車輛工程畢業設計-輕型貨車變速器設計(文件)

　

【正文】 ? ??? co sco stFF ? ， tF 為圓周力 (N )， dTF gt 2? ，gT 為計算載荷 (Nm)； 28 d － 節圓直徑 (mm)； ?K － 應力集中系數，可近似取 ?K =； fK － 摩擦力影響系數，主、從動齒輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，對彎曲應力的影響也不同，主動齒輪 fK =，從動齒輪 fK =； b － 齒寬 (mm)； t － 端面齒距 (mm)， mt ?? ； m － 模數； y － 齒形系數，如圖 所示。此外，汽車變速器齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級別、支撐方式也基本一致。 某些輕型以下的載貨汽車和轎車等變速器的小 模數（ ～mn ? ）齒輪，采用了 40Cr 或 35Cr 鋼并進行表面氰化處理。 國產汽車變速器齒輪的常用材料是 20CrMnTi,也有采用 20Mn2TiB， 20MnVB，20MnCr5 的。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經正火或調質處理后，再進行切削加工即可；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行磨齒。 (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，小齒輪材料硬度應略高于大齒輪，且 使 兩輪硬度差在 30～ 50HBS 左右。合理選擇齒輪參數及變位系數，增大齒廓曲率半徑，降低接觸應力，提高齒面強度等，可提高齒面的接觸強度。 對于高速重載齒輪，由于齒面相對滑動速度高、接觸壓力大且接觸區產生高溫而使 齒面間的潤滑油膜破壞， 使 齒面直接接觸。齒面長期在脈動的接觸應 26 力作用下，會逐漸產生大量與齒面成尖角的小裂縫。在汽車變速器中這種情況很少發生。m 0 3 127/ ???? ?inn r/min （ 4）掛 4 擋 時 ?T Nm 16001 ??nn r/min 中間軸 ????????? ?iTT 齒承 ?? N 表 變速器齒輪的主要幾何尺寸 項目 齒輪 齒數 （ mm） 螺 旋角（ ? ） 端 面 模 數（ tm ） 端 面 壓力 角 （ ? ） 分 度 圓直徑 齒 頂 圓直徑 齒 根 圓直徑 齒寬 (mm) 1z 21 20 2z 35 20 3z 27 20 4z 29 20 5z 32 20 6z 23 20 7z 37 20 8z 17 20 9z 14 20 10z 39 20 11z 38 30 114 120 20 12z 18 30 54 60 20 13z 23 30 69 75 20 計算變速器各軸的扭矩和轉速 已知發動機的最的轉矩為 260N 24 第 4章 變速器齒輪的設計計算 變速器齒輪的幾何尺寸計算 汽車變速器均為漸開線齒輪。取倒擋中間齒輪 13 的齒數取 2313?z .中間軸倒擋齒輪的齒數取為 1812?z ，倒擋時的傳動比為?Ri 。 確定五擋齒輪的齒數 五擋齒輪為斜齒輪，當其螺旋角與常嚙合齒輪不同時，則有 ??? zzizz g os2 109109 ??? ?nmAzz ? 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求出發，要平衡軸向力，要求滿足下式 ???????? ????? 10921 2109 21 1t a nt a n zzzz z?? 求解上述三式，取整得 149?z ， 3910?z ?????? zzzzi g ?? 55 gg ii 故齒輪齒數不需調整。 確定三擋齒輪的齒數 三擋齒輪為斜齒輪，當其螺旋角與常嚙合齒輪不同時，則有 ??? zzizz g os2 4343 ??? ?nmAzz ? 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求 出發，要平衡軸向力，要求滿足下式 ???????? ?????432124321 1t a nt a n zzzz z?? 求解上述三式，取整得 263?z ， 304?z ， ?? ? ? 。 ? ? os2 356c os22121 ?? ????? ??nmzzA mm 由于調整后中心距發生了變化，所以需對 常嚙合 齒輪進行角度變位。則可取 54??z 取一擋小齒輪齒數 178?z 37175187 ????? ? zzz 18 1 第一軸常嚙合齒輪； 2中間軸常嚙合齒輪； 3第二軸三擋齒輪； 4中間軸三擋齒輪； 5第二軸二擋齒輪； 6中間軸二擋齒輪； 7第二軸一擋齒輪； 8中間軸一擋齒輪； 9第二軸五擋齒輪； 10中間軸五擋齒輪； 11第二軸倒擋齒輪； 12中間軸倒擋齒輪； 13倒擋中間齒輪 圖 變速器傳動簡圖 對 中心距進行修正 因為計算齒數和 ?z 后，經過取整數使中心距有了變化，所以應根據取定的 ?z 和齒輪變位系數重新計算中心距 A ，再以修正后的中心距 A 作為各擋齒輪齒數分配的依據，故中心距變為 mmmzzA n os2 354c os2 )( 8787 ?? ???? ? ?? mm 對中心距進行取整，取中心距 70??A mm。代入數據后得 543 25c os902c os2 87 ????? ?? ?nmAz ? 計算后應取 ?z 為整數，然后再進行大、小齒輪齒數的分配，中間軸上小齒輪的最小齒數，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。我 國規定，齒頂高系數取為 。 ncmkb? 式中： ck － 齒寬系數，直齒輪取 ～kc ? ，斜齒輪取 ～kc ? ； nm － 法面模數。因此，中間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應該是不一樣的。～ 25176。在齒輪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、噪聲降低。此處取 。由于工藝上的考慮，同一變速器 16 中的結合齒采用同一 模數。降低噪聲水平對乘用車很重要，而對商用車則更應重視減小其質量。 商用車變速器的軸向尺寸為： 四擋 ? ?A～ ：五擋 ? ?A～ ；六擋 ? ?A～　 所以本設計變速器的軸向尺寸可初選為 3 0 6~2 7 070)~( ???A mm，取整296?A mm。 變速器外形尺寸的初選 變速器的橫向外形尺寸，可根據齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機構的布置初步確定。還有，變速器中心取得過小，會使變速器長度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態變壞 [11]。它是一個基本參數，其大小不僅對變速器的外 形尺寸、體積和質量大小有影響，而且對輪齒的接觸強度有影響。 將各數據代入式 ()中得 ) i o ()s i nc o s(0m a xm a xm a x1?????????????Terg iTrfmgi??? 根據驅動車輪與路面的附著條件 ?? 201m ax Gr iiT r Tge ? 可求得變速器一擋傳動比為 14 Terg iT rGi ??0max21 ? () 式中： 2G －汽車滿載靜止與水平路面時驅動橋給地面的載荷， 18952 ?G Kg； ? －道路的附著系數，計算時取 ?? ～ ； 其他參數同式 ()。最后結合本次設計所依據車輛的主要技術參數，選擇了 本設計的傳動機構布置方案和零、部件的結構形式，作為以后各章節設計的基礎。 采用如圖 所示的傳動機構布置方案。滾針軸承有滾動摩擦損失小、傳動效率高、徑向配合間隙小、定位及運轉精度高、有利于齒輪嚙合等優點。中間軸上齒輪工作時產生的軸向力，原則上由前或后軸承來承受都可以，但在殼體前端面布置軸承蓋有困難，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱輥子軸承來承受徑向力，而后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓柱輥子軸承，本設計兩端均采用有擋圈的球軸承。 汽車變速器結構緊湊、尺寸小的特點，采用尺寸大些的軸承受限制，常在布置上有困難。將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切薄；將接合齒的工作面設計并加工成斜面 ，形成倒錐角等等一些措施可以有效防止脫檔現象的發生。為了操縱方便發，要求換入不同 擋 位的變速桿行程應盡可能一樣，如利用同步器或嚙合套換 擋 ，就很容易實現這一點。 使 用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換 擋 ，而與操作技術的熟練程度無關，從而提高了汽車的加速性、燃油經濟性和行 駛 安全性。這時，不僅換 擋 行程短，同時因承受換 擋 沖擊載荷的接合齒數多，而輪齒又不參與換 擋 ，所以它們都不會過早損壞；但因不能消除換 擋 沖擊，仍然要求駕 駛 員有熟練的操作技術 。只有駕 駛 員用熟練 的操作技術（如兩腳離合器）才能 使 換 擋 時齒輪無沖擊，并克服上述缺點；但換擋 瞬間駕 駛 員注意力被分散，又影響行 駛 安全。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔，本設計為一檔和倒檔采用直齒圓柱齒輪，二、三、四檔常嚙合齒輪采用斜齒圓柱齒輪。 機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力時處于工作狀態的齒輪對數、每分鐘轉速、傳遞的功率、潤滑系統的有效性、齒輪和殼體等零件的制造精度等。將高 擋 布置在靠近軸的兩端支承中部區域較為合理，在該區域因軸的變形而引起的齒輪偏轉角較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態，以減少偏載并提高齒輪壽命 [7]。為此，無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔，都應當布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從抵檔到高檔的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。圖 (b)所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理。前者雖然結構簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒是在最不利的正、負交替變化的彎曲應力狀態下工作；而后者是在較為有利的單向循環彎曲應力狀態下工作，并使倒檔傳動比略有增加。因為直接 擋 的利用率要高于其他 擋 位，因而提高了 變速器的 使 用壽 命；在其他前進擋位工作時，變速器傳遞的動力需要經過設置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒 8 輪可以不采用常嚙合齒輪傳動；多數傳動方案件中除一擋以外的其他擋位的換擋機構，均采用同步器或接合套換擋，少數結構的一擋也采用同步器或接合套換擋，各擋同步器或接合套多數情況下裝在第二軸上。 如圖 ～ d 所示為中間軸式變速器的傳動方案，其中 a～ b 為中間軸式五 擋 變速器， c～ d 為中間軸式六 擋 變速器的傳動方案。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體；多數方案的倒 擋 傳動常用滑動齒輪，其它 擋 位均用常嚙合齒輪傳動。轎車多采用前置發動機前輪驅動的布置，因為這種布置 使 汽車的動力 傳動系統緊湊、操縱性好且可 使 汽車質量減少 6%～ 10%。 根據前進檔數的不同，變速器有三、四、五和多檔幾種。 變速器齒輪幾何尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及材料選擇；計算各軸的扭矩和轉速；齒輪強度計算及檢驗； 變速器軸設計計算。 手動變速器的設計要求 (1)、 正確選擇變速器的 擋 位數和傳動比， 使 其和發動機參數優化匹配，以保證汽 5 車具有良好的動力性和經濟性； (2)、 設置空 擋 以保證汽車在必要時能將發動機和傳動系長時間分離，設置倒 擋 使汽車能倒退行 駛 ； (3)、 操縱簡單、方便、迅速、省力； (4)、 傳動效率高，工作平穩、無噪聲； (5)、體積小、質量輕、承載能力強，工作可靠； (6)、 制造容易、成本低廉、維修方便、 使 用壽命長； (7)、 貫徹零件標準化、部件通用化及總成系列化等設計要求，遵守有關標準規定； (8)、 需要時應設置動力輸出裝置。 手動變速器的發展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數目，從而可采用斜齒圓柱齒輪。三軸式變速器的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齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。采用超速 擋 ，可以提高汽車的燃油經濟性。商用車變速器采用 45 個 擋 或多 擋 。 手動變速器的特點和設計要求及內容 手動變速器的特點 手動變速器的 擋 數通常在 6 擋 以下，當 擋 數超過 6 擋 時，可以在 6 擋 以下的主變速器的基礎上，再行配置副變速器，通過兩者的組合獲得多 擋 變速器。無級變速器裝有自動控制裝置，行車中可以根據車速自動調整 擋 位，無需人工操作，省去了換 擋 及踩踏離合器踏板的操作。理想的無級變速器是在整個傳動范圍內