【正文】 式中m——汽車(chē)的總質(zhì)量； g——重力加速度； f——道路阻力系數(shù)； αmax——最大爬坡度； rr——驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑； Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； i0——主減速比；ηt——汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。本車(chē)型最高擋為直接擋，其傳動(dòng)比ig5=。 中心距對(duì)于中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸軸線之間的距離稱(chēng)為變速器中心距。此外，受一擋小齒輪不能過(guò)少的限制，要求中心距也要取大些。 外形尺寸變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間（過(guò)渡）齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。為檢測(cè)方便，A取整。變速器用齒輪模數(shù)的范圍見(jiàn)表41。 壓力角α齒輪壓力角較小時(shí)，重合度較大并降低了輪齒剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)的動(dòng)載荷，使傳動(dòng)平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)變速器齒輪采用20。圖41 中間軸向力的平衡最后可用調(diào)整螺旋角的方法，使各對(duì)嚙合齒輪因模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因而造成的中心距不等的現(xiàn)象消除。~34?？紤]到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m（mn）的大小來(lái)選定齒寬：直齒b=kcm，kc為齒寬系數(shù)，~。由上可得，一擋和倒擋直齒的齒寬b=kcm=3=21mm，其余各擋斜齒b=kcmn==18mm 齒輪變位系數(shù)的選擇原則采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時(shí)增加一對(duì)齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。為保證各對(duì)齒輪有相同的中心距，此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行變位。變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。總變位系數(shù)越小，一對(duì)齒輪齒根總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。現(xiàn)在包括我國(guó)在內(nèi)。圖42 中間軸式五擋變速器傳動(dòng)方案 確定一擋齒輪的齒數(shù)一擋傳動(dòng)比為 （410）為了求各齒輪的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和zh 直齒zh=2A/m=（278）/=52 （411）中間軸上的一擋小齒輪的齒數(shù)盡可能取少些，以便使z9/z10的傳動(dòng)比大些，在i1已定的條件下，z2/z1的傳動(dòng)比可分配小些，使第一軸常嚙合齒輪的齒數(shù)多些，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸的前軸承并保證輪輻有足夠的厚度。 對(duì)中心距A進(jìn)行修正由于zh恰好為整數(shù)，所以對(duì)中心距A沒(méi)有影響，不需要修正。三擋斜齒輪： （416） （417）求得z5=26，z6=25。倒擋齒輪選用的模數(shù)往往與一擋相近。變速器軸的最大直徑d與支承間的距離l可按下列關(guān)系式初選： 對(duì)中間軸： 對(duì)第二軸： 三軸式變速器的第二軸與中間軸的最大直徑d可根據(jù)中心距A(mm)按下式初選： （423） 則中間軸的長(zhǎng)度初定為219mm，第二軸的長(zhǎng)度為195mm。前者在變速器中出現(xiàn)得極少，而后者出現(xiàn)得多些。此外，汽車(chē)變速器齒輪用的材料，熱處理方法，加工方法，精度級(jí)別，支承方式也基本一致。 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算（1）直齒輪彎曲應(yīng)力 （51）式中，彎曲應(yīng)力；F1為圓周力，F(xiàn)1 =2Tg/d；Tg為計(jì)算載荷（N，由上式可得1擋主動(dòng)齒輪 1擋從動(dòng)齒輪的齒寬b要加寬5mm，以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷。mm）；d為節(jié)圓直徑（mm），d=mnz/cosβ，mn為法向模數(shù)；z為齒數(shù)；β為斜齒輪螺旋角；Kσ為應(yīng)力集中系數(shù)，Kσ =；b為齒面寬（mm）；t為法向齒距（mm），t =πm；y為齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)zn =z/cos3β在圖51中查得；Kε為重合度影響系數(shù)，Kε =。mm），取；d為節(jié)圓直徑（mm）；α為節(jié)點(diǎn)處壓力角，β為齒輪螺旋角；E為齒輪材料的彈性模量（MPa），105MPa；b為齒輪接觸的實(shí)際寬度；ρz、ρb為主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，直齒輪ρz =rzsinα、ρb=rzsinα，斜齒輪ρz =rzsinα/cos2β，ρb=rbsinα/cos2β；rz、rb為主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm）。在選用鋼材及熱處理時(shí)，對(duì)切削加工性能及成本也應(yīng)考慮。滲碳齒輪表面硬度為58~63HRC，芯部硬度為33~48HRC。所以設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)，其剛度大小應(yīng)以保證齒輪能實(shí)現(xiàn)正確的嚙合為前提條件。圖52 變速器軸的變形簡(jiǎn)圖a）軸在垂直面內(nèi)的變形 b）軸在水平面內(nèi)的變形初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取Temax。變速器齒輪在軸上的位置如圖53所示時(shí)，可分別用下式計(jì)算圖53 變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角 （59） （510） （511）式中，F(xiàn)t為齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）；Fr為齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）；E為彈性模量，E=2105MPa；I為慣性矩（mm4），對(duì)于實(shí)心軸：I=πd4/64；d為軸的直徑（mm），花鍵處按平均直徑計(jì)算；a、b為齒輪上作用力距支座A、B的距離（mm）；L為支座間距離（mm）。作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。根據(jù)二擋齒輪進(jìn)行彎扭分析，106N常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但有不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下(即角速度相等)換擋的缺點(diǎn)，現(xiàn)已不用。所以本設(shè)計(jì)采用的是慣性式同步器。彈性元件是位于嚙合套座兩側(cè)的彈簧圈。圖61 鎖環(huán)式同步器4—鎖環(huán) 2—滑塊 3—彈簧圈 8—齒輪 6—嚙合套座 7—嚙合套 鎖環(huán)式同步器工作原理?yè)Q擋時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換擋力，推動(dòng)嚙合套并帶動(dòng)滑塊和鎖環(huán)移動(dòng)，直至鎖環(huán)錐面與被接合、齒輪上的錐面接觸為止。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸接近，在角速度相等的瞬間，同步過(guò)程結(jié)束，完成了換擋過(guò)程的第二階段工作。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足如下主要要求：換擋時(shí)只能掛入一個(gè)擋位，換擋后應(yīng)使齒輪在全齒長(zhǎng)上嚙合，防止自動(dòng)脫擋或自動(dòng)掛擋，防止誤掛倒擋，換擋輕便。近年來(lái)，單軌式操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各擋同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，但它要求各擋換擋行程相等。這時(shí)要求整套系統(tǒng)有足夠的剛性，且各連接件之間間隙不能過(guò)大，否則換擋手感不明顯，并增加了變速桿顫動(dòng)的可能性。齒輪表面粗糙數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。第一軸花鍵軸部分采用矩形花鍵，齒數(shù)為22。潤(rùn)滑方式采用油潤(rùn)滑。 變速器殼體變速器殼體的尺寸要盡可能小，同時(shí)質(zhì)量要小，并具有足夠大的剛度，用來(lái)保證軸和軸承工作時(shí)不會(huì)歪斜。經(jīng)計(jì)算得出變速器縱向內(nèi)部尺寸為205mm。注油孔位置設(shè)計(jì)在潤(rùn)滑油所在平面處，同時(shí)利用它作為檢查油面檢查高度的檢查孔。變速器頂部裝有通氣塞，保持變速器內(nèi)部的大氣壓力。圖91 一擋大齒輪圖92 變速器第二軸10 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的是一款中型轎車(chē)的中間軸式五擋手動(dòng)變速器，變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)最重要的兩個(gè)核心部件，代表著整個(gè)汽車(chē)工業(yè)的技術(shù)水平，手動(dòng)變速器在我國(guó)發(fā)展已經(jīng)非常成熟，但是對(duì)于沒(méi)有任何社會(huì)經(jīng)驗(yàn)的大學(xué)生還是需要對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究的。變速器除倒擋外均采用同步器掛擋，雖然成本增加，但是使換擋迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲，提高了汽車(chē)的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性、平順性和安全性。此次設(shè)計(jì)的不足之處是由于變速器設(shè)計(jì)項(xiàng)目繁多，本次只進(jìn)行了主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，由于時(shí)間倉(cāng)促和水平有限，本次設(shè)計(jì)不能盡善盡美，但是通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)，增長(zhǎng)了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，個(gè)人能力得到了很大提高，為今后的社會(huì)工作打下了良好的基礎(chǔ)。一擋和倒擋由于速度較低，換擋沖擊不大，于是采用直齒輪和直齒滑動(dòng)齒輪換擋，節(jié)省了成本。擋數(shù)較多，增加了選用合適擋位使發(fā)動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)工作狀況的機(jī)會(huì)，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。9 變速器CAD模型經(jīng)過(guò)分析計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，結(jié)合AUTOCAD2007軟件繪制成了一擋大齒輪和第二軸的零件圖。放油螺塞采用永久磁性螺塞，可以吸住存留于潤(rùn)滑油內(nèi)的金屬顆粒。為了注油和放油，在變速器殼體上設(shè)計(jì)了注油孔和放油孔。設(shè)計(jì)時(shí)要使殼體側(cè)面的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪齒頂之間留有5~8mm的間隙，否則由于增加了潤(rùn)滑油的液壓阻力，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲和使變速器過(guò)熱。由于漸開(kāi)線花鍵定位性能良好，承載能力大且漸開(kāi)線花鍵的齒短，小徑相對(duì)增大能提高軸的剛度，所以軸與同步器上的軸套常用漸開(kāi)線花鍵連接。如圖81圖81 花鍵齒輪變速器軸靠近殼體的部分均采用圓錐滾子軸承支承。齒輪的制造精度為7級(jí)。圖71 遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器工作原理簡(jiǎn)圖本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是前置后驅(qū)式汽車(chē)的變速器，所以采用的是遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器。這種手動(dòng)換擋變速器稱(chēng)為遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器。 直接操縱手動(dòng)換擋變速器當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近，可將變速桿直接安裝在變速器上，并依靠駕駛員手力和通過(guò)變速桿直接完成換擋功能的手動(dòng)換擋變速器，稱(chēng)為直接操縱變速器。圖62 鎖環(huán)式同步器工作原理鎖環(huán)式同步器有工作可靠，零件耐用等優(yōu)點(diǎn)，但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于鎖止面在鎖環(huán)的接合齒上，會(huì)因齒端磨損而失效，因而主要用于乘用車(chē)和總質(zhì)量不大的貨車(chē)變速器中。接下來(lái)，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖62a），使嚙合套的移動(dòng)受阻，同步器處在鎖止?fàn)顟B(tài)，換擋的第一階段工作至此已完成。在不換擋的中間位置，滑塊凸起部分嵌入嚙合套中部的內(nèi)環(huán)槽中，使同步器用來(lái)?yè)Q擋的零件保持在中立位置上。 鎖環(huán)式同步器如圖61所示，鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是同步器的摩擦元件位于鎖環(huán)1或4和齒輪5或8凸肩部分的錐形斜面上。慣性式同步器中有鎖銷(xiāo)式、鎖環(huán)式、滑塊式、多片式、和多錐式幾種。變速器的軸要用與齒輪相同的材料制造，選用40Cr，7級(jí)精度。軸在轉(zhuǎn)矩Tn和彎矩同時(shí)作用下，其應(yīng)力為 （513）式中，；d為軸的直徑，花鍵處取內(nèi)徑；W為抗彎截面系數(shù)。由上可知，所有校核強(qiáng)度均在允許范圍內(nèi)。計(jì)算時(shí)僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。擋位不同，