【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于小轎車上的三軸五擋式機(jī)械變速器。然可以獲得較大的一檔傳動(dòng)比。此外，本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是用采用慣性式同步器，可。間沖擊和噪聲，以使本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品換擋平順、操縱輕便、故障率低、可靠性高。變速器結(jié)構(gòu)方案及其布置方案的確定；目前轎車和輕、中型載貨汽車變速器的傳動(dòng)比通常有3～5個(gè)前進(jìn)檔和1個(gè)倒檔，手動(dòng)操縱式變速器靠駕駛員用手操縱變速桿換檔，為大多數(shù)汽車所采用。離合器踏板或者松開加速踏板時(shí)，自動(dòng)接通電磁裝置或液壓裝置來(lái)進(jìn)行換檔。的目的，并且通常帶同步器，換擋方便，噪音小。顧自排的方便性及手排的高效率。內(nèi)不同的齒輪副工作。駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作；②在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；①保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；②設(shè)計(jì)空檔，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸；④設(shè)計(jì)動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出；

　　

【正文】 ?? ?tr FF。 軸向力 NNFF ta 370025t a n7900t a n22 ???? ?? 。 本設(shè)計(jì)初步把 第二軸齒輪 11 處的 直徑設(shè)計(jì)為 40mm；而對(duì)于支撐點(diǎn)，初步選取 a=20mm,則 b=18020=160mm。那么 ， 軸在垂直面內(nèi)撓度 ：mmE I LbaFf tc 0 0 5 8 1 6 0207 9 0 03 45 222222 ??????? ???? ； 軸 在水平面內(nèi)撓度 ： ? ? mmfE ILbaFf srs ~ 232222 ????? ?； 轉(zhuǎn)角 ： ? ? r a dr a dE I L ababF t 0 0 41 ????? ??。 軸在垂直面內(nèi)的撓度允許值為 ，齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)該超過(guò) 。軸的全撓度： mmfff sc ??? 。 顯然， 齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角 mmfff sc 322222 ????? ?。 第二軸水平面上的支反力 ： NL bFFbFLF tctc 7 0 2 2180 1607 9 0 00 2222 ??????? 那么 第二軸水平面上的力矩 ： mmNmmNaFM cH ????? 0 2 222 。 第二軸 垂直 面上的支反力 ： NL aFFaFLF tctc 8 8 01 8 0 207 9 0 00 2222 ??????? 那么 第二軸水平面上的力矩 ： mmNmmNaFM cV ????? 8 022 顯然，第二軸 危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩 ： mNTMMM VH ????? 4 82222 。 那么 ， 軸應(yīng)力 ： ? ? MPMPadM 4 0 )40( 4 832/32 3332 ????????? ???? 軸校核 的 總結(jié) 初步估算第一軸的最小直徑 。 第一軸 軸向尺寸 。 第一軸花鍵部分直徑 。 第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點(diǎn)近、負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必 校核 。 本設(shè)計(jì)初步選取 第 二 軸 軸向尺寸 。 本設(shè)計(jì)初步把 第二軸齒輪 11處的 直徑設(shè)計(jì)為 40mm；而對(duì)于支撐點(diǎn)，初步選取 a=20mm,則 b=18020=160mm。第二軸 符合剛度要求 。 本設(shè)計(jì)初步選取 中間軸 軸向尺寸 ， 中間軸支承間的距離略小于變速器殼體的軸向尺寸 ， 可近似取 。 本設(shè)計(jì)初步把齒輪 處，中間軸的直徑設(shè)計(jì)為 40mm，中間軸 符合剛度要求 。 6 變速器同步器的設(shè)計(jì) 同步器的結(jié)構(gòu) 在 本設(shè)計(jì) 前面 的部分 已經(jīng)說(shuō)明，本設(shè)計(jì)所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器 。它的主要零部件包括： 變速器齒輪 、 滾針軸承 、 結(jié)合齒圈 、 鎖環(huán)（同步環(huán)） 、 彈簧 、定位銷 、 花鍵轂 和 結(jié)合套 。 鎖環(huán)式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 61 b），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，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 61 d），完成同步換檔。 鎖環(huán)同步器工作原理 如下圖所示： 圖 61 鎖環(huán)同步器工作原理 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線的頂部設(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 62a 中給出的尺寸適用于輕、中型汽車；圖 62b 則適用 于重型汽車。通常軸向泄油槽為 6～ 12 個(gè)，槽寬 3～ 4 mm。 圖 62 同步器螺紋槽形式 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 ??? 8~6? 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 ??7? 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 ??7? 。 摩擦錐面平均半 徑 R 摩擦錐面平均半徑 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～ 60 mm。 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 ： 22 pfRMb m?? ? （ 61） 本設(shè)計(jì) 考慮到降低成本 ， 取相同的 錐面工作長(zhǎng)度 b，初步選定 mmb 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。 轎車同步環(huán)厚度比貨車小些，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。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 ～ mm），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副范圍內(nèi)，而耐磨性和強(qiáng)度有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐空表面噴上厚 ～ mm 的鉬制成。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的 2～ 3 倍。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(qiáng)度。 本設(shè)計(jì)中同步器徑向?qū)挾?初步選 取 10 mm。 鎖止角 ? 正確的選取 鎖止角 ? ，可以保證只有在換檔的兩個(gè)部分之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔。影響 鎖止角 ? 選取的因素，主要有摩擦因數(shù) f、擦錐面的平均半徑 R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角 ? 。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在 26176?！?46176。范圍內(nèi)變化。本次設(shè)計(jì) 初步選 取 鎖止角 ??30? 。 同步時(shí)間 t 同步器工作時(shí)，要連接的兩個(gè)部分達(dá)到同步的時(shí)間越短越好 。除去同步器的結(jié)構(gòu)尺寸，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)同步時(shí)間有影響以外，變速器輸入軸，輸出軸的角速度差及作用在同步器摩擦追面上的軸向力，均對(duì)同步時(shí)間有影響。軸向力大，同步時(shí)間減少。 而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)，不同車型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時(shí)間與車型有關(guān)，計(jì)算時(shí)可在下屬范圍內(nèi)選?。簩?duì)轎車變速器高檔取 ～ ，低檔取 ～ ；對(duì)貨車變速器高檔取 ～，低檔取 ～ 。 7變速器的操縱機(jī)構(gòu) 變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用 變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用是保證各檔齒輪 、嚙合套或同步器移動(dòng)規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時(shí)掛兩個(gè)檔位。 設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu) 變速器的操縱機(jī)構(gòu) 要有鎖止裝置，包括自鎖、互鎖和倒檔鎖 。 互鎖裝置是保證移動(dòng)某一變速叉軸時(shí)，其他變速桿叉軸互被鎖止，互鎖裝置的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：互鎖銷式、擺動(dòng)鎖塊式、轉(zhuǎn)動(dòng)鎖止式 、 三向鎖銷式，此次設(shè)計(jì)中互鎖裝置選擇第一種，其結(jié)構(gòu)型式如圖 91所示。 自鎖裝置的作用是定位，防止因汽車振動(dòng)或有小的軸向力作用而致脫檔，保證嚙合齒輪以全齒長(zhǎng)進(jìn)行嚙合，并使駕駛員有換檔的感覺。定位作用是通過(guò)自鎖裝置中的彈簧將鋼球（或鎖銷）推入叉軸的凹臼中實(shí)現(xiàn)的。變速叉軸的凹臼間距是由掛檔齒輪移動(dòng)的距離來(lái)決定的，其結(jié)構(gòu)型式如圖 71所示。 在汽車行駛過(guò)程中，為了防止誤掛倒檔，以致造成安全事 故和損壞傳動(dòng)系，在操縱機(jī)構(gòu)中都設(shè)有倒檔鎖或倒檔安全裝置。倒檔鎖能在駕駛員掛倒檔時(shí)給駕駛員明顯手感，以起到提醒作用，防止誤掛倒檔，其結(jié)構(gòu)見總裝配圖。 圖 71 變速器自鎖與互鎖結(jié)構(gòu) 1自鎖鋼球 2自鎖彈簧 3變速器蓋 4互鎖鋼球 5互鎖銷 6撥叉軸 變速器的操縱機(jī)構(gòu) 要使換檔動(dòng)作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度 ；而且 應(yīng)使駕駛員得到必要的手感。 所以， 設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足以下要求： 換檔時(shí)只允許掛一個(gè)檔。 在掛檔的過(guò)程中，若操縱變速桿推動(dòng)撥叉前后移動(dòng)的距離不足時(shí)，齒輪將不能在完全 齒寬上嚙合而影響齒輪的壽命。即使達(dá)到完全齒寬嚙合，也可能由于汽車震動(dòng)等原因，齒輪產(chǎn)生軸向移動(dòng)而減少了齒輪的嚙合長(zhǎng)度，甚至完全脫離嚙合。為了防止這種情況的發(fā)生，應(yīng)設(shè)置自鎖裝置。 汽車行進(jìn)中若誤掛倒檔，變速器齒輪間將發(fā)生極大沖擊，導(dǎo)致零件損壞。汽車起步時(shí)如果誤掛倒檔，則容易出現(xiàn)安全事故。為此，應(yīng)設(shè)置倒檔鎖。 換檔位置 設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)首先要確定換檔位置。換檔位置的確定主要從換檔方便考慮。為此應(yīng)該注意以下三點(diǎn)： ㈠ 按換檔次序來(lái)排列 ； ㈡ 將常用檔放在中間位置，其它檔放在兩邊； ㈢ 為了避免誤掛倒檔，往往將倒檔安排在最靠邊的位置，有時(shí)與 1 檔組成一排。 根據(jù)以上三點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)變速器的換檔位置如圖 72所示： 圖 72 換檔位置圖 8 乘用車變速器箱體的設(shè)計(jì) 變速箱的材料及制法 變速器箱體的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，剛度要求也頗高，因而通常都是鍛造。鍛造材料常用既便于施工，又廉價(jià)的鑄鐵；只有需要強(qiáng)度高、剛度大時(shí)才用鑄鋼；當(dāng)減少質(zhì)量具有很大意義時(shí)，才用鋼或者鋁合金等輕合金。 根據(jù)減速器的工作環(huán)境，本設(shè)計(jì)初步選箱體材料為 HT200，由于鑄造箱體 的剛性好，得到的外形美觀，灰鑄鐵造鑄造的箱體還易于切削，吸收震動(dòng)和消除噪音的優(yōu)點(diǎn)，可采用鑄造工藝以獲得毛坯。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第十一章表 111 及第二章表 23，計(jì)算 箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸 。 表 81 箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸 名 稱 符 號(hào) 減速器型式及結(jié)構(gòu)尺寸 中心距 A A=75mm 箱座壁厚 ? ??A ，本設(shè)計(jì)取 mm10?? 箱蓋壁厚 1? ??A ，本設(shè)計(jì)取 mm101 ?? 箱體凸緣厚度 21 bbb 、 1?? ???? ? ??b bb箱底 ，箱蓋箱座 箱座加強(qiáng)筋厚度 m ?? ?m 箱蓋加強(qiáng)筋厚度 1m 11 ?? ?m 地腳螺釘直徑 fd 取??? ad f 地腳螺釘數(shù)目 n 4,25 075 ???? nA? 軸承旁連接螺栓直徑 1d ?? fdd 本設(shè)計(jì)初步選取為 M12 箱蓋、箱座連接螺栓直徑 2d ?? fdd ， 本設(shè)計(jì)初步選取為 M8 軸承該螺釘直徑、數(shù)目 nd、3 ? ?99483 —表， ?? nd 軸承蓋外徑 1D 721?D 軸承外徑??? DdD f 。)( 觀察孔蓋螺釘直徑 4d ，取???? fdd 6M取 箱蓋箱座連接螺栓直徑 2d ?2d 8M)( 取fd?