【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速器上應(yīng)用。使用同步器能保證換檔迅速、無沖擊、無噪聲，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。同上述兩種換檔方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換檔，其換檔行程要比滑動(dòng)齒輪換檔行程小。通過比較，考慮汽車的操縱性能，本設(shè)計(jì)全部檔位均選用同步器換檔。防脫檔設(shè)計(jì)互鎖裝置是保證移動(dòng)某一變速叉軸時(shí)，其它變速叉軸互被鎖住，該機(jī)構(gòu)的作用是防止同時(shí)掛入兩檔，而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機(jī)構(gòu)有：（1）互鎖銷式圖34是汽車上用得最廣泛的一種機(jī)構(gòu)，互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間，用銷子的長度和凹槽來保證互鎖。圖34，a為空檔位置，此時(shí)任一叉軸可自由移動(dòng)。圖34，b、c、d為某一叉軸在工作位置，而其它叉軸被鎖住。圖34 互鎖銷式互鎖機(jī)構(gòu)（2）擺動(dòng)鎖塊式圖35為擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu)工作示意圖，鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上，并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi)，此時(shí)，鎖塊的一個(gè)或兩個(gè)突起部分A檔住其它兩個(gè)變速叉軸槽，保證換檔時(shí)不能同時(shí)掛入兩檔。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式圖36為與上述鎖塊機(jī)構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖裝置。操縱桿撥頭置于鉗口中，鉗形板可繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。選檔時(shí)操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時(shí)鉗形板的一個(gè)或兩個(gè)鉗爪抓住其它兩個(gè)變速叉，保證互鎖作用。圖35 擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu) 圖36 轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖機(jī)構(gòu)操縱機(jī)構(gòu)還應(yīng)設(shè)有保證不能誤掛倒檔的機(jī)構(gòu)。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機(jī)構(gòu)，使司機(jī)在換檔時(shí)因有彈簧力作用，產(chǎn)生明顯的手感。鎖止機(jī)構(gòu)還包括自鎖、倒檔鎖兩個(gè)機(jī)構(gòu)。自鎖機(jī)構(gòu)的作用是將滑桿鎖定在一定位置，保證齒輪全齒長參加嚙合，并防止自動(dòng)脫檔和掛檔。自鎖機(jī)構(gòu)有球形鎖定機(jī)構(gòu)與桿形鎖定機(jī)構(gòu)兩種類型。倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對(duì)變速桿施加更大的力，方能掛入倒檔，起到提醒注意的作用，以防誤掛倒檔，造成安全事故。本次設(shè)計(jì)屬于前置前輪驅(qū)動(dòng)的轎車，操縱機(jī)構(gòu)采用直接操縱方式，鎖定機(jī)構(gòu)全部采用，即設(shè)置自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實(shí)現(xiàn)自鎖，通過互鎖銷實(shí)現(xiàn)互鎖。倒檔鎖采用限位彈簧來實(shí)現(xiàn)，使駕駛員有感覺，防止誤掛倒檔。 本章小結(jié)本章主要介紹了變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)的類型，分析了各類型機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)所設(shè)計(jì)的變速器的類型、特點(diǎn)、及功用，對(duì)變速器的傳動(dòng)方式、操縱機(jī)構(gòu)的布置方式、及主要零件的形式，做出了初步的選擇，為后期的設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。第4章 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器主要參數(shù)的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在給定主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)。 檔數(shù)近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車一般用4～5個(gè)檔位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個(gè)檔。商用車變速器采用4～5個(gè)檔或多檔?！?，～。多檔變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。檔數(shù)選擇的要求：高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 因此，本次設(shè)計(jì)的轎車變速器為5檔變速器。 傳動(dòng)比范圍變速器傳動(dòng)比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動(dòng)比的比值。最高檔通常是直接檔，；有的變速器最高檔是超速檔，～。影響最低檔傳動(dòng)比選取的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動(dòng)輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等?！?，其它商用車則更大。 變速器各檔傳動(dòng)比的確定主減速器傳動(dòng)比的確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為： （41）式中：——汽車行駛速度（km/h）； ——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）； ——車輪滾動(dòng)半徑（m）； ——變速器傳動(dòng)比； ——主減速器傳動(dòng)比。已知：最高車速==170 km/h；最高檔為超速檔，傳動(dòng)比=；車輪滾動(dòng)半徑由所選用的輪胎規(guī)格185/60R14S得到=29(mm)；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速==5400（r/min）；由公式（41）得到主減速器傳動(dòng)比計(jì)算公式：最抵檔傳動(dòng)比計(jì)算按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角坡道時(shí)，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于或等于此時(shí)的滾動(dòng)阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計(jì)）。用公式表示如下： （42）式中：G ——車輛總重量(N)； ——坡道面滾動(dòng)阻力系數(shù)(對(duì)瀝青路面μ=~)；——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(Nm)； ——主減速器傳動(dòng)比； ——變速器傳動(dòng)比； ——為傳動(dòng)效率（~）；R ——車輪滾動(dòng)半徑；——最大爬坡度（一般轎車要求能爬上30%的坡，大約）由公式（42）得： （43）已知：m=1625kg；；；r=；Nm；；g=；，把以上數(shù)據(jù)代入（43）式：滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一檔發(fā)出最大驅(qū)動(dòng)力時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下： （44）式中：——驅(qū)動(dòng)輪的地面法向反力，； ——驅(qū)動(dòng)輪與地面間的附著系數(shù)；~。已知：kg；，把數(shù)據(jù)代入（44）式得：所以，一檔轉(zhuǎn)動(dòng)比的選擇范圍是：。變速器各檔速比的配置按等比級(jí)數(shù)分配其它各檔傳動(dòng)比，即： 中心距的選擇轎車變速器的中心距在60～80mm范圍內(nèi)變化。初取A=75mm。 變速器的外形尺寸變速器的橫向外形尺寸，可以根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。乘用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用：mm初選長度為240mm。 齒輪參數(shù)的選擇模數(shù)選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對(duì)于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對(duì)于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。表41 汽車變速器齒輪的法向模數(shù)車 型乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L貨車的最大總質(zhì)量/tVV1414模數(shù)/mm~~~~轎車模數(shù)的選取以發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為依據(jù)，由表41選取各檔模數(shù)為，由于轎車對(duì)降低噪聲和振動(dòng)的水平要求較高，所以各檔均采用斜齒輪。壓力角壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；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。對(duì)于轎車，為了降低噪聲，176。、15176。、16176。、176。等小些的壓力角。對(duì)貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，176。或25176。等大些的壓力角。 國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20176。，所以普遍采用的壓力角為20176。嚙合套或同步器的壓力角有20176。、25176。、30176。等，普遍采用30176。壓力角。本變速器為了加工方便，故全部選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角20176。螺旋角齒輪的螺旋角對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。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。 試驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于30176。時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。本設(shè)計(jì)初選螺旋角全部為22176。齒寬齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)的受力均勻程度等均有影響?？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。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時(shí)雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時(shí)軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會(huì)使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用較大的齒寬，工作中會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：斜齒，～，mm齒頂高系數(shù)齒頂高系數(shù)對(duì)重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對(duì)滑動(dòng)速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。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。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，～。在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強(qiáng)度。 各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動(dòng)比的計(jì)算在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。根據(jù)圖41確定各檔齒輪齒數(shù)和傳動(dòng)比。一檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定一檔傳動(dòng)比為： （45）取整得51。轎車可在12～17之間選取，取13，則。則一檔傳動(dòng)比為： 1一檔主動(dòng)齒輪 2一檔從動(dòng)齒輪 3二檔主動(dòng)齒輪 4二檔從動(dòng)齒輪 5三檔主動(dòng)齒輪 6三檔從動(dòng)齒輪 7四檔主動(dòng)齒輪 8四檔從動(dòng)齒輪 9五檔主動(dòng)齒輪 10五檔從動(dòng)齒輪 11倒檔主動(dòng)齒輪 12倒檔中間軸齒輪 13倒檔輸出軸齒輪圖41 五檔變速器傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖對(duì)中心距A進(jìn)行修正取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。二檔齒數(shù)及傳動(dòng)比的確定 （46） （47）已知：=80mm，=，=，；將數(shù)據(jù)代入（46）、（47）兩式，齒數(shù)取整得：，所以二檔傳動(dòng)比為：計(jì)算三檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 （48） （49）已知：=80mm，=，=，；將數(shù)據(jù)代入（48）、（49）兩式，齒數(shù)取整得：，所以三檔傳動(dòng)比為：計(jì)算四檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 （410） （411）已知：=80mm，=，=，；將數(shù)據(jù)代入（410）、 （411）兩式，齒數(shù)取整得：，所以四檔傳動(dòng)比為：計(jì)算五檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比 （412） （413）已知：=80mm，=，=，；將數(shù)據(jù)代入（412）、（413）兩式，齒數(shù)取整得：，所以五檔傳動(dòng)比為：計(jì)算倒檔齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比初選倒檔軸上齒輪齒數(shù)為=25，輸入軸齒輪齒數(shù)=13，即滿足以下公式： （414）已知：，，把數(shù)據(jù)代入（414）式，齒數(shù)取整，解得：，則倒檔傳動(dòng)比為：輸入軸與倒檔軸之間的距離：mm輸出軸與倒檔軸之間的距離：mm 變速器齒輪的變位及齒輪螺旋角的調(diào)整采用變位齒輪的原因：配湊中心距；提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；降低齒輪的嚙合噪聲。為了降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著檔位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大。一、二檔和倒檔齒輪，應(yīng)該選用較大的值。為了減小軸向力，抵檔選用較小的螺旋角，一檔選，二檔選；為了增加重合度，減小噪聲，三檔、四檔、五檔選用較大的螺旋角，都選為。一檔齒輪的變位查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的齒輪變位系數(shù)線圖，得 二檔齒輪的變位查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的齒輪變位系數(shù)線圖，得 其他各檔齒輪的變位同理得到三檔、四檔、五檔變位系數(shù)如下： 變速器齒輪強(qiáng)度校核 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。但是對(duì)于一般動(dòng)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。（2）合理選擇材料配對(duì)。如對(duì)硬度≤350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料。（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。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，再進(jìn)行切削加工即可；硬齒面齒輪（硬度350HBS）常采用低碳合金鋼切齒后再表面滲碳淬火或中碳鋼（或中碳合金鋼）切齒后表面淬火，以獲得齒面、齒芯韌的金相組織，為消除熱處理對(duì)已切輪齒造成的齒面變形需進(jìn)行磨齒。但若采用滲氮處理，其齒面變形小，可不磨齒，故可適用于內(nèi)齒輪等無法磨齒的齒輪。由于一對(duì)齒輪一直參與傳動(dòng)，磨損較大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，抗彎強(qiáng)度要求比較高。應(yīng)選用硬齒面齒輪組合，所有齒輪均選用20CrMnTi滲碳后