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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
唐 璐
院系
汽車與交通工程
學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-10班
指導(dǎo)教師姓名
李 榮
職稱
講師
從事
專業(yè)
交通運(yùn)輸
是否外聘
□是■否
題目名稱
東方之子1.8轎車5擋變速器設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
變速器是汽車的重要部件之一，主要實(shí)現(xiàn)汽車在行進(jìn)過程中變速及倒車功能。通過改變傳動(dòng)比，改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)拒，適應(yīng)在起步、加速、行駛以及克服各種道路阻礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速不同要求的需要。變速器的好壞還體現(xiàn)在擋位區(qū)間是否清晰、換擋是否平順。道理很簡(jiǎn)單，一個(gè)擋位模糊、換擋艱澀的變速器是不會(huì)為汽車帶來(lái)流暢的動(dòng)力分配也不會(huì)為駕駛者帶來(lái)愜意的駕駛樂趣的。因此變速器的設(shè)計(jì)對(duì)汽車性能至關(guān)重要。變速器組成零件較多，零件之間的裝配關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜。對(duì)于車輛工程專業(yè)的本科學(xué)生，通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)可以充分復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)，并能提高計(jì)算機(jī)及軟件使用水平，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
主要內(nèi)容：
1. 研究東方之子1.8轎車機(jī)械變速器的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；
2. 計(jì)算變速器各部件的尺寸參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證；
3. 變速器傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)；
4. 變速器關(guān)鍵零部件校核計(jì)算；
5. 在UG/Proe軟件平臺(tái)上建立零件的等比例物理模型；
6. 進(jìn)行三維零件的虛擬裝配（利用部件的鏈接關(guān)系建立部件之間的裝配）；
主要技術(shù)指標(biāo)：
1. 主減速比4.133
2. 最高車速190km/h
3. 車重1440kg
4. 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率97/5750(kw/rpm)
5. 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩170/4500(N·m/rpm)
6. 輪胎規(guī)格205/65R15
7. 長(zhǎng)寬高477018151445mm
研究方法：
1. 要求研究汽車變速器原理、結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)等基本理論，并將其與機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)軟件等相關(guān)知識(shí)有機(jī)結(jié)合、熟練運(yùn)用；
2. 要求運(yùn)用Pro/E進(jìn)行主要零件建模與零件裝配；
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1. 完成變速器各零部件的計(jì)算、并校核，設(shè)計(jì)說(shuō)明書1.5萬(wàn)字以上；
2. 完成裝配圖、關(guān)鍵零件的零件圖折合A0圖紙≥3張。
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
1. 調(diào)研、資料收集、完成開題報(bào)告 第1、2周
2. 計(jì)算變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件的相關(guān)尺寸參數(shù)與選擇相關(guān)部件型號(hào)，并進(jìn)行驗(yàn)證 第3、4周
3. 在PRO/E軟件平臺(tái)上建立零件的等比例物理模型 第5、6、7周
4. 利用部件的鏈接關(guān)系建立部件之間的裝配 第8、9、10周
5. 設(shè)計(jì)1.5萬(wàn)字說(shuō)明書一份，零件圖一套 第11、12周
6. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審核、修改 第13、14、15周
7. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯準(zhǔn)備及答辯 第16周
五、主要參考資料
1. 汽車教材：汽車構(gòu)造、 汽車?yán)碚摗⑵囋O(shè)計(jì)、變速器傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)等；
2. 軟件學(xué)習(xí)類書籍：基于Pro/E的仿真技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、基于Pro/E的汽車變速器的虛擬裝配仿真技術(shù)等；
3. 設(shè)計(jì)手冊(cè)類書籍：汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等；
4. 期刊文獻(xiàn)資料：中國(guó)期刊網(wǎng)（http://www.cnki.net）中變速器設(shè)計(jì)的相關(guān)資料（關(guān)鍵詞：變速器 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 虛擬設(shè)計(jì)）；
5. 新聞及網(wǎng)絡(luò)資料等。
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 東方之子1.8轎車5擋變速器設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程07-10班
學(xué) 生 姓 名: 唐 璐
導(dǎo) 師 姓 名: 李 榮
開 題 時(shí) 間: 2011年3月11日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：
簽字： 年 月 日
開題報(bào)告撰寫要求
一、“開題報(bào)告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義；
2. 文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）；
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題；
4. 技術(shù)路線或研究方法；
5. 進(jìn)度安排；
6. 主要參考文獻(xiàn)。
二、“開題報(bào)告”撰寫規(guī)范
請(qǐng)參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
唐 璐
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛07-10班
指導(dǎo)教師姓名
李 榮
職稱
講 師
從事
專業(yè)
交通運(yùn)輸
是否外聘
□是■否
題目名稱
東方之子1.8轎車5擋變速器設(shè)計(jì)
一、 課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.研究現(xiàn)狀
近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子控制自動(dòng)變速器的問世，給汽車帶來(lái)了更理想的傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，推動(dòng)汽車變速器裝置的重大變革。自動(dòng)變速器裝置出現(xiàn)了電子化趨勢(shì)，特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使由微機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器換擋成為可能。目前，在汽車上所使用的自動(dòng)變速器主要有以下幾類：液力自動(dòng)變速器、電子控制機(jī)械自動(dòng)變速器和機(jī)械無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器。液力自動(dòng)變速器（Automatic Transmission 或Automatic Transaxle，AT）的基本形式是液力變矩器與動(dòng)力換檔的旋轉(zhuǎn)軸式機(jī)械變速器串聯(lián)。從50年代起，裝備液力自動(dòng)變速器的轎車開始增多，但由于其效率明顯低于機(jī)械變速器，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，從而限制了它的發(fā)展。60年代的研究重點(diǎn)是采用多元件工作輪來(lái)提高液力變矩器的效率。70年代是使用閉鎖離合器提高變速器在高速時(shí)的效率。80年代則采用增加行星齒輪變速器檔位的方法及使用電子控制。90年代，大量電子技術(shù)的應(yīng)用，使液力自動(dòng)變速器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，綜合性能有了較大的提高。如今，液力自動(dòng)變速器在汽車上的裝備率，美國(guó)為90%，日本為80%。電子控制機(jī)械自動(dòng)變速器是一種由普通齒輪式機(jī)械變速器組成的有級(jí)機(jī)械自動(dòng)變速器。作為汽車關(guān)鍵總成之一，變速器技術(shù)在汽車誕生的百年歷史中在不斷地與時(shí)俱進(jìn)。手動(dòng)變速器由于其傳遞動(dòng)力的直接與高效性，加上制作技術(shù)的成熟與低成本，現(xiàn)代汽車中裝備手動(dòng)變速器的汽車仍然占有很大比例。但隨著人們對(duì)汽車舒適性要求越來(lái)越高，現(xiàn)代汽車自動(dòng)變速器裝備率越來(lái)越高卻是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，尤其是當(dāng)自動(dòng)變速器也逐漸能夠兼顧操控性的時(shí)候。但，傳統(tǒng)自動(dòng)變速器技術(shù)卻由于其效率的低下而在等待一場(chǎng)革命。
我國(guó)的汽車及各種車輛的零部件產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上和發(fā)達(dá)國(guó)家存在著一定的差距，發(fā)達(dá)國(guó)家再機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上早已進(jìn)入了分析階段，他們利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，采用機(jī)械CAD系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建模、分析、仿真、干涉檢查、實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，大大地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率，減少了試驗(yàn)費(fèi)用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計(jì)手段仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的二維設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)完成后在投產(chǎn)中往往要進(jìn)行很大的改動(dòng)，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長(zhǎng)，性能質(zhì)量低等。為改變我國(guó)的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有必要開發(fā)一些適合中國(guó)國(guó)情的汽車及零部件的CAD系統(tǒng)，對(duì)已開發(fā)的CAD系統(tǒng)需進(jìn)一步提高和完善。
美國(guó)的CAD技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位，其主要目標(biāo)就是建立完善的CAD/CAM集成系統(tǒng)。美國(guó)汽車工業(yè)最早應(yīng)用了CAD系統(tǒng)。美國(guó)通用汽車公司、福特汽車公司等都已廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)。他們將結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛度等計(jì)算、三維實(shí)體造型應(yīng)用于汽車的設(shè)計(jì)開發(fā)中，將CAD、CAM、CAPP、CAE集成，是生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，市場(chǎng)響應(yīng)速度提高，從而大大地提高了他們的競(jìng)爭(zhēng)力，為他們帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。他們應(yīng)用的CAD軟件主要有PRO/E、UG、CATIA、IGES等。
手動(dòng)變速器的許多最近的發(fā)展集中在為降低成本和體積的新制造方法上。傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，變速器制造包含大量昂貴的機(jī)器，以及為機(jī)械加工和裝配操作所需留出的空間限制的設(shè)計(jì)。最新的技術(shù)包括，如在最新的Ford／Getra96檔變速器中可以看到的激光焊接沖壓鋼滑動(dòng)齒輪選擇軸套。為替代前一代變速器的鑄鐵撥叉，這種精致而堅(jiān)固的設(shè)計(jì)方案可以導(dǎo)致更少的對(duì)內(nèi)部的損害。齒輪盤片的激光和摩擦焊接同時(shí)保證了所需機(jī)器設(shè)計(jì)空間的降低，這是一種由雷諾公司在5檔副軸圓型變速器設(shè)計(jì)中發(fā)明的技術(shù)，命名為EMI，曾在2000年展出并因?yàn)樗暮?jiǎn)單和輕便僅22公斤卻能提供140N·m的轉(zhuǎn)矩而出名。另一方面，設(shè)計(jì)人員也在其齒輪提供轉(zhuǎn)矩輸出的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了認(rèn)真的研究，提高了耐久性和低噪聲水平。
2.選題意義
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車工業(yè)相應(yīng)得到了迅速發(fā)展。如何快速而平穩(wěn)地把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)車輪上，是影響汽車操縱方便性與平順性的關(guān)鍵之所在，要想解決好這些問題，首先要了解自動(dòng)變速器技術(shù)特別是液力變矩器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。在我國(guó)，汽車工業(yè)起步較晚。入世后，我國(guó)的汽車工業(yè)面臨的是機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著我國(guó)汽車工業(yè)不斷的壯大，以及汽車行業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，如何設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，工作可靠，性能優(yōu)良，且符合中國(guó)國(guó)情的汽車已經(jīng)是當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)者的緊迫問題。在面臨著前所未有的機(jī)遇同時(shí)，不得不承認(rèn)在許多技術(shù)上，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家還一定的差距，所以我們要努力為我國(guó)的汽車工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
汽車問世百余年來(lái)，特別是從汽車的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來(lái)，汽車已為世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無(wú)法估量的巨大影響， 為人類社會(huì)的進(jìn)步做出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)，掀起了一場(chǎng)劃時(shí)代的革命ElI。自從汽車采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力裝置開始，變速器就成為了汽車重要的組成部分， 現(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，故其性能與汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾，這對(duì)矛盾靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī)本身是無(wú)法解決的。因此，在汽車傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器和主減速器，以達(dá)到減速增矩的目的。
3.選題目的
變速器設(shè)有空擋和倒擋。需要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。本次設(shè)計(jì)車型變速器可以在汽車行駛過程中在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，換檔可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。變速器通過離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，變速器的輸入軸就可以和發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。通過本次變速器的設(shè)計(jì)可以使我們更好的了解變速器的構(gòu)造和設(shè)計(jì)方法，把我們大學(xué)所學(xué)的知識(shí)連成線，穿在一起，讓我們運(yùn)用的更加熟練；并根據(jù)所確定的參數(shù)設(shè)計(jì)出了變速器的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過程中注重了變速器的合理性與實(shí)用性，最后畫出了變速器的工程圖，同時(shí)也為我們以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)，鍛煉了我們的動(dòng)手和實(shí)踐能力，讓我們的學(xué)習(xí)生活變的更有意義。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1. 基本內(nèi)容：
1) 研究東方之子1.8轎車機(jī)械變速器的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理與設(shè)計(jì)；
2) 變速器傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)；
3) 計(jì)算變速器各部件的尺寸參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證；
4) 變速器關(guān)鍵零部件校核計(jì)算；
5) 在Pro/E軟件平臺(tái)上建立零件的等比例物理模型；
6) 進(jìn)行三維零件的虛擬裝配（利用部件的鏈接關(guān)系建立部件之間的裝配）；
7) 利用CAD完成裝配圖、關(guān)鍵零件的零件圖；
2. 擬解決的問題：
1） 查找資料通過對(duì)比的方法選定東方之子1.8L轎車的基本參數(shù)；
2） 擬定多種布置方案，從中選出適合本設(shè)計(jì)的方案；
3） 利用汽車設(shè)計(jì)所學(xué)原理、公式對(duì)齒輪和軸進(jìn)行設(shè)計(jì)；
4） 利用有限元分析的方法進(jìn)行三維實(shí)體建模；
4） 應(yīng)用工程力學(xué)所學(xué)知識(shí)對(duì)所設(shè)計(jì)的齒輪和軸進(jìn)行校核；
5） 利用AutoCAD軟件完成裝配圖、零件圖的繪制；
三、技術(shù)路線（研究方法）
針對(duì)東方之子1.85擋手動(dòng)轎車課題要求，首先在網(wǎng)絡(luò)及書刊上查找了一些相關(guān)的參數(shù)并進(jìn)行整理與篩選，在圖書館和網(wǎng)絡(luò)上查找了一些變速器相關(guān)的資料，對(duì)變速器進(jìn)行更深的了解，并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)物進(jìn)行了觀察，對(duì)變速器進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，看清了變速器的結(jié)構(gòu)與原理，對(duì)接下來(lái)的設(shè)計(jì)有了很大的幫助，設(shè)計(jì)的步驟如下：
（1）通過網(wǎng)絡(luò)書刊，論文等途徑查詢變速器設(shè)計(jì)所需資料；
（2）編寫開題報(bào)告；
（3）選定設(shè)計(jì)參數(shù)列出設(shè)計(jì)大綱；
（4）布置方案的確定；
〈1〉變速器的功用
〈2〉變速器結(jié)構(gòu)方案的確定
〈3〉變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析
（5）變速器主要參數(shù)的選擇和主要零件的設(shè)計(jì)；
〈1〉變速器主要參數(shù)的選擇
〈2〉各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定
〈3〉齒輪變位系數(shù)的確定
（6）變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇；
〈1〉齒輪的損壞原因及形式
〈2〉齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核
（7）變速器齒輪軸的設(shè)計(jì);
〈1〉輸入軸、輸出軸的布置形式及主要參數(shù)的確定
〈2〉輸入軸、輸出軸的剛度校核和強(qiáng)度校核
（8）變速器同步器的設(shè)計(jì)；
（9）變速器的操縱機(jī)構(gòu)、箱體的設(shè)計(jì)；
（10）使用AutoCAD完成工程圖紙（裝配圖與零件圖）；
（11）編寫說(shuō)明書；
四、進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、資料收集，完成開題報(bào)告
第1～2周（2月28日～3月13日）
（2）參數(shù)選擇方案確定，齒數(shù)分配、傳動(dòng)軸、箱體、操作系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)
第3～4周（3月14日～3月27日）
（3）設(shè)計(jì)計(jì)算
第5～6周（3月28日～4月10日）
（4）完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書，完成圖紙繪制
第7～13周（4月11日～5月29日）
（5）交稿，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備
第14周（5月30日～6月5日）
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審核、修改
第15～16周（6月6日～6月19日）
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯準(zhǔn)備及答辯
第17周（6月20日～6月24日）
五、參考文獻(xiàn)
[1]陳家瑞主編. 汽車構(gòu)造[M] .北京：人民交通出版社，2006
[2]余志生主編. 汽車?yán)碚揫M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[3]王望予主編. 汽車設(shè)計(jì). 第3版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000
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六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-4
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題 目
東方之子1.8轎車5擋變速
器設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
唐 璐
院系名稱
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)
車輛工程07-10班
指導(dǎo)教師
李 榮
職 稱
講 師
教研室
交通運(yùn)輸教研室
起止時(shí)間
2011年2月28日-
2011年6月24日
教 務(wù) 處 制
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
東方之子1.8轎車5擋變速器設(shè)計(jì)
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 07-10班
學(xué)生姓名： 唐 璐
指導(dǎo)教師： 李 榮
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of The Eastar1.8 cars 5 speed transmission manually
Candidate：Tang Lu
Specialty：Vehicle Engineering
Class：07-10
Supervisor：Lecturer Li Rong
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·HarBin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的部件，它的設(shè)計(jì)好壞將直接影響到汽車的實(shí)際使用性能。變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎，加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空擋和倒擋。需要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。
因?yàn)樽兯傧湓诘蜋n工作時(shí)作用有較大的力，所以一般變速箱的低檔都布置靠近軸的后支承處，然后按照從低檔到高檔順序布置各檔位齒輪。這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證裝配容易。變速箱整體結(jié)構(gòu)剛性與軸和殼體的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。一般通過控制軸的長(zhǎng)度即控制檔數(shù)，來(lái)保證變速箱有足夠的剛性。
本文設(shè)計(jì)研究了兩軸式五擋手動(dòng)變速器，對(duì)變速器的工作原理做了闡述，變速器的各擋齒輪和軸做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核，對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了選型。變速器的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)并講述了變速器中各部件材料的選擇。
關(guān)鍵字：變速器；傳動(dòng)比；齒輪；軸；強(qiáng)度校核
ABSTRACT
Transmission is more critical in automotive driveline components, its design will directly affect the vehicle's actual performance. Transmission is used to change the engine torque on the wheel and reached the speed, aimed at standing start, climbing, cornering, acceleration and other driving conditions, making the car get different traction and speed, while the engine in the most favorable conditions within the work. Transmission with neutral and reverse gear. Necessary transmission power output as well.
Because the role of transmission in low-grade work, have a greater force, it is generally low-grade transmission are arranged close to the shaft bearing at the rear, then follow the order from low to high gear arrangement of the stalls. This not only makes a large enough axial rigidity, but also ensures easy assembly. The overall structure of the gearbox shaft and the rigid shell structure with a relationship. Usually by controlling the length of the shaft that controls the number of files, to ensure there is sufficient rigidity gearbox.
This design study of the two-axis five-speed manual transmission, the transmission works are described in detail, transmission gears and shafts of the gear to do the detailed design calculations, and make a strength check, carried out a number of standard parts selection . Transmission of the transmission design and about the transmission of each component material selection.
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Keywords : transmission；Transmission ratio；Gear；Axis；Checking
II
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 緒 論 1
1.1選題目的及意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3國(guó)內(nèi)外研究方法 2
1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法 3
1.5汽車變速器的設(shè)計(jì)要求 4
第2章 變速器總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 5
2.1.1變速器選擇 5
2.1.2檔位布置 6
2.2倒擋布置方案 7
2.3零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 8
2.3.1齒輪形式 8
2.3.2變速器軸承的選擇 8
2.3.3操縱機(jī)構(gòu)的布置 8
2.3.4 換擋機(jī)構(gòu)形式 9
2.3.5自動(dòng)脫擋 9
2.4本章小結(jié) 10
第3章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
3.1變速器主要參數(shù)的選擇 11
3.1.1傳動(dòng)比范圍 11
3.1.2 初選中心距 13
3.1.3變速器的外形尺寸 13
3.1.4齒輪參數(shù)選擇 13
3.2各擋齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算 14
3.2.1一擋齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定 14
3.2.2二擋齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定 15
3.2.3計(jì)算三擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 15
3.2.4計(jì)算四擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 16
3.2.5計(jì)算五擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 16
3.2.6計(jì)算倒擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 16
3.3齒輪變位系數(shù)選擇和螺旋角的修正 17
3.3.1計(jì)算一擋齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正 18
3.3.2計(jì)算二擋齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正 18
3.3.3計(jì)算三檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正 19
3.3.4計(jì)算四檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正 20
3.3.5計(jì)算五檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正 20
3.3.6計(jì)算倒檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正 21
3.4各擋齒輪主要參數(shù)的確定 22
3.4.1一擋齒輪參數(shù) 22
3.4.2二擋齒輪參數(shù) 23
3.4.3三擋齒輪參數(shù) 23
3.4.4四擋齒輪參數(shù) 25
3.4.5五擋齒輪參數(shù) 26
3.4.6倒擋齒輪參數(shù) 27
3.5齒輪的校核 29
3.5.1齒輪材料的選擇原則 29
3.5.2變速器齒輪的材料及熱處理 30
3.5.3變速器齒輪彎曲強(qiáng)度校核 30
3.5.4齒輪接觸應(yīng)力校核 34
3.6本章小結(jié) 38
第四章 軸的設(shè)計(jì)及軸的強(qiáng)度校核 39
4.1軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 39
4.2軸的校核 40
4.2.1軸的剛度校核 40
4.2.2軸的強(qiáng)度校核 47
4.3軸承選擇與壽命計(jì)算 50
4.3.1變速器輸入軸工作時(shí) 51
4.3.2變速器輸出軸工作時(shí) 52
4.4本章小結(jié) 53
第五章 變速器同步器及殼體的設(shè)計(jì) 54
5.1同步器的功用及分類 54
5.1.1慣性式同步器 54
5.2 同步器主要尺寸的確定 56
5.2.1 摩擦因數(shù) 56
5.2.2同步環(huán)主要尺寸的確定 57
5.2.3 鎖止角 58
5.3變速器殼體 58
5.4本章小結(jié) 58
第6章 變速器操縱機(jī)構(gòu) 59
6.1直接操縱手動(dòng)換擋變速器 59
6.2遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器 59
6.3本章小結(jié) 60
結(jié) 論 61
參考文獻(xiàn) 62
致 謝 63
附 錄 64
附錄1 PRO/E實(shí)體建模 64
附錄2英文文獻(xiàn) 69
附錄3文獻(xiàn)翻譯 71
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車工業(yè)相應(yīng)得到了迅速發(fā)展。特別是從汽車的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來(lái)，汽車已為世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無(wú)法估量的巨大影響， 為人類社會(huì)的進(jìn)步做出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)，掀起了一場(chǎng)劃時(shí)代的革命ElI。
1.1選題目的及意義
自從汽車采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力裝置開始，變速器就成為了汽車重要的組成部分， 現(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，故其性能與汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾，這對(duì)矛盾靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī)本身是無(wú)法解決的。因此，在汽車傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器和主減速器，以達(dá)到減速增矩的目的。
變速器設(shè)有空擋和倒擋。需要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。本次設(shè)計(jì)車型變速器可以在汽車行駛過程中在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，換檔可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。變速器通過離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，變速器的輸入軸就可以和發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。通過本次變速器的設(shè)計(jì)可以使我們更好的了解變速器的構(gòu)造和設(shè)計(jì)方法，把我們大學(xué)所學(xué)的知識(shí)連成線，穿在一起，讓我們運(yùn)用的更加熟練；并根據(jù)所確定的參數(shù)設(shè)計(jì)出了變速器的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過程中注重了變速器的合理性與實(shí)用性，最后畫出了變速器的工程圖，同時(shí)也為我們以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)，鍛煉了我們的動(dòng)手和實(shí)踐能力，讓我們的學(xué)習(xí)生活變的更有意義。
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子控制自動(dòng)變速器的問世，給汽車帶來(lái)了更理想的傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，推動(dòng)汽車變速器裝置的重大變革。自動(dòng)變速器裝置出現(xiàn)了電子化趨勢(shì)，特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使由微機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器換擋成為可能。目前，在汽車上所使用的自動(dòng)變速器主要有以下幾類：液力自動(dòng)變速器、電子控制機(jī)械自動(dòng)變速器和機(jī)械無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器。液力自動(dòng)變速器（Automatic Transmission 或Automatic Transaxle，AT）的基本形式是液力變矩器與動(dòng)力換檔的旋轉(zhuǎn)軸式機(jī)械變速器串聯(lián)。從50年代起，裝備液力自動(dòng)變速器的轎車開始增多，但由于其效率明顯低于機(jī)械變速器，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，從而限制了它的發(fā)展。60年代的研究重點(diǎn)是采用多元件工作輪來(lái)提高液力變矩器的效率。70年代是使用閉鎖離合器提高變速器在高速時(shí)的效率。80年代則采用增加行星齒輪變速器檔位的方法及使用電子控制。90年代，大量電子技術(shù)的應(yīng)用，使液力自動(dòng)變速器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，綜合性能有了較大的提高。如今，液力自動(dòng)變速器在汽車上的裝備率，美國(guó)為90%，日本為80%[11]。電子控制機(jī)械自動(dòng)變速器是一種由普通齒輪式機(jī)械變速器組成的有級(jí)機(jī)械自動(dòng)變速器。作為汽車關(guān)鍵總成之一，變速器技術(shù)在汽車誕生的百年歷史中在不斷地與時(shí)俱進(jìn)。手動(dòng)變速器由于其傳遞動(dòng)力的直接與高效性，加上制作技術(shù)的成熟與低成本，現(xiàn)代汽車中裝備手動(dòng)變速器的汽車仍然占有很大比例。但隨著人們對(duì)汽車舒適性要求越來(lái)越高，現(xiàn)代汽車自動(dòng)變速器裝備率越來(lái)越高卻是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，尤其是當(dāng)自動(dòng)變速器也逐漸能夠兼顧操控性的時(shí)候。但，傳統(tǒng)自動(dòng)變速器技術(shù)卻由于其效率的低下而在等待一場(chǎng)革命[4]。
1.3國(guó)內(nèi)外研究方法
我國(guó)的汽車及各種車輛的零部件產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上和發(fā)達(dá)國(guó)家存在著一定的差距，發(fā)達(dá)國(guó)家再機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上早已進(jìn)入了分析階段，他們利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，采用機(jī)械CAD系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建模、分析、仿真、干涉檢查、實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，大大地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率，減少了試驗(yàn)費(fèi)用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計(jì)手段仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的二維設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)完成后在投產(chǎn)中往往要進(jìn)行很大的改動(dòng)，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長(zhǎng)，性能質(zhì)量低等。為改變我國(guó)的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有必要開發(fā)一些適合中國(guó)國(guó)情的汽車及零部件的CAD系統(tǒng)，對(duì)已開發(fā)的CAD系統(tǒng)需進(jìn)一步提高和完善。
美國(guó)的CAD技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位，其主要目標(biāo)就是建立完善的CAD/CAM集成系統(tǒng)。美國(guó)汽車工業(yè)最早應(yīng)用了CAD系統(tǒng)。美國(guó)通用汽車公司、福特汽車公司等都已廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)。他們將結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛度等計(jì)算、三維實(shí)體造型應(yīng)用于汽車的設(shè)計(jì)開發(fā)中，將CAD、CAM、CAPP、CAE集成，是生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，市場(chǎng)響應(yīng)速度提高，從而大大地提高了他們的競(jìng)爭(zhēng)力，為他們帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。他們應(yīng)用的CAD軟件主要有PRO/E、UG、CATIA、IGES等[11]。
手動(dòng)變速器的許多最近的發(fā)展集中在為降低成本和體積的新制造方法上。傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，變速器制造包含大量昂貴的機(jī)器，以及為機(jī)械加工和裝配操作所需留出的空間限制的設(shè)計(jì)[15]。最新的技術(shù)包括，如在最新的Ford／Getra96檔變速器中可以看到的激光焊接沖壓鋼滑動(dòng)齒輪選擇軸套。為替代前一代變速器的鑄鐵撥叉，這種精致而堅(jiān)固的設(shè)計(jì)方案可以導(dǎo)致更少的對(duì)內(nèi)部的損害。齒輪盤片的激光和摩擦焊接同時(shí)保證了所需機(jī)器設(shè)計(jì)空間的降低，這是一種由雷諾公司在5檔副軸圓型變速器設(shè)計(jì)中發(fā)明的技術(shù)，命名為EMI，曾在2000年展出并因?yàn)樗暮?jiǎn)單和輕便僅22公斤卻能提供140N·m的轉(zhuǎn)矩而出名。另一方面，設(shè)計(jì)人員也在其齒輪提供轉(zhuǎn)矩輸出的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了認(rèn)真的研究，提高了耐久性和低噪聲水平[14]。
1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法
根據(jù)車輛的已知條件，運(yùn)用汽車?yán)碚摰闹R(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容如下：圖1.1
齒輪變位系數(shù)確定
參數(shù)選擇、零件設(shè)計(jì)
強(qiáng)度計(jì)算
軸的設(shè)計(jì)
同步器的設(shè)計(jì)
操縱機(jī)構(gòu)、箱體設(shè)計(jì)
完成工程圖紙
變速器的功用
結(jié)構(gòu)方案的確定
變速器主要參數(shù)選擇
傳動(dòng)比及齒數(shù)確定
布置方案的確定
齒輪的損壞原因及形式
齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核
布置形式與主要參數(shù)
剛度和強(qiáng)度校核
圖1.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)
（1）對(duì)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與選擇
通過比較兩軸和中間軸式變速器各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以及所涉及車輛的特點(diǎn)，確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置形式。
（2）變速器主要參數(shù)的選擇
變速器主要參數(shù)的選擇：擋數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、齒輪參數(shù)等。
（3）變速器齒輪強(qiáng)度的校核
變速器齒輪強(qiáng)度的校核主要是針對(duì)變速器的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。
（4）軸的基本尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)于軸的強(qiáng)度計(jì)算原則是對(duì)軸的剛度和強(qiáng)度分別進(jìn)行校核。
（5）軸承的選擇和同步器的設(shè)計(jì)
對(duì)變速器軸的支撐部分選用圓錐滾子軸承，根據(jù)車輛的載質(zhì)量和使用要求選擇鎖銷式同步器，并確定同步器的尺寸參數(shù)。
（6）設(shè)計(jì)變速器的操縱機(jī)構(gòu)
參考多方資料，設(shè)計(jì)了典型的操縱機(jī)構(gòu)及其互鎖裝置。
（7）對(duì)變速器進(jìn)行三維建模
利用利用AutoCAD軟件完成裝配圖、零件圖的繪制。
1.5汽車變速器的設(shè)計(jì)要求
汽車變速器的基本設(shè)計(jì)要求：保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；設(shè)置空檔，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸；設(shè)置倒擋，使汽車能倒退行駛；換擋迅速、省力、方便；工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂擋，以及換擋沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn)；工作效率高，噪聲小；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方案合理；在滿載及沖擊載荷條件下，使用壽命長(zhǎng)；除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。
第2章 變速器總體方案設(shè)計(jì)
2．1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析
按其軸中心線的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線式和綜合式的。其中固定軸式應(yīng)用廣泛，有兩軸式和三軸式之分，前者多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，而后者多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。
2.1.1變速器選擇
（1） 兩軸式變速器
兩軸式變速器如圖2-1所示：因軸和軸承數(shù)少，所以有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外，各中間檔位因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，故傳動(dòng)效率高同時(shí)工作噪聲小。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋，所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易受損。對(duì)與前進(jìn)擋，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工藝，降低了成本。除倒擋常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他擋均采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；各擋的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n的主動(dòng)齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高擋的同步器也可以裝在第一軸的后端[1]。
圖2.1 兩軸式變速器
（2）中間軸式變速器
三軸式變速器如圖2.2所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各擋齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來(lái)傳遞扭矩則稱為直接擋。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接擋的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此。在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一擋傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：處直接擋外其他各擋的傳動(dòng)效率有所下降[3]。
圖2.2 轎車三軸式四檔變速器
由于本次設(shè)計(jì)的東方之子變速器是中檔轎車變速器，驅(qū)動(dòng)形式屬于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，且設(shè)計(jì)車速高，要求運(yùn)行噪聲低，故選用二軸式變速器作為傳動(dòng)方案。
2.1.2檔位布置
二軸式變速器傳動(dòng)方案的特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙面齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案得倒擋傳動(dòng)常采用滑動(dòng)齒輪，其他擋位均采用常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖2-3f）中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并采用同步器換擋；同步器多數(shù)裝在輸出軸上，這是因?yàn)橐粨踔鲃?dòng)齒輪尺寸小，同步器裝在輸入軸上又困難，而高擋的同步器可以裝在輸出軸后端，如圖2-3d）、e）所示；圖2-3d）所示方案的變速器有輔助支撐，用來(lái)提升軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲[3]。
圖2.3 兩軸式變速器傳動(dòng)方案
綜上所述，本次設(shè)計(jì)選擇五擋變速器如圖2-3f)所示。
2.2倒擋布置方案
常見的倒擋結(jié)構(gòu)方案有以下幾種：
圖2-4（a）為常見的倒擋布置方案。在前進(jìn)擋的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪處于正負(fù)交替對(duì)稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四擋全同步器式變速器中。
圖2-4(b)所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。某些輕型貨車四擋變速器采用此方案。
圖2-4(c)所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。
圖2-4(d)所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。
圖2-4(e)所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。
圖2-4(f)所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。
為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖2-4(g)所示方案。其缺點(diǎn)是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。
(a) 小客車常用 (b) 直齒滑動(dòng)嚙合四擋 (c) 多數(shù)五擋采用 (d) c方案的改進(jìn)
(e) 前進(jìn)擋常嚙合 (f) 前進(jìn)擋常嚙合 (g) 一、倒擋各用一跟撥叉軸
圖2.4 倒擋布置方案
綜合以上因素，為了換擋輕便，減小噪聲，倒擋傳動(dòng)采用圖2-4（f）所示方案。
2.3零、部件結(jié)構(gòu)方案分析
2.3.1齒輪形式
齒輪形式有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。
與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。但是，在本設(shè)計(jì)中由于倒擋采用的是常嚙合方案，因此倒擋也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，各擋均采用斜齒輪傳動(dòng)[3]。
2.3.2變速器軸承的選擇
變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。
滾針軸承、滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定鏈接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較大因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)[12]。
由于本設(shè)計(jì)的變速器為兩軸式變速器，具有較大的軸向力，所以設(shè)計(jì)中變速器輸入軸輸出軸的前后軸承按直徑系列均選用圓錐滾子軸承。
2.3.3操縱機(jī)構(gòu)的布置
1．直接操縱手動(dòng)換擋變速器
當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近，可將變速桿直接安裝在變速器上，并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換擋功能的手動(dòng)換擋變速器，稱為直接操縱變速器。
2．遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器
平頭式汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)汽車的變速器，受總體布置限制變速器距駕駛員座位較遠(yuǎn)，這時(shí)需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動(dòng)件，換擋手力經(jīng)過這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換擋功能。這種手動(dòng)換擋變速器稱為遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器。
3．電控自動(dòng)換擋變速器
80年代以后，在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板，汽車在行駛過程中就能自動(dòng)完成換擋時(shí)刻的判斷，接著自動(dòng)實(shí)現(xiàn)收油門、離合器分離、選
擋、換擋、離合器接合和回油門等一系列動(dòng)作，使汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性有所提高，簡(jiǎn)化操縱并減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
由于本設(shè)計(jì)的變速器為兩軸式變速器，采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，變速器離駕駛員座椅較近，所以采用直接操縱式手動(dòng)換擋變速器。
2.3.4 換擋機(jī)構(gòu)形式
換檔機(jī)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。
直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等原因，初一檔、倒檔外很少采用。
嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套有分為內(nèi)齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。
采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時(shí)操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中[1]。
在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。
2.3.5自動(dòng)脫擋
目前在結(jié)構(gòu)上采取措施比較有效的方案有以下幾種：
1.將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開，這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超
過被接合齒約1～3mm。使用中接觸部分?jǐn)D壓和磨損。
2.將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?.3～0.6mm），這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔。
3.將接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2°～3°），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力[7]。
2.4本章小結(jié)
本章主要介紹了變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)的類型，并簡(jiǎn)要分析各類型機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)本次設(shè)計(jì)變速器類型、特點(diǎn)及功用，對(duì)變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱機(jī)構(gòu)的布置方案，主要零件的形式進(jìn)行選擇，為后期的設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。
第3章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1變速器主要參數(shù)的選擇
本次設(shè)計(jì)是在給定主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，東方之子1.8L 5擋手動(dòng)變速器整車主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示：
表3.1 整車主要技術(shù)參數(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
97kw
車輪型號(hào)
205/65R15
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
170N·m
最大功率轉(zhuǎn)速
5750r/min
最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速
4500r/min
最高車速
190km/h
總質(zhì)量
1440kg
前軸載荷
864kg
3.1.1傳動(dòng)比范圍
變速器傳動(dòng)比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動(dòng)比的比值。目前乘用車的傳動(dòng)比范圍在3.0～4.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車在5.0～8.0之間，其他商用車則更大。
1、變速器傳動(dòng)比的確定
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為：
（3.1）
式中：----汽車行駛速度(km/h)；
----發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；
----車輪滾動(dòng)半徑（m）；
----變速器傳動(dòng)比；
----主減速器傳動(dòng)比；
車輪半徑由所選用的輪胎規(guī)格所得r=0.324（mm）為0.7～0.8，本設(shè)計(jì)最高檔傳動(dòng)比選為0.8.
=4.621
2、最低檔、最高檔傳動(dòng)比的確定
選擇最低檔傳動(dòng)比，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定[2]。
汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有
（3.2）
式中 m ----汽車總質(zhì)量；
g----重力加速度；
f----滾動(dòng)阻力系數(shù)；
rr----驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑；
Temax----發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
i0----主減速比；
η----汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。
ψmax=0.7～0.8
η取0.95
f=0.0076+0.000056 （3.3）
=0.018
根據(jù)則由最爬坡度要求的變速Ⅰ檔傳動(dòng)比為
igI≥1.866
驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件:
求得的變速器I檔傳動(dòng)比為：
igI （3.4）
式中:G2----靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷；
φ ----著系數(shù)(良好干燥路面0.7～0.8)取0.8
本設(shè)計(jì)傳動(dòng)比范圍為1.866≤ igI ≤2 .94 ig1取2.8
3、變速器各擋傳動(dòng)比的確定
按等比級(jí)數(shù)分配其它各擋傳動(dòng)比，即：
式中：—常數(shù)，也就是各擋之間的公比；因此，各擋的傳動(dòng)比為
，，，，
=1.368 （3.5）
所以各擋傳動(dòng)比與Ι擋傳動(dòng)比的關(guān)系 :
==2.048，==1.497，==1.094，==0.8
3.1.2 初選中心距
A= （3.6）
=
=71.6mm
中心距圓整為72mm
式中：A為中心距（mm）；為中心距系數(shù)，轎車：=8.9~9.3；
為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（）；
為變速器一擋傳動(dòng)比；
為變速器傳動(dòng)效率0.96；
轎車變速器的中心距在60~80mm變化范圍。初取A=72mm
3.1.3變速器的外形尺寸
變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響變速器殼體的軸向尺寸的因素有擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。
轎車四檔變速器殼體的軸向尺寸3.0~3.4A。
即L=（3.0~3.4）×72=216～244.8mm
3.1.4齒輪參數(shù)選擇
1、齒輪模數(shù)選取的一般原則[13]：
1）為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；
2）為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；
3）從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；
4）從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。
對(duì)于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；
綜上所述：一擋二擋倒擋模數(shù)為3，三擋四擋五擋模數(shù)為2.75；
2、壓力角
壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對(duì)貨車，為提高齒輪承載力，取大些。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角α取20°；
3、螺旋角
斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，不希望用過大的螺旋角；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。
乘用車變速器：
兩軸式變速器為 20°~25°
中間軸式變速器為 22°~34°
商用車車變速器：18°~26°
斜齒輪螺旋角β取25°；
4、齒寬
應(yīng)注意齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸，齒輪工作平穩(wěn)性，齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度均有影響。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)m的大小來(lái)選定齒寬：
斜齒：b=Kcmn，Kc取6.0~8.5
第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)KC可取大些，使接觸線長(zhǎng)度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。
一擋b=21mm
二擋b=18mm
三擋b=16.5mm
四擋b=16.5mm
五檔b=16.5mm
倒擋b=21mm
5、齒頂高系數(shù)
現(xiàn)在規(guī)定取1.00或更大
3.2各擋齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算
在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來(lái)分配各擋齒輪的齒數(shù)。
3.2.1一擋齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定
（3.6）
取整得43，轎車取12，則=31。則一擋傳動(dòng)比為：
（3.7）
對(duì)中心距A進(jìn)行修正
（3.8）
取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
3.2.2二擋齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定
已知：=72mm，=2.048，=3，；將數(shù)據(jù)代入上（3.7）、（3.8）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以二擋傳動(dòng)比為：
3.2.3計(jì)算三擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比
已知：=72mm，=1.497，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入上（3.7）、（3.8）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以三擋傳動(dòng)比為：
3.2.4計(jì)算四擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比
已知：=72mm，=1.094，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入上（3.7）、（3.8）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以四擋傳動(dòng)比為：
3.2.5計(jì)算五擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比
已知：=72mm，=0.80，=2.75，；將數(shù)據(jù)代入上（3.7）、（3.8）兩式，齒數(shù)取整得：，，所以五擋傳動(dòng)比為：
3.2.6計(jì)算倒擋齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比
初選倒擋軸上齒輪齒數(shù)為=22，輸入軸齒輪齒數(shù)=12，為保證倒擋齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉齒輪11和齒輪13的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，即滿足以下公式：
（3.9）
已知：，，，把數(shù)據(jù)代入（3.9）式，齒數(shù)取整，解得：，則倒擋傳動(dòng)比為：
輸入軸與倒擋軸之間的距離：
mm
輸出軸與倒擋軸之間的距離：
mm
3.3齒輪變位系數(shù)選擇和螺旋角的修正
變位系數(shù)的選擇原則 ：
1）對(duì)于高擋齒輪，應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。
2）對(duì)于低擋齒輪，為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)選擇大、小齒輪的變位系數(shù)。
3）總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強(qiáng)度越低。但易于吸收沖擊振動(dòng)，噪聲要小一些。
為了降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二擋以外的其它各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著擋位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐擋增大。一、二擋和倒擋齒輪，應(yīng)該選用較大的值。
采用變位齒輪的原因：配湊中心距；提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；降低齒輪的嚙合噪聲[17]。
為了降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二擋以外的其它各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著擋位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二擋和倒擋齒輪，應(yīng)該選用較大的值。
為了減小軸向力，低擋選用較小的螺旋角，一檔、倒擋選，二擋選；為了增加重合度，減小噪聲，三擋、四擋、五擋選用較大的螺旋角，都選為。
3.3.1計(jì)算一擋齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正
修正中心距
mm （3.10）
螺旋角的修正
（3.11）
端面壓力角
=arctan==22.11° （3.12）
端面嚙合角
（3.13）
齒輪總變位系數(shù)為
（3.14）
經(jīng)查表： =0.471
=－=0.9－0.471=0.429
3.3.2計(jì)算二擋齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正
根據(jù)公式（3.10）、（3.11）、（3.12）、（3.13）、（3.14）可得：
修正中心距
mm
螺旋角的修正
端面壓力角
=arctan==22.11°
端面嚙合角
齒輪總變位系數(shù)為
經(jīng)查表： =0.35
=－=0.69－0.35=0.34
3.3.3計(jì)算三檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正
根據(jù)公式（3.10）、（3.11）、（3.12）、（3.13）、（3.14）可得：
修正中心距
mm
螺旋角的修正
端面壓力角
=arctan==22.07
端面嚙合角
齒輪總變位系數(shù)為
經(jīng)查表： =0.223
=－=0.368－0.223=0.145
3.3.4計(jì)算四檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正
根據(jù)公式（3.10）、（3.11）、（3.12）、（3.13）、（3.14）可得：
修正中心距
mm
螺旋角的修正
端面壓力角
=arctan==22.07
端面嚙合角
齒輪總變位系數(shù)為
經(jīng)查表： =0.192
=－=0.368－0.192=0.176
3.3.5計(jì)算五檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正
根據(jù)公式（3.10）、（3.11）、（3.12）、（3.13）、（3.14）可得：
修正中心距
mm
螺旋角的修正
端面壓力角
=arctan==22.07
端面嚙合角
齒輪總變位系數(shù)為
經(jīng)查表： =0.19
=－=0.368－0.19=0.178
3.3.6計(jì)算倒檔齒輪變位系數(shù)及螺旋角修正
根據(jù)公式（3.10）、（3.11）、（3.12）、（3.13）、（3.14）可得：
輸入軸與倒擋軸中心距修正
mm
螺旋角的修正
端面壓力角
=arctan==21.78
端面嚙合角
齒輪總變位系數(shù)為
經(jīng)查表： =0.233
=－=0.3558－0.233=0.1228
輸出軸與倒擋軸中心距修正
mm
端面壓力角
=arctan==21.78
端面嚙合角
齒輪總變位系數(shù)為
經(jīng)查表： =0.1228
=－=0.672－0.1228=5492
3.4各擋齒輪主要參數(shù)的確定
3.4.1一擋齒輪參數(shù)
理論中心距 (3.15)
中心距變動(dòng)系數(shù) (3.16)
齒頂降低系數(shù) (3.17)
分度圓直徑 =40.18mm (3.18)
=103.81mm
齒頂高 =1.722mm (3.19)
=1.597mm
齒根高 =2.337mm (3.20)
=2.463mm
齒頂圓直徑 =43.624mm (3.21)
=107.004mm
齒根圓直徑 =35.506mm (3.22)
=98.884mm
當(dāng)量齒數(shù) (3.23)
基圓直徑 ==37.76mm (3.24)
==97.55mm
節(jié)圓直徑 ′==40.18mm (3.25)
′==103.81mm
3.4.2二擋齒輪參數(shù)
根據(jù)公式（3.15）、（3.16）、（3.17）、（3.18）、（3.19）、（3.20）、（3.21）、（3.22）、（3.23）、（3.24）、（3.25）可得
理論中心距
中心距變動(dòng)系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分度圓直徑 =46.88mm
=97.11mm
齒頂高 =1.898mm
=1.959mm
齒根高 =2.7mm
=2.73mm
齒頂圓直徑 =50.858mm
=101.028mm
齒根圓直徑 =41.48mm
=91.65mm
當(dāng)量齒數(shù)
基圓直徑 ==44.05mm
==91.25mm
節(jié)圓直徑 ′==46.88mm
′==97.11mm
3.4.3三擋齒輪參數(shù)
根據(jù)公式（3.15）、（3.16）、（3.17）、（3.18）、（3.19）、（3.20）、（3.21）、（3.22）、（3.23）、（3.24）、（3.25）可得
理論中心距
中心距變動(dòng)系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分度圓直徑 =58.21mm
=85.79mm
齒頂高 =2.376mm
=2.162mm
齒根高 =2.824mm
=3.31mm
齒頂圓直徑 =62.962mm
=90.114mm
齒根圓直徑 =52.562mm
=79.173mm
當(dāng)量齒數(shù)
基圓直徑 ==50.47mm
==80.62mm
節(jié)圓直徑 ′==58.21mm
′==85.79mm
3.4.4四擋齒輪參數(shù)
根據(jù)公式（3.15）、（3.16）、（3.17）、（3.18）、（3.19）、（3.20）、（3.21）、（3.22）、（3.23）、（3.24）、（3.25）可得
理論中心距
中心距變動(dòng)系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分度圓直徑 =70.47mm
=73.53mm
齒頂高 =2.289mm
=2.246mm
齒根高 =2.909mm
=2.954mm
齒頂圓直徑 =75.049mm
=78.022mm
齒根圓直徑 =64.651mm
=67.623mm
當(dāng)量齒數(shù)
基圓直徑 ==66.22mm
==69.10mm
節(jié)圓直徑 ′==70.47mm
′==73.53mm
3.4.5五擋齒輪參數(shù)
根據(jù)公式（3.15）、（3.16）、（3.17）、（3.18）、（3.19）、（3.20）、（3.21）、（3.22）、（3.23）、（3.24）、（3.25）可得
理論中心距
中心距變動(dòng)系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分度圓直徑 =79.66mm
=64.34mm
齒頂高 =2.28mm
=2.25mm
齒根高 =2.915mm
=2.948mm
齒頂圓直徑 =84.22mm
=68.84mm
齒根圓直徑 =73.83mm
=58.44mm
當(dāng)量齒數(shù)
基圓直徑 ==74.86mm
==60.46mm
節(jié)圓直徑 ′==79.66mm
′==64.34mm
3.4.6倒擋齒輪參數(shù)
根據(jù)公式（3.15）、（3.16）、（3.17）、（3.18）、（3.19）、（3.20）、（3.21）、（3.22）、（3.23）、（3.24）、（3.25）可得
理論中心距
中心距變動(dòng)系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分度圓直徑 =39.53mm
=72.47mm
=88.94mm
齒頂高 =2.899mm
=2.569mm
=3.045mm
齒根高 =3.051mm
=3.382mm
=3.045mm
齒頂圓直徑 =45.33mm
=76.00mm
=95.03mm
齒根圓直徑 =33.43mm
=64.71mm
=84.00mm
當(dāng)量齒數(shù)
節(jié)圓直徑 ′==39.53mm
′==72.47mm
′==88.94mm
3.5齒輪的校核
3.5.1齒輪材料的選擇原則
1、滿足工作條件的要求
不同的工作條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。
2、合理選擇材料配對(duì)
如對(duì)硬度≤350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料[3]。
3、考慮加工工藝及熱處理工藝
大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵；中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常采用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，再進(jìn)行切削加工即可；硬齒面齒輪（硬度>350HBS）常采用低碳合金鋼切齒后再表面滲碳淬火或中碳鋼（或中碳合金鋼）切齒后表面淬火，以獲得齒面、齒芯韌的金相組織，為消除熱處理對(duì)已切輪齒造成的齒面變形需進(jìn)行磨齒。但若采用滲氮處理，其齒面變形小，可不磨齒，故可適用于內(nèi)齒輪等無(wú)法磨齒的齒輪[3]。
由于一對(duì)齒輪一直參與傳動(dòng)，磨損較大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，抗彎強(qiáng)度要求比較高。應(yīng)選用硬齒面齒輪組合，所有齒輪均選用20CrMnTi滲碳后表面淬火處理，硬度為58～62HRC。
3.5.2變速器齒輪的材料及熱處理
變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒斷裂、齒面疲勞剝落（點(diǎn)蝕）、移動(dòng)換擋齒輪端部破壞以及齒面膠合。增大輪齒根部齒厚，加大齒根圓角半徑，采用高齒，提高重合度，增多同時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)，提高輪齒柔度，采用優(yōu)質(zhì)材料等，都是提高輪齒彎曲強(qiáng)度的措施，合理選擇齒輪參數(shù)及變位系數(shù)，降低接觸應(yīng)力，提高齒面硬度等，可提高齒面的接觸強(qiáng)度，采用黏度大、耐高溫、耐高壓的潤(rùn)滑油，提高油膜強(qiáng)度，提高齒面硬度，選擇適當(dāng)?shù)凝X面表面處理和鍍層等，是防止齒面膠合的措施[3]。
現(xiàn)代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造，使輪齒表層的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合，以大大提高其接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮到其機(jī)械加工性能及制造成本。
國(guó)產(chǎn)汽車變速器齒輪的常用材料是20CrMnTi（過去的鋼號(hào)是18CrMnTi），也是采用20Mn2TiB，20MnVB，20MnMoB的。對(duì)于大模數(shù)的重型汽車變速器齒輪，可采用25CrMnMo，20CrNiMo，12Cr3A等鋼材，這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶粒。為消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火[7]。
變速器齒輪輪齒表面滲碳層深度的推薦范圍如下：
≤3.5 滲碳層深度0.8～1.2 mm；
3.5＜＜5 滲碳層深度0.9～1.0 mm；
≥5 滲碳層深度1.0～1.6 mm 。
滲碳齒輪在淬火、回火后要求齒輪的表面硬度為HRC58～63，心部硬度為HRC33。
3.5.3變速器齒輪彎曲強(qiáng)度校核
齒輪彎曲強(qiáng)度校核（斜齒輪）
（3.26）
式中 ——圓周力（N），；
——計(jì)算載荷（N·mm）；
——節(jié)圓直徑（mm）， ，為法向模數(shù)（mm）；
——斜齒輪螺旋角（°）；
——應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50；
——齒面寬（mm）；
——法向齒距，；
——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在齒形系數(shù)圖3.2中查得；
——重合度影響系數(shù)，=2.0。
圖3.1 齒形系數(shù)圖
將上述有關(guān)參數(shù)據(jù)代入公式（3.9），整理得到
（3.27）
1、計(jì)算各齒輪傳遞的軸的轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸 ==170×N·mm
Ⅱ軸 一擋 ＝170××2.58＝438.6×N·mm
二擋 ＝170××2.07＝351.9×N·mm
三擋 ＝170×1.47＝249.9×N·mm
四擋 ＝170×1.043＝177.31×N·mm
五擋 ＝170×0.8＝104.469×N·mm
倒擋 ＝170×2.25＝382.5×N·mm
2、一檔齒輪校核
主動(dòng)齒輪：
已知： N·mm；；；mm；；；，查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.168，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
從動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；； ；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.173，把以上數(shù)據(jù)代入（3.10）式，得：
MPa
3、二檔齒輪校核
主動(dòng)齒輪：
已知： N·mm；；；mm；；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.168，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
從動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；；；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.167，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
3、三檔齒輪校核
主動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；；；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.153，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
從動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；；；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.156，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
4、四檔齒輪的校核
主動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；；；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.155，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
從動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.154，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
N·mm
5、五檔齒輪的校核
主動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；；；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.195，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
從動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；； ；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.159，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
6、倒檔齒輪的校核
主動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；； ；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.142，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
從動(dòng)齒輪：
已知：N·mm；；；mm；； ；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.177，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
倒擋齒輪：
已知：N·mm；；；mm；； ；查齒形系數(shù)圖3.1得：y=0.147，把以上數(shù)據(jù)代入（3.27）式，得：
MPa
對(duì)于轎車當(dāng)計(jì)算載荷取變速器輸入軸最大轉(zhuǎn)距時(shí)，其許用應(yīng)力不超過180~350MPa，以上各檔均合適。
3.5.4齒輪接觸應(yīng)力校核
（3.28）
式中 ——輪齒接觸應(yīng)力（MPa）；
——齒面上的法向力（N），；
——圓周力（N），；
——計(jì)算載荷（N·mm）；為節(jié)圓直徑（mm）；
——節(jié)點(diǎn)處壓力角，為齒輪螺旋角；
——齒輪材料的彈性模量（MPa）；
——齒輪接觸的實(shí)際寬度（mm）；
，——主從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪，；
、——主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm）。
將作用在變速器第一軸上的載荷作為作用載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力[]見表3.2：
表3.2 變速器齒輪許用接觸應(yīng)力
齒輪
/Mpa
滲碳齒輪
液體碳氮共滲齒輪
一檔和倒檔
1900-2000
950-1000
常嚙合齒輪和高檔齒輪
1300-1400
650-700
變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與芯部的高韌性相結(jié)合能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理以后，輪齒產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，齒輪彎曲疲勞壽命可成倍提高，接觸疲勞壽命也有明顯改善。
1、 一檔齒輪接觸應(yīng)力校核
根據(jù)公式（3.28）可得
主動(dòng)齒輪：
=0.418
=1297.39＜[]
從動(dòng)齒輪：
=0.418=0.418
=1323.135431＜[]
2、二檔齒輪接觸應(yīng)力校核
根據(jù)公式（3.28）可得
主動(dòng)齒輪：
=0.418
=1146.48＜[]
從動(dòng)齒輪：
=0.418=0.418
=1144.99＜[]
3、三檔齒輪接觸應(yīng)力校核
根據(jù)公式（3.28）可得
主動(dòng)齒輪：
=0.418
=1028.18＜[]
從動(dòng)齒輪：
=0.418=0.418
=1026.86＜[]
4、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核
根據(jù)公式（3.28）可得
主動(dòng)齒輪：
=0.418
=917.14＜[]
從動(dòng)齒輪：
=0.418=0.418
=916.95＜[]
5、五檔齒輪接觸應(yīng)力校核
根據(jù)公式（3.28）可得
主動(dòng)齒輪：
=0.418
=865.90＜[]
從動(dòng)齒輪：
=0.418=0.418
=867.14＜[]
6、倒檔齒輪接觸應(yīng)力校核
根據(jù)公式（3.28）可得
主動(dòng)齒輪：
=0.418
=1296.40＜[]
從動(dòng)齒輪：
=0.418=0.418
=766.15＜[]
倒擋齒輪：
=0.418
=1296.41＜[]
3.6本章小結(jié)
本章主要介紹了變速器主要參數(shù)的選擇，包括確定擋數(shù)、傳動(dòng)比范圍，根據(jù)最大爬坡度和驅(qū)動(dòng)輪與地面的附著力確定一擋傳動(dòng)比和五擋傳動(dòng)比，進(jìn)而確定其它各擋傳動(dòng)比，選擇中心距、外形尺寸以及齒輪參數(shù)，根據(jù)變速器的傳動(dòng)示意圖確定各擋齒輪齒數(shù)，進(jìn)行各擋齒輪變位系數(shù)的分配。最后列出了各擋齒輪的幾何尺寸，以及各擋齒輪的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的校核。這些為之后齒輪、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算做好了準(zhǔn)備。
第四章 軸的設(shè)計(jì)及軸的強(qiáng)度校核
4.1軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
變速器軸在工作時(shí)承受轉(zhuǎn)矩、彎矩，因此應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。軸的剛度不足，在負(fù)荷的作用下，軸會(huì)產(chǎn)生過大的變形，影響齒輪的經(jīng)常嚙合，產(chǎn)生過大的噪聲，并會(huì)降低齒輪的使用壽命。設(shè)計(jì)變速器時(shí)主要考慮的問題有： 軸的結(jié)構(gòu)形狀、軸的直徑、長(zhǎng)度、軸的強(qiáng)度和剛度等[6]。
在已知兩軸式變速器中心距時(shí)，軸的最大直徑和支承距離的比值可在以下范圍內(nèi)選取：對(duì)輸入軸，=0.16～0.18；對(duì)輸出軸，0.18～0.21。
輸入軸花鍵部分直徑（mm）可按下式初選?。?
（4.1）
式中 ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=4.0～4.6；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m）。
輸入軸花鍵部分直徑為
=22.15～25.48mm
初選輸入、輸出軸支承之間的長(zhǎng)度=242.5mm。
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定軸的最小直徑為
（4.2）
式中 d——軸的最小直徑（mm