62.1变速器传动方案分析62.2变速器传动方案的确定62.3 变速器零部件结构方案分析8第3章 变速器传动比选择113.1传动比的范围计算113.2各档传动比估算12第4章 变速器参数选择144.1中心距的确定144.2齿轮参数14第5章 渐开线圆柱齿轮设计计算165.1各档传动比确定165.2螺旋角的确定185.3变位系数的确定195.4倒档齿轮的确定20第6章 变速器齿轮的材料与强度计算236.1齿轮材料236.2 齿轮的强度计算25第7章 轴的设计317.1轴的设计参数317.2轴的校核32第八章 轴承的设计36第九章 同步器的设计389.1同步器的分类389.2 主要参数的确定38参考文献42前言改革开放以来,中国汽车工业的发展驶入了快车道，汽车产量不断飙升,1971年、1988年、1992年和 2000年分别突破10万辆、50万辆、100万辆和 500万辆，己成功跻身世界汽车四强之列。随着汽车工业的飞速发展，人民生活水平的提高，高速公路、高等级公路的不断建设，汽车正逐渐进入家庭，成为人们生活的一部分.19802001年，我国汽车消费量年均增长高达18，特别是进入九十年代以后，国内汽车产量以l2年递增10万辆的速度高速增长，目前在汽车市场的比重己超过30，成为我国汽车需求增长的重要拉动力量。大力发展公共交通，“鼓励汽车进入家庭”己经被党中央写入“十五计划”。国家经贸委提出，“十五”期末我国汽车产量要达320万辆左右，力争到2010年使之成为国民经济的支柱产业。规划预计到2005年，轿车产量为 110万辆左右；汽车工业增加值为 1300亿元，占国内生产总值 1左右，汽车产品基本满足国内市场需求。随着我国加入世界贸易组织，通用、福特、日产、丰田一批世界一流汽车生产企业纷纷进入中国，市场竞争日趋激烈.入世后，技术竞争将是我国汽车工业面临的最大挑战。随着国民经济的蓬勃发展，汽车己成为人们日常生活中重要的交通运输工具。人民生活水平的不断提高，则更对车辆的舒适性能提出高要求, 不仅如此,随着世界石油的越来越紧张,全球资源的减少，汽车变速性能还直接影响汽车燃油经济性和运输生产效率、变速过程的全面研究以提高汽车的动力性，具有积极的社会效益和明显的经济效益。现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源,其转矩和转速变化范围较小,而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化.所以,在汽车传动系中设置了变速器.我国正在大力发展汽车产业，有针对性地进行汽车零部件的设计，是进行汽车设计的有效切入点。 第1章 概述1.1变速器的功能不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轴上的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有力的工况范围内工作。此外，应保证汽车能倒退行驶和在滑行或停车时，是发动机传动系保持分离。需要时还要有动力输出功能。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器有如下基本要求：1、 正确选择变速器的档数和传动比，保证汽车有必要的动力性和经济性指标。2、 设置空档和倒档，保证发动机和驱动轮能长期分离，使汽车能进行倒退行驶。3、 换档迅速、省力，以便缩短加速时间，并提高汽车动力性能。4、 工作可靠。汽车行驶中，变速器不得有跳档、乱档以及换档冲击等现象发生。5、 应设置动力输出装置，以便必要时进行功率输出。此外，变速器应当满足功率高，噪声低，体积小，重量轻，容易制造等要求。1.2 变速器的分类从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。一、手动变速器(MT)手动变速器（Manual Transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值(也就是所谓的“级” )。比如，一档变速比是3.85,二档是2.55,再到五档的0.75,这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值(即有5级)，所以说它是有级变速器。曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历郊深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车，它们的各款车型基本上都是5档手动变速。二、自动变速器（AT）自动变速器（Automatic Transmission），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但自动变速器中有很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。 在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。在高速公路上，这是个体现地非常完美。而且，以北京市来说，现在的交通状况不好，堵车是经常的事情，有时要不停地起步停步数次，司机如果使用手动档，则会反复地挂档摘档，操作十分烦琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动档，就不会这样麻烦了。在市场上，此类汽车销售状况还是不错的，尤其是对于女性朋友比较适合，通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普及这种车型，关键要解决的是路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。三、手动/自动变速器（AMT）其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传统的手动变速器，而且在某些时候也需要自动的感觉。这样手动/自动变速器便由此诞生。这种变速器在德国保时捷车厂911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动档束缚，让驾驶者也能享受手动换档的乐趣。此型车在其档位上设有“+”、“-”选择档位。在D档时，可自由变换降档(-)或加档(+)，如同手动档一样。自动手动变速系统向人们提供两种驾驶方式为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通拥挤时使用自动档，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。笔者曾在上面提到，手动变速器有着很大的使用群体,而自动变速器也能适应女士群体以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些夫妻双方均会驾车的家庭来说，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如广州本田飞度1.3L CVT 两厢、南京菲亚特2004派力奥1.3 HL Speedgear、南京菲亚特 西耶那Speedgear EL这些“二合一”的车型价格均在10万元左右，这个价格层面还比较低的。 所以，手动/自动车在普及上还是具有相当的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，根据市场要求精心打造此类变速器。因为这类变速器是有比较广阔的市场的。四、无级变速器当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高的。汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的“最高境界”。无级变速器最早由荷兰人范多尼斯（VanDoornes）发明。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友将自动变速器称为无级变速器，这是错误的。虽然它们有着共同点，但是自动变速器只有换档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有27个档。而无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。从市场走向来看，虽然无级变速器是一个技术分量比较高的部件，但是也已经走进了普通轿车的“身体” 之中，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了CVT无级变速器，既方便又省油，且售价也仅在9.6811.68万元。而且奇瑞汽车销售公司表示QQ无级变速器型年底上市。看来无级变速器在中档车中的运用将越为广泛。第2章 变速器布置方案分析2.1变速器传动方案分析设计任务：5+1档变速器，轻型货车。采用后轮驱动，采用中间轴式变速器。中间轴式变速器特点：变速器的第一轴与第二轴的轴线在同一直线上，将他们连接就得到直接档。此时变速器的齿轮和轴承不承载，第一轴和第二轴冶金传递扭矩，因此变速器的传递效率高，磨损小，噪声也小；在其它前进档工作时，中间轴式变速器动力要连续经过两对齿轮，因此，在中心距较小的情况下，一档仍然有较大的传动比。这种变速器的主要缺点是中间档的传动效率较低。在档数相同的情况下，各种中间轴式变速器主要是在常啮 合齿轮对数，换挡方式和倒档传动方案有所差别。传动方案：五对常啮合齿轮，前进档全部采用同步器换档，为实现倒档采用一双联齿轮，其中一齿轮与中间轴一档齿轮常啮合，第二轴倒档齿轮采用可移的齿轮，此方案不仅简单了其结构，而且避免在各传动齿轮的轮齿在正、负交替的对称变化的弯曲应力下工作，取舍极为优越，是对变速器工作性能的极大提高。2.2变速器传动方案的确定各方案如下：a方案： b方案：c方案：图-变速器传动方案以上三种方案a、b、c是对该传动方案的布置方案图。由于方案a挂倒档时出现困难，且中间轴一倒档齿轮的轮齿要在正、负交替的对称变化的弯曲应力下工作，出现了很不利的情况；而方案b前进档全部由同步器换档，换档容易，倒档由双联齿轮实现，解决了轮齿工作不利的情况，为对b方案进行优化，生成了c方案，但美中不足，c方案出现换挡时对新手操作不便，且在换一挡时由于不是同步器换档，会有轻的冲击，考虑到众多因素，该变速器采用了b方案。该方案的只要缺点是中间档与低档的传动效率稍微降低。2.3 变速器零部件结构方案分析 变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。1. 齿轮形式：与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。2.换档结构形式：换档结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，初一档、倒档外很少采用。啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。 图- 防止自动脱档的结构措施采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中。自动脱档是变速器的主要障碍之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在结构上，目前比较有效的方案有以下几种：1） 将啮合套做得长一些（如图1-7a）或者两接合齿的啮合位置错开（图1-7b），这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约13mm。使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，以阻止自动脱档。 2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.30.6mm），这样，换档后啮合套的后端面便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档（图1-8）。3）将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜2030），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力 （图1-9）。这种结构方案比较有效， 采用较多。 此处切薄图-防止自动脱档的结构措施切成斜面 图-防止自动脱档的结构措施3.轴承形式：第一轴后轴承采用角接触轴承，第二轴前轴承采用滚针，后轴承采用角接触轴承，中间轴两端都采用圆柱滚子轴承。第3章 变速器传动比选择3.1传动比的范围计算设计主要技术参数：汽车最高行驶车速为85km/h，整车整备满载质量为2.05t，行驶中迎风面积为2.8，车轮半径为341mm，主减速比为3，.阻力功率平衡：Pe=（+）（）当=85kw/h时其中：滚动阻力系数：对货车取=0.02 空气阻力系数：货车(0.8-1.0) ，取=0.8 传动系效率：42后轮单级减速器，=0.9与该功率相匹配的发动机转速值，轻型货车在40005000r/min之间，这里取 =3800r/min。.发动机最大转矩： =9549（）为转矩适应性系数，一般在1.11.3之间，取=1.2，则=9549=9549=185Nm.最小传动比：最高档采用直接档，所以传动系最小传动比为=3.最大传动比由=3已知，最大传动比的确定就是变速器一档传动比的确定；由最大爬坡度的要求变速器一档传动比为：（）由驱动轮与路面的附着条件有变速器一档传动比： （）其中：G = mg ：最大爬坡度。取= ：驱动车轮滚动半径。 = ，此处采用子午线轮胎。 F=3.05 = ：汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷。42后轮单级减速器货车满载后轴轴荷占60%-68%。此取65%，则：=0.65mg=. ：道路附着系数则3.2各档传动比估算由于该变速器为带1级倒档的四档变速器，且变速器最高档与最低档传动比确定后，中间格挡的传动比理论上是按等比数列排列的，其公比： （） n为变速器档数 ， 取=5.497，=1 该变速器设计为五档变速器满足其各档之间传动比在1.71.8之间的变化，满足其档与档之间传动比分配=5.497，=2.821，第4章 变速器参数选择4.1中心距的确定中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的强度。三轴式变速器的中心局A（mm）可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定： A=K （）其中： K 中心距系数。货车取K=8.6-9.6 这里取K=9.3 。 变速器传动效率，取=0.96初选中心距 =88.94mm中心距最好取为整数，此处取. =89mm.4.2齿轮参数1.模数：根据变速器用齿轮模数范围（轻型货车）2.20-3.5机械工程手册第12卷第3969页和标准模数系列（GB1357-87）及变速器低档齿轮应选用大些的模数。因此，取倒档平行轴直齿圆柱齿轮传动，模数为，一档平行轴斜齿圆柱齿轮传动，模数为=3mm，其它档斜齿轮模数为=3.5mm。2.压力角：采用国家规定的标准压力角=20。3.螺旋角：1） 增大角使齿轮 合的重合度系数增加，工作平稳，噪声降低。随着 增大，齿轮的强度也相应提高，不过当时，其弯曲强度骤然下降而接触强度继续上升，因此从提高低档齿轮的强度出发，并不希望过大，而从提高低档齿轮的接触强度着眼，可选取较大的值。2） 斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力。故此设计应要求中间轴上的轴向力平衡，所以中间轴上齿轮的旋向应都做成右旋，而第一二轴上的齿轮旋向都做成左旋，第一二轴的轴向力经轴承盖由壳体承受。欲使中间轴上的斜齿轮轴向平衡，必须满足：； （）其中： 、中间轴两工作齿轮的螺旋角； 、中间轴两工作齿轮的节圆半径。对轻型货车变速器=18-26，变速器齿轮螺旋角应在此范围内变化。第5章 渐开线圆柱齿轮设计计算5.1各档传动比确定1 一档传动比：， （） =（）取=18，则因齿数为整数，得=71中间轴小齿轮在12-17之间取用，所以取用=16 ，则=16，=57-16=41 。 对一档得由于 同理2 对常啮合齿轮：（）取=21 ，得因齿数为整数，取 ，则3 对二档齿轮：因 ，又 ， 。4 对三档齿轮：由 则 ， 由上可得各队啮合齿轮的传动比： 5 各档传动比的确定一档满足一档传动比在5.2191-5.5338之间二档三档四档五挡各档传动比相差不大，齿轮齿数选择合适。表 5-1 变速器各档传动比的参数表一档二档三档四档五挡倒档5.4972.8211.59110.8295.5375.2螺旋角的确定根据中间轴上的轴向力平衡：=（）同理：=,= 选取直接档传动齿轮的螺旋角：=则= =21.1635 同理可求的、的螺旋角值。但是从加工工艺性考虑，取=，由于计算结果，所以取= ，以便最大限度地促使中间轴上的轴向力平衡。5.3变位系数的确定根据以上计算数据，取实际中心距，则对一档两啮合齿轮来说：标准中心距=88.94mm；中心距变动系数：=因为标准压力角=又= ，得= 又=0.9329 = =0.03 +=0.03齿轮比 由选择变位系数线图得 对常啮合齿轮：标准中心距=90.3989=0.4050 =0.9310 = =-0.14+=-0.14齿轮比由变位系数线图得 对二档三档齿轮： =89mm故二档、三档齿轮不产生变位。5.4倒档齿轮的确定模数与一档中间轴齿轮相同，齿轮一般在21-23之间，取=21，两齿轮的螺旋角也相等.则中间轴与倒档轴的中心距=（）=62mm齿轮变位系数 ，取.则可求出齿轮变位系数= =0.3827 , = =0.3084 =0.02 =-=0.02-0.17=-0.15倒档齿轮、：为方便倒档齿轮、正确啮合且不与中间轴发生干涉。经计算取两齿轮中心距。 ，由于倒档传动比限制，所以取 ，则，倒档传动比合适。参数齿轮参数齿轮模数m齿数z压力角 螺旋角变位系数啮合角齿宽(mm)节圆直径12.526-0.05 2158.1622.545-0.0921121.8532.5340 2083.2842.53702096.7252.5440 18107.4662.52701872.547m=354-0.14 18129.478m=3170.173750.539m=323206910m=3482014411m=3210-0.051866.3212m=342001812613m=320001860表5-2各齿轮参数的确定汇总表第6章 变速器齿轮的材料与强度计算6.1齿轮材料齿轮的损坏形式分三种：轮齿折断、齿面疲劳剥落和移动换档齿轮端部破坏。轮齿折断分两种：轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在变速器中出现的很少，后者出现的多。齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这是存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。用移动齿轮的方法完成换档的抵挡和倒挡齿轮，由于换档时两个进入啮合的齿轮存在角速度差，换档瞬间在齿轮端部产生冲击载荷，并造成损坏。与其他机械设备使用的变速器比较，不同用途汽车的变速器齿轮使用条件仍是相似的。此外，汽车变速器齿轮所用的材料、热处理方法、加工方法、精度等级、支撑方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合金钢制造，采用剃齿或齿轮精加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度不低于7级。因此，比用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮，同样、可以获得较为准确的结果。该变速器齿轮传动为闭式结构，各档齿轮材料均采用20CrMnTi,齿面啮合类型为硬齿面，经表面淬火，齿面硬度为56-62HRC.初选齿轮的精度为7级，要求齿面粗糙度Ra1.63.21.计算各齿轮转速：2.圆周速度V： （6-1）各齿轮圆周速度3.确定各齿轮的精度：根据其圆周速度确定各齿轮在 情况下选用7级精度，因此齿轮的精度等级为7级。6.2 齿轮的强度计算由于一档传递转矩最大，而直接档传递转矩最高，因此只需校核这两档的齿轮。只要其满足强度要求，其它各档都能满足强度要求。.接触应力的计算 （6-2） 式中， -齿轮的接触应力（MPa）； F-齿面上的法向力（N），； 圆周力在（N）， ； 节点处的压力角（）；齿轮螺旋角（）；E齿轮材料的弹性模量（MPa），查资料可取；B齿轮接触的实际宽度，20mm；主、从动齿轮节点处的曲率半径（mm）；直齿轮： （3-6） （3-7）斜齿轮： （3-8） （3-9）其中，分别为主从动齿轮节圆半径（mm）。将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷时，变速器齿轮的许用接触应力见下表：表6-1 变速器齿轮的许用接触应力齿轮/MPa渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一档和倒档190020009501000常啮合齿轮和高档13001400650700对于一档齿轮：、 又F= （6-3）主动轮为, =3869.76 N所以从主动轮=3869.76 N=18.93mm=22.08mm变速器齿轮(渗碳)一档许用接触应力 ，所以一档两齿轮接触应力足够。对于倒档齿轮 、：主动轮=3754.33 N，所以知=3754.33 N mm对主动齿轮：对于齿轮、 主动齿轮 =3003.47 N 变速器齿轮倒档许用接触应力 ，所以倒档各齿轮接触应力足够。.弯曲应力的计算对于斜齿轮： 100250（N/mm） （6-4）对于直齿轮：400850 （N/mm） （6-5）式中： 圆周力，=，N;计算载荷，应力集中系数，直齿轮取1.65，斜齿轮取1.5；摩擦力影响系数，主动齿轮取1.1，从动齿轮取0.9； b齿轮接触的实际宽度，斜齿轮用代替，mm；端面周节，=m法面周节，=y齿形系数，由图6-1 ； 重合度影响系数，=2.图6-1 齿形系数图对于齿轮， 圆周力： （6-6） 得当量齿数： 查表得， 齿轮系数 ，一档齿轮许用弯曲应力，所以两齿轮弯曲应力足够。对倒档齿轮：为从动齿轮 货车倒档齿轮许用弯曲应力，所以倒档齿轮弯曲应力足够。对倒档齿轮 , :主动轮为直齿轮： （6-7） = 3003.47 N =3003.47 N ， mm=， 该直齿轮许用弯曲应力，所以倒档齿轮，弯曲应力足够。 同理可对其它各齿轮进行校核，各齿轮弯曲应力均足够。第7章 轴的设计7.1轴的设计参数轴的直径与转矩有关，因而轴的直径与变速器中心距有一定的关系，根据汽车设计的有关内容初选轴的直径。第一轴花键部分直径d可按下式初选 （7-1） 式中：经验系数, ； 发动机最大转矩, = 暂取：中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部直径： mm轴的最大直径d与支撑间距的比值，对中间轴，第二轴，第一轴1.第一轴的设计：花键部分直径取第一轴前轴承部分直径，后轴承部分则轴的最大直径由则因此可设计轴各部分的长度。2.第二轴的设计： 由前知第二轴中部直径取第二轴中部直径，由各种零件布置可知第二轴中部直径应在一二档同步器和一档齿轮安装位置。因此取倒档可移的齿轮花键直径，则第二轴的最大直径由第二轴则由此可设计轴各部分长度，轴的设计尺寸如（零件图NO.1-A2）3.中间轴的设计：由前知中间轴的中部直径取中间轴的中部直径，由于中间轴一档齿轮直径与轴直径相差无几，就把中间轴一档齿轮与轴做在一起，此轴的最大直径应为一档齿轮的齿根圆直径，即中间轴的最大直径由中间轴则由此设计轴各部分长度，轴的设计尺寸如（零件图NO.2-A2）;7.2轴的校核初步确定轴的尺寸以后，再对轴进行刚度和强度测算。现对中间轴进行校核。欲求中间轴式变速器第一轴的交点反作用力，必须先求第二轴支点反力。验算时将轴看作是铰接支承的梁。作用在第一轴上的转矩应为 。由于档位不同，不仅圆周力、径向力和轴向力不同，而且力到支点的距离也有变化，所以原则上应对每个档位都进行验算。但是鉴于实际工作中一档所受转矩最大，作为重点校核。计算齿轮受力一档齿轮受力齿轮直径：，小齿轮受力：转矩：圆周力：径向力：轴向力：直接档齿轮受力齿轮直径： ，大齿轮受力：转矩： 圆周力：径向力：轴向力：计算支承反力：中间轴受力图：水平面受力图：水平面弯矩图：垂直面受力图：垂直面弯矩图：扭矩图：危险截面处 该处轴径满足要求。第八章 轴承的设计变速器轴承通常采用多为球轴承。先根据结构选轴承再验算其寿命。在本设计中，轴与变速器壳体连接选用角接触球轴承，齿轮与轴间用滚针轴承。检验最常用三档、四档。四档为直接档。故只需校验三档。三档：齿轮4转矩圆周力径向力轴向力由于第一轴轴承与第二轴轴端轴承选用为同一型号轴承，故只需校核该型轴承就可以了。轴承代号：7207类型代号：70000AC,对第一轴前轴承 查机械设计表得e=0.68 X 、Y查表得 X=0.41 Y=0.87冲击载荷系数：查表当量载荷P若按车速100/h，5万公里无大修，则： 完全符合要求。对第二轴轴端轴承：X、Y查表得 X=0.41 Y=0.87冲击载荷系数：查表当量载荷若按车速100/h，5万公里无大修，则：故符合要求。第九章 同步器的设计同步器有常压式、惯性式和惯增力式三种。常压式同步器虽然结构简单，但不能保证啮合件在同步状态下（及角速度相等）换档缺点，得到广泛应用的是惯性式同步器。惯性式同步器有锁销式、滑块式、多片式和多锥式等。虽然他们的结构不同，但都有摩擦元件，锁止元件和弹性元件。9.1同步器的分类锁销式同步器：零件数量少，摩擦面平均半径大（转矩容量大），轴向尺寸大。应用于中重型货车。滑块式同步器：工作可靠，零件耐用，转矩容量大，锁止面在同步锥环的结合齿上会因磨损而失效。应用于轻型车。多锥式同步器：在原有的两个锥面之间插入两个辅助同步锥，有效摩擦面积成倍增加，具有大转矩容量，具有很好的同步效能，增加了可靠性。换档力小，应用于重型货车的主副变速器以及分动器中。综上，本设计采用锁环式同步器。图9-1 锁环式同步器l、4-同步环;2-同步器齿鼓;3-接合套;5-弹簧;6滑块;7-止动球;8-卡环;9输出轴;10、11-齿轮9.2 主要参数的确定1.锥面半角与摩擦系数摩擦锥面半角越小，摩擦力越大，为增大同步器容量，值应尽量小。但太小，摩擦锥面会产生自锁现象，避免自锁的条件是。一般。 。时，摩擦力矩较大但锥面摩擦副控制不严时，则有粘住或咬住的倾向。在时，就很少出现咬住现象。锥面摩擦系数大，则换档省力或缩短同步时间，小则反之，甚至会失去同步作用。因此保持较大的摩擦系数对同步器工作有利。为此，在圆环锥面上制有破坏油膜的螺纹槽及与螺纹槽垂直的泄油槽。通常，轴间泄油槽为6-12个，槽宽3-4，计算时取2.同步器的锁止角换档手柄上作用力 ，手柄传到结合套的传动比 ，而换档机构效率：则，作用在同步器上的轴向力F为：工作面上的摩擦力矩：其中：f摩擦系数； R摩擦面的平均半径，mm；为防止连接条件在转动角速度相等的前结合换档，必须满足以下条件：由摩擦力矩 产生，用来防止过早换档的力由锁止面倾斜而产生的力。 且联立上述三式：通常锁止角范围之间，故取.3. 锥面工作长度同步器锥面工作长度b与摩擦材料、表面压力、表面形状等因素有关：本设计中取b=8.5与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度要受机构布置上的限制，包括变速器中心距及相关零件特别是锥面平均半径和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步环的径向厚度必须保证同步环有足够的强度。货车同步环厚度比轿车大些，应选用锻件或精密锻造工艺加工制成，可提高材料的屈服强度和疲劳寿命。货车同步环可用压铸加工。段造时选用锰黄铜等材料。有的变速器用高强度，高耐磨性的钢配合的摩擦副，即在钢质或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀一层钼（厚约0.30.5mm），使其摩擦因数在钢与铜合金摩擦副范围内，而耐磨性和强度有显著提高。也有的同步环是在铜环基体的锥空表面喷上厚0.070.12mm的钼制成。喷钼环的寿命是铜环的23倍。以钢质为基体的同步环不仅可以节约铜，还可以提高同步环的强度。本设计中同步器径向宽度取10.5mm。4. 同步时间同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。除去同步器的结构尺寸，转动惯量对同步时间有影响以外，变速器输入轴，输出轴的角速度差及作用在同步器摩擦追面上的轴向力，均对同步时间有影响。轴向力大，同步时间减少。而轴向力与作用在变速杆手柄上的力有关，不同车型要求作用到手柄上的力也不相同。为此，同步时间与车型有关，计算时可在下属范围内选取：对轿车变速器高档取0.150.30s，低档取0.500.80s；对货车变速器高档取0.30