兩軸式五檔變速器說(shuō)明書(shū)打印

1、黑龍江工程學(xué)院第一章 設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)方案和基本數(shù)據(jù)最大功率：57KW最高車(chē)速:134Km/h最大轉(zhuǎn)矩：105N·m整車(chē)總質(zhì)量：1040Kg 最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速：3300r/min 最大功率轉(zhuǎn)速：5100r/min前輪胎規(guī)格：165/60 R14 乘用車(chē)（二軸式）基本參數(shù)如下表表1-1設(shè)計(jì)基本參數(shù)表1.2 變速器設(shè)計(jì)的基本要求對(duì)變速器如下基本要求. 1）保證汽車(chē)有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 2）設(shè)置空擋，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。 3）設(shè)置倒檔，使汽車(chē)能倒退行駛。 4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。 5）換擋迅速，省力，方便。 6）工作可靠。汽車(chē)行駛過(guò)程中，變速器不得有跳

2、擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。 7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。滿(mǎn)足汽車(chē)有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)，傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車(chē)工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。第二章 變速器主要參數(shù)的選擇 2.1變速器主要參數(shù)的選擇一、擋數(shù)增加變速器的擋數(shù)能改善汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且是尺寸輪廓和質(zhì)量加大。同時(shí)操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換擋頻率也增高。在最低擋傳動(dòng)比不變的條件下，增加變速器的當(dāng)屬會(huì)是變速器相鄰的低擋與高擋之間傳動(dòng)比比值減小，是換擋工作容易進(jìn)行。

3、要求相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下,該制約小換擋工作越容易進(jìn)行。要求高擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值要比低擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值小。近年來(lái)為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前轎車(chē)一般用45個(gè)擋位，級(jí)別高的轎車(chē)變速器多用5個(gè)擋，貨車(chē)變速器采用45個(gè)擋位或多擋。裝載質(zhì)量在23.5T的貨車(chē)采用5擋變速器，裝載質(zhì)量在48T的貨車(chē)采用6擋變速器。多擋變速器多用于重型貨車(chē)和越野車(chē)。本次設(shè)計(jì)選用的是5擋變速器。二、初選傳動(dòng)比1、主減速器傳動(dòng)比的確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車(chē)行駛速度之間的關(guān)系式為： 式中：為汽車(chē)行駛速度（Km/h），為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min），為車(chē)輪滾動(dòng)半徑（m），為變速器傳動(dòng)比，為

4、主減速器傳動(dòng)比。設(shè)定的最高車(chē)速為144Km/h，最高檔為超速檔，傳動(dòng)比取0.8，車(chē)輪滾動(dòng)半徑由所選用的輪胎規(guī)格185/60R14可得r=0.28m，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=(1.42.0) =44806400,取5000r/min。由公式可得=4.962、最低擋傳動(dòng)比的計(jì)算按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足最大通過(guò)能力條件，即用一檔通過(guò)要求最大坡角坡道時(shí)，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于或等于此時(shí)的滾動(dòng)阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計(jì)）用公式表示為：式中：為為車(chē)輛總質(zhì)量（N），為坡道面滾動(dòng)阻力系數(shù)（瀝青路面中=0.010.02），取0.016，為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（Nm），為傳動(dòng)效率（0.850.90），為最大爬坡度（一般轎車(chē)

5、要求爬上30%的坡，大約16.7°）。由上式可得：=1.82 即根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪件與地面附著條件：即： 式中：為驅(qū)動(dòng)輪的地面法向反力，=；為驅(qū)動(dòng)輪與地面的附著系數(shù)，在混凝土或?yàn)r青路面取0.70.8，取0.8。此處取1140Kg（前置前驅(qū)汽車(chē)的前軸軸荷47%60%）。所以一檔傳動(dòng)比的選擇范圍是初選一檔傳動(dòng)比為最低穩(wěn)定車(chē)速： =5.9 Km/h<10Km/h 合格分配各擋傳動(dòng)比：選五檔 按等比級(jí)數(shù)分配 所以 =1.37 三、初算中心距A初選中心距時(shí)，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式 (4-1)式中：變速器中心距（mm）；中心距系數(shù)，乘用車(chē)：=8.99.3，商用車(chē)：=8.69.6，多擋變速器：=9.5

6、11.0；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）；變速器一擋傳動(dòng)比；變速器傳動(dòng)效率，取96%。=105N.m=2.85 =58.762.36(mm)初選中心距=62 mm 2.2變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算一、齒輪參數(shù)1、模數(shù) 表1汽車(chē)變速器齒輪法向模數(shù)車(chē)型乘用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L貨車(chē)的最大總質(zhì)量/t1.0V1.61.6V2.56.014.014.0模數(shù)/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00 表2汽車(chē)變速器常用齒輪模數(shù)一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.753.253.503.754.505.50根據(jù)表1、表2本次設(shè)計(jì)，

7、一、二、倒檔齒輪的模數(shù)定為2. 5mm，三四五檔模數(shù)為2.25。2、壓力角壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)轎車(chē)，為加大重合度已降低噪聲，取小些。變速器齒輪壓力角為 20 3、螺旋角斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。選斜齒輪的螺旋角，要注意他對(duì)齒輪工作噪聲齒輪的強(qiáng)度和軸向力的影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。試驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過(guò)當(dāng)螺旋角大于30時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍然繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角，以1525為宜；

8、而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用：轎車(chē)兩軸式變速器為 2025°初選的螺旋角=22 4、齒寬b應(yīng)注意齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸，齒輪工作平穩(wěn)性，齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度均有影響。考慮到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應(yīng)該選用較小的齒寬。減少齒寬會(huì)使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，還會(huì)使工作應(yīng)力增加。使用寬些的齒寬，工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m的大小來(lái)選定齒寬。直齒：b=m， 為齒寬系數(shù)，取為4.58.0 斜齒：b=，取6.08.5 第一軸

9、常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)，可取大些，使接觸線(xiàn)長(zhǎng)度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。二、各擋齒輪齒數(shù)的分配在初選中心距，齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的擋數(shù)，傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各擋齒輪的齒數(shù)。一、二、三、四、五擋選用斜齒輪，倒擋選用直齒輪。1、 齒輪齒數(shù)的確定一檔： 斜齒=2A/ =2A/m=（262cos22）/2.5=45.98計(jì)算后取整=46，然后進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)的分配。 取=13 =33 所以 二檔： 取46 解得： 所以 三檔： 取51 解得： 所以 四檔： 取51 解得： 所以五檔： 取51 解得： 所以 2、對(duì)中心距進(jìn)行修正因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有

10、了變化，所以應(yīng)根據(jù)和齒輪變位系數(shù)新計(jì)算中心距，在以修正后的中心距作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。修正后中心距一二檔: A=mm ， 三四五檔 ：A=mm 。3、確定倒擋齒輪齒數(shù)倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔接近，取模數(shù)為2.5，倒檔齒輪的齒數(shù)一般在2123之間，選=21。 = =三、確定齒輪參數(shù)一擋齒輪變位后參數(shù)：角度變位后的端面壓力角： = 所以 端面嚙合角： 解得查表得變位系數(shù)和：=0.21 =0.38 =-0.17- =0.218分度圓直徑: =88.95mm齒頂高 =2.905mm =()=1.53mm 齒根高=（+-）=2.175mm =(+- )=3.55mm全齒高 =+=5.08mm

11、=+=5.08mm齒頂圓直徑：=40.86mm =92.01mm齒根圓直徑：=30.7mm =81.85mm當(dāng)量齒數(shù) =16.3 = =41.37二檔齒輪變位后參數(shù)：角度變位后的端面壓力角： = 所以 端面嚙合角： 解得查表得變位系數(shù)和：=0.21 =0.31 =-0.1- =0.228分度圓直徑: =83.55mm齒頂高 =2.73mm =()=1.705mm齒根高=（+-）=2.35mm =(+-)=3.375mm全齒高 =5.08mm =5.08mm齒頂圓直徑：=45.91mm =86.96mm齒根圓直徑：=35.75mm =76.8mm當(dāng)量齒數(shù) = = 18.8 = =38.86三檔齒

12、輪變位后參數(shù)：角度變位后的端面壓力角： = 所以 端面嚙合角： 解得查表得變位系數(shù)和：=0.32 =0.23 =0.090.048- =0.272分度圓直徑: =75.37mm齒頂高 =2.156mm =()=1.84mm齒根高=（+-）=2.295mm =(+-)=2.61mm全齒高=4.45mm =4.45mm齒頂圓直徑：=52.941mm =79.051mm齒根圓直徑：=44.04mm =70.15mm當(dāng)量齒數(shù) = =25.24 = =39.12四檔齒輪變位后參數(shù)：角度變位后的端面壓力角： = 所以 端面嚙合角： 解得查表得變位系數(shù)和：=0.32 =0.18 =0.140.048- =0

13、.272分度圓直徑: =68.07mm齒頂高 =2.043mm =()=1.953mm齒根高=（+- ）=2.4075mm =(+-)=2.495mm全齒高 =4.45mm =4.45mm齒頂圓直徑：=60.006mm =71.976mm齒根圓直徑：=51.105mm =63.08mm當(dāng)量齒數(shù) = =30.28 = =34.07五檔齒輪變位后參數(shù)：角度變位后的端面壓力角： = 所以 端面嚙合角： 解得查表得變位系數(shù)和：=0.32 =0.13 =0.190.048- =0.272分度圓直徑: =55.92mm齒頂高 =1.9305mm =()=2.066mm齒根高=（+-）=2.52mm =(+

14、-)=2.385mm全齒高=4.45mm =4.45mm齒頂圓直徑：=71.941mm =60.051mm齒根圓直徑：=63.04mm =51.15mm當(dāng)量齒數(shù) = =35.33 = =29.02倒檔齒輪變位后參數(shù)：角度變位后的端面壓力角： 查表得變位系數(shù)和：=0 =0.23 = -0.23 =0.230- =0分度圓直徑: =27.50mm =52.50mm =80mm齒頂高 =3.075mm =()=1.925mm =3.075mm齒根高=（+-）=2.55mm =(+-)=3.70mm=（+-）=2.55mm全齒高=5.625mm =5.625mm =5.625mm齒頂圓直徑：=33.6

15、5mm =56.35mm =86.15mm齒根圓直徑：=22.40mm =45.10mm =74.90mm第三章 齒輪的校核3.1 齒輪的損壞形式變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷，齒面疲勞剝落，移動(dòng)換擋齒輪端部破壞以及齒面膠合。3.2 齒輪加工方法及材料與其他機(jī)械行業(yè)相比，不同用途汽車(chē)的變速器齒輪使用條間仍是相似的。此外，汽車(chē)變速器齒輪用的材料，熱處理方法，加工方法，精度級(jí)別，支承方式也基本一致。如汽車(chē)變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒和磨齒精加工 ，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于7級(jí)。國(guó)內(nèi)汽車(chē)常用的變速器齒輪材料有20GrMnTi、20GrMn2TiB、15MnCr5、

16、20MnCr5、25 MnCr5、28 MnCr5。滲碳齒輪的表面硬度為5863HRC，心部硬度為3348HRC。本次設(shè)計(jì)中齒輪的材料選用20GrMnTi，一般設(shè)計(jì)中軸與齒輪的材料選取應(yīng)相同，所以此次設(shè)計(jì)中軸的材料也選用20GrMnTi3.3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為130Nm，齒輪傳動(dòng)效率99%，離合器傳動(dòng)效率99%，軸承傳動(dòng)效率96%。 輸入軸 輸出軸一檔=100.842×0.98×0.98×2.54= 274.082Nm 輸出軸二檔=100.842×0.98×0.98×2.07= 200.477Nm 輸出軸三檔=100.

17、842×0.98×0.98×1.55= 150.115Nm 輸出軸四檔=100.842×0.98×0.98×1.125= 108.955Nm 輸出軸五檔=100.842×0.98×0.98×0.82=79.416 Nm 倒擋軸 =123.55×0.98×0.98×1.91=184.893 Nm =190.22×0.98×0.98×1.52=270.585Nm3.4 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算斜齒輪彎曲應(yīng)力 式中：計(jì)算載荷（N·mm）；法向模數(shù)（m

18、m）；齒數(shù)；斜齒輪螺旋角（°）；應(yīng)力集中系數(shù)，=1.50；齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得；齒寬系數(shù)=7.0重合度影響系數(shù)，=2.0。當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)乘用車(chē)常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180350MPa范圍，對(duì)貨車(chē)為100250MPa。圖5-1 齒形系數(shù)圖一檔齒輪的彎曲應(yīng)力：=13，=33，=0.158，=0.158，=100.842N.m，=274.082N.m，=21.96°= =215.44MPa<180350MPa= =206.67MPa<100250MPa二檔齒輪的彎曲應(yīng)力：=15，=31，=0.138，=0.143

19、，=100.842N.m，=200.477N.m，=21.96° =197.33MPa<180350MPa=183.93MPa<100250MPa三檔齒輪的彎曲應(yīng)力： =20，=31，=0.154，=0.155，=100.842N.m，=150.115N.m，=22.27° =181.93MPa<180350MPa=173.21MPa<100250MPa四檔齒輪的彎曲應(yīng)力： =23，=28，=0.156，=0.154 =100.842N.m，=108.955N.m，=22.27° =149.33MPa<180350MPa=145.28

20、MPa<100250MPa五檔齒輪的彎曲應(yīng)力：=28，=23，=0.155，=0.154，=100.842N.m，=79.416N.m，=22.27° =133.60MPa<180350MPa=124.31MPa<100250MPa倒檔齒輪的彎曲應(yīng)力：=11，=21，=32，=0.135，=0.114，=0.135，=100.842N.m，=184.893N.m ，=270.585Nm，=7 =717.75MPa<400850MPa=816.31MPa<400850MPa=662.03MPa<400850MPa為摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪=1.1，從

21、動(dòng)齒輪=0.93.5 輪齒接觸應(yīng)力計(jì)算 （4.3）式中：輪齒的接觸應(yīng)力（M Pa）；計(jì)算載荷（N.mm）；節(jié)圓直徑(mm)；節(jié)點(diǎn)處壓力角（°），齒輪螺旋角（°）；齒輪材料的彈性模量（M Pa）；齒輪接觸的實(shí)際寬度(mm)；、主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm)，直齒輪、，斜齒輪、；、主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)。將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表4.1。彈性模量=20.6×104 N·mm-2，齒寬，k取7表4.1變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一擋和倒擋190020009501000常嚙合齒輪和

22、高擋13001400650700計(jì)算齒輪的接觸應(yīng)力 ： =100.842N.m，=274.082N.m，=， ， 節(jié)圓直徑：=35.05mm =88.95mm =1244.76MPa<19002000MPa =1217.24MPa<19002000MPa =840.35MPa<19002000MPa =824.24MPa<19002000MPa =962.51MPa<19002000MPa =943.29MPa<19002000MPa =999.59MPa<19002000MPa =919.55MPa<19002000MPa =925.04MPa

23、<19002000MPa =906.13MPa<19002000MPa =1472.09MPa<19002000MPa=1409.50MPa<19002000MPa=1154.36MPa<19002000MPa綜合齒輪的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力，此次設(shè)計(jì)的齒輪均基本滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。3.6 齒輪的受力分析 一擋齒輪的受力： =100.842N·m, =274.082N·m =35.05mm =88.95mm 6162.61N 2258.19N 2418.48N 2320.17N 2484.85N 倒擋齒輪的受力：=100.842Nm，=184.893Nm

24、，=270.585Nm，=27.5mm，=52.5mm，=80mm7333.39Nm，10308Nm，6764.63Nm2669.34Nm，3751.81Nm，2462.12Nm 第四章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1軸的強(qiáng)度計(jì)算變速器在工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，變速器的軸承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔爿S會(huì)發(fā)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲的均有不利影響。因此，在設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)，器剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計(jì)階段可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已知條件來(lái)初選軸的直徑，然后根據(jù)公式進(jìn)行相關(guān)的剛度和強(qiáng)度方面的驗(yàn)算。4.2初選軸的直徑第一軸花鍵部分直徑（mm）可按式（5.1）初選 （5.1）式中：為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=4.04.6；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）。4.3軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為。 式中：齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）；齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）；彈性模量（MPa），=2.1×105MPa；慣性矩（mm4），對(duì)于實(shí)心軸，；軸的直徑（mm），花鍵處按平均直徑計(jì)算；、齒輪上的作用力矩支座、的