【正文】 小齒輪齒數(shù) 1 第一軸常嚙合齒輪；2中間軸常嚙合齒輪；3第二軸三擋齒輪；4中間軸三擋齒輪；5第二軸二擋齒輪；6中間軸二擋齒輪；7第二軸一擋齒輪；8中間軸一擋齒輪；9第二軸五擋齒輪；10中間軸五擋齒輪；11第二軸倒擋齒輪；12中間軸倒擋齒輪；13倒擋中間齒輪圖31 變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 對(duì)中心距進(jìn)行修正因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)，故中心距變?yōu)閙m對(duì)中心距進(jìn)行取整，取中心距mm。為避免根切、增加強(qiáng)度，一擋小齒輪應(yīng)為變位齒輪。代入數(shù)據(jù)后得計(jì)算后應(yīng)取為整數(shù)，然后再進(jìn)行大、小齒輪齒數(shù)的分配，中間軸上小齒輪的最小齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。所設(shè)計(jì)的變速器的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖31所示。我國(guó)規(guī)定。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。式中 ——齒寬系數(shù)，直齒輪取，斜齒輪??；——法面模數(shù)。壓力角初選 齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強(qiáng)度及工作平穩(wěn)性的要求。因此，中間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上?！?5176。不過(guò)當(dāng)螺旋角大于 時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。表32 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項(xiàng)目車(chē)型齒形 壓力角α 螺旋角β轎 車(chē)高齒并修形的齒形，～一般貨車(chē)GB135678規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形～重型車(chē)GB135678規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形低擋、倒擋齒輪，小螺旋角斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。所選模數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[12]。其選取的范圍是：轎車(chē)及輕、中型貨車(chē)為2～；～5。同步器的接合齒和嚙合套多采用漸開(kāi)線齒形。變速器用齒輪模數(shù)的范圍如表31。選擇模數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時(shí)將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。乘用車(chē)變速器殼體的軸向尺寸為。影響變速器殼體軸向尺寸的有變速器的擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。將各數(shù)代入式(33)中得 =~故可初選中心距mm。中間軸式變速器的中心距(mm)可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選，經(jīng)驗(yàn)公式為 (33)式中 ——中心距系數(shù)，乘用車(chē)：，商用車(chē)：；——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(N變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。將各數(shù)代入式中得則變速器其他各擋的傳動(dòng)比為 中心距的確定對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱(chēng)為變速器中心距；對(duì)兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱(chēng)為變速器的中心距。將各數(shù)據(jù)代入式(32)得＜＜，在本設(shè)計(jì)中，取。m——主減速比，；——汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。汽車(chē)爬坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力[10]。最后結(jié)合本次設(shè)計(jì)所依據(jù)車(chē)輛的主要技術(shù)參數(shù)，選擇了本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案和零、部件的結(jié)構(gòu)形式，作為以后各章節(jié)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。圖25 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 本章小結(jié)本章主要依據(jù)變速器幾種常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，對(duì)兩軸式和中間軸式的變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，同時(shí)介紹了幾種常見(jiàn)的倒擋機(jī)構(gòu)布置方案，并比較了各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。采用如圖25所示的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于6～20mm[9]。第二軸后端常采用球軸承，用來(lái)承受軸向力和徑向力。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)并加工成臺(tái)階形狀，也具有相同的阻止自動(dòng)脫擋的效果。)，使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫擋的軸向力，如圖24(c)所示。3. 將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角(一般傾斜2。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時(shí)磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來(lái)阻止接合齒自動(dòng)脫擋。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種：1. 將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)，如圖24(a)所示。 防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)自動(dòng)脫擋是變速器的主要故障之一。在滑動(dòng)齒輪特別寬的情況下，這種差別就更為明顯。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。這是因?yàn)橹匦拓涇?chē)擋位間的公比較小，則換擋機(jī)構(gòu)連接件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋，并且與同步器比較還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、能夠減低制造成本及減小變速器長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性力矩增大。當(dāng)變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時(shí)，可以用移動(dòng)嚙合套換擋。除此之外，采用直齒換擋時(shí)，換擋行程長(zhǎng)也是它的缺點(diǎn)。這不僅使齒輪端部磨損加劇并過(guò)早損壞，同時(shí)使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。 換擋機(jī)構(gòu)形式變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換擋三種形式。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 齒輪形式變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。但是與直接擋比較，使用超速擋會(huì)使傳動(dòng)效率降低、工作噪聲增加。某些汽車(chē)的變速器有僅在好路或空車(chē)行駛時(shí)才使用的超速擋。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的其他問(wèn)題常用擋位的齒輪因接觸應(yīng)力過(guò)高而易造成表面點(diǎn)蝕損壞。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支圖23 倒擋布置方案承處，然后再布置倒擋。變速器的一擋或倒擋因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力也增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出輪齒磨損加快和工作噪聲增加。圖23(f)的方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，擋換更為輕便。圖23(d)方案對(duì)23(c)的缺點(diǎn)做了修改。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋 倒擋布置方案分析 如圖23所示為常見(jiàn)的倒擋布置方案。在除直接擋以外的其他擋位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá)到90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。中間軸式變速器的共同特點(diǎn)為：變速器第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上，第一軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤(pán)，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。圖21c中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換擋；圖21a所示方案的變速器有輔助支承，用來(lái)提高軸的剛度。如圖21a～c所示為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車(chē)的兩軸式變速器傳動(dòng)方案。兩軸式變速器則方便于這種布置且使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 兩軸式變速器的特點(diǎn)分析與中間軸式變速器相比較，兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最高擋外其他各擋的傳動(dòng)效率高、噪聲低。有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。采用傳動(dòng)比小于1（～）的超速擋，可充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，降低燃料消耗。但擋位數(shù)的增多也使變速器的尺寸及質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，操縱也復(fù)雜。通常，有級(jí)變速器具有三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)前進(jìn)擋；重型載貨汽車(chē)和重型越野車(chē)則采用多擋變速器，其前進(jìn)擋位數(shù)多大6～16個(gè)甚至20個(gè)。 表21 松花江中意HFJ6351B的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)HFJ6351B發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率(kw)外廓尺寸(mm)(長(zhǎng)寬高)356214801918發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(N包括各軸直徑及長(zhǎng)度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的加工工藝分析；4. 變速器軸承的選擇及校核；5. 同步器的設(shè)計(jì)選用和參數(shù)選擇；6. 變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用；7. 變速器箱體的設(shè)計(jì)。包括變速器傳動(dòng)比計(jì)算、中心距計(jì)算、齒輪參數(shù)計(jì)算、各擋齒輪齒數(shù)的分配；2. 變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù)哈飛HFJ6351B的有關(guān)參數(shù)，通過(guò)變速器各部分參數(shù)的選擇和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種基本符合要求的手動(dòng)變速器。當(dāng)然，常嚙合齒輪副的增多將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部分總慣性力矩的增大。斜齒圓柱齒輪比直齒圓柱齒輪有更長(zhǎng)的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍微復(fù)雜且在工作時(shí)有軸向力。因此，直接擋的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，因?yàn)橹苯訐醯睦寐室哂谄渌鼡跷?，因此提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)擋位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩對(duì)齒輪傳遞，因此在變速器中間軸和第二軸之間的距離（中心距）不大的情況下，一擋仍有較大的傳動(dòng)比；擋位高的齒輪采用長(zhǎng)嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪可以采用或不采用長(zhǎng)嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一擋以外的其它擋位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也用同步器或嚙合套換擋，還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。將第一、第二軸直接連接起來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩則稱(chēng)為直接擋。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上。但是如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率不高，則超速擋使用頻率很低，節(jié)油效果不顯著，甚至影響汽車(chē)的動(dòng)力性。某些汽車(chē)的變速器，設(shè)置有用在良好的路面上輕載或空車(chē)駕駛的場(chǎng)合的超速擋，超速擋的傳動(dòng)比小于1。商用車(chē)變速器采用45個(gè)擋或多擋。目前，乘用車(chē)一般采用45個(gè)擋位的變速器。 手動(dòng)變速器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 手動(dòng)變速器的特點(diǎn)手動(dòng)變速器的擋數(shù)通常在6擋以下，當(dāng)擋數(shù)超過(guò)6擋時(shí)，可以在6擋以下的主變速器的基礎(chǔ)上，再行配置副變速器，通過(guò)兩者的組合獲得多擋變速器。當(dāng)今世界各大汽車(chē)公司對(duì)無(wú)級(jí)變速器的研究都十分活躍。無(wú)級(jí)變速器裝有自動(dòng)控制裝置，行車(chē)中可以根據(jù)車(chē)速自動(dòng)調(diào)整擋位，無(wú)需人工操作，省去了換擋及踩踏離合器踏板的操作?，F(xiàn)代無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)效率提高，變速反應(yīng)快、油耗低。理想的無(wú)級(jí)變速器是在整個(gè)傳動(dòng)范圍內(nèi)能連續(xù)的、無(wú)擋比的切換變速比，是變速器始終按最佳換擋規(guī)律自動(dòng)變速?，F(xiàn)代汽車(chē)變速器的發(fā)展趨勢(shì)，是向著可調(diào)自動(dòng)變速器或無(wú)級(jí)變速器的方向發(fā)展。IVT由于不使用變矩器，與其它變矩器比較，IVT具有效率高、不易打滑、油耗低、不需要工藝復(fù)雜造價(jià)高昂的金屬傳送帶、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，加上傳遞扭矩大，長(zhǎng)時(shí)間使用也不會(huì)過(guò)度發(fā)熱，不但使用于轎車(chē)，也使用于越野車(chē)，是一種新型變速器。4． 無(wú)限變速式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器(IVT)無(wú)限變速式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器與其它自動(dòng)變速器的差別之一是不使用變矩器。這種變速器與一般齒輪式自動(dòng)變速器的最大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng)，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動(dòng)。自動(dòng)變速器是由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)液力傳遞和齒輪組合的方式來(lái)達(dá)到變速變矩的目的。2． 自動(dòng)變速器自動(dòng)變速器是根據(jù)車(chē)速和負(fù)荷(油門(mén)踏板的行程)來(lái)進(jìn)行雙參數(shù)控制，擋位根據(jù)上面的兩個(gè)參數(shù)來(lái)自動(dòng)升降。手動(dòng)變速器又稱(chēng)手動(dòng)齒輪式變速器，含有可以在軸向滑動(dòng)的齒輪，通過(guò)不同齒輪的嚙合達(dá)到變速變矩的目的[3]。目前為止，變速器經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段，主要為：1． 手動(dòng)變速器手動(dòng)變速器主要采用齒輪傳動(dòng)的降速原理。本哈特和艾米爾現(xiàn)代汽車(chē)變速器是1894年由法國(guó)人路易斯1921年英國(guó)人赫伯特 汽車(chē)變速器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 變速器國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀早期的汽車(chē)傳動(dòng)系，從發(fā)動(dòng)機(jī)到車(chē)輪之間的動(dòng)力傳動(dòng)形式是很簡(jiǎn)單的。變速器除了要能滿(mǎn)足一定的使用要求外，還要保證使其和汽車(chē)能有很好的匹配性，可以提高汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況范圍內(nèi)工作提高汽車(chē)的使用壽命、降低能源消耗、減少汽車(chē)的使用噪聲等。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，用來(lái)改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍下工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車(chē)能倒退行駛；利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動(dòng)力輸出。殼底放油塞多放置磁鐵以吸附油內(nèi)鐵屑。變速器多采用飛濺潤(rùn)滑，重型汽車(chē)有時(shí)強(qiáng)制潤(rùn)滑第一、二軸軸承等。變速器與主減速器及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒擋安全裝置，對(duì)接合齒采取倒錐齒側(cè)措施以及其他結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不跳擋、亂擋、自動(dòng)脫擋和誤掛倒擋；采用同步器可使換擋輕便，無(wú)沖擊及噪聲；采用高齒、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低，降低噪聲水平已成為提高變速器質(zhì)量和設(shè)計(jì)、工藝水平的關(guān)鍵。變速器按其操縱方式又可分為自動(dòng)式、半自動(dòng)式、預(yù)選式、指令式、直接操縱式和遠(yuǎn)距離操縱式[2]。有級(jí)變速器按其前進(jìn)擋的擋位數(shù)分為三、四、五擋和多擋的；而按其軸中心線的位置又可分為固定軸線式、旋轉(zhuǎn)軸線式和綜合式的。變速器的倒擋使汽車(chē)能倒退行駛；其空擋使汽車(chē)在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、停車(chē)和滑行時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間將發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系分離。用變速器轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的必要性在于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速變化特性的特點(diǎn)是具有相對(duì)小的對(duì)外部載荷改變的適應(yīng)性[1]。在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要需解決的問(wèn)題有：變速器各參數(shù)的確定，變速器齒輪的設(shè)計(jì)、計(jì)算及