金杯閣瑞斯汽車變速箱設計【5+1】【含6張CAD圖帶開題報告+外文翻譯】
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金杯閣瑞斯汽車變速箱設計I金 杯 閣 瑞 斯 汽 車 變 速 箱 設 計摘 要從十八世紀工業(yè)革命開始到現(xiàn)在，人類科技可以說是突飛猛進。而汽車作為現(xiàn)今我們最常用的交通代步工具，其發(fā)展也是日新月異，新興的高科技技術層出不窮，而變速器作為汽車傳動系統(tǒng)中的一個不可或缺的部分，有很多發(fā)展創(chuàng)新的空間。本設計目的旨在于對金杯閣瑞斯型號汽車的變速箱進行設計，設計的結果在理想情況下，能夠正常在汽車中使用運行。在對變速器的功能和結構進行介紹的基礎上，主要研究其零件工作如何配合，如何完成動力的傳輸和傳動比的改變。論文中針對變速器這一裝置，在介紹分析了其功能和工作原理的情況下，完成了利用CAD對變速器總體結構的繪制。在總體結構大致正確的情況下，一邊拆畫其主要零件，一邊查閱相關書籍分析設計其主要零件。在校核設計過程中主要參照《機械設計》等相關書籍，然后對設計結果進行逐步校核審定設計結果，最后對整體設計進行確定。本變速器基于兩軸式變速器設計，參照其他汽車變速器設計方案最終完成了本汽車的中間軸式五檔變速器。雖然在諸多方面的設計比較片面不嚴謹，但是基本適用于工作要求。關鍵詞：結構分析、零件設計、動力傳輸。金杯閣瑞斯汽車變速箱設計IIABSTRACTIn the long history of human development, the industrial revolution can be said to really bring mankind into a new era of mechanization and automation. From the 18th century to the present, mechanized and truly popular to our side. And the car as our most commonly used means of transportation and transportation, its development is also changing, emerging high-tech technology after another, and the transmission as an integral part of the car drive system, there are many development of innovative space.The purpose of this design is to design the gearbox of the Jinbei Gueri model car, which requires the design result to meet the requirements of the work, and the design result can be run normally. On the basis of the introduction of the function and structure of the transmission, the main work of how to cope with the work, how to complete the power transmission and transmission ratio changes.In this paper, for the transmission of this device, in the analysis of its function and working principle of the case, try to use CAD to draw the overall structure of the transmission. In the overall structure of the case is correct, while digging its main parts, while access to relevant books to analyze the design of its main parts. In the process of checking the design of the main reference to the "mechanical design" and other related books, and then the results of the design results of the audit design results, and finally to determine the overall design.The transmission is based on the design of the two-shaft transmission, with reference to other automotive transmission design program to complete the car's intermediate shaft five-speed transmission. Although in many aspects of the design more one-sided is not strict, but basically applicable to the work requirements.Keywords:Structural Analysis ;Part Design;Power Transmission.金杯閣瑞斯汽車變速箱設計目 錄摘要 ??????????????????????????????? IABSTRACT ????????????????????????????? II1.緒論 ?????????????????????????????? 11.1 論文研究意義 ??????????????????????????? 11.2 論文研究主要內容 ????????????????????????? 11.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 ????????????????????? 12.結構方案的設計 ????????????????????????? 42.1 傳動機構的設計 ?????????????????????????? 42.1.1 方案 1 兩軸式傳動機構 ???????????????????????? 42.1.2 方案 2 中間軸式傳動機構 ??????????????????????? 52.1.3 汽車變速器箱的檔數(shù)設計 ??????????????????????? 52.1.4 倒擋設計 ?????????????????????????????? 62.1.5 傳動方案的確定 ??????????????????????????? 62.2 主要零件選型 ??????????????????????????? 72.2.1 齒輪型式 ?????????????????????????????? 72.2.2 換檔結構型式 ???????????????????????????? 72.2.3 變速器軸承 ????????????????????????????? 73. 變速器主要參數(shù)設計 ??????????????????????? 83.1 各檔傳動比的確定 ????????????????????????? 83.2 中心距 A ????????????????????????????? 93.3 外形尺寸 ???????????????????????????? 103.4 齒輪參數(shù) ???????????????????????????? 103.5 各檔齒輪齒數(shù) ?????????????????????????? 123.6 齒輪的其余基本參數(shù)計算 ????????????????????? 143.7 齒輪變位系數(shù) ?????????????????????????? 154. 齒輪強度校核 ????????????????????????? 174.1 齒輪的損壞原因及形式 ?????????????????????? 174.2 齒輪的強度計算與校核 ?????????????????????? 175. 軸的設計計算 ????????????????????????? 215.1 軸的作用及設計要求 ...............................................215.2 軸的結構 .........................................................215.3 軸的尺寸設計 .....................................................225.4 軸的校核 .........................................................245.5 軸上鍵的設計選取 .................................................27金杯閣瑞斯汽車變速箱設計6. 同步器介紹及選取 ..............................................296.1 同步器的結構以及工作原理 .........................................296.2 同步器的意義 .....................................................306.3 鎖環(huán)式同步器 .....................................................307. 其他裝置的選取 ................................................327.1 各檔位位置的設置 .................................................327.2 操縱機構選取 .....................................................327.3 換擋機構的自鎖和互鎖機構 .........................................338. 總結.....................................................................................................................34參考文獻.....................................................................................................................35致 謝.....................................................................................................................36附錄 1 外文譯文附錄 2 外文原文金杯閣瑞斯汽車變速箱設計11.緒論1.1 論文研究意義理論意義：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。而變速箱設計是汽車設計中重要的環(huán)節(jié)之一。眾所周知發(fā)動機是汽車的心臟，發(fā)動機產(chǎn)生的動力必須經(jīng)過傳動系統(tǒng)才能驅動車輪自動。而在傳動系統(tǒng)中最重要的部分就是變速器。因為發(fā)動機的轉速和轉矩的變化范圍小，但是汽車行駛的速度的變化范圍廣，而變速箱可以改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，因此它的性能影響到了汽車的動力性和經(jīng)濟性指標，而且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，變速器的設計如果不合理，將會使汽車的舒適性下降，使汽車的運行噪音增大。所以由此可見變速箱的設計的重要性。在世界市場經(jīng)濟形勢下，特別是當前世界都在倡導綠色環(huán)保節(jié)能的大方向上，綠色汽車，節(jié)能能減排已然成為當今汽車工業(yè)發(fā)展的主旋律，未來新能源汽車的應用也是汽車工業(yè)的發(fā)展方向，所以變速器的合理設計愈發(fā)顯得格外舉足輕重。應用價值：汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，而變速箱又在汽車中舉足輕重。此外，該設計可以鞏固我們所學的知識，使我們對于機械實體設計，程序編寫，以及仿真程序能夠更綜合的應用， 增強我們實際解決應用問題的能力。1.2 論文研究主要內容（1）分析變速箱的工作功用及要求；（2）確定變速箱的傳動方案、零件結構；（3）選擇計算變速箱主要參數(shù)；（4）變速箱齒輪校核；（5）變速箱軸的校核；（6）同步器的設計計算；（7）變速器操縱機構設計計算。1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢中國汽車變速器市場在總體汽車市場的刺激下正處于快速發(fā)展變化的時期。根據(jù)中國汽車協(xié)會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015 年全年中國汽車市場的銷量為 2459.8 萬輛，同比增長4.7%，相比上年同期減緩 2.18 個百分點。這是自 2013 年以來連續(xù) 3 年超過 2000 萬輛。其中乘用車的銷量在 2015 年首次超過 2000 萬輛，為 2114.63 萬輛，同比增長 7.30%。金杯閣瑞斯汽車變速箱設計2而 2016 年中國汽車全年銷量為 2604 萬輛（其中國內銷量 2540 萬輛，出口量 64 萬輛），增速約為 6%。其中，乘用車銷量在 2276 萬輛左右，增速為 7.8%。反觀我國近年來變速器市場。跟據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015-2022 年中國汽車變速器行業(yè)全景調研及投資戰(zhàn)略咨詢報告》顯示，2012 年我國汽車自動變速器需求市場規(guī)模為 717.2 億元，2013 年行業(yè)規(guī)模增長至 734.6 億元，較 2012 年同期增長 2.4%。當年中國內進口產(chǎn)品金額達到 50.8 億美元。2014 年我國汽車自動變速器需求市場規(guī)模增長至 820.8 億元。由此可見，一方面國內汽車市場巨大的潛力為變速器行業(yè)提升非常巨大的增長空間。另一方面，自動變速器技術的快速發(fā)展又給國內汽車變速器市場帶來了新的發(fā)展機遇。變速器的需求量在不斷增加，同時自動變速器的需求比例在不斷提高。但是在國內的變速器行業(yè)中，雖然在商用車手動變速器領域，國產(chǎn)品牌已占主導地位。其中重型汽車變速器幾乎由陜西法士特齒輪有限責任公司、綦江齒輪傳動有限公司、山西大同齒輪集團有限責任公司、一汽哈爾濱變速器廠等幾家包攬。但是技術含量更高的自動變速器市場卻是依然進口產(chǎn)品的天下。在國產(chǎn)自動擋乘用車中，60%左右搭載的是進口自動變速器，而剩下的 40%也主要是來自外資控股的合資企業(yè)，這導致中國很多自主車型在自動變速器匹配上要么缺乏合資伙伴，要么價格居高不下，汽車自動變速器已成為制約中國汽車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前有能力生產(chǎn)轎車自動變速器的國內企業(yè)僅有吉利、奇瑞等少數(shù)幾家，一些合資多年的企業(yè)，還在使用進口自動變速器。自主品牌轎車自動變速器市場占有率不到 10%。與此同時，國際自動變速器巨頭已經(jīng)完成了其在中國的戰(zhàn)略布局。只賣產(chǎn)品、不賣核心技術的手段使中國自動變速器對外資依賴性日益加強。為了改變中國對于自動變速器的需求主要依靠進口產(chǎn)品來滿足的尷尬局面，國內企業(yè)盡管進行了大量研發(fā)，但成果有限。據(jù)統(tǒng)計，2013 年我國國內汽車自動變速器產(chǎn)量達到 379.1 萬臺，行業(yè)進口總量為 507.8 萬臺，出口數(shù)量為 49.2 萬臺，國內表觀需求量為 837.7 萬臺，2014 年我國國內汽車自動變速器產(chǎn)量呆到 400.5 萬臺，行業(yè)進口總量 531.4 萬臺，出口數(shù)量為54.7 萬臺，國內表觀需求為 877.2 萬臺。? 當中國一些汽車企業(yè)目前還在考慮如何開發(fā) CVT 和 AMT 時，大眾公司的 DCT 已經(jīng)進入批量應用階段。而且在自動化變速器領域中，我們和國外還存在很大的差距。但是從另一方面來看，外國進入這一領域的時間也不算特別長，所以對于我國的汽車企業(yè)來說，這既是巨大的挑戰(zhàn)但也是重大的機遇所在。我國可在整合國際資源、消化吸收世界先進技術的過程中同時掌握開發(fā)新型變速器系統(tǒng)的核心技術。對于未來發(fā)展方向，中國變速器企業(yè)首先應該在耐久性、噪聲、換檔性能三方面，改進現(xiàn)有 MT 的質量和性能的同時，在商用車尤其是輕卡方面加入 AMT 的研發(fā)力度，在轎車、SUV、MPV領域加大 DCT 的開發(fā)投入，力爭與國外 DCT 研發(fā)同步。早日開發(fā)出國際頂級水平的自主變速器來。金杯閣瑞斯汽車變速箱設計3綜上所述，變速器是汽車除發(fā)動機外的主要裝置之一，伴隨汽車技術更新?lián)Q代和市場需求，變速器行業(yè)在實現(xiàn)理想變速器發(fā)展過程中仍然具有巨大的發(fā)展空間，未來的變速器會應對市場要求朝著操縱舒適輕柔傳動效率高低油耗環(huán)保與低噪聲方向發(fā)展，在不久的將來變速器將會取得更加重大的進步與成功。金杯閣瑞斯汽車變速箱設計42. 結構方案的設計2.1 傳動機構的設計變速器傳動機構有兩種分類方法：1、按照其中所包含的前進檔的檔數(shù)可將其細分為三、四、五和多檔幾種變速器；2、按照軸的樣式可將其分為固定軸式和旋轉軸式兩種。其中前者又能細分為兩軸、中間軸、雙中間軸和多中間軸式?，F(xiàn)如今，中間軸式與兩軸式使用比較普遍。2.1.1 方案 1 兩軸式傳動機構兩軸式多用于以下兩種場合：①發(fā)動機前置、前輪驅動②發(fā)動機后置、后輪驅動。其傳動機構特點如下所述：（1）變速器的徑向尺寸兩軸式變速器，依靠不同的齒輪大小配合來實現(xiàn)提供同的傳動比，當需要較大傳動比時，則輸入軸上的主動齒輪設計成小齒輪，與其配合輸出軸上的從動齒輪設計得大一些。反之，很久同樣的原理設計即可。但兩軸的中間距對變速箱箱體的尺寸相關性較大。結構樣式如下圖：圖 2-1 二軸式變速器（2）變速器的壽命兩軸式雖然結構上簡單、緊湊，但其低檔上的主動齒輪與從動齒輪尺寸相差較大，所以前者的循環(huán)次數(shù)要比后者多，耗損速度也遠大于后者。（3）變速器的效率兩軸式變速器，雖然理論上可以得到 1 的傳動比，但其動力的傳遞還是要經(jīng)過齒輪，功率的損耗在所難免。金杯閣瑞斯汽車變速箱設計52.1.2 方案 2 中間軸式傳動機構主要使用場合：發(fā)動機前置、后輪驅動。（1）變速器的徑向尺寸中間軸式變速器，和上述兩軸的相比，其在需要相同傳動比的情況下，由于有中間軸介于輸入軸和輸出軸之間，多一組齒輪工作，所以相關齒輪的徑向尺寸可以做得小些，從而減小了中心距以及變數(shù)箱體的相關尺寸。結構樣式如下圖：圖 2-2 中間 軸式變速 器（2）變速 器的壽命三 軸式變速 器中，各檔 位均采用常嚙合齒輪傳動（除了直接檔），且主動齒輪從動齒輪的徑向尺寸相差較小，其工作循環(huán)次數(shù)以及齒輪的磨損消耗都比較接近。（3）變速器的效率三軸式變速器的直接檔是通過輸出軸和輸入軸直接相連得到的，這種傳動方式傳輸動力過程中功率損失很小，而且不會產(chǎn)生很大的噪音。2.1.3 汽車變速箱的檔數(shù)設計變速箱檔數(shù)與汽車的眾多性能有關。檔數(shù)少則變速器結構簡單，空間占用較小，質量較輕且價格相比檔數(shù)多的變速器來說較低。而對于檔數(shù)多的變速器來說，雖然其結構復雜，占用空間大，質量較大，但是其相比于檔數(shù)少的變速器，有很多優(yōu)點：例如，動力性好、節(jié)能。另一方面，檔數(shù)多的話，換擋過程不會太吃力，使得汽車可以更好的面對更多群體。但總體來說，針對于汽車型號用途等不同，變速器檔數(shù)也是諸多不同的選擇。在現(xiàn)如今提倡環(huán)保，降低能源消耗的環(huán)境下，變速器采用多檔位的較多。在這種大前提下，本設計決定選用 5 檔。2.1.4 倒檔設計在特定位置插入一根軸，軸上放置一個空套連接的齒輪，與其余兩軸上齒輪三輪金杯閣瑞斯汽車變速箱設計6嚙合。平時由于輸出軸上是空套連接，此時倒擋不會起作用。當?shù)箵鯎懿姘淹狡魃系慕Y合套撥到倒擋時，動力通過花鍵轂傳到輸出軸，加入的軸上的齒輪此時只起到改變傳動方向的作用，稱為惰輪。結構簡圖如下：圖 2-3 倒擋結構簡圖2.1.5 傳動方案的確定綜上所述，本設計變速箱采用中間軸式五檔傳動方案。如下圖所示：圖 2-4 傳動方案簡圖2.2 主要零件選型2.2.1 齒輪型式金杯閣瑞斯汽車變速箱設計7本設計中主要使用直、斜齒兩種齒輪。兩者相比較，前者生產(chǎn)時簡單，但使用過程中容易產(chǎn)生振動和噪音。而相比之下，后者雖然制造時稍復雜，但工作過程中傳動平穩(wěn)，齒輪強度也高，適用于重負載。一般來說，變速箱中高檔常嚙合檔位通常都使用斜齒型式，而直齒型式只用于一檔和倒擋處。所以本次設計，一檔和倒擋設計為直齒，剩余檔位設計為斜齒。2.2.2 換檔結構型式換檔裝置分為下述幾種：滑動齒輪、嚙合套和同步器。前兩種方式現(xiàn)如今在轎車變速器中已經(jīng)很少用到了，同步器換擋的方式在汽車變速器中得到廣泛使用，同步器將在后面具體表述。2.2.3 變速器軸承 軸承主要用到圓柱、圓錐、滾針、滑動幾種型式。前兩種在設計中用的較多。在使用時要注意預緊、細心安裝、注意產(chǎn)生損耗后對齒輪正確嚙合的影響。后兩種主要使用在軸和齒輪之間的連接不是固定的，會產(chǎn)生位移的地方。金杯閣瑞斯汽車變速箱設計83. 變速器主要參數(shù)設計3.1 各檔傳動比的確定在設計傳動比時，第一步首先要計算出總的范圍，從而在逐步計算設計各檔位值。傳動比范圍由 得出。據(jù)了解，其比范圍由發(fā)動機的性能及其最大速度決定。mingax/i（1）一檔傳動比的計算在設計一檔的傳動比時，主要需要依靠到路面情況的最大坡角度、驅動輪與地面之間的附著力、行駛過程中的最低速度以及變速器的主傳動比幾個因素來設計。①根據(jù)最大爬坡角度設計汽車在上坡路面行駛時，假設此時坡度為最大坡度 。此時的汽車發(fā)動機的最max?大驅動力 應該不小于輪胎與路面間的滾動阻力 與爬坡所受的最大阻力 之和。maxkF kFmaxiF由于上坡時，汽車車速不會太高，所以此處空氣阻力視為 0，此時有：（3-1）axmaxifk??又有 riTFgek?01ax?axcos?fmmaxini代入式（3-1），得 ??gfgrTge ???)sic(axax01ax(3-2)??0max1geiTri②根據(jù)路面附著力設計行駛過程中，要使汽車在行駛路面不會打滑，則驅動力 必須滿足等于或者小maxkF于驅動輪與路面之間的附著力的條件，即：道 路 最 大 上 坡 角 ?！獫L 動 阻 力 系 數(shù) ； ；計 取 為驅 動 輪 滾 動 半 徑 ， 本 設道 路 最 大 阻 力 系 數(shù) ；重 力 加 速 度 ； ；為汽 車 總 重 量 ， 本 設 計 取 ；效 率 ， 本 設 計 取 為 ；主 傳 動 比 ， 本 設 計 取 為—變 速 器 一 檔 傳 動 比 ； ；計 取 為發(fā) 動 機 最 大 扭 矩 ， 本 設式 中 ：max01maxe 25.37gkg18095.724i 7???fr NTg金杯閣瑞斯汽車變速箱設計913.758.243?ggii??NriTFgek??01maxa（3-3）0ax1gegii式中： ，計算時取 ；道 路 附 著 系 數(shù)—? 6.~5—垂直反力。NLmShXNag)sinco(???其中： 、 —后輪驅動時， =a， =+1；XS前輪驅動時， =b, =-1；前后驅動時， = , =0；L—路面坡度角；?軸 的 距 離 ；分 別 為 汽 車 重 心 距 前 后、 ba—汽車軸距；L—汽車滿載時重心高度。gh根據(jù)上述兩個條件確定一檔傳動比。聯(lián)立公式（3-2）（3-3 ）可得：一檔傳動比 =3.85。1gi(2)五檔傳動比的計算本設計中五檔為最高檔，查閱資料得知汽車最高檔傳動比一般在 0.7~0.8 之間，本設計中取 =0.75。5gi（3）其余檔傳動的計算其余檔的傳動比由下列公式求出傳動比公比后，逐級求出：（3-4）4minaxgq?式中： —幾何公比q計算得出公比 q=1.51故有：因為 為直接檔，所以此處將其修正為 1。3.2 中心距 A中心距是汽車變速器中一個很重要的參數(shù)，對變速器的形狀大小，體積質量以及軸上各個嚙合齒輪的接觸強度都會產(chǎn)生影響。若中心距太小，則齒輪間的接觸應力就會過大，使嚙合齒輪加速磨損、損壞，影響到齒輪的工作壽命，進而影響到變速器的金杯閣瑞斯汽車變速箱設計10質量。所以在確定中心距的過程中，需要重點考慮到其工作接觸過程產(chǎn)生的力的影響。選擇中心距 A 時，可根據(jù)下面的經(jīng)驗公式計算： (3-5)3max1TKA?式中， 為中心距系數(shù)，查閱相關資料，參考了多種車型的中心距系數(shù)范圍后，AK本設計中中心距系數(shù)取為 9.0?！粰n扭矩：max1TNiTge8.621maxa1??故可得出初始中心距 A=76.81mm3.3 外形尺寸變速箱外形尺寸中，其橫向尺寸大致取決于各檔位齒輪的直徑以及操縱控制機構的擺放位置。而其軸向尺寸在一定程度上與其檔位的多少有關系。查閱資料后對轎車與貨車變速器軸向尺寸進行了交叉對比，又由查閱相關手動變速器設計資料得知，當變速器中的常嚙合齒輪數(shù)目以及同步器較多時， 盡量取給出系數(shù)范圍的最大值。所AK以綜上所述，本設計采用的是五檔手動變速器，其中常嚙合齒輪和同步器都很多，所以取 ，所以初定變速器的軸向尺寸為3?AK m24.318.76??3.4 齒輪參數(shù)（1）齒輪模數(shù)齒輪參數(shù)中最重要的是齒輪的模數(shù)，所以在確定齒輪參數(shù)過程中先要確定齒輪的模數(shù)才能進行接下來的其他參數(shù)運算。模數(shù)的確定過程中需要考慮的條件很多。例如：表 3-1 我國標準模數(shù)系列表0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.81 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8第一系列10 12 16 20 25 32 40 500.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 4.5 5.5第二系列 (6.5) 7 8 (11) 14 18 22 28 (30) 36 45齒輪的力學性能要求、加工工藝要求、工作過程中產(chǎn)生的噪音大小，另外載荷這一因素也很關鍵。在變速器工作工程中，低檔位的齒輪所受的力和力矩和高檔位齒輪上所受的不一樣，所以它們的齒輪模數(shù)也應該不一樣，但另一方面，從變速器齒輪的加工工藝和維修替換來看，一個結構中的齒輪模數(shù)又宜過多，否則會產(chǎn)生很大的工作金杯閣瑞斯汽車變速箱設計11量。在中心距確定的前提之下，使用模數(shù)較小的齒輪可以使運行更加平穩(wěn)，噪音也有所降低，還能夠提高齒輪的諸多性能。①斜齒輪的法向模數(shù) nm(3-6)mTen3ax47.0?其中 =170Nm，可得出 =2.6 依據(jù)上表取 =2.5。maxeT n②直齒輪的模數(shù)(3-7)3max1.通過計算 =2.8 依據(jù)上表 修正為 =3。③本設計中的同步器以及接合套中的齒輪都使用漸開線齒輪，為了加工方便以及加工要求，兩者都選取同樣的模數(shù)。參考相關資料中所述的結合套模數(shù)范圍，本設計中取 2.5。（2）齒輪部分參數(shù)的確定變速器齒輪的參數(shù)按下表選取：表 3-2 變速器齒輪參數(shù)表上述參數(shù)中，壓力角 對于不同車型的選取原則也不一樣。壓力角 較小能使齒??輪有重合度高、傳動流暢穩(wěn)定、工作過程中產(chǎn)生的噪音小的優(yōu)點。對于轎車而言，可能駕駛者更多的是在乎于其舒適性流暢性，所以一般轎車的變速器齒輪壓力角 都取得比較小。而對于貨車來說，更重要的是齒輪的承載力等力學性能，所以相對的 取得大些。綜上所述，本設計中變速器各齒輪 ，接合套和同步器上 。?20取??30取在確定螺旋角時還應考慮到軸向力的問題，盡量使中間軸上的軸向力平衡，所以在中間軸上的齒輪都設計成右旋齒輪來達到這一目的。至于其余兩根軸上的斜齒輪都設計成左旋齒輪，讓其軸向力經(jīng)軸承蓋施加到變速器箱體上。綜上所述，本設計中取 30°。?齒輪的齒寬 的大小是決定齒輪承受外負載能力的重要指標。在一定范圍類，兩b者成正比關系。但齒寬也不是越大越好，一味的增大齒寬，會使齒輪在工作工程中產(chǎn)齒形 壓力角 ?螺旋角 ?轎車 高齒并修形的齒形14.5°， 15°，16°，16.5°25°～45°一般貨車GB1356-78 規(guī)定的標準齒形20° 20°～30°重型車 同上低檔、倒擋齒輪22.5°，25°小螺旋角金杯閣瑞斯汽車變速箱設計12?cos2)(1ZmAn??nZ1生載荷在齒上分布不均的情況，反而價低了齒輪的承載能力。所以在選取齒寬時，應在確保齒輪強度符合工作要求的情況下，盡可能的選擇較小的齒寬，一方面節(jié)省了原料，另一方面也減輕了變速器本身的重量和尺寸大小。再一方面，齒寬的大小也可以根據(jù)對應齒輪的模數(shù)來選定，圓柱直齒輪,圓柱斜齒輪 。本次設計，直齒輪 暫定 ,斜mA )8.0~45b（? m8.5)A ~(60b?bm20齒輪暫定為定 。2從動齒輪 b 可以稍微選取大一些，讓其嚙合長度增加。降低其工作中產(chǎn)生的應力，以提高傳動的平穩(wěn)性，還能延緩其的磨損，加長其壽命。 3.5 各檔齒輪齒數(shù)在初步選定了軸間中心距、齒輪的基本參數(shù)后，可根據(jù)其參數(shù)以及方案設計來分步確立各檔位齒輪的齒數(shù)。（1）確定一檔齒輪的齒數(shù)一檔傳動比（3-8）10921Zig??在確定齒數(shù)之前，需要先求出其和 :?. （3-9） mA其中 ；故有381.76??mA、 2.51?Z此處發(fā)現(xiàn)所求得的齒數(shù)和 不是整數(shù)，需要將其修正為整數(shù)，所以 =51。? ?Z查閱資料得知：當汽車運用中間軸式的變速器時，若 在 3.5～3.9 時， 的范1gi 10圍在 之間，結合本設計中的傳動比數(shù)值，本設計中 取 16，可得從動輪~15 0Z=35。9Z因為前面對一檔齒輪齒數(shù)和 進行了修正，相應的中心距也會發(fā)生變化，由前面?Z求 公式進行反推：?(2)確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)（3-10）91012Zig??由已經(jīng)得出數(shù)據(jù)可確定 76.12Z此處 A 與一檔齒輪相同（3-11）m5.76A可 得金杯閣瑞斯汽車變速箱設計138712Zig??465.87nmAZ?cos2??由此可得： (3-12） 由已得出數(shù)據(jù)可計算出： 5321??Z聯(lián)立可得： =19、 =34。1Z2(3)確定其他檔位的齒數(shù)二檔傳動比 （3-13）而 ，故有： 58.2?gi對于斜齒輪，（3-14）故有： 5387??Z聯(lián)立可得： 。218、按同樣的方法可分別計算出：三檔齒輪 ；四檔齒輪 2765?Z、。1643、(4)確定倒檔齒輪的齒數(shù)查閱得知，通常來說轎車變速器的倒擋傳動比 近似于一檔的傳動比 ，已知rgi 1gi為 3.85，所以選定 為 3.6。而且 比 略小， =16 取 =14。，惰輪齒數(shù)1gi rgi12Z010Z12選取范圍在 之間，本設計中取為 。3Z23~13?可計算出 =29 ，所以可以因此得知倒擋軸與其余兩軸的中心距1Z與中間軸之間的中心距 ：A?與輸出軸之間的中心距 ：）（由 5-3121igr? ）（ 16-354)(2132mZm???? ）（）（ 7.763A?金杯閣瑞斯汽車變速箱設計14。25.0,1??cha3.6 齒輪的其余基本參數(shù)計算上一節(jié)我們通過各檔位的傳動比，確定了各檔位齒輪的模數(shù)和齒數(shù)兩個基本參數(shù)。接下來對于齒輪中的其他基本參數(shù)，為了節(jié)省篇幅，我只整理出了各種參數(shù)的基本計算方法，不再一一計算。 對于本設計中用到的直齒輪，計算方法如下，根據(jù)國家標準 GB/T 1356-2001 中規(guī)定：表 3-3 齒輪參數(shù)計算公式表計算公式名稱 代號小齒輪 大齒輪模數(shù) m根據(jù)需要 選取標準值壓力角 ?選取標準值分度圓直徑 d1mzd?2mzd?齒頂高 ah haa?2齒根高 f chff )(1??齒全高 a2?齒頂圓直徑 adzdaa)(1???hzda)2(2?齒根圓直徑 f mchf1?mcf ?基圓直徑 b ?os1b ?os2b?齒距 pp?基圓齒距 b cosb?齒厚 s /齒槽寬 e 2me任意圓齒厚 i )(/?invirsii ?頂隙 c c??標準中心距 a /)(21za?節(jié)圓直徑 d? d?金杯閣瑞斯汽車變速箱設計153.7 齒輪變位系數(shù)齒輪的變位系數(shù)的選擇影響到輪齒的幾何尺寸、端面重合度、滑動率、齒面接觸應力和齒根彎曲應力等眾多因素。選取合適的變位系數(shù)不但可以防止根切，還能配湊中心距，提升齒面的接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度以及抵抗膠合能力和耐磨損性能。本設計將利用《機械設計》書中所說的線圖法對齒輪變位系數(shù)進行選定。具體步驟如下：①在下圖中，按照工作情況以及 ,選擇適宜的變位系數(shù)和 ；21Z??? 21x???②在第二張圖中，過坐標點（ ）作射線，該射線到與其相鄰的兩條），（ //XL 線的距離之比保持不變③在第二張圖中，從橫坐標倒擋 處做垂線，與②中所作射線的交點的縱坐21和標即為 ，對于斜齒圓柱齒輪，按當量齒數(shù) 來查，得出的變?yōu)橄禂?shù)為21x和 ?cos/vZ?。n金杯閣瑞斯汽車變速箱設計16圖 3-1 求變位系數(shù) 的線圖?X圖 3-2 分配 的線圖?X再由上圖，查出坐標點（ ）位于哪兩條線之間，由這兩條線作射線，2//?Z，然后根據(jù) 對橫軸垂直線，與射線交點的縱坐標即為其變?yōu)橄禂?shù)。21,Z計算得出變?yōu)橄禂?shù)為： 0576.058.21??Xyxmay zinvizza?????????????/)( )tan2/()(]/)cosar[(21 ???金杯閣瑞斯汽車變速箱設計17金杯閣瑞斯汽車變速箱設計1810tfWFKby??4. 齒輪強度校核4.1 齒輪的損壞原因及形式齒輪損壞形式大致分為：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和齒輪在換檔時端部破壞以及齒面膠合等。第一種損壞方式是因為在齒輪工作過程中，齒根也會承受很大的彎曲應力，當其所受的應力超過了其所能承受的最大疲勞強度時，將會在其根部部位形成裂紋，久而久之繼續(xù)逐漸擴大的話，就會發(fā)生上述損壞情況。另一方面，如果齒輪的齒寬較小的時候（一般是指直齒圓柱齒輪），在瞬間負載過大的時候，會使輪齒整體折斷。而若齒輪的齒寬較大，在齒輪的制造或者安裝過程中產(chǎn)生誤差，使工作時輪齒的負載主要在齒輪的一端，這種情況下也會發(fā)生輪齒折斷。第二種齒輪損壞方式是因為齒輪在長期的工作周期下，由于接觸應力、齒輪間嚙合過程中產(chǎn)生的摩擦力以及潤滑油的擠壓作用，齒輪表面也會出現(xiàn)一些細小的裂紋，最后裂紋會連接成片脫落。第三種常見的齒輪損壞方式在本設計中不會出現(xiàn)，因為本設計中的齒輪都設計為常嚙合齒輪，而換擋過程都是通過同步器來完成，這部分將在后面做詳細介紹。4.2 齒輪的強度計算與校核為確保本設計中的所設計各檔位齒輪符合汽車行進中的強度要求，下面講對各個檔位的齒輪進行強度計算和校核，本設計中的所選擇的齒輪材料為 40Cr。（1）齒輪彎曲強度計算①一檔直齒輪彎曲應力 ?（4-1）：齒 形 系 數(shù) ， 如 下 圖 所 示—） ；端 面 齒 距 （ ；取 為）齒 寬 （ ；， 從 動 輪 取輪 取摩 擦 力 影 響 系 數(shù) ， 主 動 ；中 取 為應 力 集 中 系 數(shù) ， 本 設 計節(jié) 圓 直 徑 。其 中 ： ） ，的 圓 周 力 （一 檔 齒 輪 ） ；彎 曲 應 力 （—式 中 ：ymtbKdTgNFMPaftW20, 9.01.65d/21010t10?金杯閣瑞斯汽車變速箱設計191wFKbty???圖 4-1 齒形系數(shù)圖此時扭矩為： 當一檔齒輪上的負載取到輸入軸的扭矩 時，其所受的彎曲應力應該在maxeT這個區(qū)間內即視為符合強度要求，所以本設計中的一檔齒輪皆符合彎曲aMP850~4應力要求。②二檔斜齒輪彎曲應力 但此處的集中應力系數(shù)發(fā)生了改變，取 。，重 合 度 系 數(shù) ， 取 為—0.2?K 50.1??K在選取齒形系數(shù) y 時，按照公式 并依靠上頁圖 4-1 查取。3/cosnz?二檔齒輪所受的圓周力由下述公式求得： 計算可得出： =6798.8N87ttF?第二檔位主動齒輪的 =47.7，查表（4-1）得： 。3/cosnz?80.153y?故：同理可得第二檔位從動齒輪： 。7231.9wMPa??8782gttTFd?（4-3）（4-4）1065.3wMP??9） 可 得式 （再 將 所 得 出 的 數(shù) 據(jù) 代 入 -4 2)-(49687.8271209max NZTeg ???86.52.0a?金杯閣瑞斯汽車變速箱設計205627.4wMPa??12.9w348.6aP?? ）（ 5-4??sinzbr??2zco/)i(b其余檔位的齒輪彎曲應力求取方法跟上述第二檔位的方法一致，計算可得：三檔：四檔：五檔：當作用在第一檔位齒輪上的負載取到輸入軸的最大扭矩 時，除一檔外的其他maxeT檔位齒輪所受的彎曲應力應該在 到 這個范圍內,即視為符合齒輪強度要求。18035MPa（2）各檔位齒輪接觸應力 j?齒輪的接觸應力由下列公式求得： 直齒輪的曲率半徑：斜齒輪的曲率半徑：其中， 分別為主從動齒輪節(jié)圓半徑（ ）。bzr、 m當輸出軸上的載荷取 時，各檔位齒輪的許用接觸應力 范圍如下表所示：maxeTj?表 4-1 變速器齒輪的許用接觸應力 a/MPj齒輪滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪一檔和倒擋 1900～2000 950～1000常嚙合齒輪和高檔 1300～1400 650～70010.48j zbFE?????????） ；曲 率 半 徑 （主 動 從 動 齒 輪 節(jié) 點 處 的—；齒 輪 接 觸 的 實 際 寬 度 ；本 設 計 中 取 為）齒 輪 材 料 的 彈 性 模 量 （） ；齒 輪 螺 旋 角 （ ） ；節(jié) 點 處 的 壓 力 角 （ ；） ，圓 周 力 （ ；） ，齒 面 上 的 法 向 力 （ ） ；齒 輪 的 接 觸 應 力 （—式 中 ， mB MPaMPaEdTFNFPbz g??? ???20109,/2)cos/(a311 1j ??金杯閣瑞斯汽車變速箱設計21MPaPajrjj32.1904785.1.326981????計算可得結果如下： 一檔： 二檔： 三擋： 四檔： 五檔： 倒擋：通過 上述計算得出的結果與上表所示的許用范圍作比較。得出校核結論，本設計中變速器齒輪基本符合工作要求。 金杯閣瑞斯汽車變速箱設計225. 軸的設計計算5.1 軸的作用及設計要求在本設計中，金杯閣瑞斯變速箱中一共有三根軸，分別是輸入軸也稱為第一軸、中間軸以及輸出軸也稱為第二軸。這些軸在工作過程中都會受到負載作用，體現(xiàn)為扭矩彎矩等應力。如果在軸的工作過程中，軸的力學性能不能達到工作對其的要求，產(chǎn)生過大的變形，會造成很多不好的后果。例如，影響軸間齒輪的正常工作，或者在工作中會產(chǎn)生很大的噪音影響汽車的舒適感以及影響到變速器的產(chǎn)品質量。上述問題都是我們在設計或者實際生產(chǎn)中力求避免的，所以在設計變速器中的軸時：在設計完軸的尺寸結構滿足工作要求的情況后，應著重考慮軸在工作中的力學性能是否能承受設計所預期的負載。之后還需要考慮到變速器內的空間構造以及軸本身的加工工藝，然后再對設計結果進行確認。5.2 軸的結構第一根軸主要是傳遞來著發(fā)動機的扭矩，是負載經(jīng)由第一軸進入變速器內。其上只有兩個主要部分，一是與動力裝置連接的齒輪，二是軸后半部分的齒輪。后半部分的齒輪有兩個作用，第一個作用是它作為第四檔也就是直接檔位的主動齒輪，通過這個齒輪，再經(jīng)由同步器的作用，將兩根軸直接連接，這是它與其他檔位不動的地方，也是這個設計的精妙之處。它的另一個作用就是在變速器在其他檔位工作時，把輸入軸的動力傳送到中間軸上。第一軸的結構如下圖：圖 5-1 變速器第一軸中間軸在變速器中起到橋梁的作用，它接受到來自第一軸也就是輸入軸的動力后，通過其上大小不一的齒輪傳到輸出軸上，達到傳動目的，本設計變速器中一共有五個檔位，所以其上會裝配五個個對應檔位齒輪以及一個倒擋齒輪。因為一檔齒輪和倒擋齒輪齒數(shù)較小，工作過程中所受的損耗也比較小，而且本設計中一檔齒輪和倒擋齒輪采用的是常嚙合方案，所以把它們在軸上的部分與中間軸設為一體，其他檔位齒輪采金杯閣瑞斯汽車變速箱設計23用正常連接方法，通過鍵來固定，方便其維修替換。其結構如下圖所示：圖 5-2 變速器中間軸第二軸也就是輸出軸是變速器三根軸中結構最為復雜的一根軸，其上主要是變速器各檔位的從動齒輪，這它們與輸出軸都是通過空套連接的方法。其余的位置是用來安裝同步器。其結構如下圖所示：圖 5-3 變速器第二軸5.3 軸的尺寸設計在設計變速器中的三根軸時，一開始我們只能依靠自己在畫出變速器草圖時的大概的把各個軸的主要尺寸給初步確定下來，然后逐步去驗算所初定的軸的尺寸是否符合工作要求和加工要求等，如不行，則繼續(xù)加以修改修正，直到所設計的軸齒輪符合初步的變速箱結構功能要求，在進行強度剛度之類的力學性能計算和校核，最后，把各個軸的尺寸完全確立下來，這就是軸設計的基本過程。而前一節(jié)的齒輪設計過程中，我們又各個配合嚙合的齒輪得到了軸與軸之間的中心距，這在我們軸設計中對于變速器的結構安排調整也能起到很大幫助。一般來說，設計軸的尺寸初選可以用到下列的公式：第一軸和中間軸： （5-)(5.0~4(mAd?1）第二軸： （5-),T07.13maxe2）金杯閣瑞斯汽車變速箱設計2412A0?式中 —最大扭矩，N·mmaxeT同時，軸的基本尺寸自身也存在著一定的范圍關系，具體公式如下：第一軸和中間軸: 18.0~6./?Ld第二軸： 21.0/而上式只是幫助我們得知了軸尺寸的大致范圍。下面講根據(jù)《機械設計》中的具體步驟選取一根軸進行計算設計。查表 15-1 可知，軸的材料方面，40Cr 經(jīng)過調質后，硬度在 241 到 286HBS 之間，抗拉極限強度可達到 ，屈服強度極限可達到 ,彎曲疲勞極限 ,MPa735MPa490MPa35剪切疲勞極限 ,許用彎曲應力 ,用于載荷較大而沒有很大沖擊的工作條18Pa70件下的重要軸的材料，適合本設計變速器中的軸的材料基本要求，因此，變速器中的三根軸都采用 40Cr。接下來就是軸上零件的裝配方案的擬定，此處先以中間軸為例子，中間軸上設計中的主要作用是傳遞第一軸的動力給第二軸同時上面的齒輪來完成傳動比的轉換。其上的主要零件有和軸做成一體的倒擋齒輪和一檔齒輪，然后就是通過鍵來固定的其余高檔齒輪，其后就是與相應的軸承連接。初定確定軸的最小直徑：a式中， —功率，kw， —轉速，r/minPn=95kw,n=5750r/min.式中 按照下表選?。?A表 5-1 軸常用幾種材料的[ ]及 值T?0A軸的材料 Q235A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMn[ ]/MPaT?15～25 20～35 25～45 35～550A149～126 135～112 126～103 112～97本設計中的軸采用的是 40Cr。此 處帶入公式得: 。m53.28din?所得 直徑顯然是軸最右側mind 的直徑，與軸承裝配。圓整為標準直徑28mm。然后緊接著的是倒擋齒輪，由上節(jié)可知其分度圓直徑為 42mm,齒寬為 20mm接下來一段軸上沒有安裝其他零件，對應的是第二軸上上同步器的位置，而此段軸處在倒擋齒輪和一檔齒輪中間，工作時會受到扭矩，所以加大直徑取為 30mm，長度取為 34mm，給對應軸上同步器的安裝騰出空間。接下來同樣的是一檔齒輪，齒寬、分度圓直徑 。下一段軸上有兩個鍵槽，由機械設計可知，當軸徑20?bm48d?d＞100mm 時，軸上有一個鍵槽時，軸徑需要增大 3%，有兩個鍵槽時，應增大 7%。當軸徑≤100mm 時，軸上有一個鍵槽時，軸徑增大 5%到%7，有兩個鍵槽時，應增大30minPd?金杯閣瑞斯汽車變速箱設計25??3950.2TTPnWd?????）（ 3-510%到 15%。所以這一段軸的直徑 d=34.5mm,圓整為 35mm。長度因為其上有四個齒輪，二擋三擋四檔五檔齒輪，齒寬都取 22mm,然后對應軸上有兩個同步器，一個按上一段一樣取 34mm，所以這段軸的長度為 22×4+34×2=156mm。再過來一段是與一圓錐滾子軸承連接,型號為 2206GB297-84,查表得知其內徑為 26mm，所以最后一段軸的直徑取為 26mm，長度為 18.5。所以中間軸的尺寸:長度 L=18.5+156+104mm=278.5mm軸徑分別為 d： 。m28430m483528、、、、、以上就是中間軸尺寸的確定過程，其余軸的尺寸設計過程省略，所有軸的具體尺寸將在 CAD 圖紙中詳細表述。5.4 軸的校核因為在本設計中，變速器工作時，一檔的處所受的力和力矩最大，所以在校核軸時，只要軸上一檔處的校核計算得出的結果在許用的范圍內，就認為整個軸符合工作要求。 而對于第二軸，因為其上的齒輪較多，受力方面也比較復雜，所以對第二軸重點校核，中間軸的校核部分本設計中省略。 （1）第一軸的強度與剛度校核因為在工作工程中，第一軸上主要受的是扭矩的作用，相比之下，其所受的彎矩很小，所以在本次校核中，認為其上所受的彎矩可以忽略，只受到扭矩的作用。所以可知： 其中 代入上式得：mdrnkwP25in,/570,9??由下表可知：表 5-2 軸常用幾種材料的[ ]及 值T?0A軸的材料 Q235A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMaMP49..7093T??。許 用 切 應 力 ，—功 率 ， ；抗 扭 截 面 系 數(shù) ，軸 所 受 的 扭 矩 ，切 應 力 ，式 中 ： a][;;;3MPKWNTaT???金杯閣瑞斯汽車變速箱設計2645.7310PTGI???n[ ]/MPaT?15～25 20～35 25～45 35～550A149～126 135～112 126～103 112～97當軸材料選用為 40Cr 時，其扭轉切應力 的許用范圍在 35 到 55MPa,本設計選??T?用的軸材料都是 40Cr。所以 ， ，所以強度符合工作要??MPaT5????TP???a49.50求。 下面進行剛度校核：單位長度內軸扭轉 變形的角度為 ：? 代入可得： 查閱相關資料得知， 的大小與軸的用途，對于一般傳動軸，可取 =0.5～1（° ）??? ???/m；對于精密傳動軸，可取 =0.25～0.5（°）/m ；由結算結果可知： ，所以剛度也符合工作要求。][9