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三轴式五档手动变速器的设计【优秀汽车车辆类设计+17张CAD图纸】

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关键词：: 三轴式五档手动变速器三轴式五档手动变速器的设计汽车车辆类设计

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三轴式五档手动变速器的设计

三轴五档手动变速器的设计

五档手动变速器的设计

变速器的设计

三轴式五档手动变速器的设计【优秀汽车车辆类设计+17张CAD图纸】

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任务书

毕业论文（设计）题目三轴式五档手动变速器的设计

毕业论文（设计）的主要内容与要求1、查找机械设计等相关文献资料，了解手动变速器的类型，合理和创新之处，以及弊端。

2、计算，整理相关的数据资料，落实写作。

3、通过上述的计算，分析，整理，设计三轴式五档手动变速器。

要求：

1.开题报告包括开题报告演示PPT一篇。

2.毕业设计论文一篇字数不少于10000字，具体要求参照佳木斯大学毕业论文撰写规范。

3.毕业设计相关图纸，包括总装图、零件图，图纸量4张A0图。参考资料（1）陈家瑞.汽车构造（下册）第2版.北京：机械工业出版社，2008年1月

（2）王望与.汽车设计第4版. 北京：机械工业出版社，2007年8月

（3）龚微寒.汽车现代设计制造北京：人民交通出版社，2005年2月

（4）高维山主编.汽车设计丛书《变速器》.北京：人民交通出版社，2010年6月

（5）纪名刚.机械设计第8版.北京：高等教育出版社，2009年1月

（6）实用机械设计编写组编.实用机械设计手册第2版.北京：机械工业出版社，2003年9月

（7）余志生.汽车理论.北京：机械工业出版社，2006年5月

（8）黄华梁.机械设计基础.北京：高等教育出版社，2001年6月

（9）刘鸿文.简明材料力学.北京：高等教育出版社，1999年5月

（10）林宁主编．汽车设计．北京：人民交通出版社，2001年

（11）Henry?J（Ford?Motor?Company）.A?Time-Domain?Fatigue?Life?Prediction?Method.2007:?83~95

摘要

三轴式变速器由于具有体积小、原理简单、工作可靠、操纵方便等优点，故在大多数汽车中广泛应用。本次设计的目的主要是基于对机械原理、机械设计、AutoCAD等知识的熟练运用和掌握，同时运用汽车构造、汽车设计、材料力学、互换性测量等学科知识，对三轴式变速器的各部件进行设计。

首先，本文将概述汽车变速器的现状和发展趋势，介绍变速器领域的最新发展状况。其次，本文将对不同的变速器传动方案进行比较，选择合理的结构方案进行设计。再次，本文重点对变速器的两种重要部件—轴和齿轮进行受力分析,强度、刚度的校核计算，以及为这些元件选择合适的工程材料及热处理方法。

最后，本文将对变速器换档过程中的重要部件—同步器以及操纵机构进行阐述，讲述同步器的类型、工作原理、设计方法以及重要参数。

关键词：变速器；同步器；轴；齿轮

Abstract

Three-shaft transmission is widely used most vehicle for its particular advantages ,such as small dimension ,simply theory ,good stability, conveniently operation .The purpose of my paper is based on the skillful of using mechanic theory ,mechanic design, AutoCAD. Meanwhile, my paper is incorporated structure of vehicle, design of vehicle, mechanic of materials, and survey of interchangeability. I will design the parts of three-shaft transmission.

At first, I will give a summary of the current situation and the tendency of development of the vehicle transmission, and introduce the latest development state in the field of the transmission.The second, I will compare the transmitting scheme of different transmission, and choose a better structure scheme.Next, I will do some mechanic analyses, strength, stiffness check of the shafts and gears, which are the important parts of the transmission, and choose appropriate materials and heat treatment.

At last, I will introduce the operation mechanism and the synchronizer, which plays an important role in changing gear. I will give an account of the type, operation, design procedure and major parameter of the synchronizer.

At the supplement, I will write some thing like formula, tableau graph and so on. It may be helpful for the future design.

Key words: Transmission；Synchronizer；Shaft；Gear

目录.

摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract………………………………………………………….……………….……………Ⅱ

第1章绪论……………………………………………………………………………………3

1.1 变速器的设计意义及背景……………………………………………………………..3

1.2 速器的现状及发展趋势………………………………………………………………..3

1.3 变速器的设计方法和研究内容………………………………………………………..4

第2章变速器结构方案的设计……………………………………………………….………5

2.1 两轴式和三轴式变速器…………………………………………………….………….5

2.1.1 变速箱的径向尺寸……………………………………………………..…………5

2.1.2 变速箱的寿命………………………………………………………..……………5

2.1.3 变速箱的效率………………………………………………..……………………5

2.2 齿轮安排…………………..……………………………………………………………6

2.2.1 整车总布置……………………………………………………..…………………6

2.2.2 提高齿轮传动效率…………………………………………..……………………6

2.2.3 改善齿轮受载状况…………………………………………..……………………6

2.3 换档结构方式……….……………………………………………......………..….……6

2.4 倒档的结构方案及倒档轴的位置………………………………………..………......7

第3章变速器轴的设计………………………………………………………………………8

3.1 轴的设计………………..……………………………………………………………....8

3.2 轴的受力分析与校核计算…………………..……………….………………………...9

3.2.1 轴的受力分析……………………………………………………………………10

3.2.2 轴的强度计算……………………………………………………………………11

3.2.3 轴的刚度计算……………………………………………………………………13

第4章变速器齿轮的设计……………..……………………………………………………15

4.1 齿轮传动的失效形式…………..…………….……………………………………….15

4.2 变速器齿轮设计步骤………….……………….……..………………………………15

4.2.1 模数的选取………………………………………………………………………16

4.2.2 压力角……………………………………………………………………………16

4.2.3 螺旋角……………………………………………………………………………16

4.2.4 齿宽………………………………………....……………………………………16

4.3 各档齿齿数分配………………………………...………...…………………………..18

4.4 齿轮的材料及其选择原则……………..…………………..…………………………22

4.5 圆柱齿轮强度的简化计算方法…..…………………………….…………………….23

第5章同步器的设计…..……………………………………………………………………27

5.1 惯性式同步器………..…………………………………….………………………….27

5.2 同步器工作原理……..…….………………………………………………………….29

5.3 同步器的主要参数的确定……..………………….………………………………….29

5.3.1 摩擦系数…………………………………………………………………………29

5.3.2 同步环主要尺寸的确定…………………………………………………………29

5.3.3 锁止角……………………………………………………………………………30

第6章变速器操作机构……..………………………………………………………………31

6.1 操纵机构的功用…..…………………………….…………………………………….31

6.2 换档位置图……..…….……………….………………………………………………31

6.3 变速杆的布置…..……………………….…………………………………………….31

结论………….……..………………………………………………………………………….36

致谢………...………………………………………………………………………………….37

参考文献…...………………………………………………………………………………….38

第1章绪论

1.1变速器的设计背景及目的

现代汽车的动力设置，几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等优点。但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。

大家知道，汽车需要克服作用在它上面的阻力，才能起步和正常的行驶。即使在平坦的柏油路上，汽车以低速等速直线行驶，也需要克服约占汽车总质量1.5%的滚动阻力。此外，汽车的使用条件颇为复杂，变化很大。如汽车的载货量、道路坡度、路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围，以及适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上，以高速行驶时，可挂入变速器的高速档；而在不平的路上或爬较大的坡道时，则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件，选择合适的变速器档位，不仅是汽车动力性的要求，而且也是汽车燃料经济性的要求。

对变速器的要求。除一般便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑外，主要还有以下几点：

1）保证汽车有必要的动力性和经济性。

2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。

3）设置倒档，使汽车能倒退行驶。

4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。

5）换挡迅速，省力，方便。

6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。

1.2国内外研究状况及成果

现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化，机械式变速器不能满足人们的需要。在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。围绕汽车变速箱四个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。

1．摩擦传动CVT：金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。

2．液力传动：人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。

3．电控机械式自动变速器：电控机械式自动变速器和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。

1.3变速器的设计方法和研究内容

在设计中，我们除了对汽车变速器的结构进行了合理的布置外，还运用了材料力学、机械原理、机械设计等知识，对变速器的重要零件—轴和齿轮进行受力分析，强度、刚度的校核，以及为这些零件选择合理的工程材料和热处理方法，同时也为变速器选择合理的同步器和操纵机构。

在设计的初期，我们专门去东风公司的特约维修站参观汽车的整体构造尤其是变速器的各部件的功用；在设计的第二阶段，通过参考以上提及的两种类型的变速器；在第三阶段的主要任务是绘制变速器的装配图和重要的零件图，确定个零件的精度等级及其它参数；最后，是对整体论文的编写整理整个设计过程中的各种资料，以及对前期设计中的错误做出修改。

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内容简介：: 国内图书分类号：学校代码：国际图书分类号：密级：工学学士学位论文三轴式五档手动变速器的设计学生：陈丰导师：黄丙申申请学位：工学学士专业：农业机械化及其自动化所在单位：机械工程学院答辩日期：2014年6月授予学位单位：佳木斯大学Classified Index: U.D.C: Dissertation for the Bachelor Degree in EngineeringDESIGN OF THREE AXIS 5-SPEED MANUAL TRANSMISSIONBachelor：Chen FengSupervisor：Huang Bing ShenAcademic Degree Applied for：Bachelor of EngineeringSpecialty：Agricultural Mechanization And AutomationAffiliation：School of Mechanical EngineeringDate of Defence：June, 2014Degree-Conferring-Institution：Jiamusi University摘要摘要三轴式变速器由于具有体积小、原理简单、工作可靠、操纵方便等优点，故在大多数汽车中广泛应用。本次设计的目的主要是基于对机械原理、机械设计、AutoCAD等知识的熟练运用和掌握，同时运用汽车构造、汽车设计、材料力学、互换性测量等学科知识，对三轴式变速器的各部件进行设计。首先，本文将概述汽车变速器的现状和发展趋势，介绍变速器领域的最新发展状况。其次，本文将对不同的变速器传动方案进行比较，选择合理的结构方案进行设计。再次，本文重点对变速器的两种重要部件轴和齿轮进行受力分析,强度、刚度的校核计算，以及为这些元件选择合适的工程材料及热处理方法。最后，本文将对变速器换档过程中的重要部件同步器以及操纵机构进行阐述，讲述同步器的类型、工作原理、设计方法以及重要参数。关键词：变速器；同步器；轴；齿轮1- -AbstractAbstractThree-shaft transmission is widely used most vehicle for its particular advantages ,such as small dimension ,simply theory ,good stability, conveniently operation .The purpose of my paper is based on the skillful of using mechanic theory ,mechanic design, AutoCAD. Meanwhile, my paper is incorporated structure of vehicle, design of vehicle, mechanic of materials, and survey of interchangeability. I will design the parts of three-shaft transmission.At first, I will give a summary of the current situation and the tendency of development of the vehicle transmission, and introduce the latest development state in the field of the transmission.The second, I will compare the transmitting scheme of different transmission, and choose a better structure scheme.Next, I will do some mechanic analyses, strength, stiffness check of the shafts and gears, which are the important parts of the transmission, and choose appropriate materials and heat treatment.At last, I will introduce the operation mechanism and the synchronizer, which plays an important role in changing gear. I will give an account of the type, operation, design procedure and major parameter of the synchronizer.At the supplement, I will write some thing like formula, tableau graph and so on. It may be helpful for the future design.Key words: Transmission；Synchronizer；Shaft；Gear34目录目录.摘要Abstract.第1章绪论3 1.1 变速器的设计意义及背景.3 1.2 速器的现状及发展趋势.3 1.3 变速器的设计方法和研究内容.4第2章变速器结构方案的设计.5 2.1 两轴式和三轴式变速器.5 2.1.1 变速箱的径向尺寸.5 2.1.2 变速箱的寿命.5 2.1.3 变速箱的效率.5 2.2 齿轮安排.6 2.2.1 整车总布置.6 2.2.2 提高齿轮传动效率.6 2.2.3 改善齿轮受载状况.6 2.3 换档结构方式.6 2.4 倒档的结构方案及倒档轴的位置.7第3章变速器轴的设计8 3.1 轴的设计.8 3.2 轴的受力分析与校核计算.9 3.2.1 轴的受力分析10 3.2.2 轴的强度计算11 3.2.3 轴的刚度计算13第4章变速器齿轮的设计.15 4.1 齿轮传动的失效形式.15 4.2 变速器齿轮设计步骤.15 4.2.1 模数的选取16 4.2.2 压力角161目录 4.2.3 螺旋角16 4.2.4 齿宽.16 4.3 各档齿齿数分配.18 4.4 齿轮的材料及其选择原则.22 4.5 圆柱齿轮强度的简化计算方法.23第5章同步器的设计.27 5.1 惯性式同步器.27 5.2 同步器工作原理.29 5.3 同步器的主要参数的确定.29 5.3.1 摩擦系数29 5.3.2 同步环主要尺寸的确定29 5.3.3 锁止角30第6章变速器操作机构.31 6.1 操纵机构的功用.31 6.2 换档位置图.31 6.3 变速杆的布置.31结论.36致谢.37参考文献.38附录一.39附录二.4133佳木斯大学工学学士学位论文第1章绪论1.1变速器的设计背景及目的现代汽车的动力设置，几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等优点。但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。大家知道，汽车需要克服作用在它上面的阻力，才能起步和正常的行驶。即使在平坦的柏油路上，汽车以低速等速直线行驶，也需要克服约占汽车总质量1.5%的滚动阻力。此外，汽车的使用条件颇为复杂，变化很大。如汽车的载货量、道路坡度、路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围，以及适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上，以高速行驶时，可挂入变速器的高速档；而在不平的路上或爬较大的坡道时，则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件，选择合适的变速器档位，不仅是汽车动力性的要求，而且也是汽车燃料经济性的要求。对变速器的要求。除一般便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑外，主要还有以下几点：1）保证汽车有必要的动力性和经济性。 2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。 3）设置倒档，使汽车能倒退行驶。 4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。5）换挡迅速，省力，方便。 6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。1.2国内外研究状况及成果现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化，机械式变速器不能满足人们的需要。在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。围绕汽车变速箱四个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。 1摩擦传动CVT：金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。 2液力传动：人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。3电控机械式自动变速器：电控机械式自动变速器和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。 1.3变速器的设计方法和研究内容在设计中，我们除了对汽车变速器的结构进行了合理的布置外，还运用了材料力学、机械原理、机械设计等知识，对变速器的重要零件轴和齿轮进行受力分析，强度、刚度的校核，以及为这些零件选择合理的工程材料和热处理方法，同时也为变速器选择合理的同步器和操纵机构。在设计的初期，我们专门去东风公司的特约维修站参观汽车的整体构造尤其是变速器的各部件的功用；在设计的第二阶段，通过参考以上提及的两种类型的变速器；在第三阶段的主要任务是绘制变速器的装配图和重要的零件图，确定个零件的精度等级及其它参数；最后，是对整体论文的编写整理整个设计过程中的各种资料，以及对前期设计中的错误做出修改。第2章变速器结构方案的设计目前，汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的，这是由于各国汽车的使用、制造、修理等条件不同，也是由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的。尽管如此，一般变速器的结构形式，仍具有很多共同点。2.1两轴式和三轴式变速器现代汽车大多数采用三轴式变速器。两轴式变速器只用于发动机前置、前轮驱动或发动机后置、后轮驱动的轿车上。究竟采用哪种形式，除了汽车总布置的要求外，主要考虑以下三个方面：2.1.1变速器的径向尺寸两轴式变速器的前进档均由一对齿轮传递动力。当需要大的传动比时，需将主动齿轮做得小些，而将从动齿轮做得大些，因此两轴的中心距和变速器壳体的相关尺寸也必然增大。而三轴式变速器由两对齿轮传递动力，在同样传动比的情况下，可将大齿轮的径向尺寸做得小些，因此中心距及变速器壳的相关尺寸均可减小。2.1.2变速器的寿命两轴式变速器的低档齿轮幅大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多，因此小齿轮的寿命比大齿轮的寿命短。三轴式变速器各前进档（除直接档），均为常啮合斜齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，工作循环次数和寿命也比较接近，用直齿轮工作时，因第一轴与第二轴直接连接在一起，齿轮只是空转，并不传递动力，故不影响齿轮的寿命。2.1.3变速器的效率两轴式变速器虽然可以由等于1的传动比，但仍要经过一对齿轮传递动力，因此用功率损失。而三轴式变速器可将输入轴和输出轴直接相连，得到直接档，这种动力传递方式几乎无功率损失，且噪声较小。轿车、尤其是微型汽车，采用两轴式变速器比较多，这样可将变速器和主传动器组成一个整体，使传动系的结构紧凑，汽车得到较大的有效空间，便于汽车的总体布置。因此，近年来在欧洲的轿车中采用的比较多。2.2齿轮安排各齿轮副的相对安装位置对于整个变速器的结构布置有很大的影响。各档位置的安排应考虑以下四个方面：2.2.1整车总布置根据整车的总布置，对变速器输入轴和输出轴的相对位置和变速器的轮廓形状以及换档机构提出要求。2.2.2提高平均传动效率为提高平均传动效率，在三轴式变速器中，普遍采用具有直接档的传动方案，并尽可能地将使用时间最多的档位设计成直接档。2.2.3改善齿轮受载状况各档齿轮在变速器中的位置安排，应考虑齿轮的受载状况。承受载荷大的低档齿轮，一般安置在离轴承较近的地方，以较小轴的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。变速器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高档齿轮安排在离两支撑较远处较好。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小，故齿轮的偏载也小。2.3换档结构方式目前汽车上的机械式变速器采用的换档结构形式有三种。2.3.1滑动齿轮换档通常是采用滑动直齿轮进行换档，但也有采用滑动斜齿轮换档的。滑动直齿轮换档的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换档使齿面承受很大的冲击，会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大，所以这种换档方式一般仅用在倒档上。2.3.2啮合套换档用接合套换档，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合斜齿轮。而斜齿轮上另外有一部分做成直的结合齿，用来与啮合套向啮合。这种结构具有斜齿轮的传动优点，同时克服了滑动齿轮换档时冲击力集中在12个轮齿上的缺陷。它的缺点是增大了变速器的轴向尺寸，未能彻底消除齿轮端面所受到的冲击。2.3.3同步器换档现在大多数汽车的变速器都采用同步器。使用同步器可减轻结合齿在换档时引起的冲击及零件的损坏。并且具有操纵轻便，经济性和缩短换档时间等优点，从而改善了汽车的加速性，经济性和山区行使的安全性。其缺点是零件增多，结构复杂，轴向尺寸增加，制造要求高，同步环磨损大，寿命低。但是近年来由于同步器的广泛使用，受命问题已解决。上述三种换档方案，可同时用在同一变速器中的不同档位上。一般考虑原则是不常用的倒档和一档采用结构较简单的滑动直齿轮或啮合套的形式。对于常用的档位则采用同步器或啮合套。2.4倒档的结构方案及倒档轴的位置倒档齿轮的结构及其轴的位置，应与变速器的整体结构方案同时考虑。在结构布置上，要注意在不挂入倒档时，不能与第二轴齿轮有啮合情况。换倒档时能顺利换入倒档，而不和其它齿轮发生干涉。在轿车和其它轻型汽车中，经常只采用一个倒档齿轮，结构较简单。载货汽车由于需要较大的倒档传动比，则多采用由两个齿轮组成的齿轮组。但此时倒档齿轮需安排在右侧，这是倒档轴的轴向承受较大的作用力。反之，操纵杆向右侧，虽不符合习惯，但可以减轻倒档轴的负荷。第3章变速器轴的设计3.1轴的设计3.1.1轴的功用及其设计要求变速器在工作是承受力扭矩、弯矩，因此应具备足够的强度和刚度。轴的钢的不足，在负荷作用下，轴会产生过大的变形，影响齿轮的正常啮合，产生过大的噪声，并会降低齿轮的使用寿命。这一点很重要，与其它零件的设计不同。设计变速器轴时主要考虑以下几个问题：轴的结构形状，轴直径、长度、轴的强的和刚度，轴上花键型式和尺寸。轴的结构主要依据变速器结构布置的要求，并考虑加工工艺，装配工艺而最后确定。3.1.2轴的尺寸轴的直径与支承跨度长度之间关系可按下式选取：第一轴及中间轴： =0.160.18 （3-1）第二轴： =0.180.21 （3-2）第二轴及中间轴最大轴径：（3-3）第一轴最细处：（3-4）第一轴花键部分直径：（3-5）式中：发动机最大扭矩，变速器中心距，有相关手册查得:353中心距经验公式:（）取中心距=轴的结构设计轴的结构形状应保证齿轮、同步器部件及轴承等安装、固定。并与工艺要求有密切关系。在三轴式变速器中，第一轴通常和齿轮做成一体，前端支承在发动机飞轮内腔的轴承上。其直径根据前轴承内径确定。公差一般选。第一轴花键尺寸与离合器从动盘毂内花键统一考虑。第一轴的长度根据离合器总称轴向尺寸确定。确定第一轴后径时，希望轴承外径比第一轴上常啮合齿圈外径大，便于装拆第一轴。第二轴前颈通过轴承安装在第一轴常啮合齿圈的内腔里，它受齿轮径向尺寸的限制，前轴颈上安装长或短圆柱滚子轴承或滚针轴承或散滚针轴承。第二轴安装同步器齿毂的花键采用渐开线花键，渐开线花键固定连接的精度要求比矩形花键低，定位性能好，承载能力大，花键齿短，其小径相应增大，可提高轴的刚度。固定式中间轴是根光轴，近期支撑作用，其刚度由安装在轴上的宝塔齿轮结构保证。轴和宝塔齿轮之间用滚针轴承、或短圆柱滚子轴承。轴常轻压于壳体中。因此光轴有两种配合公差的轴径。固定式中间轴用锁片或双头螺柱固定。旋转式中间轴支承在前后两个滚动轴承上，一般轴向力常由后轴承承受。我这次设计的中型货车的变速器就是采用的旋转式中间轴。中间轴的前轴承运用圆柱滚子轴承，从前之后依次是常啮合齿轮，四档齿轮，三档齿轮，二档齿轮，一档齿轮由于尺寸较小，就与中间轴制成一体，并且中间轴一档也和倒档齿轮啮合，后轴承使用球轴承，轴后端用螺纹锁紧，再加后轴承改其定位密封作用。3.1.4接合器设计设计接合器时主要考虑三个问题：接合器强度、尺寸；换档方便，不允许自行脱档等。接合器参数选择,接合器采用渐开线齿线，齿形参数应尽量按渐开线花键标准选取。花键模数依使用条件、传递的最大扭矩与同类汽车比较选取。近似公式如下：（3-6）式中：-接合齿模数，mm -接合齿圈齿数 -接合齿圈传递最大扭矩，当啮合套工作宽度b=1116时，系数c取0.19-0.34；b=47时，c取0.13-0.19。计算的模数最后按标准确定。一般推荐，对轿车和轻型、中型货车模数为2-3.5，重型货车为3.5-5.0。考虑到加工工艺，各档接合器齿的模数应相同。齿面工作宽度初选可等于模数的2-5倍。一轴取模数为3.5，齿数为24。二轴锁销式同步器模数4，齿数24。3.2轴的受力分析与校核计算3.2.1轴的受力分析计算轴的强度、刚度及选择轴承都要首先分析轴的受力和各支承反力。这些力取决于齿轮上的作用力。不同档位时，轴所受到的力及支承反力是不同的，须分别计算。齿轮上的作用力认为在有效齿面宽的中点。3-1第二轴受力分析3-2第一轴受力分析3-3中间轴受力分析求支撑反力，先从第二轴开始，然后依次计算中间轴、第一轴。表3-1轴的支撑力计算轴支点水平面内支承反力垂直面内支承反力二轴CD中间轴EF一轴BA3.2.2轴的强度计算由变速器结构布置并考虑到加工和装配而确定的轴的尺寸，一般来说强度是足够的，仅对其危险断面进行验算。出不同档位时的各支反力，可以计算轴的各截面的弯曲力矩： = （3-7）式中：支撑中心至计算断面距离。确定危险断面，取危险断面处合成弯矩和扭矩最大值（因为各档时弯矩图不同）计算弯曲应力和扭转应力以及合成应力。当发动机最大扭矩计算轴的强度时，其安全系数（按金属材料的屈服极限计算）在510范围内选取。第一轴取上限，中间轴和第二轴取下限。一轴与中间轴啮合时的圆周力= = 4468.355N一轴与中间轴啮合时的径向力=4468.35520/25=1794.5N一轴与中间轴啮合时的轴向力=4468.35520=1626.5N一档时中间轴的扭矩=4468.3550.1734/2=387.4Nm=387400Nmm一档时中间轴与二轴啮合的圆周力=387.421000/58.5=13244.65N一档时中间轴与二轴啮合的径向力=13244.65tan20=4820.65N因为一档时中间轴与二轴啮合是直齿轮，故轴向力为零。一档时二轴的扭矩=13244.65193.9/2=1284069Nmm3-4一档时二轴受力分析二轴C截面合成应力一档时二轴的水平弯矩= =892.545Nm一档时二轴的垂直弯矩=357.07 Nm合成弯矩=961.32Nm=961320 Nmm轴截面模数 =0.000023385935=23385.935 =0.00004677187=46771.87 弯曲应力=41.1 MPa扭转应力= 27.5 MPa合成应力=68.6MPa选用40Mn调质加表面淬火处理。中间轴上B截面合成应力=762140.5 Nmm=326713.1 Nmm=829216.5Nmm轴截面模数=10187.6 =5093.8弯曲应力=81.4 MPa扭转应力=76 MPa合成应力= =173.7MPa选用35SiMn调质加表面淬火处理。3.2.3轴的刚度计算变速器轴的刚度用轴的挠度和转角来评价，轴的刚度比其强度更为重要。变速器第二轴的刚度最小，第二轴齿轮处轴截面的总挠度不得大0.130.15mm。（对于低档齿轮处轴截面的总挠度，又于低档工作时间较短，又接近轴的支撑点，因此允许不得大于0.150.25mm。）齿轮所在平面的转角不应超过0.0012弧度；两轴的分离不超过0.2mm。二轴C截面转角及挠度=875796水平面内转角=3.10.0012水平面内挠度 =3.95 mm垂直面内挠度+ =+=0.75 mm=4.0 mm0.13 mm，符合要求。中间轴B截面转角及挠度=574610水平面内转角 =+=3.35rad第4章变速器齿轮的设计4.1齿轮传动的失效形式汽车变速器的齿轮都是装载经过精确加工而且封闭严密的变速箱里，属于闭式齿轮传动。它与开式或半开式齿轮传动相比，润滑及防护等条件都要好得多。一般地说，齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，较为常见的有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合等形式。4.1.1齿轮折断轮齿折断有多种形式，在正常工况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复收载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿经过严重磨损后齿后过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。在斜齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。如制造及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即使是直齿轮，也会发生局部折断。4.1.2齿面点蚀点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的失效形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针状大小的麻点，如工作条件未加改善，麻点就会逐步扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。4.1.3齿面胶合对于高速重载的齿轮传中，齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会粘在一起，由于此时两齿面又在相对运动，向粘结的部位即使撕破，于是在齿面上演相对滑动的方向形成伤痕，成为胶合。加强润滑措施，采用抗胶合能力强的润滑油，在润滑油中加入极压添加剂等，均可防止或减轻齿面的胶合。4.2 变速器齿轮设计步骤齿轮设计主要是对齿轮参数的选取4.2.1模数的选取遵循的一般原则：为了减少噪声应合理减小模数，增加齿宽；为使质量小，增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各档齿轮应选用同一种模数，而从强度方面考虑，各档齿数应有不同的模数。减少轿车齿轮工作噪声有较为重要的意义，因此齿轮的模数应选小；对货车，减小质量比噪声更重要，故齿轮应选大些的模数。4.2.2压力角压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对轿车，为加大重合度已降低噪声，取小些；对货车，为提高齿轮承载力，取大些。变速器齿轮用20,啮合套或同步器的接合齿压力角用30。4.2.3螺旋角斜齿轮在变速器中得到广泛的应用。选斜齿轮的螺旋角，要注意它对齿轮工作噪声齿轮的强度和轴向力的影响。从提高低档齿轮的抗弯强度出发，不希望用过大的螺旋角；而从提高高档齿轮的接触强度着眼，应选用较大螺旋角。斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡，以减少轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上的不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一样的。为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，可将螺旋角设计成一样的，或者仅取为两种螺旋角。中间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律取为右旋，则第一、第二轴上的斜齿轮应取为左旋。轴向力经轴承盖作用到壳体上。一挡和倒挡设计为直齿时，在这些挡位上工作，中间轴上的轴向力不能抵消(但因为这些挡位使用得少，所以也是允许的)，而此时第二轴则没有轴向力作用。根据图4-1可知，欲使中间轴上两个斜齿轮的轴向力平衡，须满足下述条件；（4-1）由于T=，为使两轴向力平衡，必须满足（4-2）式中，Fa1，Fa2为轴向力，Fn1，Fn2为圆周力r1，r2为节圆半径；T为中间轴传递的转矩。图4-1中间轴轴向力的平衡最后可用调整螺旋角的方法，使各对啮合齿轮因模数或齿数和不同等原因而造成的中心距不等现象得以消除。斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围内选用：两轴式变速器为 2030，中间轴式变速器为 2234，货车变速器：18344.2.4齿宽b 应注意齿宽对变速器的轴向尺寸，齿轮工作平稳性，齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度均有影响。考虑到尽可能的减少质量和缩短变速器的轴向尺寸，应该选用较小的齿宽。减少齿宽会使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，还会使工作应力增加。使用宽些的齿宽，工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。通常跟据齿轮模数m的大小来选定齿宽。直齿：b=KCm, KC为齿宽系数，取为4.58.0，斜齿：b= KCmn，KC取6.08.5；4.2.5变位系数的选择原则齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节。采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨性、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数的和为零。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。角度变位既具有高度变位的优点，有避免了其缺点。根据上述理由，为降低噪声，对于变速器中除去一、二档和倒档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小的一些数值，以便获得低噪声传动。齿轮可与轴设计为一体或分开，然后用花键，过盈配合或滑动支承等方式与轴连接。图4-2变速器齿轮控制图齿轮尺寸小又与轴分开时，其内孔直径到齿根圆处的厚度b(图4.2)影响齿轮强度，要求尺寸b应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮装到轴上以后保持足够大的稳定性，齿轮轮毂部分宽度尺寸C，在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸C=(1214)d2，d2为花键内径。为了减小质量，轮辐处厚度应在满足强度的条件下设计得薄些。图4.2中尺寸D1，可取为花键内径的125140倍。4.3各档齿轮齿数的分配在初选中心距，齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的档数，传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。以本次设计五档变速器为例，说明分配齿数的方法。尽可能使各档齿轮的齿数比应该不是整数。图4-3变速器传动示意图4.3.1确定一档齿轮的齿数一档传动比 i1=(z23z12)/(z2z18) (4-3) 如果z12z18齿数确定了，则z23与z2的传动比可求出。为了求z12z18的齿数，先求其齿数和Zh，直齿Zh=2A/m，斜齿Zh=2Acosb/Mn 计算后取整，然后进行大小齿轮齿数的分配。中间轴上的一档小齿轮的齿数尽可能取小些，以便使z12/z18的传动比大些，在i1已定的情况下，z23/z2的传动比可分配小些，使第一轴常啮合齿轮的齿数多些，以便在其内腔设置第二轴的前轴承并保证轮轴有足够的厚度。中间轴上小齿轮的最少齿数，还受中间轴轴径尺寸的限制，即受刚度的限制。在选定时，对轴的尺寸及齿轮齿数都要统一考虑。轿车中间轴式变速器一档传动比i1=3.53.8时，中间轴上一档齿轮数可在1517间取，货车在217间取。4.3.2对中心距进行修正因为计算齿数和zh后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据zh和齿轮变位系数新计算中心距，在以修正后的中心距作为各档齿轮齿数分配的依据。4.3.3确定常啮合传动齿轮副的齿数求出传动比z23/z2=i1z18/z12，而常啮合传动齿轮中心距和一档齿轮的中心距相等，即 A=mn(z2+z23)/2cos (4-4) 解方程式（4-3）和式（4-4）求z2与z23,求出的z2，z23都应取整数；然后核算一档传动比与原传动比相差多少，如相差较大，只要调整一下齿数即可；最后根据所确定的齿数，按式（4-2）算出精确的螺旋角值。4.3.4确定其他各档的齿数若二档齿轮是直齿轮，模数与一档齿轮相同时，则得： i2=z23z7/z2z21 (4-5) A=m(z7+z21)/2 (4-6)解两方程式求出z7,z21。用取整后z7,z21的计算中心距，若与中心距A有偏差，通过齿轮变位来调整。二档齿轮是斜齿轮，螺旋角与常啮合齿轮的不同时，由式(4-5)得Z7/z21=i2z2/z23,而A=Mn(z7+z21)/2cos此外，从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下列关系式 tan/tan=z2(1+z7/z21)/(z2+z23) (4-7)联解上述三个方程式，可求出z7,z21和三个参数。4.3.5确定倒档齿轮齿数倒档齿轮选用的模数往往与一档相同。图4-3所是倒档齿轮z10的齿数，一般在21-23之间，初选z10后，可计算出中间轴与倒档轴的中心距AA=m(z18+z17)/2为保证倒档齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮18和19的齿顶圆之间应保持在以上的间隙，则齿轮9的齿顶圆直径应为De18/2+0.5+De19/2=A;De19=2A-De18-1根据求得的De19，再选择适当的齿数及采用变位齿轮，使齿顶圆De19符合上式。最后计算倒档轴与第二轴的中心距。4.3.6齿数和螺旋角具体计算如下：初取中心矩A=125，直齿轮的模数m=4.5,则Zh=55.56,取整Zh=56.又货车的z18在1217之间选用7，选用z18=13,z12=Zhz18=5613=43, 修正A=4.556/2=126.2mm=2.21;126.2=由以上两式，再取螺旋角为25，求得z2=19,z23=42.二档齿轮的齿数和螺旋角的计算：A=，, ，由以上三个方程，解得z11=39,z20=20,=20.73。三档齿轮的齿数和螺旋角的计算：A=，由以上三个方程解得z7=31,z21=28,=21.14。四档齿轮的齿数和螺旋角：A=，由以上三个方程解得z6=25,z22=36,=24.95倒档齿轮齿数的确定：初选z19=22,=78.75mmDe18/2+0.5+De19/2=A;De19=2A-De18-1修正中间轴与倒档轴之间的距离mm.综上所述，本次设计变速器的齿轮参数如表4.1表4-1齿轮参数齿轮编号齿数分度圆直径模数螺旋角齿宽219793.752526625103.43.7524.9530731132.95421.14281139166.8420.73301243193.94.5032172194.54.5025181358.54.50501922994.5026202085.56420.73302128119.45421.14302236148.963.7524.95302342173.43.752528变速器各档传动比一档传动比：=二档传动比：三档传动比：四档传动比：五档传动比：倒档传动比： 4.4 齿轮的材料及其选择原则由齿轮的失效形式可知，设计齿轮传动时，应是齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力。因此，对齿轮材料性能的基本要求为：齿面要硬，齿芯要韧。4.4.1常用的齿轮材料钢刚才的韧性较好，耐冲击，还可通过热处理或化学处理来改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适合用来制造齿轮。锻钢除尺寸过大或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量再0.15%0.6%的碳钢或合金钢。制造齿轮的锻钢可分为：经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢度与强度、速度及精度都要求不高的齿轮，应采用软齿面（硬度350HBS）以便切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。因此，应将齿轮毛坯经过常化（正火）或调质处理后切齿。切制后即为成品。其精度一般为8级，精切时可达7级。这类齿轮制造简便、经济、生产率高。铸钢铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经过退火及常化处理，必要时也可进行调质处理。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。铸铁灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性均较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁齿轮常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。非金属材料对于高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（日夹布塑胶、尼龙等）作小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250350 HBS。4.4.2齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量轻、传动功率达和可靠性高的要求，因此必须选择力学性能高的合金钢；矿山机械钟的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘行量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作载荷平稳或轻度从几下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调制碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。4.5圆柱齿轮强度的简化计算方法变速器齿轮多数采用渗碳合金钢，其表层的高硬度和芯部的高韧性相结合，能大大提高齿轮的耐磨性及抗弯曲疲劳的能力。在选用钢材及热处理时，对切削加工性能及成本也应考虑。值得指出的是，对齿轮进行强力喷丸处理之后，齿轮弯曲疲劳寿命和解除疲劳寿命都能提高。齿轮在热处理之后进行磨齿，能消除齿轮热处理的变形；磨齿齿轮精度高于热处理前剃齿和挤齿齿轮精度，使得传动平稳、效率提高；在同样符合的条件下，磨齿的弯曲疲劳寿命比剃齿的要高。4.5.1接触强度计算用下列公式计算接触强应力 MPa （4-8）式中：法面内基圆周切向力，；端面内分度圆切向力，；计算扭矩，Nmm；节圆直径；节圆压力角；螺旋角；齿轮材料弹性模量，2；齿轮接触实际宽度；，主动及被动齿轮节圆处齿廓曲率半径，其中：，、主动及被动齿轮节圆半径。4.5.2弯曲强度计算直齿轮计算弯曲应力 MPa （4-9）斜齿轮下列公式计算 MPa （4-10）4.5.3各个齿轮的强度具体计算如下：变速器第一轴齿轮(齿轮2)端面内分度圆切向力= = 4468.355N法面内基圆周切向力=5246.5N=16.5 =21.5接触强度=261.6MPa弯曲强度=87.57MPa中间轴常啮合齿轮（齿轮23）齿轮23与齿轮2啮合其接触强度相等=261.6MPa弯曲强度=73MPa选用钢正火加表面淬火处理。中间轴一档齿轮（齿轮18）端面内分度圆切向力=13245.7N法面内基圆周切向力=14095.8N=10 =33.16接触强度=447.6MPa弯曲强度=379.8MPa选用40Mn调质加表面淬火处理。第二轴一档齿轮（齿轮12）齿轮12与齿轮18啮合其接触强度相等=447.6MPa弯曲应力=286.2MPa选用40Mn调质加表面淬火处理。中间轴二档齿轮（齿轮20）端面内分度圆切向力=9055.8N法面内基圆周切向力=10306.6N=16.7 =32.6接触强度=318.5 MPa弯曲强度=162.8MPa选用钢正火加表面淬火处理。第二轴二档齿轮（齿轮11）齿轮11与齿轮20啮合，其接触强度相等=318.5MPa弯曲强度=138.6MPa选用钢正火加表面淬火处理。第二轴三档齿轮（齿轮7）齿轮7与齿轮21啮合，其接触强度相等=265.5MPa弯曲强度=113.2MPa选用钢正火加表面淬火处理。中间轴四档齿轮（齿轮22）端面内分度圆切向力=5201.5N法面内基圆周切向力=6105.1N=31.0 =21.5接触强度=225MPa弯曲强度=76.2MPa选用钢正火加表面淬火处理。第二轴四档齿轮（齿轮6）齿轮6与齿轮22相啮合，其接触强度相等=225MPa弯曲强度=78.9MPa选用钢正火加表面淬火处理。第5章同步器设计同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。5.1惯性式同步器惯性式同步器按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们的结构不同，但又摩擦元件、锁止元件和弹性元件。图5.1a所示锁销式同步器的摩擦元件是同步环2和齿轮3上的凸肩部分，分别在它们的内圈和外圈设计有相互接触的锥形摩擦面。锁止元件位于滑动齿套1的圆盘部分孔中做出的锥形肩角和装在上述孔中、在中部位置处有相同角度的斜面锁销4。图5.1b所示锁环式同步器摩擦元件，是通过滑动齿套8及锁环9上的锥面来实现的。作为锁止元件是锁环9的内齿和做在齿轮10上的接合齿端部。齿轮10和锁环9之间是弹性连接。滑块式同步器本质上是锁环式同步器，它工作可靠、零件耐用；但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在同步锥环的接合齿上，会因齿端图5-1惯性使同步器结构方案a)锁销式 b)锁环式1、8滑动齿套 2同步环 3、10齿轮 4锁销 5钢球 6销 7弹簧 9锁环多锥式同步器的锁止面仍在同步环的接合齿上，只是在原有的两个锥面之间再插入两个辅助同步锥，如图5.2所示。图5-2多锥式同步器图5-3波舍式同步器惯性增力式同步器又称为波舍(Porsehe)式同步器，见图5.3。它能可靠地保证只在同步状态下实现换挡。只要啮合套和换挡齿轮之间存在转速差，弹簧片的支承力就阻止同步环缩小，从而也就阻止了啮合套移动。只有在转速差为零时，弹簧片才卸除载荷，于是对同步环直径的缩小失去阻力，这样才可能实现换挡。波舍式同步器的摩擦力矩大、结构简单、工作可靠、轴向尺寸短，适用于货车变速器。5.2同步器工作原理同步器换挡过程由三个阶段组成。第一阶段：同步器离开中间位置，做轴向移动并靠在摩擦面上。摩擦面相互接触瞬间，第二阶段：来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的力F，经过锁止元件又作用到摩擦面上。第三阶段：=0，摩擦力矩消失，而轴向力F仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动齿套和锁销上的斜面相对移动，从而使滑动齿套占据了换挡位置。5.3同步器的主要参数的确定5.3.1摩擦系数汽车在行驶过程中换挡，特别是在高挡区换挡次数较多，意味着同步器工作频繁。同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因数减小，这就为设计工作带来困难。摩擦因数对换挡齿轮和轴的角速度能迅速达到相同有重要作用。摩擦因数大，换挡省力或缩短同步时间；摩擦因数小则反之，甚至失去同步作用。图5-4同步器螺纹槽形式5.3.2同步环主要尺寸的确定(1)同步环锥面上的螺纹槽如果螺纹槽螺线的顶部设计得窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间的油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强，使磨损加快。试验还证明：螺纹的齿顶宽对的影响很大，随齿顶的磨损而降低，换挡费力，故齿顶宽不易过大。(2)锥面半锥角摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自锁的条件是tan。一般取=68。=6时，摩擦力矩较大，但在锥面的表面粗糙度控制不严时，则有粘着和咬住的倾向；在=7时就很少出现咬住现象。 (3)摩擦锥面平均半径R R设计得越大，则摩擦力矩越大。R往往受结构限制，包括变速器中心距及相关零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后还会影响到同步环径向厚度尺寸要取小的约束，故不能取大。原则上是在可能的条件下，尽可能将R取大些。 (4)锥面工作长度b缩短锥面工作长度b(图5.1)，便使变速器的轴向长度缩短，但同时也减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。轿车同步环厚度比货车小些，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。锻造时选用锰黄铜等材料。有的变速器用高强度、高耐磨性的钢与钼配合的摩擦副，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。5.3.3锁止角锁止角选取的正确，可以保证只有在换档的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换档。影响锁止角选取的因素主要有摩擦因数擦锥面的平均半径R,锁止面平均半径和锥面半锥角。已有结构的锁止角在2642范围内变化。第6章变速器操纵机构6.1操纵机构的功用变速器操纵机构的功用是保证各档齿轮、啮合或同步器移动规定的距离，以获得要求的档位，而且又不允许两个档位的齿轮、啮合套或同步器同时挂上档。变速器的工作与操纵机构有很大关系，往往因操纵机构不好设计，发生挂档困难或挂不上档的情况。而且换档占驾驶员很大一部分劳动量，所以，如何使操纵机构轻便化、自动化是很重要的问题。6.2 换档位置图设计操纵机构首先要确定换档位置。换档位置图的确定主要从换档方便考虑。为此，应注意以上三点：按换档次序来排列；将常用档放在中间位置，其它档放在两边；为了避免误挂倒档，往往将倒档放在最靠边的位置，有时和工档组成一排。图6-1 换档位置图6.3变速杆的布置6.3.1直接操纵手动换挡变速器当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动换挡变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。近年来，单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴，各挡同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各挡换挡行程相等。6.3.2远距离操纵手动换挡变速器平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器，受总体布置限制变速器距驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种手动换挡变速器称为远距离操纵手动换挡变速器。6.4锁止装置6.4.1互锁装置互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速杆叉轴互被锁住，互锁装置的结构主要有以下几种：(1)互锁销式图6.2时汽车上用得最广泛的一种机构。在相邻两变速叉轴之间各有一个互锁销2，其长度为l2。互锁销的两端可以进入相邻变速叉轴的侧面凹臼内，以锁住这个变速叉轴。凹臼深度为h。自内构建一个变速叉轴的两侧都有互锁凹臼，而且是相互对着的，在此变速叉轴内有瞳孔把两个凹臼连通。孔内装有一个顶销1，其长度为l1。如变速叉轴直径为D，变速叉轴的中心距为A，则彼此间存在如下的关系：l1=D-h；l2=A-D+h图6-2互锁装置 6-3摆动锁块式互锁装置(2)摆动锁块式图6.3位摆动锁块式互锁装置工作示意图。锁块用同心轴螺钉安装在盖体上，并可绕螺钉轴线自由转动。变速杆头置于锁块槽内，选档时变速杆摆动锁块选入某一变速叉轴槽内，此时，锁块的一个或两个突起部分A挡住其它两个变速叉轴槽，以保证换档时不能同时挂入两个档。(3)三向锁销式图6.5位三向锁销式互锁装置。左右两块锁块各与两个档的变速叉相连。每个锁板可绕A轴转动。当换入一档时由于三向锁销的作用，其它两个锁板不能不能转动，实现互锁。图6-4 转动锁环式互锁装置图6-5三向锁销式互锁装置6.4.2自锁装置自锁装置的作用是定位，防止因汽车振动或有小的轴向力作用而致脱档，保证啮合齿轮以全齿长进行啮合，并使驾驶员又换入档位的感觉。定位作用是通过自锁装置中的弹簧将钢球压入变速叉轴的凹臼中实现的。变速叉轴凹臼间的距离时由挂档齿轮的移动距离来确定的。6.4.3倒档锁装置在汽车行驶过程中，为了防止误挂倒档，以致造成安全事故和损坏传动系，在操纵机构中都设有倒档锁或倒档安全装置。图6.6位倒档安全装置。通常装在变速器盖上，当变速器杆头接触安全装置开始换倒档时，由于弹簧或定位钢球的作用，阻力很大，使驾驶员产生明显的手感。图6.6（b）所示装置比（a）为好。换倒档时首先要克服定位钢球的阻力，然后再克服阻力弹簧，阻力先大后小，手感比较明显，又便于操纵。或者只有钢球，克服钢球阻力后，手感力消失，换档轻便。图6.6（a）所示装置只有弹簧阻力，阻力先小后大，开始时手感不明显，至挂倒档时弹簧阻力有很大，不便于操纵。图6-6倒档安全装置结论结论在本次毕业设计中，由于设计的项目主题以前接触的不是很多，对汽车方面的知识比较少，故在设计的初期阶段主要是对汽车方面的知识的了解。对变速器的现状作了大量的收集工作，以及对变速器的发展趋势进行了了解。由于本次设计的项目在国内外都是以及成熟的技术，这是设计的目的是为了了解现代设计方法、设计过程以及一些设计理念。我们在这次设计中参考了一些比较好的设计资料，再从中做了一些修改。这次设计中的主要工作运用AutoCAD绘制变速器的总装图，我在设计过程中采用了一边设计一边计算，主要是对变速器的两大主要元件轴和齿轮的设计计算。在机械式变速器中，这两大元件对变速器的工作起了主要作用，通过改变齿轮组的啮合组合的不同从而改变了传动转速。在设计过程中通过运用材料力学的知识，对轴和齿轮进行了力学分析、校核计算以及选择合理的材料和热处理方法。变速器在换档过程中的另一个重要元件式同步器，它能保证平稳地从一个档位换入另一个档位，从而防止了冲击，避免了齿轮因换档角速度不同而是齿轮损坏，在本次设计中，二档和三档运用的是锁销式同步器，四档和五档运用的是锁环式同步器。变速器的换档机构的设计也是至关重要，设计的好坏直接影响到操纵的效果，也安全驾驶有很大的关系，我运用的是锁球式锁止装置，防止同时挂入两个不同的档位。致谢致谢在本次三个多月的设计过程中，由于我设计的是汽车方面的项目，我对汽车的知识学习不多，首先我得感谢黄老师让我懂得了很多汽车方面的知识，在设计过程中，再次感谢黄老师对我的指导，他教了我现代设计方法，设计中遇到困难如何解决，如何将以前学习的知识运用到设计中去。同时，我还得感谢同组设计的同学，我在设计过程中遇到的很多困难时，他们热心帮助我解决困难。感谢班上同学在设计过程中给我的帮助，每当我生活、学习中遇到困难时，他们都对伸出热心的双手，也感谢对我毕业设计一直关心和给我帮助的好朋友。最后，我衷心的感谢院系领导对我们毕业设计的督促和关心，感谢答辩老师给我毕业设计细心的指导，让我改正设计中的不足与错误。37参考文献参考文献1 王望与.汽车设计.第4版.机械工业出版社，2007：105-1312 龚微寒.汽车现代设计制造.人民交通出版社，2005:25-563 高维山.汽车设计丛书变速器.人民交通出版社，2010:251-3004 纪名刚.机械设计.高等教育出版社，2009:84-925 机械设计编写组编.实用机械设计手册.机械工业出版社，2003:121-1546 余志生.汽车理论.机械工业出版社，2006:30-597 黄华梁.机械设计基础.高等教育出版社，2001:63-1278 刘鸿文.简明材料力学.高等教育出版社，1999:98-1239 王秀英.机械工程图学.科学出版社，2001:189-23610 林宁主编汽车设计人民交通出版社，2001:115-18711 HenryJ（FordMotorCompany）.ATime-DomainFatigueLifePredictionMethod.2007:83-9512 DuditraFVisaIOptimizationofthesteeringlinkageinvehicles.Proc.OfthefifthWorldCongressontheoryofmachineandMechnisms.2005:196-2591附录一附录一Fundamentals of Mechanical Design Mechanical design means the design of things and systems of a mechanical naturemachines, products, structures, devices, and instruments. For the most part mechanical design utilizes mathematics, the materials sciences, and the engineering-mechanics sciences. The total design process is of interest to us. How does it begin? Does the engineer simply sit down at his desk with a blank sheet of paper? And, as he jots down some ideas, what happens next? What factors influence or control the decisions which have to be made? Finally, then, how does this design process end? Sometimes, but not always, design begins when an engineer recognizes a need and decides to do something about it. Recognition of the need and phrasing it in so many words often constitute a highly creative act because the need may be only a vague discontent, a feeling of uneasiness, of a sensing that something is not right. The need is usually not evident at all. For example, the need to do something about a food-packaging machine may be indicated by the noise level, by the variations in package weight, and by slight but perceptible variations in the quality of the packaging or wrap.There is a distinct difference between the statement of the need and the identification of the problem. which follows this statement. The problem is more specific. If the need is for cleaner air, the problem might be that of reducing the dust discharge from power-plant stacks, or reducing the quantity of irritants from automotive exhausts. There are many implied specifications which result either from the designers particular environment or from the nature of the problem itself. The manufacturing processes which are available, together with the facilities of a certain plant, constitute restrictions on a designers freedom, and hence are a part of the implied specifications. A small plant, for instance, may not own cold-working machinery. Knowing this, the designer selects other metal-processing methods which can be performed in the plant.The labor skills available and the competitive situation also constitute implied specifications.After the problem has been defined and a set of written and implied specifications has been obtained, the next step in design is the synthesis of an optimum solution. Now synthesis cannot take place without both analysis and optimization because the system under design must be analyzed to determine whether the performance complies with the specifications.The design is an iterative process in which we proceed through several steps, evaluate the results, and then return to an earlier phase of the procedure. Thus we may synthesize several components of a system, analyze and optimize them, and return to synthesis to see what effect this has on the remaining parts of the system. Both analysis and optimization require that we construct or devise abstract models of the system which will admit some form of mathematical analysis. We call these models mathematical models. In creating them it is our hope that we can find one which will simulate the real physical system very well Evaluation is a significant phase of the total design process. Evaluation is the final proof of a successful design, which usually involves the testing of a prototype in the laboratory.

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