【正文】 驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎，加速等各種行駛工況下，使汽車(chē)獲得不同牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利工況范圍內(nèi)工作。需要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。變速器采用飛濺潤(rùn)滑第一和第二軸承為了保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器應(yīng)具有如下的設(shè)計(jì)要求： ⑴ 保證汽車(chē)有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 ⑶ 設(shè)置倒擋，使汽車(chē)能倒退行駛。 ⑸ 換擋迅速，省力，方便。汽車(chē)行駛過(guò)程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。 ⑻ 變速器的工作噪聲低。滿(mǎn)足汽車(chē)有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的擋數(shù)，傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。按軸分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式。 在原有變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)副箱體，這就在結(jié)構(gòu)變化不大的基礎(chǔ)上，達(dá)到增加變速器擋數(shù)的目的。 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在不同形式的汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。主要原因有：三軸式變速器第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各擋齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、二軸同心，將第一、二軸直接連接起來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩則稱(chēng)為直接擋。因此，直接擋的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，這是三軸式的主要優(yōu)點(diǎn)。因此，在齒輪中心距（影響變速器的主要參數(shù)）較小的情況下依然可以獲得大的一擋傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)[4]。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。直齒圓柱齒輪僅用于一擋和倒擋。本文設(shè)計(jì)的變速器均采用了接合套換擋。作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的變速器軸支撐在殼體或其他部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接處安置軸承。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種類(lèi)型的軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同[5]。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。滾針軸承、滑動(dòng)軸套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方?；瑒?dòng)軸套的徑向配合間隙大、易磨損、間隙增大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)精度并使工作噪聲增加。本變速器第一軸、中間軸及第二軸均采用了圓錐滾子軸承。確定本文設(shè)計(jì)的變速器是中間軸式變速器，無(wú)倒擋，一擋齒輪是直齒圓柱齒輪，其余各擋均為斜齒圓柱齒輪。通常變速器的擋數(shù)在6擋以下，當(dāng)擋數(shù)超過(guò)6擋以后，可在6擋以下的主變速器基礎(chǔ)上，再行配副變速器，通過(guò)兩者的組合獲得多擋變速器。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時(shí)操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換擋頻率增高并增加了換擋難度。轎車(chē)變速器傳動(dòng)比變化范圍較小（約為3~4），過(guò)去常用3個(gè)或4個(gè)前進(jìn)擋，但近年來(lái)為了提高其動(dòng)力性尤其是燃油經(jīng)濟(jì)性，多已采用5個(gè)前進(jìn)擋。本文設(shè)計(jì)的變速器有6個(gè)擋位，包括直接擋。由最大爬坡度要求的變速器I擋傳動(dòng)比為 （31）式中 ——汽車(chē)總質(zhì)量 ——重力加速度 ——道路最大阻力系數(shù) ——驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑 m ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ——主減速器比 ——汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 代入式（31）可得 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件求得的變速器I擋傳動(dòng)比為 （32） ——汽車(chē)滿(mǎn)載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷； 代入式（32）可得 由上述初步確定變速器I擋傳動(dòng)比。所以變速器的傳動(dòng)比為：按等比級(jí)數(shù)初選各檔傳動(dòng)比： （33） 實(shí)際傳動(dòng)比值與理論值略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。此外，受一擋小齒輪齒數(shù)不能過(guò)少的限制，要求中心距也要取大些。 初選中心距可以由發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出 A （34）式中 ——~；~。 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。乘用車(chē)四擋變速器殼體的軸向尺寸為（~）A。為了檢測(cè)方便，中心距A最好取為整數(shù)。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。 在變速器中心距相同的條件下，選取較小的模數(shù)，就可以增加齒輪的齒數(shù)，同時(shí)增加齒寬可以使齒輪嚙合的重合度增加，并減少齒輪噪聲，所以為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減小齒寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用同一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)；減少乘用車(chē)齒輪工作噪聲有較為重要意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng)選得小些。 變速器低擋齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)，其他擋位選用另一種模數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)所選模數(shù)值應(yīng)符合國(guó)際GB1357－78規(guī)定并滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。接合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開(kāi)線齒形。其取用范圍是：~~；~。 齒輪壓力角較小時(shí)，重合度較大并降低了輪齒的剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)的動(dòng)載荷，使傳動(dòng)平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。時(shí)強(qiáng)度最高，超過(guò)28186。時(shí)強(qiáng)度最高。、16186。 實(shí)際上，因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20176。；嚙合或同步器的接合齒普遍采用30176。 斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。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。不過(guò)當(dāng)螺旋角大于30186。因此，從提高低擋齒輪的接觸強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角，以15186。為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)力求使中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡，以減小軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。為使工藝簡(jiǎn)便，在中間軸軸向力不大時(shí)，可將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。軸向力經(jīng)軸承蓋作用到殼體上。~25176。 中間軸式變速器為22176。；~26176。 考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。齒寬窄又會(huì)使齒輪的工作應(yīng)力增加。 通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來(lái)確定齒寬b： b b式中 ——齒寬系數(shù)，~；~； ——直齒輪模數(shù)，= ——斜齒輪模數(shù)，= 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。 變位齒輪主要有兩類(lèi)：高度變位和角度變位。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度相接近的程度。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。 變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊載荷。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大些，這樣兩齒輪的齒廓漸開(kāi)線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。為提高小齒輪的抗彎強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)選擇大、小齒輪的變位系數(shù)，此時(shí)小齒輪的變位系數(shù)大于零。這不僅削弱了輪齒的抗彎強(qiáng)度，而且使重合度減小。 齒頂高系數(shù)對(duì)重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對(duì)滑動(dòng)速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中作用到齒頂上，~。 變速器基本參數(shù)列入表31：表31變速器參數(shù)參數(shù)模數(shù)壓力角螺旋角齒寬系數(shù)齒頂高系數(shù) 值20176。直6，斜7 一擋傳動(dòng)比：且已知=，為了求，的齒數(shù)，先求其齒數(shù)的和。 計(jì)算得：直齒=49。中間軸上的一擋小齒輪的齒數(shù)盡可能取小些，由已定，的傳動(dòng)比可分配小些，使第一軸常嚙合齒輪齒數(shù)多些，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承并保證輪輻有足夠的厚度。 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距A有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的重新計(jì)算中心距A，再以修正后的中心距A作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 由公式 （35）而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一擋齒輪的中心距相等，即 （36）由已知=，=,初選=25176。計(jì)算后取整數(shù)得：=18，=25。 1）二擋齒輪的齒數(shù)由二擋齒輪為斜齒輪，螺旋角和常嚙合齒輪的不同，有公式 傳動(dòng)比 （37） 中心距 （38）而從抵消或減少中間軸的軸向力出發(fā)，還必須滿(mǎn)足下列關(guān)系式 （39）聯(lián)解上述三個(gè)公式，采用比較方便的試湊法，即先選定螺旋角，解式（37）和式（38），求出、再把、及代入式（39）中，檢查是否滿(mǎn)足或近似滿(mǎn)足軸向力平衡的關(guān)系。 根據(jù)上述的計(jì)算方法的：=28，=17，=18176。經(jīng)計(jì)算校核得=25，=19，=21176。經(jīng)計(jì)算校核得=23，=21，=21176。經(jīng)計(jì)算校核得=23，=20，=25176。漸開(kāi)線齒輪除了能滿(mǎn)足傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)、傳動(dòng)比恒定不變等基本要求外，還有互換性好、中心距具有可分離性及切齒刀具制造容易等優(yōu)點(diǎn)。漸開(kāi)線圓柱齒輪的基準(zhǔn)齒輪（GB1356——78）見(jiàn)表31。20176。齒頂高系數(shù)徑向間隙系數(shù)()*mm齒根圓角半徑()*mm注：考慮某些工藝要求。表中的為模數(shù)；，分別為齒數(shù)和變位系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目，主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目的下標(biāo)分別為“1”和“2”。表32漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目 角度變位齒輪的計(jì)算公式已知中心距已知變?yōu)橄禂?shù)，1理論中心距2嚙合角3中心距（已知）4中心距變位系數(shù) 5變位系數(shù)之和6齒頂降低系數(shù) 7分度圓直徑 8齒頂高 9齒根高 10齒全高 11齒頂圓直徑 12齒根圓直徑 13周節(jié)14基節(jié)15分度圓弧齒厚16基圓直徑 注：表中的值計(jì)算主動(dòng)齒輪時(shí)取，計(jì)算被動(dòng)齒輪時(shí)取。表中的為模數(shù)；，分別為齒數(shù)和變位系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目，主、被動(dòng)齒輪的有關(guān)項(xiàng)目的下標(biāo)分別為“1”和“2”。上表下面已經(jīng)給出的介紹。=，=60mm=176。 2）計(jì)算斜齒輪參數(shù) 斜齒圓柱齒輪各參數(shù)值如下表34所示：表34斜齒圓柱齒輪各參數(shù)值計(jì)算項(xiàng)目理論中心距端面嚙合角176。176。176。此外，汽車(chē)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。 齒輪滿(mǎn)足工作條件的要求：為大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞、抗接觸疲勞的能力，現(xiàn)代汽車(chē)變速器齒輪大部采用滲碳合金鋼，其表面的硬度較高，而心部具有較高韌性。 變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒斷裂、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。 在材料的選擇上，現(xiàn)代汽車(chē)變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造，使齒輪表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合，以大大提高其接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及耐磨性。 國(guó)產(chǎn)汽車(chē)變速器的齒輪材料是20CrMnTi，20Mn2TiB，20MnVB，20MnMoB。 變速器齒輪輪齒表面滲碳層深度的推薦范圍如下： ； 滲碳層深度 ~ 5mm 滲碳層深度 ~ 5mm 滲碳層深度 ~[9]齒輪滲碳后需淬火，使材料晶粒細(xì)化，提高表面硬度。滲碳齒輪表面的硬度應(yīng)為HRC58~HRC63，心部硬度為HRC33~HRC48。這種中碳鉻鋼具有滿(mǎn)意的鍛造性能及良好的強(qiáng)度指標(biāo)，氰化鋼的特點(diǎn)是熱處理后變形小，但承載能力和耐磨性均不如滲碳鋼。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為=60Nm，齒輪傳動(dòng)效率98%軸承傳動(dòng)效率96%。 ——齒寬（mm） —— 模數(shù)。斜齒輪選取所受扭矩最大的二擋齒輪10為例，=109MPa250MPa =119MPa250MPa3）輪齒接觸應(yīng)力 式中：——輪齒的接觸應(yīng)力（MPa） ——計(jì)算載荷（Nmm） ——節(jié)圓直徑（mm） ——節(jié)點(diǎn)處壓力角 ——齒輪螺旋角 ——齒輪材料的彈性模量 ——齒輪接觸的實(shí)際寬度 、——主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，直齒輪，斜齒輪。計(jì)算一擋齒輪的接觸應(yīng)力：=，齒寬