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哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)
姓名： 董石磊 學(xué)號(hào)： 1089311115 專業(yè)： 車(chē)輛工程
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 三軸六檔變速器設(shè)計(jì)
工作起止日期： 2011 年 10 月 11 日起 2011 年 12 月30日止
指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況，完成質(zhì)量及評(píng)分意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱：
評(píng)閱人評(píng)閱意見(jiàn)：
評(píng)閱教師簽字： 評(píng)閱教師職稱：
答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評(píng)定：
學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定為：
對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特殊評(píng)語(yǔ)：
答辯委員會(huì)主任（簽字） 職稱：
答辯委員會(huì)副主任（簽字）： 職稱：
答辯委員會(huì)委員（簽字）：
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目 三軸六檔變速器設(shè)計(jì)
專 業(yè) 車(chē)輛工程
學(xué) 號(hào) 1089311115
學(xué) 生 董石磊
指導(dǎo)教師 于連志
答辯日期 2011.12.30
哈工大華德學(xué)院
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘要
變速器是汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中重要的部件，主要用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，它設(shè)計(jì)的好壞直接影響到汽車(chē)的實(shí)際使用性能。本文參考現(xiàn)有變速器參數(shù)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的改進(jìn)，說(shuō)明了汽車(chē)變速器的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程，主要內(nèi)容是參數(shù)的選擇和所選零件參數(shù)的校核。
本文敘述了機(jī)械式變速器的功用、要求，在已提供的設(shè)計(jì)參數(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算分析確定結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)。說(shuō)明了變速器主要參數(shù)的確定方法、齒輪的幾何計(jì)算和校核過(guò)程、軸的尺寸確定和校核過(guò)程和同步器的選用方法。
汽車(chē)變速器是通過(guò)改變傳動(dòng)比，改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)拒，適應(yīng)在起步、加速、行駛以及克服各種道路阻礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪牽引力及車(chē)速不同要求的需要。
關(guān)鍵詞: 變速器;傳動(dòng)機(jī)構(gòu);齒輪;離合器;傳動(dòng)比
Abstract
Transmission System is the most important automotive components, mainly used to change the engine driving wheel on the spread of torque and speed, it’s designed to have a direct impact on the actual use of motor vehicles. In this paper, reference information on the existing transmission parameters on the basis of certain improvements on the vehicle transmission design and calculation process, the main contents of the parameters of choice and selected parts of the parameters check.
This paper describes the function of mechanical transmission, requested that the provision has been on the basis of the parameters, determined by calculating the structure of the programme and the main parameters. Description of the main parameters of transmission methods, the geometric computing gear and checking process, the shaft size and the identification and verification process for the selection method of synchronization. Calculation includes gear strength, the axis of mild stiffness
Automobile transmission is by changing the transmission ratio, the engine crankshaft in turn refused to change and adapt at the start, acceleration, road traffic and to overcome the obstacle of different driving conditions and speed of the drive wheel traction with different demands and needs.
Key words: transmission; transmission; gear; clutch; transmission ratio
目 錄
摘要..............................................................................................................I
Abstract...............................................................................................................II
第1章 緒論.................................................................................................1 第2章 機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定..........................................3
2.1 變速器的功用和要求.................................................................3
2.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定.............................................................3
2.2.1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇.........................3
2.2.2.倒檔傳動(dòng)方案...................................................................8
2.3變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析.........................................9
2.3.1齒輪型式............................................................................9
2.3.2換檔結(jié)構(gòu)型式....................................................................9
第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì)................................12
3.1 變速器主要參數(shù)的選...............................................................12
3.1.1 檔數(shù)和傳動(dòng)比.................................................................12
3.1.2 中心距........................................................................ ....14
3.1.3 軸向尺寸.........................................................................14
3.1.4 齒輪參數(shù)........................................................................ 15
3.2各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定.............................................16
3.2.1確定一檔齒輪的齒數(shù).......................................................16
3.2.2確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)...............................................16
3.2.3確定其他檔位的齒數(shù).......................................................17
3.2.4確定倒檔齒輪的齒數(shù)...................................................... 17
3.3 齒輪變位系數(shù)的選擇...............................................................17第4章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇....................................,...19
4.1齒輪的損壞原因及形式............................................................19
4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核...........................................................19
4.2.1齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算..........................................................19
4.2.2 齒輪接觸應(yīng)力.................................................................20
第5章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核.......................................................24
5.1變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸............................................................24
5.1.1軸的結(jié)構(gòu)..........................................................................24
5.1.2確定軸的尺寸..................................................................24
5.2 軸的校核..................................................................................25
5.2.1第一軸的強(qiáng)度與剛度校核.................................................25
5.2.2第二軸的校核計(jì)算............................................................26
第6章 變速器同步器的設(shè)計(jì)...................................................................29
6.1 同步器的結(jié)構(gòu)......................................................................... ...29
6.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定.............................................................39
6.2.1同步環(huán)錐面上的螺紋槽.....................................................39
6.2.2錐面半錐角....................................................................30
6.2.3摩擦錐面平均半徑R..........................................................30
6.2.4錐面工作長(zhǎng)度b.................................................................31
6.2.5同步環(huán)徑向厚度................................................................31
6.2.6鎖止角............................................................................31
6.2.7同步時(shí)間t.........................................................................31
第7章 變速器的操縱機(jī)構(gòu).......................................................................33
結(jié)論..........................................................................................................34致 謝.................................................................................................. .....35參考獻(xiàn)........................................................................................................36
- IV -
哈爾濱華德學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名
董石磊
系部
汽車(chē)工程系
專業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛工程0893111
指導(dǎo)教師姓名
于連志
職稱
助工
從事
專業(yè)
交通運(yùn)輸
是否外聘
□是■否
題目名稱
大眾途觀三軸六檔變速器設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
目的:綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析、解決問(wèn)題，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，培養(yǎng)自己動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。
意義：變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，使汽車(chē)獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。由于汽車(chē)行駛條件不同，要求汽車(chē)行駛速度應(yīng)能在很大范圍內(nèi)變化。內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速變化范圍都較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了車(chē)速應(yīng)在很大范圍內(nèi)變化地要求，所以變速器應(yīng)在較大范圍內(nèi)改變汽車(chē)行駛速度的大小和汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪上扭矩的大小。
因此，通過(guò)對(duì)汽車(chē)變速器的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和鍛煉學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
(一)、本設(shè)計(jì)將參考普通齒輪變速器的結(jié)構(gòu)布局，選用大眾途觀三軸六檔變速器設(shè)計(jì)參數(shù)并根據(jù)設(shè)計(jì)要求查找相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：
1. 變速器主要參數(shù)的選擇
2. 變速器齒輪參數(shù)的確定
3. 變速器結(jié)構(gòu)元件的設(shè)計(jì)
4. 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及校核、軸的計(jì)算和校核以及其他零部件的強(qiáng)度計(jì)算及校核，
最后進(jìn)行變速器整體的性能分析，在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，繪制變速器的整體裝配圖、操縱機(jī)構(gòu)裝配圖及各主要零部件的零件圖。
(二)、本設(shè)計(jì)主要研究方法：
1）運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)課程知識(shí)，理論和實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，正確的解決變速器設(shè)計(jì)中的功能分析、工藝方案論證、工藝計(jì)算、變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件等問(wèn)題。
2）提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，通過(guò)所給數(shù)據(jù)資料進(jìn)行該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，獲得高性能、高效率、低成本、輕型化、智能化、集成化的新型變速器。
3）進(jìn)行技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的工藝分析。
4）確定齒輪結(jié)構(gòu)。合理分配傳動(dòng)比，選擇最佳功能和尺寸結(jié)構(gòu)的工藝方案。
5）確定齒輪齒數(shù)、齒輪型號(hào)、中心距、軸承型號(hào)的選用，軸向力、軸所受剪切力，齒輪、軸承受力的計(jì)算。
6）對(duì)所選用的齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接除疲勞強(qiáng)度的校核和軸的剪切力的校核。
7）進(jìn)行實(shí)地設(shè)計(jì)和改進(jìn)
(三)、論文要求
1.參考文獻(xiàn)篇數(shù)：10篇以上（其中不少于2篇外文文獻(xiàn)）
2.內(nèi)容充實(shí)，結(jié)構(gòu)清晰合理，符合規(guī)范
3.必須進(jìn)行大量的實(shí)地調(diào)查
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
（一）計(jì)算說(shuō)明部分
1. 根據(jù)相關(guān)參數(shù)完成變數(shù)器及零部件設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核；
3、 2.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)10000字以上；
（二）圖紙部分
繪制兩張零號(hào)圖紙以上，其中至少有一張CAD圖
(三）基于CATIA大眾途觀三軸六檔變速器設(shè)計(jì)
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
第1-2周：收集資料，完成開(kāi)題報(bào)告，完成總體設(shè)計(jì)方案并及時(shí)寫(xiě)好畢業(yè)設(shè)計(jì)日志；10月21日開(kāi)題檢查
第3-7周：1、完成整體設(shè)計(jì)，材料的選擇和相關(guān)計(jì)算，完成所有草圖的繪制；2、11月18日指導(dǎo)教師進(jìn)行中期檢查；3、11月25日全系中期檢查并及時(shí)寫(xiě)好畢業(yè)設(shè)計(jì)日志。
第8-9周：1、完成所有正式圖紙的繪制和論文草稿；2、12月9日結(jié)題檢查。
第10-11周：1、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的內(nèi)容、格式、英、漢文摘要、畢業(yè)論文等內(nèi)容進(jìn)行修改，2、完成正式論文的裝訂；3、12月19日上交所有畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)材料。
第12周：1、準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。2、12月30日答辯。
5、 主要參考資料
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六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒論
現(xiàn)在，每當(dāng)人們觀看F1大賽，總會(huì)被那種極速的感覺(jué)所折服。此刻，大家似乎談?wù)摰米疃嗟木褪前l(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及車(chē)手的駕駛技術(shù)。而且，不忘在自己駕車(chē)的時(shí)候體會(huì)一下極速感覺(jué)或是在買(mǎi)車(chē)的時(shí)候關(guān)注一下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這似乎成為了橫量汽車(chē)品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的，因?yàn)樗莿?dòng)力的締造者。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。
從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車(chē)型所配置的變速器來(lái)看，主要分為：手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT）、無(wú)級(jí)變速器（CVT）。
本次設(shè)計(jì)的課題為三軸六檔手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)，該課題來(lái)源于結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際。
本次課題研究的主要內(nèi)容是：
1.進(jìn)行變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（不包括同步器），完成標(biāo)準(zhǔn)件的選型。
2.完成強(qiáng)度計(jì)算。
3.對(duì)軸、齒輪等主要零件進(jìn)行制造工藝分析。
4.對(duì)變速器裝配工藝進(jìn)行分析，包括裝配順序、軸承游隙調(diào)整、潤(rùn)滑等
關(guān)于變速器的設(shè)計(jì)，首先要確定變速器的各檔位的傳動(dòng)比和中心距，然后計(jì)算出齒輪參數(shù)以選擇合適的齒輪并且對(duì)其進(jìn)行校核，接著是初選變速器軸與軸承并且完成對(duì)軸和軸承的校核，最終完成了變速器的零件圖和裝配圖的繪制。
本課題所設(shè)計(jì)出的變速器可以解決如下問(wèn)題：
a.正確選擇變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配，以保證汽車(chē)具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；
b.設(shè)置空檔以保證汽車(chē)在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使汽車(chē)可以倒退行駛；
c.操縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力；
d.傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲；
e.體小、質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠；
f.制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)；
g.貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
本設(shè)計(jì)是根據(jù)流行1.8L大眾途觀車(chē)型而開(kāi)展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來(lái)源于此種車(chē)型：
主減速比：4.782
最高時(shí)速：190km/h
輪胎型號(hào)：215/65R16
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：1.8TSIEA888
最大扭矩：250Nm
最大功率：118kw
扭矩轉(zhuǎn)速：4200r/min
第2 章機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定
2.1 變速器的功用和要求
變速器的功用是根據(jù)汽車(chē)在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，使汽車(chē)具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證汽車(chē)倒車(chē)以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率輸出裝置。
對(duì)變速器的主要要求是：
1. 應(yīng)保證汽車(chē)具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車(chē)整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽車(chē)載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車(chē)使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來(lái)滿足這一要求。
2. 工作可靠，操縱輕便。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過(guò)采用同步器和預(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng)換檔來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3. 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。
4. 傳動(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。
5. 噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。
2.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定
2.2.1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇
有級(jí)變速器與無(wú)級(jí)變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造低廉，具有高的傳動(dòng)效率（η=0.96~0.98），因此在各類(lèi)汽車(chē)上均得到廣泛的應(yīng)用。
設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)根據(jù)汽車(chē)的使用條件及要求確定變速器的傳動(dòng)比范圍、檔位數(shù)及各檔的傳動(dòng)比，因?yàn)樗鼈儗?duì)汽車(chē)的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的直接影響。
傳動(dòng)比范圍是變速器低檔傳動(dòng)比與高檔傳動(dòng)比的比值。汽車(chē)行駛的道路以上的客車(chē)為5.0~8.0；越野車(chē)為10.0~20.0。
通常，有級(jí)變速器具有3、4、5個(gè)前進(jìn)檔；重型載貨汽車(chē)和重型越野汽車(chē)則采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多達(dá)6~16個(gè)甚至20個(gè)。
變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)狀況愈多樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車(chē)質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動(dòng)比范圍應(yīng)愈大。目前，轎車(chē)變速器的傳動(dòng)比范圍為3.0~4.5；一般用途的貨車(chē)和輕型的功率利用效率、汽車(chē)的燃料經(jīng)濟(jì)性及平均車(chē)速，從而可提高汽車(chē)的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但采用手動(dòng)的機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)迅速、無(wú)聲換檔，對(duì)于多于5個(gè)前進(jìn)檔的變速器來(lái)說(shuō)是困難的。因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為5檔。多于5個(gè)前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副變速器，后者僅用于一定行駛工況。
某些轎車(chē)和貨車(chē)的變速器，采用僅在好路和空載行駛時(shí)才使用的超速檔。采用傳動(dòng)比小于1（0.7~0.8）的超速檔，可以更充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，降低燃料消耗。但與傳動(dòng)比為1的直接檔比較，采用超速檔會(huì)降低傳動(dòng)效率。
有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。
三軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應(yīng)用。
三軸式變速器如圖2-1所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來(lái)傳遞扭矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此。在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：處直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所下降。
兩軸式變速器如圖2-2所示。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車(chē)多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車(chē)的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車(chē)質(zhì)量降低6%~10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工藝，降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n的主動(dòng)齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔
的同步器也可以裝在第一
圖2-1 轎車(chē)中間軸式四檔變速器
1— 第一軸；2—第二軸；3—中間軸
軸的后端，如圖示。兩軸式變速器沒(méi)有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，低檔傳動(dòng)比取值的上限（igⅠ=4.0~4.5）也受到較大限制,但這一缺點(diǎn)可通過(guò)減小各檔傳動(dòng)比同時(shí)增大主減速比來(lái)取消。
有級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。后者比直齒輪有更長(zhǎng)的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍復(fù)雜些且在工作中有軸向力。因此，在變速器中，除低檔及倒檔外，直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪所代替。但是在本設(shè)計(jì)中，由于倒檔齒輪采用的是常嚙式，因此也采用斜齒輪。
由于所設(shè)計(jì)的汽車(chē)是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式變速器。圖2-3、圖2-4、圖2-5分別示出了幾種中間軸式四，五，六檔變速器傳動(dòng)方案。它們的共同特點(diǎn)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。
由于所設(shè)計(jì)的汽車(chē)是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式變速器。圖2-3、圖2-4、圖2-5分別示出了幾種中間軸式四，五，六檔變速器傳動(dòng)方案。它們的共同特點(diǎn)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
圖2-2 兩軸式變速器
1—第一軸；2—第二軸；3—同步器
不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá)90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少因?yàn)橹苯訖n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(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對(duì)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(dòng)比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機(jī)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(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。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(duì)數(shù)，換檔方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。
如圖2-3中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別：圖2-3a、b所示方案有四對(duì)常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔；圖2-3c所示傳動(dòng)方案的二，三，四檔用常嚙合齒輪傳動(dòng)，而一檔和倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔。
圖2-4a所示方案，除倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外，其余各檔為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖2-4b、c、d所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖2-4d
圖2-3 中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案
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(gè)只有四個(gè)前進(jìn)檔的變速器。
圖2-4 中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案
圖2-5a 所示方案中的一檔、倒檔和圖b所示方案中的倒檔用直齒滑動(dòng)
齒輪換檔，其余各檔均用常嚙合齒輪。
以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來(lái)實(shí)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(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，
可將變速器后端加長(zhǎng)，如圖2-3a、b所示。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝在三個(gè)支
圖2-5 中間軸式六檔變速器傳動(dòng)方案
承上，其最后一個(gè)支承位于加長(zhǎng)的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒檔傳動(dòng)齒輪和換檔機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。
變速器用圖2-4c所示的多支承結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。這時(shí)，如用在軸平面上可分開(kāi)的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問(wèn)題。圖2-4c所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)一檔和倒檔齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里，而中間檔的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。
2.2.2.倒檔傳動(dòng)方案
圖2-5為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖2-5b所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖2-6c所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖2-6d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖2-6c所示方案。圖2-6e所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖2-6f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車(chē)倒擋傳動(dòng)采用圖2-6g所示方案。其缺點(diǎn)是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。
本設(shè)計(jì)采用圖2-6f所示的傳動(dòng)方案。
因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)有較大的力，所以無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處。
圖2-6 變速器倒檔傳動(dòng)方案
2.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析
變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化等要求。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤(rùn)滑和密封等因素。
2.3.1齒輪型式
與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設(shè)計(jì)中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。
2.3.2換檔結(jié)構(gòu)型式
換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。
直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等原因，除一檔、倒檔外很少采用。
嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套有分為內(nèi)齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。
采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時(shí)操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車(chē)的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。
自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施外，在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下幾種：
1） 將嚙合套做得長(zhǎng)一些（如圖2-7a）
或者兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)（圖2-7b），這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過(guò)被接合齒約1~3mm。使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫檔。
2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?.3~0.6mm），這樣，換檔后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔（圖2-8）。
圖2-8 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅱ
3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜20~30），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力(圖2-9）。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效,采用較多。
圖2-7 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅰ
a
b
圖2-9 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅲ
在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結(jié)構(gòu)如圖2-10所示：
圖2-10 鎖環(huán)式同步器
l、4-同步環(huán);2-同步器齒鼓;3-接合套;5-彈簧;6—滑塊;7-止動(dòng)球;8-卡環(huán);9—輸出軸;10、11-齒輪
第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì)
3.1 變速器主要參數(shù)的選
3.1.1 檔數(shù)和傳動(dòng)比
不同類(lèi)型汽車(chē)的變速器，其檔位數(shù)也不盡相同。轎車(chē)變速器傳動(dòng)比變化范圍較?。s為3～4），過(guò)去常用3個(gè)或4個(gè)前進(jìn)檔，但近年來(lái)為了提高其動(dòng)力性尤其是燃料經(jīng)濟(jì)性，多已采用5個(gè)前進(jìn)檔。輕型貨車(chē)變速器的傳動(dòng)比變化范圍約為5～6，其他貨車(chē)為7以上，其中總質(zhì)量在3.5t以下者多用四檔變速器，為了降低油耗亦趨向于增加1個(gè)超速檔；總質(zhì)量為3.5～l0t多用五檔變速器；大于l0t的多用6個(gè)前進(jìn)檔或更多的檔位。
選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著力、汽車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。
a.根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度確定
汽車(chē)爬陡坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有：
（3-1) 則由最大爬坡度要求的變速器Ⅰ檔傳動(dòng)比為：
（3-2）
式中 ——汽車(chē)總質(zhì)量；
——重力加速度；
——道路阻力系數(shù)；
Ψmax——道路最大阻力系數(shù)；
——最大爬坡要求；
——驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
——主減速比；
——汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。
主減速比i0的確定：
(3-3)
式中 rr——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，m；
np——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；
igh——變速器最高檔傳動(dòng)比；
vamax——最高車(chē)速，km/h。
本課題變速器igh=1，一般貨車(chē)的最大爬坡度約為60%，即=31°，f=0.02
由公式（3-3）得：
由公式（3-2）得：
Ψmax=0.02cos31°+sin31°=0.532
b.根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件確定
變速器Ⅰ檔傳動(dòng)比為：
（3-4）
式中 ——汽車(chē)滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷；
——道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取=0.6～0.8。
因?yàn)樨涇?chē)4×2后輪單胎滿載時(shí)后軸的軸荷分配范圍為60%～68%所以
G2=2675×10×68％=18190N
由公式（3-3）和公式（3-4）得：
綜合a和b條件得：
3.99≤ig1≤4.08，取ig1=（3.99+4.08）/2≈4.04
變速器的1檔傳動(dòng)比應(yīng)根據(jù)上述條件確定。變速器的最高檔一般為直接檔，有時(shí)用超速檔。中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為 （其中n為檔位數(shù)）的幾何級(jí)數(shù)排列。
因?yàn)?，所以ig5=q=1.32， ig4= ig5×q=1.75，ig3= ig4
×q=3.389，ig2= ig3×q=3.04，
實(shí)際上與理論值略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的合理匹配。
在變速器結(jié)構(gòu)方案、檔位數(shù)和傳動(dòng)比確定后，即可進(jìn)行其他基本參數(shù)的選擇與計(jì)算。
3.1.2 中心距
中心距對(duì)變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。三軸式變速器的中心距A（mm）可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選：
（3-5）
式中 ——中心距系數(shù)。對(duì)轎車(chē)取8.9～9.3；對(duì)貨車(chē)取8.6～9.6；對(duì)多檔主變速器，取9.5～11；
——變速器處于Ⅰ檔時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，； （3-6）
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N?m；
——變速器的Ⅰ檔傳動(dòng)比；
——變速器的傳動(dòng)效率，取0.96。
由公式（3-6）得：
=250×4.04×0.96=969.6N·m
由公式（3-5）得:
初選中心距也可以由發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出：
（3-7）
式中 ——按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩直接求中心距時(shí)的中心距系數(shù)，對(duì)轎車(chē)取14.5～16.0，對(duì)貨車(chē)取17.0～19.5。
由公式（3-7）得:
mm
商用車(chē)變速器的中心距約在65～170mm范圍內(nèi)變化,初選A=92mm
3.1.3 軸向尺寸
變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。
六檔變速器殼體的軸向尺寸3.0~3.4A。貨車(chē)變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)：
四檔(2.2~2.7)A
五檔(2.7~3.0)A
六檔(3.2~3.5)A
當(dāng)變速器選用常嚙合齒輪對(duì)數(shù)和同步器多時(shí)，中心距系數(shù)KA應(yīng)取給出系數(shù)的上限。為檢測(cè)方便，A取整。
本次設(shè)計(jì)采用6+1手動(dòng)擋變速器，變速器殼體的最終軸向尺寸應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定?！?
3.1.4 齒輪參數(shù)
（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(yīng)符合JB111-60規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。
第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn
（3-5）
其中=250Nm，可得出mn=2.96。
一檔直齒輪的模數(shù)m
mm （3-6）
通過(guò)計(jì)算m=3.27。
同步器和嚙合套的接合大都采用漸開(kāi)線齒形。由于制造工藝上的原因，同一變速器中的結(jié)合套模數(shù)都是相同，轎車(chē)和重輕型貨車(chē)取2~3.5。本設(shè)計(jì)3.5。
（2）齒形、壓力角α、螺旋角β和齒寬b
汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表3-1選取。
表3-1 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角
項(xiàng)目
車(chē)型
齒形
壓力角α
螺旋角β
轎車(chē)
高齒并修形的齒形
14.5°，15°，16°16.5°
25~45°
一般貨車(chē)
GB156-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形
20°
20~30°
重型車(chē)
同上
低、倒檔齒輪22.5°25°
小螺旋角
壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)轎車(chē)，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對(duì)貨車(chē)，為提高齒輪承載力，取大些。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角α取20°,嚙合套或同步器取30°；斜齒輪螺旋角β取30°。
應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使中間軸上是軸向力相互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律去右旋，而第一軸和第二軸上的的斜齒輪去左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。
齒輪寬度b的大小直接影響著齒輪的承載能力，b加大，齒的承載能力增高。但試驗(yàn)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(qiáng)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(lái)選定齒寬：
直齒 b=(4.5~8.0)m，mm
斜齒 b=(6.0~8.5)m，mm
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(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。
3.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(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(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明分配各檔齒數(shù)的方法。
3.2.1確定一檔齒輪的齒數(shù)
為了確定Z11和Z12的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和:
其中 A =92mm、m =3.5；故有。
當(dāng)三軸式的變速器時(shí)，則，此處取=19，則可得出=34。
上面根據(jù)初選的A及m計(jì)算出的可能不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，從公式看出中心距有了變化，這時(shí)應(yīng)從及齒輪變位系數(shù)反過(guò)來(lái)計(jì)算中心距A，再以這個(gè)修正后的中心距作為以后計(jì)算的依據(jù)。
這里修正為53，則根據(jù)公式反推出A=92.75mm。
3.2.2確定常嚙合齒輪副的齒數(shù)
由公式求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比
由已經(jīng)得出的數(shù)據(jù)可確定
而常嚙合齒輪的中心距與
一檔齒輪的中心距相等
由此可得：
而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出： 。
聯(lián)立可得：=17、=38。
則根據(jù)公式可計(jì)算出一檔實(shí)際傳動(dòng)比為： 。
3.2.3確定其他檔位的齒數(shù)
二檔傳動(dòng)比
而
對(duì)于斜齒輪，
故有：
聯(lián)立得：。
按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪 ；四檔齒輪
。五檔齒輪：
綜上所述各檔實(shí)際傳動(dòng)比為
3.2.4確定倒檔齒輪的齒數(shù)
一般情況下，倒檔傳動(dòng)比與一檔傳動(dòng)比較為接近，在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比取3.7。中間軸上倒檔傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一檔主動(dòng)齒輪10略小，取。
而通常情況下，倒檔軸齒輪取21~23，此處取=23。
由
可計(jì)算出。
故可得出中間軸與倒檔軸的中心距A′=
=66.15mm
而倒檔軸與第二軸的中心:
=74mm
3.3 齒輪變位系數(shù)的選擇
齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。
變位齒輪主要有兩類(lèi)：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)的和為零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度想接近的程度。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時(shí)增加一對(duì)齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，有避免了其缺點(diǎn)。
有幾對(duì)齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器，會(huì)因保證各檔傳動(dòng)比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對(duì)齒輪有相同的中心距，此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行變位。當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)或高度變位時(shí)，則對(duì)齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故采用的較多。對(duì)斜齒輪傳動(dòng)，還可通過(guò)選擇合適的螺旋角來(lái)達(dá)到中心距相同的要求。
變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。對(duì)于高檔齒輪，其主要損壞形勢(shì)是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合劑耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開(kāi)線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對(duì)于低檔齒輪，由于小齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象。
總變位系數(shù)越小，一對(duì)齒輪齒更總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。但是由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動(dòng)，故噪聲要小些。
根據(jù)上述理由，為降低噪聲，變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。其中，一
檔主動(dòng)齒輪10的齒數(shù)Z10〈17，因此一檔齒輪需要變位。變位系數(shù)
(3-7)
式中 Z為要變位的齒輪齒數(shù)。
第4章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇
4.1 齒輪的損壞原因及形式
齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動(dòng)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(fù)載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)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(shí)，一對(duì)相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。
用移動(dòng)齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時(shí)兩個(gè)進(jìn)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。
4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核
與其他機(jī)械設(shè)備使用的變速器比較，不同用途汽車(chē)的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車(chē)變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級(jí)、支撐`方式也基本一致。如汽車(chē)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(jí)。因此，比用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)齒輪，同樣、可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。
4.2.1齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算
直齒齒輪彎曲應(yīng)力：
（4-1）
式中——計(jì)算載荷，N?mm；
——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取1.65；
Kf——摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取1.1，被動(dòng)齒輪取0.9；
——齒輪模數(shù)；
——齒輪齒數(shù)；
Kc——齒寬系數(shù)，直齒齒輪取5.5～8.5；
y——齒形系數(shù)
——輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng)時(shí)，直齒齒輪的許MPa。
因?yàn)樵撟兯倨魉械凝X輪采用同一種材料，所以當(dāng)校核時(shí)只要校核受力最大和危險(xiǎn)的檔位齒輪。故分別計(jì)算Ⅰ檔、倒檔齒輪的彎曲強(qiáng)度。
a.1檔齒輪副：主動(dòng)齒輪z12=19從動(dòng)齒輪z11=34
Ⅰ檔主動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷Tj=Temaxi12=250×34/19≈447.36N·m
由公式（4-1）得: 主動(dòng)齒輪z10的彎曲強(qiáng)度：
1檔從
動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷Tj=TemaxigⅠ=250×4=1000 N·m
從動(dòng)齒輪z9的彎曲強(qiáng)度：
b.倒檔
齒輪副:因?yàn)榈箼n齒輪相當(dāng)于一個(gè)惰輪,所以主動(dòng)齒輪是Z14=17，從動(dòng)齒輪是Z15=23。通過(guò)惰輪后主動(dòng)齒輪是Z15=23，從動(dòng)輪是Z13=27。
惰輪的計(jì)算載荷Tj=Temaxi12i1012=250×（23/17）×（27/23）≈397.06N·m
通過(guò)惰輪前，Z15=23的彎曲強(qiáng)度由公式（3-19）得:
通過(guò)惰輪后主動(dòng)輪是Z15=23，從動(dòng)輪是Z13=27。
Z15的計(jì)算載荷Tj=Temaxi12i1012=397.06N·m
Z13的計(jì)算載荷Tj=Temaxi倒檔=250×3.55=887.5N·m
以上的齒輪副都滿足彎曲強(qiáng)度的要求。
4.2.2 齒輪接觸應(yīng)力
齒輪的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算：
(4-2)
式中 F——法向內(nèi)基圓周切向力即齒面法向力，N；
(4-3)
Ft——端面內(nèi)分度圓切向力即圓周力，N；
(4-4)
Tj——計(jì)算載荷，N·mm；
d——節(jié)圓直徑，mm；
——節(jié)點(diǎn)處壓力角；
——螺旋角；
E——齒輪材料的彈性模量，鋼取2.1×105MPa；
b——齒輪接觸的實(shí)際寬度，斜齒齒輪為b/cos代替，mm；
——主、被動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑，mm；直齒齒輪：，；斜齒齒輪：，；
r1，r2——分別為主、被動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑，mm。
當(dāng)計(jì)算載荷為許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表4-1。
表4-1變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
齒輪
/MPa
滲碳齒輪
氰化齒輪
一檔及倒檔
1900～2000
950～1000
常嚙合及高檔
1300～1400
650～700
常嚙合齒輪副：當(dāng)計(jì)算載荷為=0.5×250=125N·m,
由公式（4-3）和（4-4）得:
由公式(4-2)得:
1檔: 計(jì)算載荷為i1=0.5×250×4.03=503.75N·m,
由公式（4-3）和（4-4）得:
直齒齒寬b=（4.5-8.0）m=15.75-28
此處取b=20mm
由公式（4-2）得:
2檔：計(jì)算載荷為I2=0.5×250×3.11=388.75N·m,
由公式（4-3）和（4-4）得:
由公式（4-2）得:
3檔：計(jì)算載荷為iⅢ=0.5×250×2.318≈289.75N·m,
由公式（4-3）和（4-4）得:
由公式（4-2）得:
4檔：計(jì)算載荷為I2=0.5×250×1.731=216.38N·m,
由公式（4-3）和（4-4）得:
5檔：計(jì)算載荷為I2=0.5×250×1.38=172.5N·m,
由公式（4-3）和（4-4）得:
倒檔：計(jì)算載荷為I2=0.5×250×3.55=443.75N·m,
由公式（4-3）和（4-4）得:
對(duì)照上表4-1可知，所設(shè)計(jì)變速器齒輪的接觸應(yīng)力符合要求。
圖5-1 變速器第一軸
第5章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核
5.1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸
5.1.1軸的結(jié)構(gòu)
第一軸通常和齒輪做成一體，前端大都支撐在飛輪內(nèi)腔的軸承上，其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定。該軸承不承受軸向力，軸的軸向定位一般由后軸承用卡環(huán)和軸承蓋實(shí)現(xiàn)。第一軸長(zhǎng)度由離合器的軸向尺寸確定，而花鍵尺寸應(yīng)與離合器從動(dòng)盤(pán)轂的。第一軸如圖5-1所示：
圖5-2 變速器中間軸
中間軸分為旋轉(zhuǎn)軸式和固定軸式。本設(shè)計(jì)采用的是旋轉(zhuǎn)軸式傳動(dòng)方案。由于一檔和倒檔齒輪較小，通常和中間軸做成一體，而高檔齒輪則分別用鍵固定在軸上，以便齒輪磨損后更換。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
5.1.2確定軸的尺寸
變速器軸的確定和尺寸，主要依據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求并考慮加工工藝和裝配工藝要求而定。在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，由齒輪、換檔部件的工作位置和尺寸可初步確定軸的長(zhǎng)度。而軸的直徑可參考同類(lèi)汽車(chē)變速器軸的尺寸選定，也可由下列經(jīng)驗(yàn)公式初步選定：
第一軸和中間軸：
（5-1）
第二軸：
（5-2）
式中 ----發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，N·m
為保證設(shè)計(jì)的合理性，軸的強(qiáng)度與剛度應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，軸的直徑d與軸的長(zhǎng)度L的關(guān)系可按下式選取：
第一軸和中間軸： d/L=0.160.18；
第二軸： d/L=0.180.21。
5.2 軸的校核
由變速器結(jié)構(gòu)布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來(lái)說(shuō)強(qiáng)度是足夠的，僅對(duì)其危險(xiǎn)斷面進(jìn)行驗(yàn)算即可。對(duì)于本設(shè)計(jì)的變速器來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，軸的強(qiáng)度和剛度都留有一定的余量，所以，在進(jìn)行校核時(shí)只需要校核一檔處即可；因?yàn)檐?chē)輛在行進(jìn)的過(guò)程中，一檔所傳動(dòng)的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于第二軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故作為重點(diǎn)的校核對(duì)象。下面對(duì)第一軸和第二軸進(jìn)行校核。
5.2.1第一軸的強(qiáng)度與剛度校核
因?yàn)榈谝惠S在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認(rèn)為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強(qiáng)度條件公式為
（5-3）
式中：----扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；
T----軸所受的扭矩，N·mm；
----軸的抗扭截面系數(shù)，；
P----軸傳遞的功率，kw；
d----計(jì)算截面處軸的直徑，mm；
[]----許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。
其中P =118kw，n =4200r/min,d =30mm；代入上式得：
由查表可知[]=55MPa，故[]，符合強(qiáng)度要求。
軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示。其計(jì)算公式為：
（5-4）
式中，T ----軸所受的扭矩，N·mm；
G ----軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對(duì)于鋼材，G =8.1MPa；
----軸截面的極慣性矩，，；
將已知數(shù)據(jù)代入上式得：
對(duì)于一般傳動(dòng)軸可?。还室卜蟿偠纫?。
5.2.2第二軸的校核計(jì)算
(1)軸的強(qiáng)度校核
計(jì)算用的齒輪嚙合的圓周力、徑向力及軸向力可按下式求出：
（5-5）
（5-6）
（5-7）
式中 ----至計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比，此處為三檔傳動(dòng)比4；
d ----計(jì)算齒輪的節(jié)圓直徑，mm，為133mm；
----節(jié)點(diǎn)處的壓力角，為16°；
----螺旋角，為30°；
----發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為250000N·mm。
代入上式可得：
危險(xiǎn)截面的受力圖為：
水平面：（218+99）=99 =363.26N；
水平面內(nèi)所受力矩：
圖5-3 危險(xiǎn)截面受力分析
垂直面：
（5-8）
垂直面所受力矩：。
該軸所受扭矩為：。
故危險(xiǎn)截面所受的合成彎矩為：
（5-9）
則在彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用下的軸應(yīng)力（MPa）:
(5-10)
將代入上式可得： ，在低檔工作時(shí)[]=400MPa，因此有：
[]；符合要求。
(2)軸的剛度校核
第二軸在垂直面內(nèi)的撓度和在水平面內(nèi)的撓度可分別按下式計(jì)算：
(5-11)
(5-12)
式中, ----齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）,這里等于；
----齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N），這里等于；
E----彈性模量（MPa），（MPa），E =MPa；
I----慣性矩（），，d為軸的直徑（）；
a、b----為齒輪坐上的作用力距支座A、B的距離（）；
L----支座之間的距離（）。
a=218mm b=99mm L=(218+99)mm
將數(shù)值代入式（5-11）和（5-12）得：
故軸的全撓度為 ，符合剛度要求。
第6章 變速器同步器的設(shè)計(jì)
6.1 同步器的結(jié)構(gòu)
在前面已經(jīng)說(shuō)明，本設(shè)計(jì)所采用的同步器類(lèi)型為鎖環(huán)式同步器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖6-1 鎖環(huán)式同步器
1、9-變速器齒輪 2-滾針軸承 3、8-結(jié)合齒圈 4、7-鎖環(huán)（同步環(huán)） 5-彈簧 6-定位銷(xiāo) 10-花鍵轂 11-結(jié)合套
如圖（6-1），此類(lèi)同步器的工作原理是：換檔時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，推嚙合套并帶動(dòng)定位銷(xiāo)和鎖環(huán)移動(dòng)，直至鎖環(huán)錐面與被接合齒輪上的錐面接觸為止。之后，因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度差，致使在錐面上作用有摩擦力矩，它使鎖環(huán)相對(duì)嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，并滑塊予以定位。接下來(lái)，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖6-2b），使嚙合套的移動(dòng)受阻，同步器在鎖止?fàn)顟B(tài)，換檔的第一階段結(jié)束。換檔力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上，并使摩擦力矩增大，與此同時(shí)在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸靠近，在角速度相等的瞬間，同步過(guò)程結(jié)束，完成換檔過(guò)程的第二階段工作。之后，摩擦力矩隨之消失，而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位，兩鎖止面分開(kāi)，同步器解除鎖止?fàn)顟B(tài)，接合套上的接合齒在換檔力的作用下通過(guò)鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合（圖6-2d），完成同步換檔。
6.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定
6.2.1同步環(huán)錐面上的螺紋槽
如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過(guò)窄會(huì)影響接觸面壓強(qiáng)，使磨損加快。試驗(yàn)還證明：螺紋的
齒頂寬對(duì)摩擦因數(shù)的影響很大，摩擦因數(shù)隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，
圖6-2 鎖環(huán)同步器工作原理
故齒頂寬不易過(guò)大。螺紋槽設(shè)計(jì)得大些，可使被刮下來(lái)的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會(huì)使接觸面減少，增加磨損速度。圖6-3a中給出的尺寸適用于輕、中型汽車(chē)；圖6-3b則適用于重型汽車(chē)。通常軸向泄油槽為6～12個(gè)，槽寬3～4mm。
6.2.2錐面半錐角
摩擦錐面半錐角越小，摩擦力矩越大。但過(guò)小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖
現(xiàn)象，避免自鎖的條件是tan。一般=6°～8°。=6°時(shí)，摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí)，則有粘著和咬住的傾向；在=7
時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)中采用的錐角均為取7°。
圖6-3 同步器螺紋槽形式
6.2.3摩擦錐面平均半徑R
R設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。R往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后還會(huì)影響到同步環(huán)徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將R
時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)中采用的錐角均為取7°。
取大些。本次設(shè)計(jì)中采用的R為50～60mm。
6.2.4錐面工作長(zhǎng)度b
縮短錐面工作長(zhǎng)度，便使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短，但同時(shí)也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算確定
設(shè)計(jì)中考慮到降低成本取相同的b取5mm。
6.2.5同步環(huán)徑向厚度
與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度。
轎車(chē)同步環(huán)厚度比貨車(chē)小些，應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，可提高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命。貨車(chē)同步環(huán)可用壓鑄加工。段造時(shí)選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強(qiáng)度，高耐磨性的鋼配合的摩擦副，即在鋼質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚約0.3～0.5mm），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副范圍內(nèi)，而耐磨性和強(qiáng)度有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐空表面噴上厚0.07～0.12mm的鉬制成。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的2～3倍。以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅，還可以提高同步環(huán)的強(qiáng)度。
本設(shè)計(jì)中同步器徑向?qū)挾热?0.5mm。
6.2.6鎖止角
鎖止角選取