【電動(dòng)汽車兩擋變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10000字（論文）】

電動(dòng)汽車兩擋變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄1引言 62電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算 72.1計(jì)算最高車速 72.2車輛加速時(shí)間 82.3車輛爬坡 82.4續(xù)駛里程的計(jì)算 83電動(dòng)汽車變速器設(shè)計(jì)方案及論證 94變速器各主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 104.1主要參數(shù)設(shè)計(jì) 104.2齒輪強(qiáng)度計(jì)算 144.3確定軸的尺寸 175同步器的選擇 205.1同步器的工作原理 205.2同步器的參數(shù)的確定 206變速器操縱機(jī)構(gòu) 236.1對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的要求 236.2手動(dòng)換擋變速器的選擇 236.3變速器自鎖、互鎖、倒擋鎖裝置 237零件的加工工藝 257.1齒輪軸加工工藝 257.2齒輪加工工藝 257.3端蓋加工工藝 267.4裝配圖 278結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29摘要：如今，汽車在人類交通中扮演越來越重要的角色，汽車在給人類帶來方便的同時(shí)，也在能源、環(huán)境、交通各方面造成了嚴(yán)重的問題。就當(dāng)下時(shí)期而言，石油仍是汽車的最大燃料來源，汽車保有量的增加，加速了屬于不可再生資源的石油燃料的消耗，能源危機(jī)是全球范圍內(nèi)各國所面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。同樣汽車在高速消耗汽油的同時(shí)，也給周邊環(huán)境帶來了極大的破壞，例如溫室效應(yīng)，有毒氣體也越來越嚴(yán)重。隨著石油等有限資源的日益減少以及保護(hù)環(huán)境意識(shí)的日益提高，電動(dòng)汽車由于使用清潔能源的優(yōu)勢(shì)越來越受到人們的廣泛關(guān)注。為了進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車性能，對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)成為主要手段之一。作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件之一的變速箱主要作用是調(diào)整驅(qū)動(dòng)輪上扭矩的輸出值以及改變行駛過程中的速度。與燃油汽車的變速箱結(jié)構(gòu)不同，電動(dòng)汽車的變速箱采用控制電路控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的前行和倒退。本文通過對(duì)已知的參數(shù)設(shè)計(jì)了一款電動(dòng)汽車兩擋變速器，并對(duì)結(jié)構(gòu)中重要的零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，繪制了相應(yīng)的二維裝配圖和部分零件圖。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車、傳動(dòng)、變速箱、匹配1引言電動(dòng)汽車是一種今年來處于熱門話題的以清潔能源為動(dòng)力的綠色汽車，與傳統(tǒng)燃油汽車不同，電動(dòng)汽車擺脫了傳統(tǒng)的石油驅(qū)動(dòng)方式，改用電能作為能源。根據(jù)這一特點(diǎn)電動(dòng)汽車擁有以下優(yōu)勢(shì)：（1）無污染，噪聲低電動(dòng)汽車由于使用的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作時(shí)無需消耗石油，不會(huì)排出因燃燒石油而產(chǎn)生的二氧化碳等廢氣，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。并且由于電機(jī)工作時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，產(chǎn)生的噪音要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的噪音。（2）能源效率高，多樣化傳統(tǒng)的燃油汽車由于內(nèi)燃機(jī)的工作原理，導(dǎo)致能源效率低下，一般為40-60%，而電機(jī)的功率一般為75-92%，因此，電動(dòng)汽車的能源效率更高。當(dāng)汽車主要在城市中行駛時(shí)，由于紅綠燈的緣故，汽車通長處于行駛——制動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，并且速度一般不高，這種路況對(duì)燃油汽車而言提高了空轉(zhuǎn)時(shí)間，增加了油耗，并一定程度上減少了汽車的使用壽命。而電動(dòng)汽車在靜止時(shí)不需要消耗電能，并且在制動(dòng)過程中，可以將空轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)能源的二次利用。另一方面，電動(dòng)汽車采用電能作為消耗能源，而電能屬于可再生能源，其來源較多，主要有風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、熱發(fā)電、水力發(fā)電、潮汐發(fā)電等。我國在電力發(fā)展上居全球第一，基本上實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)電網(wǎng)全覆蓋，電力全供應(yīng)，因此能滿足電動(dòng)汽車的電能需求，從而減少燃油汽車對(duì)不可再生能源——石油的消耗。（3）結(jié)構(gòu)簡單，使用及維修方便相比于以內(nèi)燃機(jī)為驅(qū)動(dòng)的燃油汽車，電動(dòng)機(jī)通過采取電機(jī)驅(qū)動(dòng)，大大減少了傳動(dòng)部件的數(shù)量，從而降低了整體裝置的復(fù)雜程度，減少了保養(yǎng)及維修的工作量。當(dāng)電動(dòng)汽車以交流感應(yīng)式電機(jī)為驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)甚至無需頻繁的保養(yǎng)與維護(hù)，大大降低了使用成本。更重要的是電動(dòng)汽車在汽車的操縱上更為簡單方便，有利于推廣使用。

2電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算汽車的功率通常指的是該汽車在正常路況下直行時(shí)可達(dá)到的平均行駛速度，而汽車所承受的縱向外力的大小決定了該汽車的平均速度。因此，動(dòng)力的大小決定了汽車的傳輸效率。汽車的最高速度，加速時(shí)間和最大斜率成為衡量普通汽車動(dòng)力性能的常用指標(biāo)，但對(duì)于電動(dòng)汽車，還應(yīng)包括行駛里程。2.1計(jì)算最高車速∑F=mgcosα*f+mgSinα+CdAu2/21.15+δmdu/dt(2.1)其中：∑F為總阻力．N；m為整車質(zhì)量，kg，m=1500kg；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，f=0.01；α為坡道角：α=20°；Cd為空氣阻力系數(shù)，Cd=0.35;A為迎風(fēng)面積，A=1.54;u為行駛車速，km/h；δ為車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。(2.2)1+0.06+0.04*1.7=1.1756式中δ1、δ2主要與車型有關(guān)，轎車δ1在0.05~0.07之間（取0.06），δ2在0.03~0.05之間（取0.04）io為主減速器減速比；io=4.714為變速器傳動(dòng)比；=1.7為傳動(dòng)效率；=0.95車輛在最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力Ft為：=5329.177Nnm為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速．r/min；nm=4000rpmr為車輪半徑：r=0.3io為主減速比；io=4.7142.2車輛加速時(shí)間t=1/3.6(2.3)式中：v1為加速行駛起始車速m/h，v1=0；v2為加速行駛終止車速m/h，v2=45km/h。2.3車輛爬坡由公式計(jì)算得：b=Ft–Cdua2／21.15/(ma+mb)g(2.4)i=tanα=tan{arcsin[b]-arctanf}=15.5%(2.5)2.4續(xù)駛里程的計(jì)算s=E/e=wbmb／(ma+mb)e0=113km(2.6)其中：E為電池組總能量．kwh．E=16kwh;e為單位里程能耗．kwh/kw;wb為電池比能量．kwh/kg．w=36.7kwh/kg;e0為電動(dòng)車輛行駛的比耗．kwh/km。

3電動(dòng)汽車變速器設(shè)計(jì)方案及論證為了優(yōu)化電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)參數(shù)，需要選擇合適的擋位數(shù)和傳動(dòng)比。另外還需要在結(jié)構(gòu)上保證傳動(dòng)裝置具有較小的整體尺寸以及質(zhì)量，在經(jīng)濟(jì)上保證傳動(dòng)裝置具有較低的制造成本以及維護(hù)成本。根據(jù)上述要求，本課題設(shè)計(jì)了一種階梯式變速器，具體設(shè)計(jì)思路如下：(1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析固定軸類型和旋轉(zhuǎn)軸類型為常見的兩種運(yùn)輸機(jī)制。其中應(yīng)用最廣的固定軸類型又可以細(xì)分為用于前驅(qū)汽車的兩軸型和用于后驅(qū)汽車的中間軸型。在整體結(jié)構(gòu)上，兩軸型相對(duì)于中間軸型更為簡單，從而方便布局。因此，最終選擇兩軸雙速變速器作為本次的設(shè)計(jì)方案。(2）參數(shù)選擇l）擋數(shù)汽車整體的動(dòng)力以及經(jīng)濟(jì)性隨著變速箱擋數(shù)的數(shù)量增加而增大。而擋數(shù)越多時(shí)，整體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，設(shè)計(jì)越困難。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的同時(shí)減少設(shè)計(jì)難度，本課題選擇了兩速變速器，并通過電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)制作了倒擋。2)傳動(dòng)比傳動(dòng)比范圍表示最低擋的傳動(dòng)比與最高擋的轉(zhuǎn)數(shù)之比。傳動(dòng)比范圍的確定取決于多種因素，如使用條件和車輛類型等。3)中心距兩軸變速箱的中心距離指的是輸入軸和第二軸的軸線間距。中心距大小對(duì)變速箱的影響巨大，當(dāng)中心距過小時(shí)，齒輪在工作時(shí)所承受的接觸應(yīng)力大大增加，增大齒輪斷裂或點(diǎn)蝕的概率，從而降低變速箱的使用壽命。所以為了保證變速箱的使用壽命，需要確定允許的最小中心距，而最小中心距與齒輪疲勞接觸強(qiáng)度有關(guān)。4）各擋齒輪齒數(shù)的分配在確定了上述參數(shù)后，需要進(jìn)一步對(duì)各擋齒輪齒數(shù)的進(jìn)行分配。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)每個(gè)齒輪的傳動(dòng)比應(yīng)盡可能不為整數(shù)。

4變速器各主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核4.1主要參數(shù)設(shè)計(jì)(1）傳動(dòng)比范圍變速器最低擋傳動(dòng)比和最高擋傳動(dòng)比決定了該變速器的傳動(dòng)比范圍。一般變速器的最高擋位為直接擋，傳動(dòng)比通常為1，少數(shù)的為0.7或0.8。在這種設(shè)計(jì)中，選擇了直接擋并且傳動(dòng)比為1，即減速比為1。1）傳動(dòng)比根據(jù)動(dòng)力學(xué)知識(shí)可知，汽車在行駛時(shí)主要受到的阻力有空氣阻力、路面阻力以及爬坡時(shí)的下滑力。當(dāng)汽車爬坡時(shí)，為了增大牽引力需要減少速度，因此在爬坡過程中汽車所受的空氣阻力較小，可以忽略，因此：(4.1)則帶入?yún)?shù)可知：=1.68式中；：汽車總質(zhì)量；：道路阻力系數(shù)；：最大爬坡要求；；驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑；：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；：主減速比；：汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。（2）根據(jù)前輪與路面附著條件可知(4.2)1.73式中：汽車質(zhì)心高度，取700mm；a：汽車質(zhì)心位置，取1200mm；L：汽車前后輪中心距，取2000mm；：道路的附著系數(shù)，取=0.5。根據(jù)上述條件新設(shè)計(jì)的變速器兩個(gè)擋位傳動(dòng)比分別取1和1.7(2)中心距的計(jì)算為了選擇合適的中心距，可以依據(jù)燃油汽車變速器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)公式來預(yù)先確定兩軸變速器的中心距離A（mm）。A=KA(4.3)式中；KA：中心距系數(shù)；Tmax：1擋的輸出扭矩：Tmax=Temaxigrη=210*1.7*0.95=339.15Nm故可取得初始中心距A為64.86mm，取整為65mm.(3)外型尺寸齒輪箱中齒輪的直徑大小以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布局方式初步?jīng)Q定了橫向外部尺寸。而齒輪箱的軸向尺寸大小與該齒輪箱中齒輪的形狀與數(shù)量以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的形狀有關(guān)。它還設(shè)計(jì)為適合電動(dòng)汽車變速箱的安裝空間。(4)齒輪參數(shù)1)模數(shù)齒輪模數(shù)是齒輪設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一，設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)時(shí)需要考慮齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量等。表4.1和4.2為變速箱常用的齒輪模數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本課題選擇的齒輪為：斜齒輪：。根據(jù)汽車設(shè)計(jì)書p91的表格，最終第二系列的模數(shù)選取為ma=2.75直齒輪：m=3表4.1汽車變速器齒輪的法向模數(shù)mm本型乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L貨車的最大總質(zhì)量ma/t1.0<v<1.61.6<v<2.56.0<ma<14.0ma>14.0模數(shù)ma/mm2.25~2.752.75~3.003.50~4.504.50~6.00表4.2汽車變速器常用的齒輪模數(shù)mm第一系列1.002.53.0第二系列1.752.252.752）齒形、壓力角α、螺旋角β和齒寬b汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表4.3選取，表4.3汽車變速器齒輪參數(shù)齒形壓力角α齒寬b轎車高齒并修形的齒形14.5°~16°250~400一般貨車GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形200200~300重型車同上低擋，倒擋齒輪22.50250小螺旋角當(dāng)壓力角小時(shí)，匹配度大，傳輸穩(wěn)定，噪音低。大的壓力角可以提高齒輪齒的彎曲強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)于汽車，如果要減少噪音，請(qǐng)使用較小的汽車以增加匹配度，而使用較大的汽車以增加卡車裝備的支撐。在經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)中，變速箱齒輪壓力角設(shè)置為15，嚙合套筒或同步器設(shè)置為30，斜齒輪螺旋角設(shè)置為20。為斜齒輪選擇螺旋角時(shí)，重要的是要確保施加在中間軸上的軸向力相互抵消。因此，中間軸上的所有齒輪均為右旋，而第一軸和第二軸上的斜齒輪為左旋。軸向力由外殼通過軸承蓋傳遞。齒輪寬度b的大小直接影響齒輪的承載能力。隨著b的增加，團(tuán)隊(duì)的能力也會(huì)增加。但是，試驗(yàn)尚不清楚，將齒寬增加到一定值后，載荷分布不均勻，齒輪的承載能力降低。因此，應(yīng)選擇盡可能小的齒寬，以幫助減輕齒輪的重量并在確保齒輪強(qiáng)度的條件下減小軸的尺寸。通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：直齒b=(4.5-8.0)m，mmb=8×3=24mm斜齒b=(6.0-8.5)m，mmb=7×2.75=19.25mm其中，可以增大等速嚙合齒輪的齒寬系數(shù)的方式第一軸等速嚙合齒輪對(duì)的齒寬的系數(shù)值可以更大，因此接觸線的長度增加并且接觸應(yīng)力減小，這提高了變速器的平滑度和使用壽命。(5)齒輪齒數(shù)的確定在初步確定中心距等參數(shù)后。依據(jù)前期設(shè)定的傳動(dòng)比確定傳動(dòng)裝置中各個(gè)齒輪的齒數(shù)。傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來分配每個(gè)齒輪的齒數(shù)，圖4.1變速器結(jié)構(gòu)簡圖1)確定一擋齒輪的齒數(shù)（如圖4.1）一擋傳動(dòng)比 igl=Z2/Z1(4.4)為了確定Z1和Z2的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和Z∑：Z∑=2A/m（4.5）其中A=65mm、m=3:故有Z∑=43.33igl=1.7=Z2/Z1；Z1+Z2=43.3;Z1=16.03；Z2=27.3取Z1=16；Z2=27根據(jù)前文對(duì)中心距以及齒輪模數(shù)參數(shù)的選擇可知Z2的理論計(jì)算結(jié)果不是整數(shù)，為了符合實(shí)際加工情況需要根據(jù)取圓整后的Z2校正中心距。根據(jù)修正后的Z∑為39計(jì)算出校正后的中心距為64.5mm。最終1擋齒輪為48mm和81mm。2擋齒輪均為64.5mm2)確定其他擋位的齒數(shù)二擋傳動(dòng)比的計(jì)算 A=mn(Z1+Z2)/2cosβ(4.6)Z3+Z4=2Acosβ/mn=2×64.5×cos200/2.75=44.08(4.7)ig2=Z3/Z4=1Z3=Z4=223)齒輪變位系數(shù)的選擇在齒輪的設(shè)計(jì)過程中，為了避免出現(xiàn)齒輪嚙合時(shí)出現(xiàn)根切現(xiàn)象以及配湊中心距，常常采用變位齒輪代替標(biāo)準(zhǔn)嚙合齒輪，采用變位齒輪還能有效的提高齒輪嚙合的平穩(wěn)性、耐磨性以及抗膠合等能力。變位齒輪又可以分為高度以及角度變位兩類齒輪。其中高度變位齒輪可以有效的提高嚙合齒輪中小齒輪的齒根強(qiáng)度，使其與大齒輪強(qiáng)度相等或相近，但無法提高大齒輪的齒根強(qiáng)度，并且無法降低齒輪嚙合時(shí)的噪音。相比于高度變位齒輪而言，角度變位齒輪具有其所有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能大大提高齒輪嚙合的平穩(wěn)性，大大降低了嚙合時(shí)的噪音。變速器中含有多對(duì)齒輪，為了實(shí)現(xiàn)汽車換擋時(shí)的平順，需要確保每對(duì)齒輪的中心距的大小相等。而由于不同齒輪實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比不同，其齒數(shù)存在差異，因此需要采用變位齒輪配湊中心距。根據(jù)不同變位方式的特點(diǎn)，多齒齒輪常常采用標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)或高度變位方式，使少齒齒輪采用角度變位方式，從而提高變速器整體嚙合性能。根據(jù)上述分析，本課題設(shè)計(jì)的變速器采用角度變位方式。變位系數(shù)的計(jì)算公式為：ξ=（17–Z）/17(4.8)式中；Z為要變位的齒輪齒數(shù)。帶入數(shù)據(jù)可知本次的變?yōu)橄禂?shù)為ξ=(17–l6)/17=0.06。4.2齒輪強(qiáng)度計(jì)算由于不同類型車輛的用途不通風(fēng)，導(dǎo)致不同汽車變速器的類型存在差異，但變速器總體使用條件仍然相近。并且在設(shè)計(jì)不同的汽車變速器時(shí)，在材料的選型以及加工工藝的方式上大同小異。綜上所述，對(duì)于汽車變速箱齒輪的計(jì)算公式可以采用簡化的普通齒輪強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果仍然具有較高的準(zhǔn)確性。(1）直齒輪彎曲應(yīng)力σwσw=F1KσKf/bty(4.9)式中；F1：1擋齒輪的圓周力(N)；d：節(jié)圓直徑(mm)；Kσ：應(yīng)力集中系數(shù)；Kf：摩擦力影響系數(shù)；b：齒寬(mm)；t：端面齒距(mm)；y：齒形系數(shù)。圖4.1齒形系數(shù)當(dāng)處于一擋時(shí)，故由Tg=Temax·i1=210×1.7×1000=357000N*mm(4.10)d1=mz1=3×16=48mm(4.11)F1=2Tg/d1=2×357000/48=14875N(4.12)σW1=14875×1.65×1.1/24×9.42×0.18=663.4MPa(4.13)σW2=14875×1.65×0.9/24×9.42×0.18=542.8MPa(4.14)當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩Temax時(shí)，一擋直齒輪的彎曲應(yīng)力在400~850MPa之間。當(dāng)計(jì)算載荷為輸入軸的最大輸出時(shí)，此時(shí)齒輪的彎曲應(yīng)力為400~850Mpa。(2）斜齒輪彎曲應(yīng)力σwσw=F1KσKf/BtyKg（4.16）式中；B：齒寬(mm)；t：端面齒距(mm)；F2：2擋齒輪圓周力(N)；d：節(jié)圓直徑(mm)；Kσ：應(yīng)力集中系數(shù)；Kf：摩擦力影響系數(shù)； Kg：重合度影響系數(shù)；對(duì)于齒形系數(shù)y可以根據(jù)圖4.1進(jìn)行選取，最終選取結(jié)果為：y=0.14Tg=TemaxZ4/Z3=210000Nmm（4.17）D4=mz/cosβ=2.75×22/cos20=64.38（4.18）F4=2Tg/d4=2×210000/64.38=6523.8N(4.19)σW4=6523.8×1.5*1.1/19.25×8.635×0.14×2=279.84Mpa(4.20)σW3=228.91MPa當(dāng)計(jì)算載荷為輸入軸的最大輸出時(shí)，此時(shí)齒輪的許用應(yīng)力為400~850Mpa之間，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知設(shè)計(jì)符合要求。(3）齒輪接觸應(yīng)力σ為：（4.21）式中；F：齒面上的法向力(N)；F：圓周力（N）；E：齒輪材料的彈性模量（MPa）；b：齒輪接觸的實(shí)際寬度(mm)；ρz、ρb：主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm);直齒輪：ρz=rzsinα(4.22)ρb=rbsinα(4.23)斜齒輪：ρz=rzsinα/cos2β(4.24)ρb=rbsinα/cos2β(4.25)其中，rz、rb分別為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)，第一擋rz、rb分別為23.9和40.6；第二擋rz、rb均為32.25當(dāng)計(jì)算載荷為變速器輸入軸上的載荷時(shí)，變速器中不同擋位的齒輪的許用接觸應(yīng)力ρj見下表：表4.4變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪ρj/MPa滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一擋和倒擋1900~2000950~1000常嚙合齒輪和高擋1300~1400650~700通過計(jì)算可以得出各擋齒輪的接觸應(yīng)力分別如下：一擋：1527.81MPa二擋：977.20MPa對(duì)照上表4-4可知，所設(shè)計(jì)變速器隊(duì)輪的接觸應(yīng)力基本符合要求。4.3確定軸的尺寸對(duì)于傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，首先需要根據(jù)汽車傳動(dòng)裝置整體結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，之后還需要結(jié)合軸的加工方式以及裝配方式。在初步設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)整體尺寸預(yù)估傳動(dòng)軸的尺寸。對(duì)于傳動(dòng)軸直徑的選取，可以根據(jù)類似車型的輸入軸的尺寸為依據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。第一軸：d=(0.4～0.5)A=0.45A=0.45×64.5=29.025mm第二軸：=4.5*=26.75mm(4.26)d與l關(guān)系： 一軸：d/l=0.l6~0.18=0.l7二軸：d/l=0.l8~0.21=0.2所以，一軸：l=d/0.17=29.025/0.17=170.7mm，二軸：l=d/0.2=26.75/0.2=133.75mm。對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行校核是設(shè)計(jì)過程中必不可少的步驟，其主要目的是評(píng)估設(shè)計(jì)的尺寸參數(shù)書否滿足設(shè)計(jì)要求。變速器齒輪在軸上的位置如圖4-3所示：AABabLFFFFF圖4.3軸受力簡圖齒輪嚙合時(shí)的圓周力Ft、徑向力Fr及軸向力Fa為：(4.27)式中；i：傳動(dòng)比；d：齒輪的節(jié)圓直徑；：節(jié)點(diǎn)處壓力角；：螺旋角；：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力（MPa）為(4.28)(4.29)式中W：彎曲截面系數(shù)，mm3；d：軸的直徑；Mc：軸的垂向彎矩；Ms：軸的水平彎矩；[]：許用應(yīng)力。在垂直面內(nèi)輸入軸的撓度及斷面轉(zhuǎn)角為(4.30)(4.31)在垂直面內(nèi)第二軸的撓度及斷面轉(zhuǎn)角為：(4.32)(4.33)式中；r01，r04：齒輪的節(jié)圓半徑； J1，J4：軸斷面的慣性矩。對(duì)于軸向尺寸較大的軸還需要校核其扭轉(zhuǎn)剛度，通常情況下軸單位長度內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角在0.250°~0.350°之間，其計(jì)算公式為：(4.34)式中T：轉(zhuǎn)矩，N·mm；L：軸長，mm；Jp：軸橫截面的極慣性矩，mm4；G：軸材料的剪切彈性模量。經(jīng)過計(jì)算校核后該軸滿足要求。

5同步器的選擇同步器是變速器的主要組成部件之一，其作用是使接合套與待嚙合的齒圈迅速同步，縮短換擋時(shí)間并防止在同步前嚙合而產(chǎn)生換擋沖擊的作用。同步器根據(jù)原理的不同可以劃分為常壓式、慣性式和慣性增力式三類。其中慣性式同步器應(yīng)用最為廣泛。5.1同步器的工作原理同步器工作過程可以分為以下幾個(gè)過程：（1）工作前期，同步器偏離初始位置并沿所在軸的軸向方向移動(dòng)，直到與摩擦面接觸。此時(shí)軸上齒輪的角速度與同步器上滑動(dòng)齒套的角速度存在速度差，因此在摩擦面上存在一個(gè)摩擦力矩，同步器中的鎖銷在該力矩的作用下旋轉(zhuǎn)到鎖止位置，實(shí)現(xiàn)鎖止。（2）工作中期，首先通過換擋手柄帶動(dòng)換擋撥叉進(jìn)行換擋，換擋撥叉又將換擋力傳遞到同步器中的滑動(dòng)齒套上，并且通過工作前期的鎖止原件最終傳遞到摩擦面上。由于齒輪的角速度與同步器上滑動(dòng)齒套的角速度存在速度差，存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此在摩擦面上存在摩擦力。若是擋位增加，則滑動(dòng)齒套在該摩擦力的作用下進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，若是擋位降低，則滑動(dòng)齒套在該摩擦力的作用下進(jìn)行減速運(yùn)動(dòng)，直至速度與齒輪轉(zhuǎn)速相同，實(shí)現(xiàn)速度的同步變換。（3）工作后期，當(dāng)實(shí)現(xiàn)速度的同步變換時(shí)，齒輪的角速度與同步器上滑動(dòng)齒套的角速度相等，因此摩擦面上的摩擦力消失，鎖止元件依然受到換擋力的作用，從而實(shí)現(xiàn)鎖止?fàn)顟B(tài)的解鎖。5.2同步器的參數(shù)的確定(1)摩擦系數(shù)由物理學(xué)的知識(shí)可知，物體表面的摩擦系數(shù)的大小受該物體的材料、表面的粗糙程度以及潤滑方式等條件的影響。通常情況下，實(shí)現(xiàn)同步作用的齒輪通常與接觸錐面為一個(gè)整體，因此材料相同。并且為了保證在同步器正常使用年限中的摩擦系數(shù)相等或相近，通常對(duì)錐面設(shè)計(jì)較高加工精度，減少表面粗糙度。(2)同步環(huán)主要尺寸確定①同步環(huán)錐面上的螺紋槽同步環(huán)錐面上的螺紋槽是同步器設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，該參數(shù)設(shè)計(jì)的合理與否影響了同步器的使用效果以及使用壽命。例如，當(dāng)該參數(shù)設(shè)計(jì)的過小時(shí)，有利于在摩擦錐面間形成油膜，使油膜充分發(fā)揮其作用。但該參數(shù)過小同樣會(huì)減少接觸面積，從而增大接觸面的壓強(qiáng)，最終導(dǎo)致同步環(huán)錐面出現(xiàn)過早磨損的現(xiàn)象。并且通過長期設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該參數(shù)還影響了上述的摩擦系數(shù)，該參數(shù)越小，摩擦系數(shù)隨之越小，同步過程越困難。因此根據(jù)上述分析，齒頂一般不宜過大，螺紋槽參數(shù)相對(duì)設(shè)計(jì)略大。②錐面半錐角口α通過對(duì)錐面受力分析可知，摩擦轉(zhuǎn)矩與錐面的半錐角成反比關(guān)系，但并非半錐角越小越好，因?yàn)楫?dāng)半錐角小于某一值時(shí)裝置將出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，而為了避免出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象需要滿足的條件為：（5.1）式中；：半錐角；：摩擦系數(shù)。通常情況下錐面的半錐角的取值范圍為6°~8°之間，當(dāng)取最小值時(shí)，可以保證獲得最大的摩擦力矩，但對(duì)錐面表面的加工要求增大。③鎖止角鎖止角的選取也是同步器設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。鎖止角的目的是嚴(yán)格控制兩個(gè)偏移部分在擁有相同的角速度時(shí)才允許移動(dòng)。影響該參數(shù)大小選取的因素較多，主要包含錐面的平均半徑、鎖定面的平均半徑以及半錐角。常用的鎖止角在26°~46°。④摩擦錐面平均半徑R摩擦錐面平均半徑受裝置整體尺寸的影響，并且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在允許的范圍內(nèi)，該參數(shù)越大越好。⑤同步時(shí)間同步時(shí)間指的是輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)過同步器的作用而使其速度相等所需要的時(shí)間。根據(jù)同步時(shí)間的定義可知，該參數(shù)越小，說明同步器的同步效果越好。排除同步器自身的結(jié)構(gòu)對(duì)同步時(shí)間的影響外，影響同步時(shí)間大小的外部因素還包括速度差的大小以及摩擦錐面所受軸向力的大小。其中，速度差的大小有擋位傳動(dòng)比決定，軸向力的大小與換擋力的大小有關(guān)。而換擋力的大小又根據(jù)車型的不同而存在差異。因此，同步器的同步時(shí)間可根據(jù)表5.1進(jìn)行選取。 表5.1同步時(shí)間的選取s車型高擋低擋轎車0.15~0.31~1.5貨車0.3~0.81~1.5⑥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算在變速過程中依靠同步器改變速度的零件統(tǒng)稱為輸入零件。這包括離合器的第一軸和驅(qū)動(dòng)盤，中間軸和齒輪以及第二齒輪。與中間軸齒輪嚙合的圓。經(jīng)常嚙合的齒輪。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：首先找到每個(gè)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，然后根據(jù)另一個(gè)擋位切換到同步零件。對(duì)于常規(guī)零件，慣性矩的值通常是通過扭轉(zhuǎn)方法測(cè)量的。該零件未制成。這些零件可以拆卸成標(biāo)準(zhǔn)形狀。并根據(jù)數(shù)學(xué)公式計(jì)算出慣性矩。

6變速器操縱機(jī)構(gòu)變速箱操縱機(jī)構(gòu)允許駕駛員控制擋位，實(shí)現(xiàn)變速箱換擋功能。根據(jù)路況的不同以及目的需求，可以通過操作機(jī)構(gòu)控制變速器完成選擋或換擋目的。根據(jù)操縱桿安裝位置的不同，變速器操縱機(jī)構(gòu)主要分為2類，分別數(shù)直接操縱式和遠(yuǎn)距離操縱式。手動(dòng)擋變速器是一種過人工方式實(shí)現(xiàn)換擋等操縱的變速器，主要由變速桿\叉、撥塊\叉、互\自鎖等主要零部件組成。6.1對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的要求為了通過操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變速箱換擋功能，該裝置必須滿足以下條件：（1）為了防止擋位沖突，在換擋過程中，操縱桿只能正常選擇一個(gè)擋位。（2）為了避免非人為的脫擋與掛擋情況的出現(xiàn)，正常換擋后的相互嚙合的齒輪在軸向上全部嚙合。6.2手動(dòng)換擋變速器的選擇直接操縱手動(dòng)換擋變速器是最為常用的一種變速器，常規(guī)的自動(dòng)擋汽車均采用該方式。這類變速箱的優(yōu)點(diǎn)在于變速箱的安裝位置靠近與駕駛?cè)藛T的操作點(diǎn)，駕駛?cè)藛T可以通過裸露在外的操作桿控制變速箱。在一些特殊類型的汽車中，由于整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，變速箱與駕駛員操作室的相對(duì)距離交大，駕駛員無法直接利用操作桿控制整個(gè)裝置，因此需要輔助裝置幫助駕駛員進(jìn)行控制。其中輔助裝置有多種實(shí)現(xiàn)方式。簡單的輔助裝置有輔助杠桿，復(fù)雜的輔助裝置有一整套傳動(dòng)系統(tǒng)等。通過輔助裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱的變速器叫做遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器。在之后的發(fā)展中，某些轎車或小型貨車為了實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間的目的，將變速桿安裝在轉(zhuǎn)向管中，形成了一種新型的遠(yuǎn)距離傳輸方式，因此該方法也為遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器的一種。通過上述對(duì)直接操縱手動(dòng)換擋變速器和遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器的特點(diǎn)的分析，結(jié)合本課題設(shè)計(jì)汽車的整體結(jié)構(gòu)，最終采用了直接操縱手動(dòng)換擋變速器。6.3變速器自鎖、互鎖、倒擋鎖裝置(1)自鎖裝置通過上述對(duì)變速箱操縱結(jié)構(gòu)的要求分析可知，變速箱中相互嚙合的齒輪在軸向上全部嚙合，以避免非人為的脫擋與掛擋情況的出現(xiàn)。為了防止該現(xiàn)象的出現(xiàn)，常采用自鎖裝置保證相互嚙合的齒輪在軸向上全部嚙合。常用的自鎖裝置采用鋼球?qū)懿孑S進(jìn)行軸向定位鎖死，其原理為：在變速器撥叉軸的正上方的端蓋中含有3個(gè)具有一定深度的小孔，每一個(gè)孔中都包含一根彈簧和一個(gè)鋼球。變速器中所有正對(duì)鋼球撥叉軸的一面沿?fù)懿孑S軸向方位挖有三個(gè)凹槽，并且每個(gè)槽的深度均小于鋼球的半徑，當(dāng)鋼球正對(duì)中間凹槽時(shí)，整個(gè)變速箱正好處于空擋狀態(tài)。而當(dāng)鋼球?qū)?yīng)兩邊緣的凹槽時(shí)，整個(gè)變速箱處于其他工作擋狀態(tài)。并且兩邊緣凹槽到中間凹槽的距離嚴(yán)格控制，使得相互嚙合的齒輪在軸向上全部嚙合或者所有齒輪完全處于非嚙合狀態(tài)。移動(dòng)撥叉時(shí)，當(dāng)凹槽正好處于鋼球上方時(shí)，由于孔內(nèi)彈簧的作用導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的鋼球被放置在凹槽中，導(dǎo)致?lián)懿孑S沿軸向方向被鎖死，無法移動(dòng)，從而避免了非人為的脫擋與掛擋情況的出現(xiàn)。而當(dāng)需要人為換擋時(shí)，只需要人為通過變速桿對(duì)撥叉軸施加一個(gè)能克服彈簧施加給鋼球的壓力的軸向力，即可將鋼球重新退回對(duì)應(yīng)的孔中，從而解除撥叉軸軸向方向的自鎖，這樣撥叉軸可以繼續(xù)沿軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人為換擋過程，當(dāng)撥叉軸將另一個(gè)凹槽移動(dòng)到鋼球正上方時(shí)，鋼球重新被推入到凹槽中，實(shí)現(xiàn)換擋后的自鎖。(2)互鎖裝置根據(jù)上述對(duì)變速箱操縱結(jié)構(gòu)的要求分析可知，在正常的換擋過程中，操縱桿只能正常選擇一個(gè)擋位。為了避免在換擋時(shí)操縱桿同時(shí)選擇多個(gè)擋位，通常采用互鎖裝置保證選擋時(shí)的單一性?；ユi裝置由鋼球和銷組成?；ユi裝置的工作原理為：在空擋狀態(tài)下，上述所有的凹槽、鋼球以及銷處于一條直線上。當(dāng)中間撥叉軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，其軸上兩邊緣的內(nèi)鋼球被推出到凹槽外，同時(shí)外鋼球被推入到凹槽內(nèi)，從而將其余撥叉軸鎖死在空擋狀態(tài)。當(dāng)需要人工換擋時(shí)，需要將對(duì)應(yīng)的軸恢復(fù)到空擋狀態(tài)。在這個(gè)過程中嵌入在凹槽內(nèi)的鋼球被重新推出，與此同時(shí)銷和其它鋼球?qū)⑵溆噍S鎖死在空擋狀態(tài)。同理，通過其余撥叉軸進(jìn)行換擋操作時(shí)，剩下的軸同樣被鎖死在空擋狀態(tài)，保證了變速器處于單擋位的狀態(tài)。

7零件的加工工藝7.1齒輪軸加工工藝齒輪軸是大批量生產(chǎn)的，而在大批生產(chǎn)中．一般多采用專用機(jī)床和常規(guī)加工方法。為提高企業(yè)的競爭力，也應(yīng)該注意采用數(shù)控機(jī)床、數(shù)顯裝置、柔性制造系統(tǒng)(FMS)以及成組技術(shù)等先進(jìn)設(shè)備和先進(jìn)的加工方法。齒輪軸的毛柸均選用45號(hào)鋼(如圖7.1)圖7.1齒輪軸10．下料（45棒料）20．車端面及外圓30．滾齒40．磨外圓50．磨齒60．檢驗(yàn)7.2齒輪加工工藝齒輪為大批量生產(chǎn)件，材料為45（見圖9.2）10．下料20．粗車外圓及端面，留余量1.5～2mm，30．鉆鏜軸承底孔及花鍵孔40．鉗工去毛刺50．上芯軸，精車外圓，端面檢驗(yàn)60．滾齒70．插齒80．倒角90．鉗工去毛刺100．剃齒110．齒部高頻淬火推孔120．衍齒130．總檢入庫圖7.2齒輪7.3端蓋加工工藝端蓋從材料及強(qiáng)度等多方面考慮材料選用08F(見圖10.3)10．下料20．沖壓30．鉆孔40．去毛刺50．最終檢驗(yàn)圖7.3端蓋7.4裝配圖圖7.4裝配圖

8結(jié)論此次設(shè)計(jì)的變速箱旨在確保零件強(qiáng)度，剛度和壽命的條件下減輕重量和體積，并使用材料動(dòng)力學(xué)軸，軸承和其他參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。它將改善車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，提高性能，降低擋位，減輕撞擊噪音，提高設(shè)計(jì)效率，這在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性直接影響車輛的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性。該設(shè)計(jì)滿足快速移動(dòng)，省力，方便，工作效率高，工作噪音低的要求。通過將傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配計(jì)算結(jié)果與原始車輛的要求進(jìn)行比較，可以看到設(shè)計(jì)符合要求。致謝！參考文獻(xiàn)[1]林學(xué)東，汽車工程手冊(cè)[M]，北京：人民教育出版社，2001[2]林學(xué)東，汽車動(dòng)力匹配技術(shù)[M]，北京:人民教育出版社，2001[3]黃曉榮，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]，北京：中國電力出版社2009[4]黃曉榮，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M]北京：中國電力出版社2009[5]陳于萍，互換性與測(cè)量技術(shù)[M],北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008[6]趙先仲，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社2001[7]李富波張海萍，工程制圖與計(jì)算機(jī)繪圖[M]，北京：中國電，力出版社，2005[8]李華，機(jī)械制造技術(shù)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社2003[9]謝剛沈冰，工程力學(xué)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社2001[10]朱孝錄，齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010[11]郭棟,申志朋,葛帥帥,黎洪林,石曉輝.某電動(dòng)汽車減速器殼體變形與傳動(dòng)誤差聯(lián)合試驗(yàn)研究[J/OL].機(jī)械科學(xué)與技術(shù):1-10[2021-03-29]./10.13433/ki.1003-8728.20200327.[12]員汝娜.采用單級(jí)減速器和兩擋變速器的純電動(dòng)汽車性能對(duì)比研究[J].北京汽車,2020(06):28-31.[13]張凱旋,周志康,胡宸瑋,衛(wèi)乃碩,王歡,張華威.電動(dòng)汽車減速器性能優(yōu)化與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].工程與試驗(yàn),2020,60(02):24-27+75.[14]鄒喜紅,向輝,李金曉,席帥杰,胡秋洋.電動(dòng)汽車減速器沖擊疲勞試驗(yàn)方法研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2020,34(06):25-31.[15]張凱旋,周志康,胡宸瑋,衛(wèi)乃碩,王歡,