PAGEI小型SUV手動五檔變速器設計摘要五檔變速器從最初采用側鏈傳動到手動五檔變速器，及至液力自動五檔變速器和電控機械式自動五檔變速器，再到現在無級自動五檔變速器的普及。隨著汽車工業的發展，轎車五檔變速器的設計趨勢為增大五檔變速器傳遞功率與重量之比，并要求五檔變速器具有較小的尺寸和良好的性能。在給定發動機輸出轉矩、轉速及最高車速、最大爬坡度等條件下，著重對五檔變速器齒輪的結構參數、軸的結構尺寸等進行設計計算。該型結構緊湊工藝性能好，適配性強，傳動平穩噪聲低，節油且成本低。手動五檔變速器更平順、更省油、更富駕駛樂趣的方向不斷發展。特點是其結構簡單、緊湊且最抵擋外其它各擋的傳動效率高、噪聲低，兩五檔變速器結構發展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數目。本設計除抵擋外采用常嚙合式，且采用斜齒輪，因為斜齒比直齒有更長的壽命、更低的噪聲。關鍵詞：五檔變速器；齒輪；同步器；設計1緒論PAGE3TheChevroletSaiOucars2shafttypemanualtransmissiondesignAbstractThetransmissionbysidechainfromtheinitialtransmissiontomanually,andwhenthehydraulicandelectricautomatictransmission,automatedmechanicaltransmissionagaintonowthepopularityofautomatictransmissionsteplessly.Alongwiththedevelopmentoftheautomobileindustry,thetrendofcartransmissiondesigningistoincreaseitstransmissionpoweranddecreseitsweight,andhopehavesmallersizeandexcellentperformance.Inconditionsthatknowingtheengineoutputtorque,speedofengineandmaximumspeedofvehicles,maximumdegree,focusonthedesigningoftransmissiongearstructuralparameters,axisgeometrydesigncomputation;aswellasthetransmissionanddriveprogramstructuredesign,Structurebytheprocessperformancetogether,andfitandstrong,smoothtransmissionandlownoise,fuel-efficientandlowcost.Manualtransmissionmoresmooth,morefuelefficient,thericherthedirectionoffuntodrivecontinuousdevelopment.Characteristicisitssimplestructure,compactandmostagainsteachotheroftheblockofhightransmissionefficiency,lownoise,twoshafttypetransmissionstructuredevelopmenttrendistheincreasingnumberofmeshinggearsoftenvice.Thisdesigninadditiontoresistoutsideusingoftenadopted,andthemeshingtype,becausehelicalhelicalgearthanstraighttoothalongerlife,lowernoise.Keywords:transmission;gear;synchrotron;design主要符號表Ψmax道路最大阻力系數rr驅動輪的滾動半徑mmTδmax發動機最大扭矩N·mi0主減速比η汽車傳動系的傳動效率igi一檔傳動比G2汽車滿載載荷Nφ路面附著系數A第一軸與中間軸的中心距mmA′中間軸與倒檔軸的中心距mmmn斜齒輪法向模數α齒輪壓力角°斜齒輪螺旋角°齒輪寬度mm齒輪齒數齒輪變位系數齒輪彎曲應力MPa齒輪所受圓周力N軸向力N徑向力N計算載荷N·m目錄摘要…………………PAGEIAbstract……………II主要符號表………………………PAGEIII1緒論……………12手動五檔變速器設計………32.1五檔變速器的概述……………32.1.1五檔變速器的功用……………32.1.2五檔變速器的分類…………32.五檔變速器的變速傳動機構……………………32.3組合式五檔變速器……………42.4同步器………………………52.5五檔變速器的變速操作機構…………………62.6分動器…………73采用研究方案、研究方法或措施………84五檔變速器主要參數的選擇與主要零件的設計…………104.1五檔變速器主要參數的選擇…………………104.1.1擋數和傳動比……………104.1.2中心距……………………114.1.3軸向尺寸…………………124.1.4齒輪參數…………………124.2各檔傳動比及其齒輪齒數的確定…………134.2.1確定一擋齒輪的齒數……………………134.2.2確定其它擋位的齒數……………………144.3齒輪變位系數的選擇………145五檔變速器齒輪的強度計算與材料的選擇………………165.1五檔變速器齒輪的幾何尺寸計算……………165.2齒輪的強度計算與校核……………………196五檔變速器軸與軸承…………236.1五檔變速器軸的結構和尺寸…………………236.2軸的校核……………………236.3軸承的校核…………………257五檔變速器同步器的設計……………………277.1同步器的結構類型…………277.2鎖環式同步器的工作原理…………………277.3鎖環式同步器的主要參數的確定…………298結論……………36參考文獻………………………37致謝………………38

1緒論一、題目背景汽車五檔變速器發展經歷了100多年，從最初采用側鏈傳動到手動五檔變速器，及至液力自動五檔變速器和電控機械式自動五檔變速器，再到現在無級自動五檔變速器的普及，在汽車工業技術不斷前進的同時，五檔變速器也向著更平順、更省油、更富駕駛樂趣的方向不斷發展。我國汽車五檔變速器行業隨著整車行業的快速發展而不斷發展壯大，形成了一批頗具規模的五檔變速器企業。大多數本土五檔變速器企業在引進消化吸收國外先進技術方面取得了突出成績，并不斷堅持自主創新，在手動五檔變速器領域,，尤其是在重型車用和微型車用手動五檔變速器上，涌現了大量自主創新的產品。二、研究意義每當人們觀看F1大賽，大家似乎談論得最多的就是發動機的性能以及車手的駕駛技術。而且，不忘在自己駕車的時候體會一下極速感覺或是在買車的時候關注一下發動機的性能，這似乎成為了橫量汽車質量優劣的一個標準。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的五檔變速器。五檔變速器作為汽車傳動系統的總要組成部分,其技術的發展，是衡量汽車技術水準的重要依據。世紀能源與環境、先進的制造技術、新型材料技術、信息與控制技術等是科學技術發展的重要領域,這些領域的科技進步推動了五檔變速器技術的發展.可以說，五檔變速器是伴隨著汽車工業出現的必然產物，是汽車上的必需品。在完成了最基本的傳動功能之外，我們對五檔變速器的要求也是越來越高，這是變速箱演變過程的首要催產素[2]。由此可見，對汽車的五檔變速器進行研究具有十分重要的意義。三、國內外相關研究情況1940年美國通用汽車公司首次將液力機械式自動五檔變速器裝車應用以來，液力機械式自動五檔變速器的生產形成系列化和專業化。其發展之快，應用之廣，以致于人們直接命名其為"自動五檔變速器"。AT以優越的動力性能，乘坐舒適性和簡便的操作，在汽車工業中占有相當的地位。我國幾種系列轎車中和重型載貨車上雖有應用，但限于技術和經濟條件，獨立開發，成批生產AT的能力尚不具備。省油，排污低，操縱方便，行駛舒適的機械式無級自動五檔變速器(CVT)一直是人們追求的目標。CVT與其它傳動相比，操縱方便性和乘坐舒適性均可與液力變矩器相媲美，而其傳動效率卻遠高于液力變矩器。更主要的是它能夠協調車輛外界行駛條件與發動機負荷，充分發揮發動機潛力，提高整車燃油經濟性，使汽車具有良好的牽引特性，顯著地提高超車性能，這是現有的有級式五檔變速器無法相比的，故CVT是國內外汽車傳動研究和推廣的重點之一。電傳動與液壓車輛的馬達相似，它一改機械傳動中的傳統結構，代之以電流輸至電動機來驅動汽車。另一種以新型蓄電池，燃料電池作為能源的電動車，它不用石油燃料，無污染，能量轉換效率高，因而將廣泛用于短途運輸的轎車，大客車，貨車上。日本的電源公司，美國通用公司，德國大眾公司等研制的電動車已基本上滿足使用者的需要。電力式自動五檔變速器噪聲低，污染小，自動化程度高，組件布置方便，可用電池代替原動機，在不可再生資源日益枯竭，環境污染日益嚴重的今天，電力式自動五檔變速器無疑是重要的發展方向之一。電子控制機械式自動五檔變速器(AMT)是自動五檔變速器的一種，它是在原有固定齒輪五檔變速器的基礎上，把選換檔和離合器及發動機油門的操縱自動化，與液力機械式自動五檔變速器和機械式無級五檔變速器相比，它具有傳動效率高，成本低，易制造，生產繼承性好等優點，從世界范圍來看，它是自動五檔變速器的一個重要發展方向。2二軸手動五檔變速器設計2.1五檔變速器概述2.1.1五檔變速器的功用目前汽車上廣泛采用的動力裝置是汽油或柴油發動機，它們的轉矩與轉速變化范圍都較小，而汽車的行駛條件非常復雜，行駛速度和行駛阻力的變化范圍很大。五檔變速器的主要功用是：（1）五檔變速器是用來實現變速、變扭、改變傳動比，擴大驅動輪轉矩和轉速的變化范圍，以適應汽車在各種行駛條件下所需的牽引力和合適的行駛速度，并使發動機能夠經常在功率較高而油耗率較低的有利工況下工作。因此，五檔變速器中應具有合理的擋位數和合適的傳動比；（2）實現倒車行駛，汽車發動機曲軸一般都是只能向一個方向轉動的，而汽車有時需要能倒退行駛，因此，往往利用變速箱中設置的倒檔來實現汽車倒車行駛[1].。此外，還可以作為其它動力的輸出裝置，如舉升、起吊等。2.1.2五檔變速器的分類五檔變速器可以按照傳動比變化方式或操縱方式來分類。（1）按傳動比變化方式分；有級式五檔變速器、無級式五檔變速器、綜合式五檔變速器。（2）按操縱方式不同分；手動換擋式五檔變速器、自動操縱式五檔變速器、半自動操縱式五檔變速器。五檔變速器的基本構造包括：變速傳動機構和操縱機構兩部分。變速傳動機構的主要作用是改變轉矩的數值和方向；操縱機構的作用是實現傳動比的變換——換擋。2.2五檔變速器的變速傳動機構變速傳動機構是五檔變速器的主體，按工作軸的數量（不包括倒檔軸）可分為兩五檔變速器和三五檔變速器[2]2.2.1兩五檔變速器兩五檔變速器有結構簡單，輪廓尺寸小，布置方便，中間檔位傳動效率高和噪聲低等優點。因兩五檔變速器不能設置直接擋，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞、此外，受結構限制，兩五檔變速器的檔速比不可能設計的很大[3]。其特點是：五檔變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發動機縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪，發動機橫置時則采用圓柱齒輪；多數方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其它檔位均用常齒和齒輪傳動。同步器多數裝在輸出軸上，這是因為一檔主動齒輪尺寸小，同步器轉載輸入軸上有困難，而高檔同步器可以裝在輸入軸的后端。2.2.2三五檔變速器三五檔變速器適用于發動機前置后輪驅動的布置形式，多用于中型載貨汽車。該種五檔變速器設置有第一軸（輸入軸）、第二軸（輸出軸）和中間軸。第一軸前端通過離合器與發動機曲軸相連，第二軸后端通過凸緣連接萬向傳動裝置，而中間軸則主要用來固定安裝各檔的變速傳動齒輪[4]。2.2.3五檔變速器換擋裝置普通齒輪式五檔變速器的換擋裝置常見的有直齒滑動齒輪式和同步器式兩種結構形式。（1）直齒滑動齒輪式換擋裝置對于采用直齒齒輪傳動的擋位，常采用這種換擋形式。它是通過直接移動嚙合齒輪副中的一個齒輪，使之于另一個齒輪進入嚙合或退出嚙合，從而實現掛檔或退檔。由于直齒齒輪傳動沖擊大、噪聲大、承載能力低，所以在五檔變速器中很少采用。（2）同步器式換擋裝置它是在接合套換擋機構的基礎上又加裝了同步組件而構成的一種換擋裝置，可以保證在換擋時使接合套與待接合齒圈的圓周速度迅速相等，即迅速達到同步狀態，并防止二者在同步之前進入嚙合，從而可消除換擋的沖擊，并使換擋操作簡潔和輕便。2.2.4五檔變速器的潤滑與密封五檔變速器中各齒輪副、軸與軸系等運動部件均有較高的運動速度，因此，必須要有可靠的潤滑。大多數普通齒輪五檔變速器采用飛濺潤滑，只有少數重型汽車五檔變速器采用壓力潤滑。2.3組合式五檔變速器為保證重型汽車具有良好的動力性、經濟型和加速性，要求五檔變速器有較多的擋位，以擴大傳動比的范圍，常采用兩個五檔變速器串聯的方式構成組合式五檔變速器，其中，配擋方式又可分為分段式配擋和插入式配擋兩類。2.4同步器2.4.1同步器的作用同步器的作用：一是使接合套與待接合齒圈迅速同步，以縮短換擋時間；二是起到鎖止作用，保證接合套與待接合齒圈在達到同步之前不可能嚙合，從而避免換擋齒間沖擊。2.4.2同步器的分類、構造及工作原理目前所采用的同步器幾乎都是摩擦式慣性同步器，按鎖止裝置不同，可分為鎖環式慣性同步器和鎖銷式慣性同步器。（1）鎖環式慣性同步器①構造：主要由接合套、花鍵轂、鎖環、滑塊、定位銷及彈簧組成。②工作原理：摩擦工作面接觸產生摩擦力矩——鎖環轉動一個角度——鎖止組件起鎖止作用，阻止接合套前移——摩擦力矩增長至同步——慣性力矩消失——鎖止作用消失——接合套進入嚙合完成換擋。鎖環式慣性同步器由于尺寸小、結構緊湊、摩擦力矩也小，多用于轎車和輕型車輛，其結構圖如圖2.1所示圖2.1鎖環式慣性同步器（2）鎖銷式慣性同步器①構造：主要由摩擦錐盤、摩擦錐環、定位銷、接合套、第一軸齒輪、第二軸齒輪、二軸、鎖銷、花鍵轂、鋼球及彈簧組成。②工作原理：與鎖環式慣性同步器基本相同，該種同步器多采用在中、重型載貨汽車上[5-6]，其結構圖如圖2-2所示。圖2-2鎖銷式慣性同步器2.5五檔變速器的變速操縱機構2.5.1功用與要求五檔變速器操縱機構的功用是根據汽車使用條件幫助駕駛員隨時將五檔變速器換上或摘下某個擋位。為了保證在任何情況下五檔變速器都能準確、安全、可靠地工作，對五檔變速器操縱機構有以下要求：a．設自鎖裝置，防止五檔變速器自動脫擋，并保證輪齒以全齒寬嚙合；b．設互鎖裝置，防止五檔變速器同時掛入兩個檔位，以免造成發動機熄火或損壞零部件；c．設倒擋鎖，防止誤掛倒檔，以免發生安全事故。2.5.2五檔變速器操縱機構的構造五檔變速器操縱機構按照變速操縱桿（變速桿）位置的不同，可分為直接操縱式和遠距離操縱式兩種類型。（1）直接操縱式這種形式的五檔變速器布置在駕駛員座椅附近，變速桿由駕駛室底板伸出，駕駛員可以直接操縱，這種操縱機構一般由變速桿、撥塊、撥叉、撥叉軸以及安全裝置等組成，多集裝于五檔變速器上蓋或側蓋內，它多用于發動機前置后輪驅動的車輛。直接撥動式換擋操縱機構如圖2.3所示。圖2.3直接撥動式換擋操縱機構（2）遠距離操縱式當駕駛員座位離五檔變速器較遠或變速桿布置在轉向盤下方（某些轎車）的轉向管柱上時，通常在變速桿與換擋撥叉之間增加若干個傳動件，組成遠距離操縱機構，這種操縱機構多用于發動機前置前輪驅動的轎車。2.5.3換擋鎖裝置為了保證五檔變速器在任何情況下都能準確、安全、可靠地工作，五檔變速器操縱機構一般都具有換擋鎖裝置，包括自鎖裝置、互鎖裝置和倒擋鎖裝置。（1）自鎖裝置自鎖裝置用于防止五檔變速器自動脫擋或掛檔，并保證輪齒以全齒寬嚙合。大多數五檔變速器的自鎖裝置都是采用自鎖鋼球對撥叉軸進行軸向定位鎖止。（2）互鎖裝置互鎖裝置用于防止同時掛上兩個擋位，由互鎖鋼球和互鎖銷組成。（3）倒擋鎖裝置倒擋鎖的作用是當駕駛員掛倒擋時，必須對變速桿施加較大的力，才可以換上倒擋，起提醒作用，以防誤掛倒擋。五檔變速器上多采用彈簧鎖銷式倒擋鎖[7-12]。2.6分動器2.6.1分動器的功用多軸驅動的越野汽車裝用分動器。其功用是將五檔變速器輸出的動力分配到各驅動橋。目前，多數越野汽車裝用兩擋分動器。分動器兼起副五檔變速器的作用。2.6.2分動器的結構分動器由齒輪傳動機構和操縱機構兩部分組成。（1）齒輪傳動機構其中的三輸出分動器可將動力分別傳給前橋、中橋和后橋。多數輕型越野汽車裝用兩輸出分動器，分別驅動前橋和后橋。該種分動器齒輪機構有普通齒輪式和行星齒輪式兩種。（2）操縱機構分動器的操縱機構由操縱桿、傳動桿、搖臂及軸等組成[13-15]。3采用的研究方案、研究方法或措施3采用的研究方案、研究方法或措施3.1研究方案（1）了解汽車變速系統的現狀，熟悉其發展狀況、詳細構造和工作原理；（2）根據小型SUV的主要參數，對其變速系統的操縱機構和變速機構進行結構設計，實現汽車的變速功能并滿足動力性要求；（3）運用AutoCAD軟件繪制五檔變速器總裝配圖以及主要部件的零件圖；3.2研究方法本次設計的題目中的車型為小型SUV，其基本參數如表3.1所示。表3.1小型SUV的基本參數車型名稱最高車速（km/h）車重（kg）最大功率（kw）最大功率轉速（rpm）最大扭矩（N·m）最大扭矩轉速（rpm）小型SUV16510206456001154400傳動方案和零部件方案的確定根據題目便可以知道，需要設計的五檔變速器類型為手動五檔變速器。1.初步確定傳動方案2.確定零部件的結構方案（1）齒輪形式（2）換擋機構形式（3）五檔變速器軸承4五檔變速器主要參數的選擇與主要零部件的設計4.1五檔變速器主要參數的選擇4.1.1檔數和傳動比近年來，為了降低油耗，五檔變速器的檔數有增加的趨勢。目前，乘用車一般用4~5個檔位的五檔變速器。本設計采用5個檔位。選擇最低檔傳動比時，應根據汽車最大爬坡度、驅動輪與路面的附著力、汽車的最低穩定車速以及主減速比和驅動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有[1]則由最大爬坡度要求的五檔變速器Ⅰ檔傳動比為（4-1）式中m-汽車總質量（mm）；g重力加速度（m/s2）；ψmax道路最大阻力系數；rr驅動輪的滾動半徑（mm）；Temax發動機最大轉矩（N·m）；i0主減速比；η汽車傳動系的傳動效率。根據驅動車輪與路面的附著條件求得的五檔變速器I檔傳動比為：（4-2）式中G2汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給路面的載荷；φ路面的附著系數，計算時取φ=0.5~0.6。由已知條件：滿載品質1545kg；rr=289mm；Temax=140N·m；i0=4.529；η=0.9；;根據公式（4-1）可得：igI==3.67。本設計取五檔傳動比igⅤ=1。中間檔的傳動比理論上按公比為：（4-3）的等比數列，實際上與理論上略有出入，因齒數為整數且常用文件位間的公比宜小些，另外還要考慮與發動機參數的合理匹配。根據（4-3）可得出：q=1.40[11]。故有：4.1.2中心距中心距對五檔變速器的尺寸及質量有直接影響，所選的中心距、應能保證齒輪的強度。三五檔變速器的中心距A（mm）可根據對已有五檔變速器的統計而得出的經驗公式初定：(3-4)式中KA中心距系數。對轎車，KA=8.9~9.3；對貨車，KA=8.6~9.6；對多檔主五檔變速器，KA=9.5~11；TImax五檔變速器處于一檔時的輸出扭矩：TImax=TemaxigIη==462.42N·m故可得出初始中心距A=72mm[1]。4.1.3軸向尺寸五檔變速器的橫向外形尺寸，可根據齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機構的布置初步確定。轎車四檔五檔變速器殼體的軸向尺寸3.0~3.4A。貨車五檔變速器殼體的軸向尺寸與檔數有關：四檔(2.2~2.7)A五檔(2.7~3.0)A六檔(3.2~3.5)A當五檔變速器選用常嚙合齒輪對數和同步器多時，中心距系數KA應取給出系數的上限。為檢測方便，A取整。本次設計采用5+1手動擋五檔變速器，其殼體的軸向尺寸是3.472mm=244.8mm，五檔變速器殼體的最終軸向尺寸應由五檔變速器總圖的結構尺寸鏈確定。4.1.4齒輪參數（1）齒輪模數第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數mnmm（4-6）其中=140Nm，可得出mn=2.44。同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。由于制造工藝上的原因，同一五檔變速器中的結合套模數都去相同，轎車和輕型貨車取2~3.5mm。本設計取2.5mm。（2）齒形、壓力角α、螺旋角β和齒寬b汽車五檔變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表4.1選取。表4.1汽車五檔變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角項目車型齒形壓力角α螺旋角β轎車高齒并修形的齒形14.5°，15°，16°16.5°25°~45°一般貨車GB1356-78規定的標準齒形20°20°~30°重型車同上低檔、倒檔齒輪22.5°，25°小螺旋角壓力角較小時，重合度大，傳動平穩，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。在本設計中五檔變速器齒輪壓力角α取20°,嚙合套或同步器取30o；斜齒輪螺旋角β取30°。應該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使中間軸上的軸向力相互抵消。為此，第二軸上的全部齒輪一律取右旋，而第一軸的斜齒輪左旋，其軸向力經軸承蓋由殼體承受。齒輪寬度b的大小直接影響著齒輪的承載能力，b加大，齒的承載能力增高。但試驗表明，在齒寬增大到一定數值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕五檔變速器的重量和縮短其軸向尺寸[7]。通常根據齒輪模數的大小來選定齒寬：斜齒b=kcmn,kc為齒寬系數，取為6.0～8.5b=kcmn=7.22.5=18b為齒寬(mm)。采用接合套或同步器換檔時，其接合套的工作寬度初選時可取為2～4mm。第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數值可取大一些，使接觸線長度增加，接觸應力降低，以提高傳動的平穩性和齒輪壽命[1]。4.2各檔傳動比及其齒輪齒數的確定在初選了中心距、齒輪的模數和螺旋角后，可根據預先確定的五檔變速器檔數、傳動比和結構方案來分配各文件齒輪的齒數。下面結合本設計來說明分配各檔齒數的方法。4.2.1確定一檔齒輪的齒數一檔傳動比（4-7）為了確定Z9和Z10的齒數，先求其齒數和:（4-8）其中A=72mm、m=2.44；故有。當轎車兩的五檔變速器時，此處取，則可得出[1]。上面根據初選的A及m計算出的可能不是整數，將其調整為整數后，從式（3-8）看出中心距有了變化，這時應從及齒輪變位系數反過來計算中心距A=75，再以這個修正后的中心距作為以后計算的依據。4.2.2確定其它檔位的齒數二檔傳動比（4-9）而，故有：（4-10）對于斜齒輪，故有：可得出：按同樣的方法可分別計算出：三檔齒輪；四檔齒輪；五檔齒輪。一般情況下，倒檔傳動比與一檔傳動比較為接近，在本設計中倒檔傳動比取3.67。倒檔傳動齒輪的齒數與一檔主動齒輪相當，取[1]。4.3齒輪變位系數的選擇齒輪的變位是齒輪設計中一個非常重要的環節。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強度，使用平穩性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對嚙合齒輪的變位系數的和為零。高度變位可增加小齒輪的齒根強度，使它達到和大齒輪強度想接近的程度。高度變位齒輪副的缺點是不能同時增加一對齒輪的強度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數之和不等于零。有幾對齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構成的五檔變速器，會因保證各檔傳動比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數和不同。為保證各對齒輪有相同的中心距，此時應對齒輪進行變位。當齒數和多的齒輪副采用標準齒輪傳動或高度變位時，則對齒數和少些的齒輪副應采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質量指針，故采用的較多。對斜齒輪傳動，還可通過選擇合適的螺旋角來達到中心距相同的要求。五檔變速器齒輪是在承受循環負荷的條件下工作，有時還承受沖擊負荷。對于高檔齒輪，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應按保證最大接觸強度和抗膠合劑耐磨損最有利的原則選擇變位系數。為提高接觸強度，應使總變位系數盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應力。根據上述理由，為降低噪聲，五檔變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數要選用較小的一些數值，以便獲得低噪聲傳動。其中，一檔主動齒輪10的齒數Z10〈17，因此一文件齒輪需要變位元。變位系數（4-11）式中Z為要變位的齒輪齒數。5變速器齒輪的強度計算與材料的選擇5五檔變速器齒輪的強度計算與材料的選擇5.1五檔變速器齒輪的幾何尺寸計算汽車五檔變速器齒輪均為漸開線齒輪。漸開線齒輪除了能滿足傳動平穩、傳動比恒定不變等傳動的基本要求外，還有互換性好、中心距具有可分離性及刀齒刀具制造容易等優點。漸開線齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數、分度圓壓力角必須分別相等，兩齒輪的螺旋角必須相等而方向相反。如圖5.1基圓齒形表5.1漸開線圓柱齒輪的基準齒形基本要素名稱代號標準齒短齒增大齒形角齒形角`齒頂高系數徑向間隙系數齒根圓角半徑（1）直齒圓柱齒輪計算（見表5.2）Ⅰ檔直齒圓柱齒輪計算：mm，表5.2直齒圓柱齒輪尺寸計算計算項目計算公式非變位齒輪（mm）分度圓直徑mm齒頂圓直徑mm齒根圓直徑mm基圓直徑mm（2）斜齒圓柱齒輪計算表5.3斜齒圓柱齒輪計算名稱公式二擋三擋四檔五檔倒擋螺旋角30303030303030303030基圓螺旋角28°28°28°28°28°28°28°28°28°法面模數/mm2.52.52.52.52.52.52.52.52.52.5端面模數/mm2.92.92.92.92.92.92.92.92.9法面齒距/mm7.857.857.857.857.857.857.857.857.85端面齒距/mm9.119.119.119.119.119.119.119.119.11分度圓直徑/mm42108501006585757559齒頂圓直徑/mm47113551057090808064齒頂高/mm2.52.52.52.52.52.52.52.52.5齒根高/mm3.1253.1253.1253.1253.1253.1253.1253.1253.125端面壓力角230230230230230230230230230基圓直徑/mm38100469260786969555.2齒輪的強度計算與校核1.齒輪彎曲應力計算（1）Ⅰ檔直齒圓柱齒輪：mmmm，mm（5-1）（5-2）（5-3）（5-4）（5-5）（5-6）（5-7）（5-8）當計算載荷取到作用到五檔變速器第一軸時的最大扭矩時，一擋直齒輪的彎曲應力在400～850MPa（2）斜齒輪彎曲應力（5-9）式中為重合度影響系數，取2.0，=1.50二檔齒輪圓周力：（5-10）齒輪8的當量齒數（5-11）同理得：279.36MPa依據計算二擋齒輪的方法可以得到其它檔位的彎曲應力，其計算結果如下：三擋：四擋：五擋：當計算載荷取作用到第一軸的最大扭矩時，對常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應力在180MPa～350MPa,以上校核在其范圍內，強度要求符合[1]。2.輪齒接觸應力（5-12）（1）直齒圓柱齒輪：m=2.5mm（5-13）（5-14）（5-15）滲碳齒輪的許用應力在1900-2000或650-700之間，應力符合（5-16）（2）斜齒圓柱齒輪：m=2.5mm（5-17）（5-18）（5-19）（5-20）同理得：滲碳齒輪的許用應力在1300～1400之間，強度符合要求[8]。（3）五檔變速器齒輪的材料及熱處理現代汽車五檔變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造，使輪齒表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結合，以大大提高其接觸強度、彎曲強度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時也應考慮到其機械加工性能及制造成本。國產汽車五檔變速器齒輪常用材料是20CrMnTi(過去的鋼號18CrMnTi)，也采用20Mn2TiB,20MnVB,20MnVoB的，這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細化材料晶粒。為了消除內應力，還要進行回火[8]。五檔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0.8~1.2mm3.5<mn<5滲碳層深度0.9~1.3mm滲碳層深度1.0~1.6mm6變速器的軸與軸承6五檔變速器的軸與軸承6.1五檔變速器軸的結構尺寸五檔變速器軸在工作中承受著轉矩及來自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸向力引起的彎矩。剛度不足會引起彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產生過大的噪聲，降低齒輪的強度、耐磨性及壽命。軸的徑向及軸向尺寸對其剛度影響很大，且軸長與軸徑應協調。五檔變速器軸的最大直徑d與支承間的距離可按下列關系式初選：對第一軸及中間軸：對第二軸：三五檔變速器的第二軸與中間軸的最大直徑d可根據中心距A（mm）按下式初選：mm第一軸花鍵部分直徑可根據發動機最大轉矩按下式初選：初選的軸徑還需根據五檔變速器的結構布置和軸承與花鍵、彈性文件圈等標準以及軸的剛度與強度驗算結果進行修正[1]。6.2軸的校核在進行軸的剛度和強度驗算時，欲求三五檔變速器第一軸的支承反力，必須先求出第二軸的支承反力如圖（6.1）。計算用的齒輪嚙合的圓周力Ft、徑向力Fr及軸向力Fa可按下式求出：齒輪1、2（6-1）如圖6.1（6-2）（6-3）（6-4）（6-5）,強度符合[5]。五檔變速器軸的剛度用軸的撓度和轉角來評價，軸的剛度比其強度更重要。對齒輪影響工作最大的是軸在垂直面內產生的撓度和軸在水平面內的轉角，前者使齒輪中心距發生變化，并破壞了齒輪的正確嚙合。分別計算出軸在水平面內和垂直面內的撓度后，用下列公式計算總撓度。五檔變速器軸的剛度最小。按發動機最大轉矩計算時，第二軸齒輪處軸截面的總撓度不得大于0.13mm。對于低檔齒輪處軸截面的總撓度，由于低檔工作時間較短，又接近軸的支承點，因此允許不得大于0.15mm。齒輪所在的平面轉角不應超過；兩軸的分離不得超過0.2mm。斜齒輪對軸和支承的變形較直齒輪敏感。五檔變速器剛度試驗證明，中心距的變化及齒輪的傾斜，不僅取決于軸的變形，而且取決于支承和殼體的變形。計算中間軸時，通常只計算與第二軸上齒輪相嚙合的齒輪處的軸截面的撓度。常嚙合齒輪副處的撓度不必計算，因為距離支承點較近，負荷較小，撓度值不大[5]。6.3軸承的校核，，，根據對機器的使用經驗推薦的預期計算壽命值，可供參考使用查得。根據角接觸球軸承的最大e值，得出載荷系數，初步計算當量動載荷P：（6-6）求出軸承應有的基本額定動載荷值（6-7）按照軸承樣本和設計數據（GB/T292-1994）此軸承的基本額定靜載荷在深溝球軸承表中介于0.06~0.13之間，Y值為1.6~1.4之間。用線性插值法求得：按照軸承樣本和設計數據（GB/T292-1994）此軸承的基本額定靜載荷，6007軸承系列（6-8）壽命符合要求[5]。7五檔變速器同步器的設計同步器使五檔變速器換擋輕便、迅速，無沖擊，無噪聲，且可延長齒輪壽命，提高汽車的加速性能并節油，故轎車五檔變速器除倒檔、貨車1檔，倒檔外，其它檔位多裝用。要求其轉矩容量較大，性能穩定、耐用。7.1同步器的結構類型慣性同步器能確保同步嚙合換擋，性能穩定、可靠，因此在現代汽車五檔變速器中得到了最廣泛的應用。它又分為慣性鎖止器和慣性增力式。用得最廣的是鎖環式、鎖銷式等慣性鎖止式同步器，它們雖結構有別，但工作原理無異，都有摩擦原件、鎖止原件和彈性原件。掛擋時，在軸向力作用下摩擦原件相靠，在慣性轉矩作用下產生摩擦力矩，使被結合的兩部分逐漸同步；鎖止原件用于阻止同步前強行掛擋；彈性原件使嚙合套等在空擋時保持中間位置，又不妨礙整個結合和分離過程。本設計采用鎖環式同步器又稱鎖止式、齒環式或滑塊式，其工作可靠、耐用，因摩擦半面受限，轉矩容量不大，適于輕型以下汽車。7.2鎖環式同步器的工作原理在分析與計算中考慮到常溫條件下潤滑油阻力對齒輪轉速的影響可以忽略不計，并假設在同步過程中車速保持不變，這一假設在道路阻力系數ψ≤0.l5同步器時間t≤1s時是符合實際的。由于五檔變速器輸出端的轉速在換擋瞬時保持不變，而輸入端靠摩擦作用達到與輸出端同步。如圖7.1（a）、（b）同步器的計算模型（a）（b）圖7.1同步器計算模型現建立輸入端慣性質量的運動方程：（7-1）將上式積分得由上式可得同步時間：（7-2）將上式中的以摩擦面所受的軸向力代替，則有（7-3）同步器摩擦錐面的滑磨功為（7-4）將其代入上式，并將其中的值用式代入，得（7-5）同步器的滑磨功與其摩擦面積之比（7-6）稱為同步器的比滑磨功。對高檔同步器q值應不大于;而對低檔同步器則應不大于。為了阻止同步前掛擋，則要求摩擦力矩大于脫鎖力矩,若忽略鎖止面的摩擦系數，以鎖環式同步器為列，如圖（b）所示：（7-7）根據，則可建立同步器的鎖止條件：（7-8）7.3慣性鎖止式同步器的主要結構參數（1）摩擦錐面的半錐角α和摩擦系數fα愈小則摩擦力矩Tf愈大，故為增大同步器容量值應取小一些，但為了避免摩擦面的自鎖應使α大于摩擦角β，后者與摩擦系數有關，即tanρ=f。推薦，α的上限允許到12°。當α=6°取時摩擦力矩較大，但當錐面粗糙度、潤滑油種類及溫度等因素的不同而異。一般，在油中工作的青銅-鋼同步器摩擦副，可按f=0.1計算。通常，在內錐面上制有破壞油膜的細牙螺紋槽，以提高摩擦系數f的值。螺紋槽的齒頂寬要窄一些以利刮油，可取0.1mm左右或更小些，齒頂越尖則接觸面上的壓強和磨損就越大。螺距可取0.6~0.75mm,螺紋角一般取50°～60°。再者，齒頂所在的錐表面的加工精度及粗糙度要求高，不允許有切削刀痕，最后進行研磨。軸向泄油槽一般為6個，槽寬約3mm，槽深要剛好達到螺紋槽深。（2）摩擦錐面的