【正文】 （ 18） 式中， W? 彎曲應(yīng)力（ MPa）； 10tF 一檔齒輪 10 的圓周力（ N） ， ； 其中 為計算載荷（ N 總變位系數(shù)越小，一對齒輪齒更總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強度越低。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，它還影響齒輪的強度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。下面結(jié)合本設(shè)計來說明分配各檔齒數(shù)的方法。 20176。為檢測 方便， A取整。本設(shè)計也采用 5 個檔位。使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動脫檔。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤滑和密封等因素。 變速器用圖 4c 所示的多支承結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。但是在本設(shè)計中，由于倒檔齒輪采用的是常嚙式，因此也采用 斜齒輪。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點。 傳動比范圍是變速器低檔傳動比與高檔傳動比的比值。 對變速器的主要要求是： 1. 應(yīng)保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)。通常有些朋友將自動變速器稱為無級變速器，這是錯誤的。這樣手動 /自動變速器便由此誕生。從我國的具體情況來看，手動變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車 發(fā)展歷史，資歷郊深的司機都是“手動”駕車的，他們對手動變速器的認(rèn)識程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的5+1 變速器的 研究及設(shè)計 2 做法，這是不現(xiàn)實的。5+1 變速器的 研究及設(shè)計 1 前 言 現(xiàn)在，每當(dāng)人們觀看 F1 大賽，總會被那種極速的感覺所折服。 其次，對于老司機和大部分男士司機來說，他們的最愛還是手動變速器。 手動 /自動變速器（ AMT） 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。它能克服普通自動變速器“突然換 檔 ”、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點。在有動力輸出需要時 ，還應(yīng)有功率輸出裝置。 5+1 變速器的 研究及設(shè)計 8 設(shè)計時首先應(yīng)根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動比范圍、檔位數(shù)及各檔的傳動比，因為它們對汽車的動力性與燃料經(jīng)濟性都有重要的直接影響。此時，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在變速器中，除低檔及倒檔外，直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪所代替。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒檔傳動齒輪和換檔機構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 變速器的設(shè)計方案必需滿足使用性能、制造條件、維護方便及三化等要求。為解決這個問題，除工藝上采取措施外，在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下幾種： 1） 將嚙合套做得長一些（如圖 7a） 或者兩接合齒的嚙合位置錯開（圖 7），這樣在嚙合時使接合齒端部超過被接合齒約1~3mm。目前，乘用車一般用 4~5 個檔位的變速器。貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)： 四檔 (~)A 五檔 (~)A 六檔 (~)A 當(dāng)變速器選用常嚙合齒輪對數(shù)和同步器多時，中心距系數(shù) KA 應(yīng)取給出系數(shù)的上限。 一般貨車 GB135678 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形 20176。 各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定 5+1 變速器的 研究及設(shè)計 21 10912 ZZZZigI ??mAZ 2??在 初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳動比和結(jié)構(gòu)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。 5+1 變速器的 研究及設(shè)計 24 齒輪變位系數(shù)的選擇 齒輪的變位是齒輪設(shè)計中一個非常重要的環(huán)節(jié)。對于低檔齒輪，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。 在這里所選擇的齒輪材料為 40Cr。 第一軸如圖 12 所示 ： 圖 12 變速器第一軸 中間軸 分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角 ? 來表示。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖 16b），使嚙合套的移動受阻，同步器在鎖止?fàn)顟B(tài)，5+1 變速器的 研究及設(shè)計 38 換檔的第一階段結(jié)束。 時， 摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時，則有粘著和咬住的傾向；在 ? =7176。以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅，還可以提高同步環(huán)的強度。為此，同步時間與車型有關(guān)，計算時可在下屬范圍內(nèi)選取：對轎車變速器高檔取 ～ ， 低檔取 ～ ； 對貨車變速器高檔取 ～ ，低檔取 ～ 。段造時選用錳黃銅等材料。一般 ? =6176。 2）軸的剛度校核 第二軸在垂直面內(nèi)的撓度 cf 和在水平面內(nèi)的撓度 sf 可分別按下式計算： （ 37） （ 38） 式中 , 1F 齒輪齒寬中間平面上的徑向力（ N） ,這里等于 tF ； 2F 齒輪齒寬中間平面上的圓周力 （ N） ，這里等于 rF ； E彈性模量（ MPa）， 10E ??（ MPa） ， E = ? MPa； I慣性矩（ 4mm ）， 4 / 64Id?? ， d為軸的直徑（ mm ）； a、 b為齒輪坐上的作用 力距支座 A、 B的距離（ mm ）； L支座之間的距離（ mm ）。 第一軸的強度與剛度校核 因為第一軸在運轉(zhuǎn)的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受扭矩 。 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 2 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 一檔和倒檔 1900~20xx 950~1000 常嚙合齒輪和高檔 1300~1400 650~700 通過計算可以得出各檔齒輪的接觸應(yīng)力 分別 如下： 一檔： 二檔： 三檔： 四檔： 五檔： 倒檔： 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。 5+1 變速器的 研究及設(shè)計 27 10tfW F K Kbty?? ?10 2/tgF T d?K?10 2/gF T d? gT 齒輪的強度計算與校核 與其他機械設(shè)備使用的變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。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。中間軸上倒檔傳動齒輪的齒數(shù)比一檔主動齒輪 10 略小，取 1312?Z 。 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。 16176。三軸式變速器的中心局 A（ mm）可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初定： (4) 式中 K A中心距系數(shù)。 7止動球 。 采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時不受沖擊，使齒輪強度得以充分發(fā)揮，同時操縱輕便，縮短了換檔時間，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。其缺點是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復(fù)雜一些。 圖 5 中間軸式六檔變速器傳動方案 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動 的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。 兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點。 有級變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。 5. 噪聲小。 locking pieces。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無級變速器便是人們追求的“最高境界”。而且，以北京市來說，現(xiàn)在的交通狀況不好，堵車是經(jīng)常的事情，有時要不停地起步停步數(shù)次，司機如果使用手動檔，則會反復(fù)地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對于新手來說更是苦不堪言。以卡車為例，卡車用來運輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對如此高的“壓力”，除了發(fā)動機需要強勁的動力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。例如，夏利、奇瑞、吉利等國內(nèi)廠家的經(jīng)濟型轎車都是手動變速的車，它們的各款車型基本上都是 5 檔 手動變速。 自動 — 手動變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式 — 為了駕駛樂趣使用手動檔，而在交通擁擠時使用自動檔，這樣的變速方式對于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。 從市場走 向來看，雖然無級變速器是一個技術(shù)分量比較高的部件，但是也已經(jīng)走進了普通轎車的“身體” 之中，廣本兩廂飛度每個排量都有一款配置了 CVT 無級變速器，既方便又省油，且售價也僅在 ～ 萬元。為減輕駕駛員的疲勞強度 ，提高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過采用同步器和預(yù)選氣動換檔或自動、半自動換檔來實現(xiàn)。 變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動機的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟性及平均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。其缺點是：處直接檔外其他各檔的傳動效率有所下降。使用直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器的傳動效率高，可達 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少因為直接檔的利用率高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進檔位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設(shè)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，一檔仍然有較大的傳動比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。圖 6b 所示方案的優(yōu)點是換倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但是，在本 設(shè)計中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動。 5+1 變速器的 研究及設(shè)計 15 此段切薄 a b 圖 7 防止自動脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅰ 圖 8 防止自動脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅱ 加工成斜面 圖 9 防止自動脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅲ 在本設(shè)計中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的。 根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件 求得的變速器 I 檔傳動比為： （ 2） 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=~。 一檔直齒輪 的模數(shù) m 3 ? mm (6) 通過計算 m=3。 小螺旋角 壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。 這里 ?Z 修正為 51，則根據(jù)式（ 8）反推出 A=。高度變位齒輪副的缺點是不能同時增加一對齒輪的強度，也很難降低噪聲。 變位系數(shù) （ 17） 式中 Z為要變位的齒輪齒數(shù)。 （ 2） 斜齒輪彎曲應(yīng)力