【導(dǎo)讀】湘潭大學(xué)興湘學(xué)院。題目：橋車手動變速箱設(shè)計(jì)（5+1）

　　

【正文】 51 變速器輸入軸 中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計(jì)采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動方案。由于一檔齒輪較小，通常和中間軸做成一體，而高檔齒輪則分別用鍵固定在軸上，以便齒輪磨損后更換。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 23 圖 52 變速器中間軸 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) 輸入軸和中間軸： (0 .4 ~ 0 .5 ) ,d A mm? （ 51） 輸出軸： 3 m ,ed T mm? （ 52） 式中 maxeT —— 發(fā)動機(jī)的最大扭矩， N m 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與軸的長度 L的關(guān)系可按下式選?。? 輸入軸和中間軸： d/L=~ ； 輸出軸： d/L=~ 。 本次汽車變速器軸的設(shè)計(jì)主要是輸入軸、輸出軸與中間軸，還有一軸為倒檔齒輪用軸。軸的具體樣式與尺寸在零件圖中有具體的體現(xiàn)，下表列出軸的設(shè)計(jì)最小半徑尺寸與設(shè)計(jì)長度： 表 51 軸參數(shù)表 設(shè)計(jì)最小半徑（ mm） 設(shè)計(jì)長度（ mm） 24 輸入軸 18 186 輸出軸 20 326 中間軸 25 300 倒檔軸 10 100 由變速器結(jié)構(gòu)布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來說強(qiáng)度是足夠的，僅對其危險(xiǎn)斷面進(jìn)行驗(yàn)算即可。對于本設(shè)計(jì)的變速器來說，在設(shè)計(jì)的過程中，軸的強(qiáng)度和剛度都留有一 定的余量，所以，在進(jìn)行校核時(shí)只需要校核一檔處即可；因?yàn)檐囕v在行進(jìn)的過程中，一檔所傳動的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于輸出軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故作為重點(diǎn)的校核對象。下面對輸入軸和輸出軸進(jìn)行校核。 輸入軸 的強(qiáng)度與剛度校核 因?yàn)檩斎胼S在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強(qiáng)度條件公式為 ? ?39550000PTnWd??? ? ? （ 53） 式中 T? —— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa； T —— 軸所受的扭矩， N mm； TW —— 軸的抗扭截面系數(shù)， 3mm ； P —— 軸傳遞的功率， kw； d —— 計(jì)算截面處軸的直徑， mm； [T? ] —— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa。 其中 P =95kw， n =5750r/min,d =24mm；代入上式得： 3959550000 57505 0 . 50 . 2 2 5T M P a? ???? 由查表可知 [T? ]=55MPa，故 T? ? [T? ]，符合強(qiáng)度要求。 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角 ? 來表示。其計(jì)算公式為： 25 10 PTGI? ?? （ 54） 式中 T —— 軸所受的扭矩， N mm； G —— 軸的材料的剪切彈性模量， MPa,對于鋼材， G = 410? MPa； PI —— 軸截面的極慣性矩， 4mm ， 32/4dIp ?? ； 將已知數(shù)據(jù)代入上式可得： 4 4417 0 10 005. 73 10 0. 93. 14 258. 1 1032? ?? ? ? ???? 對于一般傳動軸可取 [ ] ~ 1( ) / m? ??；故也符合剛度要求。 輸出軸 的強(qiáng)度與剛度校核 （ 1）、軸的強(qiáng)度校核 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： max2 et TiF d? （ 55） max2 tancoser TiF d ??? （ 56） max2 tanea TiF d ?? （ 57） 式中 i —— 至計(jì)算齒輪的傳動比，此處為三檔傳動比 ； d — — 計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑， mm，為 105mm； ? —— 節(jié)點(diǎn)處的壓力角，為 16176。； ? —— 螺旋角，為 30176。； maxeT —— 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為 170000N mm。 代入上式可得： ? ； ? ； ? 。 危險(xiǎn)截面的受力圖為： 26 圖 53 危險(xiǎn)截面受力分析 水平面： AF （ 160+75） = rF 75 ，可得出 AF =； 水平面內(nèi)所受力矩： 31 6 0 1 0 2 1 0 .7 8cAM F N m?? ? ? ? ? 垂直面： 1602160 75attAdFFF ? ? ?? ? （ 58） 可求出 tAF = 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： 1 7 0 3 .8 5 6 5 4 .5jTN? ? ?。 故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為： 2 2 2c s jM M M T? ? ? （ 59） 可得 M 2 2 2( 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 )? ? ? ? ? ? 10 N mm? ? ? 則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力 ? （ MPa）： ? ?332Md????? （ 510） 將 M 代入上式可得： ? ? ，在低檔工作時(shí) [? ]=400MPa，因此有： ? ???? ，符合要求。 （ 2）、軸的剛度校核 輸出軸在垂直面內(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： 2213c Fa bf EIL? （ 511） 2223s Fa bf EIL? （ 512） 27 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 = ? 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（ 511）和（ 512）得： ? ， ? 。 故軸的全撓度為 22 0 . 1 9 8 0 . 2csf f f m m m m? ? ? ?，符合剛度要求。 第六章 同步器及換擋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉(zhuǎn)，變換檔位時(shí)會存在一個(gè) 同步 問題，同步器使將要嚙合的齒輪達(dá)到一致的轉(zhuǎn)速而順利嚙合的機(jī)構(gòu)。同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類，鎖環(huán)式同步器是慣性式同步器的一種，它主要由接合套、同步鎖環(huán)等 組成，它的特點(diǎn)是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步。接合套、同步鎖環(huán)和待接合齒輪的齒圈上均有 倒角 （鎖止角），同步鎖環(huán)的內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸產(chǎn)生 摩擦 。鎖止角與錐面在設(shè)計(jì)時(shí)已作了適當(dāng)選擇，錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步，同時(shí)又會產(chǎn)生一種鎖止作用，防止齒輪在同步前進(jìn)行嚙合。當(dāng)同步鎖環(huán)內(nèi)錐面與待接合齒 輪齒圈外錐面接觸后，在摩擦力矩的作用下齒輪轉(zhuǎn)速迅速降低（或升高）到與同步鎖環(huán) 轉(zhuǎn)速 相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)， 齒輪 相對于同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速為零，因而 慣性 力矩也同時(shí)消失，這時(shí)在作用力的 推動 下，接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合，并進(jìn)一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成 換檔 過程。 本設(shè)計(jì)關(guān)于同步器和換擋機(jī)構(gòu)不再詳敘。 28 第七章 結(jié)論 變速器是完成傳動系任務(wù)的重要部件。也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結(jié)構(gòu)對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直 接的影響。 本設(shè)計(jì)依據(jù)微型轎車五菱宏光給定發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度相關(guān)參數(shù)匹配，設(shè)計(jì)中間軸式機(jī)械變速器。特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且最抵擋外其他各擋的傳動效率高、噪聲低，中間軸式變速器結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目。本設(shè)計(jì)采用常嚙合式，且采用斜齒輪，因?yàn)樾饼X比直齒有更長的壽命、更低的噪聲。著重對變速器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)對各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)、改進(jìn)，合理布置各部分總成，以達(dá)到良好的性能。一擋和高檔匹配最高車速，承載發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，整個(gè)變速器結(jié)構(gòu)尺寸滿足微型轎車五菱 宏光的結(jié)構(gòu)要求。 29 參考文獻(xiàn) [1]濮良貴，紀(jì)名剛主編 .機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版） .北京：高等教育出版社， 20xx [2]潘存云，唐進(jìn)元主編 .機(jī)械原理 .長沙：中南大學(xué)出版社， 20xx [3]趙右紅，周知進(jìn)主編 .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) .長沙：中南大學(xué)出版社， 20xx [4]周良德，朱泗芳主編 .現(xiàn)代工程圖學(xué) .長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社， 20xx [5]鄭江 許瑛主編 .機(jī)械設(shè)計(jì) .北京：中國林業(yè)出版社，北京大學(xué)出版社， 20xx [6]陳?？骶?.機(jī)械基礎(chǔ) .3 版 .北京 :中國勞動社會保障 出版社， 20xx [7]王望予主編 .汽車設(shè)計(jì) .4 版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx [8]余俊等主編 .機(jī)械設(shè)計(jì) .2 版 .北京：高等教育出版社， 1997 [9]余志生主編 .汽車?yán)碚摚ǖ?3 版） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx [10]朱文堅(jiān)，黃平，吳昌林主編 .機(jī)械設(shè)計(jì) .北京：高等教育出版社， 20xx [11]何銘新 錢可強(qiáng)主編 .機(jī)械制圖 .北京：高等教育出版社， 20xx [12]童秉樞，吳志軍主編，機(jī)械 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） .北京：清華大學(xué)出版社 20xx