毕业设计（论文）-EQ140汽车变速器输出轴总成设计.doc

eq140汽车变速器输出轴总成设计摘 要近几年来，我国机动车的数量已经越来越多，而车子的质量也越来越高，对于汽车变速器的发明研究也日益受到重视，已慢慢成为汽车领域的一个重要部分。目前，随着科技的进步，汽车工业的迅速发展，而人类对舒适性的更高要求，使得变速器的发展更加深入。 本次毕业设计进行了东风eq140变速器输出轴总成设计，主要包括对齿轮、轴等等的设计计算。首先，在对东风eq140汽车变速器输出轴进行大量的资料检索和调研之后确定了输出轴和齿轮总体布置方案。变速器为三轴式有级变速器，五个前进档和一个倒档，齿轮型式采用渐开线直齿圆柱齿轮。其次，根据变速器总体设计要求确定了齿轮的传动参数，并对齿轮进行了几何参数计算和强度校核计算。关键词：变速器，传动机构，齿轮，轴，轴承design of eq140 transmission output shaft assembly abstractin recent years, china has been increasing the number of motor vehicles, while increasing the quality of the car, the invention of the automobile transmission is also more and more attention has gradually become an important part of the automotive sector. now, with advances in technology, the rapid development of automobile industry, and human comfort and higher demands, making the transmission more in-depth development. dongfeng eq140 the topics transmission output shaft assembly design, including gear, shaft, and so the design calculations. first of all, dongfeng eq140 auto transmission output shaft to a large number of information retrieval and research after the output shaft and gears to determine the overall layout. a class of three-axis gearbox transmission, the five forward gears and one reverse gear type involute spur gear and the transmission power output device installed. secondly, the general design requirements under the transmission gear of the transmission parameters, and the gear geometric parameters were calculated and strength check calculation. moreover, according to the selected use conditions and requirements of the bearing assembly models, and make the life of the bearing checking and static strength check. key words: transmission, power train, gears, shafts, bearings 朗读显示对应的拉丁字符的拼音eq140汽车变速器输出轴总成设计王肖磊 y660920280 引言近几年来，我国机动车的数量已经越来越多，而车子的质量也越来越高，对于汽车变速器的发明研究也日益受到重视，已慢慢成为汽车领域的一个重要部分。从现代汽车变速器的市场状况和发展来看，全世界的各大厂商都对提高at的性能及研制无极变速器（cvt）的表现积极，汽车业界非常重视cvt在汽车上的实用化进程。然而，因无级变速器技术难度很大，发展相对较慢，从而成为世界范围内尚未解决的难题之一。目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器（mt）、电控液力自动变速器（ect）、金属带（链）式无极变速器（cvt）、电控机械式自动变速器（amt）、双离合器变速器（dct）、及环形锥盘滚轮牵引式无极变速器（ivt）等数种，并具有各自优势，但其中金属带式无极变速器前景看好。东风牌eq140型载货汽车是我国自行设计制造的一种结构新颖，性能先进，节省能源，质量稳重的新颖型载货汽车。在我过四个现代化建设中，东风牌eq140型载货汽车正在源源不断地供应全国。成为汽车运输行业的一支生力军。随着近几年产品的创优改进，尤其从1986年4月起改为eq140型汽车后，汽车结构有了变化。近几年来，东风140汽车陆续用于装备部队，使部队的正规化建设有了更进一步的发展。但目前有为数不少的驾驶员对此车的性能结构特点了解甚少，在使用中不够注意，使车有早期损坏的现象。从现代汽车变速器的市场状况和发展来看，全世界的各大厂商都对提高at的性能及研制无极变速器（cvt）的表现积极，汽车业界非常重视cvt在汽车上的实用化进程。然而，因无级变速器技术难度很大，发展相对较慢，从而成为世界范围内尚未解决的难题之一。目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器（mt）、电控液力自动变速器（ect）、金属带（链）式无极变速器（cvt）、电控机械式自动变速器（amt）、双离合器变速器（dct）、及环形锥盘滚轮牵引式无极变速器（ivt）等数种，并具有各自优势，但其中金属带式无极变速器前景看好。ect变扭器中的自动变速器油（atf）在告诉运动中，由于油液分子间的内摩擦和油液分子与各工作轮叶片表面间的摩擦所消耗的部分能量及汞轮、涡轮窄隙处油液剪切等原因会产生油液温度升高造成功率损失，存在传动效率低油耗较大的不足，另外还存在结构复杂、成本高及维修难度大等较明显缺点。欧洲格特拉克变速箱公司开发的电控机械变速器（amt）则克服了at效率低等缺点，与at相比，具有更大的发展优势。可是，amt依旧需要复杂的电控系统来控制。据该公司预测，到2008年，欧洲50%的mt将会被amt代替，同时部分at市场也将会被amt占领。现代无级变速器传动效率提高, 油门反应快、油耗低,随着汽车技术的进步,已经越来越不满足于液力自动变速器, 希望彻底改进无级变速器, 从实现汽车从有级变速阶段向无级变速阶段的飞跃。福特、奥迪等企业纷纷推出了能够匹配大排量发动机的无级变速器。日前国内的自动档基本上全是液力自动变速器,只有奥迪采用了无级变速器。奥迪无级手动一体式变速箱,其就在原有的无级变速器基础上,进行多项技术上的创新、改进和提高。无极变速装备有自动控制装置, 行车中可根据车速自动调整档位,无需人工操作,省去了许多换档及踏踩离合的工作。其不足之处在于价格昂贵、维修费用很高,而且使用起来比手动档车费油, 因为自动变速器的动力传递是通过液压来完成的, 在工作中会造成动力损失。尤其是低速行驶或堵车中走走停停时,更会增大油耗。1 汽车变速器传动机构方案的确定变速器由传动机构与操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出装置。在分类上常见的有两种方式：按操纵方式来分，可分为强制操纵式变速器、自动操纵式变速器和半自动操纵式变速器；按传动比变化方式来分，可分为有级式变速器、无级式变速器和综合式变速器。1）有级式变速器，具有若干组齿轮搭配，提供具有固定比值的传动比。无级式变速器，在一定的传动比范围内实现无限多级速比的变化。综合式变速器的传动比可在最大值与最小值之间的几个间断的范围内实现变化。有级式变速器与无级式变速器相比，其结构简单、造价低廉，具有较高的传动效率，因此在各种类型的汽车上均得到了广泛的应用。2）有级式变速器根据轴的不同类型，又可分为固定轴式和旋转轴式两大类。固定轴式又分为二轴式、三轴式和多轴式；旋转轴式采用行星齿轮传动，可得到较大的传动比，但结构复杂，在齿轮式变速器中很少采用。二轴式变速器低档齿轮副的两齿轮大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多，因此小齿轮的寿命比大齿轮的短。此外，二轴式变速器虽然可以得到等于1的传动比，但仍要有一对齿轮传动，因而有功率损失。三轴式变速器与二轴式变速器相比，克服了上述缺点，三轴式变速器将输入轴和输出轴直接相连，得到直接档，因而得到较高的传动效率，磨损及噪声也较小，且在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得较大的一档传动比。因此，对于专用汽车，采用三轴式有级变速器是非常有利的。3）档数说明变速器档数多少对汽车的动力性、经济性影响很大。档数多，可以使发动机经常在最大功率附近的转速工作，而且使发动机转速变化范围小，发动机平均功率高。同时，档数多也增加了发动机在低油耗区工作的可能性。故可提高汽车的动力性和经济性。此外，档数多，则相邻的低档与高档间传动比的比值小，因而换档容易。但档数多的缺点是使变速器的结构复杂，操纵不便，质量增大。不同类型汽车的变速器档数也不相同。一般地，轿车由于最低档与最高档间传动比范围小，常用三档和四档变速器，但为了降低油耗，变速器档数有增加的趋势。吨位大的汽车比吨位小的汽车档数多，总质量在3.5t以下的多采用四档变速器，总质量为3.510t的多采用五档变速器，总质量大于10t的多采用六档变速器。因此，根据任务书要求本课题设计采用五档变速器。4）前进档档位的布置方案图1.1为本课题设计的专用汽车变速器传动机构前进档档位的布置方案图，第一轴作为输入轴，其前端借离合器与发动机曲轴相连，第二轴作为输出轴，其后端通过凸缘与万向传动装置相连。由于变速器在低档工作时作用有较大的力，所以三轴式变速器的低档布置在靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样既能使轴有足够的刚性，又能保证容易安装。第一轴上的齿轮外径，应该比壳体前壁轴承孔的尺寸小，因为它要经过该孔拆装。图1.1 前进档布置方案如图1.1所示，齿轮c1与第一轴制成一体，与齿轮c2构成常啮合传动齿轮副。齿轮11、21、31和42都固定在中间轴上，滑动齿轮12以其内花键与第二轴上的外花键相联接，可利用拨叉进行轴向移动，而齿轮41、22和32则利用滚针轴承空套在第二轴上。5.倒档型式倒档采用双联齿轮，利用中间轴上的档齿轮，其优点是减少了一对齿轮副，缩短了中间轴的长度，减轻总体质量，布置方案如图1.2所示。图1.2 倒档布置方案综上所述，本次设计主题eq140汽车变速器输出轴总成设计，为三轴式有级变速器，五个前进档和一个倒档，齿轮型式采用渐开线直齿圆柱齿轮，且变速器加装动力输出装置，其总体布置方案如图1.3所示：图1.3 eq140汽车变速器传动机构总体布置图中符号为：c1第一轴常啮合齿轮 c2中间轴常啮合齿轮 41第二轴四档齿轮42中间轴四档齿轮32第二轴三档齿轮31中间轴三档齿轮22第二轴二档齿轮 21中间轴二档齿轮12第二轴一、倒档齿轮11中间轴一、倒档齿轮d1、d2倒档双联齿轮1.1 变速器的功用及设计要求变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，又称变速箱。它作为汽车动力系统重要的组成部分，主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩和转速，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的不同需求。此外，变速器还用于使汽车能倒退行驶和在起动发动机以及汽车滑行或停车时使发动机与传动系保持分离；必要时还应有动力输出功能。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求。1 应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。2 设置空档，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 工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。4 重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。5 传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。6 噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。7 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。8 需要时应设计动力输出装置。1.2 变速器传动机构的型式选择与结构分析变速器的种类很多，按其传动比的改变方式可以分为有级、无级和综合式的。有级变速器4按根据前进档档数的不同，可以分为三、四、五档和多档变速器；而按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线式和综合式的。其中固定轴式应用广泛，有两轴式和三轴式之分，前者多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，而后者多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。 1.2.1 三轴式变速器与两轴式变速器现代汽车大多都采用三轴式变速器。以下是三轴式和两轴式变速器的传动方案。三轴式变速器如图1.4所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此。在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：处直接档外其他各档的传动效率有所下降。图1.4 轿车三轴式四档变速器1.第一轴；2.第二轴；3.中间轴两轴式变速器如图1.5所示。与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力-传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量降低6%10%。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。如图所示，两轴式变速器的第二轴（即输出轴）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。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；个档的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，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，如图示。两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限（ig=4.04.5）也受到较大限制,但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。图1.5两轴式变速器1.第一轴；2.第二轴；3.同步器由于本设计的汽车是发动机前置，后轮驱动，因此采用三轴式变速器。1.2.2 变速器主传动方案的比较图1.6是三轴式五档变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接档。使用直接档，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少因为直接档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进档位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一档以外的其他档位的换档机构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接档以外的其他档位工作时，三轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数相同的条件下，各种三轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换档方式和倒档传动方案上有差别。图1.6a所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图1.6b、c、d所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图1.6d所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，形成一个只有四个前进档的变速器.以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。变速器用图1.6c所示的多支承结构方案，能提高轴的刚度。这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。图1.6c所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。图1.6三轴式五档变速器传动方案1.2.3 倒档的布置方案常见的倒档结构方案有以下几种：图1.7a为常见的倒挡布置方案。在前进档的传动路线中，加入一个传动，使结构简单，但齿轮处于正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。此方案广泛用于轿车和轻型货车的四档全同步器式变速器中。图1.7b所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。某些轻型货车四档变速器采用此方案。图1.7c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图1.7d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而经常在货车变速器中使用。图1.7e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图1.7f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图1.7g所示方案。其缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。综合考虑，本次设计采用图1.7f所示方案的倒档换档方式。图1.7 倒档的布置图1.3 变速器主要零件的结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式等因素。1.3.1 齿轮型式齿轮形式有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿轮。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。但是，在本设计中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动方案，即除一档外，均采用斜齿轮传动。1.3.2 换档结构型式现在大多数汽车的变速器都采用同步器换档。采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中。在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以免齿间冲击和发生噪声。其结构及工作原理将在第六章重点讲解。1.3.3 轴承型式变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。在本设计中，第一轴常啮合齿轮及第二轴上齿轮由于内腔尺寸较小，所以采用滚针轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承按直径系列选用深沟球轴承或圆柱滚子轴承。中间轴前、后轴承采用圆锥滚子轴承。1.4 传动方案的最终设计通过对变速器型式、传动机构方案及主要零件结构方案的分析与选择，并根据设计任务与要求，最终确定的传动方案如图1.8所示。其传动路线：1档：一轴12中间轴1099、11间同步器二轴输出2档：一轴12中间轴875、7间同步器二轴输出3档：一轴12中间轴655、7间同步器二轴输出4档：为直接档，即一轴11、3间同步器二轴输出5档：一轴12中间轴431、3间同步器二轴输出倒档：一轴12中间轴1213119、11间同步器二轴输出图1.8 五档变速器结构简图2 齿轮的设计计算齿轮传动是机械中应用最广泛的一种机械传动型式，具有以下几方面的特点：（1）瞬时传动比恒定；（2）传动比范围大，可用于减速或增速；（3）速度（指节圆圆周速度）和传递功率的范围大，可用于高速、中速和低速的传动；功率可从小于到；（4）传动效率高，一对高精度的渐开线圆柱齿轮，效率可达99以上； （5）结构紧凑，适用于近距离传动；（6）工作可靠，寿命较长；（7）可实现平行轴、任意角相交轴、任意角交错轴之间的传动。但是，除上述优点之外，齿轮传动还有其不足之处：（1）制造成本较高，某些具有特殊齿形或精度很高的齿轮，因需要专用或高精度的机床、刀具和量仪等，故制造工艺复杂，成本高；（2）精度不高的齿轮，传动时噪声、振动和冲击大，污染环境；（3）齿轮传动无过载保护作用。齿轮传动类型的选择应遵循以下原则：（1）满足使用要求，如对传动结构尺寸、重量、功率、速度、传动比、寿命、可靠性的要求等。对以上要求应作全面而深入的分析，满足主要的要求，兼顾其他。（2）考虑工艺条件，如制造工艺水平、设备条件和生产批量等。（3）考虑合理性、先进性和经济性等。齿轮按照其结构不同，可分为圆柱齿轮和圆锥齿轮。按照齿线不同，圆柱齿轮又可分为直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮等，圆锥齿轮又可分为直齿锥齿轮和圆弧锥齿轮等。按照齿形不同，可分为渐开线齿轮和圆弧齿轮等。汽车中多使用渐开线圆柱齿轮，其优点是制造加工方便，易于进行精确加工；可进行变位切削及各种修形、修缘，以适应提高传动质量的要求；传动的速度和功率范围大，且传动效率高，一对闭式渐开线圆柱齿轮传动的效率可达，精度愈高，效率愈高；互换性好，对中心距的敏感性小，装配和维修比较简便。2.1 主要参数的确定1）任务书的原始传动参数整车外形(mm)：860024803100总质量/额定载质量/整备质量(kg)：14490/7300/6995轴距(mm)：5000最高车速(km/h) ：90发动机最大功率：最大功率转速：发动机最大转矩：最大转矩转速：变速器前进档数：传动比范围：2）变速器总体设计要求参数根据变速器总体设计要求，选定以下参数：齿轮模数的选取：齿轮模数是一个重要的参数，并且影响他的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。表2.1模数选取车型乘用车的发动机排量v/l货车的最大总质量m/t1.0v=1.61.6v=14.06.0m14.0模数m/mm2.252.752.753.03.504.504.506.00啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿形。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。根据表2.1，其取用范围是：乘用车和总质量m在1.814t的货车为2.03.5mm；总质量m大于14t的货车为3.55.0mm。选取较小的模数值可使齿数增多，有利于换挡。齿轮模数：压力角：螺旋角：b= 齿轮齿顶高系数：顶隙系数：齿轮齿数和：理论主中心距：实际主中心距：啮合角：变位系数和：中心距变动系数：齿高变动系数：全齿高： 各档齿轮齿数：，各档传动比：3）齿轮的强度计算（1）直齿轮的弯曲应力式中，为弯曲应力（mpa）; 为圆周力（n），=2；为计算载荷（）;d为节圆直径（mm）；为应力集中系数，可近似取=1.65; 为摩擦力影响系数，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；b为齿宽（mm）；t为端面齿距（mm），t=pm，m为模数；y为齿形系数，如图2.1所示。图2.1 齿形系数图因为齿轮节圆直径d=mz，式中z为齿数,所以将上述有关参数代入上面的式子得一档齿轮为直齿轮：=2802n=1.65=0.9m=4.5z=42=1y=0.16 当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大扭矩时，一档直齿轮的弯曲应力在400850mpa之间。（2）斜齿轮弯曲应力式中，为圆周力（n），=2/d；为计算载荷（nmm）；d为节圆直径（mm），d=z/ ，为法向模数（mm）；z为齿数；b为齿宽（mm）；t为法向齿距（mm）, t=p；为重合度影响系数，取2.0；选择齿形系数y时，按当量模数在图（2.1）中查得。将上述有关参数代入式子得二档齿轮为斜齿轮：=1617=1.5d=z/ =4.339/=176.33t=p=3.144.3=13.5b=28y=0.188=2=194mpa依据计算二档齿轮的方法可以得出其他档位齿轮的弯曲应力，其计算结果如下：三档：=202mpa四档：=180mpa当计算载荷取作用到第一轴上的最大扭矩时，对常啮合齿轮和高档齿轮，许用应力在180350mpa范围内，因此，上述计算结果均符合弯曲强度要求。(3) 齿轮接触应力 （2.1） 式中， - 齿轮的接触应力（mpa）； f - 齿面上的法向力（n），； - 圆周力在（ n）， ； - 节点处的压力角（）； - 齿轮螺旋角（）；e - 齿轮材料的弹性模量（mpa），查资料可取e=2.1mpab - 齿轮接触的实际宽度，直齿：b=m 斜齿：b=为齿宽系数，取4.5-8之间。而m（）为齿轮模数，得出=22.5mm =25.8mm 30.1mm mm-主、从动齿轮节点处的曲率半径（mm）；直齿轮： 斜齿轮： 其中，分别为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如下：一档和倒档：渗碳齿轮：1900-2000mpa 液体碳氮共渗齿轮：950-1000mpa常啮合齿轮高档： 通过计算可以得出各档齿轮的接触应力分别如下：一档：=1924.34 二档：=1321.25 三档：=1264.18 四档：=1212.84 对照上表可知，所设计变速器齿轮的接触应力基本符合要求。2.2 各档齿轮的转矩和转速计算：一方面，根据发动机最大转矩计算得各档齿轮的转矩。另一方面，根据主减速器传动比，爬坡能力档时、其余档时，专用汽车总质量，车轮滚动半径，传动系统传动效率，以及齿轮副啮合传动效率，由公式计算得各档齿轮的转矩，结果如表2.2所示：表2.2 各档齿轮的转矩计算齿轮转矩直接档c1c2-档4142 档 3132档2122档11122.3 齿轮材料和精度的选择1.齿轮材料的选择选择齿轮的材料为钢，经渗碳淬火低温回火热处理，渗碳深度为0.81.2mm，表面硬度为5662hrc，心部硬度为240300hb。由文献1查得：齿轮接触极限应力：齿轮弯曲极限应力：2.齿轮精度的选择齿轮总是有误差的。为了达到对齿轮传动质量和承载能力的要求，必须将误差控制在一定的允许范围内，即要求齿轮具有一定的精度。齿轮的误差包括齿部误差和齿坯（非齿部）误差。根据使用要求，齿轮齿部的误差可分为：（1）与传递运动准确性有关的误差。这种误差使齿轮在一转内回转角度不均匀，使传动比发生变化。（2）与传动工作平稳性有关的误差。这种误差使齿轮在一齿转角内回转不均匀，它与运转时的振动和噪声相关。专用汽车和车辆齿轮要求传动平稳，振动和噪声小，就特别要控制这类误差。（3）与齿面接触的贴合程度和接触位置的合理性有关的误差。由于低速重载齿轮要求较高的接触精度，故对此类误差提出的要求也较高。1）齿轮精度等级的确定齿轮精度直接关系到传递运动的准确性，工作的平稳性（振动、噪声）和齿面接触精度（接触强度和弯曲强度）。所以齿轮精度高低应与上述对齿轮工作要求的严格程度有关。专用汽车对工作平稳性和接触精度要求比对运动精度的要求高，应主要按工作平稳性和接触精度的要求来选取齿轮的精度等级。最能定量地影响这两项指标的是齿轮分度圆工作线速度，但载荷因素也应予以考虑。齿轮精度等级应根据使用性能要求和制造工艺条件及成本来综合平衡决定。精度越高，传动性能和承载能力也越好。根据文献3p140推荐齿轮侧隙选用fj。根据齿轮使用要求、分度圆工作线速度、传递功率等因素确定齿轮第组公差精度等级为8级，第、组公差精度等级为7级。根据齿轮模数、分度圆直径以及第组精度查文献4确定齿轮齿厚上下偏差代号为gj。故齿轮精度等级为8-7-7 gj gb10095-88。2）齿坯精度（1）齿轮安装定位孔和滚针轴承的配合精度齿轮径向定心面的配合精度对齿轮工作性能和使用寿命的影响是很大的。安装定位面配合间隙过大，影响齿轮的径向跳动，关系到运动的均匀性。由文献3根据齿轮的使用要求和工艺条件，确定安装定位孔的尺寸和形位公差为it8，则与齿轮配合的滚针轴承的形位公差为it7。（2）安装定位端面圆跳动加工中定位圆跳动的大小直接影响齿轮精度。必须了解齿轮加工中的定位基准，使之验和安装的定位基准相一致，并确定安装定位基准的精度。制齿前若能保证制齿的齿形和齿向67级精度，经过热处理变形后，齿部精度降低11.5级，可达79级，而定位端面的圆跳动亦降低相应的精度等级。参考文献3选定齿轮安装定位轮毂端面圆跳动精度为8级。（3）安装齿轮的壳体孔中心线的形位公差和中心距公差齿轮壳体孔中心距精度直接影响到齿轮副的重合度，从而影响齿轮的工作平稳性。根据齿轮工作性能的需要和实际工艺条件的可能性，由于齿轮第公差组精度等级为7级，故查文献3取壳体孔中心距的极限偏差为it9。2.4 齿轮的几何计算2.4.1 常啮合齿轮的几何计算1）变位齿轮传动特点由于壳体孔的加工误差、轴的变形、花键定心面相对轴承孔的偏心以及诸如轴承、轴承座和花键副的间隙等的影响，齿轮副中心距同壳体中心距是有差别的。而标准齿轮在现代汽车制造业中的采用愈来愈受到限制，这是因为：（1）标准齿轮的齿数不能太少（），因而使传动机构不够紧凑；（2） 标准齿轮不适用于实际中心距与标准中心距不相等的场合； （3）标准齿轮的大小齿轮磨损不均匀。因此，为了改善标准齿轮的上述缺陷，提高传动质量，变速器传动机构中的齿轮均采用变位齿轮。变位齿轮就单个齿轮来说有正变位齿轮和负变位齿轮之分。正变位齿轮的变位系数；负变位齿轮的变位系数。正变位齿轮轮齿根部齿厚增大，从而提高了弯曲强度，还可以消除齿数少的齿轮的根切现象，以及改善齿轮啮合性能。根据变位系数总和的不同，变位直齿圆柱齿轮传动可分为高度变位齿轮传动和角变位齿轮传动两种。（1）高度变位齿轮传动，两个齿轮的变位系数和大小相等，符号相反。一般小齿轮为正变位，大齿轮为负变位，即：，。这种变位齿轮传动，齿轮的齿顶高和齿根高已不是标准值（全齿高仍为标准值），但其啮合的实际中心距仍等于标准齿轮中心距，即：，分度圆与节圆重合，啮合角等于分度圆压力角，即：。（2）角变位齿轮传动中两轮的变位系数之和。它又可分为，称为正传动；，称为负传动。角度变位齿轮传动不仅齿轮的齿顶高和齿根高不是标准值，而且，为了保持齿轮传动中的标准径向间隙，两轮齿顶降低了，全齿高也不是标准值，此时全齿高为，称齿高变动系数。此外，这种变位齿轮传动的实际啮合中心距与标准中心距不等，即：，分度圆与节圆不重合，啮合角也与分度圆压力角不等，即：。因此，本课题设计采用角变位齿轮传动。2）变位系数的选择根据啮合角及变位系数和由文献1查得小齿轮变位系数为，则大齿轮变位系数为：。3.几何尺寸计算分度圆直径：基圆直径：节圆直径：齿顶高：齿根高：齿顶圆直径：表2.3选用不同变位系数时的常啮合齿轮计算参数方案一0.680-0.2177.2543.38382.508192.76665.840160.220-0.053-1.5151.4921.8503.2351.2070.8233531.84356.1552.4.2 齿轮的结构设计根据各个齿轮的直径及配合要求，确定第一轴常啮合齿轮与中间轴档齿轮为齿轮轴；第二轴、档及中间轴档常啮合齿轮为实心式；第二轴、档及中间轴档常啮合齿轮为腹板式。第二轴至档齿轮，以及第一轴常啮合齿轮均加一齿圈，用以接合套换档。各齿轮的具体结构设计参见齿轮零件图。2.5 齿轮的强度校核变速器齿轮的损坏有轮齿折断、齿面点蚀和齿面胶合这几种形式。为避免齿轮损坏，需降低轮齿应力，提高重合度，提高齿面硬度，采用许用应力大的钢材等。本节对齿轮进行强度的校核。2.5.1 常啮合齿轮的强度校核1.齿宽的确定轮齿的工作宽度与承载能力有直接关系。齿宽太小将导致齿轮强度不够，工作不可靠，寿命短。齿宽系数取大些可以使中心距及直径减小，但是齿宽越大，载荷沿齿宽分布不均的现象就越严重。硬齿面齿轮齿面不易跑合，应以较窄齿宽为宜，支承刚度差和齿轮制造精度低的齿轮也应采用较窄齿宽。根据文献3选定齿宽系数为，由公式 （2.2）齿轮模数，其值为。故： 根据传动机构总体尺寸布置要求，取常啮合齿轮齿宽分别为，。 3 轴的设计计算轴是组成机械的重要零件之一，用来安装各种传动零件，使之绕其轴转动，传递转矩或回转运动，并通过轴承与机架或机座相联结。轴与其上的零件组成一个组合体轴系部件，因此，在轴的设计时，不能只考虑轴本身，必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。轴按受载情况分为：（1）转轴：支承传动机件又传递转矩，即同时承受弯矩和扭矩的作用。（2）心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，即只承受弯矩作用。心轴又可分为固定心轴（工作时轴不转动）和转动心轴（工作时转动）两种。（3）传动轴：主要传递转矩，即主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。按结构形状分为：光轴和阶梯轴；实心轴和空心轴。按几何轴线分为：直轴、曲轴和钢丝软轴。按截面分为：圆形截面和非圆形截面。轴的设计应满足下列几方面的要求：在结构上要受力合理、尽量避免或减少应力集中，足够的强度（静强度和疲劳强度），必要的刚度，特殊情况下的耐腐蚀性和耐高温性，高速轴的振动稳定性及良好的加工工艺性，并应使零件在轴上定位可靠、装配适当和装拆方便等。根据变速器传动机构布置方案，第一轴、第二轴和中间轴均采用阶梯轴的形式，而倒档轴采用光轴的形式。3.1 变速器轴的结构和尺寸3.1.1 轴的结构第一轴通常和齿轮做成一体，前端大都支撑在飞轮内腔的轴承上，其轴径根据前轴承内径确定。该轴承不承受轴向力，轴的轴向定位一般由后轴承用卡环和轴承盖实现。第一轴长度由离合器的轴向尺寸确定，而花键尺寸应与离合器从动盘毂的内花键统一考虑。第一轴如图3.1所示： 图3.1 变速器第一轴第二轴制成阶梯式的以便于齿轮的安装，从受力及合理利用材料来看，也是需要的。各截面尺寸不应该相差悬殊，轴上共磨削用的砂轮越程槽处的应力集中会引起轴断裂。第二轴安装同步器齿座的花键采用渐开线花键且以打径定心更宜。当一档，倒档采用滑动齿轮挂档时，第二轴的相应的花键则采用矩形花键及动配合。第二轴如图3.2所示：图3.2 变速器第二轴中间轴分为旋转轴式和固定轴式。本设计采用的是旋转轴式传动方案。由于一档和倒档齿轮较小，通常和中间轴做成一体，而高档齿轮则分别用键固定在轴上，以便齿轮磨损后更换。中间轴如图3.3所示： 图3.3 变速器中间轴3.1.2 确定轴的尺寸三轴式变速器的第二轴与中间轴的最大直径d可根据中心距a（mm）按下式初选： （3.1）第一轴花键部分直径可根据发动机的最大转矩（nm）按下式初选： （3.2）变速器轴的径向及轴向确尺寸对其刚度的影响很大，且轴长与轴径应协调。轴的最大直径d与支撑间的距离l可按下列关系式初选：对第一轴及中间轴： （3.3） 对第二轴： （3.4）3.2 第二轴的结构设计1)选择轴的材料选择轴的材料为钢，经渗碳淬火回火处理，由文献9查得材料的力学性能数据为：抗拉强度：屈服强度：弯曲疲劳极限：扭转疲劳极限：表面硬度：5662hrc2)初步估算轴径根据文献9公式 （3.5）计算系数，由文献9查得；第二轴所传递的功率，因为发动机最大功率为，当变速器挂直接档时，第二轴所传递的功率最大，所以；第二轴的工作转速，因为发动机最大功率转速为，所以第二轴的工作转速为。因此，第二轴的输入端轴径为：所以，圆整取3)轴的结构设计a）确定轴的各段直径根据变速器传动机构布置方案选用两个相同的k型向心滚针轴承作为第二轴前轴承，其型号为k303820，装该轴承的轴径即为。定位轴肩按半径放大，取第二段轴径，档与档齿轮之间采用接合套换档，在两齿轮之间需装一个齿座，装齿座处的轴段需开外花键，与齿座的内花键啮合，而第二轴档齿轮与轴之间用一个k404830型向心滚针轴承联接，该齿座和轴承均装在第二段轴段上。非定位轴肩按半径放大，取第三段轴径，该轴段上装一个k485630型向心滚针轴承，联接第二轴与档齿轮。档和档齿轮之间采用花键轴作为啮合齿座，该花键轴轴径取。根据螺纹规格取轴端装六角开槽螺母的轴径。装法兰盘的轴段需开外花键，与法兰盘内花键啮合，由于装齿座处的轴径为，考虑到加工方便，减少制造成本，取该轴径也为，该轴段上还需装一个o形密封圈，根据密封圈标准件规格，选取密封圈型号为