1.4l排量4x2型轿车5档手动变速器设计

毕业设计1.4L排量4X2型轿车5档手动变速器设计102011108石卫刚机械工程系学生姓名： 学号： 系 部： 刘申全机械设计制造及其自动化专 业： 指导教师： 二一四年 六 月诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 1.4L排量4X2型轿车5档手动变速器设计系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 102011108 学生： 石卫刚 指导教师（含职称）： 刘申全(副教授) 专业负责人： 田静 1设计的主要任务及目标 根据轿车的车型特点和性能要求，设计一款5档手动变速器。 具体内容：变速器传动机构布置方案；零、部件结构方案；变速器主要参数的选择；变速器的设计与计算；同步器设计。 原始参数如下：原始参数如下： 整机质量： 1720kg 总传动比： 3.7 最大马力： 131PS 最大功率： 96kW 最大功率转速： 5000rpm 最大扭矩： 155Nm 最大扭矩转速： 1750-3500rpm设计方法：比拟设计、经验核算、图纸绘制2 设计的基本要求和内容 设计图纸不少于2张A0图； 毕业设计论文一份，字数不少于20000字；3 主要参考文献1 王望予. 汽车设计M. 北京：机械工业出版社，20122 陈家瑞. 汽车构造M . 北京：机械工业出版社，20003 成大先. 机械设计手册M. 北京：化学工业出版社，2004.54 其他网络检索到的相关资料4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1进行调查研究，查阅资料，完成开题报告2014.02.152014.03.082了解变速器的工作原理及工作步骤2014.03.92014.04.0123确定总体方案，完成原理方案设计2014.04.132014.04.224 计算设计绘图2014.04.232014.05.235撰写并编制论文、打印，准备毕业答辩资料2014.05.252014.06.51.4L排量42型轿车5档手动变速器设计摘要：本次设计是在给定发动机功率、输出转矩、转速及总传动比、整机质量等条件下，结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算，并对变速器的传动方案和结构形式进行设计，同时对同步器的结构进行设计，从而提高汽车的整体性能。关键词：变速器，齿轮，两轴式，同步器The design of 5 block manual gearbox at 42 car with 1.4L emissionAbstract: This design is in a situation with given engine power, torque, speed and the total transmission ratio, vehicle quality conditions, combined with the automobile design, automobile theory, knowledge of mechanical design, focusing on the design and calculation of structural parameters of transmission gear, shaft structure and size, and the design of transmission scheme and structure style of gearbox and the design of the operating mechanism and the synchronizer structure, so as to improve the overall performance of the car. Key Words: Transmission. Gear, Two-axis type , Synchronizer 目 录1前 言12 变速器的总体方案设计32.1变速器设计的基本要求32.2变速器传动机构的布置方案32.2.1 固定轴式变速器32.2.2 倒档布置方案62.2.3 传动方案的最终设计62.3 变速器零、部件结构方案分析72.3.1 齿轮形式72.3.2 换档机构形式82.3.3 变速器轴承83 变速器主要参数的选择和计算93.1 本设计的数据准备93.2 档数和传动比范围93.2.1 档数93.2.2 传动比范围93.3 主要参数的计算103.3.1 最小传动比的确定103.3.2 最大传动比的确定103.3.3 档位数的确定123.4 中心距A123.5 外形尺寸134 变速器各档齿轮的设计及计算144.1 齿轮参数的选择144.1.1 模数144.1.2 压力角154.1.3 螺旋角154.1.4 齿宽154.1.5 齿轮变位系数的选择原则164.1.6 齿顶高系数164.2 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算174.2.1一档齿数及传动比的确定174.2.2 对中心距A进行修正174.2.3 二档齿数及传动比的确定184.2.4 三档齿轮齿数及传动比的确定184.2.5四档齿轮齿数及传动比的确定194.2.6五档齿轮齿数及传动比的确定194.2.7 倒档齿轮齿数及传动比的确定204.3变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整214.3.1 一档齿轮的变位214.3.2 倒档齿轮的变位224.3.3 齿轮螺旋角的调整234.4 总结各档齿轮参数245 变速器齿轮的校核265.1 齿轮材料的选择原则265.2 变速器齿轮弯曲强度校核265.2.1 直齿轮弯曲应力265.2.2 斜齿轮弯曲应力295.3 变速器齿轮接触强度校核325.3.1 轮齿接触应力325.3.2 各档齿轮接触强度校核336 变速器轴的设计与校核386.1 计算各轴的转矩386.2 轴的结构和尺寸设计386.3 轴的强度验算396.3.1 计算齿轮的受力406.3.2 轴的刚度验算406.3.3 轴的强度计算427 变速器同步器与操纵机构的设计497.1 同步器设计497.1.1同步器的功用及分类497.1.2锁环式同步器497.1.3 主要参数的确定527.2 操纵机构设计547.2.1 变速器操纵机构设计要求547.2.2 换档位置设计557.3 变速器壳体56结 论58参 考 文 献59致 谢60III太原工业学院毕业设计1 前 言 随着经济和科学技术的不断的发展，汽车工业也渐渐成为我国支柱产业，汽车的使用已经遍布全国。人民生活水平的不断提高，汽车作为消费品已进入平常家庭。尽管近年来，自动变速器和无级变速器技术迅猛发展，对长期以来主导市场地位的手动变速器产生很大冲击，但手动变速器已应用了很长一个时期，经过反复改进，成为现在的形式，制造技术趋于成熟化，与其它种类变速器相比较，但是从目前市场的需求和适用角度来看，我认为手动变速器不会过早的离开。首先，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，还需要变速器的全力协助。其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历郊深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。 第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。随着我国汽车工业不断的壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题。在面临着前所未有的机遇的同时，不得不承认在许多技术上，我国与发达国家还有一定的差距，所以我们要努力为我国的汽车工业做出应有的贡献。经过这几年的刻苦学习，我掌握了多门基础知识和专业知识。在大学毕业，即将走向工作岗位之际，按国家教委和学校的要求，我进行了对轿车五档变速器的设计。毕业设计是对每个大学生进行知识掌握与实际运用的一次大检阅，充分体现了一个设计者的知识掌握程度和创新思想。通过本次设计，我将进一步巩固所学的知识，提高实际运用能力，并为以后参加工作打下扎实的基础。 在汽车变速箱100多年的历史中，主要经历了从手动到自动的发展过程。目前世界上使用最多的汽车变速器为手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手自一体变速器（AMT）、无级变速器（CVT）、双离合变速器（DCT）五种型式。它们各有优缺点：MT的节能效果最好、经济性娱乐性强，但对驾驶技术要求高；AT的节能效果差一些，但是操作简单、舒适性好、元器件可靠性高；AMT具备前两者的优点，但在换档时会有短暂的中断，舒适性差一些；CVT结构简单、效率高、功率大、车速变化平稳，但它的传动带容易损坏，无法承受较大的载荷；DCT结合了手动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。 从现代汽车变速器的市场状况和发展来看，全世界的各大广商都对提高AT的性能及研制无级变速器CVT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、电控液力自动变速器、金属带链式无级变速器、电控机械式自动变速器、双离合器变速器及环形锥盘滚轮牵引式无级变速器等数种，并具有各自优势，但其中金属带式无级变速器前景看好。总之, 变速器是汽车除发动机外的主要装置之一，伴随着汽车技术更新换代和市场需求，在向实现理想变速器发展过程中将会取得更加巨大的成就。变速器会应对市场要求朝操纵舒适、轻柔、传动效率高、低油耗、环保与低噪声方向发展，汽车变速器市场的需求量将继续持续增长。 2 变速器的总体方案设计 汽车传动系是汽车的核心组成部分，其任务是调节、变换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满足汽车的使用要求。变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。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。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展，轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。2.1变速器设计的基本要求 变速器设计的基本要求为： 1）工作可靠。变速器不得有跳档、乱档及换档冲击等现象发生。 2）保证汽车有必要的经济性和动力性。 3）设置空档，用来切断发动机的动力传输。 4）设置倒档，使汽车能变速倒退行驶。 5）设置动力输出装置。 6）变速器应有高的工作效率。7）换档迅速、省力、方便。8) 工作噪声低。除此之外，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。2.2变速器传动机构的布置方案2.2.1 固定轴式变速器 机械式变速器传动机构布置方案主要有两种：两轴式变速器和中间轴式变速器。中间轴式变速器，如图1.1所示，多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的汽车上。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：除直接档外其他各档的传动效率有所下降。 图1.1 中间轴式变速器 而两轴式变速器，如图1.2所示，多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传动，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档速比不能设计的很大。两轴式变速器的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；各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。图1.2 两轴式变速器 综上所述，由于此次设计的1.4L轿车变速器的驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且可布置变速器的空间较小，对变速器的要求较高，要求运行噪声小，设计车速高，故选用两轴式变速器作为传动方案。对于选择的五档变速器，把五档作为超速档。图1.3为发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其它档位均用常啮合齿轮传动。图1.3f中的倒档齿轮为常啮合齿轮，并用同步器换档；图1.3d所示方案的变速器有辅助支承，用来提高轴的刚度。图1.3 两轴式变速器传动方案2.2.2 倒档布置方案 图1.4为常见的倒档布置方案。图1.4b方案的优点是倒档利用了一档齿轮，缩短了中间轴的长度。但换档时有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难。图1.4c方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。图1.4d方案对图1.4c的缺点做了修改。图1.4e所示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长。图1.4f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，档换更为轻便。图1.4g缩短了变速器的轴向长度，但缺点是一、倒档各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。 图1.4 倒档布置方案2.2.3 传动方案的最终设计 通过对变速器型式、传动机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1.5所示。各档的同步器装在输出轴上，方便布置，倒档齿轮副采用常啮合齿轮，使换档更为轻便。 图1.5 传动方案 其传动路线为： 1档：输入轴122、4间同步器二轴输出； 2档：输入轴342、4间同步器二轴输出； 3档：输入轴566、8间同步器二轴输出； 4档：输入轴786、8间同步器二轴输出； 5档：输入轴91010、13间同步器二轴输出；倒档：输入轴11121310、13间同步器二轴输出2.3 变速器零、部件结构方案分析 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，也要考虑齿轮形式、换档机构形式、轴承型式等因素。2.3.1 齿轮形式 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档。因此，在本设计中除倒档外，均采用斜齿轮传动。2.3.2 换档机构形式 变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。 采用轴向滑动直齿齿轮换档，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一档、倒档外已很少使用。 常啮合齿轮可用移动啮合套换档。因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换档冲击。目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上应用。 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。本设计所采用的是锁环式同步器，它是依靠摩擦作用实现同步的。它可以从结构上保证接合套与待啮合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。2.3.3 变速器轴承 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。第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时，可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径较小、宽度较宽因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。 本设计中，变速器输出轴后部轴承按直径系列选用圆柱滚子轴承，输入轴前、后轴承及输出轴前轴承采用深沟球轴承。3 变速器主要参数的选择和计算3.1 本设计的原始参数准备 整机质量： 1720kg 总传动比： 3.7 最大马力： 131PS 最大功率： 96kW 最大功率转速： 5000rpm 最大扭矩： 155Nm 最大扭矩转速： 1750-3500rpm3.2 档数和传动比范围3.2.1 档数 增加变速器的档数能够改善汽车的动力性和经济性。档数越多，变速器的结构越复杂，使轮廓尺寸和质量加大，而且在使用时换档频率也增高。 在最低档传动比不变的条件下，增加变速器的档数会使变速器相邻的低档与高档之间的传动比比值减小，使换档工作容易进行。 档数选择的要求： 1.相邻档位之间的传动比比值在1.8以下。 2.高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档区相邻档位之间的比值小。 目前，轿车一般用45个档位变速器， 货车变速器采用45个档或多档，多档变速器多用于重型货车和越野汽车。 因此，本次设计的轿车变速器为5档变速器。3.2.2 传动比范围变速器传动比范围是指变速器最高档与最低档传动比的比值。最高档通常是直接档，传动比为1.0；有的变速器最高档是超速档，传动比为0.70.8。影响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前乘用车的传动比范围在3.04.5之间，总质量轻些的商用车在5.08.0之间，其它商用车则更大。本设计初选最高档传动比为0.74。3.3 主要参数的计算3.3.1 最小传动比的确定已知：总传动比为3.7；最高档为超速档，传动比=0.74；则3.3.2 最大传动比的确定按最大爬坡度设计，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： （2.2）式中 车辆总重量(N)； 坡道面滚动阻力系数(对沥青路面，取0.01)；发动机最大扭矩(Nm)； 主减速器传动比； 变速器传动比； 传动效率； 车轮滚动半径；最大爬坡度（一般轿车要求能爬上30%的坡，大约）由公式（2.2）得： （2.3）已知：kg；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格195/65R15得到r=0.316；Nm；g=9.8m/s2；，把以上数据代入（2.3）式： 同时，一档传动比还应满足附着条件。即用一档发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下： （2.4） 式中驱动轮的地面法向反力；对于FF轿车，空载时前轴负荷为，即平均前轴负荷为汽车总重的61%； 驱动轮与地面间的附着系数；对干燥凝土或沥青路面可取之间。由公式（2.4）得： （2.5）已知：N；r=0.316m；Nm；，把以上数据代入（2.4）式得： 所以，一档转动比的选择范围是：初选一档传动比为3.0。3.3.3 档位数的确定 一般汽车各档传动比按等比级数分配，即 （2.6） 式中：为各档之间的公比。因初选五档传动比为0.74，即，故 满足相邻档位之间的传动比比值在1.8以下。 因此，各档传动比与一档传动比的关系为： 3.4 中心距A 对两轴式变速器，将变速器输入轴与输出轴轴线之间的距离称为变速器中心距A。它是一个基本参数，对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、轮齿的接触强度有影响。中心距越小，轮齿的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。 初选中心距A时，可根据下述经验公式： （2.7） 式中 变速器中心距（mm）； 中心距系数，乘用车：=8.99.3； 发动机最大转矩（Nm)； 变速器一档传动比，； 变速器传动效率，取96% ； 则， （8.99.3）= 6871.08 mm轿车变速器的中心距在6080mm范围内变化，故初取A=70mm。3.5 外形尺寸 变速器的横向外形尺寸，可以根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列公式选用： 初选长度为224mm。变速器壳体的最终轴向尺寸应由变速器总图的结构尺寸链确定。4 变速器各档齿轮的设计及计算4.1 齿轮参数的选择4.1.1 模数选取齿轮模数时一般要遵守的原则是：为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各档齿轮应该选用一种模数；从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。 啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。轿车和轻型货车取23.5，选取较小的模数值可使齿数增多，有利于换档。变速器用齿轮模数的范围见表3.1 表3.1 汽车变速器齿轮的法向模数车型乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/t1.0V1.61.6V2.56.014.014.0模数/mm2.252.752.753.003.504.504.56.00 所选模数值应符合国家标准GB/T13571987的规定，见表3.2。选用时，应优先选用第一系列，括号内的模数尽可能不用。 表3.2 汽车变速器常用齿轮模数第一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00第二系列1.752.252.75353.503.754.505.50 根据表3.1及表3，一、二档及倒档齿轮的模数定为2.5mm，三、四、五档的模数定为2.25mm，啮合套和同步器的模数定为2.5mm。4.1.2 压力角压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为了降低噪声，应选用14.5、15、16、16.5等小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用22.5或25等大些的压力角。 国家规定的标准压力角为20，所以普遍采用的压力角为20。啮合套或同步器的压力角有20、25、30等，普遍采用30压力角。本变速器为了加工方便，除需变位齿轮外，全部选用标准压力角20。4.1.3 螺旋角齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。 试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低档齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高高档齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。本设计初选螺旋角全部为25。4.1.4 齿宽齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有影响。选用较小的齿宽可以缩短变速器的轴向尺寸和减小质量。但齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数m（）的大小来选定齿宽b：直齿：，为齿宽系数，取为4.58.0；斜齿：，取为6.08.5；啮合套或同步器接合齿的工作宽度初选时可取为（24）m m。初取直齿，斜齿。因一对齿轮啮合时小齿轮应做到宽一些，既能保证实际啮合齿宽，又是节省材料，降低重量的最佳选择，故各齿轮齿宽应在后续设计中做进一步调整。4.1.5 齿轮变位系数的选择原则采用变位齿轮的原因：1）配凑中心距；2）提高齿轮的强度和使用寿命；3）降低齿轮的啮合噪声。变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。 变位系数的选择原则 ：1）对于高档齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。2）对于低档齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。 3）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，噪声要小一些。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着档位的降低，总变位系数应该逐档增大。一、二档和倒档齿轮，应该选用较大的值。本设计应在后续设计中考虑是否存在对齿轮进行变位的需要。4.1.6 齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。若齿顶高系数小，则齿轮重合度小，工作噪声大；但因轮齿受到的弯矩减小，轮齿的弯曲应力也减少。因此，从前因齿轮加工精度不高，并认为轮齿上受到的载荷集中齿顶上，所以曾采用过齿顶高系数为0.750.80的短齿制齿轮。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。为了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大与1.00的细高齿。本设计取为1.00。4.2 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算 在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。应该注意的是，各档齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。根据图2.5确定各档齿轮齿数和传动比。 4.2.1一档齿数及传动比的确定一档传动比为： （3.1） （3）已知：A=70mm; ; , 将数据带人（3.1），（3）两式，齿数取整，轿车可在1217之间选取，得。则一档传动比为： 4.2.2 对中心距A进行修正由式（3），得 （3.3） 则 mm 取整得mm，为标准中心矩。4.2.3 二档齿数及传动比的确定二档传动比为： （3.4） （3.5）已知：=70mm，=2.5，；将数据代入（3.4）、（3.5）两式，齿数取整得：。则二档传动比为：4.2.4 三档齿轮齿数及传动比的确定三档传动比为： （3.6） （3.7）已知：=70mm，=2.25，；将数据代入（3.6）、（3.7）两式，齿数取整得：，所以三档传动比为： 4.2.5四档齿轮齿数及传动比的确定 四档传动比为： （3.8） （3.9）已知：=70mm；=2. 25，；将数据代入（3.8）、（3.9）两式，齿数取整得：，所以四档传动比为：4.2.6五档齿轮齿数及传动比的确定 五档传动比为： （3.10） （3.11） 已知：=70mm，=2.25，；将数据代入（3.10）、（3.11）两式，齿数取整得：，所以五档传动比为：4.2.7 倒档齿轮齿数及传动比的确定图2.5所示的倒档轴上的倒档齿轮的齿数，一般在2123之间，初选=22， （3.12） 为了保证齿轮11和13的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙， （3.13） （3.14） （3.15） 已知：，把数据代入式（3.12），（3.13），(3.14)，(3.15)，齿数取整，解得：， 则倒档传动比为：输入轴与倒档轴之间的距离：mm取=44mm。输出轴与倒档轴之间的距离：mm取 mm。4.3变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整4.3.1 一档齿轮的变位 由一档齿轮齿数的计算结果，小于不产生根切的最小齿数17，因此，为了避免产生根切，提高轮齿的抗弯强度，提高传动重合度，应对一档齿轮进行变位。 对一档齿轮进行角度变位：分度圆压力角： （3.16） 已知： ，则。则端面啮合角： 计算变位系数和： （3.18）由渐开线函数得：则， ， 根据变位系数分配曲线图对齿轮齿数进行合理分配，以保证齿轮不发生根切，并使齿轮弯曲疲劳强度得到提高。 中心距变动系数 （3.19）齿顶高降低系数 （30）4.3.2 倒档齿轮的变位由倒档齿轮齿数的计算结果，同样，对倒档齿轮进行变位。对倒档齿轮进行角度变位：啮合角 （31）已知倒档轴和第一轴的中心距，倒档轴和第二轴的中心距，则计算变位系数和 （32） （33）已知：，则同样，根据变位系数分配曲线图对齿轮齿数进行合理分配，以保证齿轮不发生根切，并使齿轮弯曲疲劳强度得到提高。中心距变动系数 （34） （35） 齿顶高降低系数 （36） （37）齿轮12既要与齿轮11啮合，又要与齿轮13啮合，所以齿轮齿轮12的齿顶高降低系数应取，中较大者，以保证所需的顶隙。4.3.3 齿轮螺旋角的调整斜齿轮可以通过改变螺旋角凑中心距，以达到标准中心距要求。二档齿轮螺旋角修正：即。三档齿轮螺旋角修正：即。对于四档、五档由于其与三档模数相同，则其齿轮螺旋角修正后为：21.234.4 总结各档齿轮参数根据以上计算所得数据，各档齿轮参数总结如下表3.3。表3.3 各档齿轮参数一档齿轮二档齿轮三档齿轮四档齿轮五档齿轮倒档齿轮齿号齿数14421735243429293325132239分度圆直径32.510545.894.257.982.1707079.760.332.55597.5齿顶高3.251.752.52.52.252.252.252.252.252.253.5 23.75齿根高2.3753.8753.1253.1252.81252.81252.81252.81252.81252.81252.13.61.85全齿高5.6255.6255.6255.6255.6255.06255.06255.06255.06255.06255.65.65.6齿顶圆直径39108.550.899.262.486.674.574.584.264.83759105齿根圆直径27.7597.2539.5587.9552.27576.47564.37564.37574.07554.67525.847.7593.8节圆直径32.510545.894.257.982.1707079.760.332.55597.5齿轮模数2.52.52.252.252.252.5螺旋角21.2321.2321.23传动比32.0591.4171.00.75835 变速器齿轮的校核5.1 齿轮材料的选择原则 （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。（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）考虑加工工艺及热处理工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁；中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常采用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢，经正火或调质处理后，再进行切削加工即可；硬齿面齿轮（硬度350HBS）常采用低碳合金钢切齿后再表面渗碳淬火或中碳钢（或中碳合金钢）切齿后表面淬火，以获得齿面、齿芯韧的金相组织，为消除热处理对已切轮齿造成的齿面变形需进行磨齿。但若采用渗氮处理，其齿面变形小，可不磨齿，故可适用于内齿轮等无法磨齿的齿轮。汽车变速器齿轮常用低碳合金钢制作，采用剃齿或磨齿精加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度不低于7级。考虑到本设计齿轮一直参与传动，磨损较大，齿轮所受冲击载荷作用也大，抗弯强度要求比较高，故应选用硬齿面齿轮组合，所有齿轮均选用20CrMnTi渗碳后表面淬火处理，硬度为5863HRC，7级精度。5.2 变速器齿轮弯曲强度校核5.2.1 直齿轮弯曲应力 （4.1） 式