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附 錄
Take Between Shaft Differential Thansfer Characteristic Analysis
In many of the drive shaft car, it is a thansfer transmission and between axles in the transmission chain of used to increase output, transmission torque, to enlarge the scope of change, and torque distribution to driving axle.
Thansfer types and characteristics
From the structure and function to see, can be divided into two kinds big. Thansfer
The first kind is gear type thansfer. General gear type thansfer drive, rear axle before two of output shaft in joints front drive meshing set for when the rigid connection. This kind of simple structure, the past in thansfer all kinds of full wheel drive car widely used, its shortcoming is no guarantee that the place before, rear wheel speed is equal, in the course of driving inevitably will generate the power cycle phenomenon. This will make the drive wheels load, a substantial increase in the tire and wear parts intensifies, fuel economy down. Therefore, should be in a separation of thansfer front axle drive device, in car through the gliding paragraph can engage front axle. In addition, general gear type thansfer assigned to the former, rear axle torque ratio between. So this will add to the adhesive condition good driving axle driving force, but may make the bridge for overload and damage. Therefore, currently USES this kind of thansfer car less and less.
Another kind is to take between shaft differential thansfer. This kind of thansfer in before and after the output shaft is between a planetary gear shaft type between differential. It's just overcome the shortcomings, two of the output shaft can be different speed rotation, and according to certain proportion will be assigned to torque, before and after driving axle, already can make the front axle often in driving conditions, and can keep the wheel motor coordination, so don't need a pick up front axle drive from the device. In selecting a belt between shaft differential thansfer, try to make before, rear axle shaft torque distribution close to Hollywood, and to make RenYiQiao distribution of the maximum input torque not more than the bridge's allow input torque. In order to avoid a bridge in the wheels skid completely lost when driving force, this kind of thansfer needs to set between shaft differential locks, so that in a bridge in the wheel slippage will thansfer before and after the output shaft for an organic whole, improve the lock by sex.
Take between shaft differential thansfer characteristic analysis
Take axis of the differential between general set apart in thansfer differential planetary mechanism, can exercise decomposition and synthesis; And make thansfer compact structure, carrying capacity, stable, the noise is small, the life is long. The differential between shaft thansfer is essentially a two degrees of freedom differential linear, of which planet shelf to active parts, surface wheel and tooth lap is center follower, respectively with the before and after the output shaft drive connected. Two follower influenced by certain external conditions, thus make the constraints of the planet reliable transmission line.
（1） Torque distribution characteristics
This illustration shows the belt between shaft differential transmission schemes, among them, thansfer respectively, the sun wheel, tooth circle and planet shelf rotation velocity;For the sun, respectively, and the circle and planet shelf rotation radius.
Thansfer in before and after the output shaft speed operation, have =. The planet round 4 revolution and not only rotation, the planet round on A, B, C, respectively, linear velocity at three V1 = r1w1 V2 = r2w2 V3 = (V1 + V2) / 2 so at this moment, the whole planet
similar row A whole participate in transmission, differential doesn't work.
（2）Differential property
Thansfer output shaft rotation speed before and after the car in the actual operation of the rare. Due to the differences between road conditions and radius, the turning of the car driving, and other factors, the shaft will work between differential. Here in the shaft of the differential between biaxial car as an example:
Before and after the car wheels that bridge rolling radius, making for a greater than driving axle wheels, before and after the wheel axis of the translation of the actual speed and driving speed, will produce consistent before sliding of the rear wheel turn skaters movement, thus cause to the trend and produce different direction wheel additional cut to force. These additional cut to force reaction to thansfer planet round, will make the planet wheel lock by torque no longer balance, and happen, the rotation angular velocity for
rotation. Due to the rotation of the planet round, the A and B two points on the linear velocity will also take place corresponding velocity increment. The show that at any time in the differential between shaft thansfer can be the law, so that it can avoid running all the wheel drive power cycle when phenomenon. Due to differential output shaft of two speed maintain these relations, so as to make the translation speed control of the wheel, tend to be equal to keep up the pure rolling and no sliding state.
(3) Thansfer characteristics of the car through the sexual influence
Take shaft differential between two thansfer shaft torque always maintain certain relation, the car through the difficult road is very harmful. For example when a car is unnecessary wheel in the pavement, other smaller adhesion wheels in a good road, the car driving resistance of much bigger, because the shaft of the differential effect between thansfer, in good road wheels stop and do not move, and the output shaft before thansfer to certain speed rotation, drive wheels skid, car can't front axle road, this kind of circumstance, such as in time, make thansfer self-locking differential output shaft is two shaft into the shaft, rigid connection between differential doesn't work, the output shaft after thansfer torque increases, which make full use of the wheel and the surface, make good adhesive condition car pulled out of difficult sections.
帶軸間差速器的分動器特性分析
在多軸驅(qū)動的汽車上設有分動器，它位于變速器和驅(qū)動橋之間的傳動鏈中，用來增大變速器輸出的轉(zhuǎn)矩，以擴大變范圍，并將轉(zhuǎn)矩分配給驅(qū)動橋。
分動器類型及其特點
從結(jié)構(gòu)和功能來看，分動器可分為兩大類。
第一種是齒輪式分動器。一般齒輪式分動器驅(qū)動前，后橋的兩根輸出軸在接合前驅(qū)動嚙合套時為剛性連接。這類分動器結(jié)構(gòu)簡單，過去在各類全輪驅(qū)動的汽車上廣泛使用，其缺點是不能保證前、后輪的地方速度相等，在行駛過程中不可避免地要產(chǎn)生功率循環(huán)現(xiàn)象。這將使驅(qū)動輪載荷大幅度增加，輪胎及機件磨損加劇，燃油經(jīng)濟性下降。為此，需在分動器中另設分離前橋驅(qū)動的裝置，在汽車通過滑溜段時可以接合前橋。另外，一般齒輪式分動器分配給前、后橋的轉(zhuǎn)矩比例不定。這樣雖然會增加附著條件較好的驅(qū)動橋的驅(qū)動力，但可能使該橋因超載而損壞。為此，目前采用這類分動器的汽車越來越少。
另一種是帶軸間差速器的分動器。這類分動器在前、后輸出軸之間有一個行星齒輪式軸間差速器。它正好克服了上述缺點，兩根輸出軸可以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并按一定的比例將轉(zhuǎn)矩分配給前、后驅(qū)動橋，既可使前橋經(jīng)常處于驅(qū)動狀態(tài)，又可保證各車輪運動協(xié)調(diào)，所以不需要另設接離前橋驅(qū)動的裝置。在選用帶軸間差速器的分動器時，盡量使前、后橋轉(zhuǎn)矩分配接近于軸荷分配，并使任一橋的最大輸入轉(zhuǎn)矩不超過該橋的允許輸入轉(zhuǎn)矩。為了避免在某一橋的車輪打滑時完全喪失驅(qū)動力，這類分動器需設軸間差速鎖，以便在某一橋車輪出現(xiàn)打滑的情況下將分動器前、后輸出軸鎖為一體，提高通過性。
帶軸間差速器的分動器特性分析
帶軸間差速器的分動器中一般設置單排行星機構(gòu)差速器，可進行運動分解和合成；并使分動器結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，工作平穩(wěn)，噪聲小，壽命長。分動器中的軸間差速器實質(zhì)上是一個二自由度的差動輪系，其中行星架為主動件，面中心輪及齒圈為從動件，分別與前、后驅(qū)動橋的輸出軸相連。兩從動件受一定的外界條件的約束，從而使行星排可靠地傳動。
（1）轉(zhuǎn)矩分配特性
下圖為帶軸間差速器的分動器傳動示意圖，其中、、分別為太陽輪、齒圈及行星架的轉(zhuǎn)動角速度；、、分別為太陽 、齒圈及行星架的轉(zhuǎn)動半徑。
在分動器前、后輸出軸等速運轉(zhuǎn)時，有 =。行星輪4只有公轉(zhuǎn)而無自轉(zhuǎn)，行星輪上A、B、C三點的線速度分別為：V1= r1w1 V2=r2w2 V3=(V1+V2)/2,所以此時整個行星排類同于一個整體參與傳動，差速器不起作用。
（2）差速特性
分動器前后輸出軸等速轉(zhuǎn)動的情況在汽車實際運行中很少發(fā)生。由于車輪半徑差異、路面狀況及汽車轉(zhuǎn)彎行駛等原因，軸間差速器將起作用。下面以雙軸汽車的軸間差速器為例：
假設汽車前后橋車輪的滾動半徑大于后橋車輪，為使前、后車輪輪軸的實際平移速度與汽車行駛速度相一致，必將產(chǎn)生前輪滑轉(zhuǎn)后輪滑移的運動趨勢，因而引起地面對前后車輪產(chǎn)生不同方向的附加切向反力。這些附加切向反力反應到分動器行星輪上，將使行星輪鎖受轉(zhuǎn)矩不再平衡，而發(fā)生自轉(zhuǎn)，其自轉(zhuǎn)角速度為。由于行星輪的自轉(zhuǎn)，其上A、B兩點的線速度也將發(fā)生相應的速度增量。其表明在任何時候分動器中的軸間差速器都能被此規(guī)律運轉(zhuǎn)，這樣就可以避免全輪驅(qū)動時的功率循環(huán)現(xiàn)象。由于差速器兩輸出軸的轉(zhuǎn)速保持上述關(guān)系，從而使前后輪輪軸的平移速度趨于相等，各車輪也能保持純滾動而無滑動狀態(tài)。
（3）分動器特性對汽車通過性的影響
帶軸間差速器的分動器兩軸輸出轉(zhuǎn)矩始終保持一定的比例關(guān)系，這對汽車通過困難路段是很不利的。例如當汽車某一車橋的車輪處于附著力較小的路面，其它車輪處于良好的路面時，則汽車的行駛阻力較大的情況下，由于分動器的軸間差速器作用，處于良好路面上的車輪停止不動，而分動器的前輸出軸將以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，帶動前橋車輪打滑，汽車無法行駛，這種情況下，如及時鎖差速器，使分動器兩軸輸出軸則成剛性連接，使軸間差速器不起作用，則分動器后輸出軸上的轉(zhuǎn)矩增大，從而充分利用了車輪與地面的良好附著條件，使汽車駛出困難路段。
畢業(yè)設計（論文）
題 目 獅跑全輪驅(qū)動車分
動器與變速器設計
專 業(yè) 車輛工程
學 號
學 生
指導教師
答辯日期 2011.12.30
畢業(yè)設計（論文）評語
姓名： 學號： 專業(yè)： 車輛工程
畢業(yè)設計（論文）題目： 獅跑全輪驅(qū)動汽車分動器與變速器設計
工作起止日期： 2011 年 10 月 11 日起 2011 年 12 月 30 日止
指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況，完成質(zhì)量及評分意見：
指導教師簽字： 指導教師職稱：
評閱人評閱意見：
評閱教師簽字： 評閱教師職稱：
答辯委員會評語：
根據(jù)畢業(yè)設計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：
學生 畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為：
對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語：
答辯委員會主任（簽字） 職稱：
答辯委員會副主任（簽字）： 職稱：
答辯委員會委員（簽字）：
年 月 日
畢業(yè)設計（論文）任務書
學生姓名
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
指導教師姓名
職稱
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
■是□否
題目名稱
獅跑全輪驅(qū)動汽車分動器與變速器設計
一、設計（論文）目的、意義
全輪驅(qū)動，又稱四輪驅(qū)動，是指汽車前后輪都有動力。這種總布置形式，由于全部車輪都是驅(qū)動輪，充分利用了汽車的全部附著質(zhì)量，因此汽車有較大的驅(qū)動力和克服障礙、防止打滑的能力。本設計以獅跑車為原型，采用兼時驅(qū)動模式，駕駛員可以根據(jù)路面狀況，利用分動器實現(xiàn)前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動三種驅(qū)動方式的轉(zhuǎn)換，可以很好的滿足不同情況下的使用要求。本設計采用逆向設計的方法，主要對分動器和變速器的結(jié)構(gòu)進行設計，該設計可以為以后開展分動器和變速器的設計提供參考
二、設計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
通過對現(xiàn)有獅跑車上采用的分動器和變速器進行研究的基礎(chǔ)上主要完成以下基本內(nèi)容：
（1）分動器檔數(shù)、傳動比、中心距、齒輪參數(shù)的選擇。（2）分動器強度計算及材料選擇。（3）分動器軸的設計。（4）分動器同步器的設計。（5）設計三軸五檔變速器，完成變速器的布置方案分析。（6）變速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。（7）變速器同步器的設計。（8）各擋齒輪、軸的設計以及強度校核。
本設計采用文獻查閱法，大量收集資料查閱獅跑車分動器和變速器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，利用計算分析法對分動器和變速器軸、齒輪等強度進行校核計算。
利用實物參考方法，參照現(xiàn)有獅跑車所采用的分動器和變速器進行設計。
利用對比分析法，將所設計的分動器和變速器與現(xiàn)有的分動器進行對比證明設計的正確性。
三、設計（論文）完成后應提交的成果
（一）計算說明部分
包括分動器和變速器設計過程分析及重要的零部件如齒輪和軸等的校核計算
（二）圖紙部分
分動器裝配圖0#圖紙一張；變速器裝配圖0#圖紙一張
四、設計（論文）進度安排
2011年10月1日——10月20日 查閱相關(guān)資料，初步確定設計方案，撰寫開題報告
10月21日 開題
10月22日——11月10日 完成分動器的裝配圖繪制及相關(guān)零件的校核
11月11日——11月22日 完成變速器的裝配圖繪制及相關(guān)零件的校核
11月23日——11月25日 完成裝配圖并參加中期檢查
11月26日——12月5日 完成說明書的整理和撰寫工作，并檢查圖紙
12月6日——12月9日 準備結(jié)題
12月10日——12月19日 最后核定說明書及圖紙，準備上交全部材料
五、主要參考資料
[1] 郭新華．汽車構(gòu)造（第二版）．北京：高等教育出版社，2008．
[2] 高維山．汽車設計叢書—變速器[M]．北京：人民交通出版社，1990．
[3] 王望予．汽車設計（第4版）[M]． 北京：機械工業(yè)出版社，2004．
[4] 劉維信．汽車設計[M]．北京：清華大學出版社，2001．
[5] 陳家瑞．汽車構(gòu)造[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000．
[6] 鐘毅芳，唐增寶．機械設計（第二版）[M]．武漢：華中科技大學出版社，2001．
[7] 王黎欽，陳鐵鳴．機械設計（第4版）[M]．哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008．
[8] Christian Bader．Power train electronics-progress on the use and development of the computer aided gearshift systems[J]．SAE 901160，1990．
[9] E．Hendricks．Qualitative and quantitative influence of a fully controlled on fuel economy and vehicle performance[J]．SAE 930668，1993．
[10] 余志生．汽車理論（第三版）[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000．
[11] Bran Bach．Development of a Shift By Wire Synchronized 5-Speed Manual T ransmission[J]．SAE 980831，19988
[12] 王望予． 汽車設計（第3版）[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000．
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計
摘 要
本設計主要根據(jù)現(xiàn)代獅跑2.0L手動四驅(qū)SUV汽車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)進行分動器和變速器的設計。根據(jù)匹配車型的使用條件和車輛參數(shù)選擇分動器的結(jié)構(gòu)形式，并按照分動器系統(tǒng)的設計步驟和要求，具體進行了分動器軸、齒輪等零部件的相關(guān)設計工作和校核工作，在對機械式變速器的發(fā)展歷史、變速器的地位和作用，以及未來發(fā)展趨勢進行深入了解的基礎(chǔ)上研究了機械式變速器的基本結(jié)構(gòu)和變速原理，對機械式變速器各擋傳動路線進行了簡要分析，并以此為理論基礎(chǔ)，設計了起亞獅跑汽車三軸五檔變速器，完成了變速器的布置方案分析、變速器回轉(zhuǎn)件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定、同步器設計、各擋齒輪、軸的設計以及強度校核、軸承的使用壽命計算等。
關(guān)鍵詞： 分動器；設計；變速器；齒輪；同步器
Abstract
The design is based mainly on the modern lion run manually 2.0L four-wheel-drive SUV vehicle-related parameters at the design of the actuator. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the actuator sub-system design steps and requirements, mainly related to design work, including the sub-center distance of actuators, bevel gear and other parameters. And a sub-axis actuators, gears and other parts of the design and verification of the relevant work. At first, the thesis simply depicted the develop history of mechanical transmission, and it discussed the status and action of mechanical transmission as well as mechanical transmission’s current situation and forthcoming development trend. In addition, it studied the mechanical transmission’s basic structure and working principle. The transmission operation of every gear was researched. And mechanical transmission of three axles-five gears in KIA was designed based on above analysis. The layout plan of the mechanical transmission and the parameters of revolving parts were chose. At last, the synchronizer, axles and gears were designed and checked.
Keywords: Sub-actuator; design； transmission; gear; synchronizer
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 分動器簡介 1
1.1.1 分動器的構(gòu)造原理及設計要求 1
1.1.2 分動器類型 2
1.2 變速器的發(fā)展概況 3
1.2.1 變速器的設計要求 3
第2章 主要參數(shù)的選擇 4
2.1 分動器 4
2.1.1 檔數(shù)及傳動比 4
2.1.2 中心距的確定 5
2.1.3 齒輪參數(shù)的確定 5
2.2 變速器 8
2.2.1 傳動機構(gòu)布置方案 8
2.2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 10
2.2.3 檔數(shù)及各檔傳動比 11
2.2.4 中心距的確定 11
2.2.5 齒輪參數(shù)的確定 12
第3章 齒輪的強度計算 15
3.1 分動器 15
3.1.1 齒輪的失效形式與原因 15
3.1.2 齒輪強度的計算與校核 15
3.2 變速器 17
3.2.1輸入軸常嚙合齒輪 17
3.2.2輸出軸齒輪 18
3.2.3中間軸齒輪 19
第4章 軸的初選與強度計算 22
4.1 分動器軸的初選與計算 22
4.2 鍵的選擇與計算 23
4.3 變速器軸的初選與計算 23
4.3.1 軸的尺寸初選 23
4.3.2 輸出軸的計算 24
4.3.3 中間軸的計算 28
第5章 同步器 33
5.1 同步器的結(jié)構(gòu)類型 33
5.2 鎖環(huán)式同步器工作原理 33
5.3鎖環(huán)式同步器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 36
第6章 軸承的選用與壽命計算 38
6.1分動器軸承 38
6.2變速器軸承 38
6.2.2 輸出軸后端軸承 38
6.2.2 輸入軸后端軸承 40
6.2.3 中間軸前端軸承 41
6.2.4 中間軸后端軸承 42
結(jié) 論 44
參考文獻 45
致 謝 46
IV
第1章 緒論
1.1 分動器簡介
多橋驅(qū)動的越野汽車的傳動系中均裝有分動器。分動器也是一組齒輪傳動裝置，其主要功用是將變速器輸出的動力分配到各個驅(qū)動橋。另外，由于大多數(shù)分動器都有兩個檔位，所以它還兼起副變速器的作用[1]。
（1）帶軸間差速器的分動器
各輸出軸可以以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則由差速器傳動比決定。據(jù)此，可將轉(zhuǎn)矩按軸荷分配到各驅(qū)動橋。裝有這種分動器的汽車，不僅掛加力檔時可使全輪驅(qū)動，以克服壞路面和無路地區(qū)地面的較大阻力，而且掛分動器的高檔時也可使全輪驅(qū)動，以充分利用附著重量及附著力，提高汽車在好路面上的牽引性能。
（2）不帶軸間差速器的分動器
各輸出軸可以以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則與該驅(qū)動輪的阻力及其傳動機構(gòu)的剛度有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)的分動器在掛低檔時同時將接通前驅(qū)動橋；而掛高檔時前驅(qū)動橋則一定與傳動系分離，使變?yōu)閺膭訕蛞员苊獍l(fā)生功率循環(huán)并降低汽車在好路面上行駛時的動力消耗及輪胎等的磨損。
（3）裝有超越離合器的分動器
利用前后輪的轉(zhuǎn)速差使當后輪滑轉(zhuǎn)時自動接上前驅(qū)動橋，倒檔時則用另一超越離合器工作。
分動器的功用就是將變速器輸出的動力分配到各驅(qū)動橋，并且進一步增大扭矩，是4x4越野車汽車傳動系中不可缺少的傳動部件，它的前部與汽車變速箱聯(lián)接，將其輸出的動力經(jīng)適當變速后同時傳給汽車的前橋和后橋，此時汽車全輪驅(qū)動，可在冰雪、泥沙和無路的地區(qū)地面行駛。
1.1.1 分動器的構(gòu)造原理及設計要求
分動器的輸入軸與變速器的第二軸相連，輸出軸有兩個或兩個以上，通過萬向傳動裝置分別與各驅(qū)動橋相連。
對分動器的設計要求要滿足以下幾點：
1） 便于制造、使用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊；
2） 保證汽車必要的動力性和經(jīng)濟性；
3） 換檔迅速、省力、方便；
4） 工作可靠，不得有跳檔及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；
5） 分動器應有高的工作效率；
6） 分動器的工作噪聲低；
分動器的工作要求：
（1）先接前橋，后掛低速檔；
（2）先退出低速檔，再摘下前橋；上述要求可以通過操縱機構(gòu)加以保證。
1.1.2 分動器類型
（1）分時四驅(qū)(Part－time 4WD)
這是一種駕駛者可以在兩驅(qū)和四驅(qū)之間手動選擇的四輪驅(qū)動系統(tǒng)，由駕駛員根據(jù)路面情況，通過接通或斷開分動器來變化兩輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動模式，這也是一般越野車或四驅(qū)SUV最常見的驅(qū)動模式。最顯著的優(yōu)點是可根據(jù)實際情況來選取驅(qū)動模式，比較經(jīng)濟。
（2）全時四驅(qū)(Full－time 4WD)
這種傳動系統(tǒng)不需要駕駛?cè)诉x擇操作，前后車輪永遠維持四輪驅(qū)動模式，行駛時將發(fā)動機輸出扭矩按50：50設定在前后輪上，使前后排車輪保持等量的扭矩。全時驅(qū)動系統(tǒng)具有良好的駕駛操控性和行駛循跡性，有了全時四驅(qū)系統(tǒng)，就可以在鋪覆路面上順利駕駛。但其缺點也很明顯，那就是比較廢油，經(jīng)濟性不夠好。而且，車輛沒有任何裝置來控制輪胎轉(zhuǎn)速的差異，一旦一個輪胎離開地面，往往會使車輛停滯在那里，不能前進。
（3）適時驅(qū)動(Real－time 4WD)
采用適時驅(qū)動系統(tǒng)的車輛可以通過電腦來控制選擇適合當下情況的驅(qū)動模式。在正常的路面，車輛一般會采用后輪驅(qū)動的方式。而一旦遇到路面不良或驅(qū)動輪打滑的情況，電腦會自動檢測并立即將發(fā)動機輸出扭矩分配給前排的兩個車輪，自然切換到 四輪驅(qū)動狀態(tài)，免除了駕駛?cè)说呐袛嗪褪謩硬僮鳎瑧酶雍唵巍?
1.2 變速器的發(fā)展概況
汽車是最重要的現(xiàn)代化交通工具，又是科學技術(shù)發(fā)展水平的標志，而變速器又是汽車傳動系統(tǒng)重要的總成。機械式變速器經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，己積累了相當?shù)脑O計和生產(chǎn)經(jīng)驗，形成不少定型的產(chǎn)品，現(xiàn)代商用車和乘用車大都采用機械變速器。在變速器上廣泛采用斜齒常嚙合齒輪傳動，用同步器換檔。從現(xiàn)在市場上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動變速器（MT）、自動變速器（AT）、手動/自動變速器（AMT）、無級變速器（CVT）[2]。
手動變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各檔的變速比是個定值。比如，一檔變速比是3.85，二檔是2.55，再到五檔的0.75，這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動比，總共只有5個值(即有5級)，所以說它是有級變速器。
自動變速器（Automatic Transmission），利用行星齒輪機構(gòu)進行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動地進行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。無級變速系統(tǒng)不像手動變速器或自動變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個滑輪和一個鋼帶來變速，其傳動比可以隨意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動變速器“突然換檔”、油門反應慢、油耗高等缺點。
1.2.1 變速器的設計要求
汽車設計中對齒輪變速器的要求是：
（1） 傳遞兩個平行軸或相交軸間的回轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)矩；
（2） 保證傳動比恒定不變,能達到預定的工作壽命
（3） 能傳遞足夠大的動力，工作可靠,保證較高的運動精度;
（4） 與汽車采用的內(nèi)燃機匹配后使汽車具有較好的動力性和經(jīng)濟性；
傳動效率高、重量輕、體積小、噪聲低、制造簡單、維修方便等
第2章 主要參數(shù)的選擇
2.1 分動器
本設計是根據(jù)起亞獅跑手動四驅(qū)SUV而開展的，設計中所采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型，具體參數(shù)如下表所示：
表2-1 分動器設計參數(shù)
項 目
參 數(shù)
最高時速
171km/h
輪胎型號
235/60 R16
發(fā)動機型號
CVVT
最大扭矩
184/4500
最大功率
104/6000
整車整備質(zhì)量
2090Kg
2.1.1 檔數(shù)及傳動比
為了增強汽車在不好道路的驅(qū)動力，目前，四驅(qū)車一般用2個檔位的分動器，分為高檔和低檔.本設計也采用2個檔位。
選擇最低檔傳動比時，應根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。
汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。
本設計中的參數(shù)均來自獅跑車原型，低檔傳動比=1.5，高檔傳動比=0.8
2.1.2 中心距的確定
中心距是一個基本參數(shù)，其大小不僅對分動器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小，而且對輪齒的接觸強度有影響。中心距越小，齒輪的接觸應力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應當由保證輪齒有必要的接觸強度來確定。三軸式變速器的中心距A（mm）可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初定：
(2-1)
式中，K A----中心距系數(shù)。對轎車，K A =8.9～9.3；對貨車，K A =8.6～9.6
TI max ----變速器處于一檔時的輸出扭矩
TI max=Te max igI η =670.9N﹒m
故可得出初始中心距A=80mm。
2.1.3 齒輪參數(shù)的確定
（1）齒輪模數(shù)
建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應符合JB111-60規(guī)定的標準值。
第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn
(2-2)
其中,=184Nm，可得出=2.67。
同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。由于制造工藝上的原因，同一分動器中的結(jié)合套模數(shù)都相同，轎車和輕型貨車取2～3.5。本設計取3。
（2）齒形、壓力角、螺旋角和齒寬
壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。在本設計中變速器齒輪壓力角取20°,嚙合套或同步器取30o；斜齒輪螺旋角25°。
應該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使軸上是軸向力相互抵消。為此，第二軸上的全部齒輪一律去右旋，而第一軸的斜齒輪左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。
齒輪寬度的大小直接影響著齒輪的承載能力，加大，齒的承載能力增高。但試驗表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：
直齒=,為齒寬系數(shù)，取為4.5～8.0
斜齒=,為齒寬系數(shù)，取為6.0～8.5
本設計=3×8=24
為齒寬(mm)。采用接合套或同步器換檔時，其接合套的工作寬度初選時可取為2～4mm。
第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長度增加,接觸應力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。
（3）各檔齒數(shù)的確定
在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預先確定的變速器檔數(shù)、傳動比和結(jié)構(gòu)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設計來說明分配各檔齒數(shù)的方法。
（4）確定低檔齒輪的齒數(shù)
低檔傳動比=1.5，其中=80mm、=3；由
（2-3）
有=48
示采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型：7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777此處取=29，則可得出=19.
上面根據(jù)初選的A及m計算出的可能不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，從式（2-3）看出中心距有了變化，這時應從及齒輪變位系數(shù)反過來計算中心距A=80，再以這個修正后的中心距作為以后計算的依據(jù)。
（5）確定高檔的齒數(shù)
高檔傳動比=0.8
同理，由
（2-4）
得=48
取=26，=22
齒輪參數(shù)計算結(jié)果如表2-2所示。
表2-2 齒輪參數(shù)計算結(jié)果
螺旋角
低檔齒輪
高檔齒輪
法面膜數(shù)
3
3
3
3
端面模數(shù)
3.3
3.3
3.3
3.3
法面壓力角
20
20
20
20
法面齒距
9.42
9.42
9.42
9.42
端面齒距
10.37
10.37
10.37
10.37
標準中心距
80
80
80
80
齒根圓直徑
55.41
88.52
78.6.
65.3
齒頂高
3
3
3
3
齒根高
3.75
3.75
3.75
3.75
齒厚
4.72
4.72
4.72
4.72
2.2 變速器
2.2.1 傳動機構(gòu)布置方案
汽車變速器的主要功能是使汽車在各種使用條件下得到足夠的動力性與燃油經(jīng)濟性，此外還應使汽車具有倒向行駛、中斷動力行駛等。
機械變速器的基本結(jié)構(gòu)主要是由輸入軸、主動輪、從動輪、輸出軸、中間軸、同步器、軸承、操縱機構(gòu)等組成[3]。
圖2-1，分別示出了幾種中間軸式五檔變速器傳動方案。它們的共同特點是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接檔。使用直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器的傳動效率高，可達90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因為直接檔的利用率高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進檔位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一檔仍然有較大的傳動比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接檔以外的其他檔位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。在檔數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方式和到檔傳動方案上有差別。
圖2-1a所示方案，除一倒檔用直齒滑動齒輪換檔外，其余各檔為常嚙合齒輪傳動。圖2-1b，c，d所示方案的各前進檔，均用常嚙合齒輪傳動；圖2-1d所示方案中的倒檔和超速檔安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下，很容易形成一個只有四個前進檔的變速器。
圖2-1 中間軸式五檔變速器傳動方案
以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有的檔位用嚙合套換檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合套換檔。
發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動軸長度，可將變速器后端加長。伸長后的第二軸有時裝在三個支承上，其最后一個支承位于加長的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒檔傳動齒輪和換檔機構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。綜上所述選擇第2種傳動方案，前進檔，均用常嚙合齒輪傳動。
與前進檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)換倒檔，故多數(shù)方案采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實現(xiàn)倒檔傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案。本設計采用了下面的第四種布置方案。
圖2-2 倒檔布置方案
圖2-2為常見的倒檔布置方案。圖2-2b所示方案的優(yōu)點是換倒檔時利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換檔時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換檔困難。圖2-2c所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理。圖2-2d所示方案針對前者的缺點做了修改，因而取代了圖2-2c所示方案。圖2-2e所示方案是將中間軸上的一，倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖2-2f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒檔傳動采用圖2-2g所示方案。
2.2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析
（1）齒輪形式
變速器用斜齒輪和直齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪雖然制造時稍復雜、工作時有軸向力，但因其使用壽命長、噪聲小而仍得到廣泛使用。直齒圓柱齒輪用于低檔和倒檔。
（2）換檔結(jié)構(gòu)形式
變速器換檔結(jié)構(gòu)型式有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔等三種。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，而與其操作技術(shù)熟練程度無關(guān)，從而提高汽車的加速性，經(jīng)濟性和行駛安全性。
2.2.3 檔數(shù)及各檔傳動比
為了使發(fā)動機在最有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，變速器各檔傳動比之間的關(guān)系基本是幾何級數(shù)，故臨檔傳動比比值就是幾何級數(shù)的公比[4]。
（1）最大傳動比。
（2-5）
式中：主減速比，=2305kg， =0.03,=95%，=184N·mm， r=0.216m，可得=4.618。
（2）最小傳動比。
，該公式為計算最小傳動比公式
（3）其余各擋傳動比比值。
（2-6）
變速器各擋傳動比如表2-3所示。
表2-3 變速器各擋傳動比
一擋
二擋
三擋
四擋
五擋
倒擋
4.6
2.9
1.8
1
0.7
4.5
2.2.4 中心距的確定
齒輪中心距是變速器很重要的參數(shù)，它對變速器整體尺寸及質(zhì)量有很大影響。通常根據(jù)經(jīng)驗公式初選中心距。
經(jīng)驗公式：mm。
2.2.5 齒輪參數(shù)的確定
（1） 齒輪模數(shù)
初選模數(shù)時，可以參考同類型汽車的齒輪模數(shù)確定，也可根據(jù)大量現(xiàn)代汽車變速器齒輪模數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，找出模數(shù)的變化規(guī)律，即經(jīng)驗公式。利用經(jīng)驗公式初選模數(shù),斜齒輪法向模數(shù)=2.5，直齒輪=3mm。
（2）齒輪壓力角
實際上應國家規(guī)定的齒輪標準壓力角為20度，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20度。
（3） 齒輪螺旋角
為減少工作噪聲和提高強度，汽車變速器齒輪多用斜齒輪，只有倒檔齒輪。隨著螺旋角的增大，齒的強度也相應的提高，不過當螺旋角大于30度時，其彎曲強度驟然下降，而接觸強度仍繼續(xù)上升，因此從提高低檔齒輪的彎曲強度出發(fā)，并不希望過大，而從提高高檔齒輪的接觸強度著眼，可選取較大值。 斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍選用:
轎車變速器：，貨車變速器：，在此選用螺旋角。
（4） 齒寬
通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬。
直齒輪b=(4.5～7.5)，斜齒輪=(6.5～8.5)。
因此得直齒輪b=4.5×3=14mm，斜齒輪=8.0×2.5=20mm，第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)取大些=8×2.5=20mm，使接觸線長度增加，接觸應力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪的壽命。采用同步器換檔，其接合齒的工作寬度初選時可取為(2-4)m[5]。
（5） 各擋齒輪齒數(shù)的分配
一擋齒輪齒數(shù)。
常嚙合齒輪副的齒數(shù)。
，，
其它各擋的齒數(shù)。
二擋齒數(shù)：
從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，有公式：
（2-7）
可得：
三擋齒數(shù)：
，，
由式（8-3）可得：
五擋齒數(shù)：
，，
由式（8-3）可得：
倒擋齒數(shù)：
分配齒數(shù)，。
倒擋軸與中間軸的中心距：
為防止運動干涉，齒輪11和12的齒頂圓間應保持0.5mm以上的間隙，則有：。[6]
（6） 齒輪分度圓直徑。
各擋齒輪分度圓直徑如表8-2所示。
表2-4 齒輪分度圓直徑（mm）
一擋
二擋
三擋
五擋
倒擋
常嚙合齒輪
輸入軸齒輪
109.70
85.74
73.01
43.53
96.8
53.83
輸出軸齒輪 43.30 60.35 78.42 110.27 43.5 99.16
倒擋軸齒輪 63.8
（7） 齒輪輪齒尺寸。
齒頂高：。
齒根高：。
第3章 齒輪的強度計算
3.1 分動器
3.1.1 齒輪的失效形式與原因
齒輪的失效形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動換檔齒輪端部破壞。
輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒再重復載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。
齒輪工作時，一對相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細小裂縫中的潤滑油油壓升高，并導致裂縫擴展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動載荷，導致輪齒折斷。
用移動齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時兩個進入嚙合的齒輪存在角速度茶，換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。
3.1.2 齒輪強度的計算與校核
與其他機械設備使用的變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級、支撐方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或齒輪精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于7級。因此，比用于計算通用齒輪強度公式更為簡化一些的計算公式來計算汽車齒輪，同樣、可以獲得較為準確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。
(1).斜齒輪彎曲應力
（3-1）
式中，為Kε重合度影響系數(shù)，取1.0；注釋相同，Kσ=1.50[7]。
低檔齒輪圓周力： 5111.11 N
齒輪1的當量齒數(shù),可查表的：
MPa
同理得：=206.7MPa
依據(jù)計算二擋齒輪的方法可以得到其他檔位的彎曲應力，其計算結(jié)果如下：
230.5MPa
250.6MPa
當計算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時，對常嚙合齒輪和高檔齒輪，許用應力在180～350MPa范圍內(nèi)，因此，上述計算結(jié)果均符合彎曲強度要求.
(2). 輪齒接觸應力
（3-2）
斜齒圓柱齒輪：mn=3
=29, =19,E=2.04×105
=72,d2=100
Tj=0.5,Temax=0.5×184=92N
=5111.11Nmm
MPa （3-3）
同理得：
MPa
MPa
MPa
滲碳齒輪的許用應力在1300～1400 之間，強度符合要求。
3.2 變速器
3.2.1輸入軸常嚙合齒輪
斜齒輪彎曲應力：
（3-4）
直齒輪彎曲應力：
（3-5）
式中：—為彎曲應力，N/；
—為圓周力，N ；
—為計算載荷， N·mm ；
—為節(jié)圓直徑，mm 。
—為應力集中系數(shù)，直齒輪=1.65，斜齒輪=1.5；
—為重合度系數(shù)，=2；
—為齒寬系數(shù)，；
—為摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪，從動齒輪；
—為齒形系數(shù)，查表y=0.14；
—為齒寬，mm；
—為端面齒距，mm；
—為齒輪螺旋角，；
mm。
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：，
（3-6）
式中： N/；
—為齒面上的法向力，N ；
—為節(jié)點處壓力角，；
—為齒輪材料的彈性模量，N/；
—為齒輪接觸的實際寬度， mm ；
—為主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑，mm 。
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件[8]。
3.2.2輸出軸齒輪
（1） 一擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（2） 二擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ 350 N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（3） 三擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（4） 五擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（5） 倒擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-5）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件[9]。
3.2.3中間軸齒輪
（1） 一擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（2） 二擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（3） 三擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（4） 五擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（5） 倒擋齒輪。
彎曲應力：
由式（3-5）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
（6） 中間軸常嚙合齒輪。
彎曲應力：
由式（3-4）可得：
N/ N/ 符合條件。
接觸應力：
由式（3-6）可得：
N/ N/ 符合條件。
第4章 軸的初選與強度計算
4.1 分動器軸的初選與計算
（1）輸入軸直徑初選與校核
軸的材料主要是經(jīng)過軋制或鍛造的碳鋼或合金鋼。通常用的是碳鋼，其中最常用的是45鋼。為了提高軸的強度和耐磨性，可對軸進行各種熱處理或化學處理，以及表面強化處理。
綜上，從動軸同樣選用45鋼，查手冊得=25～45MPa。
主動軸主要受額定轉(zhuǎn)矩T的作用，由于軸上重力而產(chǎn)生的彎矩很小，可以忽略不計。轉(zhuǎn)動零件的各表面都經(jīng)過機械加工，零件幾何形狀都是對稱的，高速旋轉(zhuǎn)時對軸產(chǎn)生的不平衡力矩較小，產(chǎn)生的彎矩可忽略不計。故軸的強度按轉(zhuǎn)矩進行計算。
軸的最小直徑可按公式：
≈(4.0-4.6)=24.81mm （4-1）
式中，—最大轉(zhuǎn)矩184 N/m；
—軸徑mm；
—許用扭應力（25～45MP）；
故本設計中取=25符合強度要求。最小段符合要求，其它各段一定符合要求。
(2)輸出軸的初選與校核
從動軸的最小直徑同前可得：
≥=27mm （4-2）
式中，——功率（100KW）；
——轉(zhuǎn)速（6000r/min）；
——許用扭應力（25～45MP 取40MP）；
同樣在這里取=30mm符合要求[10]。
4.2 鍵的選擇與計算
平鍵聯(lián)接受額定轉(zhuǎn)距作用時，鍵的側(cè)面受擠壓，主截面受剪切力，可能的失效形式是工作面壓潰或鍵剪斷。對于實際采用的材料和按標準選用的平鍵來說，壓潰是主要的失效形式。因而平鍵聯(lián)接的強度常按鍵側(cè)的擠壓應力來計算。
軸與半聯(lián)軸器用單鍵聯(lián)接，其擠壓應力為：
＝≤ （4-3）
式中, —鍵聯(lián)接的擠壓應力(Pa)；
K—鍵與聯(lián)軸器的接觸高度，對平鍵可取鍵高的一半,k=H/2；
—額定轉(zhuǎn)距(Nm)；
—軸的直徑(m)；
—鍵的工作長度(m),對于圓頭普通平鍵可取為鍵全長與鍵寬之差；
[]—鍵聯(lián)接許用擠壓應力(MPa)；
在第一段軸上選用圓頭普通平鍵，根據(jù)=25mm，查得鍵的截面尺寸為：寬度=8mm，高度=7mm。取鍵長=16.5mm 。鍵的工作長度l==16.5-8=8.5mm。鍵與鍵槽的接觸高度=0.5=4mm。其擠壓應力為：
=＜=110MPa
所以所選鍵符合強度要求。
同理第二周選用圓頭普通平鍵的擠壓應力為：
=＜=110MPa
所以所選鍵符合強度要求。
4.3 變速器軸的初選與計算
4.3.1 軸的尺寸初選
變速器軸在工作時承受扭矩、彎矩，因此應具備足夠的強度和剛度。
（1）變速器軸向尺寸。轎車五檔變速器殼體軸向尺寸為(3.0～3.4)A。
（2）軸的直徑。變速器軸的長度可以初步確定。軸的長度對軸的剛度影響很大，滿足剛度要求，軸的長度須和直徑保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。
第一軸花鍵部分直徑的初選：mm。
軸的直徑與支撐跨度長度L之間關(guān)系：
軸的結(jié)構(gòu)形狀應保證齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定，并與工藝要求有密切關(guān)系。
4.3.2 輸出軸的計算
軸的許用應力:
（4-4）
式中： —為軸的許用應力，MPa；
—為軸所受的彎矩，N·mm；
—為抗彎截面系數(shù)，；
—為軸的直徑，mm。
a b
圖4-1 輸出軸受力分析簡圖
（1）一擋時。
剛度條件：
N·mm
N，N，N
185.5mm，77.5mm，38mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
式中：—為軸在垂直面內(nèi)的撓度，mm；
—為軸在水平面內(nèi)的撓度，mm；
—為齒輪齒寬中間平面上的圓周力，N；
—為齒輪齒寬中間平面上的徑向力，N；
—為軸的直徑，mm；
—為彈性模量，MPa；
—為慣性矩，；
、-為齒輪上作用力距支座A、B的距離，mm；
-為支座間距離，mm。
強度條件：
C
B
A
圖4-2 垂直方向受力分析簡圖
A
C
B
圖4-3 水平方向受力分析簡圖
向B點取矩，得： N
向C點取矩，得： N
N·mm，N·mm
彎矩如圖4-4所示：
＋
圖4-4 垂直方向彎矩圖
＋
圖4-5 水平方向彎矩圖
N·mm
由式（4-4）可得：
N/mm N/mm 強度合格[11]。
（2） 二擋時。
剛度條件：
T=184× N·mm
N， N， N
156mm，107mm，38mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
（3） 三擋時。
剛度條件：
T=184× N·mm
N，N，N
104mm，159mm，34mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
（4） 五擋時。
剛度條件
T=184× N·mm
N，N，N
80mm，183mm，27mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
（5） 倒擋時。
剛度條件：
T=184× N·mm
N，N，N
241mm，22mm，34mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
4.3.3 中間軸的計算
中間軸受力分析如圖4-6所示。
A
B
圖4-6 中間軸受力分析簡圖
（1） 一擋時。
剛度條件：中間軸上各擋齒輪受力與二軸上相對應各擋齒輪受力大小相等，方向相反[12]。
T=184× N·mm
N，N，N
184mm，79mm，48mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
強度條件：
A
B
圖4-7 垂直方向受力分析簡圖
A
B
圖4-8 水平方向受力分析簡圖
mm, mm, mm, mm
一擋時常嚙合齒輪受力為：
N，N，N
設中間軸上一擋齒輪受力為：，，
垂直方向：
向B點取矩，得： N
向A點取矩，得： N
N·mm， N·mm
彎矩如圖4-9所示：
＋
圖4-9 垂直方向彎矩圖
水平方向：
對B點取矩，得： N
對A點取矩，得： N
N·mm， N·mm
彎矩如圖4-10所示：
＋
圖4-10 水平方向彎矩圖
N·mm
N/ N/ 強度合格。
（2） 二擋時。
剛度條件：
T=184× N·mm
N，N，N
156.5mm，106.5mm，65mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
（3） 三擋時。
剛度條件：
T=184× N·mm
N，N，N
99.5mm，163.5mm，83.5mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
（4） 五擋時。
剛度條件：
T=184× N·mm
N，N，N
79.5mm，183.5mm，38mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
（5） 倒擋時。
剛度條件：
T=184×N·mm
N，N，N
238mm，25mm，49.5mm
垂直方向：
水平方向：
轉(zhuǎn)角：
全撓度： 剛度合格。
許用應力：
同理由式（4-4）可得：
N/ N/ 強度合格。
第5章 同步器
5.1 同步器的結(jié)構(gòu)類型
慣性同步器能確保同步嚙合換擋，性能穩(wěn)定、可靠，因此在現(xiàn)代汽車變速器中得到了最廣泛的應用。它又分為慣性鎖止器和慣性增力式。用得最廣的是鎖環(huán)式、鎖銷式等慣性鎖止式同步器，它們雖結(jié)構(gòu)有別，但工作原理無異，都有摩擦原件、鎖止原件和彈性原件。掛擋時，在軸向力作用下摩擦原件相靠，在慣性轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生摩擦力矩，使被結(jié)合的兩部分逐漸同步；鎖止原件用于阻止同步前強行掛擋；彈性原件使嚙合套等在空擋時保持中間位置，又不妨礙整個結(jié)合和分離過程。
本設計采用鎖環(huán)式同步器又稱鎖止式、齒環(huán)式或滑塊式，其工作可靠、耐用，因摩擦半面受限，轉(zhuǎn)矩容量不大，適于輕型以下汽車，廣泛用于轎車及輕型客、貨車。
5.2 鎖環(huán)式同步器工作原理
變速器中采用鎖環(huán)式慣性同步器，如圖5-1所示。
圖5-1 鎖環(huán)式慣性同步器
同步器換檔過程有三個階段組成。第一階段，同步器離開中間位置，作軸向移動并靠在摩擦面上。摩擦面接觸瞬間，由于齒輪的角速度()和滑動齒套的角速度()
不同，在摩擦力矩作用下鎖銷相對滑動齒套轉(zhuǎn)動一個不大的角度，并占據(jù)圖上所示的鎖止位置。此時鎖止面接觸，結(jié)果阻止滑動齒套向換檔方向移動。
第二階段，來自手柄傳至換檔撥叉并作用在滑動齒套上的力，經(jīng)過鎖止元件又作用到摩擦面上。由于和不等，在上述表面產(chǎn)生摩擦力?；瑒育X套和齒輪分別與整車和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動零件相連接。于是在摩擦力矩作用下，滑動齒套1和齒輪3的轉(zhuǎn)速逐步接近，其角速度差△=--減小了。在△=0的瞬間同步過程結(jié)束。
第三階段△=0,摩擦力矩消失，而軸向力仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止狀態(tài)，屆時滑動齒套和鎖銷上的斜面相對移動，從而使滑動齒套占據(jù)了換檔位置[13]。
在分析與計算中考慮到常溫條件下潤滑油阻力對齒輪轉(zhuǎn)速的影響可以忽略不計，并假設在同步過程中車速保持不變，這一假設在道路阻力系數(shù)≤0.15同步器時間時≤1s是符合實際的。由于變速器輸出端的轉(zhuǎn)速在換擋瞬時保持不變，而輸入端靠摩擦作用達到與輸出端同步。如圖5-2、5-3同步器的計算模型：
圖5-2同步器計算模型
圖5-3同步器計算模型
現(xiàn)建立輸入端慣性質(zhì)量的運動方程：
(5-1)
將上式積分得
由上式可得同步時間：
(5-2)
將上式中的以摩擦面所受的軸向力代替，則有
(5-3)
同步器摩擦錐面的滑磨功為
(5-4)
將其代入上式，并將其中的值用式(5-4)代入，得
(5-5)
同步器的滑磨功與其摩擦面積之比
(5-6)
稱為同步器的比滑磨功。對高檔同步器值應不大于0.2J/m2;而對低檔同步器則應不大于(0.3～0.5)J/m2。為了阻止同步前掛擋，則要求摩擦力矩大于脫鎖力矩,若忽略鎖止面的摩擦系數(shù)，以鎖環(huán)式同步器為列，如圖（5-3）所示：
根據(jù)Tf≥TT ，則可建立同步器的鎖止條件：
（5-7）
5.3鎖環(huán)式同步器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
（1）摩擦錐面的半錐角和摩擦系數(shù)
愈小則摩擦力矩愈大，故為增大同步器容量值應取小一些，但為了避免摩擦面的自鎖應使大于摩擦角，后者與摩擦系數(shù)有關(guān)，即=。推薦，=(7～8)的上限允許到12。當取=6時摩擦力矩較大，但當錐面粗糙度、潤滑油種類及溫度等因素的不同而異。一般，在油中工作的青銅-鋼同步器摩擦副，可按=0.1計算。
（2）摩擦錐面的平均半徑和同步錐環(huán)的徑向厚度
和都受到變速器齒輪中心距及有關(guān)零部件的尺寸和布置上的限制。當結(jié)構(gòu)布置允許時，和應盡量取大些。
（3）摩擦錐面的工作面寬
同步錐環(huán)的工作面寬，受到變速器總長的尺寸限制，也要為散熱和耐磨損提供足夠大的摩擦面積?？筛鶕?jù)摩擦表面的許用壓力來確定：
，MPa (5-8) 對于鎖銷式同步器≈(0.14～0.2)
=100N, =0.1, =8
(5-9)
得=14mm =6mm
（4）鎖止角
由公式(5-7)得出，通常在26～40范圍內(nèi)。
，得出mm
（5）同步時間與軸向推力
和是一對相互影響的可變參數(shù)。應按以最短時間達到同步狀態(tài)來考慮軸向力的大小。
第6章 軸承的選用與壽命計算
6.1分動器軸承
軸承分兩類：滾動軸承和滑動軸承。磁流變液離合器所需的軸承，主要承受因主機重力而產(chǎn)生的徑向負荷，同時考慮軸向定位。但磁流變液離合器主要受徑向負荷，因此根據(jù)尺寸要求選用深溝球軸承[14]。
根據(jù)軸徑d=45mm，查機械設計手冊選取單列深溝球承,=62mm,=16mm。
軸承的壽命為：
= （6-1）
式中, —軸承壽命((h)；
—軸承轉(zhuǎn)速(r/min)；
—當量動載荷(N)；
—軸承的額定動負荷(N)；
由手冊查出，根據(jù)計算，選擇軸承的型號為6206。軸承的壽命由工作需要而定，一般不得小于10000h。
6.2變速器軸承
變速器各擋計算載荷如表6-1所示。
表6-1 變速器各擋計算載荷
擋數(shù)
一擋
二擋