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小型
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手动
五档
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设计
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小型SUV手动五档变速器设计,小型,suv,手动,五档,变速器,设计
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I 小型 SUV 手动五档变速器设计 摘要 五档变速器从 最初 采用 侧链传动 到手 动五档变速器 ，及至液力自 动五档变速器 和 电控机械式自 动五档变速器 ，再到 现 在 无级自动五档变速器 的普及。 随着 汽 车工业的发 展，轿车五档变速器 的 设计趋势为 增大 五档变速器传递 功率与重量之比，并要 求五档变速器 具有 较 小的尺寸和良好的性能。在 给 定 发动 机 输 出 转矩、转 速及最高 车 速、最大爬坡度等 条件下， 着重对五档变速器齿轮 的 结构参数 、 轴 的 结 构尺寸等 进 行 设计计 算。 该 型 结 构 紧凑工艺 性能好，适配 性强 ， 传动 平 稳 噪 声 低， 节 油且成本低。手 动五档变速器 更平 顺 、更省油、更富 驾驶乐 趣的方向不 断发 展。 特点是其结构简单、紧凑且最抵挡外其它各挡的传动效率高、噪声低，两五档变速器结构发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目。本设计除抵挡外采用常啮合式，且采用斜齿轮，因为斜齿比直齿有更长的寿命、更低的噪声。 关键词 ： 五档变速器 ； 齿轮 ；同步器； 设计 nts1 绪论 1 The Chevrolet SaiOu cars 2 shaft type manual transmission design Abstract The transmission by side chain from the initial transmission to manually, and when the hydraulic and electric automatic transmission, automated mechanical transmission again to now the popularity of automatic transmission steplessly.Along with the development of the automobile industry,the trend of car transmission designing is to increase its transmission power and decrese its weight , and hope have smaller size and excellent performance. In conditions that knowing the engine output torque , speed of engine and maximum speed of vehicles , maximum degree , focuson the designing of transmission gear structural parameters , axis geometry design computation ; as well as the transmission and drive program structure design , Structure by the process performance together , and fit and strong , smooth transmission and low noise , fuel-efficient and low cost . Manual transmission more smooth, more fuel efficient, the richer the direction of fun to drive continuous development. Characteristic is its simple structure, compact and most against each other of the block of high transmission efficiency, low noise, two shaft type transmission structure development trend is the increasing number of meshing gears often vice. This design in addition to resist outside using often adopted, and the meshing type, because helical helical gear than straight tooth a longer life, lower noise. Key words: transmission ; gear ; synchrotron ; design nts1 绪论 2 主要符号表 max 道路最大阻力系数 rr 驱动轮的滚动半径 mm T max 发动机最大扭矩 N m i0 主减速比 汽车传动系的传动效率 igi 一檔传动比 G2 汽车满载载荷 N 路面附着系数 A 第一轴与中间轴的中心距 mm A 中间轴与倒檔轴的中心距 mm mn 斜齿轮法向模数 齿轮压力角 斜齿轮螺旋角 b 齿轮宽度 mm xZ齿轮齿数 齿轮变位系数 W齿轮弯曲应力 MPa tF齿轮所受圆周力 N aF轴 向力 N rF径向 力 N gT计算载荷 N m nts1 绪论 3 目录 摘要 3 Abstract II 主要符号表 3 1 绪论 1 2 手动五档变速器设计 3 2.1 五档变速器的概述 3 2.1.1 五档变速器的功用 3 2.1.2 五档变速器的分类 3 2.五档变速器的变速传动机构 3 2.3 组合式五档变速器 4 2.4 同步器 5 2.5 五档变速器的变速操作机构 6 2.6 分动器 7 3 采用研究方案、研究方法或措施 8 4 五档变速器主要参数的选择与主要零件的设计 10 4.1 五档变速器 主要参数 的选择 10 4.1.1 挡数 和传动 比 10 4.1.2 中心距 11 4.1.3 轴 向尺寸 1 2 4.1.4 齿轮参数 1 2 4.2 各檔 传动 比及其 齿轮齿数 的确定 1 3 nts1 绪论 4 4.2.1 确定 一 挡齿轮 的 齿数 1 3 4.2.2 确定其它 挡 位的 齿数 1 4 4.3 齿轮变 位系 数 的 选择 1 4 5 五档变速器齿轮的强度计算与材料的选择 16 5.1 五档变速器齿轮 的几何尺寸计 算 16 5.2 齿轮 的强 度计 算与校核 19 6 五档变速器轴与轴承 23 6.1 五档变速器轴 的结 构和尺寸 23 6.2 轴 的校核 23 6.3 轴 承的校核 25 7 五档变速器同步器的设计 27 7.1 同步器的结 构类 型 27 7.2 锁环 式同步器的工作原理 27 7.3 锁环 式同步器的主要参 数 的确定 29 8 三维建模 31 8.1 proe 的概述 31 8.2 proe 的特点与优势 31 8.3 proe 软件的主要组成模块 31 8.4 利用 proe 部分零件三维建模 32 8.5 装配图三维建模 34 9 结论 36 参考文献 37 致谢 38 nts1 绪论 5 1 绪论 一、 题 目背景 汽 车五档变速器发 展 经历 了 100 多年， 从 最初采用 侧链传动 到手 动五档变速器 ，及至液力自 动五档变速器 和 电 控机械式自 动五档变速器 ，再到 现 在 无级自动五档变速器 的普及，在汽 车工业 技 术 不 断 前 进 的同 时 ， 五档变速器 也向 着 更平 顺 、更省油、更富 驾驶乐 趣的方向不 断发 展。我 国 汽 车五档变速器 行 业随着 整 车 行 业的快速 发 展而不 断发 展 壮大 ，形成了一批 颇具规 模的 五档变速器 企 业 。大多 数 本土 五档变速器 企 业 在引 进 消化吸收 国 外先 进 技 术 方面取得了突出成 绩 ，并不 断坚持自主 创 新，在手 动五档变速器领 域 ,，尤其是在重型 车 用和微型 车 用手 动五档变速器 上，涌 现了 大量自主 创 新的 产 品。 二、研究意 义 每 当 人 们观 看 F1 大 赛 ，大家似乎 谈论 得最多的就是 发动 机的性能以 及车 手的 驾驶 技 术 。而且，不忘在自己 驾车 的 时 候体 会 一下极速感 觉 或是在 买车 的 时候 关 注一下 发动 机的性能， 这 似乎成 为 了 横 量汽 车质 量优劣的一 个标 准。但是，掌控速度快慢的， 却 是它身后的 五档变速器 。 五档变速器 作 为 汽 车传动 系 统 的 总 要 组 成部分 , 其技 术的发 展，是衡量汽车 技 术 水准的重要依据。世 纪 能源与 环 境、先 进 的制造技 术 、新型材料技 术 、信息与控制技 术 等是科 学技术发 展的重要 领 域 , 这 些 领 域的科技 进 步推 动 了 五档变速器 技 术的发 展 . 可以 说 ， 五档变速器 是伴 随着 汽 车工业 出 现 的必然 产 物，是汽 车上 的必需品。在完成了最基本的 传动 功能之外， 我们对五档变速器 的要求也是越 来 越高， 这是 变 速箱演 变过 程的首要催 产 素 2。由此可 见 ， 对汽车 的 五档变速器进 行研究具有十分重要的意 义 。 三、 国内 外相 关研 究情 况 1940 年美 国 通用汽 车 公司首次 将 液力机械式自 动五档变速器装车应 用以来 ，液力机械式自 动五档变速器 的生 产形 成系列化和 专业 化。其 发 展之快， 应用 之广 ，以致于人 们 直接命名其 为 自 动五档变速器 。 AT 以优越的 动 力性能，乘坐舒适性和 简 便的操作，在汽 车工业中 占有相 当 的地位。我 国 几种系列 轿车中和重型 载货车上虽有应 用，但限于技 术 和 经济条 件， 独立开发 ，成批生 产 AT的能力尚不具 备 。省油，排污低，操 纵方 便，行 驶 舒适的机械式 无级自动五档nts1 绪论 6 变速器 (CVT) 一直是人 们 追求的目 标 。 CVT 与其它 传动 相比，操 纵方 便性和乘坐舒适性均可与液力 变 矩器相媲美， 而其 传动 效率 却远高 于液力 变 矩器。更主要的是它能 够协调车辆 外界行 驶条 件与 发动 机 负 荷，充分 发挥发动 机 潜力 ，提高整 车 燃油 经济性 ，使汽 车 具有良好的 牵引 特性， 显著 地提高超 车 性能， 这 是现 有的有 级 式 五档变速器无 法相比的，故 CVT 是 国内 外汽 车传动 研究和推 广 的重 点 之一。 电传动 与液 压车辆的马达 相似，它一改机械 传动中 的 传统结 构，代之以 电 流 输至电动 机 来驱动汽车 。另一种以新型蓄 电 池，燃料 电 池作 为 能源的电动车 ，它不用石油燃料， 无污 染，能量 转换 效率高，因而 将广泛 用于短途 运输 的 轿车 ，大 客车 ， 货车上 。日本的 电 源公司，美 国 通用公司，德 国 大 众 公 司等研制的 电动车已基 本上 满 足使用者的需要。 电力 式自 动五档变速器 噪 声 低，污染小，自 动 化程度高， 组 件布置方便，可用 电 池代替原 动 机，在不可再 生资源日益枯竭， 环 境污染日益 严 重的今天， 电力 式自 动五档变速器无疑 是重要 的发 展方向之一。 电 子控制机械式自 动五档变速器 (AMT)是自 动五档变速器 的一种，它是在原有固定 齿轮五档变速器 的基 础 上，把 选换 檔和离合器及 发动 机油门 的操 纵 自 动 化，与液力机械式自 动五档变速器 和机械式 无级五档变速器 相比，它具有 传动 效率高，成本低，易制造，生 产继 承性好等优 点 ， 从世 界范 围来 看，它是自 动五档变速器 的一 个 重 要 发 展方向。 nts 7 2 二手 动五档变速器设计 2.1 五档变速器 概述 2.1.1 五档变速器 的功用 目前汽 车上广泛 采用的 动 力 装 置是汽油或柴油 发动 机，它 们 的 转矩 与 转 速变 化范 围都较 小，而汽 车 的行 驶条 件非常复 杂，行驶 速度和行 驶阻力 的 变 化范围 很大。 五档变速器 的主要功用是： （ 1） 五档变速器 是用 来实现变 速、 变 扭、改 变传动比，扩 大 驱动轮转矩 和转 速的 变 化范 围 ，以 适应 汽 车 在各种行 驶条 件下所需的 牵引 力和合适的行 驶 速度，并使 发动 机能 够经 常在功率 较 高而油耗率 较 低的有利工 况 下工作。因此，五档变速器 中 应 具有合 理的 挡 位 数 和合适的 传动 比； （ 2）实现倒车行驶，汽车发动机曲轴一般都是只能向一个方向转动的，而汽车有时需要能倒退行驶，因此，往往利用变速箱中设置的倒檔来实现汽车倒车行驶 1.。 此外 ，还 可以作 为 其它 动 力的 输 出 装 置，如 举 升、起吊等。 2.1.2 五档变速器 的 分类 五档变速器 可以按照 传动 比 变 化方式或操 纵方 式 来分类 。 （ 1）按 传动 比 变 化方式分； 有 级 式 五档变速器 、 无级 式 五档变速器 、 综合式 五档变速器 。 （ 2）按操 纵方 式不同分； 手 动换挡 式 五档变速器 、 自 动操纵 式 五档变速器 、 半自 动操纵 式 五档变速器 。 五 档变速器的基本构造包括：变速传动机构和操纵机构两部分。变速传动机构的主要作用是改变转矩的数值和方向；操纵机构的作用是实现传动比的变换 换挡。 2.2 五档变速器 的 变 速 传动 机构 变 速 传动 机构是 五档变速器 的主体，按工作 轴 的 数 量（不包括倒檔 轴 ）可分 为两五档变速器 和三 五档变速器 2 2.2.1 两五档变速器 两五档变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，中间檔位传动效率高和噪声低等优点。因两五档变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏、此外，受结构限制，两五档变速器的 檔速比不可能设计的很大 3。 nts 8 其特点是：五档变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒檔传动常用滑动齿轮，其它檔位均用常齿和齿轮传动。同步器多数装在输出轴上，这是因为一檔主动齿轮尺寸小，同步器转载输入轴上有困难，而高档同步器可以装在输入轴的后端。 2.2.2 三 五档变速器 三五档变速器适用于发动机前置后轮驱动的布置形式，多用于中型载货汽车。该种五档变速器设置有第一轴（输入轴）、第二轴（输出轴）和中间轴。第一轴前端通过离 合器与发动机曲轴相连，第二轴后端通过凸缘连接万向传动装置，而中间轴则主要用来固定安装各檔的变速传动齿轮 4。 2.2.3 五档变速器换挡装 置 普通齿轮式五档变速器的换挡装置常见的有直齿滑动齿轮式和同步器式两种结构形式。 （ 1）直 齿 滑 动齿轮 式 换挡装 置 对 于采用直 齿齿轮传动 的 挡 位，常采用 这种 换挡 形式。它是通 过 直接移 动啮 合 齿轮 副中的一 个齿轮 ，使之于另一 个齿轮进 入 啮 合或退出 啮 合， 从 而 实现 挂檔或退檔。由于直 齿齿轮传动冲击 大、噪 声大、承 载 能力低，所以在 五档变速器 中很少采用。 （ 2）同步器式 换挡装 置 它是在接合套 换挡 机构的基 础 上又加 装 了同步 组件而构成的一种 换挡装 置，可以保 证 在 换挡时 使接合套与待接合 齿 圈的 圆 周速度迅速相等，即迅速 达 到同步 状态 ，并防止二者在同步之前 进 入 啮 合， 从 而可消除 换挡 的 冲击 ，并使 换挡 操作 简 洁和 轻 便。 2.2.4 五档变速器的润 滑与密封 五档变速器中各齿轮副、轴与轴系等运动部件均有较高的运动速度，因此，必须要有可靠的润滑。大多数普通齿轮五档变速器采用飞溅润滑，只有少数重型汽车五档变速器采用压力润滑。 2.3 组 合式 五档变速器 为保证重型汽车具有良好的动力性、经济型和加速性，要求五档变速器有较多的挡位，以扩大传 动比的范围，常采用两个五档变速器串联的方式构成组合式五档变速器，其中，配挡方式又可分为分段式配挡和插入式配挡两类。 nts 9 2.4 同步器 2.4.1 同步器的作用 同步器的作用：一是使接合套与待接合齿圈迅速同步，以缩短换挡时间；二是起到锁止作用，保证接合套与待接合齿圈在达到同步之前不可能啮合，从而避免换挡齿间冲击。 2.4.2 同步器的 分类 、构造及工作原理 目前所采用的同步器几乎都是摩擦式惯性同步器，按锁止装置不同，可分为锁环式惯性同步器和锁销式惯性同步器。 （ 1）锁环式惯性同步器 构造：主要由接合套、花键毂、锁 环、滑块、定位销及弹簧组成。 工作原理：摩擦工作面接触产生摩擦力矩 锁环转动一个角度 锁止组件起锁止作用，阻止接合套前移 摩擦力矩增长至同步 惯性力矩消失 锁止作用消失 接合套进入啮合完成换挡。 锁环式惯性同步器由于尺寸小、结构紧凑、摩擦力矩也小，多用于轿车和轻型车辆，其结构图如图 2.1 所示 图 2.1 锁环 式 惯 性同步器 （ 2） 锁销式惯 性同步器 构造：主要由摩擦 锥盘 、摩擦 锥环 、定位 销 、接合套、第 一轴齿轮 、第二 轴齿轮 、二 轴 、 锁销 、花 键毂 、 钢 球及 弹 簧 组 成。 nts 10 工作原理：与 锁环 式 惯 性同步器基本 相同， 该 种同步器多采用在中、重型 载货 汽 车上 5-6，其 结 构 图 如 图 2-2 所示。 图 2-2 锁销式惯性同步器 2.5 五档变速器 的 变 速操 纵 机构 2.5.1 功用与要求 五档变速器操纵机构的功用是根据汽车使用条件帮助驾驶员随时将五档变速器换上或摘下某个挡位。为了保证在任何情况下五档变速器都能准确、安全、可靠地工作，对五档变速器操纵机构有以下要求： a设自锁装置，防止五档变速器自动脱挡，并保证轮齿以全齿宽啮合； b设互锁装置，防止五档变速器同时挂入两个檔位，以免造成发动机熄火或损坏零部件； c设倒挡锁，防止 误挂倒檔，以免发生安全事故。 2.5.2 五档变速器 操 纵 机构的构造 五档变速器操纵机构按照变速操纵杆（变速杆）位置的不同，可分为直接操纵式和远距离操纵式两种类型。 （ 1）直接操纵式 这种形式的五档变速器布置在驾驶员座椅附近，变速杆由驾驶室底板伸出，驾驶员可以直接操纵，这种操纵机构一般由变速杆、拨块、拨叉、拨叉轴以及安全装置等组成，多集装于五档变速器上盖或侧盖内，它多用于发动机前置后轮驱动的车辆。直接拨动式换挡操纵机构如图 2.3 所示。 nts 11 图 2.3 直 接拨动 式 换挡 操 纵 机构 （ 2）远距离操纵式 当驾驶员座位离五档 变速器较远或变速杆布置在转向盘下方（某些轿车）的转向管柱上时，通常在变速杆与换挡拨叉之间增加若干个传动件，组成远距离操纵机构，这种操纵机构多用于发动机前置前轮驱动的轿车。 2.5.3 换挡锁装 置 为了保证五档变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作，五档变速器操纵机构一般都具有换挡锁装置，包括自锁装置、互锁装置和倒挡锁装置。 （ 1）自锁装置 自锁装置用于防止五档变速器自动脱挡或挂檔，并保证轮齿以全齿宽啮合。大多数五档变速器的自锁装置都是采用自锁钢球对拨叉轴进行轴向定位锁止。 （ 2）互锁装置 互锁装置用于防 止同时挂上两个挡位，由互锁钢球和互锁销组成。 （ 3）倒挡锁装置 倒挡锁的作用是当驾驶员挂倒挡时，必须对变速杆施加较大的力，才可以换上倒挡，起提醒作用，以防误挂倒挡。五档变速器上多采用弹簧锁销式倒挡锁 7-12。 2.6 分动器 2.6.1 分动器的功用 多轴驱动的越野汽车装用分动器。其功用是将五档变速器输出的动力分配到各驱动桥。目前，多数越野汽车装用两挡分动器。分动器兼起副五档变速器的作用。 2.6.2 分动器的结构 分动器由齿轮传动机构和操纵机构两部分组成。 （ 1）齿轮传动机构 其中的三输出分动器可将动力分 别传给前桥、中桥和后桥。多数轻型越野汽车装用两输出分动器，分别驱动前桥和后桥。该种分动nts 12 器齿轮机构有普通齿轮式和行星齿轮式两种。 （ 2）操纵机构 分动器的操纵机构由操纵杆、传动杆、摇臂及轴等组成 13-15。 nts3 采用的研究方案、研究方法或措施 13 3 采用的研究方案、研究方法或措施 3.1 研究方案 （ 1）了解汽车变速系统的现状，熟悉其发展状况、详细构造和工作原理； （ 2）根据小型 SUV 的主要参数，对其变速系统的操纵机构和变速机构进行结构设计，实现汽车的变速功能并满足动力性要求； （ 3）运用 AutoCAD 软件绘制五档变速器总装配图以及主要部件的 零件图； （ 4）运用三维设计软件，对五档变速器的主要部件进行三维建模与装配。 3.2 研究方法 本次设计的题目中的车型为小型 SUV，其基本参数如表 3.1 所示。 表 3.1 小型 SUV 的基本参数 传动方案和零部件方案的确定 根据题目便可以知道，需要设计的五档变速器类型为手动五档变速器。 1.初步确定传动方案 2.确定零部件的结构方案 （ 1）齿轮形式 （ 2）换挡机构形式 （ 3）五档变速器轴承 车型名称 最高 车 速（ km/h） 车 重 （ kg） 最大功率（ kw） 最大功率转速（ rpm） 最大扭矩（ Nm ） 最大扭 矩转速（ rpm） 小型 SUV 165 1020 64 5600 115 4400 nts3 采用的研究方案、研究方法或措施 14 m a x 0 m a x m a x m a x( c o s s i n )e g I TrT i i m g f m gr m axm ax 0rgem g ri Ti m a x 2e g I TrTi Gr 2m ax 0rgIeTGri Ti 4 五档变速器主要参数的选择与主要零部件的设计 4.1 五档变速器主要参数的选择 4.1.1 檔数和传动比 近年来，为了降低油耗，五档变速器的檔数有增加的趋势。目前，乘用车一般用 45 个檔位的五档变速器。本设计采用 5 个檔位。 选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。 汽车爬陡坡时车速不高，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。故有 1 则由最大爬坡度要求的五档变速器檔传动比为 （ 4-1） 式中 m -汽车总质量（ mm）； g-重力加速度（ m/s2）； max-道路最大阻力系数； rr-驱动轮的滚动半径（ mm）； Temax-发动机最大转矩（ Nm）； i0-主减速比； -汽车传动系的传动效率。 根据驱动车轮与路面的附着条件 求得的五档变速器 I 檔传动比为： （ 4-2） 式中 G2-汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷； -路面的附着系数，计算时取 =0.50.6。 由已知条件：满载品质 1545 kg； nts 15 m a x1m ingngiqi3 IA m a xA K Trr=289mm； Te max=140Nm； i0=4.529； =0.9 ； max 0.48 ; 根据公式（ 4-1）可得： igI =m a x 0m a x1 5 4 5 9 . 8 0 . 2 8 9 0 . 4 81 4 0 4 . 5 2 9 0 . 9rem g r iT =3.67。 本设计取五檔传动比 ig =1。 中间檔的传动比理论上按公比为： （ 4-3） 的等比数列，实际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用文件位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。根据（ 4-3）可得出： q =1.4011。 故有 ： 62.2gi 87.1gi 1.34IVi 4.1.2 中心距 中心距对五档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。三五档变速器的中心距 A（ mm）可根据对已有五档变速器的统计而得出的经验公式初定： (3-4) 式中 K A-中心距系数。对轿车， K A =8.99.3；对货车， K A =8.69.6；对多檔 主五档变速器， K A =9.511； TI max -五档变速器 处于一檔时的输出扭矩： TI max=Te max igI =1 4 0 3 .6 7 0 .9=462.42 Nm 33 1 m a x 9 . 3 4 6 2 . 4 2 . 7 2 m mAA K T N m 故可得出初始中心距 A=72 mm1。 nts 16 4.1.3 轴向尺寸 五档变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒檔中间齿轮和换檔机构的布置初步确定。 轿车四檔五档变速器壳体的轴向尺寸 3.03.4 A。货车五档变速器壳体的轴向尺寸与檔数有关： 四檔 (2.22.7)A 五檔 (2.73.0)A 六檔 (3.23.5)A 当五档变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数 KA 应取给出系数的上限。为检测方便， A 取整。 本次设计采用 5+1 手动挡五档变速器，其壳体的轴向尺寸是 3.4 72 mm=244.8 mm， 五档变速器壳体的最终轴向尺寸应由五档变速器总图的结构尺寸链确定。 4.1.4 齿轮参数 （ 1）齿轮模数 第一轴常啮合斜齿轮的法向模数 mn 3m a x0 . 4 7nemTmm （ 4-6） 其中maxeT=140 Nm，可得出 mn=2.44。 同步器和啮合套的接合大都采用渐开线齿形。由于制造工艺上的原因，同一五档变速器中的结合套模数都去相同，轿车和轻型货车取 23.5 mm。本设计取 2.5 mm。 （ 2）齿形、压力角 、螺旋角 和齿宽 b 汽车五档变速器齿轮的齿形、压力角、及螺旋角按表 4.1 选取。 表 4.1 汽车五档变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角 项目 车型 齿形 压力角 螺旋角 轿车 高齿并修形的齿形 14.5， 15， 1616.5 2545 一般货车 GB1356-78 规定的标准齿形 20 2030 重型车 同上 低档、倒檔齿轮 22.5， 25 小螺旋角 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。在本设计中五档变速器齿轮压力角 取 20,啮合套或同步器取 30o；斜齿轮螺旋角 取 30。 应该注意的是选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上的轴向力相互抵消。为此，第二轴 上的全部齿轮一律取右旋，而第一轴的斜齿轮左旋，其轴向nts 17 10912 ZZZZi gI mAZ 2力经轴承盖由壳体承受。 齿轮宽度 b 的大小直接影响着齿轮的承载能力， b 加大，齿的承载能力增高。但试验表明，在齿宽增大到一定数值后，由于载荷分配不均匀，反而使齿轮的承载能力降低。所以，在保证齿轮的强度条件下，尽量选取较小的齿宽，以有利于减轻五档变速器的重量和缩短其轴向尺寸 7。 通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽： 斜齿 b = kc mn, kc 为齿宽系数，取为 6.0 8.5 b= kc mn=7.2 2.5=18 b 为齿宽 (mm)。采用接合套或同步器换檔时，其接合套的工作宽度初选时可取为 2 4 mm。 第一轴常啮合齿轮副齿宽的系数值可取大一些，使接触线长度增加，接触应力降低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命 1。 4.2 各檔传动比及其齿轮齿数的确定 在初选了中心距、齿轮的模数和螺旋角后，可根据预先确定的五档变速器檔数、传动比和结构方案来分配各文件齿轮的齿数。下面结合本设计来说明分配各檔齿数的方法。 4.2.1 确定一檔齿轮的齿数 一檔传动比 （ 4-7） 为了确定 Z9 和 Z10 的齿数， 先求其齿数和 Z : （ 4-8） 其中 A =72 mm、 m =2.44； 故有 60Z 。 当轿车两的五档变速器 9.35.3gIi时，此处取9 49Z ，则可得出10 13Z 1。 上面根据初选的 A 及 m 计算出的 Z 可能不是整数，将其调整为整数后，从式（ 3-8）看出中心距有了变化，这时应从 Z 及齿轮变位系数反过来计算中心距 A=75，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。 nts 18 nmAZ cos24.2.2 确定其它檔位的齿数 二檔传动比 10 897gZZiZZ（ 4-9） 而 72.2gi，故有： 872.72ZZ （ 4-10） 对于斜齿轮， 故有： 5287 ZZ可得出：871 5 3 8ZZ、按同样的方法可分别计算出：三檔齿轮 651 9 3 6ZZ、；四檔齿轮 432 3 3 0ZZ、；五檔齿轮 212 6 2 6ZZ、。 一般情况下，倒檔传动比与一檔传动比较为接近，在本设计中倒檔传动比gri取 3.67。倒檔传动齿轮的齿数与一檔主动齿轮 /1 相当，取 21Z 倒 挡1。 4.3 齿轮变位系数 的选择 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。 有几对齿轮安装在中间轴和第二轴上组合并构成的五档变速器，会因保证各檔传动比的需 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针，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。 五档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剂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nts 19 1717Z 半径，减小接触应力。根据上述理由，为降低噪声，五档变速器中除去一、二檔和倒檔以外的其它各檔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。其中，一檔主动齿轮 10 的齿数 Z10 17，因此一文件齿轮需要变位元。 变位系数 （ 4-11） 式中 Z 为要变位的齿轮齿数。 nts5 变速器齿轮的强度计算与材料的选择 20 5 五档变速器齿轮的强度计算与材料的选择 5.1 五档变速器齿轮的几何尺寸计算 汽车五档变速器齿轮均为渐开线齿轮。渐开线齿轮除了能满足传动平稳、传动比恒定不变等传动的基本要求外，还有互换性好、中心距具有可分离性及刀齿刀具制造容易等优点。渐开线齿轮的正确啮合条件是：两齿轮的模数、分度圆压力角必须分别相等，两齿轮的螺旋角必须相等而方向相反。 中线如图 5.1 基圆齿形 表 5.1 渐开线圆柱齿轮的基准齿形 基本要素名称 代号 标准齿 短齿 增大齿形角 齿形角 20o 20o 25o 齿顶高系数 fo 1.0 0.8 1.0 径向间隙系数 c 0 .2 5 0 .3 5 mm 0.30mm 0.2mm 齿根圆角半径 r 0 .3 8 0 .2 5 mm 0.46mm 0.35mm nts 21 （ 1）直齿圆柱齿轮计算 （见表 5.2） 檔直齿圆柱齿轮计算： 2.5m mm 10 13，9 49表 5.2 直齿圆柱齿轮尺寸计算 计算项目 计 算 公 式 非 变 位 齿 轮（ mm） 分度圆直径 mm 10 10 31d m z991 1 9 .5 6d m z齿顶圆直径 mm *1 0 1 0( 2 )(1 3 2 1 ) 2 . 5 3 6 . 5ad Z h m *99( 2 )( 4 9 2 1 ) 2 . 5 1 2 4 . 5ad Z h m 齿根圆直径 mm *1 0 1 0( 2 2 )(1 3 2 1 2 0 . 2 5 ) 2 . 52 6 . 2 5fad Z h C m *99( 2 2 )( 4 9 2 1 2 0 . 2 5 ) 2 . 51 1 6 . 2 5fad Z h C m 基圆直径 mm 1 0 1 0 0c o s3 1 c o s 2 0 2 9 . 8 4bdd 99 0c o s1 1 9 . 5 6 c o s 2 0 1 1 2 . 3 5bdd nts 22 （ 2）斜齿圆柱齿轮计算 表 5.3 斜齿圆柱齿轮计算 名称 公 式 二挡 三挡 四檔 五檔 倒挡 螺旋角 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 基圆螺旋角btantan co sbt28 28 28 28 28 28 28 28 28 法面模数nm/mm 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 端面 模数tm/mm cosnm2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 法面齿距np/mm nm 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 端面齿距tp/mm tm 9.11 9.11 9.11 9.11 9.11 9.11 9.11 9.11 9.11 分度圆直径 d /mm tmZ 42 108 50 100 65 85 75 75 59 齿顶圆直径ad/mm 2 adh 47 113 55 105 70 90 80 80 64 齿顶高ah/mm *n anmh 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 齿根高fh/mm *n a n nm h c3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 端面压力角ttantancostn 230 230 230 230 230 230 230 230 230 基圆直径bd/mm cos td 38 100 46 92 60 78 69 69 55 nts 23 5.2 齿轮的强度计算与校核 1.齿轮弯曲应力w计算 （ 1）檔直齿圆柱齿轮： 2.5m mm 10 13 59 4 9 , 2 . 0 4 1 0E M P a 1 0 1 0 31d m zmm，99119d m zmm m a x0 . 5 , 1 4 0 0 . 5 7 0j e j N m m gg（ 5-1） 310102 7 0 2 4 . 5 1 0 m m31jtF d g （ 5-2） 3 310101 0 9 9 1 04 . 5 1 0 4 . 7 8 1 0 m mc o s c o s c o s 2 0 c o s 0tFF oo g（ 5-3） 3992 7 0 2 1 . 1 8 1 0 m m119jtF d g （ 5-4） 3 3999 1 0 9 1 01 . 1 8 1 0 1 . 2 6 1 0 m mc o s c o s c o s 2 0 c o s 0tFF oo g（ 5-5） 10tfw F K K b t y （ 5-6） 1 . 6 51 . 1 0 . 9mmfKKb- 应 力 集 中 系 数 ， 可 近 似 取- 摩 檫 力 影 响 系 数 ， 主 动 轮 取 ， 从 动 齿 轮 取齿 宽 （ ） ， 取 16t - 端 面 齿 距 （ mm ） ， my - 齿 形 系 数 ， 取 0.21310104 . 7 8 1 0 1 . 6 5 0 . 9 6 5 1 . 4 M P a1 6 7 . 8 5 0 . 2 1tfwF K K b t y （ 5-7） 3991 . 2 6 1 0 1 . 6 5 1 . 1 5 3 3 . 0 1 M P a1 6 7 . 8 5 0 . 2 1tfwF K K b t y （ 5-8） 当计算载荷取到作用到五档变速器第一轴时的最大扭矩maxeT时，一挡直齿轮的弯曲应力在 400 850 MPa （ 2）斜齿轮弯曲应力 nts 24 1w FKbtyK （ 5-9） 式中 K为重合度影响系数，取 2.0， K=1.50 二檔齿轮圆周力： 82 6 6 7 8 . 5 NjtTFd（ 5-10） 齿轮 8 的当量齿数82 3 . 7 , 0 . 1 5 3c o sn ZZ 可 查 表 得 ： y18 6 6 7 8 . 5 1 . 5 2 6 0 . 6 5 M P a1 6 7 . 8 5 0 . 1 5 3 2w FKb t y K （ 5-11） 同理得：7w 279.36MPa 依据计算 二挡齿轮的方法可以得到其它檔位的弯曲应力，其计算结果如下： 三挡： 562 7 6 .4 M P a2 6 6 .2 M P aww四挡：
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