【正文】 軸式之分，前者多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，而后者多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。以下是三軸式和兩軸式變速器的傳動(dòng)方案。將第一、第二軸直接連接起來傳遞扭矩則稱為直接檔。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。因此。其缺點(diǎn)是：處直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所下降。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡單。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n的主動(dòng)齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端，如圖示。另外，低檔傳動(dòng)比取值的上限（ igⅠ =~）也受到較大限制 ,但這一缺點(diǎn)可通過減小各檔傳動(dòng) EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 14 比同時(shí)增大主減速比 來取消。 變速器主傳動(dòng)方案的比較 圖 是三軸式五檔變速器傳動(dòng)方案。使用直接檔，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) 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少因?yàn)橹苯訖n的利用率高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽 命；在其它前進(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過設(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與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外的其他檔位的換 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 15 檔機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。在檔數(shù)相同的 條件下，各種三軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)，換檔方式和倒檔傳動(dòng)方案上有差別。圖 、 c、 d 所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖 所示方案中的倒檔和超速 檔安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下，形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)檔的變速器 . 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實(shí)現(xiàn)。 變速器用圖 所 示的多支承結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。圖 所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)一檔和倒檔齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里，而中間檔的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。在前進(jìn)檔 的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪處于正負(fù)交替對(duì)稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。 圖 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。 圖 所 示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。 圖 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。其缺點(diǎn)是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。 圖 倒檔的布置圖 變速器主要零件的結(jié)構(gòu)方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化等要求。 齒輪型式 齒輪形式有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，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低檔和倒擋。 換檔結(jié)構(gòu)型式 現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器 都采用同步器換檔。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。 在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。其結(jié)構(gòu)及工作原理將在第六章重點(diǎn)講解。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 19 在本設(shè)計(jì)中，第一軸常嚙合齒輪及第二軸上齒輪由于內(nèi)腔尺寸較小，所以采用滾針軸承。中間軸前、后軸承采用圓錐滾子軸承。其傳動(dòng)路線： 1 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 10→ 9→ 11 間同步器→二軸→輸出 2 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 8→ 7→ 7 間同步器→二軸→輸出 3 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 6→ 5→ 7 間同步器→二軸→輸出 4 檔：為直接檔，即一軸→ 1→ 3 間同步器→二軸→輸出 5 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 4→ 3→ 3 間同步器→二軸→輸出 倒檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 12→ 13→ 11→ 11 間同步器→二軸→輸出 圖 五檔變速器結(jié)構(gòu)簡圖 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 20 2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)型式，具有以下幾方面的特點(diǎn)： （ 1）瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定； （ 2）傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速 ； （ 3）速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速? ?smv /40? 、中速和低速 ? ?smv /25? 的傳動(dòng)；功率可從小于 W1 到 KW510 ； （ 4）傳動(dòng)效率高，一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá) 99％以上； （ 5）結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)； （ 6）工作可靠，壽命較長； （ 7）可實(shí)現(xiàn)平行軸、任意角相交軸、任意角交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)類型的選擇應(yīng)遵循以下原則： （ 1）滿足使用要求，如對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸、重量、功率、速度、傳動(dòng)比、壽命、可靠性的要求等。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 21 （ 2）考慮工藝條件，如制造工藝水平、設(shè)備條件和生產(chǎn)批量等。 齒輪按照其結(jié)構(gòu) 不同，可分為圓柱齒輪和圓錐齒輪。按照齒形不同，可分為漸開線齒輪和圓弧齒輪等。 主要參 數(shù)的確定 1）任務(wù)書的原始傳動(dòng)參數(shù) 整車外形 (mm)： 8600 2480 3100 總質(zhì)量 /額定載質(zhì)量 /整備質(zhì)量 (kg)： 14490/7300/6995 軸距 (mm)： 5000 最高車速 (km/h) ： 90 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率： kWP 99max ? 最大功率轉(zhuǎn)速： min/3000rnP ? 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩： mNT ?? 363max 最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速： min/1200rnT ? 變速器前進(jìn)檔數(shù)： 5 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 22 傳動(dòng)比范圍： ~1?gi 2）變速器總體設(shè)計(jì)要求參數(shù) 根據(jù)變速器總體設(shè)計(jì)要求，選定以下參數(shù)： 齒輪模數(shù)的選?。? 齒輪模數(shù)是一個(gè)重要的參數(shù)，并且影響他的選取因素又很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換擋。039。 ??????? ?? ??? invinvtginvinvtgzx ??? 中心距變動(dòng)系數(shù)： 2 7 1 1 01 2 10 ????? m aay 齒高變動(dòng)系數(shù)： ?????? ? yxy 全齒高： mmymmh ???????? 各檔齒輪 齒數(shù)： 181?cz ， 432?cz 1511?z ， 4612?z 2221?z ， 3922?z 3031?z ， 3132?z 2441?z ， 3742?z 221?dz ， 232 ?dz 各檔傳動(dòng)比： ????? zzzzi ccg ????? zzzzi ccg EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 24 ????? zzzzi ccg ????? zzzzi ccg 15?gi 212 ??????? ddccgd zzzzzzi 3）齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （ 1）直齒輪的彎曲應(yīng)力btyKKF fw ?? 1? 式中， w? 為彎曲應(yīng)力（ MPa） 。d 為節(jié)圓直徑（ mm） ； ?K 為應(yīng)力集中系數(shù) ， 可近似取 ?K =。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 25 圖 齒形系數(shù)圖 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)代入上面的式子得 ycfgw zKm KKT 32?? ?? 一檔齒輪為直齒輪： gT =2802N ?K = fK = m= z=42 cK =1 y= EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 26 M P aw 22 3 ????? ????? 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩 maxeT 時(shí)，一檔直齒輪的彎曲應(yīng)力在 400~850MPa 之間。 mm）； d 為節(jié)圓直徑（ mm）， d= nm z/ ?cos ， nm 為法向模數(shù)（ mm）； z 為齒數(shù)； b 為齒寬（ mm）；t 為法向齒距（ mm） , t=p nm ； K? 為重合度影響系數(shù)，取 ； ? ? ；選擇齒形系數(shù) y 時(shí)，按當(dāng)量模數(shù) 3/ cosnzz ?? 在圖 （ ） 中查得。 39/ 20cos = t=p nm = (3) 齒輪接觸應(yīng)力 ………………………………… …… （ ） 式中， 齒輪的接觸應(yīng)力（ MPa）； F 齒面上的法向力（ N）， 1 /(cos cos )FF ??? ； 1F 圓周力在（ N）， ； ? 節(jié)點(diǎn)處的壓力角（176。）； E 齒輪材料的彈性模量（ MPa），查資料可取 E= MPA b 齒輪接觸的實(shí)際寬度，直齒： b= m 斜齒： b= 為齒寬系數(shù)，取 之間。 將作用在變速器第一軸上的載 荷 maxeT 作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力 j? 如下： 一檔和倒檔： 滲碳齒輪： 19002021MPA 液體碳氮共滲齒輪： 9501000mpa 常嚙合齒輪高檔： 通過計(jì)算可以得出各檔齒輪的接觸應(yīng)力分別如下： 一檔： = 二檔： = 三檔： = 四檔： = 對(duì)照上表可知，所設(shè)計(jì)變速器齒輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。另一方面，根據(jù)主減速器傳動(dòng)比 ?i ，爬坡能力Ⅰ檔時(shí) %30?i 、其余檔 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 29 時(shí) %15?i ，專用汽車總質(zhì)量 kgm 9300? ，車輪滾動(dòng)半徑 mrr ? ，傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率 ?? ，以及齒輪副嚙合傳動(dòng)效率 ?? ，由公式 210sin zzi rgmTtr ??? ???? ??? 計(jì)算得各檔齒輪的轉(zhuǎn)矩，結(jié)果如表 所示： 表 各檔齒輪的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 齒輪 轉(zhuǎn)矩 ? ?mNT ? 直接檔 c1 363max1 ??TTc c2 Ⅳ檔 41 5 92 90424112142???????? ?zzzzTTccc 42 922121242???????? ?cccc zzTTT Ⅲ檔 31 922231 ?? cTT 32 44 90 22313212132????????? ?zzzzTTccc Ⅱ檔 21 922221 ?? cTT EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 30 22 1617 22212212122????????? ?zzzzTTccc Ⅰ檔 11 858211 ?? cTT 12 2802 22111212112????????? ?zzzzTTccc 齒輪材料和精度的選擇 選擇齒輪的材料為 CrMnTi20 鋼，經(jīng)滲碳淬火低溫回火熱處理，滲碳深度為 ～ ，表面硬度為 56～ 62HRC，心部硬度為 240～ 300HB。為了達(dá)到對(duì)齒輪傳動(dòng)質(zhì)量和承載能力的要求，必須將誤差控制在一定的允許范圍內(nèi)，即 要求齒輪具有一定的精度。根據(jù)使用要求，齒輪齒部的誤差可分為： （ 1）與傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性有關(guān)的誤差。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 31 （ 2）與傳動(dòng)工作平穩(wěn)性有關(guān)的誤差。專用汽車和車輛齒輪要求傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲小，就特別要控制這類誤差。由于低速重載齒輪要求較高的接觸精度，故對(duì)此類誤差提出的要求也較高。所以齒輪精度高低應(yīng)與上述對(duì)齒輪工作要求的嚴(yán)格程度有關(guān)。最能定量地影響這兩項(xiàng)指標(biāo)的是齒輪分度圓工作線速度，但載荷因素也應(yīng)