六挡齿轮变速器设计【六档机械手动变速器】【用于敌国上的FR式的手动变速器】【两轴式变速器】
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附 录Manual TransmissionIts no secret that cars with manual transmissions are usually more fun to drive than the automatic-equipped counterparts. If you have even a passing interest in the act of driving, then chances are you also appreciate a fine-shifting manual gearbox. But how does a manual transmission actually work?A history hows that manual transmissions preceded automatics by several decades. In fact, up until General Motors offered an automatic in 1938, all cars were of the shift-it-yourself variety. While its logical for many types of todays vehicles to be equipped with an automatic-such as a full-size sedan, SUV or pickup-the fact remains that nothing is more of a thrill to drive than a tautly suspended sport sedan, sport coupe or two-seater equipped with a precise-shifting five-or six-speed gearbox.We know which types of cars have manual trannies. Now lets take a look at how they work. From the most basic four-speed manual trannies. Now lets take a look at how they work.From the most basic four-speed manual in a car from the60s to the most high-tech six-speed one in a car of today, the principles of a manual gearbox are the same. The driver must shift from gear to gear. Normally, a manual transmission bolts to a clutch housing ,in turn, bolts to the back of the engine. If the vehicle has front-wheel drive, the transmission still attaches to the engine in a similar fashion but is usually referred to as a transaxle. This is because the transmission, differential and drive axles are one complete unit. In a front-wheel-drive car, the transmission also serves as part of the front axle for the front wheels. In the remaining text, a transmission and a transaxle will both be referred to using the term transmission.The function of any transmission is transferring engine power to the driveshaft and rear wheels . Gears inside the transmission change the vehicles drive-wheel speed and torque in relation to inside the transmission change the vehicles drive-wheel speed and torque in relation to engine speed and torque. Lower gear ratios serve as torque multipliers and help the engine to develop enough power to accelerate from a standstill.Initially, power and torque from the engine comes into the front of the transmission and rotates the main drive gear, which meshes with the cluster or counter shaft gear-a series of gears forged into one piece that resembles a cluster of gears. The cluster-gear assembly rotates any time the clutch is engaged to a running engine, whether or not the transmission is in gear or in neutral.There are two basic types of manual transmissions. The sliding-gear type and the constant-mesh design. With the basic-and now obsolete-sliding-gear type, nothing is turning inside the transmission case except the main drive gear and cluster gear when the trans is in neutral. In order to mesh the gears and apply engine power to move the vehicle, the driver presses the clutch pedal and moves the shifter handle, which in turn moves the shift linkage and forks to slide a gear along the mainshaft, which is mounted directly above the cluster. Once the gears are meshed, the clutch pedal is released and the engines power is sent to the drive wheels. There can be several gears on the mainshaft of different diameters and tooth counts, and the transmission shift linkage is designed so the driver has to unmesh one gear before being able to mesh another. With these older transmissions, gear clash is a problem because the gears are all rotating at different speeds.All modern transmissions are of the constant-mesh type, which still uses a similar gear arrangement as the sliding-gear type. However, all the mainshaft gears are in constant mesh with the cluster gears. This is possible because the gears on the mainshaft are not splined to the shaft, but are free to rotate on it. With a constant-mesh gearbox, the main drive gear, cluster gear and all the mainshaft gears are always turning, even when the transmission is in neutral.Alongside each gear on the mainshaft is a dog clutch, with a hub thats positively splined to the shaft and an outer ring that can slide over against each gear. Both the mainshaft gear and the ring of the dog clutch have a row of teeth. Moving shift linkage moves the dog clutch against the adjacent mainshaft gear, causing the teeth to interlock and solidly lock the gear to the mainshaft.To prevent gears from grinding or clashing during engagement, a constant-mesh, fully “synchronized”manual transmission is equipped with synchronizers. A synchronizer typically consists of an inner-splined hub, an outer sleeve, shifter plates, lock rings and blocking rings. The hub is splined onto the mainshaft between a pair of main drive gears. Held in place by the lock rings, the shifter plates position the sleeve over the hub while also holding the floating blocking rings in proper alignment.A synchros inner hub and sleeve are made of steel, but the blocking ring-the part of the synchro that rubs on the gear to change its speed-is usually made of a softer material, such as brass. The blocking ring has teeth that match the teeth on the dog clutch. Most synchros perform double duty-they push the synchro in one direction and lock one gear to the mainshaft. Push the synchro the other way and it disengages from the first gear, passes through a neutral position, and engages a gear on the other side.Thats the basics on the inner workings of a manual transmission. As for advances, they have been extensive over the years, mainly in the area of additional gears. Back in the60s,four-speeds were common in American and European performance cars. Most of these transmissions had 1:1 final-drive ratios with no overdrives. Today, overdriven five-speeds are standard on practically all passenger cars available with a manual gearbox.Overdrive is an arrangement of gearing that provides more revolutions of the driven shaft than the driving shaft. For example, a transmission with a fourth-gear ratio of 1:1 and a fifth-gear ratio of 0.70:1 will reduce engine rpm by 30 percent, while the vehicle maintains the same road speed. Thus, fuel efficiency will improve and engine wear will be notably reduced. Today, six-speed transmissions are becoming more and more common. One of the first cars sold in America with a six-speed was the89Corvette. Designed by Chevrolet and Zahnradfabrik Friedrichshafen and built by ZF in Germany, this tough-as-nails six-speed was available in the Corvette up to the conclusion of the96 model year. Today, the Corvette uses a Tremec T56 six-speed mounted at the back of the car.Many cars are available today with six-speeds, including the Mazda Miata, Porsche Boxster S and 911, Dodge Viper, Mercedes-Benz SLK320, Honda S2000,Toyota Celica GT-S and many others. Some of these gearboxes provide radical 50-percent sixth-gear overdrives such as in the Viper and Corvette, while others provide tightly spaced gear ratios like in the S2000 and Celica for spirited backroad performance driving. While the bigger cars mentioned above such as the Viper and Vette often have two overdrive ratios the smaller cars like the Celica and S2000 usually have one overdriven gear ratio and fifth is 1:1.Clearly a slick-shifting manual transmission is one of the main components in a fun-to-drive car, along with a powerful engine, confidence-inspiring suspension and competent brakes.手动变速器驾驶手动变速器汽车比驾驶自动装置的汽车更有乐趣,这显然已经不是什么秘密了。如果你有驾驶兴趣,那么你就会更喜欢手动变速箱。但是手动变速箱到底是如何工作的呢?手动变速器要早于自动变速器几十年。事实上,直到1938年通用汽车公司提供自动变速器以前,所有的轿车都采用的手动变速器。现在的很多车辆都装备了自动变速器,如全尺寸轿车,运动型多功能车或皮卡车事实上是没有什么能比驾驶配备了五挡或六挡变速箱的跑车或运动双座跑车更令人兴奋的了。我们知道哪些类型的车配备有手动变速箱。现在让我们来看看他们是如何工作的。我们从最基本的六十年代的四挡手动变速箱到今天最高技术的六挡变速箱来看,其手动变速箱的工作原理是相同的。驾驶员必须从一档换到另一档。通常,从一个手动变速器的螺栓到离合器壳体,反过来,从螺栓到发动机的背面。如果车辆前轮驱动,变速器仍依附于发动机工作,但通常又被送交给变速驱动桥。这是因为变速器,差速器和驱动轴是一个完整的装置。在剩下的文章中,变速器和变速驱动桥都将由术语传动装置来表示。变速器的功能是将发动机的动力传送到传动轴和后轮。变速器中的传动装置以及与变速器内部相关联的扭矩改变了汽车驱动轮的转速。低扭矩齿轮可使扭矩倍增,并且帮助引擎从静止状态加速来发出足够的动力。起初,来自于发动机的动力和扭矩进入到变速器的前部,并且使主驱动齿轮旋转,它与齿轮组或副轴齿轮一组单片齿轮组成的齿轮组共同啮合。齿轮组旋转时离合器就开始运行引擎,无论是否在传送动力中的齿轮还是处于空挡中的齿轮。手动变速箱的基本类型有两种。滑动齿轮类型和常啮合设计类型。随着基础型号滑动齿轮式的淘汰,当传动装置设置在空挡时,除了主动齿轮和齿轮组以外,其余皆没有什么变化。为了啮合齿轮并使发动机提供动力来移动车辆,司机按下离合器踏板以及移动换档手柄,从而改变联动,使拨叉沿主轴移动。一旦齿轮啮合时,离合器踏板被释放,发动机的动力便被传送到了驱动轮。这里可以有若干不同直径和齿数的齿轮,变速器换挡杆被设计成在能够啮合另一个齿轮前,使这个齿轮处于非啮合状态。随着这些旧变速箱,齿轮冲突是一个问题,因为所有的齿轮都在以不同的速度旋转着。所有现代的传输都是常啮合类型,仍然使用的是滑动齿轮式的安排。但是,所有的主轴齿轮都以齿轮组的形式常啮合。这是很有可能的,因为齿轮在主轴上不是用花键链接,只要能够自由旋转就可以了。以常啮合变速箱,即使是处于空挡状态,主传动齿轮、所有中间轴齿轮和主轴齿轮总是转动。在主轴上的每个齿轮旁边是牙嵌式离合器,用这轮毂和外环可以针对每个齿轮滑动通过枢纽。主轴齿轮和牙嵌式离合器有一排齿。移动的联动装置使与主轴齿轮相对的牙嵌式离合器移动,导致齿互锁并牢固地锁定齿轮的主轴。为了防止在工作中的研磨和冲突,常啮合完全使手动变速箱齿轮与同步器配备相协调。同步器通常由花键毂,外套筒,换档板,锁环和阻断环组成。该轮毂是在一对主动齿轮之间的花键上链接。同时保持浮动的锁环适当的调整。一个同步器的中心和套筒是由钢铁制成,但锁环-同步器上的一部分在齿轮上的摩擦来改变它的速度锁环通常是由较软的材料制成,如黄铜。阻断环上的齿与牙嵌式离合器上的齿相匹配。大多数同步器执行双重任务-他们推向一个方向同步并将一个齿轮锁定在主轴上。同步推进的其他方式,它从一档脱离接触,通过空档,并啮合到另一侧的齿轮上。这是关于手动变速箱的内部运作的基本知识。至于进展,他们已经发展多年,主要是在齿轮领域。早在六十年代,四速变速箱在美国和欧洲的汽车中就普遍使用。大多数的变速箱都是一比一的传动比,无超速传动。今天,超速转动的五速变速箱是几乎所有手动变速箱的标准配置。超速传动是为了提供给驱动轴更多的转数。例如,一个1:1的第四齿轮和一个传动比0.70:1第五齿轮传动比将减少百分之三十发动机转速,而保持同样的道路车辆的速度。因此,燃油效率就会提高,发动机的磨损会明显减少。今天,六速变速箱正变得越来越普遍。在美国出售的配备有六速变速箱汽车是89Corvette。这款车是由雪佛兰和Zahnradfabrik Friedrichshafen在德国建立的。这种六速变速器是在克维特牌轿车96年车型上使用的。如今,克尔维特在车的后座上使用Tremec T56六速变速箱。今天许多汽车配备有六速变速箱,包括马自达Miata,保时捷的Boxster S和911,道奇Viper,奔驰SLK320,本田S2000,丰田Celica的GT - S和其他品牌车辆。这些变速箱的六挡超速挡能够达到百分之五十的传动比,如Viper和科威特这类汽车,而其他变速器则提供间隔紧密的齿轮比,如S2000和赛利卡这样的汽车。然而,上面提到的这些较大Viper和科威特汽车有两个超速挡,而小型的汽车像塞利卡和S2000这样的汽车通常有一个是超速挡,而第五挡的传动比为1:1。显然,对于一辆驾驶起来有乐趣的车来说,一个灵活的手动变速箱是其主要组成部分之一,与此同时,一个强大的引擎以及令人充满信心和激情的悬挂和刹车能力也是驾驶员的乐趣所在。8毕业设计(论文)中期检查表填表日期2011年4月20日迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名王希文院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-11班指导教师姓名鲍宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称六挡齿轮变速器学生填写毕业设计(论文)工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、 六档变速器的CAD草图的设计。零件图2、 说明书中齿轮及轴的计算和校核。1、 草图的完善,零件图的绘制。2、 说明书中校轴承核的内容3、壳体的设计及操纵机构的设计。存在问题及努力方向 在做变速器设计的初期总会遇到选的数据不准确,至使所设计变速器校核不能合格等情况发生,在老师的细心指导下,经过反复的选取,最终选定了合适的数据,并绘制了草图。接下来就要对草图进行完善,争取绘制出合格的装配图,及零件图。再将说明书中的其余内容加以完善,争取做出优秀的毕业设计。学生签字: 指导教师意 见 指导教师签字: 年 月 日教研室意 见教研室主任签字: 年 月 日SY-025-BY-2毕业设计(论文)任务书学生姓名王希文院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-11班指导教师姓名鲍 宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称六挡齿轮变速器设计一、设计(论文)目的、意义在对机械式手动变速器的结构特点进行具体分析的基础上,根据某车型的相关参数具体设计六档机械式手动变速器,完成具体尺寸的计算和相关校核,撰写设计说明书,并按要求绘制相关零件图和装配图。要求设计合理,结构紧凑发动机最大转矩(Nm/rpm):220/1750-3500发动机最大功率(kw/rpm):96/5000轮胎类型与规格:205/55R16汽车最高车速:200km/h设计方法与设计过程按照汽车设计规定进行设计。二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)设计内容:(1)设计六档机械手动变速器;研究方法: 通过对收集到得各种参考资料的查阅,首先要掌握变速器的功用、主要结构形式和工作原理等。然后根据所给参数设计变速器的结构和主要参数并根据实际情况对其进行检测。三、设计(论文)完成后应提交的成果:1、设计说明部分: (1)毕业设计计算说明书(15000字)2、设计图纸:CAD图纸折合零号三张 包括零件图和装配图 四、设计(论文)进度安排:(1) 第1周( 2月28日3月6日):查阅参考资料,收集相关技术资料,了解变速器的结构原理及控制功能。(2) 第2周( 3月7日3月13日):结合任务书制定设计方案,撰写开题报告。 (3) 第3周(3月14日3月20日):查找相关设计资料或手册,分析并确定变速器的具体结构形式,主要零部件及相互位置关系,绘制变速器结构草图。 (4) 第4周( 3月22日3月28日):查找相关设计资料或手册,分析并确定变速器的具体结构形式,主要零部件及相互位置关系,绘制变速器结构草图。(5) 第5周(3月29日4月4日):根据给定的设计参数,按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配,绘制部分零件图及总成草图。 (6) 第6周(4月5日4月11日):根据给定的设计参数,按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配,绘制部分零件图及总成草图。 (7) 第7周(4月12日4月18日):对设计草图进行修改,进行相关校核,完成设计图纸及说明书初稿。(8) 第8周(4月19日4月25日):接受中期检查。继续完善设计,撰写设计说明书。(9) 第9周(4月26日5月2日):对中期检查的不足之处进行修改。继续完善设计,撰写设计说明书。(10)第10周(5月3日5月9日):绘制设计图纸(装配图)(11)第11周(5月10日5月16日):完善设计说明书及图纸,程序编制。(12)第12周( 5月17日5月23日):完成设计图纸及说明书初稿。(13)第13周( 5月24日5月30日):说明书及图纸送审,根据审阅老师意见进行修改。(14)第14周( 5月31日6月6日):预答辩。(15)第15周( 6月7日6月13日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(16)第16周( 6月14日6月20日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(17)第17周( 6月21日6月27日):答辩。五、主要参考资料1 自己查找(含外文文献)六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日 本科学生毕业设计六档变速器设计 系部名称: 汽车与交通工程学院 专业班级: 车辆工程 07-11班 学生姓名: 王希文 指导教师: 鲍宇 职 称: 高级实验师 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design of Cars Six Blocked Mechanical Manual GearboxCandidate:Wang Xi Wen Specialty:Vehicle EngineeringClass:B07-11Supervisor:Senior Laboratory. Bao YuHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目: 六档变速器设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆07-11 学 生 姓 名: 王希文 导 师 姓 名: 鲍 宇 开 题 时 间: 2011年3月1日 指导委员会审查意见: 签字: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告学生姓名王希文院系汽车与交通工程系专业、班级车辆工程指导教师姓名鲍 宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称六挡齿轮变速器设计一、课题研究现状、选题目的和意义发动机的输出转速非常高,最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。为了发挥发动机的最佳性能,就必须有一套变速装置,来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。变速器可以在汽车行驶过程中,在发动机和车轮之间产生不同的变速比,通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性状态下。变速器的发展趋势是越来越复杂。自动化程度也越来越高,但手动变速器由于具有成熟的制造技术及驾驶乐趣等原因仍占有一部分市场。从商用车的特性上来说,手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例,卡车用来运输,通常要装载数吨的货品,面对如此高的“压力”,除了发动机需要强劲的动力之外,还需要变速器全力协助。我们都知道一档有“劲”,这样在起步的时候有足够的牵引力量将力带动。特别是面对爬坡路段,它的特性显露的非常明显。而对于其它新型变速器,虽然具有操作简单等特性,但这些特点沿不具备。 两轴式变速器与三轴式变速器相比,其结构简单,紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多彩用前置发动机前办驱动的布置,因为这种布置形式使汽车的动力传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量减少6%10%。两轴式变速器则方便于这种布置且使传动系的结构简单。两轴式变速器的第二轴与主减速器主动齿轮做成一体,当发动机纵置时,主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮;当发动机横置时则可用圆柱齿轮,从而简化了制造工艺,降低了成绩。除倒档常用滑动齿轮外,其他档位均采用常啮合齿轮传动;各挡的同步器多装在第二轴上,这是因为一档的主动齿轮尽寸小,装同步器有困难;而高档的同步器也可以装在第一轴的后端。两轴式变速器没有直接档,因为在高档工作时,齿轮和轴承均承载,因为噪声较大,也增加了磨损,这是它的缺点,别外低档传动比取值的上限也受到了较大限制,但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速器来消除。选题目的:综合运用机械设计以及所有先修课程的知识融会贯通并扩展有关机械设计方面的知识;培养解决工程实际问题的能力,掌握简单机械的一般设计方法和步骤;学会应用标准、手册、查阅有关技术资料。选题意义:两轴式变速器与三轴式变速器相比,其结构简单,紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多彩用前置发动机前办驱动的布置,因为这种布置形式使汽车的动力传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量减少6%10%。两轴式变速器则方便于这种布置且使传动系的结构简单。两轴式变速器的第二轴与主减速器主动齿轮做成一体,当发动机纵置时,主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮;当发动机横置时则可用圆柱齿轮,从而简化了制造工艺,降低了成本。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题设计内容:在对机械式手动变速器的结构特点进行具体分析的基础上,根据某车型的相关参数具体设计6档机械式手动变速器,完成具体尺寸的计算和相关校核,撰写设计说明书,并按要求绘制相关零件图和装配图。要求设计合理,结构紧凑发动机最大转矩(Nm/rpm):220/1750-3500发动机最大功率(kw/rpm):96/5000轮胎类型与规格:205/55R16汽车最高车速:200km/h拟解决的主要问题:变速器多采用飞溅润滑。壳底的放油塞多置磁铁,以吸附油中铁屑。涉水车需有防水措施。为保证变速器具有良好的工作性能,对变速器提出如下的设计要求。(1)正确的选择变速器的档位数和传动比,并使之与发动机参数及主减速比做优化匹配,以保证汽车具有良好的动力性与燃料经济性。(2)设置空挡,以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离;设置倒档,使汽车可以倒退行驶。(3)操作简单、准确、轻便、迅捷。(4)传动效率高、工作平稳、无噪声或低噪声。(5)制造工艺性好、造价低廉、维修方便。(6)贯彻零件标准化、部件通用化和变速器总成系列化等设计要求,遵守有关标准和法规。(7)需要时应设置动力输出装置。(8)体积小、质量小、承载能力强、使用寿命长、工作可靠。三、技术路线(研究方法)查阅相关资料 结合任务书撰写开题报告 计算尺寸参数绘制变速器结构草图 校核绘制零件图及总装图 完成设计图纸及说明书对零件及总装图进行修改四、进度安排(1) 第1周( 2月28日3月6日):查阅参考资料,收集相关技术资料,了解变速器的结构原理及控制功能。(2) 第2周( 3月7日3月13日):结合任务书制定设计方案,撰写开题报告。 (3) 第3周(3月14日3月20日):查找相关设计资料或手册,分析并确定变速器的具体结构形式,主要零部件及相互位置关系,绘制变速器结构草图。 (4) 第4周( 3月22日3月28日):查找相关设计资料或手册,分析并确定变速器的具体结构形式,主要零部件及相互位置关系,绘制变速器结构草图。(5) 第5周(3月29日4月4日):根据给定的设计参数,按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配,绘制部分零件图及总成草图。 (6) 第6周(4月5日4月11日):根据给定的设计参数,按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配,绘制部分零件图及总成草图。 (7) 第7周(4月12日4月18日):对设计草图进行修改,进行相关校核,完成设计图纸及说明书初稿。(8) 第8周(4月19日4月25日):接受中期检查。继续完善设计,撰写设计说明书。(9) 第9周(4月26日5月2日):对中期检查的不足之处进行修改。继续完善设计,撰写设计说明书。(10)第10周(5月3日5月9日):绘制设计图纸(装配图)(11)第11周(5月10日5月16日):完善设计说明书及图纸,程序编制。(12)第12周( 5月17日5月23日):完成设计图纸及说明书初稿。(13)第13周( 5月24日5月30日):说明书及图纸送审,根据审阅老师意见进行修改。(14)第14周( 5月31日6月6日):预答辩。(15)第15周( 6月7日6月13日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(16)第16周( 6月14日6月20日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(17)第17周( 6月21日6月27日):答辩。五、参考文献1 刘惟信.汽车设计,北京:清华大学出版社,2001 2 王望予.汽车设计,北京:机械工业出版社,第四版 3 高维山 张思浦.汽车设计从书变速器,北京:人民教育出版社 4 机械设计手册,化学工业出版社5 陈家瑞.汽车构造.第二版.北京:机械工业出版社,20056 机械设计师手册,电子工业出版社,第四卷7 张文春,汽车理论.北京:机械工业出版社,20058 彭文生,张志明,黄华梁.机械设计.北京:高等教育出版社,20029 陈焕江,徐双应.交通运输专业英语.北京:机械工业出版社.200210 (美)J.厄尔贾维克.汽车手动变速器和变速器驱动桥.北京:机械工业出版社,1998六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要本设计的任务是设计一台用于敌国上的FR式的手动变速器。本设计采用两轴式变速器,该变速器的两个突出优点:一是传动效率高,磨损及噪声最小;二是在齿轮中心距较小的情况下仍可以获得较大的一挡传动比。根据敌国的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数结合自己选择的适合于该敌国的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要参数。再结合某些敌国的基本参数,选择适当的主减速比。根据上述参数,再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识,计算出相关的变速器参数并论证设计的合理性。变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,目的是在原地起步,爬坡,转弯,加速等各种行驶工况下,使汽车获得不同的牵引力和速度,同时使发动机在最有利工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。因为变速箱在低档工作时作用有较大的力,所以一般变速箱的低档都布置靠近轴的后支承处,然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性,又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数,来保证变速箱有足够的刚性。本文设计研究了六挡手动变速器,对变速器的工作原理做了阐述,变速器的各挡齿轮和轴做了详细的设计计算,并进行了强度校核,对一些标准件进行了选型。变速器的传动方案设计。简单讲述了变速器中各部件材料的选择。关键词:挡数;传动比;齿数;轴;操纵机构;壳体ABSTRACTThe duty of this design is to design a FR type manual transmission used in the saloon,Its the countershaft-type transmission gearbox.This transmission has two prominent merits;First,the transmission efficiency of the direct drive keeps off high,the attrition and the noise are also slightest;second,its allowed to obtain in the biger gear ratio of the first gear when the center distance is smaller. According to the contour,track,wheel base,the smallest ground clearance,the smallest turning radium,the vehicles weight,the all-up weight as well as the highest speed and so on,union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power,the max torque,the displacement and so on.According to the basic parameters of the certain saloon,choose the suitable final drive ratio.According to the above parameters,combining the knowledge of automobile design,automogbile teory,machine design and so on,calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the deign.Gearbox because of the low-grade work at a larger role, In general, the low-grade gearbox layout are close to the axis after support, Following from low-grade to high-grade order of the layout of stalls gear. This will not only allow axis are large enough for a rigid, but also ensures easy assembly. Gear box overall structure and rigid axle and the shell structure of relations. Generally through the control shaft length control over several stalls to ensure that adequate gear box rigid. This paper describes the design of six block manual trans mission, the transmission principle of work elaborated, Transmission of the gear shaft and do a detailed design, and the intensity of a school. For some standard parts for the selection. Transmission Trans mission program design. A brief description of the trans mission of all components of the material choice. Keywords : block; Transmission ratio; Teeth; Axis; control mechanism;case II黑龙江工程学院本科毕业设计目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 变速器的国内外发展状况及种类11.2 机械式变速器的特点21.3 变速器设计的基本要求21.4 本章主要内容3第2章 数据计算42.1 总体方案设计42.1.1 汽车参数的选择42.1.2 变速器设计应满足的基本要求42.2 传动机构布置方案分析42.2.1 固定轴式变速器42.2.2 倒挡布置方案52.3 变速器传动比分配及各档传动比确立62.3.1 档位确定62.3.2 确定最大传动比62.4 齿轮参数92.4.1 模数的选取92.4.2 压力角92.4.3 齿宽102.4.5 齿顶高系数102.5 各挡齿轮齿数的分配102.5.1 确定一挡齿轮的齿数102.5.2 确定其他各挡的齿数132.5.4 确定倒挡齿轮齿数242.6 本章小结26第3章 齿轮校核273.1 齿轮材料的选择原则273.1.1 满足工作条件的要求273.1.2 合理选择材料配对273.1.3 考虑加工工艺及热处理工艺273.2 计算各轴的转矩273.3 齿强度计算283.3.1 轮齿弯曲强度计算283.3.2 轮齿接触应力303.4 计算各挡齿轮的受力323.4 本章小结35第4章 轴及轴上支承的校核364.1 轴的工艺要求364.2 轴的强度计算364.2.1 初选轴的直径364.2.2 轴的强度验算374.2.3 轴的强度计算424.3 轴承及轴承校核444.4 本章小结48第5章 换档机构设计495.1 变速器操纵形式495.1.1 直接操纵手动换挡变速器495.1.2 远距离操纵手动换挡变速器495.2 变速杆的布置505.3 锁止装置515.3.1 互锁装置515.3.2 自锁装置525.2.3 倒档锁装置525.4 锁环式同步器535.4.1 锁环式同步器结构535.4.2 锁环式同步器工作原理535.4.3 锁环式同步器主要尺寸的确定545.5本章小结57结 论58参考文献59致 谢60第1章 绪 论由于有了内燃机,汽车才得以诞生。然而,内燃机的动力特性表现为低转速时功率小、扭矩低、耗油大。而大功率、高扭矩、低油耗的理想工作状态要在中高转速范围内才能实现。内燃机的这种动力和最大的扭矩。而为了提供最大的动力和最大的扭矩,内燃机必须在中高速的理想工作状态下工作。内燃机的特性和汽车的要求产生了矛盾。为了使汽车的要求产生了矛盾。为了使汽车顺利起步,必须要减变速,于是变速器出现了。变速器是用于改变发动机的转矩及转速,以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的汽车总成。设置变速器的目的是在各种行驶工况下,使汽车获得不同的牵引力和速度,同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能直接影响汽车的动力性和经济性。1.1 变速器的国内外发展状况及种类变速器由变速传动机构和操纵机构组成。从现在市场上不同车型所配置的变速器来看,主要分为:手动变速器(MT)、自动变速器(AT)、手动/自动变速器(AMT)、无级变速器(CVT)。DCT结合了手变速器的燃油经济性和自动变速器的舒适性,它是从传统的手动变速器演变而来,目前代表变速器的最高技术。手动变速器(Manual Transmission)采用齿轮组,每档的齿轮组的齿数是固定的,所以各档的变速比是个定值 ( 也就是所谓的“级”)。所以说它是有级变速器。世界上最大的手动变速器制造商德ZF公司预测说,到2012年北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡。欧洲与美国的情况有很大不同。有机构预测,到2013年,欧洲52%的汽车还是手动挡,配备自动手动变速器的将占10%,配备无极变速器的将占2%,配备双离合器的变速器将占16%。欧洲人崇尚节能、环保,喜欢开小型车,更亲睐手动变速器的经济性。而在日本变速器市场,CVT的市场份额占据绝对优势。在我国,据调查2007年手动变速器的市场比重为74%,占据较大市场份额。从2002年到2007年间自动挡变速器市场占有率从9%增长到26%。在中国自动挡变速器的市场是十分乐观的。同时手动挡变速器的节能型,经济性以及驾驶娱乐性也决定了不可替代性。针对中国Gbballnsigh公司的亚洲区技术分析师段诚武博士阐述了自己的见解:短期内,手动变速器仍然占据主要份额,而自动变速器将有更大的增长空间。1.2 机械式变速器的特点机械式变速器结构简单,维修维护方便,造价低廉,传动效率较高,工作可靠性强。机械式变速器分为两轴式和中间轴式。两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动乘用车,中间轴式发动机前置后轮驱动和发动机后置后轮驱动的中轻型货车。中间轴式机械效率低,噪声大。而两轴式轴和轴承数少,所以有结构简单,轮廓尺寸小和容易布置等优点。根据其发动机前置前驱的特点,本设计采用两轴式结构形式,以使设计的变速器结构紧凑、优化、操作简便,并且性价比更高。1.3 变速器设计的基本要求变速器的设计应满足如下基本要求:1.保证汽车有必要的的动力性和经济性;2.设置不同挡位,满足用来调整与切断发动机动力向驱动轮的传输并使汽车能倒退行驶;3.工作可靠,汽车行驶过程中,变速器不得有跳挡、乱挡,以及换挡冲击等现象出现;4.工作效率高,噪声小;结构简单、方案合理;5.在满载及冲击载荷条件下,使用寿命长。变速器的功用和要求变速器的结构对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性,传动的平稳性与效率等都有直接的影响。采用优化设计方法对变速器与主减速器,以及变速器的参数做优化匹配,可得到良好的动力性与燃油经济性;采用自锁及互锁装置、倒档安全装置,对接合齿采取倒锥齿侧(或越程接合、错位接合、齿厚减薄、台阶齿侧)等措施,以及其他结构措施,可使操纵可靠,不跳档、乱档、自行脱档和误挂倒档;采用同步器可使换挡轻便、无冲击及噪声;采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低。降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展,以及电子控制的自动换挡机构等新结构也相继问世。变速器多采用飞溅润滑,重型汽车有时强制润滑第一、二轴轴承等。变速器都装有单向的通气阀,以防壳内空气热胀而漏油及润滑油氧化。壳底的放油塞多置磁铁,以吸附油中铁屑。涉水车需有防水措施。为保证变速器具有良好的工作性能,对变速器提出如下的设计要求。1.正确的选择变速器的档位数和传动比,并使之与发动机参数及主减速比做优化匹配,以保证汽车具有良好的动力性与燃料经济性。2.设置空挡,以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离;设置倒档,使汽车可以倒退行驶。3.操作简单、准确、轻便、迅捷。4.传动效率高、工作平稳、无噪声或低噪声。1.4 本章主要内容本章首先对机械式重型汽车变速器的技术特点进行了介绍,给出了变速器的总体设计要求,并分别确定了变速器的齿轮形式、换挡形式和倒档形式,最后确定了变速器的总体结构方案。第2章 数据计算2.1 总体方案设计2.1.1 汽车参数的选择根据变速器设计所选择的汽车基 本参数如下表2.1所示:表2.1 设计基本参数表发动机96KW最高车速200Km/h转矩220N m总质量1715Kg转矩转速1750-3500r/min车轮205/55R16S功率转速5000r/min传动效率0.962.1.2 变速器设计应满足的基本要求对变速器如下基本要求.1.保证汽车有必要的动力性和经济性。2.设置空挡,用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3.设置倒档,使汽车能倒退行驶。4.设置动力输出装置,需要时能进行功率输出。5.换挡迅速,省力,方便。6.工作可靠。汽车行驶过程中,变速器不得有跳挡,乱挡以及换挡冲击等现象发生。7.变速器应当有高的工作效率。除此以外,变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小,制造成本低,维修方便等要求。满足汽车有必要的动力性和经济性指标,这与变速器的档数,传动比范围和各挡传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂,比功率越小,变速器的传动比范围越大。2.2 传动机构布置方案分析2.2.1 固定轴式变速器固定轴式又分为两轴式,中间轴式,双中间轴式变速器。固定轴式应用广泛,其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上,中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器比较,两轴式变速器有结构简单,轮廓尺寸小,布置方便。此外,受结构限制,两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。我们设计的是乘用车,所以我选择的是两轴式的变速器。传递方案如图2.1所示。 1-一档主动齿轮 2-一档从动齿轮 3-二档主动齿轮 4-二档从动齿轮 5-三档主动齿轮 6-三档从动齿轮 7-四档主动齿轮 8-四档从动齿轮 9-五档主动齿轮 10-五档从动齿轮 11-六档主动齿轮 12-六档从动齿轮13-倒档中间轴齿轮 14-倒档输出轴齿轮 15-倒档惰轮图2.1 六档变速器传动方案简图2.2.2 倒挡布置方案与前进挡位比较,倒挡使用率不高,而且都是在停车状态下实现换倒挡,故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。为实现倒挡传动,有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中,加入一个中间传动齿轮的方案。前者虽然结构简单,但是中间传动齿轮的轮齿,是在最不利的正,负交替对称变化的弯曲应力状态下工作,而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作,并使倒挡传动比略有增加。因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力,所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡,都应当布置在在靠近轴的支承处,以减少轴的变形,保证齿轮重合度下降不多,然后按照从低挡到高挡顺序布置各挡齿轮,这样做既能使轴有足够大的刚性,又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近,但因为使用倒挡的时间非常短,从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处,然后再布置倒挡2.3 变速器传动比分配及各档传动比确立 2.3.1 档位确定增加变速器的挡数能改善汽车的动力性和经济性。挡数越多,变速器的结构越复杂,并且是尺寸轮廓和质量加大。同时操纵机构复杂,而且在使用时换挡频率也增高。在最低挡传动比不变的条件下,增加变速器的当属会是变速器相邻的低挡与高挡之间传动比比值减小,是换挡工作容易进行。要求相邻挡位之间的传动比比值在1.8以下,该制约小换挡工作越容易进行。要求高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小。目前轿车一般用45个挡位,级别高的轿车变速器多用5个挡,货车变速器采用45个挡位或多挡。装载质量在23.5T的货车采用5挡变速器,装载质量在48T的货车采用6挡变速器。多挡变速器多用于重型货车和越野车。本次设计选用的是6挡变速器。变速器各挡传动比的确定由公式2.1进行计算: = 0.377 (2.1)式中: 最高车速 发动机最大功率转速 车轮半径 变速器最大传动比 主减速器传动比已知:最高车速=200 km/h;最高档为超速档,传动比=0.75;车轮滚动半径由所选用的轮胎规格185/60R14S得到=315.65(mm);发动机转速=4850(r/min);由公式得到主减速器传动比计算公式:主减速器传动比=0.377=0.377=3.972.3.2 确定最大传动比 按最大爬坡度设计,满足最大通过能力条件,即用一档通过要求的最大坡道角坡道时,驱动力应大于或等于此时的滚动阻力和上坡阻力(加速阻力为零,空气阻力忽略不计)。用公式表示如下:1.满足最大爬坡度根据汽车行驶方程式2.2 (2.2)汽车以一挡在无风、干砂路面行驶,公式简化为 (2.3)即, (2.4)式中:G作用在汽车上的重力,汽车质量,重力加速度,前置前驱车前轴荷占整车质量比为0.6=17159.80.6=100.842N;发动机最大转矩,=220N.m;主减速器传动比,=3.97;传动系效率,=0.96车轮半径,=0.316m;滚动阻力系数,(对沥青路面=0.010.02)爬坡度,取=16.7将上述数值代入式(2.4)中=2.126 2.满足附着条件 (2.5)在沥青混凝土干路面,=0.70.8,取=0.75 代入式(2.5)中即=4.233由最大爬坡度和附着条件可得2.1264.233,所以,初选一档传动比为=3.7其他各挡传动比的确定:按等比级数原则,一般汽车各挡传动比大致符合如下关系: (2.6)式中:常数,也就是各挡之间的公比;因此,各挡的传动比为:,=1.376所以其他各挡传动比为:=3.7,=2.69,=1.95,=1.42,=1.03,=0.75,=3.75中心距A初选中心距时,可根据下述经验公式2.7则: (2.7)式中按发动机最大转矩直接求出A时的中心距系数,对轿车取14.516.0;对货车取17.019.5 。由公式2.7可得:A=A=87.5396.59 mm初选中心距A=90mm。变速器的轴向尺寸变速器的轴向尺寸与档位数、齿轮形式、换档机构的结构形式等都有直接关系,设计初可根据中心距A的尺寸参数照下列关系初选。轿车变速器壳体的轴向尺寸:四档(2.42.8)A五档(2.73.0)A六档(3.23.5)A轿车变速器壳体的轴向尺寸:四档(3.03.4)A轴向尺寸为:(3.23.5)A=288306 mm2.4 齿轮参数2.4.1 模数的选取遵循的一般原则:为了减少噪声应合理减少模数,增加尺宽;为使质量小,增加数,同时减少尺宽;从工艺方面考虑,各挡齿轮应选用同一种模数,而从强度方面考虑,各挡齿数应有不同的模数。减少轿车齿轮工作噪声有较为重要的意义,因此齿轮的模数应选小;对货车,减小质量比噪声更重要,故齿轮应选大些的模数。低挡齿轮应选大些的模数,其他挡位选另一种模数。少数情况下汽车变速器各挡齿轮均选用相同的模数。如表2.1 表2.2 模数选取范围 车 型乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/t1.0V1.61.6V2.56.014模数/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿轮。由于工艺上的原应,同一变速器的接合齿模数相同。其取用范围是:乘用车和总质量在1.814.0t的货车为2.03.5mm。选取较小的模数值可使齿数增多,有利换挡。齿轮的模数初选为3mm。2.4.2 压力角国家规定的标准压力角为20,所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20。螺旋角标准齿形螺旋角:2030初选一挡斜齿轮齿轮螺旋角为232.4.3 齿宽直齿,为齿宽系数,取为4.58.0,取7.0;斜齿,取为6.08.5;b=(6.08.5) 3 取20;2.4.5 齿顶高系数在齿轮加工精度提高以后,包括我国在内,规定齿顶高系数取为1.00。 2.5 各挡齿轮齿数的分配2.5.1 确定一挡齿轮的齿数 一挡齿轮齿数,货车可在1217之间选用,最小为1214,取=13,一挡齿轮为斜齿轮。一挡传动比为: (2.8)斜齿 (2.9) =55.23取整为56。轿车可以1217之间选取,取13,则取43则一档传动比为=3.31对中心距进行修正因为计算齿数和后,经过取整数使中心距有了变化,所以应根据取定的和齿轮变位系数重新计算中心距,再以修正后的中心距作为各挡齿轮齿数分配的依据。=91.25mm (2.10)取整为A=92mm。对一挡齿轮进行角度变位:初选一档=23端面压力角 :tan=tan/cos=tan20/cos (2.11) =21.57啮合角 : cos= (2.12) =22.80变位系数之和 (2.13) = 0.3049 , 由公式2.10计算精确值:A=表2.2 渐开线圆柱齿轮基准齿形 GB1356-78基本要素名称代 号标 准 齿短 齿增大齿形角齿形角a20o20o25o齿顶高系数fo1.00.81.0径向间隙系数c0.25(0.35*)m0.3m0.2m齿根圆角半径r0.38(0.25*)m0.46m0.35m*考虑到某些工艺要求,径向间隙允许增大至0.35m,齿根圆角半径允许减小至0.25m一挡齿轮参数:分度圆直径=313/cos24.08=42.71mm (2.14) =343/cos24.08=141.29mm 齿顶高 =2.875mm (2.15) =3.5 4mm 式中:=(92-91.25)/3=0.25 (2.16)=0.3049-0.25=0.0549 (2.17)齿根高=3.715m (2.18)=3.05mm齿全高=6.05mm (2.19)齿顶圆直径=48.48mm (2.20)=148.37mm齿根圆直径=34.78mm (2.21)=134.69mm当量齿数=16.66 (2.22)=55.12节圆直径 (2.23)2.5.2 确定其他各挡的齿数1.二挡齿轮为斜齿轮,模数与一挡齿轮相同,初选=23 (2.24) (2.25)已知A=92mm =2.69,=3,=23将以上数据代入式(2.24)、(2.25)得:=15.3,=41.15。取整得:=16,=41对二挡齿轮进行角度变位:理论中心距由公式2.25得: =92.88mm端面压力角由公式2.11得: tan=tan/cos =21.58端面啮合角由公式2.12得: = 变位系数之和由公式2.13得:= -0.0177,=-0.0050,=-0.0127求cos的精确值由公式2.10得:cos=22.99二挡齿轮参数:分度圆直径由公式2.14得:=52.14mm=133.61mm 齿顶高由公式2.15得:=3.92mm =3.89mm式中:=-0.311齿根高由公式2.18得:=3.77mm=3.79mm齿全高由公式2.19得:=7.69mm 齿顶圆直径由公式2.20得:=59.98mm =141.39mm齿根圆直径由公式2.21得:=44.6mm=126.03mm当量齿数由公式2.22得:=20.51=52.55节圆直径由公式2.23得: 2.计算三档齿数及传动比,初选=24 =1.95 (2.26) (2.27)由公式(2.26)、(2.27)得=18.99,=37.04,取整为=19,=37则:对三挡齿轮进行角度变为:理论中心距由公式2.27得:=91.95mm端面压力角由公式2.11得:tan=tan/cos =21.72端面啮合角由公式2.12得:= 变位系数之和由公式2.13得: =0.0179,=0.0061,=0.0118求的精确值由公式2.10得:=24.01三挡齿轮参数:分度圆直径由公式2.14得:=62.40mm=121.51mm齿顶高由公式2.15得:=3mm =3.05mm式中:=0齿根高由公式2.18得:=3.73mm=3.71mm齿全高由公式2.19得:=6.73mm齿顶圆直径由公式2.20得:=68.4mm=127.61mm齿根圆直径由公式2.21得:=54.94mm=114.09mm当量齿数由公式2.22得:=24.93=48.54节圆直径由公式2.23得:3.四挡齿轮为斜齿轮,初选螺旋角=24 =1.42 (2.28) (2.29)由公式(2.28)、(2.29)得=23.15,=32.88 取整=24,=33 对四挡齿轮进行角度变位:理论中心距由公式2.29得:=93.59mm端面压力角由公式2.11得:tan=tan/cos=21.72端面啮合角由公式2.12得:=变位系数之和由公式2.13得: =-0.5195,=-0.2183,=-0.3012求螺旋角的精确值由公式2.10得:=23.99四挡齿轮参数:分度圆直径由公式2.14得:=78.81m=108.36mm齿顶高由公式2.15得:=5.49mm=5.24mm式中:=-1.0495齿根高由公式2.18得:=4.4mm=4.65mm齿全高由公式2.19得:=9.89mm齿顶圆直径由公式2.20得:=89.79mm=118.84mm齿根圆直径由公式2.21得:=70.01mm=99.06mm当量齿数由公式2.22得:=31.47=43.27节圆直径由公式2.23得:4.五挡齿轮为斜齿轮,初选螺旋角=25 =1.03 (2.30) (2.31)由公式(2.30、(2.31)得=27.38,=28.21 取整得=28,=28 对五挡齿轮进行角度变位:理论中心距由公式2.31得:=92.68mm端面压力角由公式2.11得:tan=tan/=21.90端面啮合角由公式2.12得:=变位系数之和由公式2.13得: =-0.2229 ,=-0.11145,=-0.11145求螺旋角的精确值由公式2.10得:=25.00五档齿轮参数分度圆直径由公式2.14得:=92.68mm=92.68mm齿顶高由公式2.15得:=4.01mm=4.01mm式中:=-0.4496齿根高由公式2.18得:=4.08m=4.08mm齿全高由公式2.19得:=8.09mm齿顶圆直径由公式2.20得:=100.07mm=100.07mm齿根圆直径由公式2.21得:=84.52mm=84.52mm当量齿数由公式2.22得:=30.89=30.89节圆直径由公式2.23得:5.六挡齿轮为斜齿轮,初选螺旋角=25=0.75 (2.32) (2.33)由公式(2.32)、(2.33)得=31.76,=24.83,取=32,=25对六挡齿轮进行角度变位:理论中心距由公式2.33得:=94.34mm端面压力角由公式2.11得:tan=tan/=21.90端面啮合角由公式2.12得:=变位系数之和由公式2.13得: =-0.7211,=-0.4051,=-0.3160求螺旋角的精确值由公式2.10得:=25.00六挡齿轮参数:分度圆直径由公式2.14得:=105.92mm=82.75mm齿顶高由公式2.15得:=1.61mm=1.88mm式中:=0.0589齿根高由公式2.18得:=4.97mm=4.70mm齿全高由公式2.19得:=6.58mm齿顶圆直径由公式2.20得:=109.14mm=86.51mm齿根圆直径由公式2.21得:=95.98mm=73.35mm当量齿数由公式2.22得:=42.99=33.58节圆直径由公式2.23得:2.5.4 确定倒挡齿轮齿数倒挡齿轮选用的模数与一挡相同,倒挡齿轮的齿数一般在2123之间,初选后,可计算出输出轴与倒挡轴的中心距。初选=22,=13,由公式2.33得: (2.33) =54mm为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉,齿轮和的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙,则齿轮11的齿顶圆直径应为 (2.34)初选 =21,=3,=92代入公式(2.33),齿轮取整得=39,则倒档传动比为:=2.79 (2.35)=14,=22,=39输入轴与倒档轴间的距离计算输入轴与倒档轴之间的距离由公式2.33得:=57.84mm输出轴与倒档轴之间的距离由公式2.33得: =99.61mm 节圆直径由公式2.23得:2.6 本章小结齿轮是变速器中非常重要的零件,本章确定了变速器的齿轮参数,结合设计要求选取了齿轮模数、压力角、变位系数等参数,根据齿轮参数计算了中心距并对中心距进行了修正,最后对齿轮的齿数进行了分配。第3章 齿轮校核3.1 齿轮材料的选择原则3.1.1 满足工作条件的要求 不同的工作条件,对齿轮传动有不同的要求,故对齿轮材料亦有不同的要求。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。3.1.2 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。3.1.3 考虑加工工艺及热处理工艺 变速器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值:时渗碳层深度0.81.2mm时渗碳层深度0.91.3mm时渗碳层深度1.01.3mm表面硬度HRC5863;心部硬度HRC3348mm对于氰化齿轮,氰化层深度不应小于0.2mm;表面硬度HRC4853。对于大模数的重型汽车变速器齿轮,可采用25CrMnMO,20CrNiMO,12Cr3A等钢材,这些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理,以提高表面硬度,细化材料晶面粒。3.2 计算各轴的转矩发动机最大扭矩为220N.m,齿轮传动效率99%,离合器传动效率99%,轴承传动效率96%。输入轴转矩,=22099%96%=209.09N.m (3.1)输出轴转矩,一挡 =209.090.960.9943/13=657.30N.m (3.2)二挡 =209.090.960.9941/16=509.22N.m (3.3)三挡 =209.090.960.9937/19=386.98N.m (3.4)四挡 =209.090.960.9933/24=273.24N.m (3.5)五挡 =209.090.960.9928/28=198.72N.m (3.6)六挡 =209.090.960.9925/32=155.25N.m (3.7)倒挡 =209.0940/14=539.61N.m (3.8)3.3 齿强度计算3.3.1 轮齿弯曲强度计算1.倒档直齿轮弯曲应力图3.1 齿形系数图 (3.9)式中:弯曲应力(MPa); 计算载荷(N.mm); 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;主动齿轮=1.1,从动齿轮=0.9; 齿宽(mm); 模数; 齿形系数,如图2.1。2.斜齿轮弯曲应力 (3.10)式中:计算载荷(Nmm); 法向模数(mm); 齿数; 斜齿轮螺旋角(); 应力集中系数,=1.50; 齿形系数,可按当量齿数在图中查得; 齿宽系数=7.0 重合度影响系数,=2.0。当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时,对乘用车常啮合齿轮和高挡齿轮,对货车为100250MPa。(1)计算一挡齿轮1,2的弯曲应力 , = =299.39MPa100350MPa= =204.90MPa100350MPa(2)计算六档啮合齿轮11,12的弯曲应力= =88.59MPa100350MPa= =177.46MPa100350MPa3.3.2 轮齿接触应力 (3.11)式中:轮齿的接触应力(MPa); 计算载荷(N.mm); 节圆直径(mm); 节点处压力角(),齿轮螺旋角(); 齿轮材料的弹性模量(MPa); 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、; 、主、从动齿轮节圆半径(mm)。将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷时,变速器齿轮的许用接触应力见表3.1弹性模量=20.6104 Nmm-2,齿宽=74=28mm。表3.1 变速器齿轮的许用接触应力齿轮渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一挡和倒挡190020009501000常啮合齿轮和高挡13001400650700(1)计算一挡齿轮1,2的接触应力=8.62mm (3.12)=28.51mm (3.13) = =1240.1MPa19002000MPa = =1208.09MPa19002000MPa(2)计算倒挡齿轮13,14,15的接触应力 =8.83mm=13.87mm=28.95mm = =1329.47MPa19002000MPa = =1292.25MPa19002000MPa = =1206.00MPa19002000MPa3.4 计算各挡齿轮的受力 1.一挡齿轮1,2的受力 (3.14) (3.15) (3.16)2.二挡齿轮3,4的受力由公式(3.14)、(3.15)、(3.16)得: 3.三挡齿轮5,6的受力由公式(3.14)、(3.15)、(3.16)得:4.四挡齿轮7,8的受力由公式(3.14)、(3.15)、(3.16)得: 5.五挡齿轮9、10的受力由公式(3.14)、(3.15)、(3.16)得: 6.六挡齿轮11、12的受力由公式(3.14)、(3.15)、(3.16)得: 7.倒挡齿轮11,12的受力由公式(3.14)、(3.15)得:=811.26N.m,=209.09N.m3.4 本章小结本章分析了齿轮的损坏形式,并对齿轮进行了校核。经校核齿轮均能达到设计要求。第4章 轴及轴上支承的校核4.1 轴的工艺要求倒挡轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴。变速器第二轴视结构不同,可采用渗碳、高频、氰化等热处理方法。对于只有滑动齿轮工作的第二轴可以采用氰化处理,但对于有常啮合齿轮工作的第二轴应采用渗碳或高频处理。第二轴上的轴颈常用做滚针的滚道,要求有相当高的硬度和表面光洁度,硬度应在HRC5863,表面光洁度不低于8。对于做为轴向推力支承或齿轮压紧端面的轴的端面,光洁度不应低于7,并规定其端面摆差。一根轴上的同心直径应可控制其不同心度。对于采用高频或渗碳钢的轴,螺纹部分不应淬硬,以免产生裂纹。对于阶梯轴来说,设计上应尽量保证工艺简单,阶梯应尽可能少。4.2 轴的强度计算4.2.1 初选轴的直径已知变速器中心距=92mm,第二轴和中间轴中部直径,轴的最大直径和支承距离的比值: 对第一轴,=0.160.18;对第二轴,0.180.21。第一轴花键部分直径(mm)可按式(5.1)初选 (4.1)式中:经验系数,=4.04.6;发动机最大转矩(N.m)。输入轴花键部分直径=24.1427.76mm取26mm;第二轴轴最大直径=41.455.2mm取50mm;输入轴最大直径=41.455.2mm取=46mm输出轴:;输入轴:第一轴两端支撑的长度为L=424 中间支撑到输入端的距离为L1=197,中间支撑到输出端的距离为L2=227,输出轴与输入轴支撑距离相同。4.2.2 轴的强度验算 轴的刚度验算若轴在垂直面内挠度为,在水平面内挠度为和转角为,可分别用式(4.2)、(4.3)、(4.4)计算 (4.2) (4.3) (4.4)式中:齿轮齿宽中间平面上的径向力(N); 齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N); 弹性模量(MPa),=2.06105MPa; 惯性矩(mm4),对于实心轴,;轴的直径(mm),花键处按平均直径计算; 、齿轮上的作用力距支座、的距离(mm); 支座间的距离(mm)。轴的全挠度为mm。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。abLFr图4.1 水平面挠度(1)第一轴常啮合齿轮副,因距离支撑点近,负荷又小,通常挠度不大,可以不必计算(2)二轴的刚度一档时由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)得N,N,mm,mm mm。 =0.034mm =0.087 =-0.00021rad0.002rad二档时由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)得N,N,mm,mm,mm。 =0.033mm =0.0859 =-0.000022rad0.002rad三档时由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)得N,N,mm,mm mm。 =0.049mm =0.26 =0.00027rad0.002rad四档时由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)得N,N,mm,mm mm。 =0.031mm =0.078 =0.00048rad0.002rad倒档时由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)得N,N,mm,mm mm。 =0.0159mm =0.0437 =-0.00044rad0.002rad(3)一轴刚度abLFr图4.2 一轴刚度一档时由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)得N,N,mm,mm,mm。 =0.031mm
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