【微型货车变速器设计15000字（论文）】

微型货车变速器设计摘要变速器是一辆汽车传动系统的重要组成部分，在汽车传动过程中发挥着重要作用，质量好的变速器在换挡过程中是低耗油、低噪音、换挡无冲击等许多的优点，因此设计的高质量、高水平的变速器便显得尤为重要。本次毕业设计设计一个微型货车的变速器。我将设计一个三轴式（5+1）挡手动变速器，那么第一是对齿轮的设计以及一些参数的选取；第二对轴以及花键尺寸的设计；第三对轴承进行选取，根据所需的转速以及轴的直径来选取轴承的型号；第四对操纵杆和同步器的选取做好准备以及本次将选用的锁环式惯性同步器；之后根据所得数据进行零件图以及装配图的绘制。关键词：变速器，齿轮，中间轴，同步器目录摘要 ITOC\o"1-2"\h\u217301绪论 I1绪论1.1汽车变速器的概述变速器设计用来改变发动机传递至驱动轮的转矩及转速，主要是在车辆起步、转弯、爬坡、加速等工况下，使得车辆获得不同牵引力及车速，并且使发动机在最适当的工况范围内工作[1]。变速器设计空挡、倒挡，极大方便了我们的行程。空挡使我们能够更方便的控制汽车的行驶和停止；倒挡方便我们倒退行驶调整车位等等。变速器是连接发动机和驱动轮之间的连接纽带，它的目的是让汽车在起步，转弯，爬坡加速等情况下可以选择不同的发动机牵引力。让发动机在最有利的情况下进行工作发挥最大的作用[2]。变速器有多个不同的挡位。在低挡的时变速器能具有较大的牵引力，保证了抵挡下汽车能够在一些坡度较大以及路面不平的情况下不会因为变速器的动力不足而导致熄火。变速箱一般是控制轴的长度来保证它有足够的刚性。同步器是手动变速器、自动手动变速器和双离合器变速器的心脏[3]。它的作用是将变速箱齿轮、发动机离合器盘系统和输出轴的相对速度降低到零[4]，还增设了使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致（同步）的机构，以及阻止两者在达到同步之前接合以防止冲撞的结构[5]。达到车辆使用的功能要求，换挡轻便高效，提高驾驶舒适性，降低驾驶员疲劳强度的效果[6]。齿轮啮合副设计的好坏将直接影响变速箱的承载能力和噪声高低[7]。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡[8]。齿轮是手动变速器的主要传动部件，由于其具有结构紧凑、效率高、寿命长、工作可靠和维修方便等特点，在运动和动力的传递等方面得到了非常普遍的应用，并且有关齿轮的设计方法也已经有了相应的规范和标准[9]。换挡操纵机构也是变速器的一部分，在变速器中操纵机构配合离合器等机构完成换挡操作，在这个过程中，操纵机构即是驾驶员直接操控的的一个机构，又能保证在换挡过程以及结束之后不会自动脱挡，还设置了一些锁止机构，保证换挡的准确性以及安全操纵性，操纵机构的发展相对比较简单，只要材料的选取注意恰当，其它相应的内部结构基本都差不多，不像齿轮等等零部件的设计比较繁琐。从汽车诞生时起,汽车变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色[10]，自第一辆汽车问世以来已经有很常的历史了，在这历史常河中不断摸索完善，并且随着发展技术的提升，汽车在人民生活中扮演着重要角色。变速器通过改变扭矩和转速来控制动力的输出情况，这个设计对于微型货车具有更加特别的意义。而且在这个时代对汽车的要求也越来越高对生产技术的要求也越来越精密，因此我们选择汽车舒适性会将会是我们选择汽车时的一个参考标准；变速器的缺点将会随着我们不断设计而逐步优化，得到更优质的变速器。按挡数的不同，变速箱可以分为三、四、五和多挡几种。汽车变速器的使用寿命要求将会和汽车的本身的寿命相当，所以微型货车的市场和变速器市场有着一定意义的相连。原材料的价格攀升，对汽车变速器承载能力也将要求很大，结构紧凑能够缩减一些成本。因此零件的设计将会要求更精密更耐用，并且结构要更紧凑，资源的利用也要更充分。本次设计中给定整车质量、最大爬坡度、最大额定功率、最高车速等条件下，设计一个微型货车的变速器，此次设计的重点将会在挡位传动比的选择及计算依据、齿轮参数的选择计算及校核、二轴及中间轴强度校核等。且此次微型货车变速器的设计将基本上满足微型货车的使用要求。对变速器进行分析、方案的选择、设计计算和整理之后将会达到预期效果，完成本次毕业设计。1.2汽车变速器设计的目的和意义现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速的变化范围很小，而复杂的使用条件要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化[11]。为适应行驶条件，改变传动比，使汽车能够倒退、怠速、起动、变速，设计了变速器在传动系中，改变驱动轮的力和速度变化范围。我们设计变速器的最终目的就是使变速器能够在特定的工况下良好的运行工作，达到最大效益又能减小磨损噪音等。变速器最主要的还是要能够和汽车本身有良好的匹配度，这样才能保证发动机在有利的工况下工作效率提高，当然在工作的同时也能尽可能减小磨损，减小噪音等。要满足上述要求，我们在设计的时候就必须合理选择我们所需的设计参数，认真计算我们所得的参数这样才能够达到我们汽车所需要的标准，也能更好地匹配汽车的动力系统。1.3国内外汽车变速器发展的现状及发展趋势1.3.1国内外变速器现状在国内汽车经济型变速器市场上，输入转矩T在100Nm至200Nm之间有很大潜力，其配套的发动机型号：380、480、485、490、4901Q、4902Q、4903Q、495，配套的车型为：农用运输车、轻型载货汽车、小公共汽车。目前输入转矩在100Nm至200Nm之间的变速器多用200Nm以上的变速器代用[12]。目前，国内变速器主要采用齿轮传动机构传递动力。齿轮是手动变速器的主要传动部件，由于其具有结构紧凑、效率高、寿命长、工作可靠和维修方便等特点，在运动和动力的传递等方面得到了非常普遍的应用，并且有关齿轮的设计方法也已经有了相应的规范和标准[13]。现在对变速器的要求也越来越高，有以下几个发展阶段：（1）手动变速器手动变速器顾名思义是通过驾驶员的操控来改变变速器的运行状况进而改变汽车的行驶状态，手动变速器相比其他而言具有更好地驾驶体验感，但是对驾驶员的操作也有较高要求，毕竟通过多个动作来完成换挡，对驾驶员的驾驶技术有着较高要求，对车辆的熟悉也具有较高要求。（2）自动变速器自动变速器是能够通过引擎的转速进行换挡的，根据驾驶员需要的速度情况会进行自动的换入不同挡位达到驾驶员所需要的速度，相比于手动变速器而言，自动变速器能够弥补它换挡时候那种“顿挫”的感觉。（3）无级变速器无级变速器又称连续变速器，它与传统传动自动化的主要区别是结构简单，体积小，可用于两组皮带的传动。既没有手动变速器的多副变速器，也没有自动变速器的复杂行星变速器，实现速比的渐变。1.3.2变速器的发展趋势变速器是传动系的重要组成部分，它能够衡量出汽车的技术水平，逐步向这更简便更实惠的方向发展。在某些方面，手动变速器可能比自动变速器和CVT差，例如相对较高的传动效率，反应的速度也比较快，在这种高科技时代它们会越来越精准，和汽车的匹配度会更好，提高了在行驶过程中操作的舒适性，但是他相比之下也会比较费油，而且现代技术不完善，维修成本也会比较昂贵，所以性价比方面也就有待争议。随着技术的发展，无级变速器可能会得到更好的发展，相比之下无级变速器在操作驾驶方面要比手动那个变速器好得多，只是技术不全面通过慢慢优化改革无级变速器会越来越实惠，用的也会越多，但是这是时代的进步，是一个比较漫长的过程，需要不断更新不断创造，或许也就有更好的变速器能够普遍使用了。变速器的发展是汽车发展中重要的发展环节，变速器就是动力的改变以及传输，恰好是在这一部分我们能够享受到汽车速度与我们想要的速度之间的一种享受，手动变速器也不是什么都不好，简单来讲他带给驾驶员的操作体验就是其它变速器达不到的，其次手动变速器也能适应环境，相比之下，手动变速器运用在货车之类的车上是在合适不过的比自动变速器和无级变速器就更适合这类车的作用以及功能。目前来说，换挡基本采用同步器进行换挡。手动变速器在货车上的应用还是占大多数，手动变速器适应复杂的路面条件，而且挡位相对比较多，技术比较全面，耗油量相对较低，如此一来，在货车是比较有性价比的，既能带来收益成本又合理，主要维修成本也相对较低，所以，对于长途货运这些或者说在乡间使用这种车就不会因为太高的维修费用而使消费者不敢使用这一车型。自动变速器有它的适用场合，根据它自身的优点，与车型来匹配，所以一些商用车及轿车对它的使用就会比较合理，科技在发展，时代在进步，优胜劣汰，好用的变速器会得到更好的优化设计，最后投入到生活运用中去，但这是一个比较艰难的过程，需要共同努力，创新创造，优化改革，设计出物美价廉的变速器来便利日常生活。变速器的发展是衡量汽车发展的技术水平的一项技术。21世纪能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等是科学技术发展的重要领域,这些领域的科技进步推动了变速器技术的发展[14]。1.4手动变速器的特点和设计的主要内容1.4.1手动变速器的特点随着技术水平的发展，对生活质量的要求也有改变，但是相应的对环境保护以及对油耗的要求也越来越高。目前，乘用车一般采用4-5个挡位的变速器。发动机排量大的乘用车多用五个挡。商用车变速器采用4-5个挡或多挡。载质量在2.0-3.5的货车采用五挡变速器，载质量在4.0-8.0t的货车采用六挡变速器。多挡变速器多用于总质量大些的货车和越野车上[15]。三轴变速器在目前用的多。两个周上的齿轮分别和一轴啮合来工作，这个过程中中间轴、轴承、齿轮都不承载，且他们之间只传递转矩。它直接把一、二轴连起来传递转矩，称为直接挡，而且汽车行驶过程中直接挡位的使用要比其它挡位的使用次数多，由此也延长了使用寿命。这是变速器直接挡最优势的地方，而其它挡位则需要三根轴的两对齿轮来进行传动。手动变速器耗油低，手动变速器主要换挡就是人力操控，维修成本低，手动变速器在目前来说发展的已经比较成熟，在此基础上对一些部件进行更改来完善一些不足的地方，正因为如此，它的维修技术就比较全面，而且覆盖面积广，所需的零部件成本也由于流水线生产而降低，因此维修成本也是相对比较低的。斜齿圆柱齿轮使用寿命长、噪声低，但货车倒、一挡就是用直齿圆柱齿轮。相比之下斜齿圆柱的制造要比直齿圆柱齿轮复杂的多。1.4.2设计的主要内容（1）通过主减速比以及其他参数得到一挡传动比，之后根据直接挡以及经验公式得到其它挡位的近似值，根据所提供参考值得到各挡传动比；（2）选取齿轮的参数，之后进行齿数的选择计算以及中心距的修正，压力角以及螺旋角的最终值，根据修正中心距的情况以及齿数确定各齿轮的变位系数和齿形系数。根据算得的参数以及已知参数公式进行齿轮的应力校核；（3）确定轴的初步直径，根据受力分析进行轴的受力校核，之后根据公式得到最终的轴的直径；（4）根据所得轴的直径以及轴承安装位置确定所选轴承，之后进行力的校核以及寿命校核；（5）根据同步器的相关参数得到我所需的同步器尺寸以及操纵杆的选取；（6）最后，进行箱体的设计。2变速器传动机构的布置方案2.1变速器倒挡布置方案如图所示是一般变速器的倒挡布置方案图2.1倒挡布置方案图2.1为常见的倒挡布置方案；图2.1b）方案缩短了中间轴，但换挡困难；图2.1c）方案倒挡传动比大，但设置的程序不合理。图2.1d）方案经常在货车中使用，在结构上对图2.1c）做了修改；图2.1e）方案是齿宽增大，一、倒挡为一体；图2.1f）方案变速器轴向长度缩短，换挡轻便；图2.1g）方案操纵机构复杂综上所述，本次设计采用图2.1f）方案的倒挡布置方案。2.2齿轮形式齿轮有两种类型的前轮，直升机和直线。与斜齿轮相比，斜齿轮使用较多，但某些齿轮仍然使用直线，其他齿轮通过比较优缺点选择螺旋传动，底盘使用寿命长，运行稳定。2.3换挡机构形式同步器换挡是现在主要的换挡方式。相比其它换挡方式，同步器换挡比较迅速而且没有齿轮冲击，降噪与我所需要达到的目的正好合适，同步器换挡跟驾驶员技术操作无关，使汽车安全性能提高，并且加速性能也变好、燃油经济性也得到了提升。当然它的制造就要求精度、轴向尺寸大。同步器换挡也是现在最主要的换挡方式。2.4挡位的选择本次设计的微型载货汽车变速器采用5+1挡。如图2.2所示：图2.2手动变速器（5+1）挡挡位分配如图所示：1——第一轴常啮合齿轮；2——中间轴常啮合齿轮；3——第二轴三挡齿轮；4——中间轴三挡齿轮；5——第二轴二挡齿轮；6——中间轴二挡齿轮；7——第二轴一挡齿轮；8——中间轴一挡齿轮；9——第二轴五挡齿轮；10——中间轴五挡齿轮；11——第二轴倒挡齿轮；12——中间轴倒挡齿轮；13——倒挡中间齿轮2.5自动脱挡自动脱挡的主要原因是传输轴的刚性不够，振动和齿轮的结合磨损，是传输的主要故障之一。我们可以从下面措施改进：（1）啮合套上前齿圈变薄；（2）错开两接合齿的啮合位置；（3）利用结合齿的锥面阻止自动脱挡。2.6变速器轴承具有高极限转速的深沟球轴承，可承受径向和轴向载荷；在特殊情况下，应具有角合同的履行能力；仅径向带电时摩擦系数小，接触角为零。2.7变速器轴数的选择中间轴通过连接一轴和二轴，在操纵变挡时就能改变转速和扭矩从而改变运行的速度，它的优点是噪声小、磨损小，而且直接挡的时候具有较高的传动效率，传动比接近1：1，高挡位运行时它就通过常啮合齿轮的方式进行传动，低挡位运行时就可以不采用常啮合齿轮的方式传动。在这些换挡过程中一律采用同步器进行换挡操作。直接挡的传递效率较高，但其它挡位较低。本次设计的微型货车将采用中间轴式变速器。

2.8同步器设计锁环式和锁销式同步器，由同步、啮合和锁紧装置组成。用于货车上的变速器一般是锁环式同步器，因为它的结构布置合理，紧凑等。采用最多的换挡方式所以同步器的设计选取也是比较重的一环。3各主要参数的设计计算3.1确定变速器传动比在最大爬坡路面上行驶时，最大驱动力应能克服滚动阻力和轮胎与路面之间的爬坡阻力，由于行驶时车速不高，空气阻力可忽略不计。这时：（3-1）式中：——最大驱动力；即（3-2）——滚动阻力；即（3-3）——最大上坡阻力；即（3-4）把以上参数代入（3-1）得：（3-5）以上是根据最大爬坡度确定一挡传动比[16]。式中：——发动机最大扭矩，=157N·m；——变速器一挡传动比；——主传动器传动比，；——传动系机械效率，取0.86；——驱动轮滚动半径，0.383；——道路滚动阻力系数取0.020；——汽车总质量，；——重力加速度，取；——汽车最大爬坡度为28%，即；由（3-5）得根据驱动轮车轮与路面附着条件(3-6)可求得变速器一挡传动比为（3-7）式中：——汽车满载载荷，；——道路的附着系数，计算时取；将各数据代入（3-7）式得通过以上计算可得到4.50<<7.05,在本设计中，取=5.57。3.1.1变速器其它各挡传动比确定传动比按公比，但这只是近似值。代入得：其它各挡位传动比为取；3.2确定中心距初选中心距时，可根据公式计算（3-8）式中：——中心距系数：=8.6~9.6；——发动机的最大输出转矩，单位为（N·m）；——变速器一挡传动比；——变速器传动效率：取=96%；得故可选中心距A=90mm。3.3变速器外形尺寸五挡货车变速器壳体的轴向尺寸为（2.7~3.0）A。故变速器的轴向尺寸可初选为（243~270）mm。取260mm。最终尺寸通过综合考虑上方因素确定。变速器壳体的轴向尺寸根据挡位数以及换挡机构和齿轮形式综合得到。3.4轴直径的确定变速器工作时轴除传递转矩外，还承受来自齿轮作用的径向力，如果是斜齿轮还有轴向力。在这些力的作用下，变速器的轴必须有足够的刚度和强度[17]。第二轴和中间轴中部直径；轴的最大直径。第二轴。第一轴花键部分直径可按下式初选：（3-9）式中：——经验系数，=4.0~4.6；——发动机最大转矩（N·m）；3.5齿轮参数设计（1）齿轮模数的选择影响选择的因素很多，选择模数会使模数有意义的减小，齿宽的增加会使噪声得到很好的降低；反之，要减小传动质量，就要增大模数，减小齿宽；还有齿轮强度、质量工艺要求等，对于货车变速器而言选用大的模数能够减小变速器质量从而减轻车本身的重量。初选模数时，可以根据公式确定即：（3-10）式中：——斜齿轮法向模数；——直齿轮模数；——发动机最大扭矩；——变速器一挡传动比；——变速器传动效率，取=96%；故该设计选择斜齿轮的法向模数=3。（2）压力角的选择国标压力角是20°。随着齿面接触强度和弯曲强度的增大，压力角增大；反之，如果随之减小，则压力角较小，传动更稳定，但在负载力传递的情况下，增加压力角可以提高传动的承载能力。（3）螺旋角的选择螺旋角变化也会影响其它性能，比如，螺旋角增大时重合度也变大，齿轮强度也提高，此时变速器运行平稳，降噪效果良好。超过30°以后除了接触强度增加其它都在下降，故适当的螺旋角才能均衡齿轮的性能。中间轴齿轮是右旋，以此来消除齿轮传动产生的轴向力。但第一轴和第二轴上的齿轮是左旋此时轴来承受轴向力。调整螺旋角可以消除一些原因对中心距造成的影响。货车变速器斜齿螺旋角的选择范围：18°~26°。（4）齿宽根据齿轮模数来选择齿宽b。（3-11）式中：——齿宽系数，斜齿取，直齿取；——法面模数。（5）齿顶高系数齿顶高系数取1.00。3.6各挡齿数分配根据所得到的的参数以及变速器的结构来分配变速器各挡的齿数。3.6.1确定一挡齿轮的齿数初选一挡螺旋角β7-8=25°，先确定Z7Z8的齿数，齿数和Z∑用下面公式：（3-12）得取Z∑=54。取一挡小齿轮数Z8=13Z7=Z∑-Z8=54-13=413.6.2对中心距进行修正用以下公式进行修正取中心距取整得A′=90mm。由于调整后中心距发生变化，所以需要对一挡齿轮进行变位，中心距系数变为啮合角为齿轮精确的螺旋角的值为当量齿数图3.1齿形系数图根据变位系数图得：，；根据齿形系数图得：得，；3.6.3确定啮合齿轮的齿数根据以下公式：因为常啮合齿轮副与1挡齿轮副以及其它各挡齿轮副的中心距相同，故由（3-12）得将Z1、Z2取整后得,故齿轮不需要调整。中心距变动系数：啮合角为：查变位系数图得X∑=-0.3而齿轮齿数比常啮合齿轮精确的螺旋角的值为故可得分配变位系数得X1=0.08，X2=-0.38；根据图3.1得：，。3.6.4确定其它各挡齿轮的齿数（1）确定二挡齿轮的齿数二挡齿轮为斜齿轮，则有联立求解，并对齿数取整得，要求平衡轴向力中心距：中心距变动系数：啮合角：齿轮总变位系数：齿轮齿数比为：变位系数可分配为；根据图3.1得：，。（2）确定三挡齿轮的齿数当螺旋角和常啮合齿轮不同：要求平衡轴向力求解上述三式，取整得Z3=27,Z4=28,β3-4=20.45°。故齿轮不需要调整。中心距变动系数：啮合角：查变位系数线图得齿轮齿数比：故可以分配变位系数得；根据图3.1得：，。（3）确定五挡齿轮的齿数五挡齿轮也为斜齿轮，则有平衡轴向力求解上三式，取整得Z9=17,Z10=38,β9-10=20.45°。故齿轮不需要调整。中心距变动系数：啮合角：查变位系数线图得X∑=0齿轮齿数比：故可以分配变位系数得；根据图3.1得：，。（4）倒挡齿轮设计和齿数确定倒挡齿轮的模数往往与一挡相近，为保证中间轴倒挡齿轮不发生跟切，初选Z12=17，倒挡齿轮一般在21~23之间选择。初选Z13=22。中心距A=89mm，那么代入数字取整后得Z11=37。倒挡传动比：；倒挡与中间轴的中心距为倒挡与第二轴的中心距为4变速器齿轮的设计计算4.1变速器齿轮的几何尺寸计算变速器齿轮的尺寸如表4.1所示。表4.1变速器齿轮的最终参数齿轮项目齿数（mm）螺旋角（°）端面模数（mt）断面压力角（°）分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽（mm）Z12020.453.2020.04606652.521Z23520.453.2020.0410511197.521Z32720.453.2020.04818773.521Z42820.453.2020.04849076.521Z53420.453.2020.0410210894.521Z62120.453.2020.04636955.521Z74124.483.3019.34123129115.524Z81324.483.3019.34394531.521Z91720.453.2020.04515743.521Z103820.453.2020.04114120106.521Z1137223.2020.87111117103.521Z1217223.2020.87515743.521Z1322223.2020.87667257.5214.2计算变速器各轴的扭矩和转速已知发动机的最大扭矩为157N·m，转速为3200r/min；离合器的传动效率0.99，齿轮传动效率为0.99，轴承的传动效率为0.96。通过计算可得到各轴的转矩和转速。中间轴一轴二轴（1）一挡时二挡时三挡时四挡时五挡时倒挡时4.3齿轮的强度计算校核4.3.1齿轮损坏的原因和形式齿轮在啮合过程中，轮齿根部产生弯曲应力，过渡转角处又有应力集中，故当齿轮受到足够大的载荷作用，其根部的弯曲应力超过材料的许用应力时，轮齿就会断裂[18]。4.3.2齿轮的材料选择1、齿轮材料的选择原则（1）齿轮工作条件对于齿轮的材料由齿轮的工作条件来决定，在变速器的运行中齿轮是主要零部件，所以对于齿轮材料的选择就要求比较高，比如齿轮的耐磨性能就是比较重要的一方面，还有齿轮的强度、硬度，比较特殊的一点是，齿轮齿面要求硬度高，齿芯要求软一点（2）齿轮材料选择齿轮软齿面（硬度≤350HBS），HBS（小齿轮）>HBS（大齿轮），且硬度差30~50HBS，这一对齿轮在选择材料的时候需要注意选用不同钢号的材料，这样能够提高材料的抗胶合性能，保证齿轮的正常运行。（3）齿轮的加工工艺不同尺寸的齿轮所用的材料也不同根据要求的性能一般用铸造的钢或者铁来制造大尺寸齿轮，用锻造钢制造中型偏小的齿轮，但是软齿轮齿面比较特殊一般用中碳钢先调质处理，之后切削加工而成。2、齿轮材料的选择渗碳、淬火处理能提高硬度、细化晶粒，所以齿轮在选取材料的时候这也是一个参考，因此渗碳合金钢制造齿轮是一个不错的选择：渗碳层深度0.8~1.2mm渗碳层深度0.9~1.3mm渗碳层深度1.0~1.6mm处理过后的渗碳齿轮齿轮表面硬度HRC（58~63），内部硬度HRC（33~48）。部分载货汽车也采用采用了40Cr或35Cr钢并进行表面氰化处理。4.3.3齿轮应力的计算校核1、齿轮的弯曲应力校核齿轮弯曲应力公式直齿齿轮：斜齿齿轮：式中：——弯曲应力（MPa）；——计算载荷（N·mm）；——齿宽系数；——摩擦力影响系数，主动齿轮，斜齿轮；——当量齿数，；——齿形系数；——重合度影响系数，=2；——应力集中系数，直齿轮=，斜齿轮；当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时，倒挡直齿轮许用弯曲应力在400~850MPa，货车可取下限，承受双向交变载荷作用的倒挡齿轮的许用应力应取下限。斜齿轮对货车为100~200MPa[18]。（2）倒挡直齿轮弯曲应力的校核弯曲应力，，Z11=37,Z12=17,Z13=22,y11=0.137,y12=0.152,y13=0.132,T倒=561.29N·m,T2=285.51N·m（3）一挡齿轮弯曲应力校核（4）二挡齿轮弯曲应力校核（5）三挡齿轮弯曲应力校核（6）五挡齿轮弯曲应力校核2、轮齿接触应力式中：——轮齿接触应力（Mpa）；E——齿轮材料的弹性模量（Mpa）；——主动齿轮曲率半径，直齿轮，斜齿轮；——从动齿轮曲率半径，直齿轮，斜齿轮；——主动节圆半径；——从动齿轮节圆半径。计算载荷为变速器一轴上的载荷，变速器齿轮的许用应力。弹性模。（1）一挡齿轮的接触应力（2）二挡齿轮的接触应力（3）三挡齿轮的接触应力（4）五挡齿轮的接触应力（5）倒挡齿轮接触应力5变速器轴和轴承的设计计算5.1初选变速器轴的轴径和轴长轴作为传输过程的重要零件，传动过程对轴的强度刚度等都有较高要求整个变速器中除了齿轮轴就是最主要的零件了，通过轴的带动齿轮进行转动以及轴上齿轮间的滑动进行传输换挡过程。第二轴和中间轴最大轴径：第二轴的最大直径；中间轴的最大直径。第一轴花键的直径：第一轴花键直径为23mm。轴的支承跨度长度的选取：第一轴及中间轴：故第一轴的长度可初选为250mm。第二轴：故第二轴的长度可选为270mm。第二轴各轴段最小轴径：式中：T——轴所受的扭矩；——可查机械设计（第八版）P370表15－3，取。所以计算得第二轴各轴段最小轴径：齿轮3处：；齿轮5处：；齿轮7处：；齿轮9处：；齿轮11处：；当轴上开着键槽时，应增大轴径以考虑对轴的强度缓解，同步器花键增加5%，中间轴有两键槽且直径小于100mm，增加10%。修正后，轴径如下：二轴：齿轮3处：；齿轮5处：；齿轮7处：；齿轮9处：；齿轮11处：；中间轴：齿轮4处：；齿轮6处：齿轮10处：。初选轴径需根据其他参数进行调整。5.2轴的结构设计轴的受力如图5.1所示，中间轴装轴承处的直径为25mm；mm，mm，mm，mm，mm，mm，mm。第一轴轴承处直径40mm，第二轴的直径35mm，中间轴处25mm。图5.1齿轮和轴上的受力简图5.3变速器轴的强度计算5.3.1齿轮和轴上的受力计算根据图5.1进行力的校核。第一轴中间轴第二轴5.3.2轴的强度计算1、求第二轴支反力（1）在垂直平面内的支反力由得由得（2）在水平面内的支反力由得2、求第一轴支反力3、求中间轴的支反力（1）在水平面内的支反力（2）垂直平面内的支反力4、轴强度的校核计算垂向弯矩、水平弯矩。则轴在转矩和弯矩的同时作用下，其应力为式中：；——轴的直径（mm），花键处取内径；——抗弯截面系数（mm3）,在低挡工作时，≤400MPa。计算各轴在弯矩和转矩作用下的轴应力。（1）第一轴轴应力的计算在垂直方向的弯矩为在水平方向的弯矩为则在弯矩和转矩的联合作用下故第一轴的轴应力为所以第一轴的强度合格。（2）第二轴轴应力计算在垂直面内的弯矩为在水平面内的弯矩为则在弯矩和转矩的联合作用下故第二轴的轴应力为故第二根轴强度合格。（3）中间轴的应力计算在垂直方向在水平方向在弯矩和转矩的联合作用下故中间轴上的轴应力为所以中间轴强度合格。5.3.3轴的刚度计算如图5-2所示，其中是在垂直平面内的变形，为轴在水平面内的变形。变速器齿轮在轴上的位置如图5-3所示时，若轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为和转角为，可分别按下式计算：（5-1）（5-2）（5-3）式中：——齿轮齿宽中间平面上的径向力(N)；——齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N)；——弹性模量(MPa)，MPa；——惯性矩(mm4)，对于实心轴，；——轴的直径(mm)，花键处按平均直径计算；——齿轮上的作用力到支座、的距离(mm)；——支座间的距离(mm)。轴的全挠度为。轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为，。齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad。图5.2变速器轴的变形图图5.3变速器轴的挠度和转角1、第二轴的挠度和角的计算（1）第二轴挠度的计算由式(5-1)得第二轴在垂直平面内的挠度为而惯性矩I为故在垂直面内的挠度为由式（5-2）得在水平面内的挠度为故轴的合成挠度为所以第二轴的挠度符合要求。（2）第二轴转角的校核由（5-3）得所以第二轴转角符合要求。2、中间轴刚度的校核（1）中间轴挠度的计算和校核由式（5-1）得中间轴在垂直面内的挠度为由式（5-2）得中间轴在水平面内的挠度为故轴的全挠度为所以中间轴的挠度合格。（2）中间轴转角的校核由式（5-3）得中间轴的转角为故中间轴的转角合格。5.4变速器轴承的选取校核按照国标选定，估算寿命、计算承载情况，进行受力校核。轴承的选择对变速器也是重要的一环。5.4.1第一轴轴承的选择和校核根据GB/T276-1994，安装处轴承直径为40mm，轴承型号6308，N，极限转速9000r/min。当量动载荷：式中：——径向载荷系数；——轴向载荷系数；——考虑载荷性质引入的载荷系数，，在此取。式中：——总行驶路程；——平均车速；其中。轴承寿命：式中：——寿命系数，；——轴承转速。代入公式：故第一轴轴承符合要求。5.4.2第二轴轴承的选择和校核根据GB/T276-1994，安装处轴承直径为35mm，轴承型号为6407，N,极限转速8500r/min。当量动载荷：轴承的寿命：故第二轴轴承符合要求。5.4.3中间轴轴承的选择和校核根据GB/T276-1994，安装处轴承直径为25mm，轴承的型号为6405，N，极限转速11000r/min。当量动载荷：径向载荷系数：轴向载荷系数：当量动载荷：轴承的寿命：故中间轴轴承符合要求。6同步器和操纵机构的设计选用6.1同步器的设计选用手动变速器的换挡工作现阶段基本是同步器为主要部件，在换挡时进行齿轮的分离与连接来完成换挡操作。运用同步器换挡，对变速器的性能也是一个提升，能使变速器换挡时换挡无冲击等优点。所以普遍采用同步器进行换挡。6.1.1锁环式同步器图6.1锁环式同步器如图6.1所示，1、4-锁环（同步锥环）；2-滑块3-弹簧圈；5、8-齿轮；6-啮合套座；7-啮合套。如图6.2a所示,锁紧装置开始发挥作用，通过锥面产生的摩擦力矩的作用将锁环推到正确的位置,从而防止同步向前移动。如果锥面之间的摩擦力矩超过装配零件的惯性力矩，当这个力矩消失了，锁环也就返回原位置了。如图6.2b所示，滑锁关闭，确保换挡无冲击。图6.2锁环式同步器工作原理图(a)同步器锁止位置，图(b)同步器换挡位置，其中1——锁环、2——啮合套、3——啮合套上接合齿、4——滑块。6.1.2锁环式同步器主要尺寸（1）接近尺寸在同步位移的第一阶段，当摩擦锁的一侧被压在摩擦锁的一侧时，在啮合曲线相对于销轴向移动之前，称为滑动齿轮箱啮合齿间的轴向距离和啮合齿的楔环近似尺寸。尺寸应大于零，取=0.2～0.3mm。（2）分度尺寸当合销在折痕中间与针孔相碰撞时，接触齿之间的距离为滑动支架与中心线接触齿的摩擦密封，索引尺寸称为。尺寸应与接头节距的相对应。尺寸和尺寸是确保同步器处于应控制的正确遮蔽和锁定位置的重要尺寸。（3）锁销转动距离与的关系如下式中：——销孔直径；——锁销转动距离；——锁销直径；与的关系：式中：——锁销轴向移动后的外半径；——接合齿分度圆半径。（4）锁销端隙通常取=0.5mm左右。取=1.2～2.0mm，空挡是间隙要保持0.2mm～0.5mm。6.1.3确定同步器主要参数1、摩擦因数同步环由黄铜合金组成，在油中工作的摩擦因数。2、锥面半锥角一般取。避免自锁，在此范围内越小，摩擦力矩越大。3、摩擦锥面平均半径。越大摩擦力矩越大。但是会受空间限制，此外还受同步器的影响，所以尽可能将取大一点4、锥面工作长度。可根据下式计算式中：——摩擦面的许用压力，对黄铜与钢的摩擦副，；Mm——摩擦力矩；——摩擦因数；——摩擦锥面的平均半径。计算时忽略螺纹槽。4、同步时间对货车变速器，高挡取0.30～0.80s，低挡取1.00～0.50s。5、转动惯量的计算涂层同步后变速的部分统称为输入端、第一波和耦合从动板，包括中间波及其齿轮、第二波恒定啮合工具和中间波齿轮。转动惯量的计算如下：首先，确定各部件的转动惯量，对于已有的部件，通常采用摆锤法测量转动惯量，如果不生产部件，则采用摆锤法测量转动惯量。它们可分为标准几何结构，转动惯量可根据数学公式计算。除以上外还有卸油槽6~12个左右，槽宽3~4mm。锁止角β得正确选取才可以保证换挡的进行。6.2变速器操纵机构的设计选取6.2.1变速器操纵机构的分类变速器操纵杆是变速器操纵机构的主要部分，在换挡时要保证正确换挡而且换挡不能错换，还要防止换挡结束后不会自动脱挡，在换挡时尤其是不能误挂倒挡，选取设计的操纵机构在换挡时要换挡轻便，变速器内换挡操纵机构结构能保证驾驶员在换挡时能够根据操纵杆上的指示完成正确换挡。在进行换挡的操作时，对驾驶员的要求是要熟悉驾驶室内操纵杆上的指示位置，能够熟练的完成换挡操作，需要注意的是换挡操作时，驾驶员要准确把操纵杆拨到位，不到位的话就有可能会滑挡等会对驾驶员的安全造成隐患，还有就是需要在换挡时该变速器要进行离合器的控制来配合完成变速器的换挡工作。用于机械式变速器的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选挡、换挡或推到空挡工作，称为手动换挡变速器[19]。操纵方式可分为：1、直接操纵驾驶员能通过变速杆直接完成换挡，因为变速器安装的位置离驾驶员近，操作方便，简单。这也是运用比较广泛的一种。2、远距离操纵变速器安装位置离驾驶员远，需要通过其它零部件综合完成换挡工作的手动变速器。3、电控操纵简化换挡操作机构，驾驶员只需通过油门就能控制换挡，减轻了驾驶的疲劳程度。直接操纵和远距离操纵是手动变速器的换挡操纵方式，需要驾驶员通过相应的操纵机构进行手动的操纵换挡，这种换挡方式呢目前来说还是比较适合货车变速器的换挡方式。而电控操纵是自动变速器的操纵方式，那换挡过程简便，相对轿车这些小型用车就比较合适这种换挡操纵方式。6.3变速器箱体的设计壳体侧内壁与齿轮之间间隙5~8mm，齿轮齿顶与变速箱底部之间距离不小于15mm。为了减小质量，变速器壳体采用压铸铝合金铸造时，壁后取3.5～4mm。采用铸铁壳体时，壁厚取5～6mm。增加变速器壳体壁厚，虽然能提高壳体的刚度和强度，但会使质量加大，并使消耗的材料增加，提高了成本[20]。7成本分析7.1设计成本在设计这一环节，很多人就有发言权，但是变速器的设计，就比如本次设计的变速器是（5+1）挡，设计花费的时间基本就在齿轮、轴、以及轴承、当然传动比计算准确的重要都不亚于上面几个，在设计过程中你将会遇到诸多设计问题，比如压力角最终得到的太小，这时就要考虑选取其它齿数进行计算；而在如果要算这个东西的设计成本就各不相同了，有的是4000多，有的是3000多，他们对设计这个东西掌握程度不同，还有就是专业性，很多人觉得货车变速器的设计比较繁琐，尤其是在进行图纸绘制的过程中，当然这样的设计原则上来说都不专业，那么真正专业的设计师可能就远不止这个价格。7.2制造成本设计完成那么就要让所设计的东西发挥他应该有的价值，对于汽车零部件来说首先肯定就是制造出来，那么制造过程在现代很多零部件的制造流程是相当完善的，所以如果批量生产来说，每个零件的加工制造成本就不会比单个生产零件高，不过现在随着技术发的发展，更多是生产自动变速器，所以相比之下，它的成本可能有的零部件就会比之前的较高，就比如操纵杆来说吧，手动变速器人最先控制的是操纵杆，那么在这个过程中很多小的货车他就是直接靠人力进行变速，那么相比之下，对材料的要求就会更高一些。人工成本基本上就是对生产制造这个的人的一些福利待遇，也就是在这些劳动工人上花的经费，这个分工不同，自然福利待遇就不一样，比如设计研发的人自然福利待遇就会好一些，但是他们相比之下给公司带来的效益也是较多的，然后就是生产线上的待遇可能就没有那么好，不过按能力分配，相对也是比较完善的。7.3纳税成本企业都需要按比例纳税，那么这些成本也就是算在单个生产产品上，变速器，总的来说也没有太多种类的东西，看着也就变速器壳体，齿轮、轴、轴承，同步器等，实际上他们在加工过程中的成本就比较多，因为他们相对要求质量精度高，但是一个变速器的纳税成本相对就比较高一点，在这个过程中还需要组装变速器，组装也是需要成本的，所以这些成本也要算在里面，故生产一个变速器就要从设计到最后销售成功中间的每一步环节均摊都有税收成分在里面。7.4使用成本在变速器生产制造出来之后将投入到实际的运用中，而在变速器工作过程中就会出现故障，磨损等等，那么这些问题的出现就要更换或者维修一些零部件，都需要花资金的，在你的使用过程中不只是出现问题才去维修，有的故障可能造成的结果就是发动机报废，所以在购买使用的时候会定期对设备进行保养维护，而这一部分资金也是在使用成本里的。使用成本相比前几种可能容易被忽视，因为很多司机在使用过程中基本是有问题才进行维修，在他们觉得这是比较节省的一种方式，其实不然，在很多时候，定期维护保养是非常有必要的，比如在云南等地在那边很多时候路上根本就没有维修的地方，这样你的车子出问题，你是费时费力费资金，定期保养出现问题可以找维修的地方进行商议赔偿，这是比较具有保