【正文】 上全部齒輪制成一體，經(jīng)滾針軸承支承在固定不動(dòng)的中間軸上。 圖 312為中間軸式多擋變速器結(jié)構(gòu)。 變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪。 2．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。此外，換擋行程長(zhǎng)也是其缺點(diǎn)。 常嚙合齒輪可用移動(dòng)嚙合套換擋。因?yàn)樵鲈O(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。 使用同步器能保證換擋迅速、無沖擊、無噪聲，而與操 作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng) 濟(jì)性和行駛安全性，因而得到廣泛應(yīng)用。 利用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動(dòng)齒輪換 擋行程小。為了操縱方便，要求換入不同擋位的變速桿行程應(yīng)盡可 能一樣，如利用同步器或嚙合套換擋，就很容易實(shí)現(xiàn)這一 點(diǎn)。由于接合齒磨損、變速器軸剛度不足以及振動(dòng)等原因，都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫擋。 1）將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開，如圖 313所示。 2）將嚙合套齒座上前齒圈切?。ㄇ邢?~） ,這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動(dòng)脫擋，如圖 314所示。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。 002 ~ 34．變速器軸承 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承以及中間軸前、后軸承，按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，而且在使用時(shí)換擋頻率也增高。 擋數(shù)選擇的要求： 。 目前，轎車一般用 4～ 5個(gè)擋位變速器， 貨車變速器采用 4～ 5個(gè)擋或多擋，多擋變速器多用于重型貨車和越野汽車。 傳動(dòng)比范圍的確定與選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。 三、中心距 A 對(duì)中間軸式變速器，中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距 A。 中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。 初選中心距 A時(shí)，可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 3 1m a x geA iTKA ??式中， KA為中心距系數(shù)，轎車： KA=～ ，貨車： KA=～ ，多擋變速器： KA=～ 。 g?四、外形尺寸 轎車四擋變速器殼體的軸向尺寸為（ ～ ）A。 五、齒輪參數(shù) 1．模數(shù)的選取 齒輪模數(shù)選取的一般原則： 1） 為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬； 2） 為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬； 3） 從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)； 4） 從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 所選模數(shù)值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 對(duì)于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用 176。 、 16176。 等小些的壓力角。 或 25176。 國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20176。 。 、 25176。 等，普遍采用 30176。 3．螺旋角 β 齒輪的螺旋角對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。 試驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于30176。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡。 圖 37 中間軸軸向力的平衡 2121tantan rr???斜齒輪螺旋角選用范圍： 轎車變速器： 兩軸式為 20176。 中間軸式為 22176。 貨車變速器： 18176。 4．齒寬 b 齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度等均有影響。但齒寬減少使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，齒輪的工作應(yīng)力增加。 通常根據(jù)齒輪模數(shù) m（ mn）的大小來選定齒寬 b： 直齒： b=Kcm， Kc為齒寬系數(shù)，取為 ～ 斜齒： b=Kcmn， K c取為 ～ 嚙合套或同步器接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為 （ 2～ 4） m m。 5．齒輪變位系數(shù)的選擇原則 采用變位齒輪的原因： 1） 配湊中心距； 2） 提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；3） 降低齒輪的嚙合噪聲。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。角度變位系數(shù)之和不等于零。 變位系數(shù)的選擇原則 ： 1） 對(duì)于高擋齒輪，應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。 3） 總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強(qiáng)度越低。 為了降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二擋以外的其它各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一、二擋和倒擋齒輪，應(yīng)該選用較大的值。下面以圖 38所示四擋變速器為例，說明分配齒數(shù)的方法。為了求 z z8的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和 zh （ 32） 計(jì)算后取 zh為整數(shù)，然后進(jìn)行大、小齒輪齒數(shù)的分配。一擋大齒輪齒數(shù)用 z7=zhz8計(jì)算求得。 3．確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù) 由式 （ 31） 求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比 （ 33） 常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一擋齒輪的中心距相等，即 （ 34） 解方程式 （ 33） 和式 （ 34） 求 z1與 z2，求出的 z z2都應(yīng)取整數(shù)；然后核算一擋傳動(dòng)比與原傳動(dòng)比相差多少，如相差較大，只要調(diào)整一下齒數(shù)即可；最后根據(jù)所確定的齒數(shù)，按式 （ 34） 算出精確的螺旋角值。用取整數(shù)后的 z z6計(jì)算中心距，若與中心距 A有偏差，通過齒輪變位來調(diào)整。但解此方程組比較麻煩 ， 可采用比較方便的試湊法 。 6? 5．確定倒擋齒輪齒數(shù) 圖 38所示的倒擋齒輪 z10的齒數(shù)，一般在 21～ 23之間，初選 z10后，可計(jì)算出中間軸與倒擋軸的中心距 A’ 為保證倒擋齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪 8和 9的齒頂圓之間應(yīng)保持 ，則齒輪 9的齒頂圓直徑 De9應(yīng)為 （ 310） 根據(jù)求得的 De9 ，再選擇適當(dāng)?shù)凝X數(shù)及采用變位齒輪，使齒頂圓 De9符合式 （ 310） 。 )(21 108 zzmA ???ADD ee ???? 9812 89 ???? ee DAD第四節(jié) 變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 一、齒輪的損壞形式 變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞剝落 （點(diǎn)蝕）、移動(dòng)換擋齒輪端部破壞以及齒面膠合。（出現(xiàn)的多） 點(diǎn)蝕 輪齒工作時(shí)，一對(duì)齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓，這時(shí)存在 齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面 表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點(diǎn)。 移動(dòng)換擋齒輪端部破壞 用移動(dòng)齒輪的方法完成換擋的低擋和倒擋齒輪，由于換擋時(shí) 兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪存在角速度差，換擋瞬間在輪齒端部產(chǎn)生 沖擊載荷，并造成損壞。這種破壞出現(xiàn)較 少。此外，汽車變速器 齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級(jí) 別、支承方式也基本一致。因此，用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為 簡(jiǎn)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。 w?b tyKKF fw??? 1w?1F 1F gTgT?K ?KfKfKfK輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 (1)直齒輪彎曲應(yīng)力 (311) 式中， 為彎曲應(yīng)力 (MPa)； 為圓周力 (N)， =2 ／ d； 為計(jì)算載荷 (N ， =1) 因?yàn)辇X輪節(jié)圓直徑 d=mz，式中 z為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù) 代入式 (311)后得 (312) 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，一、倒擋 直齒輪許用彎曲應(yīng)力在 400～ 850N／ mm178。 (2)斜齒輪彎曲應(yīng)力 (313) 為圓周力 (N)， 為計(jì)算載荷 (N )； ? 為應(yīng)力集中系數(shù)， =； ? b 為齒面寬 (mm)； ? t 為法面齒距 (mm)， t=π ； ? y 為齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) 在圖 319中 ? 查得； ? 為重合度影響系數(shù)， = 將上述有關(guān)參數(shù)代人式 (313)，整理后得到斜齒輪彎曲應(yīng)力 為 (314) 當(dāng)計(jì)算載荷 取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩 時(shí)， 對(duì)轎車常嚙合齒輪和高擋齒輪的許用應(yīng)力在 180～ 350N／ mm178。 nm?K ?Knm3c osnzz ???K ?K??????KyKzmKTgw 3c os2gT maxeT輪齒接觸應(yīng)力 輪齒的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算 (315) 為輪齒的接觸應(yīng)力 (N／ mm178。mm)； d 為節(jié)圓直徑 (mm)； α 為節(jié)點(diǎn)處壓力角 (176。 )； E 為齒輪材料的彈性模量 (MPa)； b 為齒輪接觸的實(shí)際寬度 (mm)； 、 為主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑 (mm)，直齒輪： ， ，斜齒輪： ； 、 為主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 (mm)。 maxeTj? 齒輪 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一擋和倒擋 19002022 9501000 常嚙合齒輪 和高擋 1300~1400 650700 /j M Pa?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。 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。 國(guó)內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要用 20CrMnTi、 20Mn2TiB、 16MnCr 20MnCr 25MnCr5。 三、軸的強(qiáng)度計(jì)算 變速器工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作 用，其軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。因?yàn)閯偠炔蛔愕妮S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞了齒輪的正確嚙 合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。 設(shè)計(jì)階段可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已知條件先初選軸的直徑，然后 根據(jù)公式進(jìn)行有關(guān)剛度和強(qiáng)度方面的驗(yàn)算。 ? 第一軸花鍵直徑 d（ mm）可按下式初選 ?式中： K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， K=～ ； Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（ N 3 m a xed K T?（二）軸的強(qiáng)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。 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。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。作用在第一軸上 的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取 maxeT圖 320 變速器軸的變形簡(jiǎn) （ a）軸在垂直面內(nèi)的變形 圖 320 變速器軸的變形簡(jiǎn) （ b）軸在水平面內(nèi)的變形 軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按 《 材料力學(xué) 》 有關(guān)公式計(jì)算。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。 cf sf ?E ILbaFfc 322