【正文】 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 其實通過對一些車友的了解，他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動變速器，而且在某些時候也需要自動的感覺。在 D 擋時，可自由變換降擋 ()或加擋 (+)，如同手動擋一樣。多尼斯發(fā)明。雖然它們有著共同點，但是自動變速器只有換擋是自動的，但它的傳動比是有級的，也就是我們常說的擋，一般自動變速器有 4～ 8個擋。傳統(tǒng)來說，變速器制造包含大量昂貴的機器，以及為機械加工和裝配操作所需留出的空間限制的設(shè)計。 m的轉(zhuǎn)矩而出名。減小體積和質(zhì)量，提高傳扭能力，是當前汽車變速器優(yōu)化設(shè)計的主要目的，因為減小變速器的體積和質(zhì)量可減少制造費用，降低齒輪動載荷，提高齒輪壽命，使汽車的總體布置更為方便和靈活 。 目前汽車發(fā)達國家的汽車開發(fā)能力越來越依賴于汽車自 動開發(fā)設(shè)計軟件。而總結(jié)新的經(jīng)驗公式又需要豐富的設(shè)計經(jīng)驗與知識，是一個長期的過程。其優(yōu)點不僅僅在于得到一個能使性能達到較高水平的設(shè)計方案，而且由于知識工程和專家系統(tǒng)的引入，使得其更具有可擴展性。目前國內(nèi)采用這種驅(qū)動布置的主要有華晨寶馬、豐田銳志、皇 冠等少數(shù)車型。采用性能優(yōu)異的手動變速器，更能增加汽車的操控性與駕駛樂趣；而增加變速器的擋數(shù)，又能夠改善汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性和平均車速，因此目前寶馬汽車的手動變速器均采用六擋形式。 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 二、 變速器方案的確定 (一 )變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 變速器由傳動機構(gòu)與操縱機構(gòu)組成。汽車行駛的道路狀況愈多樣，發(fā)動機的功率與汽車質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動比范圍應(yīng)愈大。但采用手動的機械式操縱機構(gòu)時，要實現(xiàn)迅速、無聲換擋，對于多于 6 個前進擋的變速器來說是困難的。采用傳動比小于 1（ ~）的超速擋，可以更充分地利用發(fā)動機功率，降低單位行駛里程的發(fā)動機曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會減少發(fā)動機的磨損，降低燃料消 耗。 三軸式變速器如圖 21 所示，其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(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。其他前進擋需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 中間軸 圖 21 轎車中間軸式四擋變速器 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 兩軸式變速器如圖 22 所示。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動齒輪做成一體，當發(fā)動機縱置時，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當發(fā)動機橫置時則可用圓柱齒輪，從而簡化了制造工藝，降低了成本。 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 同步器 圖 22 兩軸式變速器 有級變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。 所設(shè)計的汽車是發(fā)動機前置，后輪驅(qū)動，采用中間軸式變速器。再除直接擋以外的其他擋位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。圖 24b、 c、 d 所示方案的各前進擋，均用常嚙合齒輪傳動；圖24d所示方案中的倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)。 發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動軸長度，可將變速器后端加長，如圖 23a、 b 所示。這時，如用在軸平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。但換擋時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換擋困難。圖 26f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因為使用倒擋的時間非常短，從這點出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處。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，并導致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。 直齒滑動齒輪換擋的特點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但由于換擋不輕便、換擋時齒端面受到很大沖擊、導致齒輪早期損壞、滑動花鍵磨損后易造成脫擋、噪聲大等原因 ，采用直齒滑動齒輪換擋時，換擋行程長也是它的缺點。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變 速器中。 采用同步器換擋可保證齒輪在換擋時不受沖擊，使齒輪強度得以充分發(fā)揮，同時操縱輕便，縮短了換擋時間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟性和行駛安 全性，此外，該種型式還有利于實現(xiàn)操縱自動化。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。 選擇最低擋傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。 根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件： 求得的變速器 I 擋傳動比為： （ 32） 式中， G2汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給路面的載荷； φ路面的附著系數(shù)，計算時取 φ=~。故有： ig2= ig3= ig4= ig5= ig6=1 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 中心距對變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距、應(yīng)能保證齒輪的強度。 轎車四擋變速器殼體的軸向尺寸 ~。 （ 1）齒輪模數(shù) 建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應(yīng)符合 JB11160 規(guī)定的標準值。由于制造工藝上的原因，同一變速器中的結(jié)合套模數(shù)都去相同，轎車取 2~。 15176。 ~45176。 ,嚙合套或同步器取 30176。 齒輪寬度 b 的大小直接影響著齒輪的承載能力， b 加大，齒的承載能力增高。 四、 主要零件 的選擇 (一 )各檔傳動比機器齒輪齒數(shù)的確定 在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器擋數(shù)、傳動比和結(jié)構(gòu)方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。 這里 ?Z 修正為 54，則根據(jù)式（ 38）反推出 A=81mm。 確定其他擋位的齒數(shù) 二擋傳動比 （ 313） 而 ，故有 （ 314） 對于斜齒輪， （ 315） 故有： 52109 ?? ZZ （ 316） 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 1214151513 ZZZZZZi gr ???)(21 151439。中間軸上倒擋傳動齒輪的齒數(shù)比一擋主動齒輪 10 略小，取 1414?Z 。 齒輪的變位是齒輪設(shè)計中一個非常重要的環(huán)節(jié)。高度變位可增加小齒輪的齒根強度，使它達到和大齒輪強度想接近的程度。 有幾對齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器，會因保證各擋傳動比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。對斜齒輪傳動，還可通過選擇合適的螺旋角來達到中心距相同的要求。對于低擋齒輪，由于小齒輪的齒根強度較低，加之傳遞載荷較大，小齒 輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象。其中，一擋主動齒輪 12的齒數(shù) Z12=17，因此一擋齒輪不需要變位。 齒輪工作時，一對相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細小裂縫中的潤滑油油壓升高，并導致裂縫擴展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點蝕。此外，汽車變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級、支撐方式也基本一致。 （ 1）齒輪彎曲強度計算 直齒輪彎曲應(yīng)力 W? （ 320） 式中， W? 彎曲應(yīng)力 (MPa)； 10tF 一擋齒輪 10 的圓周力 (N)， ；其中 為計算載荷 (N 二擋齒輪圓周力： （ 320） 根據(jù)斜齒輪參數(shù)計算公式可得出： 10 9ttFF? = 齒輪 10的當量齒數(shù) 3/ cosnzz ?? =，可查表（ 320）得： 10 ? 。 將作用在變速器第一軸上的載荷 maxeT 作為計算載荷時，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 j? 見下表： 表 32 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 整理可得： 直齒： )s i n1s i n1(c osc ???? bzc gj rrmdk T ??? 斜齒： )s i nc oss i nc os(c osc 22??????? bznc gj rrmdk T ?? 通過計算可以得出各擋齒輪的接觸應(yīng)力分別如下： 一檔 σ j11 = σ j12 = 二檔 σ j9 = σ j10 = 三檔 σ j7 = σ j8 = 齒輪 j?/MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一擋和倒擋 1900~2022 950~1000 常嚙合齒輪和高擋 1300~1400 650~700 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 四檔 σ j5 = σ j6 = 五檔 σ j3 = σ j4 = 倒 檔 σ j13 = σ j14 = σ j15= 對照上表可知，所設(shè)計變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。第一軸如圖 31 所示： 圖 31 變速器第一軸 中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。在草圖設(shè)計時，由齒輪、換擋部件的工作位置和尺寸可初步確定軸的長度。 以下是軸的計算尺寸 ： 第二軸： 311min nPCd ? （ C 是由軸的材料和承載 情況確定的常數(shù) ） （ 328） T=11610 nP T=Temaxi g? 因發(fā)動機最大扭矩不大，故 C取較小值，由機械設(shè)計取 C＝ 100 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 ? ?395500000 .2TTTPTnWd??? ? ?整理可得： 36m axm in ?? geiTCd ? (mm) 代入數(shù)據(jù)可得各擋位齒輪處的軸徑為： dz1= d z3= d d z7= d z9= d z11= d z13= 此處還應(yīng)根據(jù)階梯軸 的結(jié)構(gòu)特點與標準件要求進行軸徑調(diào)整。下面 對第一軸和第二軸進行校核。 其中 P =115kw， n =6400r/min,d =24mm；代入上式得： 由查表可知 [T? ]=55MPa，故 T? ? [T? ]，符合強度要求。 對于一般傳動軸可取 [ ] ~ 1( ) / m? ??；故也符合剛度要求。 mm。 重慶航天職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 sff ??將數(shù)值代入式（ 337）和（ 338）得： 故軸的全撓度為 22 98 f f m m m m? ? ? ?，符合剛度要求。故在載荷較小時，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。 (3)軸承的轉(zhuǎn)速 在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時，才會有比較顯著的影響。如用一個輕系列軸承而承載能力達不到要求時，可考慮采用寬系列的軸承，或者把兩個輕系列的軸承并裝在一起使用。當工作轉(zhuǎn)速高時，若軸向載荷不十分大時，可以采用角接觸球軸承承受