【正文】 的直徑， mm； [T? ]許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa。 其中 P =85kw， n =4500r/min,d =30mm；代入上式得： 2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 30 16021 6 0 7 5atAdFFF ? ? ?? ? ?2 2 22 2 25( 2 1 0 .7 8 1 0 0 0 ) ( 1 1 0 .7 8 1 0 0 0 ) ( 6 5 4 .5 1 0 0 0 )6 .9 1 0c s jM M M TN m m? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ?332Md????? 圖 三檔受力分析圖 水平面： AF （ 160+75） = rF 75， AF =； 水平面內(nèi)所受力矩： 316 0 10 21 8cAM F N m?? ? ? ? ?。 垂直面： = （ ） 垂直面所受力矩： 31 6 0 1 0 1 1 0 0 .7 8sAM F N m?? ? ? ? ?。（ ） 該軸所受扭矩為： 17 0 3. 85 65 4. 5jTN? ? ?。 （ ） 故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為： （ ） 則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力 ? （ MPa） : （ ） 將 M 代入上式可得： ? ? ，在低檔工作時(shí) [? ]=400MPa，因此有：2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 31 2223sFa bfEIL?2213c Fa bf EIL?sff ??? ? [? ]；符合要求。 （ 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(jì)算： （ ） （ ） 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 = 10? 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 ）。 將數(shù)值代入式（ ）和（ ）得： 故軸的全撓度為 22 98 f f m m m m? ? ? ?，符合剛度要求。 2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 32 第 4 章 變速箱同步器的設(shè)計(jì) 同步器的結(jié)構(gòu) 同步器能實(shí)現(xiàn)迅速和無(wú)噪音聲換檔，換檔時(shí)又能避免嚙合套端部受到損壞，并使操縱輕便，所以近代的汽車(chē)變速器，除轎車(chē)的倒檔和貨車(chē)的一檔、倒檔以外，其它檔位多數(shù)都裝用同步器。 同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類(lèi)。 慣性式同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的，在其上面設(shè)有專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，從而避免了齒間沖擊。 如下圖所示： 圖 4齒輪 2滑塊 3撥差 9鎖環(huán) 6彈簧圈 7花鍵轂 8接合套 10凹槽 11軸向槽 12缺口 花鍵轂與第二軸用花鍵連接，并用墊片和卡環(huán)作軸向定位。在花鍵轂兩端與齒輪之間，各有一個(gè)青銅制成的鎖環(huán)（也稱(chēng)同步環(huán)）。鎖環(huán)上有短花鍵齒圈，花鍵齒的斷面輪廓尺寸與齒輪及花鍵轂上的外花鍵齒均相同。在兩個(gè)鎖環(huán)上，花鍵齒對(duì)著接合套的一端都有倒角（稱(chēng)鎖止角，且與接合套齒端的倒角相同。鎖環(huán)具有與齒輪上的摩擦面錐度相同的內(nèi)錐面，內(nèi)錐面上制出細(xì)牙的螺旋槽，以便兩錐面接觸后破壞油膜，增加錐面間的摩擦。三個(gè)滑塊分別嵌合在花鍵轂的三個(gè)軸向槽2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 33 內(nèi)，并可沿槽軸向滑動(dòng)。在兩個(gè)彈簧圈的作用下，滑塊壓向接合套，使滑塊中部的凸起部分 正好嵌在接合套中部的凹槽內(nèi)，起到空檔定位作用?；瑝K的兩端伸入鎖環(huán)的三個(gè)缺口中，只有當(dāng)滑塊位于缺口的中央時(shí)，接合套與鎖環(huán)的齒方可能接合。 常壓式同步器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但又不能保證被嚙合件在同步狀態(tài)（即角速度相等）下?lián)Q檔的缺點(diǎn)，故僅在少數(shù)重型汽車(chē)上得到應(yīng)用，而在大多數(shù)變速器中得到廣泛應(yīng)用的是慣性式同步器。同步器作為一種換檔裝置，是在接合套換檔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，起功用是使接合套與待接合的齒輪二者之間迅速達(dá)到同步，并阻止二者在同步前進(jìn)入嚙合，從而可消除換檔時(shí)的沖擊，縮短換檔時(shí)間，簡(jiǎn)化換檔過(guò)程，使換檔操縱作簡(jiǎn)捷而輕便 。 按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖銷(xiāo)式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式和多錐式幾種。雖然它們結(jié)構(gòu)不同，但是它們都有摩擦元件和鎖止元件。 摩擦元件是同步緩和齒輪上的凸出部分 ，分別在他們的內(nèi)圈和外圈設(shè)計(jì)有相互接觸的錐形摩擦面，鎖至元件是在換動(dòng)齒套的圓盤(pán)部分的中間做出與同步環(huán)剛性連接專(zhuān)用彈簧下面的鋼球和銷(xiāo)使滑動(dòng)齒套和頭腦干部環(huán)彈性連接。圖表二所示摩擦元件是用滑動(dòng)齒套上的錐面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。作為鎖止元件是鎖環(huán)的內(nèi)齒和做在齒輪上的接合齒端部。齒輪和鎖環(huán)之間是彈性連接。 在慣性式同步器中，彈性元件的重要性?xún)H次于摩擦元件和鎖止元件。 它 用來(lái)使用有關(guān)部分保持在中立位置的同時(shí)，又不妨礙鎖止，解除鎖止和換檔。 鎖檔式同步器優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量少，并且摩擦錐面平均半徑教大，使其轉(zhuǎn)距容量得到提高，故多用于中，重型貨車(chē)變速器，它工作可靠，零件耐用，但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)距容量不大，而且由于鎖止面在同步錐環(huán)的結(jié)合齒上，會(huì)因齒端磨損而失效，因而主要用語(yǔ)轎車(chē)和輕型貨車(chē)變速器中。 鎖環(huán)式同步器的鎖止面在同步錐環(huán)和嚙合套的倒錐面上，省去了同步錐環(huán)的結(jié)合齒，且軸向尺寸較小，多用于中，重型貨車(chē)變速器中。 多錐式同步器的鎖止面仍在同步環(huán)的接合齒上，只是在原有的兩個(gè)錐面之 間再插入兩個(gè)輔助同步錐。由于錐表面的有效摩擦面積成倍的增加，同步轉(zhuǎn)距也相應(yīng)的增加，因而具有較大的轉(zhuǎn)距容量和低的熱負(fù)荷。這不但改善了同步的效能，增加了可靠性，而且可使換檔力大為減小。若保持換檔力不變，則可縮短同步時(shí)間，多錐式同步器多用與重型貨車(chē)得主、副變速器以及分動(dòng)器中。 慣性增力式同步器又稱(chēng)為波舍式同步器。它能可靠的保證旨在同步狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換檔。只要嚙合套和換檔齒輪之間存在轉(zhuǎn)速差，彈簧片的支承力就阻止同步縮小，從而也就阻止了嚙合套移動(dòng)。只有在轉(zhuǎn)速差為零時(shí)，彈簧片卸除載荷，于是對(duì)同步環(huán)直徑的縮小失去阻力，這樣才 能實(shí)現(xiàn)換檔。該同步器的特點(diǎn)是，由于同2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 34 步環(huán)內(nèi)部的彈簧片作用，同步環(huán)產(chǎn)生的摩控力矩得到成倍增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的程度隨兩嚙合件的轉(zhuǎn)差而變化，轉(zhuǎn)差愈大，增力作用愈強(qiáng)，因此，用不大的換檔力冰可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成換檔。在完成換檔后，同步環(huán)處于嚙合套的屋頂狀凹槽里，被可靠的固定住，幫在掛 檔位置無(wú)需采用自鎖裝置，此外，波舍同步器還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、軸向尺寸短（與一般嚙合套換檔部件的軸向尺寸相近）等明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此適用于貨車(chē)變速器，且采用愈來(lái)愈多。 同步器換檔過(guò)程由三個(gè)階段組成，第一階段，同步器離開(kāi)中間 位置，做軸向移動(dòng)并靠近在摩擦面上。摩擦面相互接觸瞬間，由于齒輪 3 的角速度和滑動(dòng)齒套的角速度不同，在摩 擦力矩作用下鎖銷(xiāo) 4相對(duì)滑動(dòng)齒套 1 轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不大的角度，并占據(jù)圖上所示的位置。此時(shí)鎖止面接觸，結(jié)果阻止滑動(dòng)套向換檔方向移動(dòng)。 第二階段，來(lái)自手柄傳至檔并作用在滑動(dòng)齒套上的力 F，經(jīng)過(guò)鎖止元件又作用到摩擦面上。由于 1 和 3 的轉(zhuǎn)速逐漸接近，其角速度差減小了。在角速度差等于0的瞬間同步過(guò)程結(jié)束。 第三階段，角速度等于 0，摩擦力矩消失，而軸向力仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止?fàn)顟B(tài)，屆時(shí)滑動(dòng)齒套和鎖銷(xiāo)上的斜面相對(duì)移動(dòng)。從而 使滑動(dòng)齒套占據(jù)了換檔位置。 在前面已經(jīng)說(shuō)明，本設(shè)計(jì)所采用的同步器類(lèi)型為鎖環(huán)式同步器，其結(jié)構(gòu)如下 圖 鎖環(huán)式同步器 2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 35 9變速器齒輪 2滾針軸承 8結(jié)合齒圈 7鎖環(huán)（同步環(huán)） 5彈簧 6定位銷(xiāo) 10花鍵轂 11結(jié)合套 如圖 所示，此類(lèi)同步器的工作原理是：換檔時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，推嚙合套并帶動(dòng)定位銷(xiāo)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。之后，因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度差 ?? ，致使在錐面上作用有摩擦力矩，它使鎖環(huán)相對(duì)嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，并滑塊予以定位。接下來(lái)，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖 ），使嚙合套的移動(dòng)受阻，同步器在鎖止?fàn)顟B(tài)，換檔的第一階段結(jié)束。換檔力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上，并使摩擦力矩增大，與此同時(shí)在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸靠近，在角速度相等的瞬間，同步過(guò)程結(jié)束，完成換檔過(guò)程的第二階段工作。之后，摩擦力矩隨之消失，而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位，兩鎖止面分開(kāi)，同步器解除鎖止?fàn)顟B(tài)，接合套上的接合齒在換檔力的作用下通過(guò)鎖環(huán)去與齒 輪上的接合齒嚙合（圖 ），完成同步換檔。 圖 鎖環(huán)同步器工作原理 ．同步環(huán)主要參數(shù)的確定 (1)同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線(xiàn)的頂部設(shè)計(jì)得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過(guò)窄會(huì)影響接觸面壓強(qiáng)，使磨損加快。試驗(yàn)還證明：螺紋的齒頂2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 36 寬對(duì) 摩擦因數(shù)的影響很大，摩擦因數(shù)隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過(guò)大。螺紋槽設(shè)計(jì)得大些，可使被刮下來(lái)的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會(huì)使接觸面減少，增加磨損速度。圖 53a中給出的尺寸適用于輕、中型汽車(chē)；圖 53b則適用 于重型汽車(chē)。通常軸向泄油槽為 6～ 12個(gè)，槽寬 3～ 4mm。 圖 同步器螺紋槽形式 (2)錐面半錐角 ? 摩擦錐面半錐角 ? 越小，摩擦力矩越大。但 ? 過(guò)小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是 tan? ? f 。一般 ? =6176?！? 8176。 ? =6176。 時(shí)， 摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí)，則有粘著和咬住的傾向；在 ? =7176。時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)中采用的錐角均為取 7176。 (3)摩擦錐面平均半徑 R R 設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。 R 往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及 R 取大以后還會(huì)影響到同步環(huán)徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將 R 取大些。本次設(shè)計(jì)中采用的 R 為 50～ 60mm。 （ 4)錐面工作長(zhǎng)度 b 縮短錐面工作長(zhǎng)度，便使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短，但同時(shí)也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算確定 （ ） 設(shè)計(jì)中考慮到降低成本取相同的 b 取 5mm。 （ 5）同步環(huán)徑向厚度 與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但2t 輕型貨車(chē)機(jī)械傳動(dòng)式變速箱設(shè)計(jì) 37 是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度。 轎車(chē)同步環(huán)厚度比貨車(chē)小些，應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，可提高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命。貨車(chē)同步環(huán)可用壓鑄加工。段造時(shí)選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強(qiáng)度，高耐磨性的鋼配合的摩擦副，即在鋼質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面 上噴鍍一層鉬（厚約 ～ ），使其摩擦因數(shù)