【正文】 設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 變速器能 使 汽車(chē)以非常低的穩(wěn)定車(chē)速行 駛 ，而這種低的車(chē)速只靠?jī)?nèi)燃機(jī)的最低穩(wěn)定車(chē)速是難以達(dá)到的。固 定軸式變速器又分為兩軸式、三軸式和多軸式的。隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，增力式同步器，雙 、 中間軸變速器，后置常嚙合傳動(dòng)齒輪、短第二軸的變速器，各種自動(dòng)、半自動(dòng)以及電子控制的自動(dòng)換 擋 機(jī)構(gòu)等新結(jié)構(gòu)也相繼問(wèn)世。 汽車(chē)變速器設(shè)計(jì)的目的和意義 進(jìn)入 90 年代以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的急速發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，促使汽車(chē)工業(yè)發(fā)生了根本性的變革，其生產(chǎn)組織方 式從傳統(tǒng)的大批量、少品種的剛性生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向著多品種、中小批量的柔性生產(chǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以 CAD/CAE/CAM 為代表的現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)方法正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 [9] 變速器除了要能滿足一定的 使 用要求外，還要保證 使 其和汽車(chē)能有很好的匹配性，可以提高汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況范圍內(nèi)工作提高汽車(chē)的 使用壽命、降低能源消耗、減少汽車(chē)的 使 用噪聲等。 1921 年英國(guó)人赫伯特 本哈特和艾米爾 手動(dòng)變速器又稱(chēng)手動(dòng)齒輪式變速器，含 有可以在軸向滑動(dòng)的齒輪，通過(guò)不同齒輪的嚙合達(dá)到變速變矩的目的 [3]。 自動(dòng)變速器是由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)液力傳遞和齒輪組合的方式來(lái)達(dá)到變速變矩 的目的。 無(wú)限變速式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器 （ IVT） 無(wú)限變速式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器與其它自動(dòng)變速器的差別之一是不 使 用變矩器?，F(xiàn)代汽車(chē)變速器的發(fā)展趨勢(shì)，是向著可調(diào)自動(dòng)變速器或無(wú)級(jí)變速器的方向發(fā)展。 現(xiàn)代無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)效率提高，變速反應(yīng)快、油耗低。 當(dāng)今世界各大汽車(chē)公司對(duì)無(wú)級(jí)變速器的研究都十分活躍。目前，乘用車(chē)一般采用 45個(gè) 擋 位的變速器。多 擋 變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車(chē)和越野車(chē)上 [6]。 從傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置上來(lái)說(shuō)，目前，兩軸式和三軸式變速器都得到了廣泛的應(yīng)用。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在變速器中，除低 擋 及倒 擋 齒輪外，直齒圓柱齒輪已被斜齒圓柱齒輪所取代。本文主要完成 下面一些主要工作： 參數(shù)計(jì)算。 6 第 2章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案確定 設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù) 本設(shè)計(jì)是根據(jù) 長(zhǎng)城風(fēng)駿 皮卡 的技術(shù)參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一種輕 型貨 汽 車(chē)變速器，其具體參數(shù)如表 。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。兩軸式變速器沒(méi)有直接 擋 ，因此在高 擋 工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn) 。 圖 兩軸式變速器傳動(dòng)方案 中間軸式變速器特點(diǎn)分析 中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車(chē)上。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保證兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接擋 。 倒 擋 布置方案分析 與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車(chē)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)倒檔，故多次數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒檔。 9 （ a） （ b） （ c） （ d） 圖 倒檔布置方案 圖 為常見(jiàn)的倒檔布置方案。圖 （ d） 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔更為輕便。此時(shí)在倒檔工作時(shí)，輪齒磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，而在一檔工作時(shí)輪齒的磨損與噪聲有所減少。 使 用傳動(dòng)比小于 1的超速 擋 ，能夠更充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率， 使 汽車(chē)行 駛 1Km 所需 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的總轉(zhuǎn)數(shù)減少，因而有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和降低燃料消耗。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這對(duì)軸承不利。 汽車(chē)行 駛 時(shí)，因變速器內(nèi)各轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪有不同的角度，所以用軸向滑動(dòng)直齒齒輪方式換 擋 ，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨噪聲。因此，盡管這種換 擋 方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、拆裝與維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩，但除一 擋 、倒 擋 已很少 使 用。因此，目前這種換 擋 方法只在某些要求不高的 擋 位及重型貨車(chē)變速器上應(yīng)用。利用同步器換 擋 ，其換 擋 行程要比滑動(dòng)齒輪換 擋 行程短。由于接合齒磨損、變速器軸剛度不足以及振動(dòng)等原因都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫檔。變速器軸承常采用圓柱輥?zhàn)虞S承、球軸承、滾針軸承圓錐輥?zhàn)虞S承、滑動(dòng)軸套等。本設(shè)計(jì)主 要針對(duì)的是輕型汽車(chē)，故內(nèi)腔空間比較狹小，只能采用滾針軸承，而第二軸后端采用球軸承，用來(lái)承受軸向力和徑向力。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證后壁兩軸承孔之間的距離不小于 6～ 20mm?；瑒?dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易、成本低，但為了設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，在設(shè)計(jì)中只采用滾針軸承。 12 圖 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 本章小結(jié) 本章主要依據(jù)變速器幾種常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，對(duì)兩軸式和中間軸式的變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，分析了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)介紹了幾種常見(jiàn)的倒 擋機(jī)構(gòu)布置方案，并比較了各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。 汽車(chē)爬坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力 [10]。 變速器其他各擋傳動(dòng)比的確定 變速器的四擋為直接擋，其傳動(dòng)比為 ，中間擋的傳動(dòng)比理論上按公比1 11m inm a x ?? ?? ngngngg iiiiq (其中 n 為擋位數(shù) )的幾何級(jí)數(shù)排列，實(shí)際上與理論值略有出入。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。m)； 1gi －變速器一擋傳動(dòng)比； g? －變速器的傳動(dòng)效率，取 96%。實(shí)際初可根據(jù)中心距離 A 的尺寸參照下列關(guān)系初選。 變速器齒輪參數(shù)的選擇 模數(shù) 齒輪模數(shù)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所確定。 所選模數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1357—1987 的規(guī)定，在本設(shè)計(jì)中所有齒輪模數(shù)選擇 。選取較小模數(shù)并增多齒數(shù)有利于換擋。 表 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項(xiàng)目 車(chē)型 齒形 壓力角 α 螺旋角 β 轎車(chē) 高齒并修形的齒形 ? ， ?15 ， ?16 ， ? ?25 ～ ?45 一般貨車(chē) GB135678 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形 ?20 ?18 ～ ?26 重型車(chē) GB135678 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形 低擋、倒擋齒輪 ? ， ?25 小 螺旋角 斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。不過(guò)當(dāng)螺旋角大于 時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。 壓力角初選 ?20 齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強(qiáng)度及工作平穩(wěn)性的要求。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。所設(shè)計(jì)的變速器的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 所示。為避免根切、增加強(qiáng)度，一擋小齒輪應(yīng)為變位齒輪。中心距變動(dòng)系數(shù)為 ????? mAAy 嚙合角為 osc os ????? ??? AA 19 ??? ? 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 0??x 而齒輪齒數(shù)比為 1737 ??u 故可以分配變位系數(shù)得 ??x ， ?x 。 根據(jù)所確定的齒 數(shù)，常嚙合齒輪精確的螺旋角的值為 ?????????)]902/(3)3521a r c c o s [ ()2/()a r c c o s [ ( 2121 Amzz n? 確定其他各擋齒輪的齒數(shù) 確定二擋齒輪的齒數(shù) 二擋齒輪為斜齒輪，則有 ????? zzizz g 24c os902c os2 6565 ?????? ??nmAzz ? 聯(lián)立求解，并對(duì)齒數(shù)取整后得 325?z ， 236?z 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 ???????? ?????652126521 1t a nt a n zzzz z?? 中心距為 ? ? ? ? 24c os2 32332c os2 6565 ?? ????? ??? nmzzAmm 由于調(diào)整后中心距發(fā)生了變化，所以需對(duì) 二 擋齒輪進(jìn)行角度變位。 ? ? os2 356c os24343 ?? ????? ??nmzzA mm 由于調(diào)整后中心距發(fā)生了變化，所以需 對(duì)三擋齒輪進(jìn)行角度變位。中心距變動(dòng)系數(shù)為 ????? m AAy 嚙合角為 os90 osc os ????? ??? AA ??? ? 23 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 。 倒擋軸與中間軸的中心距為 mmmzzA n )2318(2/)( 1312 ??????? 倒擋軸與第二軸的中心距為 mmmzzA n )2338(2/)( 1311 ???????? 本章小結(jié) 本章主要任務(wù)是對(duì)齒輪齒數(shù)進(jìn)行分配、確定中心距。漸開(kāi)線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)、分度圓壓力角必須分別相等，兩斜齒輪的螺旋角必須相等而方向相反。通過(guò)計(jì)算可得到各軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。m 4 137/179 6 08723 ???? ?inn r/min （ 2）掛 2 擋 時(shí) ????????? ?iTT 齒承 ?? Nm ???? ?inn r/min 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算和材料選擇 齒輪損壞的原因和形式 齒輪在嚙合過(guò)程中，輪齒根部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，過(guò)渡轉(zhuǎn)角處又有應(yīng)力集中，故當(dāng)齒輪受到足夠大的載荷作用，其根部的彎曲應(yīng)力超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)，輪齒就會(huì)斷裂。變速器低 擋 小齒輪由于載荷大而齒數(shù)少、齒根較弱，其主要破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。點(diǎn)蝕 使 齒形誤差加大而產(chǎn)生動(dòng)載荷，甚至可能引起輪齒折斷。在一般汽車(chē)變速器中，產(chǎn)生膠合損壞的情況較少。 齒輪的材料選擇 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(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。 (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。 27 齒輪材料的選擇 現(xiàn)代汽車(chē)變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造， 使 輪齒表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合，以大大提高其接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及耐磨性。為消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火。但由于氰化層較薄且鋼的含碳量又高，故接觸強(qiáng)度和承載能力均受到限制。因此，比用于通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)齒輪，同樣可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。m)； d － 節(jié)圓直徑 (mm)， ? ? ?coszmd n? ， nm － 法向模數(shù) (mm)， z － 齒數(shù)， ? － 斜齒輪螺旋角 (? )； ?K － 應(yīng)力集中系數(shù)， ??K ； b － 齒面寬 (mm)； t － 法向齒距 (mm)， nmt ?? ； y － 齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) ?3coszzn ? 在圖 中查得； ?K － 重合度影響系數(shù)， ??K 。 將作用在變速器第一軸上的載荷 2maxeT 作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表 。 表 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 齒輪 j? /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一擋和倒擋 1900～ 2021 950～ 1000 常嚙合齒輪和高擋 1300～ 1400 650～ 700 （ 2）接觸應(yīng)力的校核 由式 ()得齒輪的接觸應(yīng)力公式為 ???????? ??bzj bFE ??? 114 1 確定有關(guān)的參數(shù)和系數(shù)： 齒面法向力 F ??c osc os2d TF g? ??? ??? ?? osc os 2 211 11 ??d TF g = 31 ???????? o o。由圖 得 ?y ， ?y 。 輪齒接觸應(yīng)力 j? ???????? ??bzj bFE ??? 114 1 () 式中 ： j? － 輪齒接觸應(yīng)力 (MPa)； F － 齒面上的法向力 (N)，