【導讀】湘潭大學興湘學院。題目：橋車手動變速箱設計（5+1）

　　

【正文】 51 變速器輸入軸 中間軸分為旋轉軸式和固定軸式。本設計采用的是旋轉軸式傳動方案。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。其結構如下圖所示： 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)結構布置上的要求并考慮加工工藝和裝配工藝要求而定。在草圖設計時，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 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)動機的最大扭矩， N m 為保證設計的合理性，軸的強度與剛度應有一定的協(xié)調(diào)關系。因此，軸的直徑 d與軸的長度 L的關系可按下式選?。? 輸入軸和中間軸： d/L=~ ； 輸出軸： d/L=~ 。 本次汽車變速器軸的設計主要是輸入軸、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)，下表列出軸的設計最小半徑尺寸與設計長度： 表 51 軸參數(shù)表 設計最小半徑（ mm） 設計長度（ mm） 24 輸入軸 18 186 輸出軸 20 326 中間軸 25 300 倒檔軸 10 100 由變速器結構布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來說強度是足夠的，僅對其危險斷面進行驗算即可。對于本設計的變速器來說，在設計的過程中，軸的強度和剛度都留有一 定的余量，所以，在進行校核時只需要校核一檔處即可；因為車輛在行進的過程中，一檔所傳動的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于輸出軸結構比較復雜，故作為重點的校核對象。下面對輸入軸和輸出軸進行校核。 輸入軸 的強度與剛度校核 因為輸入軸在運轉的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強度條件公式為 ? ?39550000PTnWd??? ? ? （ 53） 式中 T? —— 扭轉切應力， 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 —— 計算截面處軸的直徑， mm； [T? ] —— 許用扭轉切應力， 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? ]，符合強度要求。 軸的扭轉變形用每米長的扭轉角 ? 來表示。其計算公式為： 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 的強度與剛度校核 （ 1）、軸的強度校核 計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 —— 至計算齒輪的傳動比，此處為三檔傳動比 ； d — — 計算齒輪的節(jié)圓直徑， mm，為 105mm； ? —— 節(jié)點處的壓力角，為 16176。； ? —— 螺旋角，為 30176。； maxeT —— 發(fā)動機最大轉矩，為 170000N mm。 代入上式可得： ? ； ? ； ? 。 危險截面的受力圖為： 26 圖 53 危險截面受力分析 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? ? ? 則在彎矩和轉矩聯(lián)合作用下的軸應力 ? （ MPa）： ? ?332Md????? （ 510） 將 M 代入上式可得： ? ? ，在低檔工作時 [? ]=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 同步器及換擋機構的設計 由于變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉，變換檔位時會存在一個 同步 問題，同步器使將要嚙合的齒輪達到一致的轉速而順利嚙合的機構。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，它的特點是依靠摩擦作用實現(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 。鎖止角與錐面在設計時已作了適當選擇，錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步，同時又會產(chǎn)生一種鎖止作用，防止齒輪在同步前進行嚙合。當同步鎖環(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速迅速降低（或升高）到與同步鎖環(huán) 轉速 相等，兩者同步旋轉， 齒輪 相對于同步鎖環(huán)的轉速為零，因而 慣性 力矩也同時消失，這時在作用力的 推動 下，接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合，并進一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成 換檔 過程。 本設計關于同步器和換擋機構不再詳敘。 28 第七章 結論 變速器是完成傳動系任務的重要部件。也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結構對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性、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。 本設計依據(jù)微型轎車五菱宏光給定發(fā)動機輸出轉矩、轉速及最高車速、最大爬坡度相關參數(shù)匹配，設計中間軸式機械變速器。特點是其結構簡單、緊湊且最抵擋外其他各擋的傳動效率高、噪聲低，中間軸式變速器結構發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目。本設計采用常嚙合式，且采用斜齒輪，因為斜齒比直齒有更長的壽命、更低的噪聲。著重對變速器齒輪的結構參數(shù)、軸的結構尺寸等進行設計計算，同時對各結構件進行分析設計、改進，合理布置各部分總成，以達到良好的性能。一擋和高檔匹配最高車速，承載發(fā)動機轉矩，整個變速器結構尺寸滿足微型轎車五菱 宏光的結構要求。 29 參考文獻 [1]濮良貴，紀名剛主編 .機械設計（第八版） .北京：高等教育出版社， 20xx [2]潘存云，唐進元主編 .機械原理 .長沙：中南大學出版社， 20xx [3]趙右紅，周知進主編 .機械設計課程設計指導 .長沙：中南大學出版社， 20xx [4]周良德，朱泗芳主編 .現(xiàn)代工程圖學 .長沙：湖南科學技術出版社， 20xx [5]鄭江 許瑛主編 .機械設計 .北京：中國林業(yè)出版社，北京大學出版社， 20xx [6]陳?？骶?.機械基礎 .3 版 .北京 :中國勞動社會保障 出版社， 20xx [7]王望予主編 .汽車設計 .4 版 .北京：機械工業(yè)出版社， 20xx [8]余俊等主編 .機械設計 .2 版 .北京：高等教育出版社， 1997 [9]余志生主編 .汽車理論（第 3 版） .北京：機械工業(yè)出版社， 20xx [10]朱文堅，黃平，吳昌林主編 .機械設計 .北京：高等教育出版社， 20xx [11]何銘新 錢可強主編 .機械制圖 .北京：高等教育出版社， 20xx [12]童秉樞，吳志軍主編，機械 CAD 技術基礎（第三版） .北京：清華大學出版社 20xx