【導讀】本設計的任務是設計一臺用于小轎車上的三軸五擋式機械變速器。然可以獲得較大的一檔傳動比。此外，本設計的特點是用采用慣性式同步器，可。間沖擊和噪聲，以使本次設計的產品換擋平順、操縱輕便、故障率低、可靠性高。變速器結構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比通常有3～5個前進檔和1個倒檔，手動操縱式變速器靠駕駛員用手操縱變速桿換檔，為大多數汽車所采用。離合器踏板或者松開加速踏板時，自動接通電磁裝置或液壓裝置來進行換檔。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。內不同的齒輪副工作。駛條件，如起步、加速、上坡等，同時使發(fā)動機在有利的工況下工作；②在發(fā)動機旋轉方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；①保證汽車有必要的動力性和經濟性；②設計空檔，用來切斷發(fā)動機動力向驅動輪的傳輸；④設計動力輸出裝置，需要時能進行功率輸出；

　　

【正文】 ?? ?tr FF。 軸向力 NNFF ta 370025t a n7900t a n22 ???? ?? 。 本設計初步把 第二軸齒輪 11 處的 直徑設計為 40mm；而對于支撐點，初步選取 a=20mm,則 b=18020=160mm。那么 ， 軸在垂直面內撓度 ：mmE I LbaFf tc 0 0 5 8 1 6 0207 9 0 03 45 222222 ??????? ???? ； 軸 在水平面內撓度 ： ? ? mmfE ILbaFf srs ~ 232222 ????? ?； 轉角 ： ? ? r a dr a dE I L ababF t 0 0 41 ????? ??。 軸在垂直面內的撓度允許值為 ，齒輪所在平面的轉角不應該超過 。軸的全撓度： mmfff sc ??? 。 顯然， 齒輪所在平面的轉角 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 危險截面所受的合成彎矩 ： mNTMMM VH ????? 4 82222 。 那么 ， 軸應力 ： ? ? MPMPadM 4 0 )40( 4 832/32 3332 ????????? ???? 軸校核 的 總結 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，因距離支承點近、負荷又小，通常撓度不大，故可以不必 校核 。 本設計初步選取 第 二 軸 軸向尺寸 。 本設計初步把 第二軸齒輪 11處的 直徑設計為 40mm；而對于支撐點，初步選取 a=20mm,則 b=18020=160mm。第二軸 符合剛度要求 。 本設計初步選取 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 。 本設計初步把齒輪 處，中間軸的直徑設計為 40mm，中間軸 符合剛度要求 。 6 變速器同步器的設計 同步器的結構 在 本設計 前面 的部分 已經說明，本設計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 、 結合齒圈 、 鎖環(huán)（同步環(huán)） 、 彈簧 、定位銷 、 花鍵轂 和 結合套 。 鎖環(huán)式同步器的工作原理是：換檔時，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力 ，推嚙合套并帶動定位銷和鎖環(huán)移動，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)相對嚙合套和滑塊轉過一個角度，并滑塊予以定位。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖 61 b），使嚙合套的移動受阻，同步器在鎖止狀態(tài)，換檔的第一階段結束。 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，同步過程結束，完成換檔過程的第二階段工作。 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，同步器解除鎖止狀態(tài)，接合套上的接合齒在換檔力的作用下通過鎖環(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計得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過窄會影響接觸面壓強，使磨損加快。試驗還證明：螺紋的齒頂寬對摩 擦因數的影響很大，摩擦因數隨齒頂的磨損而降低，換擋費力，故齒頂寬不易過大。螺紋槽設計得大些，可使被刮下來的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會使接觸面減少，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，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 ? 過小則摩擦錐面將產生自鎖現象，避免自鎖的條件是 tan? ? f 。一般 ??? 8~6? 時， 摩擦力矩較大 。 但在錐面的表面粗糙度控制不嚴時，則有粘著和咬住的傾向；在 ??7? 時就很少出現咬住現象。本次設計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設計得越大，則摩擦力矩越大。 R 往往受結構限制，包括變速器中心距及相關零件的尺寸和布置的限制，以及 R取大以后還會影響到同步環(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。本次設計中采用的 R為 50～ 60 mm。 錐面工作長度 b 縮短錐面工作長度，便使變速器的軸向長度縮短，但同時也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設計時可根據下式計算確定 ： 22 pfRMb m?? ? （ 61） 本設計 考慮到降低成本 ， 取相同的 錐面工作長度 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)的徑向厚度要受機構布置上的限制，包括變速器中心距及相關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)有足夠的強度。 轎車同步環(huán)厚度比貨車小些，應選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，可提高材料的屈服強度和疲勞壽命。有的變速器用高強度，高耐磨性的鋼配合的摩擦副，即在鋼質或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚約 ～ mm），使其摩擦因數在鋼與銅合金摩擦副范圍內，而耐磨性和強度有顯著提高。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。 本設計中同步器徑向寬度 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部分之間角速度差達到零值才能進行換檔。影響 鎖止角 ? 選取的因素，主要有摩擦因數 f、擦錐面的平均半徑 R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角 ? 。已有結構的鎖止角在 26176?！?46176。范圍內變化。本次設計 初步選 取 鎖止角 ??30? 。 同步時間 t 同步器工作時，要連接的兩個部分達到同步的時間越短越好 。除去同步器的結構尺寸，轉動慣量對同步時間有影響以外，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，均對同步時間有影響。軸向力大，同步時間減少。 而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關，不同車型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時間與車型有關，計算時可在下屬范圍內選?。簩I車變速器高檔取 ～ ，低檔取 ～ ；對貨車變速器高檔取 ～，低檔取 ～ 。 7變速器的操縱機構 變速器操縱機構的功用 變速器操縱機構的功用是保證各檔齒輪 、嚙合套或同步器移動規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時掛兩個檔位。 設計變速器操縱機構 變速器的操縱機構 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某一變速叉軸時，其他變速桿叉軸互被鎖止，互鎖裝置的結構主要有以下幾種：互鎖銷式、擺動鎖塊式、轉動鎖止式 、 三向鎖銷式，此次設計中互鎖裝置選擇第一種，其結構型式如圖 91所示。 自鎖裝置的作用是定位，防止因汽車振動或有小的軸向力作用而致脫檔，保證嚙合齒輪以全齒長進行嚙合，并使駕駛員有換檔的感覺。定位作用是通過自鎖裝置中的彈簧將鋼球（或鎖銷）推入叉軸的凹臼中實現的。變速叉軸的凹臼間距是由掛檔齒輪移動的距離來決定的，其結構型式如圖 71所示。 在汽車行駛過程中，為了防止誤掛倒檔，以致造成安全事 故和損壞傳動系，在操縱機構中都設有倒檔鎖或倒檔安全裝置。倒檔鎖能在駕駛員掛倒檔時給駕駛員明顯手感，以起到提醒作用，防止誤掛倒檔，其結構見總裝配圖。 圖 71 變速器自鎖與互鎖結構 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 變速器的操縱機構 要使換檔動作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強度 ；而且 應使駕駛員得到必要的手感。 所以， 設計變速器操縱機構時，應滿足以下要求： 換檔時只允許掛一個檔。 在掛檔的過程中，若操縱變速桿推動撥叉前后移動的距離不足時，齒輪將不能在完全 齒寬上嚙合而影響齒輪的壽命。即使達到完全齒寬嚙合，也可能由于汽車震動等原因，齒輪產生軸向移動而減少了齒輪的嚙合長度，甚至完全脫離嚙合。為了防止這種情況的發(fā)生，應設置自鎖裝置。 汽車行進中若誤掛倒檔，變速器齒輪間將發(fā)生極大沖擊，導致零件損壞。汽車起步時如果誤掛倒檔，則容易出現安全事故。為此，應設置倒檔鎖。 換檔位置 設計操縱機構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。為此應該注意以下三點： ㈠ 按換檔次序來排列 ； 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，有時與 1 檔組成一排。 根據以上三點，本次設計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計 變速箱的材料及制法 變速器箱體的結構較為復雜，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，又廉價的鑄鐵；只有需要強度高、剛度大時才用鑄鋼；當減少質量具有很大意義時，才用鋼或者鋁合金等輕合金。 根據減速器的工作環(huán)境，本設計初步選箱體材料為 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，吸收震動和消除噪音的優(yōu)點，可采用鑄造工藝以獲得毛坯。 根據《機械設計課程設計手冊》第十一章表 111 及第二章表 23，計算 箱體的主要結構尺寸 。 表 81 箱體的主要結構尺寸 名 稱 符 號 減速器型式及結構尺寸 中心距 A A=75mm 箱座壁厚 ? ??A ，本設計取 mm10?? 箱蓋壁厚 1? ??A ，本設計取 mm101 ?? 箱體凸緣厚度 21 bbb 、 1?? ???? ? ??b bb箱底 ，箱蓋箱座 箱座加強筋厚度 m ?? ?m 箱蓋加強筋厚度 1m 11 ?? ?m 地腳螺釘直徑 fd 取??? ad f 地腳螺釘數目 n 4,25 075 ???? nA? 軸承旁連接螺栓直徑 1d ?? fdd 本設計初步選取為 M12 箱蓋、箱座連接螺栓直徑 2d ?? fdd ， 本設計初步選取為 M8 軸承該螺釘直徑、數目 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?