9吨中型载货汽车三轴式五档变速器设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 下载文档送全套 CAD 图纸 扣扣 1304139763 目 录 摘要 . Abstract . 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 概述选题的目的及意义 . 1 1.2 国内外研究状况 . 3 1.3 变速器的设计思想 . 5 1.4 设计的主要内容 . 6 第 2 章 变 速器结构方案的设计 . 7 2.1 两轴式和三轴式变速器 . 7 2.1.1 变速器的径向尺寸 . 7 2.1.2 变速器的寿命 . 7 2.1.3 变速器的效率 . 7 2.2 齿轮安排 . 8 2.2.1 整车总布置 . 8 2.2.2 驾驶员的使用习惯 . 8 2.2.3 提高平均传动效率 . 8 2.2.4 改善齿轮受载状况 . 8 2.3 换档 结构方式 . 8 2.3.1 滑动齿轮换档 . 8 2.3.2 啮合套换档 . 8 2.3.3 同步器换档 . 9 2.4 倒档的结构方案及倒档轴的位置 . 9 2.5 变速器最低档传动比的确定 . 9 2.6 中心距的确定 . 11 2.7 变速器的传动方案及相关参数 . 12 第 3 章 变速器齿轮的设计 . 13 3.1 齿轮传动的失效形式 . 13 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 下载文档送全套 CAD 图纸 扣扣 1304139763 3.1.1 齿轮折断 . 13 3.1.2 齿面点蚀 . 13 3.1.3 齿面胶合 . 14 3.2 变速器齿轮设计步骤 . 14 3.2.1 模数的选取 . 14 3.2.2 压力角 . 14 3.2.3 螺旋角 . 14 3.2.4 齿宽 b. 15 3.2.5 变位系数的选择原则 . 16 3.3 各档齿轮齿数的分配 . 17 3.3.1 确 定一档齿轮的齿数 . 17 3.3.2 对中心距进行修正 . 18 3.3.3 确定常啮合传动齿轮副的齿数 . 18 3.3.4 确定其他各档的齿数 . 18 3.3.5 确定倒档齿轮齿数 . 19 3.3.6 齿数和螺旋角具体计算如下 . 19 3.4 齿轮的材料及其选择原则 . 20 3.4.1 常用的齿轮材料 . 21 3.4.2 齿轮材料的选择原则 . 21 3.5 圆柱齿轮强度的简化计算方法 . 22 3.5.1 接触强度计算 . 22 3.5.2 弯曲强度计算 . 23 第 4 章 变速器轴的设计 . 28 4.1 轴的设计 . 28 4.1.1 轴的功用及其设计要求 . 28 4.1.2 轴的尺寸 . 28 4.1.3 轴的结构设计 . 28 4.1.4 接合器设计 . 29 4.2 轴的受力分析与校核计算 . 30 4.2.1 轴的受力分析 . 30 4.2.2 轴的强度计算 . 31 4.2.3 轴的刚度计算 . 34 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 下载文档送全套 CAD 图纸 扣扣 1304139763 第 5 章 同步器设计 . 37 5.1 惯性式同步器 . 37 5.2 同步器工作原理 . 39 5.3 同步器的主要参数的确定 . 39 5.3.1 摩擦系数 f . 39 5.3.2 同步环主要尺寸的确定 . 40 5.3.3 锁止角 . 41 5.3.4 同步时间 t . 41 第 6 章 变速器操纵机构 . 43 6.1 操纵机构的功用 . 43 6.2 换档位置图 . 43 6.3 变速杆的布置 . 43 6.3.1 直接操纵手动换挡变速器 . 43 6.3.2 远距离操纵手动换挡变速器 . 44 6.4 锁止装置 . 44 6.4.1 互锁装置 . 44 6.4.2 自锁装置 . 45 6.4.3 倒档锁装置 . 45 结 论 . 47 参考文献 . 48 致 谢 . 49 附 录 . 50 附录 A 英文文献 . 50 附录 B 文献翻译 . 54 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题的目的及意义 现代汽车上广泛采用内燃 机作为动力源，其转矩和转速的变化范围很小，而复杂的使用条件要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器，用来改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在最有利的工况范围下工作；在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出。变速器设计的目的就是为了满足上述的要求，使汽车在特定的工况下稳定的工作。 变速器除了要能满足一定的使用 要求外，还要保证使其和汽车能有很好的匹配性，可以提高汽车的动力性和经济性，保证发动机在有利的工况范围内工作提高汽车的使用寿命、降低能源消耗、减少汽车的使用噪声等。这就要求设计人员依据汽车的技术参数，合理的选择变速器的参数，使所设计的变速器能和整车具有很好的匹配性。 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： 买文档送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 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。 7）变速器应当有高的工作效率。 8）变速器的工作噪声低。 1.2 国内外研究状况 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。 从 40年代初，美国成功研制出两挡的液力 -机械变速器以来，自动变速器技术得到了迅速发展。 80年代，美国已将液力自动变速器作为轿车的标准装备。1983年时，美国通用汽车公司的自动 变速器装车率已经达到了 94%。近些年来，由于电子技术和电子计算机技术的发展，自动变速器技术已经达到了相当高的水平。自动变速器与机械式变速器相比，具有许多不可比拟的优势：提高发动机和传动系的使用寿命 ； 提高汽车的通过性 ； 具有良好的自适应性 ； 操纵更加方便。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 目前，国内变速器厂商都朝无级变速器和自动变速器方向发展，国内现已有好几款轿车已经应用上无级变速器，而重型汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。 汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速 (Continuously Variable Transmission简称 CVT) 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。 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。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。 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。据报道：大排量 6缸内燃机（ 2.8L）的奥迪 A6轿车上装备的金属带式无级变速箱 Multitronic CVT ，能传动 142kw（ 193bhp）功率， 280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。 另一种摩擦传动 CVT(名为 Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车 XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵 (Cedric)车也装用这种 CVT。 可与 3L以上排量的大马力内燃机 (XVL的引擎输出为 330Nm/194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。 从 V形橡胶带 CVT到 V型金属带 CVT再到滚轮转盘式 CVT，摩擦传动 CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题： （ 1）无级变速（ CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。 （ 2）摩擦传动 CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。 （ 3）摩擦传动 CVT传动效率低是必然的 。 （ 4）摩擦传动 CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比。 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是 , 液力自动变速器（ AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式 CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种 过渡产品。 3电控机械式自动变速器 电控机械式自动变速器 (Automated Mechanical Transmission简称 AMT)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。 4齿轮无级变速器 齿轮无级变速器（ Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。 据最新消息：一种 齿 轮无级变速装置 (Gear Continuously Variable Transmission简称 G-CVT)已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。 齿轮无级变速装置 结构相当简单，只有不足 20种非标零件， 51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。 齿轮无级变速器的优势表现为： （ 1）传动功率大， 200KW的传动功率是很容易达到的； （ 2）传动效率高 ， 90%以上的传动效率是很容易达到的； （ 3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的 1/10； （ 4）对汽车而言，提高传动 效率，节油 20%； （ 5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。 1.3 变速器的设计思想 根据发动机匹配的 载货汽 车的基本参数，及发动机的基本参数，设计能够匹配各项的新型后驱动变速器。 新型后驱动变速器应满足： （ 1） 发动机排量 5.42升 ； （ 2） 五个前进挡，一个倒档 ； （ 3） 输入、输出轴保证两点支承 ； （ 4） 采用同步器，保证可靠平稳换挡 ； （ 5） 齿轮、轴及轴承满足使用要求 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 1.4 设计的主要内容 中间轴式变速器主要用于后轮驱动变速器，所以，根据实际汽车发动机匹配所需，本文计划对适用于后驱动发动机固定中间轴式变速器作为总的布置方案。 1.确定合适的布置结构 变速器中各档齿轮按照档位先后顺序在轴上排列；各档的换挡方式；齿轮与轴的配套方案；轴承支承位置等结构。 2.进行主要参数的选择 确定变速器的档位数；各档传动比；中心距；轴向长度等。 3.进行主要零部件及其他结构的设计 齿轮参数；各档齿轮齿数分配；轮齿强度计算；轴的设计及校核；轴承的设计及校核；同步器主要参数的选取；操纵机构的设计等。 4.绘制图纸 根据设计方案，通过 CAD完成装配图及零件图的绘制。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 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。各种机构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随主观和客观条件的变化而变化。因此，设计人员应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化，最后确定较合适的方案。 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 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 驾驶员的使用习惯 有人认为人们习惯于按档的高低顺序，由左到右或由右到左排列来换档。但是也有人认为应该将常用档位放在中间位置。值得注意的是倒档，虽然他是平常换档序 列之外的一个特殊档位，然而却是决定序列组合方案的重要环节。按习惯，倒档最好与序列不接合。否则，从安全角度考虑，将倒档与一档放在一起较好。 在五档变速其中，倒档与序列接合与不接合两者比较，前者在结构上可省去一个拨叉和一根变速滑杆，后者的布置适当，则可使变速器的轴向长度缩短。 2.2.3 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。 2.2.4 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。因为在换档时，有啮合套以及相啮合的结合齿上所有的轮齿共同承担所受到的冲击，所以啮合套和结合黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 齿的轮齿所受的冲击损伤和磨损较小。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。为缩短变速器的轴向尺寸充分利用空间。但一档和倒档需各用一根变速滑杆，这比通常的换档机构多用一根变速滑杆和拨叉，使变速器的上盖结构变得复杂。 倒档齿轮安排在变速器的左侧或右侧，关系到操纵杆拨动的方向和倒档轴的受力状况。挂倒档时，操纵杆向左侧拨动，比较 符合习惯要求。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。 2.5 变速器最低档传动比的确定 在选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮和地面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等来综合考虑、确定。 汽车爬坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力 4。故有 m a xm a xm a x01m a x s i nc o s mgfmgr iiTrTge 则由最大爬坡度要求的变速器 1档传动比为 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 Te rg iT rmgi 0m ax m ax1 (2.1) 式中： m 为汽车总质量， 9200m Kg； g 为重力加速度， 8.9g m/s2； max 为道路最大阻力系数， 277.0max ； r 为驱动车轮的滚动半径， 509rrmm； 查刘惟信汽车设计 48页，滚动半径 r =0.509m； maxeT 为发动机最大转矩， 353max eT mm； 0i 为主减速比， 33.60 i ； T 为汽车传动系 的传动效率， 85.0T 。 将各数据代入式 (3.1)中得 70.685.033.63 5 35 0 9.02 7 7.08.99 2 0 00m a xm a x1Terg iTrmgi根据驱动车轮与路面的附着条件 201m a x Gr iiTrTge 可求得变速器一档传动比为 Te rg iTrGi 0max21 (2.2)式中： 2G 为汽车满载静止与水平路面时驱动桥给地面的载荷， 667182 G .4N； 为道路的附着系数，计算时取 5.0 6.0 。 其他参数同式 (3.1)。将各数据代入式 (3.2)得 94.885.033.63 5 35 0 9.05.04.6 6 7 1 80m a x21Terg iTrGi通过以上计算可得到 6.70 1gi 8.94，在本设计中，取 10.71 gi黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 2.6 中心距的确定 初选中心距时，可根据下述经验公式 3 1m a x geA iTKA (2-3) 式中： A 变速器中心距（ mm）； AK 中心距系数，商用车： AK =8.6 9.6； maxeT 发动机最大转矩（ N.m）； 1i 变速器一挡传动比， 1gi =7.1； g 变 速器传动效率，取 96% ； maxeT 发动机最大转矩， maxeT =353N.m 。 则， 3 1m a x geA iTKA = 3 %961.73 5 3)6.96.8( =115.24 128.64（ mm） 初选中心距 A =125mm。 本设计是根据东风中型货车 EQ1090E车型而开展的，设计中所采用的相关参数均来源于此种车型： 表 2.2 设计基本参数表 项目 参数值 车型 东风 EQ1090E 发动机 东风 EQ6100-1 额定功率（ kw/r/min） 99/3000 最大扭矩 (Nm /n) 353/1200 1600 额定总质量（ kg） 9200 车长 /宽 /高（ mm） 69100/2470/2455 最高车速（ km/h） 90 最大爬坡度 28% 轮胎 9 00-20 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 2.7 变速器的传动方案 图 2.1变速器传动方案图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 第 3 章 变速器齿轮的设计 3.1 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。至于齿轮的其它部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），除了对齿轮的质量大小需要严格限制外，通常指按经验设计，所定的尺寸对强度及刚度来说均较富裕，实践中也极少失效。 3.1.1 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 2。 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。 为了提高轮齿的抗折断能力，可采取下列措施： 1）用增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中； 2）增大轴及支撑的刚度，使轮齿接触线上受载 较为均匀； 3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性； 4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。 3.1.2 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。 轮齿在啮合过程中，齿面间的相对滑动起着形成润滑膜的作用，而且相对滑动速度越高，润滑也就越好。当 轮齿在靠近接线处啮合时，由于相对滑动速度低，形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿轮传动中，通常这时只有一对齿啮黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 合，轮齿受力也最大，因此，点时也就首先出现在靠近节线的齿根面上，然后再向其它部位扩展。从相对意义上来说，也就是靠近节线处的齿根面抵抗点蚀的能力最差。 提高接触强度的措施，一方面是合理选择齿轮参数，使接触应力降低；另一方面是提高齿面硬度，如采用需用应力大的钢材等。 3.1.3 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。 3.2 变速器齿轮设计步骤 齿轮设计主要是对齿轮参数的选取 3.2.1 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。 低档齿轮应选大些的模数，其他档位选另一种模数。少数情况下汽车变速器各档齿轮均选用相同的模数。 啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿轮。由于工艺上的原应，同一变速器的接合齿模数相同。选取较小的模数值可使齿数增多，有利换档。 3.2.2 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 。 3.2.3 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，黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 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 111 tan na FF ； 222 tan na FF （ 3.1） 由于 T= 2211 rFrF nn ，为使两轴向力平衡，必须满足 2121tantanrr（ 3.2） 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 3.1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 20 30 ； 中间轴式变速器为 22 34 ； 货车变速器： 18 34 。 3.2.4 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 均匀。 通常跟据齿轮模数 mn的大小来选定齿宽。 直齿 ： b=KCmn, KC为齿宽系数，取为 4.5 8.0 斜齿： b= KCmn， KC取 6.0 8.5 第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数， KC可取大些，使接触线长度增加、接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。 3.2.5 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。高度变位可增加小齿轮的齿根强 度，使它达到和大齿轮强度想接近的程度。高度变位齿轮副的缺点是不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。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。 有几对齿轮安装在中间轴和第二轴上组合并构成的变速器，会因保证各档传动比的需要，使各相互啮合齿轮副的齿数和不同。为保证各对齿轮有相同的中心距，此时应对齿轮进行变位。当齿数和多的齿轮副采用标准齿轮传动或高度变位时，则对齿数和少些的齿轮副应采用正角度变位。由于角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用的较多。对斜齿轮传 动，还可通过选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要求。 变速器齿轮是在承受循环负荷的条件下工作，有时还承受冲击负荷。对于高档齿轮，其主要损坏形势是齿面疲劳剥落，因此应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。为提高接触强度，应使总变位系数尽可能取大一些，这样两齿轮的齿轮渐开线离基圆较远，以增大齿廓曲率半径，减小接触应力。对于低档齿轮，由于小齿轮的齿根强度较低，加之传递载荷较大，小齿轮可能出现齿根弯曲断裂的现象。 总变位系数越小，一对齿轮齿根总厚度越薄，齿根越弱，抗弯强度越低。但是由于轮齿的刚 度较小，易于吸收冲击振动，故噪声要小些。 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 接。 图 3.2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=(1 2 1 4)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 1 25 1 40倍。 齿轮表面粗糙度数值降低，则噪声减小，齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。汽车齿轮齿面的表面粗糙度应在 aR 0 80 0 40 m范围内选用。 3.3 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。 3.3.1 确定一档齿轮的齿数 一档传动比： i1=(z23z12)/(z2z18) (3.3) 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 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。考虑到壳体上的第一轴轴孔尺寸的限制和装配的可能性，该齿轮齿数又不宜取多。 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 15 17 间取，货车在 2 17 间取。 3.3.2 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。 3.3.3 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 (3.4) 解方程式 （ 3-3） 和式 （ 3-4） 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（ 3-2）算出精确的螺旋角值。 3.3.4 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 (3.5) A=m(z7+z21)/2 (3.6) 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 21 与常啮合齿轮的 2 不同时，由式 (3-5)得 Z7/z21=i2z2/z23,而 A=Mn(z7+z21)/2cos 21 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 23 /tan 21 =z2(1+z7/z21)/(z2+z23) (3.7) 联解上述三个方程式，可求出 z7,z21和 21 三个参数。但借此方程组比较麻烦，可采用比较方便的试凑法，即先选定螺旋角 21 ，解式 (3-6)和 （ 3-7)式，求出 z7,z21，再把 z7,z21及 21 代入式 (3-4)中，检查是否满足或近似满足轴向力平 衡的关系。如相黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 差太大，则要调整螺旋角 21 ，重复上述过程，直至符合设计要求为止。其他各档齿轮的齿数用同一方法确定。 3.3.5 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 3-3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 A ； A=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 A