【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于轎車上的FF式的手動(dòng)變速器。本設(shè)計(jì)采用兩軸式變。速器，該變速器的優(yōu)點(diǎn)是輸入軸與輸出軸平行，無(wú)中間軸，動(dòng)力經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞。的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)。再結(jié)合某些越野車的基本參數(shù)，選擇適當(dāng)。出相關(guān)的變速器參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于發(fā)動(dòng)機(jī)換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。變速器的基本要求是：①保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。②換檔迅速、省力、變速器不得有跳檔、亂檔及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。⑤變速器的工作噪聲低。式兩種分類方法。步器來(lái)實(shí)現(xiàn)換檔。

　　

【正文】 mmmzr zz i ns i n 10 ??? ??? mmmzr bb i ns i n 9 ??? ??? 代入式 (34)得： MPj 1619?? 采用滲碳處理齒輪滿足設(shè)計(jì)要求。 沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 國(guó)內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要用 20CrMnTi、 20Mn2TiB、 16MnCr 20MnCr 25MnCr5。滲碳齒輪表面硬度為 58～ 63HRC，芯部硬度為 33～ 48HRC。 變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與芯部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能 力。在選用鋼材及熱處理時(shí)，對(duì)切削加工性能及成本也應(yīng)考慮。值得指出的是，對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理以后，齒輪彎曲疲勞壽命和接觸疲勞壽命都能提高。齒輪在熱處理之后進(jìn)行磨齒，能消除齒輪熱處理的變形；磨齒齒輪精度高于熱處理前剃齒和擠齒齒輪精度，使得傳動(dòng)平穩(wěn)、效率提高；在同樣負(fù)荷的條件下，磨齒的彎曲疲勞壽命比剃齒的要高。 沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 4 章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 軸的結(jié)構(gòu) 第一 軸通常和齒輪做成一體，前端大都支撐在飛輪內(nèi)腔的軸承上，其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。該軸承不承受軸向力，軸的軸向定位一般由后軸承用卡環(huán)和軸承蓋實(shí)現(xiàn)。第一軸長(zhǎng)度由離合器的軸向尺寸確定，而花鍵尺寸應(yīng)與離合器從動(dòng)盤轂的 內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸如圖 41所示： 圖 41 變速器第一軸 (1)確定軸的尺寸 變速器軸的確定和尺寸，主要依據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求并考慮加工工藝和裝配工藝要求而定。在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，由齒輪、換檔部件的工作位置和尺寸可初步確定軸的長(zhǎng)度。而軸的直徑可參考同類 汽車變速器軸的尺寸選定，也可由下列經(jīng)驗(yàn)公式初步選定： 第二軸中部直徑： d==（圓整為 32mm） （ 41） 第一軸花鍵部分的直徑為： m ax)( eTd ～? =23～ ；取 d=25mm （ 42） 式中 maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩， N m 沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 為保證設(shè)計(jì)的合理性，軸的強(qiáng)度與剛度應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，軸的直徑 d 與軸的長(zhǎng)度 L的關(guān)系可按下式選?。? 第一軸： d/L=~ ； 第二軸： d/L=~ 。 對(duì)于本設(shè)計(jì)，前面算過(guò)， 5 檔變速器殼體的軸向尺寸取 ，則 L=203mm，中間軸支承間的距離略小于變速器 殼體的軸向尺寸 L，可近似取 190mm參與計(jì)算。 第二軸 支承間的距離通常由經(jīng)驗(yàn)公式確定： L 支 =L 殼 － 2b1 L 支 =235－ 2 21=143（ mm） 第二軸： d/L=39/193≈ 滿足設(shè)計(jì)要求 軸的校核 第一軸的剛度與強(qiáng)度校核 （ 1）軸的剛度驗(yàn)算 對(duì)齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。前者使齒輪中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，如下圖所示，致使沿齒長(zhǎng)方向的壓力分布不均勻。 初步確定軸的尺寸以后，可對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算。欲求 中間軸式變速器第一軸的支點(diǎn)反作用力，必須先求第二軸的支點(diǎn)反力。擋位不同，不僅圓周力、徑向力和軸向力不同，而且力到支點(diǎn)的距離也有變化，所以應(yīng)當(dāng)對(duì)每個(gè)擋位都進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)將軸看做鉸接支承的梁。作用在第一軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取 eamxT 軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按《材料力學(xué)》有關(guān)公式計(jì)算。計(jì)算時(shí)僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。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，故可以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如上圖所示時(shí)，若軸在垂直面內(nèi)撓度為 cf ，在水平面內(nèi)撓度為 sf 和轉(zhuǎn)角為 ? ，則可分別用下式計(jì)算 EILbaFfc 3 221? (43) EILbaFfs 3 222? (44) EIL ababF 3 )(1 ??? (45) 沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 m a xm a xm a x22 ta nc os2 ta netereaTiFdTiFdTiFd?????? 圖 42 變速器軸的撓度和轉(zhuǎn)角 式中 , 1F 齒輪齒寬中間平面上的圓周力（ N）； 2F 齒輪齒寬中間平面上的徑向力（ N）； E彈性模量（ MPa）， E = 10? MPa； I慣性矩（ 4mm ），對(duì)實(shí)心軸 4 /64Id?? ， d 為軸的直徑（ mm ），花鍵處按平均直徑計(jì)算； 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 ）。 對(duì)于本例，由于中間軸上常嚙合齒輪上的圓周力最大，因此只需要驗(yàn)算中間軸上常嚙合 齒輪處的強(qiáng)度和剛度即可。變速器軸向尺寸 L＝ 203mm，取 a=29mm，則 b=La=174mm。 Nmz iTdTF neg 304230c 20t a os.. t a n..2c ost a n2 2 12m a x21 ??? ?????? 。 。? ??? Nmz iTdTF neg . tan..2tan2 2 12m a x22 ?? ?????? 。?? 帶入到式（ 43）（ 44）及（ 45）得： radmmfmmfs???? 故軸的全撓度為 mmmmfff sc ???? ,安裝齒輪軸的許用轉(zhuǎn)角為(～ )rad,符合 剛度要求 2）軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 計(jì)算用的齒輪嚙合的圓周力 tF 、徑向力 rF 及軸向力 aF 可按下式求出： （ 46） （ 47） （ 48） 式中 i 至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比，此處為 ； d 計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑， mm，為 ； ? 節(jié)點(diǎn)處的壓力角，為 20176。； ? 螺旋角，為 30176。； maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為 122021N mm。 代入上式可得： NFNFNFar417830427238t??? 沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 水平面： AF （ a+b） =rFb AF =2679N； 水平面內(nèi)所受力矩： mNaFM Ac . 3 ??? ? 垂直面： Nba aFdFF taA 39。 ?? ??? （ 48） 垂直面所受力矩： mNaFM As .7 4 339。 ??? ?。 該軸所受扭矩為： mNZZTT em zxj . ??。 故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為： mmNmNTMMM jsc. 522?????? （ 49） 則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力 ? （ MPa） : ? ???? ?? 3132dM (1d 為軸的直徑為 39mm)（ 410） 將 M 代入上式可得： aMP62?? ，在低檔工作時(shí) [? ]=400MPa，因此有： ? ? [? ]；符合要求。 沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 5 章 變速器同步器的設(shè)計(jì) 同步器的結(jié)構(gòu) 在前面已經(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，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 51 鎖環(huán)式同步器 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 10花鍵轂 11結(jié)合套 如圖（ 51），此類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 52b），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沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 檔力的作用下通過(guò)鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合（圖 52d），完成同步換檔。 圖 52 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 53a 中給出的尺寸適用于輕 、中型汽車；圖 53b 則適用 于重型汽車。通常軸向泄油槽為 6～ 12 個(gè)，槽寬 3～ 4mm。 圖 53 同步器螺紋槽形式 沈陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 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。 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。 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 mMb pfR??