越野汽车手动变速器设计【机械类毕业-含CAD图纸】
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机械类毕业-含CAD图纸
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目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪论11.1 设计目的及意义11.2 变速器主要类型11.3 变速器发展趋势22 变速器设计方案42.1变速器主要作用42.2对变速器设计要求42.3手动变速器传动方案确定42.4变速器主要部件结构方案73 变速器主要参数确定93.1 挡位数确定93.2 变速器传动比范围初步确定93.3 确定中心距A123.4 外形尺寸确定123.5齿轮参数确定123.6各挡齿轮齿数分配164 变速器齿轮设计与计算184.1齿轮设计与计算184.2齿轮损坏形式194.3齿轮强度校核205 变速器轴设计与计算235.1轴尺寸设计235.2轴计算与校核236 变速器同步器设计276.1同步器作用276.2惯性式同步器结构276.3同步器运行原理286.4同步器主要尺寸确定286.5同步器主要参数确定296.6同步器计算30总 结32参考文献33II越野汽车手动变速器设计摘 要 本次主要设计的是关于变速器的设计。组成变速器的零部件有输入输出轴，中间轴，齿轮以及同步器。此次设计由三个轴组成，被称为三轴式手动变速器，主要包含五个挡位，四个行进挡以及一个倒挡。变速器在汽车传动系统中拥有着很重要的地位，最大的作用就是改变传动比，其次就是能够使汽车失去动力。设计变速器分为五个步骤，首先第一步要确定变速器的设计方案，第二步确定变速器的主要参数，第三步对变速器的齿轮进行设计和计算，第四步对变速器的轴进行设计和计算，第五步对变速器的同步器进行设计。在完成设计的过程中，通过查阅相关的书籍以及指导老师的指导确认一些相关的数据，来完成对轴，齿轮的设计与比对查核。在完成了对变速器的设计与查核之后，再通过CAD等绘图软件绘制出轴，齿轮，同步器的零件图，最后再根据零件图绘制出装配图。关键词：变速器；齿轮；轴；校核；同步器IOff-road vehicle manual transmission designAbstractThe main design is about the transmission design. Input component parts of the transmission output shaft, the intermediate shaft, and a gear synchronizer. The design consists of three axis composition, known as the three-axis manual transmission, comprising five main gear, four traveling gear and one reverse gear. Transmission has a very important position in the automobile transmission, the biggest role is to change the transmission ratio, followed by enabling car lost power. Design of transmission is divided into five steps, the first step to determine the transmission design, the second step to determine the main parameters of the transmission, the third step of the transmission gear design and calculation, the fourth step of the design and the transmission shaft calculation, the fifth step of the transmission synchronizer design. Upon completion of the design process, through access to relevant books and instructor guidance recognizes that some data related to the completion of the shaft, gear design and alignment check. Upon completion of the transmission design and check, through CAD and other graphics software, drawn shafts, gears, synchronizers part drawings, assembly drawings and finally draw the diagram of the part.Keywords: transmission; gear; axis; checking; synchronizer IV 1 绪论1.1 设计目的及意义 手动变速器的发展已经有了很长的时间，各项性能越来越完善，在市场上变速器中所占的比重很大，跟其他变速器相比，它的安全性能是所有变速器中最好的，所以人们越来越喜欢手动变速器。1.2 变速器主要类型随着需求的越来越多，各种类型的变速器不断的出现在人们的视野当中。现在市场上主要的变速器有两种，一个是操作复杂的手动变速器，一个是操作简单的自动变速器。下面是介绍了一些主要存在的变速器：1.手动变速器(MT)机械式手动变速器顾名思义就是依靠自己的手去完成操作的，对他的操作要求比较严格。手动变速器从一开始发展到现在，依然被大众所热爱喜欢，也显示出了其独特的魅力与性能方面的优势。大家都知道驾校学驾驶都是用的手动挡的轿车去教学，因为手动的在安全性方面强过自动挡很多，这就是他要比自动挡好的优势所在。与自动挡相比，手动挡汽车多一个离合器，并且必须通过他才能调换挡位，所以从操作方面来说，手动挡是比较复杂的。现在市场上存有两种主要变速器的存在，一个是手动变速器，另一个是自动变速器。在这样一个变速器竞争激烈的时代，手动变速器任然受到了很多人们的爱不释手。他的许多功用是任何一个变速器都无法取代的，比如安全性方面就不是其他所能替代的。手动变速器有着强大的传动效果，在动力性能方面首屈一指，这也是本次为什么设计越野汽车装配手动变速器的原因所在，依靠他的强大动力，越野汽车将拥有更好的驰骋高难度道路的性能。2.自动变速器(AT)随着手动变速器暴露出各种各样的问题，不能满足人们越来越多的需求，自动变速器随之出现在人们的视野当中。自动变速器与手动变速器相比，体现出来的优势就是操作比较方便容易。特别是在拥挤的城市街道，自动变速器更体现出了他的优势。在拥挤的城市人多车多，红绿灯也很多，此时汽车经常会停下，这就导致操作很麻烦，而且会增加耗油量。2自动变速器性能优越，但是相随而来的是他的成本会比手动变速器高出很多，而且内部结构也会比手动变速器复杂。当它坏了的时候，他的维修也会比手动变速器难很多。3.无级变速器(CVT) 无极变速器从无极二字就看出这是一个不管任何时刻都可以改变传动比的，从他被研究到现在已经有很长的发展历史了，在这段发展过程中，他的各项性能被提高，不断的完善。无级变速器主要有两种形式，一个是靠电力运作的电力式变速器，一个是靠液压的压力来进行运作。虽然说他有他自己的优势，但是也有它的缺点，就是它的传动效率不太高，换挡的时候不是太顺畅，这就让人们越来越不喜欢它，不被别人所接受。4.机械式自动变速箱（AMT) 手动变速器与自动变速器都有各自的优点，人们就想是否能制造出能同时拥有两种变速器优点的变速器，机械式自动变速器随后就被研究了出来。这种变速箱即拥有手动变速器的安全性，又拥有自由变速器操作方便等优点。而且装备它的车价格不高，性能方面又很不错，很符合人们的消费标准，所以对人们来说，它是人们买车的一个好的选择。5.双离合变速器（DCT）在机械式自动变速箱问世之后，双离合变速器出现在了人们的视野当中，从而为人们的选择增添了烦恼。他也是一款手动变速器，干式失式是其两种主要形式。在一般的低档次的轿车上是不会用到的，一般属于高档轿车的专属变速器。他的性能相对于其他变速器是比较好的，所以才会成为高档轿车的必配，成为人们的喜爱。1.3 变速器发展趋势随着现代化的步伐加快，汽车的需求量很大，这就导致了汽车在这样的一个激烈竞争的环境下蓬勃发展。为什么会在这种竞争激烈的状况下蓬勃发展呢？理由很简单，汽车变速器的性能随之提高，增加了汽车行业与其他行业的可竞争性。下面是几点我觉得变速器发展的方向： （1）在现在这样一个节奏比较快的社会，会出现各种各样的问题，眼下最重要也是最严重的问题就是环境污染的问题。这就会对汽车的环保性能有很严格的要求，设计出能够使汽车废气排放减少的变速器是眼下以及未来的重中之重。现在来讲，人们讲到汽车的性能第一想到的就是发动机的性能，但是除了发动机的性能，还有变速器的一些性能也是会被人们所讲起的。 （2）在这样一个高科技发展迅速的时代，要想变速器能够提高各方面的性能，就必须利用高科技大力研究发展新式材料。从而可以快速的提高汽车的各项性能，跟上时代发展的步伐，使人们的生活更加的方便简洁。4 （3）随着现代科技的发展，会大大减少变速器的制作成本，制作成本会越来越少。它的性能肯定也会得到很大程度上的提高。人们对于汽车的消费，也会促使着变素器的功能越来越好。5 手动变速器的发展已经有了很长的时间，各项性能越来越完善，在市场上变速器中所占的比重很大，跟其他变速器相比，它的安全性能是所有变速器中最好的，所以人们越来越喜欢手动变速器。在这样一个变速器竞争激烈的时代，手动变速器任然受到了很多人们的爱不释手。他的许多功用是任何一个变速器都无法取代的，比如安全性方面就不是其他所能替代的。手动变速器有着强大的传动效果，在动力性能方面首屈一指，这也是本次为什么设计越野汽车装配手动变速器的原因所在，依靠他的强大动力，越野汽车将拥有更好的驰骋高难度道路的性能。2 变速器设计方案2.1变速器主要作用 发动机主要提供动力，在最好的情况下，汽车运行平稳，在不好的情况是，汽车会出现许多能够问题。所以，想要汽车保持非常好的运动，就发明了变速器。它有一下几个作用：（1）变化转矩、转速和面对解决一些紧急情况；（2）弯曲轴没有发生变化，车向后；（3）发动机空转对刚启动的汽车有利；2.2对变速器设计要求 一个好的变速器应具备以下条件：（1）动力要好，价格要尽可能低廉；（2）可以完成空挡；（3）换挡简单容易；（4）噪声不能大；（5）变速效果要好；（6）工作时要保持稳定，较少地出现问题；（7）能用较长时间；（8）质轻量小，好维修；2.3手动变速器传动方案确定1.两轴式和三轴式变速器根据传动形式，手动变速器分为两轴和三轴，它们各自具有以下优缺点：两轴的被大量应用在轿车上 使用一对齿轮传动，一是因为它具有结构设计好，效率高等优点；二是制造容易。但是位于低挡运行时，小齿轮的使用时间会变短；而中间轴式变速器不会出现这种问题，它使用两对齿轮传动。它正常被放在前置后驱与后置后驱的车辆上。传动比更大。大量使用在重型汽车上。2.倒挡传动方案确定图是普遍的倒挡布置形式。6(a)拨动结合套，使结合齿圈与同步器锁环相啮合，动力由第一轴进入传输，传输到第三轴齿轮，再转移到倒挡齿轮，最后传输到第二轴输出。(b)第二种方案仅仅能提高传动的效率，而且他的设计非常不符合实际。(c)第三种设计方案利用了齿轮越窄越短的原理进行了倒挡布置形式的设计和确定。(d)第四种设计方案相对于其他方案来说比较可行，本设计也是采用了第四种方案。图2.1 倒挡布置方法3.前进挡挡位布置形式传统的三轴式手动变速器在设计时要求齿轮在轴上的布置位置应该尽量靠近轴的后支承端处，然后依据低挡的布置位置来依次布置高挡各齿轮位置。优点是：1、符合设计需要；2、好装配。因此此次设计使用三轴式手动变速器，四个前进挡和一个倒挡，倒挡使用了图里的设计方法。4.变速器传动方案设计出的传动方案如图：75.各挡传递路线从上面的图可以看出他的传动路线：假设现在挂一挡，首先向右移动变速杆，结合套滑动使接合齿圈与同步器锁环相互啮合，然后在同步器的协调下，动力由输入轴进入，再由输入轴传输到常啮合齿轮一二的位置，再传输到第三轴，由第三轴传输到一档齿轮，再继续传输到接合齿套，接合齿套和同不器锁环以及结合齿圈是相连接的，动力通过花键由传输轴传输出来。假设现在挂二挡，首先向左移动变速杆，结合套滑动使接合齿圈与同步器锁环相互啮合，然后在同步器的协调下，动力由输入轴进入，再由输入轴传输到常啮合齿轮一二的位置，再传输到第三轴，由第三轴传输到二档齿轮，再继续传输到接合齿套，接合齿套和同不器锁环以及结合齿圈是相连接的，动力通过花键由传输轴传输出来。假设现在挂三挡，首先向右移动变速杆，结合套滑动使接合齿圈与同步器锁环相互啮合，然后在同步器的协调下，动力由输入轴进入，再由输入轴传输到常啮合齿轮一二的位置，再传输到第三轴，由第三轴传输到三档齿轮，再继续传输到接合齿套，接合齿套和同不器锁环以及结合齿圈是相连接的，动力通过花键由传输轴传输出来。挂四挡又被称为直接当，动力不通过第三轴传输，直接由输入轴传输到输出轴。挂倒挡步骤如下：首先往右移动倒挡上的接合齿套，直至接合齿圈与锁环相匹配，动力由输入轴进入在，再传输到第三轴以及倒挡齿轮位置，最后通过花键传输动力。2.4变速器主要部件结构方案1.变速器壳体它支撑着变速器，在设计时候，既要能符合变速器的刚度和强度需要，也需顾及拆装的方便。2.齿轮结构形式变速器上，齿轮正常有有斜齿和直齿两种形式。直齿轮正常被用在一挡和倒挡齿轮上，而斜齿轮具有重合系数很高、传动平稳、噪音小和使用时间较长的优点，所以大量运用在变速器上。3.换挡结构形式换挡有一下几个形式： （1）直齿滑动齿轮换挡它的结构简单，普遍用在一挡和倒挡。可是这样的方式有很多的不好处，换挡时如果两齿轮角速度相异，就会有换挡冲击，造成使用时间变短，汽车也变得不舒适。 （2）啮合套换挡使用啮合套换挡，由于齿轮是间接换挡，因此齿轮能用较长时间，可是具有无法同步换挡的问题，所以无法清除换挡冲击。 （3）同步器换挡使用它换挡时，换挡方便速度快，没有换挡冲击，没有噪声，而且可以将汽车的加速性，经济性等优点得到更大提升。可是也存在着许多不足，像它的结构方式不简单，对加工的精度有较高要求，同步环的时间也得到增加。经过比较，同步器换挡被使用在很多时候。以上3种换挡形式，能够在相同的变速器里一并使用。在现在这样一个节奏比较快的社会，会出现各种各样的问题，眼下最重要也是最严重的问题就是环境污染的问题。这就会对汽车的环保性能有很严格的要求，设计出能够使汽车废气排放减少的变速器是眼下以及未来的重中之重。现在来讲，人们讲到汽车的性能第一想到的就是发动机的性能，但是除了发动机的性能，还有变速器的一些性能也是会被人们所讲起的。在这样一个高科技发展迅速的时代，要想变速器能够提高各方面的性能，就必须利用高科技大力研究发展新式材料。从而可以快速的提高汽车的各项性能，跟上时代发展的步伐，使人们的生活更加的方便简洁。在遇到这种路况的时候，一般家用轿车因为底盘偏低，传动动力低，也没有那种抓地形很强的轮胎，所以在这种遇到这种时很难行走，这时候越野汽车的性能就完美的显现出来。103 变速器主要参数确定3.1 挡位数确定挡位数的确定很重要，现在市场上有家用轿车，中小式货车以及性能要求比较高的高档汽车。相对来讲高性能的车辆挡位越多越好，但这也是要有个度的，一般情况下不会超过六个，这次毕业设计所选取的是拥有一二三四挡的手动变速器。挡位数越多，会使汽车操作更加的频繁，操作难度也会增大，在现在交通拥挤的城市里，这无疑对驾驶员来说有超高的要求，对车的自身来说，耗油量增大，零件也容易遭受到损坏。现在市场上的汽车一般都是四到五个挡位，也有一些其他的是采用的多挡位变速器。3.2 变速器传动比范围初步确定变速器齿轮传动的效率很大程度上取决于齿宽的大小，所以说齿宽数值大小很重要，过小不行过大也不行。选取小的齿宽虽然会使变速器本身的重量降低，但是也会使齿轮在相啮合的时候极其不稳定，导致齿轮会遭到齿轮折断，传动比效率变高。表3.1 国产汽车变速器传动比型号吨位传动比轿车SH7603.532.331.511.013.30桑塔纳3.461.951.300.920.74切诺基3.982.341.441.014.28轻型货车BC102225.092.721.611.005.47BJ104046.113.101.721.014.96越野车BJ20203.131.781.033.75EQ20807.494.332.461.561.018.20 本设计的变速器传动比大概在34之间。汽车最低挡传动比的选择受到汽车的最大爬坡度、驱动车轮和路面附着力大小、汽车最低稳定车速、主减速器比、车轮滚动半径等因素的影响。在选择时，应该注重其他方面。下图是北京切诺基吉普各个系统所展示出来的情况，以便于采用方便计算出各种数据。表3.2（北京切诺基吉普车）汽车基本参数40281768199023001470210100最低稳定车速（公里/时）（直接挡）33017962.5车轮：166铝制 轮胎:P215/80R162.5224.55（1）对一挡传动比计算变速器有很多方面是不一样的，他们的传动比各不一样，而且需要通过各种数据来计算得出。 ()12从上式中可以得出传动比取值范围： （）： N/kg；度；m；Nm；3；。根据以上的数值计算得到这样的结果。（2）根据摩擦力计算得出 取值范围： （）式中代表的是道路所遭到的压力，1560kg；路面摩擦系数在。根据以上的数据算出4.3299，0.6。（3）可以根据车的起始速度算出传动比开车时，保证汽车以最低车速稳定行驶得出还要和标准相重合： （）式中，代表达到车速最低速度转/分；代表最低车速的传动比2.522。根据以上的一些数据得出=3.93。通过相关的计算，第一次取值为3.9。超过了一些相关的标准。q= （3-6）根据以上的结果算出一二三四挡的传动比如下：，。3.3 确定中心距A 对于三轴式变速器来说，有很多方面都是比二轴式好很多，比如传动效率方面，三轴式变速器是两对传动齿轮传动，二轴式传动齿轮是一对齿轮进行动力方面的传动在设计完变速器内部的零部件的时候，最后外壳的大小是根据变速器大小确定的。对中心距的确定 （）A表示为两轴之间的距离（mm）；大货车:=；用于办公事的车:=；挡位数很少的变速器=。（Nm）。 对不同的汽车来说，他们轴于轴之间的距离是不相同的，所以每辆汽车都有它的独特。从上面的数据得出A的值为77.88（mm）。3.4 外形尺寸确定 换挡的快慢跟齿数的多少有直接关系，一般情况下齿数越多，换挡越快，开车时碰到紧急情况才能更好的处理，不至于发生可以避免的小事故。不同挡位对模数的要求也不一样，一般来说只有在低挡的时候，模数的选择才会大一点。 一般情况下，A会选取整数，这样在计算的时候简便一些。从以往的研究数据表明，中心距的选择越大越好。在设计完变速器内部的零部件的时候，最后外壳的大小是根据变速器大小确定的。通过总结一些条件计算得出取值为。3.5齿轮参数确定1.模数选取设计变速器尺寸大小，需要计算出很多重要数据，而模数是其中的重中之重。齿轮所能承受力的大小与模数有很大的关系，在齿数一样的情况下，模数与承受力大小成正比。选取模数比较小的，在消音方面对汽车非常有利。模数的选择对于不同的车辆来说是不同的，不同挡位对模数的要求也不一样，一般来说只有在低挡的时候，模数的选择才会大一点。在中高挡的时候，汽车传动效率变高，双齿轮不断的传输动力，从第一轴进入再传输到常啮合齿轮，然后传输到中间轴，最后通过同步器的作用，从输出轴传输出去。模数的选取选择不带括号的，要在国家的控制标准之内，如下表3.3中的一些数据。1.011.262.012.513.012.212.74（3.23）3.1表3.3 汽车变速器常用的齿轮模数 在开汽车的时候，会遇到很多情况，这个时候换挡的快慢就会直接决定开车的舒适度和安全性。换挡的快慢跟齿数的多少有直接关系，一般情况下齿数越多，换挡越快，开车时碰到紧急情况才能更好的处理，不至于发生可以避免的小事故。模数的大小对于齿轮来说是非常重要的部分，它不仅能影响弯曲强度，也能引起一些其它的情况。在尽量不影响其他条件的状况下，模数的选取应该越小越好。在这过程中，会伴有许多一系列的情况发生，这是因为齿数的减少造成的现象。2.确定齿宽变速器齿轮传动的效率很大程度上取决于齿宽的大小，所以说齿宽数值大小很重要，过小不行过大也不行。选取小的齿宽虽然会使变速器本身的重量降低，但是也会使齿轮在相啮合的时候极其不稳定，导致齿轮会遭到齿轮折断，齿面胶合等破坏，所以说如何选择齿宽的大小要根据具体情况具体分析，不能盲目的因为想降低变速器本身的质量就取小的齿宽。齿宽是由模数m来确定的：；： 根据公式：代表齿轮的宽度，可以定为之间的数值；，可以定为之间的数值。b代表齿宽的宽度（mm）；齿轮的宽度如果选取的大一些，对于齿轮的生命值所用期限有着很大的延长，稳定的提高各方面的性能。：一直相匹配的齿轮齿宽：b，b为mm，mm。齿轮在三挡的宽度：b=，b为mm，mm。齿轮在二挡的宽度：b=，b为mm，mm。齿轮在一挡的宽度：b=，b为mm，mm。3.初步确定螺旋角螺旋角的选定对于齿轮传动效率有很大的影响，并且还分为直齿轮螺旋角和斜齿轮螺旋角。一般情况下，所以设计中都会选用斜齿轮，直齿轮一般不会被选用。为了使传动效果更加的突出稳定，一般选取大的螺旋角来增加齿轮传动的稳定性。当进行齿轮传动时，齿轮与齿轮之间相互啮合，相互挤压，造成了轴受到了很多的压力，此时轴的弯曲强度受到了严峻的挑战，这个时候选择将作用力往中间轴上转移，这样就适当的减少了第一轴与第二轴所承担的压力，将轴的使用期限向后延长。螺旋角的大小决定着不同挡位齿轮的性能，根据你设计的齿轮要显现出的性能选取螺旋角的角度。通过以往的一些经验计算，螺旋角与齿轮强度的关系成正比。螺旋角的角度选取也是有范围的，通过查阅相关的资料，三十度是它的上限。齿轮旋转时，齿轮不断的摩擦工作，这时就要考虑到接触应力的大小，接触应力越高，齿轮抗压强度就越高。 轴向力在变速器一直工作的情况下一直存在，变速器在不同挡位上所受到的轴向力也是不一样的，通常除了一挡和倒挡，其它挡位中间轴遭受到的压力可以消除。螺旋角的旋转方向一般分为左旋和右旋，当螺旋角逆向旋转时所产生的力经过内部同步器的传输，直接传输到前端盖总成，从而导致输出轴所传输的力为零。如果想轴的两端力量平衡，就必须用如下公式计算： （3-8） （3-9）T=，轴两端力量相等： （3-10）式中，代表轴平行方向的力；，代表中间轴圆周力；r；T。图3.1 中间轴轴向力的平衡4.齿轮变位系数选择变位齿轮对于加工工件来讲很重要，有变位齿轮的就可以改善很多不利的条件，但是在加工工件上所截取的位置是不一样的，在其他方面还是差不多的。齿轮传动一般有两种形式：其中一种形式被叫做高调转移，另一种被称做角变位齿轮。第一种被用于齿轮各方面的性能都很好，并且中心距重合度不高的情况。第二种被用于中心距比较大的情况，他的特点是可以通过改变变速器壳体的重量来提高各种性能，从而使变速器更好的运转。总变位系数与齿根厚度成反比关系，一般来说如果想一些奇怪的声音消失，就必须要改变总变位系数，并且一定要改小，才能使奇怪的噪声逐步的减少甚至消失。通过以往的一些经验计算，螺旋角与齿轮强度的关系成正比。螺旋角的角度选取也是有范围的，通过查阅相关的资料，三十度是它的上限。齿轮旋转时，齿轮不断的摩擦工作，这时就要考虑到接触应力的大小，接触应力越高，齿轮抗压强度就越高。3.6各挡齿轮齿数分配1.确定变速器由齿轮之间的比得出： （3-11） 在知道，齿轮数目之前就必须先知道：齿轮系数与齿轮齿数的关系如图3.2： 图3.2 齿形系数图 （ 3-12） 齿轮传动需要通过很多数据进行计算，齿轮传动在同步器的作用下，很高效率的旋转。不会因为一些其他方面的原因而暴露出自己本身的问题所在，齿数一般取在范围之内的数。求出=，选取15，即= -=37。2. 修正中心距A 通过上面计算出来的结果来配合算出给个挡位齿轮齿数的个数，求得过程中必须算出Z的总和。齿轮之间的距离：A=mm （3-13）对常啮合齿轮的计算：根据以上数据得出：=3.9= （3-14）根据齿轮与齿轮之间的距离得出： （）= （3-15）根据上面的一些数据得出=，=。 越野汽车的性能非常适合在道路质量比较差的路面甚至没有道路的地方行驶，在遇到这种路况的时候，一般家用轿车因为底盘偏低，传动动力低，也没有那种抓地形很强的轮胎，所以在这种遇到这种时很难行走，这时候越野汽车的性能就完美的显现出来。越野汽车一般是采用三轴式手动变速器，齿轮传动是双齿轮传动，传动效率就会比较高，从而就会拥有更强的动力，在遇到紧急的状况时，能够很好的处理，增加安全性能。计算出传动比需要很多方面的数据，还需要根据不同情况来确定齿轮传动比，例如车轮与路面之间的摩擦力。因为传动比是一档传动比与最高挡位的传动比，所以在低档位也能计算出传动比。244 变速器齿轮设计与计算 在变速器中有很多齿轮被应用，然而渐开线齿轮一直都被普遍应用于汽车变速器的制造之中，这么被普遍应用不难看出它具有很多方面的优点，例如使传动效率稳定等优点。齿轮的啮合需要很多方面的精确配合，例如压力角一样等方面，这样齿轮才能更好的相互啮合。4.1齿轮设计与计算 ；z与 表4.1 渐开线斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算用表序号项目公式高度变位齿轮（直齿）高度变位齿轮（斜齿）1变位系数=2端面模数3分度圆直径4齿顶高5齿根高6齿顶圆直径7齿根圆直径表4.2 变速器各挡齿轮计算参数值z2234272633203715351323b21.520201919191926.32120002.52.752.75332.7892.942.933320202020202.752.252.642.862.123.382.073.9333.814.314.754.55.2746.184.325.25d619579.576.6975911145105396966.599.584.882.310165.811552.9111457553.486.470.067.686.55198.636.494.528.558.54.2齿轮损坏形式齿轮损伤会有很多种不同的方式，如下从中举出了三个通常情况下的损伤方式。在齿轮快速运转的情况下，齿轮之间的摩擦相应的也会增大，从而导致发生齿轮折断的这种情况，这是因为摩擦增加阻力，长时间就会造成齿轮形变的发生。长时间的运作，会导致齿轮受损严重，甚至出现齿轮断裂的现象，而这种现象普遍存在。齿轮经过长时间的运作，会出现一系列的问题，而点蚀就是其中之一，由于长时间运作，齿轮与齿轮的相互挤压，造成轮齿的表面凸起一些细小的疙瘩，这就是点蚀。有一种现象被叫做齿面胶合，它是由于齿轮旋转工作时，造成其自身温度升高，导致保护膜软化，齿轮与齿轮相啮合时就会粘贴在一起，造成一些不必要的损伤。有很多的情况会影响齿轮的工作状态及寿命，例如最简单的换挡，都会因为转速的不一样而导致齿轮受到伤害，这样就大大缩减了汽车安全行驶的时间，需要频繁的检车。4.3齿轮强度校核1.齿轮接触应力计算 齿轮之间的接触所承受的力量的计算： （4-1）式中，：(MPa)；F：；F=；，=；（Nmm），=0.5；d（mm）；b；E为齿轮之间的弹力：、（mm），对直齿轮=、=；与（mm）。第一轴上的力取：表4.3 变速器齿轮许用接触应力表齿轮/（） 计算一挡直齿轮：=mm；=mm；=N；F=N；bmm；由，即以上数据得出来：=MPa，MPa因为与比1902MPa小很多。 根据以上数据=，=；F=N；b；计算得出接触应力为942.4MPa。照上述计算得出：齿轮在三挡所承受的力799.1MPa。 齿轮在四挡所承受的力873.3MPa。根据上面的表格得出，二三四挡的接触应力都比标准值小，因此是符合标准的。对齿轮表面承受力的计算：=mm，=mm=N，F=N所以=MPa。照这样计算MPa。因为与都小于标准值，满足要求。y为齿形系数，齿形系数如图4.1：图4.1 齿形系数图二挡齿轮弯曲应力计算：=20，d=59mm，=6067.8Nmm。法向齿距t=2.75，y取0.146，即有：=450.4MPa从得出的结果来看，符合所设计的要求，其弯曲应力在MPa之间。其中货车可以选最小值，承受双向交变载荷作用的倒挡齿轮的许用应力应取下限。弯曲应力的计算要根据许多条件来计算，单靠摩擦力是算不出来的。从上图的研究结果和查阅相关的资料可以看出弯曲应力跟齿根系数的关系。根据弯曲应力，可以看出材料的表面强度，从而正确判断哪种材料适合变速器的设计。挡位数的确定很重要，现在市场上有家用轿车，中小式货车以及性能要求比较高的高档汽车。相对来讲高性能的车辆挡位越多越好，但这也是要有个度的，一般情况下不会超过六个，这次毕业设计所选取的是拥有一二三四挡的手动变速器。挡位数越多，会使汽车操作更加的频繁，操作难度也会增大，在现在交通拥挤的城市里，这无疑对驾驶员来说有超高的要求，对车的自身来说，耗油量增大，零件也容易遭受到损坏。5 变速器轴设计与计算5.1轴尺寸设计当变速器处于运行状态下，由于遭到齿轮啮合的径向力、圆周力和斜齿轮的轴向作用力的共同作用，轴会在力的作用下旋转和弯曲，这样就会对齿轮与齿轮之间的啮合造成影响，所以轴的刚度的计算具有重大的意义。 对三轴式变速器的第一轴和第二轴之间的最大的距离为： （）两中心距离A，选取的值为77.9mm，将计算的数值带入计算得。一开始选择40mm。根据公式得出直径： （）上述的公式中：为最大输出力，Nm。将数据代入得mm，25.1mm。轴的一些尺寸大小对设计的轴的刚度有很大影响，通常在这样的情况下，要及其仔细的去确认尺寸，通过将轴的一些数据相配合计算。在知道了轴的长度d和齿间间距之后可以根据下面式子算出： =，mm。=，mm。 =，142mm。5.2轴计算与校核设计轴需要先确定两个条件，那就是轴的端面直径和长度。由这两个条件计算出轴的一些性能，从而得出是不是满足变速器设计的条件。在完成计算之后，还要对轴进行校核，通过轴向力等一些受力可以求出相应的点截面强度，从而对轴完成校核。25 图5.1扭矩图剖面所承受的力：不同力矩的相互作用应力为= （5-3）不在高档工作时，为MPa；mm；从上面的式子中，可得=MPa，与要求一样。验证输出轴可以承受的力：根据上面的公式得出=N；=N；=Nmm，mm；跟地面平行的面：， 得出i=N；，得出=N；跟底面平行的面所承受的力：=a=b=Nm；在竖直水平面内：，得出=Nm，得出N；一个平面内所产生的力=a= Nm；轴在一个单位内所承受的力= Nm。 截面内所承受的力：=MPa（mm）；符合标准。输出轴所能承受的力：从上面的式子得出：=N；=N；=；Amm，mm；最终算得=MPa（dmm）。1.第二轴刚度校核： 对输出轴的刚度计算： （5-4）式中，向力；表；MPa；（mm）；。为mm=mm，=mmmm，=rad 根据轴的尺寸计算，=mm，=mmmm，=rad 根据上面的数据得出，=mm，=mmmm，rad符合标准。2.对中间轴进行校核第三轴核查对比：根据以上数据可得mm；符合标准。第三轴三挡计算：有公式得=mm，=mmmm，rad满要求。第三轴的设计需要知道材料自己本身的抗压强度，弯曲应力，还有各方面的具体要求。计算第三轴需要先知道它的长度，曲面半径，再计算它的弯曲应力，从而知道这种材料是否适合变速器轴的设计。如果不符合轴的设计，就选取其他的材料进行设计，如果符合，就直接采用这个材料进行设计。材料的选择需要通过很多方面的计算最后得出材料是否符合制作变速器的标准，这个过程是比较长的，需要经过很多次的计算校核，过程是比较繁琐的。三轴所需要的材料刚度，硬度等其他条件都是不一样的，需要针对问题具体计算出他们所需要的数据。由这两个条件计算出轴的一些性能，从而得出是不是满足变速器设计的条件。在完成计算之后，还要对轴进行校核，通过轴向力等一些受力可以求出相应的数据。汽车被需要的了数量很大，这就导致了汽车在这样的一个激烈竞争的环境下蓬勃发展。为什么会在这种竞争激烈的状况下蓬勃发展呢？理由很简单，汽车变速器的性能随之提高，增加了汽车行业与其他行业的可竞争性。下面是几点我觉得变速器发展的方向这就会对汽车的环保性能有很严格的要求，设计出能够使汽车废气排放减少的变速器是眼下以及未来的重中之重。现在来讲，人们讲到汽车的性能第一想到的就是发动机的性能，但是除了发动机的性能，还有变速器的一些性能也是会被人们所讲起的，所以说材料的正确选择很重要。286 变速器同步器设计6.1同步器作用在齿轮与齿轮相互啮合的时候会产生一些噪声，需要依靠同步器的协助，才可以消除，使齿轮的工作时间更长。然后，在换挡的时候操作可以更加的简便，改善一些相关的性能。6.2惯性式同步器结构一般家用轿车，货车都会使用惯性式同步器。它的工作原理是多齿零件的相互啮合。如果想花费的同步时间少，就必须在里面加上螺旋细槽，增加齿面接触的摩擦力，从而使尽快达到同步。为了使接套和环的齿相互匹配，必须达到很多条件。在花键毂的三个槽中存放着相应的三个移动块，进行轴向移动的三个移动快有三个定位销。当移动块滑到锁环上相应的位置，并通过定位销进行定位，从而使接套与环的齿达到匹配条件。6.3同步器运行原理同步器工作原理可分为三步：第一步：接套会由于角速度和摩擦力的影响而停止移动，因为速度的不同，锁环与接套由于摩擦力的影响会错开一个相应的角度。向右拨动结合套，使锁环与接合齿圈相啮合，啮合之后就开始下一部分。第二步：第二步的目的是因为在力的作用下使齿轮和接套不断摩擦，这时候同步环的作用就显现出来，动力不断通过同步环的协调传输，同时接套和齿轮之间的旋转速度慢慢的接近。第三步：最后一步实现换挡操作，这个时候齿轮与接套的速度完全一致，摩擦力消失。这个时候驾驶员继续换挡操作，消除了锁环被锁住的状态，换挡操作即被完成。6.4同步器主要尺寸确定1.接近尺寸b换挡操作第一步，拨动结合套使滑块移动，直到滑块与凹凸空缺处相连接。这个时候结合套上断面与齿轮倒角上端面的长度称之为接近尺寸。本次设计b是从mm之间选择并且肯定是比零大的。2.分度尺寸a换挡操作第一步，拨动结合套使滑块移动，知道滑块与凹凸空缺处相连接。这个时候结合套内在的齿和外在的结合齿这之间的长度叫做分度尺寸。一般情况下，结合齿是尺寸的四分之一。在同步器中，以上两个尺寸是特别重要的尺寸。根据这两个尺寸可以准确的计算出零件的尺寸。3.滑块旋转距离的长度 通过对三块滑块的计算，再根据宽度d,长度C知道滑块在运动之后的长度E。齿间关系为：外半径；。4.滑块端隙 锁环内端面与滑块的一端留有一定的间隙，这个间隙叫做滑块端隙1。结合套的端面与靠近锁环端面的间隙为2，且12，锁环的外侧端面与齿圈内端面的距离设为3，这个距离又称之为后备行程。换挡时锁环会向齿圈移动，锁环锥面会逐渐磨损，当磨损量逐渐增大时，锁环的偏移量就会越来越大，间隙3就会一直减小，最终减小到零；参考以往的设计，3一般取1.22.0mm。当变速器处于空挡时，锁环内侧的锥面一般都保持在0.20.5mm之间。6.5同步器主要参数确定1.摩擦因素因为同步器在挂档的时候频繁的被使用，所以对同步器来讲，用于制作的材料性能是否良好很重要。耐磨性对于制作同步器的材料来说很重要，有了足够的耐磨性同步器就能更长的工作时间。但是在具有好的耐磨性的同时，也要注意力矩的选择。同步器周围的环境不是太好，油渍比较多，
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