二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)設(shè)計含12張CAD圖
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任務(wù)書
論文(設(shè)計)題目：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)設(shè)計
工作日期：2016年12月12日 ~ 2017年05月25日
1.選題依據(jù):
汽車變速器是汽車傳動系的主要部件，主要用于汽車行駛中的變速、變矩并實現(xiàn)倒車。本畢設(shè)對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)進行設(shè)計，并利用計算機繪制相關(guān)零部件的圖形。通過該項目的設(shè)計能提高學(xué)生綜合運用知識的能力。
2.論文要求(設(shè)計參數(shù)):
1、收集資料，擬定二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)設(shè)計方案；
2、二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計；繪制不少于兩張A0的設(shè)計圖紙；
3、書寫設(shè)計說明書；
4、翻譯一篇與變速器傳動機構(gòu)相關(guān)的外文文獻，不少于2000字。
3.個人工作重點:
1、制定出二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)的總體設(shè)計方案，并對該方案進行評
價；
2、對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)方案中具體部件進行理論計算和校核；
3、根據(jù)計算和校核結(jié)果對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪圖
；
4.時間安排及應(yīng)完成的工作:
第1周：明確設(shè)計主要任務(wù)和內(nèi)容第2周：查閱相關(guān)資料
第3周：撰寫開題報告
第4周：完成畢設(shè)開題報告
第5周：擬定二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 第6周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計
第7周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計
第8周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)主要部件校核 第9周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)圖紙繪制
第10周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)圖紙繪制第11周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)裝配圖繪制
第12周：與機械式變速器傳動機構(gòu)設(shè)計相關(guān)的外文文獻翻譯 第13周：撰寫畢業(yè)論文
第14周：撰寫畢業(yè)論文，整理畢業(yè)設(shè)計資料第15周：畢業(yè)設(shè)計答辯
5.應(yīng)閱讀的基本文獻:
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指導(dǎo)教師簽字：
XX
教研室主任意見：
同意
簽字：XX 2016年12月16日
教學(xué)指導(dǎo)分委會意見：
同意
簽字：XX 2016年12月17日 學(xué)院公章
一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
車輛工程—汽車部件設(shè)計
2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
汽車變速器是汽車傳動系的重要組成部分。由于汽油機額定轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的速度范圍很小,而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，因此要用齒輪傳動來適應(yīng)駕駛時車速的變化。變速器是傳動系的主要部件,它的性能對整車的動力性、燃油經(jīng)濟性以及乘坐舒適性等方面都有十分重要的影響。手動機械變速器可以完全遵從駕駛者的意志，且結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、故障率相對較低、經(jīng)濟性好、環(huán)保性強、物美價廉,因此在市場上仍占有一席之地，開發(fā)手動機械變速器也適應(yīng)當(dāng)代世界經(jīng)濟的發(fā)展和需要。
四年的的大學(xué)生涯讓我掌握了很多汽車設(shè)計方面的基礎(chǔ)專業(yè)知識，通過本次的畢業(yè)設(shè)計讓之前學(xué)過的知識得到了充分的利用，鞏固了專業(yè)方向知識的同時，也將提高實際應(yīng)用的能力，并為以后的工作打下基礎(chǔ)。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在中國機械式變速器以其結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本低、壽命長等優(yōu)勢， 在市場中占很大比重，據(jù)調(diào)查 2012 年機械式變速器在市場中占有的份額為 75%，雖然自動變速器是變速器未來的發(fā)展方向，具有非常明顯的優(yōu)勢，但另一方面，自動變速器制造成本高、維修難度大，且我國自動變速器的相關(guān)技術(shù)尚不成熟，所以自動變速器仍未能普及，手動變速器仍然處于市場主導(dǎo)地位。
在國外目前全世界各大汽車廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力都在大力進行 CVT 的研發(fā)工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI 等著名汽車品牌中都配備 CVT 的轎車銷售， 全世界 CVT 轎車的年產(chǎn)量已達到近 50 萬輛。值得注意的一點是，裝備有 CVT 的汽車市場，由最初的日本、歐洲已經(jīng)滲透到北美市場，CVT 汽車已經(jīng)成為當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢。
其發(fā)展趨勢將是隨著時間的推移，手動變速器的市場占有率會逐漸降低，自動變速器將不斷增加。發(fā)展趨勢緊緊圍繞安全、環(huán)保、節(jié)能、操縱輕便化、換檔自動化、智能化、整車電子集成控制一體化等方面展開。同時，向大功率、大扭矩化，系列化、多檔位、組合化，小型化、輕量化等方向發(fā)展。
綜上所述手動變速器與自動變速器相比，手動變速器可以給汽車駕駛愛好者帶來更多的操控快感，傳輸效率比自動變速器要高，維修保養(yǎng)也比自動變速器便宜。如果駕駛者換檔熟練，在汽車起步和加速過程中，配有手動變速器的汽車，反應(yīng)更快更省油。
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二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題
（1）制定出二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)的總體設(shè)計方案，并對該方案進行評價；
（2）對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)方案中具體部件進行理論計算和校核；
（3）根據(jù)計算和校核結(jié)果對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪圖；
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1）查閱相關(guān)資料，了解研究課題的意義價值、研究概況和發(fā)展趨勢。
（2）某車用二軸五檔變速器傳動機構(gòu)總體設(shè)計方案，并進行評價。
（3）變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設(shè)計
選擇即能使結(jié)構(gòu)緊湊又能符合傳動性能的中心距和分配合理的各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)換擋平順。
（4）變速器齒輪的強度計算與材料選擇
選擇正確的齒輪材料并進行強度計算，使齒輪能夠滿足設(shè)計要求。
（5）變速器軸的設(shè)計與校核
設(shè)計符合要求的軸的結(jié)構(gòu)和尺寸，并進行校核，使軸能夠滿足設(shè)計要求。
（6）根據(jù)計算和校核結(jié)果對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪制兩張 A0 的設(shè)計圖紙。
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
通過學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料掌握二軸五檔機械式變速器工作原理以及其傳動機構(gòu)的設(shè)計, 了解現(xiàn)在機械式變速器的發(fā)展趨勢、相關(guān)技術(shù)的對比及市場前景。通過自主設(shè)計并選擇最合理的方案設(shè)計能夠得到以下結(jié)果：
（1）二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)設(shè)計方案；
（2）二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計（兩張 A0 的設(shè)計圖紙）；
（3）設(shè)計說明書（不少于 10000 漢字）；
（4）一篇與變速器傳動機構(gòu)相關(guān)的外文文獻翻譯，不少于 2000 漢字。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；技術(shù)路線：
a.查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢；
b.制定出二軸五檔機械式變速器的總體方案設(shè)計，并對其進行評價；
c.對二軸五檔機械式變速器方案的具體部分進行理論計算；
d.進行二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計;
e.利用計算機輔助設(shè)計對方案進行校核。
f.A0 圖紙繪制
2.論文（設(shè)計）進度計劃
第 1 周：明確設(shè)計主要任務(wù)和內(nèi)容。
第 2 周：查閱相關(guān)資料。
第 3 周：撰寫開題報告。
第 4 周：完成畢設(shè)開題報告。
第 5 周：擬定二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。
第 6 周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。
第 7 周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。
第 8 周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)主要部件校核。
第 9 周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)圖紙繪制。
第 10 周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)圖紙繪制。
第 11 周：二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)裝配圖繪制。
第 12 周：與機械式變速器傳動機構(gòu)設(shè)計相關(guān)的外文文獻翻譯。
第 13 周：撰寫畢業(yè)論文。
第 14 周：撰寫畢業(yè)論文，整理畢業(yè)設(shè)計資料。
第 15 周：畢業(yè)設(shè)計答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述
文獻綜述
從汽車誕生之日起，汽車變速器就在汽車傳動系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色?，F(xiàn)代汽車廣泛采用活塞式內(nèi)燃機，活塞式內(nèi)燃機提供的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，無法滿足汽車各種復(fù)雜的使用條件。為了解決這些矛盾，需要在傳動系統(tǒng)中設(shè)置變速器。變速器的作用主要有 3 個方面：
（1）改變傳動速比，增大驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍，以適應(yīng)運行中經(jīng)常變化的行駛情況；
（2）在發(fā)動機旋向不變的前提下，實現(xiàn)汽車倒車；
（3）利用空擋、切斷動力的傳遞，使發(fā)動機能起動、怠速運行，并便于變速器進行換擋或動力輸出。
根據(jù)操作方式的不同，汽車變速器可分為自動變速器和手動變速器，其中自動變速器又有有級變速和無級變速之分。自動變速器是變速器未來的發(fā)展方向，具有非常明顯的優(yōu)勢，可大大減少駕駛?cè)藛T的操作頻率與難度，還能提高乘客的乘坐舒適性。但另一方面，自動變速器制造成本高、維修難度大，且我國自動變速器的相關(guān)技術(shù)尚不成熟，所以自動變速器仍未能普及，手動變速器仍然處于市場主導(dǎo)地位，占有大部分的市場份額。
1.國內(nèi)變速器的發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)手動變速器的技術(shù)在國際上較為落后，雖然目前大部分廠商都擁有生產(chǎn)手動變速器的設(shè)備和能力，但普遍以 5 擋手動變速器為主，對于 5 擋以上的產(chǎn)品，還得借助一些國外技術(shù)進行研究，并且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品或多或少還存在齒輪敲擊嘯叫噪音、換擋性能低下等問題。
對于自動變速器，幾乎所有的自主整車企業(yè)都在進行研發(fā)，也有企業(yè)推出了產(chǎn)品，
但結(jié)構(gòu)都比較簡單，技術(shù)很落后，換擋平順性和經(jīng)濟性都難以滿意要求。國內(nèi)車企研究時間最長的是 4AT，目前也做不出成熟產(chǎn)品。除了布置方案上的技術(shù)困難，AT 對于生產(chǎn)設(shè)備和工藝控制的要求也是國內(nèi)難以具備的。這些因素同樣體現(xiàn)在構(gòu)造特殊的
CVT 上面。而對于 AMT、DCT，最大的技術(shù)難點是在于軟體發(fā)展和控制。在制造方面， 部分可以延續(xù)手動變速器的齒軸生產(chǎn)設(shè)備，但加工精度仍需要大幅提高。目前國內(nèi)自動變速器基本依靠國際廠商提供產(chǎn)品或者技術(shù)，我國的變速器發(fā)展同國際水平差距很大，尚處在初級階段。
究其原因有很多方面，其中之一便是自動變速器的關(guān)鍵零部件技術(shù)被外資企業(yè)壟斷。就國內(nèi)汽車自動變速器行業(yè)而言，國內(nèi)制造的乘用車所用的自動變速器大都來自跨國公司。并且隨著國內(nèi)市場對自動變速器需求量的增加，我國缺乏自動變速器核心技術(shù)將日益嚴重。對于 AT、DCT、AMT、CVT 等自動變速器的關(guān)鍵技術(shù)，國內(nèi)變速器行業(yè)目前面臨的情況是：AT 的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)被國外公司的技術(shù)專利覆蓋，想要再申請這些專利，如果完全靠自己的能力來實現(xiàn)當(dāng)前技術(shù)的突破，既需要提供高昂的研發(fā)費用， 又具有很高的商業(yè)化風(fēng)險。DCT 的核心技術(shù)目前掌握在美國博格華納和德國 LUK 兩家公司手中，LUK 公司既不與中國的企業(yè)合資，也不把變速器的相關(guān)技術(shù)專利轉(zhuǎn)讓給國內(nèi)變速器廠家。而美國博格華納公司提出的合資條件則十分苛刻，其要求取得合資企業(yè)的主控權(quán)。國內(nèi)企業(yè)想要避開這兩家公司的技術(shù)專利，并通過自主研發(fā)在短時間內(nèi)對 DCT 有突破性的成果，其難度很大。國內(nèi) AMT 大多應(yīng)用在重型貨車上，盡管具有一定的知識產(chǎn)權(quán)，但是 AMT 的 ECU 控制技術(shù)受到國外企業(yè)的封鎖，自主開發(fā)進度緩慢。對于 CVT 技術(shù)，我國民營企業(yè)獨自研發(fā)的 CVT 不僅進行了 3 萬千米的道路試驗、20 萬千米的臺架試驗，并且實現(xiàn)了無故障運轉(zhuǎn)，但是最終由于資金缺乏無法進行大批量
化生產(chǎn)，丟失了技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的有利時機。
由此可見我國變速器產(chǎn)業(yè)的特點是，以自主開發(fā)及生產(chǎn)機械式變速器為主，國內(nèi)汽車用自動變速器主要依賴進口。從中國汽車工程學(xué)會針對國內(nèi)所有汽車零部件企業(yè)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的變速器生產(chǎn)企業(yè)均以生產(chǎn)機械式變速器為主，很少發(fā)現(xiàn)有生產(chǎn)自動變速器的公司。雖然國內(nèi)有一些產(chǎn)、學(xué)、研機構(gòu)正在潛心研究自動變速器的核心技術(shù)，但是研究成果還沒有達到產(chǎn)業(yè)化的地步，自動變速器仍然依靠進口。自動變速器暫時還無法取代機械式變速器在中國變速器市場的主流地位。
2.國外變速器的發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)變速器在全球的使用情況，將全球市場分為北美市場、歐洲市場和日本市場。自動變速器在北美市場使用比較廣泛，手動變速器在歐洲市場占據(jù)較大的比重，而無級變速器卻受到日本人的青睞。
在過去的幾年里，歐洲企業(yè)在手動變速器的基礎(chǔ)上，開發(fā)出來了雙離合變速器， 并且依據(jù)已有的生產(chǎn)設(shè)備和條件，大批量生產(chǎn)雙離合變速器。在節(jié)能減排方面，比傳統(tǒng)的手動變速器要節(jié)約 10%的燃油，排放更少，逐漸占據(jù)原有手動變速器的市場。大眾汽車公司已經(jīng)在中高級轎車上配備雙離合變速器，而且其他車企也逐步為生產(chǎn)的汽車配備雙離合變速器。在不久的未來，我們將會看到越來越多的汽車配備雙離合變速器，占有的市場份額越來越大。
在北美，美國人對自動變速器情有獨鐘，美國車企依然致力于研究自動變速器， 提高其綜合性能。在四速自動變速器的基礎(chǔ)上，發(fā)明了更加先進，燃油經(jīng)濟性更好的六速變速器。面對日益攀升的油價，美國人在關(guān)心乘坐舒適性的同時，開始致力于研究降低燃油消耗的方法，雙離合技術(shù)進入了美國企業(yè)的眼睛。在不遠的將來，手動變速器的占有率將會越來越低，6 速自動變速器將逐漸取代 4 速自動變速器，而雙離合變速器也會在北美市場占有一席之地。
日本由于國土面積狹小，交通擁擠，資源比較匱乏，節(jié)油一直以來是日企的目標(biāo)， 配備無級變速器和液力自動變速器的汽車以其在節(jié)油方面的優(yōu)勢，受到日本消費者的歡迎。目前，全世界各大汽車廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力都在大力進行 CVT 的研發(fā)工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI 等著名汽車品牌中都配備 CVT 的轎車銷售，全世界 CVT 轎車的年產(chǎn)量已達到近 50 萬輛。值得注意的一點是，裝備有 CVT 的汽車市場，由最初的日本、歐洲已經(jīng)滲透到北美市場，CVT 汽車已經(jīng)成為當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢。
3.變速器的發(fā)展趨勢
隨著時間的推移，手動變速器的市場占有率會逐漸降低，自動變速器將不斷增加。發(fā)展趨勢緊緊圍繞安全、環(huán)保、節(jié)能、操縱輕便化、換檔自動化、智能化、整車電子集成控制一體化等方面展開。同時，向以下方向發(fā)展。
大功率、大扭矩化。為了節(jié)能、環(huán)保，降低發(fā)動機的比油耗，減少排放污染，降
低噪聲，汽車發(fā)動機朝著大功率、大扭矩和低轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展。與之匹配的轎車變速器最大輸入功率已達 450 馬力、扭矩已達 800Nm；客車變速器最大輸入功率已達 380 馬力、扭矩已達 2100Nm；商用車變速器最大輸入功率已達 650 馬力、扭矩已達 3300Nm。
系列化、多檔位、組合化。為了適應(yīng)各種不同的使用工況，汽車變速器普遍朝著系列化、多檔位、組合化方向發(fā)展。轎車變速器檔位朝 6 檔方向發(fā)展，轎車用 7 檔手動和自動變速器(如：奔馳新型 7G-TRONIC 自動變速器)已開發(fā)成功；微型車、輕型商用車及客車變速器朝 6 檔方向發(fā)展，大型客車變速器已發(fā)展至 8 檔；重型商用車變速
器普遍采用組合式 9 檔、10 檔，最多已達 16 檔。
大傳動比、小檔間級差化。為了滿足商用車重載或坡道起步以及在困難路面上穩(wěn)定行駛的要求，與之匹配的汽車變速器傳動比范圍均有不同程度的增大趨勢，特別是重型商用車尤為明顯，目前最低檔傳動比已至 17 左右，最高檔傳動比已至 0.7 左右； 各檔位之間的傳動比級差逐步縮小，趨于“理想功率水平”。
小型化、輕量化。小型化是指傳遞同等扭矩的情況下，變速器的尺寸朝著越來越小的方向發(fā)展。輕量化是指傳遞同等扭矩的情況下，重量越來越輕的發(fā)展趨勢。廣泛采用高強度鎂鋁合金，主、副箱整體集成化筒式結(jié)構(gòu)殼體，進一步減輕變速器重量； 采用短行程、雙錐面、多錐面新型同步器，使結(jié)構(gòu)更趨緊湊。大量采用 CAD/CAE/CAM 等輔助設(shè)計、分析、制造方法，不斷地優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少零部件，提高制造精度，提高承載能力是變速器小型化、輕量化重要途徑之一。
操縱輕便化、換檔自動化、整車電子集成控制一體化。汽車變速器正朝著換檔力不斷減小，操縱更加輕便、靈活以及多元化(AT、CVT、雙離合器、AMT 等)自動換檔方向發(fā)展，采用的技術(shù)包括：優(yōu)化設(shè)計齒形參數(shù)和操縱機構(gòu)；采用新材料和高效、高精度加工方法；減小旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動慣量；采用短行程，雙錐面、多錐面同步器等。另外，整車電子集成控制一體化，全面優(yōu)化車輛自動控制系統(tǒng)也是重要的發(fā)展方向，即將 ECU 與 EDC、ABS、ASR 等有機地集成一體，通過 CAN 總線技術(shù)適時進行數(shù)據(jù)同步交換、共享，實現(xiàn)全面優(yōu)化自動控制。
綠色環(huán)?；?。汽車變速器是汽車節(jié)能技術(shù)重要的發(fā)展方向，未來汽車變速器將更加注重綠色環(huán)?；l(fā)展。對于汽車變速器而言，進一步降低噪聲，防止?jié)B漏油，與環(huán)保發(fā)動機有機、協(xié)調(diào)發(fā)展，全面配置兼容各種型式的緩速器，減少來自傳統(tǒng)制動系的污染，并同時保證車輛制動安全、可靠等是變速器綠色環(huán)?；夹g(shù)的重要發(fā)展方向。
4.研究手動變速器的意義
雖然和自動變速器相比，手動變速器在操作上略顯復(fù)雜，但能給汽車愛好者帶來更好的操作體驗、較高的傳動效率、較好的燃油經(jīng)濟性，手動變速器的動力性也強于自動變速器，可使汽車在更短時間內(nèi)加速或超車。另外，手動變速器問世己久，各方面技術(shù)都己非常成熟，制造及維修成本也更低。
據(jù)統(tǒng)計，在輕型車中一款手動變速器的制造成本一般占整車制造的 7％，屬于汽
車制造中的大型零部件。而對于消費者，一款變速器的品質(zhì)優(yōu)劣直接影響著車輛的操縱性、可靠性、舒適性和經(jīng)濟性等汽車性能。另外，整車的操縱性、燃油經(jīng)濟性、尾氣排放在很大程度上與發(fā)動機和變速器的組合性能相關(guān)。我國的汽車市場在不斷擴大，且保持著高位增長，加上手動變速器在汽車上有著絕對領(lǐng)先的占有率，所以手動變速器仍在國內(nèi)市場有著絕對的優(yōu)勢。這樣一來，對于手動變速器的研究就有著重大意義。
5.擬開展的工作
查閱相關(guān)資料，了解研究課題的意義價值、研究概況和發(fā)展趨勢。針對某車用二軸五檔變速器傳動機構(gòu)總體設(shè)計方案，并進行評價，對變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設(shè)計。選擇既能使結(jié)構(gòu)緊湊又能符合傳動性能的中心距和分配合理的各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)換擋平順；對變速器齒輪的強度進行計算與材料選擇，使齒輪能夠滿足設(shè)計要求；設(shè)計與校核變速器軸，使軸能夠滿足設(shè)計要求，根據(jù)計算和校核結(jié)果對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪制兩張 A0 的設(shè)計圖紙， 。
二軸五檔機械式變速器轉(zhuǎn)動機構(gòu)設(shè)計
二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)設(shè)計
摘 要
在汽車的傳動系統(tǒng)中變速器是重要的一個環(huán)節(jié)，其有著獨有的作用：將汽車發(fā)動機傳輸出來的轉(zhuǎn)速降低以起到降速的作用；通過齒輪副的傳遞改變轉(zhuǎn)動方向從而實現(xiàn)倒車行駛；通過設(shè)置空檔的方式讓動力中斷。本次設(shè)計通過數(shù)據(jù)計算與分析，選擇了合適的兩軸間距，然后確定齒輪的各個參數(shù)，最后從齒輪所受力以及磨損情況分析，確定齒輪采用的材料，以及所需對齒輪進行的熱處理工藝，然后對齒輪軸和軸承進行受力分析計算，以確保其強度滿足使用要求。通過計算結(jié)果利用 CAD 繪圖軟件繪制二維圖。通過設(shè)計，更深刻的了解了變速器的結(jié)構(gòu)以及工作原理，對大學(xué)所學(xué)知識有了進一步的掌握，且本文設(shè)計對變速器設(shè)計行業(yè)也提供了一些參考。
關(guān)鍵詞：變速器；傳動比；齒輪；軸
II
ABSTRACT
Transmission is an important link in the transmission system of the car, which has a unique role: reduce the speed of the car engine transmission to play a role in reducing the speed; change the direction of rotation through the transmission of gear pair to achieve reverse driving; set the neutral mode to interrupt the power. In this design, through data calculation and analysis, the appropriate distance between two shafts is selected, and then the parameters of the gear are determined. Finally, from the analysis of the force and wear of the gear, the materials used for the gear and the heat treatment process required for the gear are determined, and then the stress analysis and calculation of the gear shaft and bearing are carried out to ensure that the strength meets the use requirements. Through the calculation results, two-dimensional drawings are drawn by CAD drawing software. Through the design, we have a deeper understanding of the structure and working principle of the transmission, have a further grasp of the knowledge learned in the University, and the design of this paper also provides some reference for the transmission design industry.
Key words: transmission; transmission ratio; gear; shaft
目 錄
IV
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 I
1 緒 論 1
1.1 概述 1
1.2 變速器的類型： 1
1.3 變速器的工作原理 2
1.4 變速器的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.5 研究的目的、依據(jù)和意義 3
1.6 研究的方法 3
2 變速器設(shè)計方案的確定 4
2.1 倒擋布置形式的選擇 4
2.2 齒輪形式的選擇 4
2.3 變速器換擋機構(gòu)的選擇 5
3 變速器主要參數(shù)選擇和零件設(shè)計 6
3.1 變速器最大傳動比的選擇 6
3.2 變速器其他傳動比的選擇 7
3.3 中心距的確定 7
3.4 齒輪的參數(shù)選擇 7
4 各擋齒數(shù)的分配 9
4.1 一擋齒輪參數(shù)的計算 9
4.2 二擋齒輪參數(shù)的計算 10
4.3 三擋齒輪參數(shù)的計算 12
4.4 四擋齒輪參數(shù)的計算 13
4.5 五擋齒輪參數(shù)的計算 14
4.6 倒檔齒輪參數(shù)計算 16
5 變速器零件校核 17
5.1 齒輪材料的選擇原則 17
5.2 計算各軸的轉(zhuǎn)矩 17
5.3 輪齒的校核 18
5.4 軸的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計 25
5.5 軸承選擇與壽命計算 33
6 變速器同步器的設(shè)計 37
6.1 同步器的結(jié)構(gòu) 37
6.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 38
結(jié) 論 40
參考文獻 41
致 謝 42
1 緒 論
1.1 概述
本研究主要研究了捷達汽車的汽車變速器，因為在水平、爬坡加速等過程中汽車所需的動力不同，所需的牽引力也不同，所以在不同環(huán)境下通過變速器調(diào)節(jié)動力。根據(jù)不同的路況在最適合的動力下工作對發(fā)動機或者傳輸裝置的損壞最小，因此對汽車壽命有利。當(dāng)需要時，變速箱也可以提供汽車所需的一些動力。
（1）對變速器有如下基本要求：
（2）可以保證汽車的動力支撐足夠，
（3）當(dāng)希望切斷發(fā)動機帶動后輪驅(qū)動時，可以利用設(shè)置空擋的方式。
（4）希望汽車后退時，將檔位設(shè)置為倒擋。
（5）具備動力裝置，且可以將動力傳輸出去。
（6）更換檔位時既省力又方便快捷。
（7）工作穩(wěn)定可靠，在變速器工作過程中不能出現(xiàn)亂檔或者跳檔的現(xiàn)象，且換擋時不能出現(xiàn)大的沖擊力。
（8）盡量能有較高效率。
（9）變速器的工作噪聲低。
此外，變速箱還要盡可能符合工效學(xué)要求，保證質(zhì)量 降低成本 便于拆卸與維修。車輛的必要動態(tài)和經(jīng)濟指標(biāo)與傳動比，道路狀況越來越復(fù)雜，傳動比越大。
1.2 變速器的類型：
（1）手動變速箱：手動變速器的操縱機構(gòu)是比較節(jié)能的變速方式之一，并且在當(dāng)今社會，中國企業(yè)掌握著手動變速箱的核心技術(shù)，積累了長期實際操作的經(jīng)驗，無論在價格還是質(zhì)量上都會有更大的優(yōu)勢。短期內(nèi)將繼續(xù)主流化。其缺點是操作不便，特別是在城市路況較為擁擠的情況下。[1]
（2）自動變速器：由于其技術(shù)不斷發(fā)展，使用越來越多，越來越數(shù)字化。
AISIN AW 公司是日本目前最大的一家自動變速器公司，在 11 年前，AISIN AW 公司在研制方面較為領(lǐng)先，成功做出了自動變速器--八前速變速器，型號為 AA80E 型。當(dāng)汽車采用該款變速器進行變速時將具有較大的整體傳動比。其結(jié)果便是駕駛者可以在幾乎任何行駛條件下選擇最好的傳動比。[2]電子控制模塊可以提供多種大小不同的傳動比，因此可以調(diào)節(jié)到任何需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，從而降低燃油消耗，增加反向平穩(wěn)度。發(fā)動機轉(zhuǎn)速和驅(qū)動狀態(tài)達到匹配的理想狀態(tài)時，發(fā)動機的輸出動力增加，而且動力使用效率提高，因此更加節(jié)省汽車燃油量，而且因為動力切合而在一定程度上降低了噪音。[3]
42
（3）無級變速器（CV T）：無齒輪傳動需要兩組移動錐體和一個皮帶或傳動鏈， 可以在無限數(shù)量的前進檔中進行.CVT 傳動皮帶，鏈條和動力，可變槽寬度錐輪和傳動選擇比例，即變錐齒輪槽的寬度，從而傳動輪和驅(qū)動輪的傳輸比發(fā)生變化。CVT 實際上沒有等級，比 AT AT 更有效率，燃油效率更低。投入市場后，在市場上得到良好的反響，應(yīng)用模式不斷增加，如雨后春筍般發(fā)展了起來。
目前，世界上所有的大規(guī)模汽車制造商都在為提高產(chǎn)品的競爭力，強烈要求通用， 尼桑等知名品牌的無級變速器汽車銷售配備。CVT 年產(chǎn)量目前達到 五十萬車次之多。不得不提的是，之前在日本市場配有 CVT 的車輛占據(jù)主流，但是這個趨勢正不斷向歐洲北美等市場蔓延，就目前來說，在汽車行業(yè) 裝備 CVT 變速器的汽車前景優(yōu)良。
1.3 變速器的工作原理
普通齒輪傳動即固定軸傳動，由齒輪箱，齒輪等部件組成，可以改變汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，而且通過調(diào)節(jié)還可以改變旋轉(zhuǎn)方向。
（1）.變速原理
傳動比 = 主動齒輪的轉(zhuǎn)速 = 從動齒輪的齒數(shù)
從動齒輪的轉(zhuǎn)速 主動齒輪的齒數(shù)
自動變速器是基于齒輪傳動這一原理，并使用多種不同尺寸的齒輪來換檔。
（2）.變向原理
汽車發(fā)動機的工作過程是一個順序過程，這個過程是不可逆轉(zhuǎn)的，但是為了是汽車不僅可以前進而且可以后退，我們在變速器中將倒擋“R”功能加入其中，使汽車可以后退。倒擋是有一個傳動機構(gòu)產(chǎn)生的，這個傳動機構(gòu)是在汽車傳動機構(gòu)中間加入一個齒輪，這個齒輪可以用來改變傳動軸的傳動方向，從而實現(xiàn)汽車后退。
1.4 變速器的發(fā)展現(xiàn)狀
作為傳遞動力和改變傳動速度的重要手段，變速箱的制造要求在國外也越來越苛刻。中國汽車傳動市場處于目前正在蓬勃發(fā)展的喜人狀態(tài)。在二零一零年，中國汽車在一年 內(nèi)的銷量已達一千八百萬輛，與同期相比有了大幅度增加，增長率為百分之四十六，而 僅僅過了四年，在二零一五年汽車年銷量便已經(jīng)突破了四千萬輛。中國傳動業(yè)面臨巨大 市場增長的重大機遇。在兩千零九年，僅僅在中國汽車的汽車傳動市場，銷售額已經(jīng)超 過了五十二億，獲得了較大進步年均增長 20％以上。
近幾年以來，汽車乘用車銷量不斷攀升，在兩千零七年，僅在中國國內(nèi)，乘用車變速器銷量便達到了驚人的六百萬件以上，可謂規(guī)模龐大，雖然其中手動變速器仍然為主要部分，但是隨著技術(shù)不斷發(fā)展，機械式自動變速器技術(shù)趨于成熟，所以在國內(nèi)自動變
速器銷量越來越好，需求不斷攀升，而且在近幾年，商用車銷量也在不斷攀升，僅僅在兩千零七年一年，商用變速器在國內(nèi)的市場便達到了二百萬件， 現(xiàn)在市場主流依然是較為輕便的輕型貨車使用的變速器，但是隨著運輸業(yè)發(fā)展，重型車變速器也將在國內(nèi)市場逐漸發(fā)力。對于手動變速器來說，基本上為國產(chǎn)產(chǎn)品，這對于我國汽車制造業(yè)來說無疑是個好消息，但是不幸的是， 自動變速器它的核心技術(shù)國內(nèi)還未掌握，大部分核心還在國外，國內(nèi)自動變速器多為進口，因此 面對國外的挑戰(zhàn)，中國制造企業(yè)壓力很大。
1.5 研究的目的、依據(jù)和意義
在二十一世紀，汽車工業(yè)為我國經(jīng)濟發(fā)展提供了不可磨滅的貢獻，而且這個貢獻還在提升。事實上，像人們一樣，汽車與衛(wèi)生系統(tǒng)有機結(jié)合。發(fā)動機是心臟 車輪 底盤
和懸架則化為軀干和四肢，但連接類似于身體的經(jīng)向速度傳輸系統(tǒng)。如果車輛失去傳播的中心部分 心臟 四肢和軀干要是再好，汽車也是廢鐵一堆。傳動裝置是汽車行業(yè)不可或缺的產(chǎn)物，這是汽車的必需品。用于將發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速改變?yōu)轵?qū)動輪的驅(qū)動，在
某種程度上，變速器決定了汽車動力的性能，而且還影響了汽車燃油消耗，因此變速器
對于汽車的本身來說，設(shè)計具有十分明顯的意義。當(dāng)今社會，人們對于汽車的各方面性能要求越來越高，大家的品味也越累越高，因此乘客駕駛體驗等也成為了汽車評價的一個重要參考量。綜合學(xué)習(xí)運用《汽車結(jié)構(gòu)》 《汽車設(shè)計》 《機械設(shè)計》 等其他大學(xué)
課程知識，可以實現(xiàn)理論實踐相結(jié)合，而且可以對汽車變速器有更深一步的認識。
1.6 研究的方法
通過分析學(xué)習(xí)近幾年來國內(nèi)外傳輸設(shè)計的文獻綜述，結(jié)合自身在大學(xué)期間學(xué)習(xí)的各種專業(yè)知識，靈活構(gòu)思，最終得出如下的設(shè)計。比較不同的方案以及方法來設(shè)計最合適的解法，計算每個齒輪比和齒輪箱結(jié)構(gòu)的參數(shù)。為了計算軸和軸承，需要查閱相關(guān)手冊及參考資料。 此外，現(xiàn)有的傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)可以得到改善，提高效率。
2 變速器設(shè)計方案的確定
2.1 倒擋布置形式的選擇
常見的倒檔布置方案如圖 1-1 所示
圖 1-1 倒檔布置方案
圖 2-3（b）方案的優(yōu)點在于防止多對齒輪之間互相嚙合。如果是在換擋時，有兩對齒輪同時進入了嚙合的狀態(tài)，則會導(dǎo)致?lián)Q擋困難。圖 2-3（c）方案雖然倒擋傳動比比較大，但是換擋的程序不夠科學(xué)合理。圖 2-3（d）方案在 2-3（c）的基礎(chǔ)上對其缺點做了修改。圖 2-3（e）所示的方案是倒擋的齒輪設(shè)計成一個整體，加長了它齒寬。圖 2-3（f） 方案，常嚙合的齒輪可以被所有齒輪所通用，方便換擋。本文選擇 2-3（f）作為倒檔傳動布置方案。
2.2 齒輪形式的選擇
齒輪形式有兩種形式，第一個是直齒圓柱齒輪，第二個是斜齒圓柱齒輪。
后者使用的時間長，工作時產(chǎn)生的噪聲低，這是其優(yōu)勢，但是制造時較為復(fù)雜，耗費時間精力。 [4]
本設(shè)計倒檔采用前者，其他檔位采用后者。
2.3 變速器換擋機構(gòu)的選擇
變速器換擋機構(gòu)有三種方式 第一個是直齒滑動的齒輪 第二個是嚙合套 第三個是同步器換擋。使用軸向第一個換擋，會沖擊輪齒端面 磨損齒輪的端部，與此同時， 伴隨著噪聲污染。使用第二個換擋，能夠承受換擋沖擊載荷接合齒的齒數(shù)量比較多 會使其過早損壞，并且不能消除換擋的沖擊。第三個一般會選擇慣性式的變速器，它可以使得換擋更快、沒有沖擊、沒有噪聲污染，應(yīng)用廣泛。[5]故本設(shè)計均采用第三種方式進行換擋，
如圖 2-4 所示：
圖 2-4 鎖環(huán)式同步器示意圖
3 變速器主要參數(shù)選擇和零件設(shè)計
3.1 變速器最大傳動比的設(shè)計
變速器最大傳動比根據(jù)所要滿足的最大爬坡度的要求，其汽車行駛方程式
Temax ig i0hT
= Gf +
CD A u2 + Gi + dm du
r 21.15 a dt
當(dāng)汽車使用一檔在無風(fēng) 平順的道路上行駛時，公式可簡化為
Te m aigxi0hT
r
即： i
= Gfc o sa + Gs i na
3 Gr( fcosa + sina )
（3 -1）
g1 T i h
tq 0 T
Tmax
— 發(fā)動機輸出最大轉(zhuǎn)矩（ N × m ）; m — 汽車的質(zhì)量（kg）; g — 重力加速度
（N / kg） G — 作用在汽車上的重力（N）;
i0 — 主減速傳動比;
hT — 傳動系統(tǒng)的效率；
r — 車輪半徑（m）; f — 滾動阻力系數(shù); a — 爬坡度（ o ）。根據(jù)滾動阻力系數(shù)圖，初選 f = 0.025 。
將 m = 1210kg ；hT = 71.8% ； r = 0.317m ； f = 0.025 代入式（3 -1），
求得：
根據(jù)需滿足的附著條件：
ig1 3 2.783。
Tmax × i0 × ig1 ×hT
2
￡ F ×f
（3 - 2）
在水平的混凝土路面，取f = 0.75 。
將數(shù)據(jù)代入式（3-2），
求得：
i ￡ F ×f × r = 9 2 7′0 0 .′7 5 0=. 3 1 6
g1 T
×i ×h
2 1 1′
3 . ′
4 . 1 7
m a x 0 T
4 7 0 . 7 1 8
由式（3-1）和（3-2）可知： 4.179 3 ig1 3 2.783。
現(xiàn)如今，乘用車一檔的傳動比在 3 以上 4.5 以下，初步選取一檔傳動比ig1 = 3.2 。
3.2 變速器其他傳動比的選擇
由上述條件初選一擋傳動比為ig1 = 3.2 。汽車傳動系的各擋傳動比例一般按等比來
分步： 即：
ig1
ig 2
= ig 2
ig 3
= q ， ig 3
= q2 ,i
= q3 ,i
= q4
g 2
g1
初選：
3.3 中心距的確定
ig2 = 2.26,ig 3 = 1.6,ig 4 = 1.13,ig 5 = 0.8
初選中心矩的計算參照下述公式：
A = KA × 3 Te m a x×i1 ×hg
（3-3）
式中 Te m a —發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（ N × m ）；Te max = 155N × m K A —中心距系數(shù)；K A 取
值范圍 8.6—9.6。取 K A = 8.97 ；i1 —變速器一擋傳動比 i1 = 3.2 ；hg —變速器傳動效率
h g = 0.96 。
將數(shù)據(jù)代入式（3-3） 求得： A = 68mm 。
3.4 齒輪的參數(shù)選擇
（1）齒輪模數(shù)
根據(jù)實際使用情況選擇合適的齒輪模數(shù) m=25。
（2） 壓力角
乘用車選擇較小的壓力角可以降低噪聲而選擇較大的壓力角則會增加強度 本設(shè)計根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)壓力角的規(guī)定 選擇20° 壓力角。
（3）螺旋角
汽車的變速器齒輪大多采用斜齒輪 在倒擋齒輪和一擋齒輪的情況下用直齒輪，這樣做可以減少工作的噪聲，提高強度。螺旋角的確定需要注意下面的問題。
如果螺旋角越大，齒輪嚙合的重合程度越大 從而工作會平穩(wěn)，噪聲會降低，與此
同時，有相關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)螺旋角越大，齒輪的強度會越高。若螺旋角大于30° 齒輪的抗彎強度就會變低 然而其接觸強度卻會變高。[7]應(yīng)該在這之間選擇最均衡的方式。 最后 由于嚙合齒輪模數(shù)、齒數(shù)不同等緣由導(dǎo)致中心距不等的現(xiàn)象 可以調(diào)整螺旋
角，消除其影響。對于斜齒輪螺旋角的初始取值范圍：18o ~ 29o 。
（4）齒寬設(shè)計
增加齒輪螺旋角，可以減少軸向尺寸和質(zhì)量，減小齒寬，削弱齒輪傳動平穩(wěn)的程度， 但是這種方式，會增大軸承的軸向力，從而減少使用時間[8]，齒的寬度還會增加齒輪工作應(yīng)力。確定齒寬：
直齒齒寬
b = KC m
KC — 齒寬系數(shù)
4.5 ~ 8.0 。
斜齒齒寬
b = KC mn
KC — 齒寬系數(shù) 6.0 ~ 8.5 。
4 各擋齒數(shù)的分配
傳動比結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖 4-1 變速器簡圖
1.輸入軸一擋齒輪 2.輸出軸一擋齒輪 3.輸入軸二擋齒輪 4.輸出軸二擋齒輪
5.輸入軸三擋齒輪 6.輸出軸三擋齒輪 7.輸入軸四擋齒輪 8.輸出軸四擋齒輪
9.輸入軸五擋齒輪 10.輸出軸五擋齒輪 11.輸入軸倒擋齒輪 12.輸出軸倒擋齒輪
13.倒檔中間齒輪
4.1 一擋齒輪參數(shù)的計算
Z
一擋斜齒輪模數(shù)2.5 ，初選cos b1-2 = 22°
一擋傳動比： ig1 = 2
Z
1
求 Z1 Z 2 的齒數(shù)和Z h
=
Z
2Acos b1-2
m
h
n
= 2′ 66cos22° = 48.96 取整為49
2.5
修正中心距A
Z1 = 11.65
取12
Z 2 = 49 -12 = 37
一擋齒輪角度變位：
A0 =
mn Zh
2cosb
= 2.5′（12 + 37）= 69.06mm
2cos22°
端面壓力角
a t ： t a
a t = t a
a n / cos b1-2 = 0.392
\a t = 2 1 . 4°
嚙合角
a , ： c o a , = Ao c o as
= 0 . 9 3
t t A t
t
\a , = 2 1 . 2°
(z + z
1
)(i n av
, - i n av )
變位系數(shù)之和
xnS =
2 t
2 t a na n
t = -0.11
查變位系數(shù)線圖得： u = z2 = 3.2
z1
x1 = 0.41
x2 = -0.52
計算一擋齒輪1、2 參數(shù)： 分度圓直徑
d1 = mn z1 / c o bs1-2 = 2 . 5′
1 2 / c o °s 2=2 3 2 .
an
n
d2 = mn z2 / c o bs1-2 = 2 . 5′
3 7 /
° 2 2=
9 9 . 7
齒頂高
ha1
= (h*
+ x1
- Dyn )m
= 3 . 7 4 m
ha2
= (h*
+ x2
- Dyn )m
= 1. 4 1 5 m
an
n
式中：
yn =（A - A0）/m n =（6 6 - 6 6 .）0 6 / =2 .-5
Dyn = xn ? - yn = - 0 . 1 1+
0 . 0 2=4 -
齒根高
h = (h*
+ c* - x )m
= 2 . 1 m
f 1
hf 2
an
an
= (h*
1 n
2
n
+ c* - x )m
= 4 . 4 2 5 m
齒頂圓直徑齒根圓直徑當(dāng)量齒數(shù)
da1 = d1 + 2ha1 = 3 9 . 8 3 6
da2 = d2 + 2ha2 =1 0 2 . 0 6 2
d f 1 = d1 - 2hf 1 = 2 8 . 1 5 6
d f 2 = d2 - 2hf 2 = 9 0 . 9 1 4
v1 1 1-2
z = z / c o 3sb = 1 5 . 0
v2 2 1-2
z = z / c o 3sb = 4 6 . 4
4.2 二擋齒輪參數(shù)的計算
二擋斜齒輪模數(shù)2.25 ，初選 b3-4 = 24°
i = Z 4
g 2 Z
3
A = mn (Z3 + Z 4 )
2cosb3-4
Z3 + Z 4
= 2Acosb3-4
mn
= 2′ 66cos24° = 53.59
2.5
取整為54
Z = 15.81，取整為17
Z = 37 則， i￠
= Z 4
= 37
= 2.1765 ? i
= 2.390
3
二擋齒輪角度變位
Z
3
4 2 17 g 2
理論中心距
Ao =
mn (Z3 + Z 4 )
2 c o sb3-4
= 6 9 . 7 5 m
端面壓力角 t a
at = t a
a n / c o b3-4
at = 2 1. 5 7°
端面嚙合角
c o as , = Ao c o as = 66.499 cos 21.574°
?
t A t 66
變位系數(shù)之和
xn S
a , = 20.451°
t
3 4 t t
=
(z + z )(i n av , - i n av )
2 t a na n
= - 0 . 2
查變位系數(shù)線圖得：
u = z4 = 2.297
z3
xn S
= -0.216
x3 = 0 . 3
二擋齒輪參數(shù)：
x 4 = xn S - x3 = -0.566
分度圓直徑
d = z3 mn
= 4 1. 8 7 0
3 c o sb
3-4
d = z4 mn
= 9 1. 1 2 8
4 c o sb
n
3-4
齒頂高
ha3
= (h*
+ x3
- Dyn )m
= 3 . 0 2 9 m
an
ha4
= (h*
+ x4
- Dyn )m
= 0 . 9 6 7 5
an
n
式中：
yn =（A - A0）/m n = - 0 . 2
an
Dyn = xn ? - yn = -0 . 0 0
齒根高
hf 3
= (h*
+ c * - x )m
n
3
4
n
= 2 . 0 2 5 m
hf 4
= (h*
+ c * - x
)mn = 4 . 0 8 6 m
an
n
齒頂圓直徑齒根圓直徑
da3 = d3 + 2ha3 = 4 7 . 9 2 8
da4 = d4 + 2ha 4 = 9 3 . 0 6 3
d f 3 = d3 - 2hf 3 = 3 7 . 3 7 0
當(dāng)量齒數(shù)
d f 4 = d4 - 2hf 4 = 8 2 . 9 5 6 z = z / c o 3sb = 2 2 . 2 z = z / cos3b = 49.843
v3 3 3-4
v4 4 3-4
4.3 三擋齒輪參數(shù)的計算
三擋斜齒輪初選 b5-6 = 22° ，模數(shù)2.25
i = Z6
3 Z
= 1 . 6 4
5
A = mn (Z5 + Z 6 )
2 cos b5-6
h 5 6
Z = Z + Z = 5 4 . 3
取整為55
Z 5 = 19.727 取整21， Z 6 = 34
Z
g 3
g 3
i￠ = Z6 = 34 = 1.619 ? i = 1.788
三擋齒輪角度變位： 理論中心距
5 21
A = mn (Z5 + Z 6 ) = 6 9 . 7 4 m
o 2 c o sb
5-6
端面壓力角 t a
at = t a
a n / c o b5-6 = 0 . 3 8
at = 2 1. 2 °1
端面嚙合角
c o as , = Ao c o as = 66.734 cos 21.218° = 0 . 9 4
t A t 66
變位系數(shù)之和
xn S =
a , = 19.511°
t
5 6 t t
(z + z )(i n av , - i n av )
2 t a nan
= - 0 . 3
查變位系數(shù)線圖得三擋齒輪5、6 參數(shù)：
u = z5 = 1.649
z6
x5 = 0.19
x6 = - 0 . 5
分度圓直徑
d = z5 mn
= 5 0 . 9 1 6
5 c o sb
5-6
d = z6 mn
= 8 2 . 5 0 8
6 c o sb
5-6
齒頂高
ha5 ha6
= (h*
an
an
= (h*
+ x5
+ x6
- Dyn )m
n
n
- Dyn )m
= 2 . 6 4 2 m
= 1. 0 8 9 m
式中：
yn =（A - A0）/m n = - 0 . 3
Dyn = xn ? - yn = 0 . 0 1
齒根高
hf 5
hf 6
= (h*
an
an
= (h*
+ c * - x
n
n
5
6
+ c * - x
)mn
)mn
= 2 . 3 8 5 m
= 3 . 9 3 8 m
齒頂圓直徑齒根圓直徑當(dāng)量齒數(shù)
da5 = d5 + 2ha5 = 5 6 . 2 4 5
da6 = d6 + 2ha 6 = 8 4 . 6 8 6
d f 5 = d5 - 2h f 5 = 4 6 . 1 9 1
d f 6 = d6 - 2h f 6 = 7 4 . 6 3 3
v5 5 5-6
z = z / c o s3 b = 2 6 . 3
v6 6 5-6
z = z / c o s3 b = 4 2 . 6
4.4 四擋齒輪參數(shù)的計算
四擋斜齒輪初選 b7-8 = 24° 模數(shù)mn = 2.5
i = Z8
g 4 Z
= 1.184
7
A = mn (Z7 + Z8 )
2cos b7-8
Z7 + Z8 = 48.24
取整49
Z 7 = 20.614
取整為23
Z8 = 26
Z
7
i￠ = Z8 = 26 = 1. 1 3 0? i = 1 . 3 7
四擋齒輪角度變位： 理論中心距
g 8 23 g 8
A = mn (Z7 + Z8 ) = 6 7 . 0 6 4
o 2 c o sb
端面壓力角 t a
at = t a
7-8
a n / c o b7-8 = 0 . 3 9
at = 2 1 . 4°
端面嚙合角
c o as , = Ao c o as = 67.046 cos 21.42° = 0 . 9 4
t A t 66
t
)
a , = 21.02°
變位系數(shù)之和
x = (z7
+ z8
)(i n av
, - i n av
t = - 0 . 3
t
n
n S 2 t a na
查變位系數(shù)線圖得四擋齒輪7、8 參數(shù)
u = z8 = 1.184
z7
x 7 = - 0.03
x8 = - 0 . 3
分度圓直徑
d = z7 mn
= 6 2 . 9 4 2
7 c o sb
7-8
d = z8 mn
= 7 1. 1 5 1
8 c o sb
n
7-8
齒頂高
ha7
= (h*
+ x7
- Dyn )m
= 2 . 3 7 5 m
an
ha8
= (h*
+ x8
- Dyn )m
= 1. 5 5 m
an
n
式中 yn =（A - A0）/m n = -0 . 4
an
n
7
Dyn = xn ? - yn = -0 . 0
齒根高
hf 7
= (h*
+ c * - x
)mn
= 3 . 2 m
hf 8
= (h*
+ c * - x
)mn
= 4 . 0 2 5 m
an
n
8
齒頂圓直徑齒根圓直徑當(dāng)量齒數(shù)
da7 = d7 + 2ha7 = 6 7 . 6 9 2
da8 = d8 + 2ha8 = 7 4 . 2 5 1
d f 7 = d7 - 2hf 7 = 5 6 . 5 4 2
v7 7 7-8
v8 8 7-8
d f 8 = d8 - 2hf 8 = 6 3 . 1 0 1 z = z / c o 3sb = 3 0 . 1 z = z / c o 3sb = 3 4 . 1
4.5 五擋齒輪參數(shù)的計算
9- n10
五擋斜齒輪初選 b = 22° 模數(shù)m = 2.25
i = Z10
g 5 Z
= 0.85
9
A = mn (Z9 + Z10 )
2 cos b9-10
Z9 + Z10 = 54.39
取整55
Z9 = 29.4
取整31
Z10 = 24
Z
9
i￠ = Z10 = 24 = 0 . 7 7?4 0
五擋齒輪角度變位理論中心距
g 5 31
A = mn (Z9 + Z10 ) = 6 6 . 7 3 4
o 2 cos b
端面壓力角 t a
at = t a
9-10
a n / c o b9-10 = 0 . 3 8
at = 2 1. 2 °1
端面嚙合角
c o as , = Ao c o as = 66.734 cos 21.218° = 0 . 9 4
t A t 66
t
a , = 19.511°
變位系數(shù)之和
xn S
(z + z )(inva , - inva )
9 10 t t
=
2 tana n
= - 0 . 3
查變位系數(shù)線圖得五擋齒輪1、2 參數(shù)
u = Z9 = 1.292
Z10
x9 =
0.19
x10
= - 0 . 5
分度圓直徑
d = z9 mn
= 7 5 . 2 2 8
9 cos b
9-10
d = z10mn
= 8 0 . 5 1 2
10 cos b
9-10
齒頂高
ha9 h
= (h*
an
= (h*
+ x9
+ x
- Dyn )m
n
- Dy )m
= 2 . 6 4 2 m
= 1. 0 8 9 m
a10 an 10 n n
式中 yn =（A - A0）/m n = -0.326
Dyn = xn ? - yn = -0 . 0 8
齒根高
hf 9
= (h* + c * - x )m = 2 . 3 8 5 m
an
n
10
n
9
n
f 10
an
n
h = (h*
+ c * - x
)m = 3 . 9 3 8 m
齒頂圓直徑齒根圓直徑
da9 = d9 + 2ha9 = 8 0 . 5 1 2
da10 = d10 + 2ha10 = 6 0 . 4 1 9
d f 9 = d9 - 2hf 9 = 7 0 . 4 5 8
d f 10 = d10 - 2hf 10 = 5 0 . 3 6 5
當(dāng)量齒數(shù)
4.6 倒檔齒輪參數(shù)計算
z = z / cos3b = 3 8 . 8
v9 9 9-10
v10 10 9-10
z = z / cos3b = 30.112
根據(jù)一般原則倒擋齒輪應(yīng)選擇與一擋齒輪相近的模數(shù) 倒擋齒輪Z12 的齒數(shù)在
21～23之間進行選擇 計算輸入軸與倒擋軸的中心距 A，。
初選 Z11 = 21
Z12 = 13
A， = 1 m(Z
2 11
+ Z12
) = 1 ′ 2.5′ (13 + 21) = 42.5mm
2
為確保倒擋齒輪不會發(fā)生運動干涉 齒輪11和12 的齒頂圓之間應(yīng)具有大于0.5mm
的間距 則齒輪12 的齒頂圓直徑 De12 ：
De12 + 0.5 + De11 = A
2 2
De12 = 2A - De11 -1 = 2′ 66－2.5′(13 + 2)－1 = 93.5mm
Z = De12 - 2 = 93.5 －2 = 35.4
n m 2.5
齒輪11、12 的齒頂圓要有大于0.5mm 的間距
計算倒擋 輸出兩軸間中心距 A￠
Z12 = 34
A,, = m(z12 + z11 ) = 2.5′ (21+ 34) = 68.75mm
倒擋的傳動比為
2
i = z13 ′ z12
2
= 2.615
z11 z13
5 變速器零件校核
5.1 選擇齒輪材料
1.在不同的工作環(huán)境下，齒輪受力等方面均不一樣，因此我們可以對其選擇不同的不同的材質(zhì)的材料，但是一般來說，齒輪都需要一定的強度和硬度、耐磨度，但是由于硬度和韌性，因此在增加硬度的時候韌性會下降，所以應(yīng)選用表面處理工藝，得到表面硬度高人內(nèi)部韌性好的材料。
2.選擇合適的材料搭配，齒輪大小不同，受力不同，受磨損或者其他消耗也不相同， 因此對于大小齒輪搭配來說，小齒輪的硬度總是應(yīng)該略大于大齒輪，這樣可以保證二者有著相似的使用壽命，一般為了讓大小齒輪使用壽命相似，硬度差一般在三十到五十布氏硬度。此外，大小齒輪一般使用不同牌號的材料，這是因為這樣可以提高弱者的膠合能力。[9]
3. 對其進行后期熱處理以改變材料性能，一般是提高材料的加工性能。一般來說， 對于較大尺寸的齒輪，因熱處理空間難以達到，所以一般是采用鑄造件，材料一般采用鑄鋼材料或者鑄鐵材料，對于那些大尺寸的齒輪 在生產(chǎn)中一般直接使用鑄造毛坯，這
個也可以選擇使用鑄鋼件或者選擇使用鑄鐵件。對于尺寸不大的齒輪，一般要采用鍛造鋼材來制造，對于那些尺寸小，熱切對于質(zhì)量的要求又不高的齒輪，一般可以選擇圓鋼材料。根據(jù)需要的齒輪的硬度要求，適當(dāng)選擇中碳鋼或者合金鋼，然后進行正火、淬火等后續(xù)的熱處理工藝，如果有需要還可以進行表面滲碳、表面滲氮等工藝進行處理，提高表面抗磨損度，以及提高表面硬度。 [10]。
由于變速器中齒輪是在一直運動的，它們呢的轉(zhuǎn)動需要磨損材料，而且受理較大， 所以還需要一定的剛度來保證零件不會發(fā)生彎曲變形現(xiàn)象，因此需要對齒輪進行表面強化處理。
5.2 計算軸的轉(zhuǎn)矩
發(fā)動機輸出的最大扭矩192N × m 98 % 軸承傳遞效率96 %
齒輪之間的傳遞效率99 % 離合器的傳遞效率
輸入軸
T1 = Te m a
= 1 5 0 N×
輸出軸
T2 = T1h承h齒 =1 5 0′
9 6 %′
9 9=% 1 4 2 .×
輸出軸一擋輸出軸二擋輸出軸三擋
T21 = T2i1 =1 4 2 . 5′6 3=. 2 4 5 6 . ×1
T22 = T2i2 =1 4 2 . 5′6 2 . 2=9 7 3 3 4×.
T23 = T2i3 =1 4 2 . 5′6 1. 6=4 9 2 4 0×.
輸出軸四擋輸出軸五擋
T24 = T2i4 =1 4 2 . 5′6 1. 1=8 4 1 7 2×.
T25 = T2i5 =1 4 2 . 5′6 0 .=8 5 1 2 3 .×
倒擋
5.3 輪齒校核
T倒 = T（1
h承h齒）i倒 = 1 5 0′ 0.96′0.99 ′3 0 . 8 =5 3 7 2 . 8 ×4
(1). 輪齒彎曲強度計算
倒檔齒輪彎曲應(yīng)力s w
圖5.1 齒輪系數(shù)圖
o = 2Tg Ks K f
（5 -1）
c
w pm3 zK y
o — 彎曲應(yīng)力（MP ）； T — 計算載荷（N.mm） K — 應(yīng)力集中系數(shù) K
= 1.68
w a g s s
K f — 摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪 K f
= 1.1
從動齒輪 K f
= 0.9
b — 齒寬（mm） m
— 模數(shù)； y — 齒形系數(shù)
齒輪11，12，13 的彎曲應(yīng)力s w11
s w12
s w13
z11
= 21
z12
= 13
z13
= 34
y11
= 0.141
y12
= 0.145
y13
= 0.162
T倒 = 372.849N × m T2 =142.56N × m
o = 2T Ks K f w11 pm3 z K y
= 719.114MPa < 400～850MPa
11 c 11
12
o = 2T1Ks K f
= 2′150′1.65′1.1
′103 = 735.948MPa < 400～850MPa
w12
pm3 z
Kc y12
p 2.53 ′13′8′ 0.145.
o = 2T倒Ks K f
w13 pm3 z K y
= 2′ 372.849′1.65′ 0.9 ′103 = 512.219MPa < 400～850MPa
p 2.53 ′ 34′8.0′ 0.162
13 c 13
斜齒輪彎曲應(yīng)力s w
o = 2Tg cos bKs
（5 - 2）
n
w pzm3 yK
c Ke
Tg — 計算載荷 N × mm mn — 法向模數(shù)；z — 齒數(shù)；b — 斜齒輪螺旋角；Ks —
應(yīng)力集中系數(shù)
Ks = 1.50
y — 齒形系數(shù) 可按當(dāng)量齒數(shù) zn = z
cos3 b 在圖中查得；K
c
— 齒寬系數(shù)； Ke
— 重合度影響系數(shù)
Ke = 2.0
（1）計算一擋齒輪1，2 的彎曲應(yīng)力s w1
o w2
z1 = 12
z2 = 37
y1 = 0.118
y2 = 0.155
T21 = 456.129N × m
T1 =150N × m
o = 2T1 cos b1-2 Ks
2′150′ cos 22。′1.50 ′
3
w1 pz m3 y K K
= p12′ 2.53 ′ 0.16′ 7.0′ 2.0 10
1 n 1 c e
= 316.37MPa < 180～350MPa
o = 2T21 cos b1-2 Ks
2′ 456.129′ cos 22?！?.50 ′
3
n
2
2
c
w2 pz
m3 y K Ke
= p 37 ′ 2.53 ′ 0.127 ′8.0′ 2.0 10
= 344.001MPa < 180～350MPa
（2）計算二擋齒輪3，4 的彎曲應(yīng)力
z3 = 17
z4 = 37
y3 = 0.164
y4 = 0.122
T22 = 334.351N × m
T1 =150N × m
o = 2T1 cos b3-4 Ks
2′150′ cos 24。′1.50 ′
3
w3 pz m3 y K K
= p17 ′ 2.253 ′ 0.164′ 7.0′ 2.0 10
3 n 3 c e
= 294.47MPa < 180～350MPa
o = 2T2 cos b3-4 Ks
2′ 334.351′ cos 24?！?.50 ′
3
n
4
4
c
w4 pz
m3 y K Ke
= p 37 ′ 2.253 ′ 0.122′8.0′ 2.0 10
= 345.728MPa < 180～350MPa
（3）計算三擋齒輪5，6 的彎曲應(yīng)力
z5 = 21
z6 = 34
y5 = 0.152
y6 = 0.121
T23 = 240.028N × m
T1 = 150N × m
o = 2T1 cos b5-6 Ks
w5 pz m3 y K K
5 n 5 c e
2′150′ cos 22?！?.50
= p 21′ 2.253 ′ 0.152′ 7.0′ 2.0
′103
= 261.042MPa < 180～350MPa
o = 2T23 cos b5-6 Ks
w6 pz m3 y K K
6 n 6 c e
2′ 240.028′ cos 22?！?.50
= p 34′ 2.253 ′ 0.121′8.0′ 2.0
′103
= 283.588MPa < 180～350MPa
（4）計算四擋齒輪7，8 的彎曲應(yīng)力
z7 = 23
z8 = 26
y7 = 0.145
y8 = 0.125
T24 =172.343N × m
T1 = 150N × m
o = 2T1 cos b7-8 Ks
2′150′ cos 24?！?.50 ′
3
n
7
7
c
w7 pz
m3 y K Ke
= p 23′ 2.53 ′ 0.145′ 7.0′ 2.0 10
= 147.791MPa < 180～350MPa
o = 2T24 cos b7-8 Ks
2′172.343′ cos 24?！?.50 ′
3
w8 pz m3 y K K
= p 26′ 2.53 ′ 0.125′8.0′ 2.0 10
8 n 8 c e
= 185.136MPa < 180～350MPa
（5）計算五擋齒輪9，10 的彎曲應(yīng)力
z9 = 31
z10 = 24
y9 = 0.156
y10 = 0.148
T1 =150N × m
T25 =123.726N× m
2T cos b K 2′150′ cos 22?！?.50
o = ?1 9-10 s =
′103
n
9
9
c
w9 pz
m3 y K Ke
p 31′ 2.253 ′ 0.156′ 7.0′ 2.0
= 172.301MPa < 180～350MPa
o = 2T25 cos b9-10 Ks
2′123.726′ cos 22?！?.50 ′
3
w10 pz m3 y K K
= p 24′ 2.253 ′ 0.115′8.0′ 2.0 10
10 n 10 c e
= 217.892MPa < 180～350MPa
(2). 接觸應(yīng)力s j
o j = 0.418
（5 - 3）
o j — 輪齒接觸應(yīng)力（MPa） Tg — 計算載荷（N × mm） d ￠ — 節(jié)圓直徑（mm）
a — 節(jié)點所在地方的壓力角（°） b — 齒輪的螺旋角度（°） E — 彈性模量（MPa）
b — 兩個齒輪重合寬度(mm)。
由公式可知，輸入軸受力載荷為Te max / 2 ，可以看出其許用接觸應(yīng)力s j 為表 5.1 所示數(shù)據(jù)。
彈性模量 E = 20.6′104 N × mm-2
齒寬b = Kc m = Kc mn
表 5.1 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
齒輪
滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪
一擋和倒擋 1900～2000
常嚙合齒輪和高擋 1300～1400
（1）齒輪1，2 的接觸應(yīng)力
950～1000
650～700
T21 = 456.192N × m
T1 =150N × m
z1 = 12
z2 = 37
b1-2 = 22°
d1￠ = 2A / u +1 = 31.429mm
r z1
r
d 2￠ = u d1￠ =1 0 0 . 5 7 3
= d1￠ sin a / cos 2 22° = 6.434mm
2
= d2￠ sin a / cos 2 22° =19.838mm
b2 2
o j1 = 0.418
= 0.418
= 1445.184MPa < 1900～2000MPa
o j 2 = 0.418
= 0.418
= 1342.598MPa < 1900～2000MPa
（2）計算二擋齒輪3，4 的接觸應(yīng)力
T22 = 334.351N × m
T1 =150N × m
z3 = 17
z4 = 37
b3-4 = 24°
d4￠ = 2A / u +1
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