車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-輕型貨車變速器設(shè)計(jì)(更新版)

　　

【正文】 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(fā)，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 ， ?? ? ? 。則可取 54??z 取一擋小齒輪齒數(shù) 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(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和 ?z 后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的 ?z 和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距 A ，再以修正后的中心距 A 作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)，故中心距變?yōu)? mmmzzA n os2 354c os2 )( 8787 ?? ???? ? ?? mm 對中心距進(jìn)行取整，取中心距 70??A mm。我 國規(guī)定，齒頂高系數(shù)取為 。因此，中間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。由于工藝上的考慮，同一變速器 16 中的結(jié)合齒采用同一 模數(shù)。 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(shè)計(jì)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。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(tài)變壞 [11]。 將各數(shù)據(jù)代入式 ()中得 ) i o ()s i nc o s(0m a xm a xm a x1?????????????Terg iTrfmgi??? 根據(jù)驅(qū)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(shí)驅(qū)動橋給地面的載荷， 18952 ?G Kg； ? －道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 ?? ～ ； 其他參數(shù)同式 ()。 采用如圖 所示的傳動機(jī)構(gòu)布置方案。中間軸上齒輪工作時(shí)產(chǎn)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?zhàn)虞S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?zhàn)虞S承，本設(shè)計(jì)兩端均采用有擋圈的球軸承。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(shè)計(jì)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(xiàn)象的發(fā)生。 使 用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換 擋 ，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行 駛 安全性。只有駕 駛 員用熟練 的操作技術(shù)（如兩腳離合器）才能 使 換 擋 時(shí)齒輪無沖擊，并克服上述缺點(diǎn)；但換擋 瞬間駕 駛 員注意力被分散，又影響行 駛 安全。 機(jī)械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力時(shí)處于工作狀態(tài)的齒輪對數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪和殼體等零件的制造精度等。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(yīng)當(dāng)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。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒是在最不利的正、負(fù)交替變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作；而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，并使倒檔傳動比略有增加。 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。轎車多采用前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的布置，因?yàn)檫@種布置 使 汽車的動力 傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可 使 汽車質(zhì)量減少 6%～ 10%。 變速器齒輪幾何尺寸計(jì)算；變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇；計(jì)算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)； 變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。 手動變速器的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒圓柱齒輪。采用超速 擋 ，可以提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。 手動變速器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 手動變速器的特點(diǎn) 手動變速器的 擋 數(shù)通常在 6 擋 以下，當(dāng) 擋 數(shù)超過 6 擋 時(shí)，可以在 6 擋 以下的主變速器的基礎(chǔ)上，再行配置副變速器，通過兩者的組合獲得多 擋 變速器。理想的無級變速器是在整個(gè)傳動范圍內(nèi)能連續(xù)的、無 擋 比的切換變速比，是變速器始終按最佳換 擋規(guī)律自動變速。這種變速器與一般齒輪式自動變速器的最大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動。目前為止，變速器經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段，主要為： 手動變速器 手動變速器主要采用齒輪傳動的降速原理。 汽車變速器國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 變速器國內(nèi)外 的現(xiàn)狀 早期的汽車傳動系，從發(fā)動機(jī)到車輪之間的動力傳動形式是很簡單的。 變速器都裝有單向的通氣閥以防殼內(nèi)空氣熱脹而漏油及潤滑油氧化。 變速器按其傳動比的改變方式可分為有級、無級和綜合式的。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，汽車的各項(xiàng)性能也日臻完善。在發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下使汽車能倒退行駛；利用空擋中斷動力傳遞，以使發(fā)動機(jī)能夠起動 、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動力輸出。 本設(shè)計(jì)論述了變速器的總體結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中完成了各擋齒輪和軸的計(jì)算和校核及 CAD 繪圖等工作。 變速器在發(fā)動機(jī)和汽車之間主要起著匹配作用，通過改變變速器的傳動比，可以使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器按其操縱方式又可分為自動式、半自動式、預(yù)選式、指令式、直接操縱式和遠(yuǎn)距離操縱式 [2]。 現(xiàn)代汽車上廣泛采用內(nèi)燃機(jī)作為動力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍很小，而復(fù)雜的 使 用條件要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。福魯特采用耐用的摩擦材料進(jìn)一步完善了變速器的性能。手動變速器的換 擋 操作可以完全遵從駕 駛 者的意志，且結(jié)構(gòu)簡單、故障率相對較低、價(jià)廉物美。變矩器的作用是通過油液介質(zhì)將發(fā)動機(jī)動力傳遞給變速器，它的傳遞 效率通常只有 80%。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，變速器的自動控制進(jìn)一步完善，在各種 使 用工況下能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)與傳動系的最佳匹配，控制更加精確、有效，性能價(jià)格比大大提高。發(fā)動機(jī) 排量大的乘用車多用 5 個(gè) 擋 。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。當(dāng)然，常嚙合齒輪副的增多將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部分 總慣性力矩的增大。 表 長城風(fēng)駿 皮卡 的主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動機(jī)最大功率 70kw 車輪型號 215/75 R15 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 260Nm 最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速 3600 r/min 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 1600~2600r/min 最高車速 140km/h 總質(zhì)量 2795kg 整備質(zhì)量 2470kg 變速器傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和形式選擇 本設(shè)計(jì)應(yīng)用在現(xiàn)今使用廣泛的發(fā)動機(jī)前置、后輪驅(qū)動的 4 2 總體布置方案，發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力依次經(jīng)過離合器、變速器、萬向傳動裝置（萬向節(jié)和傳動軸）、主減速器、差速器、半軸，傳到驅(qū)動輪，如圖 所示 ； ； ； 圖 發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車傳動系 變速器由變速傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。 如圖 ～ c 所示為發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū) 動轎車的兩軸式變速器傳動方案。 使 用直接 擋 ，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動效率高，可達(dá)到 90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。圖 (a)所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒檔時(shí)利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度；但換檔時(shí)要求有兩對齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難。 4 傳動機(jī)構(gòu)布置的其他問題 常用 擋 位的齒輪因接觸應(yīng)力過高而易造成表面點(diǎn)蝕損壞。變速器 中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量增大。 當(dāng)變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時(shí)，可以用移動嚙合套換擋 。在滑動齒輪特別寬的情況下，這種差別就更為明顯。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種類型的軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同的。 滾針軸承、滑動軸承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。在零部件的選擇部分，對變速器齒輪、換 擋 機(jī)構(gòu)的形式和變速器防止自動脫 擋 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和說明。將各數(shù)代入式中得 ?? ?q 則變速器其他各擋的傳動比為 4415221312?????????qiiqiiqiigggggg 中心距的確定 對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距 A ；對兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距 A 。 將各數(shù)代入式 ()中得 33 1m a x 6 ????～　iTKA ggeA ? =~ 故可初選中心距 90?A mm。選擇模數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時(shí)將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。所選模數(shù)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以 15176。通常可以根據(jù)齒輪模數(shù)來選擇齒寬 b。 確定一擋齒輪的齒數(shù) 初選一擋螺旋角 ??? 2587? 已知一擋傳動比 1gi ，且 87121 zzzzig ?? 為了確定 7z ， 8z 的齒數(shù)，先求齒數(shù)和 ?z 直齒輪 mAz 2?? () 斜齒輪 nmAz 87cos2 ?? ? ? () 由于一擋齒輪為斜齒輪，故可用式 ()計(jì)算。 根據(jù)所確定的齒數(shù)， 一擋 齒輪精確的螺旋角的值為 ?????????)]902/(3)3717a r c c o s [ ()]2/()a r c c o s [ ( 8787 Amzz n? 確定常嚙合齒輪的齒數(shù) 由式87121 zzzzig ?? 得 78112 zzizz g ?? 因常嚙合齒輪副與 1 擋齒輪副以及其它各擋齒輪副的中心距相同，故由式 ()可得 nmAzz 2121 c os2 ??? ? 22c o s902c o s2212178112?????????????ngmAzzzzizz? 聯(lián)立求解并將 1z 、 2z 取整數(shù)后得 211?z , 352?z ?????? zzzzi g ?? 11 gg ii 故齒輪齒數(shù)不需調(diào)整。中心距變動系數(shù)為 22 ????? m AAy 嚙合角為 os 90c osc os ????? ??? AA ??? ? 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 ??x 而齒輪齒數(shù)比為 ??u 故可以分配變位系數(shù)得 ?x ， ?x 。在確定完傳動方案后，開始進(jìn)行齒輪各參數(shù)的選擇以及齒輪齒形和齒數(shù)的計(jì)算，為后續(xù)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ) 。 一軸 25 5 6 0m a x1 ????? 離?eTT N這種由于強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生的斷裂，其斷面為一次性斷裂所呈現(xiàn)的粗狀顆粒面。通常是靠近節(jié)圓根部齒面處的點(diǎn)蝕較靠近節(jié)圓頂部齒面出的點(diǎn)蝕嚴(yán)重；主動小齒輪較被動大齒輪嚴(yán)重。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。在選擇齒輪的材料及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮其加工性能及制造成本。 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 與其它機(jī)械設(shè)備用變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪 使 用條件是相似的。 將上述有關(guān)參數(shù)代入公式后，可得到斜齒輪的彎曲應(yīng)力公式為 ??? ?? KyKzm KTCngw 3cos2? () 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩 maxeT 時(shí)，對乘用車常嚙合齒輪和高 擋 齒輪，許用應(yīng)力在 180～ 350MPa 范圍，對貨車為 100～ 250MPa