车辆工程毕业设计（论文）狮跑轿车分动器设计【全套图纸】

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1、 摘 要随着科技的进步和人们生活水平的提高，人们对汽车的认识已不再是简单的代步工具。近年来功能强大的SUV越来越受到关注。在SUV车上都设有分动器。分动器的功用是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩。它是一齿轮传动系统，其输入轴直接或通过万向传动装置与变速器的第二轴相联，输出轴则有若干，分别经万向传动装置与各驱动桥连接。本设计主要说明了两轴式分时分动器的设计和计算过程，较详细的叙述了分动器的设计过程，选择结构方案、主要参数、齿轮设计、轴设计。计算部分分为中心距，传动比的计算，齿轮和轴的校核。根据狮跑轿车车型，结合上述参数，再结合汽车理论、汽车设计、机械设计等相关知识，计算出相关

2、的分动器参数并论证设计的合理性。最终，用AutoCAD软件完成分动器二维装配图和零件图的绘制，并进行装配。全套图纸，加153893706关键词：狮跑；分动器；分时；齿轮；设计ABSTRACTWith the progress of science and technology and the increase of peoples living standard, people know about cars is no longer simple transport. In recent years powerful SUV more and more attention to. On su

3、vs have thansfer car. Thansfer function is the output power distribution will transmission to each, and further increase torque drive axle. It is a gear transmission system, its input shaft directly or through universal transmission device and transmission of the second shaft, output shaft is associ

4、ated with several by universal respectively, with each drive transmission device connected. This design mainly demonstrates that the two shaft type thansfer, the design and calculating process, design part describes in detail the design process, choose thansfer structure scheme, main parameters and

5、gear design, axle design. The computation part into center distance of transmission ratio, and gear axis calculation dynamicrigidity. According to the lion run cars, combined with the parameters of vehicles, combine car design, automobile theory, mechanical design and related knowledge, compute rela

6、ted thansfer parameters and demonstrates the rationality of the design. Eventually, using AutoCAD software thansfer 2d drawings and component drawing, and the assembly. Key words: Sportage；Sub-actuator; Timeshare ; Gear; DesignII目录摘要 Abstract第1章 绪论1 1.1分动器概述11.2 课题研究的现状及意义 2 1.2.1 课题研究的现状 2 1.2.2 课题

7、研究的意义 31.3 设计完成的主要内容 3第2章 分动器设计的总体方案42.1 设计依据 42.2零部件结构方案分析 52.2.1 齿轮形式5 2.2.2 传动机构形式 52.3分动器基本参数的确定5 2.3.1 传动比的确定5 2.3.2 分动器中心距的确定7 2.4 本章小结 8第3章 分动器齿轮的设计93.1 齿轮的参数9 3.1.2模数m9 3.1.2压力角及螺旋角9 3.1.3尺宽b9 3.1.4各挡齿轮齿数的分配103.2 齿轮强度计算 12 3.2.1 齿轮损坏的原因及形式123.3分动器齿轮材料的选择14 3.3.1齿轮材料的选择原则14 3.3.2 齿轮材料的选择153.4

8、本章小结15第4章 分动器轴及轴承的设计 164.1 轴的设计与校核164.1.1 轴的损坏形式及设计准则 164.1.2 轴的结构设计 16 4.1.3 轴的校核174.2 轴承的选用及校核22 4.2.1分动器轴承型式的选择22 4.2.2 轴承的校核22 4.2.3轴承的润滑和密封244.3本章小结24第 5 章 分动器其他零件及机构的设计 255.1 同步器的设计及计算255.1.1 惯性同步器选择 255.1.2 锁环式同步器主要尺寸的确定 265.1.3 主要参数的确定 275.2 分动器操纵机构的设计 29 5.2.1分动器换挡的形式30 5.2.2 分动器换挡形式的选择305.

9、3分动器箱体的设计 30 5.3.1 机箱的种类30 5.3.2材料的选择305.3.3 箱体的基本参数 315.4本章小结 31结论 32参考文献 33致谢 34附录 35第1章 绪论1.1 分动器的概述在多轴驱动的汽车上，为了将输出的动力分配给各驱动桥设有分动器。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩。分动器装于多桥驱动汽车的变速器后，兼作副变速器之用。分动器一般都设有高低档，以进一步扩大在困难地区行驶时的传动比及排挡数目。低档常被称为是加力档。为了不使后驱动桥超载常设联锁机构，使只有结合前驱动桥以后才能挂上加力档，并用于克服汽车在坏路面上和无路地区的较大行程

10、阻力及获得最低稳定车速。高档为直接档或亦为减速档。当分动器挂入低速档时，其输出转距较大。为避免中后桥超载，前桥必须参加驱动，分担一部分载荷。因此分动器操纵机构必须保证：非先接上前桥，不得挂入低速档；非先退出低速档，不得摘下前桥。装有分动器的汽车，当全部车轮驱动行驶于不平路面或弯道上，或前后驱动轮由于轮胎磨损而半径不等的情况行驶时，将引起发动机功率消耗、轮胎或传动系零件磨损。为克服这一缺点，将转矩大体根据轴荷比例分配给各驱动桥，有些分动器还装有带差速锁的非对称行星齿轮轴间差速器。由于大多数分动器由于要起到降速增矩的作用而比变速箱的负荷大，所以分动器中的常啮齿轮均为斜齿轮，轴承也采用圆锥滚子轴承支

11、承。伴随着科技的进步，分动器的结构形式千变万化。目前，人们把分动器一般分为以下三种形式：（1）全时四驱全时四驱指的是车辆在整个行驶过程中一直保持四轮驱动的模式，内有三个差速器：除了前后轴各有一个差速器外，在前后驱动轴之间还有一个中央差速器。这使全时四驱避免了半时四驱的固有问题：汽车在转向时，前后轮的转速差会被中央差速器吸收。但到了冰雪、沼泽地就必须把中央差速器锁上；回到不滑的硬路，马上要把中央差速器锁解开。这种驱动模式拥有较好的越野性和操控性能，但它不能根据路面情况做出扭矩分配的调整。全时驱动系统具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，有了全时四驱系统，就可以在铺覆路面上顺利驾驶。（2）分时四驱 分

12、时四驱是由驾驶者手动切换的驱动模式，通过接通或断开分动器来选择两轮驱动或四轮驱动模式。它与全时驱动的不同点还在于在分动器内没有设计中央差速器，导致不能在硬地面上使用四驱，特别是在弯道上不能顺利转弯。这是因为由于在分动器内没有中央差速器，而无法把前后轴的转速调整所致。汽车转向时，前轮转弯半径比同侧的后轮要大，因此前轮的转速要比后轮快，以至四个车轮走的路线完全不一样，所以分时四驱只可以在车轮打滑时才挂上四驱，一回到摩擦力大的铺装路面应马上改回两驱。（3）适时驱动最后一种适时四驱是最近几年才发展起来的，它是由电脑芯片控制两驱与四驱的切换。该系统的特点在于它继承了全时四驱与分时四驱优点的同时又弥补了它

13、们的不足。它能自行识别驾驶环境，根据驾驶环境的变化控制两驱与四驱两种模式的切换。在颠簸、多坡多弯等附着力低的路面，车辆自动设定为四轮驱动模式，而在城市路面等较平坦的路况上，车辆会自行切换为两轮驱动。1.2 课题研究的现状及意义1.2.1 课题研究的现状随着汽车产业的飞速发展，我国已逐步从汽车消费大国演变为汽车生产大国。汽车市场上以产品主导消费的时代已经一去不复返。当前汽车市场已经步入了一个以私人购车为主导、以个性化需求为主体的买方市场。这个市场不仅在当前，就是在今后也将是推动汽车市场发展的决定性力量，私人购车已进入了爆发性增长阶段。科技的高速发展让人们对于汽车的认识已不再是简单的代步工具。近年

14、来功能强大的SUV越来越受关注。SUV不仅要具有舒适性，更要具有高的通过性，能够在各种路况中表现突出。特别是近十几年来人们对多轴驱动车辆越来越多的关注。不同的车辆使用的分动器各不相同，不同的厂家生产的分动器也各不相同。在民用上，多轴驱动车辆是指越野车和重型载货车等；在军用上，多轴驱动车辆是指军用越野车、轮式战车、装甲运输车、坦克装甲车等绝大多数军车。随着交通条件和道路条件的不断改善，民用越野车其性能卓越，被一些追求时尚、热衷享受的人们所追逐，把其认为是一种人类征服大自然的体现。所以目前多轴驱动车辆的民用形式主要为“舒适且充满乐趣”的越野车。美国作为汽车工业的强国，军用车辆的机械化和电子化起步较

15、早，其发展已经趋于完善。在经历了不同的发展阶段后，多轴驱动车辆设计技术在欧美等国家已经达到较高的水平，进而分动器的研发和设计进入了一个新的领域。中国作为发展中的国家，对先进技术的渴求越来越强烈。但是由于国际环境原因，能引进的已经掌握，而尖端技术由于国外的保密限制却无法获得。在这种情况下，自主研发是我国进一步发展军用车辆的唯一途径。在当今复杂的国际环境下，一场世界新军事革命正在发生，中国要跟上欧美军事大国的步伐就必须奋起直追，大力发展自主创新的军事技术。同样，对军用车辆技术也要求进一步的创新发展。分动器作为多轴驱动车辆传动系统的核心之一，要求其性能有进一步的提高。1.2.2 课题研究的意义根据所

16、给的参数设计出基本结构和转矩分配比合理，传动性能和散热性能较好的全时四驱分动器，并对其进行检测。同时在设计的过程中可以详细了解到它的功用，并掌握齿轮和轴设计方法，以及正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题。通过综合运用所学知识和技能去分析和解决本专业范围内的工程技术问题；建立正确的设计思想；掌握工程设计的一般程序和方法。通过毕业设计的进行工程实践能力的综合训练，使我们走上工作岗位时基本具备应用技术解决工程实际问题的能力。现代多轴驱动车辆（如越野汽车）越来越受到人们的欢迎，使之得到广泛的普及。而分动器是多轴驱动车辆传动系统中的关键部件，其质量和性能直接影响到传动效果和整车的动力性能。这不仅

17、仅体现在民用车上，更重要的是要应用到军事领域。所以要使多轴驱动车辆有较强的综合性能就要对其匹配传动性能好的分动器。1.3设计完成的主要内容1、了解汽车分动器的研究现状；2、分动器结构方案的设计：3、确定主要零部件（齿轮、轴等）主要设计参数，并对关键部位进行校核；4、其他零部件结构设计；5、使用AutoCAD完成工程图纸；6、撰写设计说明书。第2章 分动器设计的总体方案分动器的功用就是将分动器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与分动器的输出轴用万向传动装置连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连。汽车全轮驱

18、动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。由于现代车辆发动机输出的转矩比较大，即使在高速运转时仍可输出较大的转矩，加上变速箱的传动比变化范围较大，能够很好地满足车辆的使用要求，因此，依据越野车的的主要技术指标、发动机功率、转速和车辆行驶条件，来确定分动器的结构型式的选择、设计参数的选取及各大零部件的设计计算。2.1 设计依据本设计是根据KIA狮跑2.0L手动四驱越野车二轴式分动器而开展的，设计中所采用的相关参数均来源于此种车型。分动器的主要参数（中心距、齿轮模数、轴径等）选择可按照变速器的参数选择计算公式进行。具体基本性能参数如表2.1。表2.1 基本设计参数项 目参 数最高时速171km/h轮

19、胎型号235/60 R16发动机型号G4GC最大扭矩184nm/4500r最大功率105kw/6000r最高转速 6000r/min 整车整备质量 1481kg 总质量 2020kg 最小输入转速 900r/min 最小稳定车速 4km/h 长/宽/高尺寸4350/1840/1730mm2.2 零部件结构方案分析2.2.1 齿轮形式齿轮分为直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、啮合重合度高、运转平稳、工作噪声低等优点；缺点是制造时稍有复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。分动器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。2.2.2 传动机构形式分动器的设计类比于变速

20、器和减速器的设计，兼起副变速器的作用。其功用是将变速器输出的动力分配到各驱动桥。为了增强汽车在不好道路的驱动力，目前，四驱车一般用2个档位的分动器，分为高档和低档，本设计也采用2个档位，并设计为两轴式。2.3 分动器基本参数的确定2.3.1 传动比的确定1.确定主减速器传动比滚动阻力系数： （2.1）式中：良好沥青或混凝土路面为0.014最高车速 =0.035车轮半径： mm （2.2）根据： （2.3）式中：最高车速 171km/h；发动机最大功率下的转速 6000r/min；变速器最高挡传动比 1.0；变速器主减速比。 =0.377 =3.622.确定分动器传动比汽车爬陡坡时由于车速不高，

21、空气阻力可以忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有：，则由最大爬坡度要求的变速器一挡传动比为1： （2.4）式中：m汽车整备质量，1481kg；g重力加速度，9.8；道路最大阻力系数，为一般沥青或混凝土路面滚动阻力系数和最大爬坡度，所以为0.329；驱动车轮滚动半径，273.7mm；传递最大转矩，184Nm；主减速比，3.62；汽车传动系的传动效率，选为0.98。 =2.00根据驱动车轮与路面的附着条件，求得变速器一挡传动比为： （2.5）式中：汽车满载静止于水平路面时，驱动桥给地面的载荷；道路的附着系数，计算时取=0.50.6，故选为0.5；驱动车轮滚动半径，273

22、.7mm；传递最大转矩，184Nm； 主减速比，3.62；汽车传动系的传动效率，选为0.98。 综上所述，本设计中，取。根据一档传动比可求得低档传动比，即： （2.6）式中：分动器低挡传动比；发动机最低稳定转速，900 r/min；驱动车轮滚动半径，273.7mm；主减速比，3.62；汽车的最低稳定车速，4 km/h。=2.14按等比级数： 2.3.2 分动器中心距的确定因为分动器的设计类比于变速器的设计。所以对于分动器中心距的确定可参考变速器中心距的计算方法，初选中心距时，可根据下述经验公式计算： A= （2.7）式中：中心距系数，乘用车：=8.99.3，本设计中取；传递最大转矩，184 N

23、m；分动器低挡传动比，2.14；变速器传动效率，取98%。A=故本设计中初选A=66mm。2.4本章小结本章主要按照狮跑轿车分动器的要求，初步确定了齿轮的形式并通过结构确定了传动的形式。通过分析狮跑发动机、底盘参数，对分动器的包括挡位，高低挡传动比和中心距的进行了确定。基本参数的确定有便于其他零部件的设计选用，为下一步的设计计算奠定基础。 第3章 分动器齿轮的设计 对于分动器齿轮的设计，主要是对齿轮的参数的选择。并且要考虑到齿轮在分动器中的位置安排。为了减少轴的变形，应使承受载荷大的低档齿轮要安装在离轴承较进的地方，高档齿轮应安装在离两支撑较远处。3.1 齿轮的参数3.1.1模数齿轮模数是一个

24、重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。其取值范围是：乘用车和总质量在1.814.0t的货车为2.03.5mm；总质量大于14.0t的货车为3.55.0mm。对于乘用车为了减少噪声应合理减小模数，取m=3mm。3.1.2压力角及螺旋角理论上讲，对于乘用车为加大重合度降低噪声，应尽量选取小些的压力角。例如，、等。对于商用车，应尽量选取大些的压力角，这样可以提高齿轮承载能力。按照国家规定的标准压力角为，所以分动器齿轮普遍采用的压力角为。选取斜齿轮的螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。实验证明

25、：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。不过当螺旋角大于30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角，以 1525为宜；而从提高高挡齿轮的接触强度和增加重合度着眼，应当选用较大的螺旋角。但螺旋角太大，会使轴向力及轴承载荷过大。分动器斜齿轮的螺旋角的选择可参考乘用车变速器齿轮螺旋角的选择。乘用车两轴式变速器为2025，故选分动器齿轮螺旋角。3.1.3齿宽齿宽的选择既要保证分动器的质量小，轴向尺寸紧凑，又要保证轮齿的强度及工作平稳性的要求。齿轮宽度大，承载能力高。但齿轮受载后，由于齿向误差及轴的挠度变形等原因，沿齿宽方向受力不均匀，因

26、而齿宽不宜太大。通常是根据齿轮模数来确定齿宽b，其中为齿宽系数。直齿轮取，斜齿轮取。故选分动器齿轮齿宽b=7.53=22.5mm。3.1.4各档齿轮齿数的分配在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。分配齿数时应注意的是，各挡齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。（1）确定低挡齿轮的齿数由于低挡采用斜齿轮传动，所以齿数和=取=13 =29（2）对中心距进行修正由于在计算齿数和后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的重新计算中心距A作为各挡齿轮齿数分配的依据。校核中心距： （3.1）=67.053mm取中心距=67mm修正螺旋角：

27、=0.94 故，修正后得（3）对抵挡齿轮进行变位：齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节，采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和凑配中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用平稳性、耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。由几对齿轮安装在中间轴和第二轴上组合并构成的变速器，会因保证各档传动比的需要，使各相互啮合齿轮副的齿数和不同。为保证各对齿轮有相同的中心距，此时应对齿轮进行变位。当齿数和多的齿数副采用标准齿轮传动或高度变位时，对齿数和少些的齿轮副应采用正角度变位。由于角度变

28、位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。对斜齿轮传动，还可以通过选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要求。端面啮合角， 其中端面压力角， 得。 （3.2）故总变位系数 （3.3） =-0.31故 ，=端面中心距变动系数 其中端面模数， 得 （3.4） 端面齿顶高变动系数两齿轮分度圆仍相切，节圆与分度圆重合。低挡齿轮参数如表如表3.1。 表3.1 低挡齿轮基本参数序号计算项目计算公式1当量齿数2分度圆直径41.509mmmm3齿顶高=3.26mm1.63mm4齿根高=3.43mm=5.06mm5全齿高mm6.69mm6齿顶圆直径 =48.03mm =95.86mm7齿根圆直径 =34.

29、646mm =82.477mm注1：端面齿顶高系数 注2：径向间隙系数 。（4）确定高挡的齿数 由于=1.46，=42故取=17，=25高挡齿轮参数如表3.2。表3.2 高挡齿轮基本参数序号计算项目计算公式1当量齿数2分度圆直径=54.281mmmm3齿顶高3mm3mm4齿根高3.75mm3.75mm5全齿高6.75mm=6.75mm6齿顶圆直径=60.281mm=85.825mm7齿根圆直径=46.781mm=72.325mm3.2 齿轮强度计算3.2.1齿轮损坏的原因和形式齿轮在啮合过程中，轮齿根部产生弯曲应力，过渡转角处又有应力集中，故当齿轮受到足够大的载荷作用，其根部的弯曲应力超过材料

30、的许用应力时，轮齿就会断裂。分动器齿轮的损坏形式主要有以下几种：轮齿折断、齿面点蚀（齿面疲劳剥落）、齿面磨损以及齿面胶合。当轮齿受到足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿在重复载荷作用下，齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在分动器中出现的极少，而后者出现的多些3。分动器抵挡小齿轮由于载荷大而齿数少，齿根较弱，其主要破坏形式就是这种弯曲疲劳断裂。当轮齿受到足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿在重复载荷作用下，齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在分动器中出现的极少，而后者出现的多些3。分动器抵挡小齿轮由于载荷大而齿数少，齿根较弱

31、，其主要破坏形式就是这种弯曲疲劳断裂。齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这是存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。齿面点蚀是常用的高挡齿轮齿面接触疲劳的破坏形式。点蚀使齿形误差加大而产生动载荷，甚至可能引起轮齿折断。通常是靠近节圆根部齿面点蚀较靠近节圆顶部齿面处的点蚀严重；主动小齿轮较被动大齿轮严重。1.轮齿弯曲强度计算（1）直齿轮弯曲应力 （3.5）式中：计算载荷（Nmm）；应力集中系数，可近似取=1.65；摩擦力影响系数，主、从动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同，对弯曲应力的影响也不同：主动

32、齿轮=1.1，从动齿轮=0.9；齿宽系数；y齿形系数。（2）斜齿轮弯曲应力 （3.6）式中：计算载荷（Nmm）；斜齿轮螺旋角；应力集中系数，可近似取=1.50；Z齿数；法向模数（mm）；y齿形系数，可按当量齿数在图中查得；齿宽系数；重合度影响系数，=2.0。低档齿轮1，查图得y=0.125 =313.76MPa低档齿轮2，查图得y=0.120 =146.51MPa高档齿轮3，查图得y=0.126 =238MPa高档齿轮4，查图得y=0.140 =145.67MPa当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时，对乘用车常啮和齿轮和高挡齿轮，许用应力在180350Mpa范围，所有斜齿轮满足，故弯曲

33、强度足够。2.轮齿接触应力计算 （3.7）式中：轮齿的接触应力（Mpa）；F齿面上的法向力（N）， ；圆周力（N），；计算载荷（Nmm）；d节圆直径（mm）；节点处压力角；齿轮螺旋角；E齿轮材料的弹性模量，合金钢取E=；b齿轮接触的实际宽度（mm）；、主、从动齿轮节点处的曲率半径（mm），直齿轮，斜齿轮；、为主、从动齿轮的节圆半径（mm）。将上述有关参数代入式（3.7），并将作用在变速器第一轴上的载荷/2作为计算载荷时，得出：低挡接触应力；高挡接触应力；对于渗碳齿轮变速器齿轮的许用接触应力，一挡和倒挡=19002000Mpa，常啮合齿轮和高挡=13001400Mpa。故所有齿轮满足，接触强度足

34、够3.3 分动器齿轮材料的选择3.3.1齿轮材料的选择原则分动器齿轮的材料的选择参考变速器齿轮材料的选择，应参考以下几种要求：1.满足工作条件的要求在不同的工作条件，对于齿轮传动要求是不一样的。故对齿轮材料亦有不同的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量轻、传动功率达和可靠性高的要求。家用及办公用的机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能再少润滑货物润滑状态下正常工作。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。2.应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以

35、下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而要求不高时，可选用圆钢作毛坯。齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氮化和表面淬火。采用渗碳工艺时，应选用低碳钢或低碳合金钢作齿轮材料；氮化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。3. 合理选择材料配对如对硬度 350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。3.3.2齿轮材料的选择变速器齿轮多数采用渗碳合金钢，其表层的高硬度与心部的高韧性相结合，能大大提高齿轮的耐磨性及抗弯曲疲劳和接触疲劳的能力。国内汽车变速器

36、齿轮材料主要采用20CrMnTi,渗碳齿轮在淬火、回火后表面硬度为5863HRC，心部硬度为3348HRC。淬火的目的是大幅度提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。回火的作用在于提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定；消除内应力，以改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸；调整钢铁的力学性能以满足使用要求。3.4本章小结本章主要进行齿轮的设计。主要包括齿轮参数的选择、材料的选择与强度的校核。在齿轮设计的过程中，在齿轮的设计计算过程中，需全面考虑，其中齿轮的变为，这是齿轮设计中的重点，目的是为了齿轮正确

37、的啮合。 第4章 分动器轴及轴承的设计4.1 轴的设计及校核4.1.1轴的损坏形式及设计准则轴的失效形式主要有因疲劳强度不足而产生的疲劳簖裂、因静强度不足而产生的塑性变形或脆性簖裂、磨损、超过允许范围的变形和振动等。轴的设计应满足如下准则：（1）根据轴的工作条件、生产批量和经济性原则，选取适合的材料、毛坯形式及热处理方法。（2）根据轴的受力情况、轴上零件的安装位置、配合尺寸及定位方式、轴的加工方法等具体要求，确定轴的合理结构形状及尺寸，即进行轴的结构设计。（3）轴的强度计算或校核。对受力大的细长轴（如蜗杆轴）和对刚度要求高的轴，还要进行刚度计算。在对高速工作下的轴，因有共振危险，故应进行振动稳

38、定性计算。4.1.2 轴的结构设计1. 输入轴直径初选轴的材料主要是经过轧制或锻造的碳钢或合金钢。通常用的是碳钢，其中最常用的是45钢。对于受力较大或需要限制轴的尺寸或重量或需要提高轴径的耐磨性以及高低温、腐蚀等条件下工作的轴，可采用合金钢。为了提高轴的强度和耐磨性，可对轴进行各种热处理或化学处理，以及表面强化处理。综上，从动轴同样选用45钢，查手册得=2545MPa。主动轴主要受额定转矩T的作用，由于轴上重力而产生的弯矩很小，可以忽略不计。转动零件的各表面都经过机械加工，零件几何形状都是对称的，高速旋转时对轴产生的不平衡力矩较小，产生的弯矩可忽略不计。故轴的强度按转矩进行计算。轴的最小直径可

39、按公式： （4.1）来确定。故本设计中取=20mm。最小段符合要求，其它各段一定符合要求。初选的轴径还需要根据变速器的结构布置和轴承与花键、弹性挡圈等标准以及轴的刚度与强度等结果进行修正。初选轴的材料为45号钢，调质处理。调质是淬火后在400720进行高温回火，用来使钢获得高的韧性和足够的强度。轴的结构设计是要尽量保证轴便于加工，轴上零件易于装拆；轴和轴上零件要有准确的工作位置；各零件要牢固而可靠地相对固定；以及改善受力情况，减少应力集中和提高疲劳强度。图4.1 输入轴图2.输出轴的设计如图4.2。 图4.2 输出轴图 最小直径估算: 4.04.6=3237mm （4.2）由公式（4.2）得：

40、=35mm4.1.3 轴的校核分动器在工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用，变速器的轴要承受转矩和弯矩。要求变速器的轴应有足够的刚度和强度。因为刚度不足轴会产生弯曲变形，结果破坏了齿轮的正确啮合，对齿轮的强度、耐磨性和工作噪声等均有不利影响。因此，在设计分动器时，其刚度大小应以保证齿轮能有正确的啮合为前提条件。为了验证结构方案的合理性及变速器的可靠性需对轴进行校核。应当对每个挡位下的轴的刚度和强度都进行验算，因为挡位不同不仅齿轮的圆周力、径向力和轴向力不同，而且着力点也有变化。验算时可将轴看作是铰接支承的梁，第一轴的计算转矩为发动机最大转矩。1. 计算各挡齿轮啮合的圆周力、径向力及轴

41、向力 （4.3） 式中：i齿轮的传动比；d齿轮的节圆直径，mm；节圆处压力角；螺旋角；发动机最大转矩。低挡代入（4.3）式得： 高挡代入（4.3）式得： 2.输入轴的校核（1）轴的强度计算应该校核在弯矩和转矩联合作用下的变速器轴的强度。作用在齿轮上的径向力和轴向力使轴在垂直面内弯曲变形并产生垂向挠度；而圆周力使轴在水平面内弯曲变形并产生水平挠度，则在弯矩和转矩联合作用下的轴应力为： （4.4） （4.5）式中：计算转矩，Nmm；d轴在计算断面处的直径，花键处取内径，mm；弯曲截面系数，；在计算断面处轴的垂向弯矩，Nmm；在断面处轴的水平弯矩，Nmm；许用应力，在抵挡工作时取，除此之外，对轴上的

42、花键，应验算齿面的挤压应力。第一轴低档工作时强度校核： ,求H面内支反力、和弯矩输出轴受力如图4.3（a）所示，则 += （4.6） = （4.7）由式（4.6）和式（4.7）可得：=6617N，=2386N，=222.993Nm求V面内支反力、和弯矩输出轴受力如图4.3（b）所示，则 += （4.8） =+ （4.9）由式（4.8）和式（4.9）可得：=2037N，=1451N，=135.610Nm=319.76Nm 所以将M=319.76Nm,d=34.64mm代入（4.4）中：=78.34 受力图如图4.3所示：（a）输入轴水平方向受力图 （b）输入轴垂直方向受力图图4.3输入轴受力图弯

43、矩图如图4.4所示：（a）输入轴水平弯矩图 （b）输入轴垂直弯矩图图4.4输入轴弯矩图（2）轴的刚度计算对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。前者使齿轮中心距发生变化，破坏了齿轮的正确啮合；后者使齿轮相互歪斜，如图4.5所示，致使沿齿长方向的压力分布不均匀。(a)轴在垂直面内的变形 (b)轴在水平面内的变形图4.5分动器轴的变形示意简图轴的挠度和转角可按材料力学的有关公式计算。计算时，仅计算齿轮所在位置处轴的挠度和转角。第一轴常啮合齿轮副，因距离支承点近，负荷又小，通常挠度不大，故可以不必计算。变速器齿轮在轴上的位置如图4.6所示时，若轴在垂直面内挠度为，在水平面内

44、挠度为和转角为，可分别用下式计算图4.6轴的挠度和转角轴的全挠度为 mm （4.10）轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为=0.050.10mm，=0.100.15mm。齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad。由于轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为，齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad。满足，故满足刚度要求。3.输出轴的校核输出轴校核方法同输入轴的校核方法。同理得到H面内的弯矩、V面的弯矩分和输出轴转矩分别为：H面内的弯矩：NmV面内的弯矩： Nm输出轴转矩为：=393.76 Nm 将、 和代入到（4.5）中，得， M=459.76 Nm 所以将M=459.76 Nm,d=40mm代入

45、(4.4)中; e=0.37 所以 当量动载荷： （4.11）代入得： ；轴承寿命用小时表示比较方便： （4.12）式中：基本额定寿命，h；温度系数，轴承工作温度为100时，=1；载荷系数，无冲击或轻微冲击；中等冲击；C基本额定动载荷，N；P动载荷，N；寿命指数，对于滚子轴承=3；n轴的转速，r/min。取=1，=1.2，n=6000rmin，代入（4.12）式得：；平均车速；行驶至大修前的总行驶里程。对汽车轴承寿命的要求是轿车30万km，故该轴承满足使用要求。2.输出轴轴承30207查机械设计手册可知：； ；因为e=0.37，故，所以; ，所以；由公式（4.11）得：，。取，代入（4.12）

46、式得：， 故该轴承满足使用要求。4.2.3 轴承的润滑和密封常用的滚动轴承的润滑剂分为润滑脂和润滑油两种。润滑剂的选择可按照滚动轴承的润滑方式具体选择可按速度因数dn值来定。d代表轴承内径，mm；n代表轴承套圈的转速，r/min，dn值间接地反映了轴颈的圆周速度。当时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑，超过这一范围宜采用润滑油润滑。由于d=25mm，n=6000r/min，故dn=采用润滑脂润滑。脂润滑因润滑脂不易流失，故便于密封和维护，且一次充填润滑脂可运转较长时间。采用密封圈对轴承进行密封，工作温度范围-40100。密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成。4.3 本章小结本章主要对进行了轴及轴承的设

47、计与计算，轴的设计与校核与轴承校核这部分是重点。通过分析，设计出轴的结构，并根据设计出的轴设计出匹配的轴承，达到正确的装配关系，在满足装配关系的条件下还要进行强度的校核，以满足设计、使用需要。第5章 分动器其他零件及机构的设计5.1 同步器的设计及计算该分动器的低挡和高挡采用同步器进行换挡。同步器虽然结构较复杂，制造成本高，精度要求严，轴向尺寸大以及存在同步环的使用寿命有待提高等问题，但由于它能保证轻便、迅速、无冲击、无噪声换挡，且对操作技术无需求，从而有利于提高汽车的加速性、燃料经济性与行驶安全性，也可延长齿轮寿命，故在现代轿车上得到了最普遍的应用。锁环式同步器有工作可靠，零件耐用等优点，但

48、因为结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在锁环的接合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于乘用车和总质量不大的货车变速器中。5.1.1 惯性式同步器的选择惯性式同步器能做到换挡时，在两换挡元件之间的角速度达到完全相等之前不允许换挡，因而能很好地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥片式几种。虽然它们结构不同，但它们都有摩擦原件、锁止原件和弹性原件。本设计采用锁环式同步器又称锁止式、齿环式或滑块式，其工作可靠、耐用，因摩擦半面受限，转矩容量不大，适于轻型以下汽车，广泛用于轿车及轻型客、货车。1、锁环式同步器的结构如图5.1

49、所示，锁环示同步器的结构特点是同步器的摩擦元件位于锁环1或4和齿轮5或8凸肩部分的锥形斜面上。作为锁止元件是在锁环1或4上的齿和做在啮合套7上的齿的端部，且端部均为斜面称为锁止面。弹性元件是位于啮合套座两侧的弹簧圈。弹簧圈将置于啮合套座花键上中部呈凸起状的滑快压向啮合套。在不换挡的中间位置，滑快凸起部分嵌入啮合套中部的内环槽中，使同步器用来换挡的零件保持在中立位置上。滑快两端伸入锁环缺口内，而缺口的尺寸要比滑快宽一个接合齿。2、锁环式同步器的工作原理换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推啮合套并带动滑快和锁环移动，直至锁环锥面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后，因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在角速度差，致使在锥面上有摩擦力矩，它使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，并由滑快予以定位。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触，使啮合套的移动受阻，同步器处在锁止状态，换档的第一阶段工作至此已完成。换档哪个力将锁环继续压靠在锥面上，并使摩擦力矩增大，与此同时在锁止面处作用有与之方向相反的拨环力矩。齿轮与锁环的角速度逐渐接近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束，完成了换档过程的第二阶段工作。之后，摩擦力矩随之消失，而拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，啮合套上的接合齿在换档力的作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合，完成换档。锁环式同步器有