2.0L轎車用6檔手動變速器設(shè)計【說明書+CAD】
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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
論文（設(shè)計）題目： 2.0L 家用汽車 六檔手動變速器的設(shè)計
學(xué)號：2010963139 姓名：周億 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師： 系主任：
一、主要內(nèi)容及基本要求
二、重點(diǎn)研究的問題
三、進(jìn)度安排
序號
各階段完成的內(nèi)容
完成時間
1
查閱資料、調(diào)研
2
開題報告、制訂設(shè)計方案
3
設(shè)計
4
分析、調(diào)試等
5
寫出初稿
6
修改，寫出第二稿
7
寫出正式稿
8
答辯
2014年5月
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目： 2.0L轎車用6檔手動變速器設(shè)計
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號： 2010963139
姓 名： 周億
指導(dǎo)教師： 劉金剛
完成日期： 2014年5月
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
摘 要
汽車傳動系是汽車的核心組成部分。其任務(wù)是調(diào)節(jié)變換發(fā)動機(jī)的性能，將動力有效而經(jīng)濟(jì)地傳至驅(qū)動車輪，以滿足汽車的使用要求。變速器是完成傳動系任務(wù)的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的設(shè)計水平對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車變速器的設(shè)計趨勢是增大其傳遞功率與重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。本設(shè)計以現(xiàn)有企業(yè)正在生產(chǎn)的車型馬自達(dá)6等車型為基礎(chǔ)，在給定發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，著重對變速器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行設(shè)計計算；并對變速器的傳動方案和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計；同時對操縱機(jī)構(gòu)和同步器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計；從而提高汽車的整體性能。
關(guān)鍵詞：變速器；齒輪；設(shè)計；結(jié)構(gòu)；熱處理；
Abstract
Automobile driving system is the core part of the car. Its task is to adjust the performance of transform engine, the powereffectively and economically to the drive wheels, so as to meet the requirements of car use. Transmission is an important part of complete transmission task, one of the main components are also determines vehicle performance. Design of horizontal transmission of the automobile's power performance, fuel economy, reliability of operation of the shift and portability, stable transmission and efficiency have direct effect. With the development of automobile industry, car transmission design trend is to increase its transmission power to weight ratio, which has smaller size and good performance and requirements. Models of CA7220 transmission in the design, the existing enterprises are produced based on the output given, engine torque, speed and maximum speed, maximum slope conditions, especially, the structure parameters of transmission gear shaft structure and size are designed and calculated; and the transmission scheme and the structure of the transmission design; at the same time structure of the operating mechanism and the synchronizer design;
Keywords: transmission; gear; design; structure; heat treatment;
目錄
第1章，緒論…………………………………………………………5
1.1概述…………………………………………………………………9
1.1.1汽車變速器的設(shè)計要求…………………………………………… 9
1.1.2國內(nèi)外汽車變速器的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………10
1.2設(shè)計的內(nèi)容及方法……………………………………………………11
第2章，變速器傳動機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)………………………………12
2.1變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案……………………………………………13
2.1.1變速器傳動方案分析與選擇…………………………………………13
2.1.2倒檔布置方案………………………………………………………14
2.1.3?零部件結(jié)構(gòu)方案分析………………………………………………15
第3章，變速器的設(shè)計與計算……………………………………17
3.1?變速器主要參數(shù)的選擇………………………………………………17
3.1.1?檔數(shù)…………………………………………………………………17
3.1.2?傳動比范圍…………………………………………………………17
3.1.3?變速器各檔傳動比的確定……………………………………………18
3.1.4?中心距的選擇……………………………………………………21
3.1.5?變速器的外形尺寸…………………………………………………21
3.1.6?齒輪參數(shù)的選擇?……………………………………………………24
3.1.7?各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動比的計算………………………………24
3.1.8?變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整………………………………27
3.19總結(jié)各檔齒輪參數(shù)……………………………………………………29
3.2?變速器齒輪強(qiáng)度校核…………………………………………………30
3.2.1?齒輪材料的選擇原則…………………………………………………31
3.3.1?初選軸的直徑………………………………………………………31
3.4?軸的強(qiáng)度驗算…………………………………………………………32
3.4.1?軸的剛度計算………………………………………………………32
3.4.2?軸的強(qiáng)度計算………………………………………………………40
3.5?軸承選擇與壽命計算…………………………………………………44
3.5.1?輸入軸軸承的選擇與壽命計算………………………………………45
3.5.2?輸出軸軸承的選擇與壽命計算………………………………………46
3.6?本章小結(jié)……………………………………………………………48
結(jié)論……………………………………………………………………51
附錄……………………………………………………………………50
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………52
致謝……………………………………………………………………54
第1章 緒 論
1.1 概述
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢。而變速器設(shè)計是汽車設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，對轎車而言，其設(shè)計意義更為明顯。在對汽車性能要求越來越高的今天，車輛的舒適性也是評價汽車的一個重要指標(biāo)，而變速器的設(shè)計不合理，將會使汽車的舒適性下降，使汽車的運(yùn)行噪聲增大，影響汽車的整體性。
1.1.1汽車變速器的設(shè)計要求
汽車傳動系是汽車的核心組成部分。其任務(wù)是調(diào)節(jié)、變換發(fā)動機(jī)的性能，將動力有效而經(jīng)濟(jì)地傳至驅(qū)動車輪，以滿足汽車的使用要求[1]。變速器是完成傳動系任務(wù)的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結(jié)構(gòu)要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車變速器的設(shè)計趨勢是增大其傳遞功率與重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽車變速器的設(shè)計工作開始之前，首先要根據(jù)變速器運(yùn)用的實際場合來對一些主要參數(shù)做出選擇。主要參數(shù)包括中心距、變速器軸向尺寸、軸的直徑、齒輪參數(shù)、各檔齒輪的齒數(shù)等。
變速器的基本設(shè)計要求[2]：
保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性；設(shè)置空檔，用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪的傳輸；設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛；換檔迅速、省力、方便；工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳檔、亂檔，以及換檔沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn)；工作效率高，噪聲??；結(jié)構(gòu)簡單、方案合理；在滿載及沖擊載荷條件下，使用壽命長；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。??
變速器傳動機(jī)構(gòu)有兩種分類方法。?
根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)分為：三檔變速器，四檔變速器，五檔變速器，六檔變速器。根據(jù)軸的形式分為：固定軸式，旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為：兩軸式變速器，中間軸式變速器，雙中間軸式變速器，多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機(jī)械式變速器。
1.1.2國內(nèi)外汽車變速器的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)外汽車變速器的發(fā)展十分迅速，普遍研究和采用電控自動變速器，這種變速器具有更好的駕駛性能、良好的行駛性能、以及更高的行車安全性[3]。但是駕駛員失去了駕駛樂趣，不能更好的體驗駕駛所帶來的樂趣。機(jī)械式手動變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本底和工作可靠，具有良好的駕駛樂趣等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。在檔位的設(shè)置方面，國外對其操縱的方便性和檔位數(shù)等方面的要求愈來愈高。目前，4檔特別是5檔變速器的用量有日漸增多的趨勢。同時，6檔變速器的裝車率也在日益上升[4]。
1.2設(shè)計的內(nèi)容及方法
本次設(shè)計的變速器是在原有7220變速器的基礎(chǔ)上，在給定發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，主要完成傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。?
1、對變速器傳動機(jī)構(gòu)的分析。?
通過比較兩軸和中間軸式變速器各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以及所設(shè)計車輛的特點(diǎn)，確定傳動機(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：檔數(shù)、傳動比、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)度的校核主要對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)度計算。
對于軸的強(qiáng)度計算則是對軸的剛度和強(qiáng)度分別進(jìn)行校核。
5、軸承的選擇與壽命計算。
對變速器軸的支撐部分選用圓錐磙子軸承，壽命計算是按汽車的大修里程來衡量，轎車的為30萬公里。
第2章變速器傳動機(jī)構(gòu)
2.1變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案
機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本底和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。?2.1.1?變速器傳動方案分析與選擇
機(jī)械式變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案主要有兩種：兩軸式變速器和中間軸式變速器。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動，故傳動效率高，同時噪聲小。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在工作時齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞，受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計的很大。其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)縱置時直接輸出動力。
而中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體絕大多數(shù)方案的第二軸與一軸在同一條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，此時噪聲低，齒輪、軸承的磨損減少。?
對不同類型的汽車，具有不同的傳動系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同[5]。而傳動系的檔位數(shù)與汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性有著密切的聯(lián)系。就動力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會，提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機(jī)在低燃油消耗率區(qū)下作的能力，降低了油耗。從而能提高汽車生產(chǎn)率，降低運(yùn)輸成木。不過，增加檔數(shù)會使變速器機(jī)構(gòu)復(fù)雜和質(zhì)量增加，軸向尺寸增大、成本提高、操縱復(fù)雜。??
綜上所述，由于此次設(shè)計的變速器是中檔轎車變速器，驅(qū)動形式屬于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動，且可布置變速器的空間較小，對變速器的要求較高，要求運(yùn)行噪聲小，設(shè)計車速高，故選用二軸式變速器作為傳動方案。6檔變速器，并且五、六檔為超速檔。
2.1.2倒檔布置方案
常見的倒檔布置方案如圖2.1所示。圖2.1b方案的優(yōu)點(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長度。但換檔時有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合，使換檔困難；圖2.1c方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理；圖2.1d方案對2.1c的缺點(diǎn)做了修改；圖2.1e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長；圖2.1f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔換更為輕便。?
綜合考慮以上因素，為了換檔輕便，減小噪聲，倒檔傳動采用圖2.1f所示方案。
圖2.1?倒檔布置方案?
2.1.3零部件結(jié)構(gòu)方案分析
1、齒輪形式
變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。直齒圓柱齒輪主要用于一檔、倒檔齒輪，與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計全部選用斜齒輪。
變速器齒輪可以與軸設(shè)計為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。?
齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度b（圖2.2）影響齒輪強(qiáng)度[6]。要求尺寸b應(yīng)該大于或等于輪齒危險斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸C，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸要求：
C=(1.2~1.4) （2.1）
式中：——花鍵內(nèi)徑
為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度d應(yīng)在滿足強(qiáng)度條件下設(shè)計得薄些。圖2.2中的尺寸可取為花鍵內(nèi)徑之1.25~1.40倍。
圖2.2變速器齒輪尺寸控制圖。
齒輪表面粗糙度數(shù)值降低則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在0.80～0.40μm范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于7級。?
2、變速器軸
變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當(dāng)變速器中心距小，在殼體的同一端面布置兩個滾動軸承有困難時，輸出軸可以直接壓入殼體孔中，并固定不動。
用移動齒輪方式實現(xiàn)換檔的齒輪與軸之間，應(yīng)選用矩形花鍵連接，以保證良好的定心和滑動靈活，而且定心外徑及矩形花鍵齒側(cè)的磨削比漸開線花鍵要容易[7]。兩軸式變速器輸入軸和中間軸式變速器中間軸上的高檔齒輪，通過軸與齒輪內(nèi)孔之間的過盈配合和鍵固定在軸上。兩軸式變速器的輸出軸和中間軸式變速器的第二軸上的常嚙合齒輪副的齒輪與軸之間，常設(shè)置有滾針軸承、滑動軸承，少數(shù)情況下齒輪直接裝在軸上。此時，軸的表面粗糙度不應(yīng)低與0.8μm，硬度不低于58～63HRC。因漸開線花鍵定位性能良好，承載能力大且漸開線花鍵的齒短，小徑相對增大能提高軸的剛度，所以軸與同步器上的軸套常用漸開線花鍵連接。
倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸，并由螺栓固定。
由上述可知，變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件，有的軸上又有矩形或漸開線花鍵，所以設(shè)計時不僅要考慮裝配上的可能，而且應(yīng)當(dāng)可以順利拆裝軸上各零件。此外，還要注意工藝上的有關(guān)問題。
3、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、滑動軸套等。滾針軸承、滑動軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運(yùn)動的地方[8]。
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)。
由于本設(shè)計的變速器為兩軸變速器，具有較大的軸向力，所以設(shè)計中變速器輸入軸、輸出軸的前、后軸承按直徑系列均選用圓錐滾子軸承。
2.2本章小結(jié)
章主要簡要分析了各類型機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對所設(shè)計的變速器的類型特點(diǎn)和功用，對變速器的傳動方式及主要零件的形式，做出了初步的選擇，為后期的設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。
第3章 變速器的設(shè)計與計算
3.1變速器主要參數(shù)的選擇
本次設(shè)計是在給定主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計，整車主要技術(shù)參數(shù)在參考了馬自達(dá)6等車型之后，選用如下如下：
最大輸出扭矩
200N·M
發(fā)動機(jī)排量
2.0L
發(fā)動機(jī)輸出功率
100KW
發(fā)動機(jī)空載最大轉(zhuǎn)速
車輪型號
K407 205/55R 16V
設(shè)計最高車速
220km/h
主減速器傳動比
3.64
3.1.1檔數(shù)
檔數(shù)選擇的要求：?
1、相鄰檔位之間的傳動比比值在1.8以下。?
2、高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。因此，本次設(shè)計的轎車變速器為6檔變速器。
3.1.2傳動比范圍
變速器傳動比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動比的比值。最高檔通常是直接檔，傳動比為1.0；有的變速器最高檔是超速檔，傳動比為0.7～0.8。六檔變速器有兩個超速擋，第六檔的傳動比甚至達(dá)到了0.7~0.6。
影響最低檔傳動比選取的因素有：發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前乘用車的傳動比范圍在3.0～4.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車在5.0～8.0之間，其它商用車則更大。
本設(shè)計最高檔傳動比為0.664。
3.1.3變速器各檔傳動比的確定
1、一檔傳動比的計算
按最大爬坡度設(shè)計，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角坡道時，驅(qū)動力應(yīng)大于或等于此時的滾動阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計）[13]。用公式表示如下：
（3.2）
上式中：
m————汽車總質(zhì)量；
g————重力加速度；
———道路最大阻力系數(shù)；
———驅(qū)動車輪的滾動半徑；
——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
————主減速器傳動比；
————傳動效率；
———最大爬坡讀；
—————變速器的一檔傳動比；
已知=200N·M；=16.7°；=0.95；=3.64；=632mm；=0.6；g=9.8;m=1340kg;
由公式得≥4.2123
根據(jù)驅(qū)動車輛與路面的附著條件有：
（3.3）
式中：
——汽車滿載靜止于地面時，驅(qū)動橋給地面的載荷。
———道路的附著系數(shù)，計算時取=0.5~0.6。
取=1340；=0.6
則一檔傳動比的選擇范圍是：
5.11385≥≥4.2123
故，初選傳動比為4.5。
2、變速器各檔速比的配置
按等比級數(shù)分配其它各檔傳動比，即得出各檔位的公比。
式中，n為檔位數(shù)。
q=1.460
則初定傳動比為：
=4.5
=2.67
=1.490
=1.051
=0.875
=0.670
3.1.4?中心距的選擇?
初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗公式計算[14]：?
（3.5）
式中：
A——變速器中心距（mm）；
——中心距系數(shù)，乘用車=8.9~9.3；
——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)距為200（N·m）；
——變速器一檔傳動比為4.505；
——變速器傳動效率，取96%；
=A=100.0555~100.3333 初取A=100mm。
3.1.5變速器的外形尺寸
變速器的橫向外形尺寸，可以根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。
乘用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用：
L=(3.0~3.4)A=(3.0~3.4)*100=300~340mm
初選長度為320mm。
3.1.6齒輪參數(shù)的選擇
1、模數(shù)
選取齒輪模數(shù)時一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。
轎車模數(shù)的選取以發(fā)動機(jī)排量作為依據(jù)，各個齒輪統(tǒng)一選取模數(shù)為2.25，由于轎車對降低噪聲和振動的水平要求較高，所以各檔均采用斜齒輪。
2、壓力角a?
壓力角較小時，重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。
對于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。對貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力角[15]。
國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以普遍采用的壓力角為20°。嚙合套或同步器的壓力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。
本變速器為了減傷噪音，全部選用壓力角15°。
3、螺旋角b
齒輪的螺旋角對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。
試驗證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于30°時，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。
本設(shè)計初選螺旋角全部為45°。
4、齒寬b
齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時的受力均勻程度等均有影響。?
考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用較大的齒寬，工作中會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)()m（）的大小來選定齒寬：斜齒b=，取為6.0～8.5，取8
b==18mm
5、齒頂高系數(shù)?
齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.75～0.80的短齒制齒輪。?
在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強(qiáng)度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與1.00的細(xì)高齒。
本設(shè)計取為1.00。
3.1.7?各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動比的計算
在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，相互嚙合的兩對齒輪齒數(shù)之和，以使齒面磨損均勻[16]。根據(jù)下圖確定各檔齒輪齒數(shù)和傳動比。
兩軸式六檔變速器傳動方案簡圖
1輸入軸；2輸入軸四檔齒輪；3三、四檔同步器；4輸出軸三檔齒輪；5輸出軸二檔齒輪；6一、二檔同步器；7輸出軸一檔齒輪；8輸出軸倒擋齒輪；9倒擋同步器；10輸出軸六檔齒輪；11輸出軸五檔齒輪；12輸出軸；13中間軸；14中間軸五檔齒輪；15五、六檔同步器；16中間軸六檔齒輪；17倒檔惰輪；18中間軸倒擋齒輪；19中間軸一檔齒輪；20中間軸二檔齒輪；21中間軸三檔齒輪；22中間軸四檔齒輪；
3.1.7一檔齒數(shù)及傳動比的確定：
如傳動方案簡圖所示，一檔所嚙合的齒輪分別是、和、，其中屬于最低檔的小齒輪，齒數(shù)在12~17間選取。
現(xiàn)取初選值：
=17
β=45°
=2.25
=4.5
A=100
則據(jù)上式可得；=45；=23；=39
一檔傳動比為：=4.48
根據(jù)上述步驟可以求得確定的一至六檔傳動比，并對中心距進(jìn)行修正。
一至六檔修正后的變速比分別為：
=4.480
=2.510
=1.490
=1
=0.807
=0.641
變速器內(nèi)除倒擋以及倒擋惰輪之外的各齒輪，其齒數(shù)分別為：
=23；=29；=37；=45；=17；=20；=39；=33=25；=17；=45；=42；
2、對中心距A進(jìn)行修正
=62
經(jīng)修正得=100.125mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
7、計算倒檔齒輪齒數(shù)及傳動比
初選中間軸上倒擋齒輪齒數(shù)為=17，輸出軸倒檔齒輪齒數(shù)，倒檔軸上的倒檔惰輪=19為保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)動干涉齒輪5和齒輪12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：
已知：2.25 100.125mm
則可求的=68
則倒擋傳動比為： 4.00
輸入軸與倒檔軸之間的距離：
==40.5mm
其中：=17+19=36
取=40.5mm
輸出軸與倒檔軸之間的距離：
==97.875mm
其中：=68+19=87
取用=98mm
3.1.8變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整
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，對于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著檔位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。
本次設(shè)計螺旋角定為：一檔至六檔o45.84? 倒檔o0?根據(jù)設(shè)計手冊及相關(guān)圖表得
一檔齒輪的變位
當(dāng)=100.125、β=45.84?、=45；=17；時，查得總變位系數(shù)=0.640 變位系數(shù)分配為=0.200；=0.440；
二檔齒輪的變位??
當(dāng)=100.125、β=45.84?、=37；=25時，查得總變位系數(shù)=0.640變位系數(shù)分配為=0.240；=0.400；
三檔齒輪的變位?
當(dāng)=100.125、β=45.84?、=29；=33時，查得總變位系數(shù)=0.640變位系數(shù)分配為=0.355；=0.265；
四檔齒輪的變位?
當(dāng)=100.125、β=45.84? 、=23；=39；時，查得總變位系數(shù)=0.640 變位系數(shù)分配為=0.235；=0.385；
五檔齒輪的變位?
當(dāng)=100.125、β=45.84? 、=20；=42；時，查得總變位系數(shù)=0.640 變位系數(shù)分配為=0.295；=0.345；
六檔齒輪的變位
當(dāng)=100.125、β=45.84? 、=17；=45；時，查得總變位系數(shù)=0.640 變位系數(shù)分配為=0.440；=0.200；
倒檔齒輪的變位?
輸入軸與倒檔軸之間：
當(dāng)=100.125、β=0?、=17；=19；查得總變位系數(shù)=0.810變位系數(shù)分配為=0.440；=0.370；
倒檔與輸出軸之間：
當(dāng)=100.125、β=0?、=19；=68；查得總變位系數(shù)= -0.12變位系數(shù)分配為=0.370；= -0.25；
3.1.9?總結(jié)各檔齒輪參數(shù)
一檔
二檔
三檔
四檔
五檔
六檔
倒擋
主
從
主
從
主
從
主
從
主
從
主
從
輸入齒輪
倒擋惰輪
輸出齒輪
齒數(shù)
17
45
25
37
33
29
39
23
42
20
45
17
17
19
68
分度圓直徑
54.91
145.34
80.75
119.51
106.58
93.67
125.96
74.29
135.65
64.60
145.34
54.90
38.25
42.75
153
齒頂高
2.7
3.24
2.79
3.15
3.05
2.85
2.78
3.11
2.91
3.02
3.24
2.7
3.24
1.69
3.082
全齒高
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.06
5.22
5.22
5.22
齒頂直徑
60.31
151.82
87.23
125.99
113.06
100.15
132.44
80.77
142.13
71.08
151.82
60.31
41.49
44.44
157.21
齒根直徑
50.12
142.06
76.21
115.69
102.56
89.25
121.4
70.39
131.35
60.52
142.06
50.12
35.01
41.06
149.18
3.2變速器齒輪強(qiáng)度校核
3.2.1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，對齒輪傳動有不同的要求，故對齒輪材料亦有不同的要求。但是對于一般動力傳輸齒輪，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。如對硬度≤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)采用不同鋼號材料。?
（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，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)齒輪等無法磨齒的齒輪[18]。
由于一對齒輪一直參與傳動，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。
3.3軸的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計
變速器在工作時，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因為剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強(qiáng)度、耐磨性等均有不利影響。
3.3.1初選軸的直徑
在已知兩軸式變速器中心距A時，軸的最大直徑d和支承距離L的比值可在以下范圍內(nèi)選?。?
對輸入軸，Ld/=0.16～0.18；對輸出軸，?Ld/0.18～0.21。?
輸入軸花鍵部分直徑d（mm）可按下式初選?。?
式中：K——經(jīng)驗系數(shù)，K=4.0～4.6；?
——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m）
輸入軸花鍵部分直徑：?
初選輸入、輸出軸支承之間的長度L=270mm。
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定軸的最小直徑：
式中：
代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：d=22.75mm
則，選用直徑為25mm
3.4軸的強(qiáng)度驗算
3.4.1軸的剛度計算
對齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。前者使齒輪中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。初步確定軸的尺寸以后，可對軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗算。
圖3.5?變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角?
軸的撓度和轉(zhuǎn)角如圖3.5所示，若軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為δ，可分別用下式計算：
1、變速器輸入軸和輸出軸的剛度校核
（1）軸上受力分析
一檔工作時：
輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：?
已知：a=23mm；b=231.24mm；L=254.24mm；d=35.5mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中得：
輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：?
已知：a=23mm；b=231.24mm；L=254.24mm；d=35.5mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：
二檔工作時：
輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：?
已知：a=76.74mm；b=177.5mm；L=254.24mm；d=43.5mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：
輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：?
輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。?
已知：a=79mm；b=177.5mm；L=256.49mm；d=40mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：
輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：?
輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。?
已知：a=102.49mm；b=154mm；L=256.49mm；d=38mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：
四檔工作時：
輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：
已知：a=153.99mm；b=100.25mm；L=254.24mm；d=64.5mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到
輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：?
輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。?
已知：a=156.24mm；b=100.25mm；L=256.49mm；d=35mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：
倒檔工作時：
輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：
已知：a=229.17mm；b=25.07mm；L=254.24mm；d=30mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：
輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計算：?
輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。
已知：a=233.49mm；b=23mm；L=256.49mm；d=28mm，把有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到：
由以上可知道，變速器在各檔工作時均滿足剛度要求。
3.4.2?軸的強(qiáng)度計算
變速器在一檔工作時：
對輸入軸校核：
計算輸入軸的支反力：?
已知：a=23mm；b=231.24mm；L=254.24mm；d=35.5mm，
3、計算垂直面內(nèi)的彎矩?軸上各點(diǎn)彎矩如圖3.6所示：?
作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力之后，計算相應(yīng)的彎矩。軸在轉(zhuǎn)矩T和彎矩的同時作用下，其應(yīng)力為：
將數(shù)據(jù)代入（3.29）式，得：
在低檔工作時，400MPa，符合要求。
對輸出軸校核：
計算輸出軸的支反力：
齒輪受力如下：
已知：a=25.25mm；b=231.24mm；L=256.49mm；d=43mm
2、水平面內(nèi)的支反力?
圖3.7?輸出軸彎矩圖?
3.5軸承選擇與壽命計算
軸承的使用壽命可按汽車以平均速度amv行駛至大修前的總行駛里程S來計算，對于汽車軸承壽命的要求是轎車30萬公里，貨車和大客車25萬公里。
3.5.1?輸入軸軸承的選擇與壽命計算?
初選軸承型號根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊選擇30205型號軸承=37KN，2.32KN。
3.5.2輸出軸軸承的選擇與壽命計算
1、初選軸承型號?
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊選擇軸承型號為：
于是：
所以軸承壽命滿足要求。?
3.6本章小結(jié)
本章主要對變速器的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，基本上完成了變速器主要尺寸的計算；同時對變速器各檔齒輪進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度校核、對輸入軸、輸出軸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計；完成了軸的剛度和強(qiáng)度校核，以及完成了各軸軸承校核。?
4.1變速器殼體?
變速器殼體的尺寸要盡可能小，同時質(zhì)量也要小，并具有足夠的剛度，用來保證軸和軸承工作時不會歪斜。變速器橫向斷面尺寸應(yīng)保證能布置下齒輪，而且設(shè)計時還應(yīng)當(dāng)注意到殼體側(cè)面的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)動齒輪齒頂之間留有5～8mm的間隙，否則由于增加了潤滑油的液壓阻力，會導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲和使變速器過熱。齒輪齒頂?shù)阶兯倨鞯撞恐g要留有不小于15mm的間隙。?
為了加強(qiáng)變速器殼體的剛度，在殼體上應(yīng)設(shè)計有加強(qiáng)肋。加強(qiáng)肋的方向與軸支承處的作用力方向有關(guān)。變速器殼壁不應(yīng)該有不利于吸收齒輪振動和噪聲的大平面。采用壓鑄鋁合金殼體時，可以設(shè)計一些三角形的交叉肋條，用來增加殼體剛度和降低總成噪聲。?
為了注油和放油，在變速器殼體上設(shè)計有注油孔和放油孔。注油孔位置應(yīng)設(shè)計在潤滑油所在平面處，同時利用它作為檢查油面高度的檢查孔。放油孔應(yīng)設(shè)計在殼體的最低處。放油鏍塞采用永久磁性鏍塞，可以吸住存留于潤滑油內(nèi)的金屬顆粒。為了使從第一軸或第二軸后支承的軸承間隙處流出的潤滑油再流回變速器殼體內(nèi)，常在變速器殼體前或后端面的兩軸承孔之間開設(shè)回油孔。為了保持變速器內(nèi)部為大氣壓力，在變速器頂部裝有通氣塞。?
為了減小質(zhì)量，變速器殼體采用壓鑄鋁合金鑄造時，壁后取3.5～4mm?。采用鑄鐵殼體時，壁厚取5～6mm。增加變速器殼體壁厚，雖然能提高殼體的剛度和強(qiáng)度，但會使質(zhì)量加大，并使消耗的材料增加，提高了成本。?
結(jié) 論
汽車傳動系是汽車的核心組成部分。其任務(wù)是調(diào)節(jié)變換發(fā)動機(jī)的性能，將動力有效而經(jīng)濟(jì)地傳至驅(qū)動車輪，以滿足汽車的使用要求。變速器是完成傳動系任務(wù)的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結(jié)構(gòu)對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。?
本設(shè)計是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)車型的CA7220變速器作為設(shè)計原型，在給定發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，設(shè)計出符合要求的變速器。著重對變速器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行設(shè)計計算，同時對各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析設(shè)計、改進(jìn)，合理布置各部分總成，以達(dá)到良好的性能。?
本次設(shè)計的變速器具有結(jié)構(gòu)簡單，加工、裝配方便，因此降低了制造成本。同時又具有較好的動力性和經(jīng)濟(jì)性，從而保證了汽車行駛的穩(wěn)定性和操縱性。由于此變速器全部采用同步器換檔，所以具有換檔輕便，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。
由于本設(shè)計采用比較傳統(tǒng)的設(shè)計方法，可能存在設(shè)計精度低，材料、資源浪費(fèi)，部分結(jié)構(gòu)可能存在一些缺點(diǎn)，望讀者予以指正。
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Appendix
With the rapid development of automobile industry, the diversification of models, has become the development trend of personalized car. And the design of transmission is one of the important links in automobile design. It is used to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, is aimed at various driving conditions, the car was different traction and speed, and make the engine work in the best operating range. So it's performance affect the automobile's power performance and economy index, to the car, its design significance is more obvious. On vehicle performance requirements more and more high today, is also an important evaluation index of vehicle comfort, and the design of transmission is not reasonable, will make the car comfort decreased, the running noise of vehicles increase, affecting the overall performance of automobile.
Automobile driving system is the core part of the car. Its task is to adjust, transform the performance of the engine, the power effectively and economically to the drive wheels, in order to meet the requirements of vehicle using [1]. Transmission is an important part of complete transmission task, one of the main components are also determines vehicle performance. Transmission structure of the automobile's power performance, fuel economy, reliability and portability, shift the transmission stability and efficiency have direct effect. With the development of automobile industry, car transmission design trend is to increase its transmission power to weight ratio, which has smaller size and good performance and requirements. Before the design of automobile transmission, firstly, according to the actual situation of transmission used to make some of the main parameters selection. Main parameters including the center distance, the transmission axial size, the diameter of the shaft, the gear parameters, the gear tooth number.
The basic design of transmission requirements [2]:
Ensure the power performance and fuel economy are necessary; set free, used to cut engine power to the transmission of the driving wheel; setting the reverse, travelling back to the car; shift rapidly, labor saving, reliable work, convenient; the running process of the automobile, the transmission must not have jump gear, gear disorder, and shifting shock phenomenon; high efficiency, low noise; has the advantages of simple structure, reasonable scheme; in full load and impact load, long service life; besides, the transmission should also meet the requirements of dimensions and quality of small, low manufacturing cost, convenient repair.
The transmission mechanism has two kinds of classification methods.
According to the forward is divided into
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