【正文】 滿足質(zhì)量輕、傳動功率達(dá)和可靠性高的要求，因此必須選擇力學(xué)性能高的合金鋼；礦山機(jī)械鐘的齒輪傳動，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵行量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用的機(jī)械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能再少潤滑貨物潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料。總之，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應(yīng)考慮的因素。⑵應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時，應(yīng)選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時，對材料沒有特別的要求。⑶正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度從幾下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。⑷合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。⑸飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼。金屬制的軟齒面，配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或更多。當(dāng)小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為?；蛘{(diào)質(zhì)），從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當(dāng)配對的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時，大齒輪的解除疲勞許用盈利可提高約20%，但應(yīng)注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應(yīng)地減小。變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度和芯部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞的能力。在選用鋼材及熱處理時，對切削加工性能及成本也應(yīng)考慮。值得指出的是，對齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理之后，齒輪彎曲疲勞壽命和解除疲勞壽命都能提高。齒輪在熱處理之后進(jìn)行磨齒，能消除齒輪熱處理的變形；磨齒齒輪精度高于熱處理前剃齒和擠齒齒輪精度，使得傳動平穩(wěn)、效率提高；在同樣符合的條件下，磨齒的彎曲疲勞壽命比剃齒的要高。用下列公式計(jì)算接觸強(qiáng)應(yīng)力MPa （48）此處省略NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字。5 同步器設(shè)計(jì)同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡單，但又不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下（即角速度相同）換檔的缺點(diǎn)，現(xiàn)已很少使用。得到廣泛使用的是慣性式同步器。慣性式同步器能做到換檔時兩換檔元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前，不允許換檔，因而能完善地完成同步器的功能和實(shí)現(xiàn)對同步器的基本要求。按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖銷式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式和多錐式幾種。雖然它們的結(jié)構(gòu)不同，但又摩擦元件、鎖止元件和彈性元件。，分別在它們的內(nèi)圈和外圈設(shè)計(jì)有相互接觸的錐形摩擦面。鎖止元件位于滑動齒套1的圓盤部分孔中做出的錐形肩角和裝在上述孔中、在中部位置處有相同角度的斜面鎖銷4。鎖銷與同步環(huán)2剛性連接。彈性元件是位于滑動齒套1圓盤部分徑向孔中的彈簧7。在空擋位置，鋼球5在彈簧壓力作用下處在銷6的凹槽中，使之保持滑動齒套與同步環(huán)之間沒有相對移動?；瑒育X套與同步環(huán)之間為彈性連接。，是通過滑動齒套8及鎖環(huán)9上的錐面來實(shí)現(xiàn)的。作為鎖止元件是鎖環(huán)9的內(nèi)齒和做在齒輪10上的接合齒端部。齒輪10和鎖環(huán)9之間是彈性連接。在慣性式同步器中b彈性元件的重要性僅次于摩擦元件和鎖止元件，它用來使有關(guān)部分保持在中立位置的同時，又不妨礙鎖止、解除鎖止和完成換擋的進(jìn)行。 鎖銷式同步器的優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量少，摩擦錐面平均半徑較大，使轉(zhuǎn)矩容量增加。這種同步器軸向尺寸長是它的缺點(diǎn)。鎖銷式同步器多用于中、重型貨車的變速器中?；瑝K式同步器本質(zhì)上是鎖環(huán)式同步器，它工作可靠、零件耐用；但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于鎖止面在同步錐環(huán)的接合齒上，會因齒端a)鎖銷式 b)鎖環(huán)式8—滑動齒套 2—同步環(huán) 10—齒輪 4—鎖銷 5—鋼球 6—銷 7—彈簧 9—鎖環(huán)磨損而失效，因而主要用于轎車和輕型貨車變速器中。 多錐式同步器的鎖止面仍在同步環(huán)的接合齒上，只是在原有的兩個錐面之間再插入兩個輔助同步錐。由于錐表面的有效摩擦面積成倍地增加，同步轉(zhuǎn)矩(在同步器摩擦錐面上產(chǎn)生的摩擦力矩)也相應(yīng)增加，因而具有較大的轉(zhuǎn)矩容量和低熱負(fù)荷。這不但改善了同步效能，增加了可靠性，而且使換擋力大為減小。若保持換擋力不變，則可縮短同步時間。多錐式同步器多用于重型貨車的主、副變速器以及分動器中。 慣性增力式同步器又稱為波舍(Porsehe)式同步器。它能可靠地保證只在同步狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換擋。只要嚙合套和換擋齒輪之間存在轉(zhuǎn)速差，彈簧片的支承力就阻止同步環(huán)縮小，從而也就阻止了嚙合套移動。只有在轉(zhuǎn)速差為零時，彈簧片才卸除載荷，于是對同步環(huán)直徑的縮小失去阻力，這樣才可能實(shí)現(xiàn)換擋。波舍式同步器的摩擦力矩大、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、軸向尺寸短，適用于貨車變速器。 同步器換擋過程由三個階段組成。第一階段：同步器離開中間位置，做軸向移動并靠在摩擦面上。摩擦面相互接觸瞬間，由于齒輪3的角速度ω3，和滑動齒套1的角速度ωl不同，在摩擦力矩作用下鎖銷4相對滑動齒套1轉(zhuǎn)動一個不大的角度，并占據(jù)圖上所示的鎖止位置。此時鎖止面接觸，阻止了滑動齒套向換擋方向移動。第二階段：來自手柄傳至換擋撥叉并作用在滑動齒套上的力F，經(jīng)過鎖止元件又作用到摩擦面上。由于，ω3和ωl不等，在上述表面產(chǎn)生摩擦力?；瑒育X套1和齒輪3分別與整車和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動零件相連接。于是，在摩擦力矩作用下，滑動齒套1和齒輪3的轉(zhuǎn)速逐漸接近，其角速度差Δω=|ω1ω3|減小了。在Δω=0瞬間同步過程結(jié)束。第三階段：Δω=0，摩擦力矩消失，而軸向力F仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止?fàn)顟B(tài)，此時滑動齒套和鎖銷上的斜面相對移動，從而使滑動齒套占據(jù)了換擋位置。汽車在行駛過程中換擋，特別是在高擋區(qū)換擋次數(shù)較多，意味著同步器工作頻繁。同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差的條件下工作，要求同步環(huán)有足夠的使用壽命，應(yīng)當(dāng)選用耐磨性能良好的材料。為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因數(shù)大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，這就為設(shè)計(jì)工作帶來困難。 摩擦因數(shù)除與選用的材料有關(guān)外，還與工作面的表面粗糙度、潤滑油種類和溫度等因素有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪上的錐面部分與齒輪做成一體，用低碳合金鋼制成。對錐面的表面粗糙度要求較高，用來保證在使用過程中摩擦因數(shù)變化小。若錐面的表面粗糙度差，在使用初期容易損害同步環(huán)錐面。 同步環(huán)常選用能保證具有足夠高的強(qiáng)度和硬度、耐磨性能良好的黃銅合金制造，如錳黃銅、鋁黃銅和錫黃銅等。早期用青銅合金制造的同步環(huán)因使用壽命短，已遭淘汰。 由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副。 摩擦因數(shù)對換擋齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到相同有重要作用。摩擦因數(shù)大，換擋省力或縮短同步時間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用。為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細(xì)牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄油槽，用來保證摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)。 (1)同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過窄會影響接觸面壓強(qiáng)，使磨損加快。試驗(yàn)還證明：螺紋的齒頂寬對的影響很大，隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過大。螺紋槽設(shè)計(jì)得大些，可使被刮下來的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會使接觸面減少，增加磨損速度。、中型汽車；。通常軸向泄油槽為6～12個，槽寬3～4mm。(2)錐面半錐角 摩擦錐面半錐角越小，摩擦力矩越大。但過小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是tan≥。一般取=6176。～8176。=6176。時，摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時，則有粘著和咬住的傾向；在=7176。時就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。 (3)摩擦錐面平均半徑R R設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。R往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后還會影響到同步環(huán)徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將R取大些。 (4)錐面工作長度b縮短錐面工作長度b()，便使變速器的軸向長度縮短，但同時也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時可根據(jù)下式計(jì)算確定b（5）同步環(huán)徑向厚度與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度。轎車同步環(huán)厚度比貨車小些，應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，可提高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命。貨車同步環(huán)可用壓鑄加工。鍛造時選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強(qiáng)度、高耐磨性的鋼與鉬配合的摩擦副，即在鋼質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（～），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副范圍內(nèi)，而耐磨性和強(qiáng)度有顯著提高。～。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的2～3倍。以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅，還可以提高同步環(huán)的強(qiáng)度。鎖止角選取的正確，可以保證只有在換檔的兩個部分之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔。影響鎖止角選取的因素主要有摩擦因數(shù)擦錐面的平均半徑R,鎖止面平均半徑和錐面半錐角。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在26?~42?范圍內(nèi)變化。同步器工作時，要連接的兩個部分達(dá)到同步的時間越短越好。除去同步器的結(jié)構(gòu)尺寸，轉(zhuǎn)動慣量對同步時間有影響以外，變速器輸入軸，輸出軸的角速度差及作用在同步器摩擦錐面上的軸向力，均對同步時間有影響。軸向力大，同步時間減少。而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)，不同車型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時間與車型有關(guān)，計(jì)算時可在下屬范圍內(nèi)選?。簙,低檔取0~。~，~.6變速器操縱機(jī)構(gòu)變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用是保證各檔齒輪、嚙合或同步器移動規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許兩個檔位的齒輪、嚙合套或同步器同時掛上檔。變速器的工作與操縱機(jī)構(gòu)有很大關(guān)系，往往因操縱機(jī)構(gòu)不好設(shè)計(jì)，發(fā)生掛檔困難或掛不上檔的情況。而且換檔占駕駛員很大一部分勞動量，所以，如何使操縱機(jī)構(gòu)輕便化、自動化是很重要的問題。 換檔位置圖設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)首先要確定換檔位置。換檔位置圖的確定主要從換檔方便考慮。為此，應(yīng)注意以上三點(diǎn)：⑴按換檔次序來排列；⑵將常用檔放在中間位置，其它檔放在兩邊；⑶為了避免誤掛倒檔，往往將倒檔放在最靠邊的位置，有時和工檔組成一排。但往往受變速器結(jié)構(gòu)方案的限制，不能得到最方便的換檔程序。 換檔位置圖 當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近，可將變速桿直接安裝在變速器上，并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換擋功能的手動換擋變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡單，已得到廣泛應(yīng)用。近年來，單軌式操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各擋同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡化，但它要求各擋換擋行程相等。 平頭式汽車或發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動汽車的變速器，受總體布置限制變速器距駕駛員座位較遠(yuǎn)，這時需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動件，換擋手力經(jīng)過這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換擋功能。這種手動換擋變速器稱為遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器?；ユi裝置是保證移動某一變速叉軸時，其它變速桿叉軸互被鎖住，互鎖裝置的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：(1)互鎖銷式 。在相鄰兩變速叉軸之間各有一個互鎖銷2，其長度為l2?；ユi銷的兩端可以進(jìn)入相鄰變速叉軸的側(cè)面凹臼內(nèi)，以鎖住這個變速叉軸。凹臼深度為h。自內(nèi)構(gòu)建一個變速叉軸的兩側(cè)都有互鎖凹臼，而且是相互對著的，在此變速叉軸內(nèi)有瞳孔把兩個凹臼連通?？變?nèi)裝有一個頂銷1，其長度為l1。如變速叉軸直徑為D，變速叉軸的中心距為A，則彼此間存在如下的關(guān)系：l1=Dh；l2=AD+h 從上面的尺寸關(guān)系可以看出，每當(dāng)有空檔位置推動任一根變速叉軸時，其它兩根變速叉軸即被鎖止在空檔位置。從而避免了同時掛入兩個工作檔。本次設(shè)計(jì)中我將銷改變?yōu)殇撉?，運(yùn)用鎖球式，用彈簧推動鋼球的運(yùn)動，其原理和互鎖銷式相同。(2)擺動鎖塊式 。鎖塊用同心軸螺釘安裝在蓋體上，并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動。變速桿頭置于鎖塊槽內(nèi)，選檔時變速桿擺動鎖塊選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時，鎖塊的一個或兩個突起部分A擋住其它兩個變速叉軸槽，以保證換檔時不能同時掛入兩個檔。轉(zhuǎn)動鎖環(huán)式。變速桿桿頭置于鎖環(huán)中，索環(huán)板可繞A軸轉(zhuǎn)動。選檔時變速桿轉(zhuǎn)動鎖環(huán)板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時，鎖環(huán)板的一個或兩個鉗爪擋住其它兩個變速叉軸，以保證互鎖作用。(3)三向鎖銷式。左右兩塊鎖塊各與兩個檔的變速叉相連。每個鎖板可繞A軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)換入一檔時由于三向鎖銷的作用，其它兩個鎖板不能不能轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)互鎖。 轉(zhuǎn)動鎖環(huán)式互鎖裝置 自鎖裝置的作用是定位，防止因汽車振動或有小的軸向力作用而致脫檔，保證嚙合齒輪以全齒長進(jìn)行嚙合，并使駕駛員又換入檔位的感覺。定位作用是通過自鎖裝置中的彈簧將鋼球壓入變速叉軸的凹臼中實(shí)現(xiàn)的。變速叉軸凹臼間的距離時由掛檔齒輪的移動距離來確定的。當(dāng)鋼球落在凹臼中時，中型貨車的彈簧壓力一般有100～150N，推動變速叉軸的力約為200～250N。在汽車行駛過程中，為了防止誤掛倒檔，以致造成安全事故和損壞傳動系，在操縱機(jī)構(gòu)中都設(shè)有倒檔鎖或倒檔安全裝置。通常裝在變速器蓋上，當(dāng)變速器桿頭接觸安全裝置開始換倒檔時，由于彈簧或定位鋼球的作用，阻力很大，使駕駛員產(chǎn)生明顯的手感。（b）所示裝置比（a）為好。換倒檔時首先要克服定位鋼球的阻力，然后再克服阻力彈簧，阻力先大后小，手感比較明顯，又便于操縱。或者只有鋼球，克服鋼球阻力后，手感力消