汽車變速器設計
動力院變速箱部
目錄第一節：摩擦離合器的滑磨及其熱工況………………….2
第二節：變速器齒輪的強度計算與材料選擇……………..6
2.1齒輪損壞的原因及形式
2.2圓柱齒輪強度的簡化計算方法…………….
2.3根據gb3480-83編制的汽車變速器
圓柱齒輪強度的計算方法…………
2.4變速器齒輪的材料及熱處理…………
第三節：變速器軸13
3.1變速器軸
3.2變速器軸承
第一節：摩擦離合器的滑磨及其熱工況
離合器除了要傳遞發動機的最大扭矩和變速器換檔時通過它來切斷動力傳遞外，還要保證汽車能平穩起步和防止傳動系過載。後兩條功能是通過離合器主、從動部分的滑磨來實現的。因此，滑磨是離合器工作中的一項重要的特徵。
離合器滑磨的結果，不僅會使摩擦片磨損，而且會引起壓盤、飛輪等零件公升溫。而摩擦表面溫度的過分公升高將加劇摩擦片的磨損，降低摩擦係數及離合器的使用壽命。試驗證明，摩擦表面的溫度由20℃公升至100℃時，摩擦片的磨損將增加一倍。
離合器在起步過程中的滑磨過程長、比換檔時嚴重的多。而在汽車使用中，在交通頻繁的城市內，起步次數相當頻繁，如果再加上換檔時對離合器的使用，則離合器的接合次數相當頻繁，滑磨相當嚴重。離合器滑磨的嚴重程度常用滑磨功來衡量。
離合器的滑磨功是指離合器在接合過程中有多少機械能轉換成熱能。離合器的滑磨功愈大，則零件的溫公升和磨損也會愈嚴重。滑磨功的大小表徵了離合器摩擦表面磨損的嚴重程度。
而滑磨功的大小除與離合器本身的結構及引數有關外，還與其使用情況有關。例如汽車起步時離合器的滑磨功較大，在壞路面起步時滑磨功則更大，而在行駛時滑磨功則較小。
在汽車起步前，首先要踩下離合器踏板使主、從動部分分離，再掛變速器低檔。這時，離合器主動部分的角速度與發動機一致，為點，從動部分經傳動系與車輪相連，其角速度為0，起步時司機逐漸放鬆離合器踏板並逐漸踩下油門踏板。這時，可將離合器的接合過程分成兩個階段：
第一階段：由於作用在從動盤上的主動力矩小於阻力矩，所以從動部分的角速度仍然為0，汽車仍靜止不動，但離合器開始滑磨。
第二階段：由於離合器踏板繼續放鬆，主從動盤之間的壓力增大，從動盤的主動力矩大於阻力矩，而發動機的轉度上公升至一峰值後迅速下降，通過一段時間後主、從動盤的角速度達到一致。
所以整個時間就是第
一、第二階段的時間之和。
換算到離合器從動部分的汽車阻力矩為
——汽車總質量
——掛車總質量
——車輪的滾動半徑
——汽車行駛阻力係數，取
——傳動系的傳動比
——傳動系的傳遞效率
——重力加速度
在離合器最開始接合的一段時間內，從動盤的主動力矩與時間幾乎成正比增長， 即，係數表徵離合器的結合速度。
研究汽車起步時離合器接合過程的力學模型。其中為發動機旋轉部分（主要是飛輪）和離合器主動部分的總轉動慣量，為汽車及掛車的總平移質量換算動離合器從動軸上的轉動慣量。
為了確定滑磨功，先建立力學模型的系統質量運動的微分方程：
其中，可由下式確定：
而離合器從動部分的角速度為
所以得式e
滑磨功為：
式中——離合器滑磨角，而故有
相對於和求解這些方程的困難在於，和都是隨時間變化的、非線性的。例如發動機轉矩與其轉速有關，離合器摩擦力矩與接合速度、摩擦係數、摩擦表面的溫度等有關。為了相對地評價離合器結構，先不考慮司機的駕駛技能的影響，並假設離合器為瞬間接合及起步時離合器的摩擦力矩為常量。
為了簡化問題並求解式、所組成的微分方程，也假設在離合器滑磨過程中及亦為常量。則由式、得出系統的主、從動部分的角速度及隨時間變化而變化的表示式。即對於式、，先求主動部分（式a）
對於從動部分（式b）
當與的值達到完全一致時滑磨功過程完畢，因此，噹式a中的等於式b中，則可求出滑磨時間為（式c）
在上述假設條件下，系統主、從動部分角速度將與時間成線性關係。依次滑磨功可表達為：
式中：——離合器的滑磨時間；
——汽車開始起步時離合器主動部分的初始的初始角速度。。
其中為對應於的發動機轉速，。將的表示式及式c代入上式，則得：
由上式及e，在發動機的高轉速及變速器的高檔位下起步，滑磨功會急劇增大。因為，通過上式計算的滑磨功是其最小可能值，它與接合是否平順無關，可用於對各種型號的汽車的離合器工作狀況的比較計算。離合器的滑磨功l與其從動盤摩擦面積之比：
當一檔起步且時，單離合器[q]值為196~245j/cm，雙離合器為147~167 j/cm。
熱平衡方程式為
壓盤溫公升為
許用齒根彎曲應力的上限[σw]max及下限[σw]min：
對滲碳淬火表面硬化合金鋼：
[σw]max=， mpa
4-3-29)
[σw]min=， mpa
式中：——彎曲強度計算的最小安全係數，取1.3；
試驗齒輪的英里修正係數，可取=2；
彎曲強度計算惡毒壽命係數，貨車i檔齒輪取=1.05，其他各檔齒輪及轎車各檔齒輪均取=1；
——相對齒根圓角敏感係數，
= ——相對齒根表面狀況係數， =若齒根表面粗糙度為，則rz=20，這時， =0.957。
齒根彎曲強度的檢驗：
按式（4-3-28）計算所得的齒根彎曲應力σw，應在許用齒根彎曲應力的上限[σw]max與下限[σw]min之間，若高於上限，則齒根彎曲強度不夠；若低於下限，在齒根過於安全。與接觸強度的檢驗相類似，齒根彎曲強度也可利用強度係數stf來檢驗。彎曲強度係數stf可表達為：
stf4-3-30）
stf=值應在0與1之間，其中，接近於1，說明齒根彎曲強度儲備大；接近於0，說明齒根強度儲備小；stf>1則說明齒根過於安全；stf <0則說明彎曲強度不夠，必須修改設計。
4.變速器齒輪的材料及熱處理
現代汽車變速器輪齒大部分大都採用滲碳合金鋼製造，使輪齒表層的高硬度與輪齒心部的高韌性相結合，以大大提高其接觸強度、彎曲強度及耐磨性。在選擇齒輪的詞阿廖及熱處理時也應考慮到其機械加工效能及製造成本。
國產汽車變速器齒輪的常用材料是20crmnti（過去的鋼號是18crmnti），也有採用20mn2tib，20mnvb，20mnmob的，對於大模數的重型汽車變速器齒輪，可採用25crmnmo，20crnimo，12cr3a等鋼材，這些低碳合金鋼都需隨後的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細化材料晶粒。為消除內應力，還要進行回火。
變速器齒輪輪齒表面滲碳層深度的推薦範圍如下：
3.5 滲碳層深度0.8～1.2mm
3.5<<5 滲碳層深度0.8～1.3mm
5 滲碳層深度1.0～1.6mm
滲碳齒輪在淬火、回火後，要求輪齒表面硬度為hrc58～63，心部硬度為hrc33～48。
某些輕型以下的載貨汽車和轎車等變速器的小模數（<3.0～3.75）齒輪，採用40cr或35cr鋼並進行表面氰化處理。
這種中碳鉻鋼具有滿意的鍛造效能及良好的強度指標，氰化鋼熱處理後變形小也是其優點。但由於氰化層較薄且鋼的含碳量又高，故接觸強度和承載能力均受到限制，但對於氰化齒輪，氰化層深度一般為0.2～0.
4mm，不應小於0.2mm，表面硬度為hrc48～53。
第二節：變速器齒輪的強度計算與材料選擇
2.1、齒輪損壞的原因及形成
齒輪在嚙合過程中，輪齒根部產生彎曲應力，過渡圓角處又有應力集中，故當齒輪受到足夠大的載荷作用，其根部的彎曲應力超過材料的許用應力時，輪齒就會斷裂。這種由於強度不夠而產生的斷裂，其斷面為一次性斷裂所呈現的粗粒狀表面。在汽車變速器中這種破壞情況很少發生。
，其破壞斷面在疲勞裂縫部分呈光華表面，而突然斷裂部分呈粗粒狀表面。變速器低檔小齒輪由於載荷大而齒數少、齒根較弱，其主要破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。
齒麵點蝕是常用的高檔齒輪表面接觸疲勞的破壞形式。齒面長期在脈動的接觸應力作用下，會逐漸產生大量與齒麵成尖角的小裂縫。嚙合時由於齒面的相互擠壓，使充滿了潤滑油的裂縫處油壓增高，導致裂縫的擴充套件，最後產生剝落，使齒面上形成大量後的扇形小麻點，即所謂點蝕。
點蝕使齒形誤差加大而產生動載荷，甚至可能引起輪齒折斷。通常是靠近節圓根部齒面處的點蝕較靠近節圓頂部齒面處的點蝕嚴重，主動小齒輪較被動大齒輪嚴重。
對於高速過載齒輪，由於齒面相對華東速度高、接觸壓力大且接觸區產生高溫而使新面間的潤滑油膜破壞，使齒面直接接觸。在區域性高溫、高壓下齒面互相熔焊粘連，齒面沿華東方向形成撕傷痕跡的損壞形式稱為齒面膠合。在一般的汽車變速器中，產生膠合損壞的情況較少。
增大輪齒根部齒厚，加大齒根圓角半徑，採用高齒，提高重合度，增多同時嚙合的輪齒對數，提高輪齒柔度，採用優質材料等，都是提高輪齒彎曲強度的措施。合理選擇齒輪引數及變位係數，增大齒廓曲率半徑，降低接觸應力，提高齒面強度等，克提高齒面的接觸強度，採用黏度大、耐高溫、耐高壓的潤滑油，提高油膜強度，提高齒面硬度，選擇適當的齒面表面處理和鍍層等，是防止齒面膠合的措施。
齒輪的強度需經對輪齒應力的計算來檢驗。
2.2、圓柱齒輪強度的簡化計算方法
接觸應力可按式進行簡化計算，直齒圓柱齒輪的彎曲應力可按式反算求得；斜齒圓柱齒輪的彎曲應力則需按式反算求得。
2.3、根據gb3480-83編制的汽車變速器圓柱齒輪強度計算方法
（1）齒面接觸應力
式中 ——彈性係數，，對鋼製齒輪取=189.8，
——節點區域係數，；
——端麵分度圓壓力角，；
——法向分度圓壓力角；
——分度圓螺旋角；
——基圓螺旋角，；
——端麵嚙合角；
——螺旋角係數；；
——重合度係數，
直齒輪斜齒輪當時
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