【導(dǎo)讀】本文設(shè)計(jì)研究了三軸式五擋手動(dòng)變速器。首先，對于變速器的工作原理做了闡述，擇等，特別值得一提的是在倒檔的選擇和布置上。因?yàn)樽兯傧湓诘蜋n工作時(shí)作用有較。心距以及各檔齒輪的齒數(shù)，并且進(jìn)行了強(qiáng)度校核，緊接著對一些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了選型，其中包括同步器、操縱機(jī)構(gòu)、固定件以及密封件等等。最后進(jìn)行的是齒輪、軸以及軸承的校核，其中齒輪校核包括彎曲強(qiáng)度和接觸應(yīng)力，部件材料的選擇。

　　

【正文】 910112 zzizz ? （ ） 4614412 ?zz 而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一檔齒輪的中心距相等，即 A= )( 21 zzmn ? /2 ?cos （ ） 75=（ 2z + 1z ） /2cos24? 求得 常嚙合 齒輪齒數(shù)為 1z =25 2z =31 核算 101921 zz zzi ??? =4 在誤差允許范圍內(nèi) 故可得齒輪 2 精確的螺旋角為 ? 湊配中心距 c o s )( 2 2139。 ??? ? zzmA t 斜齒端面模數(shù)為 ??2cos?nt mm 嚙合角 ?209 9 o s2 )(c o s 2139。 ???? ?? A zzm t 高度變位 0??x 根據(jù)齒數(shù)比 ??? zzu 查得變位系數(shù) ?x 故 ?x 確定其他各擋的齒數(shù) 及變位系 數(shù) 二擋齒輪是斜齒輪 螺旋角 8? 與常嚙合齒輪 2? 不同 19 21287 zzizz ? ?? （ ） 887cos2 )( ?zzmA n ?? （ ） 此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式： )1(ta nta n 8721 282 zzzz z ????? （ ） 聯(lián)解上述三式，采用試湊法，當(dāng)螺旋角為 ? 時(shí)，解 （ ）、 （ ）得： 求得二擋齒輪齒數(shù)為 ： 387?z 198?z 代入上式近似滿足軸向力平衡 湊配中心距 AmmmzzA n ???? c o s2 )( 88739。 ? 正角度變位 斜齒面模數(shù) mmmm nt os 8 ?? ? 嚙合角 ? o s )(c o s 8739。 ?? zzm n ?? 根據(jù)齒數(shù)比 287 ?zz 查得變位系數(shù) ???x ?x ??x 圖 選擇變位系數(shù)線路圖 20 同理： 三擋齒輪齒數(shù) 325?z 246?z ?216?? 時(shí) 近似滿足軸向力平衡關(guān)系 湊配中心距 mmmzzA n c o s )( 66539。 ??? ? 斜齒端面模數(shù) mmmm nt os 6 ?? ? 嚙合角 o s)(2c o s 65, ??? ?? zzAm t ?, ?? 根據(jù)齒數(shù)比 65 ?zz 查得變位系數(shù) ???x ?x ??x 五 擋齒輪齒 數(shù) 273?z 294?z 224 ?? 時(shí) 近似滿足軸向力平衡關(guān)系 湊配中心距 mmmzzA n c o s )( 44339。 ??? ? 斜齒端面模數(shù) mmmm nt os 4 ?? ? 嚙合角 o s)(2c o s43, ??? ?? zzAm t ?, ?? 根據(jù)齒數(shù)比 43 ?zz 查得變位系數(shù) ??x ?x ??x 確定倒擋齒輪齒數(shù) 及變位系數(shù) 倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔相近，倒檔齒輪 13z 的齒數(shù)一般在 21 ~23 之間 初選 2313?z 計(jì)算輸入軸與倒檔軸的中心距 ,A 設(shè) 1312?z 有中心距 mmzzmA 452 )( 1312 ??? 圓整后取 mmA 4539。 ? 為保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪 11 和 12 的齒頂圓之間應(yīng)保持有 以上的間隙，故取 3911?z 滿足輸入軸與中間軸距離 假設(shè)當(dāng)齒輪 11 和齒輪 12 嚙合時(shí)中心距： 39。39。A = 2 )( 1211 zzm ? =? A 且 39。39。 ?? AA mm 21 故倒檔 軸與中間軸的中心距 mmzzmA )(21 1311 ???倒 本章小結(jié) 本章主要介紹了變速器主要參數(shù)的選擇，包括確定擋數(shù)、傳動(dòng)比范圍，根據(jù)最大爬坡度和驅(qū)動(dòng)輪與地面的附著力確定一擋傳動(dòng)比和五擋傳動(dòng)比，進(jìn)而確定其它各擋傳動(dòng)比，選擇中心距、外形尺寸以及齒輪參數(shù)，根據(jù)變速器的傳動(dòng)示意圖確定各擋齒輪齒數(shù)，進(jìn)行各擋齒輪變位系數(shù)的分配。最后列出了各擋齒輪的幾何尺寸。這些為之后齒輪、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算做好了準(zhǔn)備。 22 第 4 章 變速器的校核 齒輪的損壞形式 變速器齒輪的損壞形式主要有三種：齒輪折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合。 1．齒輪折斷 齒輪在嚙合過程中，輪齒表面承受有集中載荷的作用?？梢园演嘄X看作懸臂梁，輪齒根部彎曲應(yīng)力很大，過渡圓角處又有應(yīng)力集中，故輪齒根部很容易發(fā)生斷裂。齒輪折斷有兩種情況，一種是齒輪受到足夠大的突然載荷的沖擊作用，導(dǎo)致齒輪斷裂，這種破壞的斷面為粗粒狀。另一種是受到多次重復(fù)載荷的作用，齒根受拉面的最大應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)疲勞裂縫，裂縫逐漸擴(kuò)展到一定深度后，齒輪突然折斷。 2．齒面點(diǎn)蝕 齒面點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳 動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)的一種損壞形式。因閉式齒輪傳動(dòng)齒輪在潤滑油中工作，齒面長期受到脈動(dòng)的接觸應(yīng)力作用，會(huì)逐漸產(chǎn)生大量與齒面成尖角的小裂縫。面裂縫中充滿了潤滑油，嚙合時(shí)，由于齒面互相擠壓，裂縫中油壓增高，使裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，最后導(dǎo)致齒面表層一塊塊剝落，齒面出現(xiàn)大量扇形小麻點(diǎn)，這就是齒面點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 3．齒面膠合 高速重載齒輪傳動(dòng)、軸線不平行的螺旋齒輪傳動(dòng)及雙曲面齒輪傳動(dòng)，由于齒面相對滑動(dòng)速度大，接觸壓力大，使齒面間滑動(dòng)油模破壞，兩齒面間金屬材料直接接觸，局部溫度過高，互相熔焊粘聯(lián)，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，這種損壞形式叫膠 合。 增大輪齒根部齒厚，加大齒根圓角半徑，采用高齒，提高重合度，增多同時(shí)嚙合的輪齒對數(shù)，提高輪齒柔度，采用優(yōu)質(zhì)材料等，都是提高輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的措施。合理選擇齒輪參數(shù)及變位系數(shù)，增大齒廓曲率半徑，降低接觸應(yīng)力，提高齒面強(qiáng)度等，可提高齒面的接觸強(qiáng)度。采用黏度大、耐高溫、耐高壓的潤滑油，提高油膜強(qiáng)度，提高齒面強(qiáng)度，選擇適當(dāng)?shù)凝X面表面處理方法和鍍層等，是防止齒面膠合的措施 。 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或磨齒精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于 7 級。因此，比用于 通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡化一些的計(jì)算公式來計(jì)算汽車齒輪，同樣可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。 23 輪齒的彎曲應(yīng)力 1． 直齒輪彎曲應(yīng)力公式為 ： btyKKF fw ?? 1? 式中 ： w? —— 彎曲應(yīng)力 (MPa)； 1F —— 圓周力 (N)， dTF g21 ? ； gT —— 計(jì)算載荷 (Nm)； d —— 節(jié)圓直徑 (mm)； ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取 ?K =； fK —— 摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向 對彎曲應(yīng)力 的影響也不同，主動(dòng)齒輪 fK =，從動(dòng)齒輪 fK =； b —— 齒寬 (mm)； t —— 端面齒距 (mm)， mt ?? ； m —— 模數(shù)； y —— 齒形系數(shù) 。 因?yàn)辇X輪節(jié)圓直徑 mzd? ，式中 z 為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)代入式后得 ： yzKm KKT c fgw 32?? ?? () 當(dāng)計(jì)算載荷 gT 取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩 maxeT 時(shí)， 倒檔直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400～ 850MPa 范圍 。 2． 斜齒輪彎曲應(yīng)力公式為 ： ??? btyKKFw 1? 式中： 1F —— 圓周力 ( N )， dTF g21 ? ； gT —— 計(jì)算載荷 (Nm)； d —— 節(jié)圓直徑 (mm)， ? ? ?coszmd n? ， nm －法向模數(shù) (mm)， z －齒數(shù)， ? －斜齒輪螺旋角 (? )； ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù)， ??K ； 24 b —— 齒面寬 (mm)； t —— 法向齒距 (mm)， nmt ?? ； y —— 齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) ?3coszzn ? 在圖 41 中查得； ?K —— 重合度影響系數(shù)， ??K 。 將上述有關(guān)參數(shù)代入公式后，可得到斜齒輪的彎曲應(yīng)力公式為 ： ??? ?? KyKzm KTCngw 3c o s2? () 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩 maxeT 時(shí)，對常嚙合齒輪和高擋齒輪 ，許用應(yīng)力在 180～ 350MPa 范圍 。 輪齒 的 接觸應(yīng)力 ???????? ?? bzj bFE ??? 114 1 () 式中： j? —— 輪齒的接觸應(yīng)力（ MPa） F —— 齒面上的法向力（ N）， )cos(cos 1 ?? FF ? ； 1F —— 端面內(nèi)分度圓切向力， dTF g21 ? ； gT —— 計(jì)算載荷 (Nm)； d —— 節(jié)圓直徑 (mm)； ? —— 節(jié)點(diǎn)處壓力角 (? )； ? —— 齒輪螺旋角 (? )； E —— 齒輪材料彈性模量 (MPa)， E =104 Nmm2； b —— 齒輪接觸實(shí)際寬度 (mm)； z? ， b? —— 主動(dòng)及被動(dòng)齒輪節(jié)圓處齒廓曲率半徑 (mm)， 其中 ：斜齒輪 ——??? 2cossinzz r?，??? 2cossinbb r?； 直齒輪 —— ?? sinzz r? ， ?? sinbb r? 。 zr 、 br —— 主動(dòng)及被動(dòng)齒輪節(jié)圓 半徑 (mm)。 25 其中：斜齒輪 —— ? ? ?coszmd n? ，直齒輪 —— mzd? 所以：斜齒輪 ——2sin nnzz mz ?? ?， 2sin nnbb mz ?? ?； 直齒輪 —— 2sin mz zz ?? ?， 2sin mzbb ?? ?。 nm —— 斜齒輪 法向模數(shù) m —— 直齒輪 模數(shù) nzz —— 斜齒輪當(dāng)量齒數(shù) z —— 直齒輪齒數(shù) 將所有參數(shù)帶入式 ()得： 斜齒輪 ?????? ??bzj dbTE ????? 11co sco s4 1 () 直齒輪 ???????? ??bzj dbTE ???? 11co () 將作用在變速器第一軸上的載荷 2maxeT 作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見表 。 表 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 齒輪 j? /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一 檔 和倒 檔 1900～ 20xx 950～ 1000 常嚙合齒輪和高 檔 1300～ 1400 650～ 700 各檔齒輪的強(qiáng)度校核 1．計(jì)算倒檔直齒輪 11， 12， 13 的彎曲應(yīng)力 11z =42， 12z =11 ， 13z =23， 11y =， 12y =， 13y =， m =， cK =，倒T =m， 2T =m， 4T =m 11113112 yKzm KKTcfw ?? ?倒? = 33 ???? ???? =400～ 850MPa 26 12123212 2 yKzm KKTcfw ?? ?? = 33 101 4 4 2 92 ???? ???? = 400～ 850Mpa 13133413 2 yKzm KKTcfw ?? ?? = 33 101 1 6 5 42 ???? ???? = 400～ 850MPa 2．計(jì)算一檔斜齒輪 9， 10 的彎曲應(yīng)力 9z =45， 10z =13， 9y =， 10y =， 31T =m， 2T =m， 109?? =176。 ，nm =3mm， cK = ??? ?? KKymz KTw 939109319 c o s2 ?? = 33 2 o s4 7 0 8 32 ????? ????? =180～ 350MPa ??? ?? KKymz KTw 10310109210 c o s2 ?? = 33 o ????? ????? =180～ 350MPa 3．計(jì)算二檔斜齒輪 7， 8 的彎曲應(yīng)力 7z =41， 8z =17， 7y =， 8y =， 32T =m， 2T =m， 87?? =176。 ，nm =3mm， cK = ??? ?? KKymz KTw 73787327 c os2 ?? = 33 o ????? ????? =