金杯小海狮x30三轴五档变速器设计.doc

金杯小海狮X30三轴五档变速器
1 绪论
1.1变速器的简介
1.1.1手动变速器（MT）
手动变速器（Manual Transmission，简称MT, 又称机械式变速器）采用齿轮组[1]，，它的原理是用手拨动变速杆改变变速器内齿轮的啮合位置，而改变传动比，以达到变速的目的。现代轿车的手动变速器大多为五挡的有级式齿轮传动变速器，由于大多采用同步器的原因，所以，噪音小，换挡方便。但是，手动变速器在操纵时必须踩下离合，才能拨得动变速杆。
曾有人预言，驾驶操作繁杂等缺点，阻碍了汽车迅猛的发展，手动变速器会在不久便会被淘汰，从事物发展的角度来说，的确有它的道理所在。但从目前市场的适用角度和需求来看，我认为手动变速器暂时还不会离开太快。
首先，从微车的特性上来说，其他变速器的功用不能完全代替手动变速器。以货车为例，货车用于运输，通常要装载大量的货物，面对如此高的重力，除了需要强劲的发动机动力之外，还需要变速器的全力配合。大家都知道一挡功率最大，这样，在起步的时候才有足够大的牵引力将车带动。尤其是在爬坡路段，它的优势就更加明显了。与其他新型的变速器相比较，它们虽然具有简便的操作等优势，但这些优势却十分欠佳。
其次，虽然自动变速器和无级变速器已非常普遍，但是大多数年轻的司机还是喜欢手动，尤其是喜欢在超车时手动变速器带来的那种快速超越感。所以，一些中高级别的汽车（特别是轿车）也不敢果断的换掉手动变速器。还有一个原因是，我国的汽车驾驶学校中大部分教练车都是使用的手动变速器，除了经济性之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及驾驶协调性。
第三，现在轿车已经进入了生活水平不断提高的寻常百姓中，对于一般的家庭来说，经济适用型轿车最为合适。经济型轿车厂家采用性价比高的手动变速器，这就使得经济适用型轿车占据着在中国车市销量的大部分份额。例如，长安、吉利、奇瑞等国内厂家的经济型轿车都配备的手动变速，而且各款车型基本上都是采用的5挡手动变速。
1.1.2自动变速器（AT）
自动变速器（Automatic Transmission），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板行程和车速变化而自动变速。驾驶者只需操作加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器踏板，但自动变速器里面有很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动合闭或者分离，从而达到自动变速的目的。
在中档级别的汽车市场上，自动变速器有着自己的一席之地。驾驶这种车型的用户希望能够操作简便，降低驾驶疲劳感，从而享受高速驾驶的带来的愉悦。特别是在高速公路上，这个体现几乎完美。况且，以重庆市的交通状况来说，堵车更是家常便饭，有时要不断的停停走走，像蜗牛般蠕动，司机如果使用手动变速器，就会反复地踩离合并挂挡摘挡，繁琐的操作，尤其对于新手和女式来说更是有苦难言。使用自动挡，就不会再有这样麻烦了。
在市场上，这种汽车的销售状况还是十分可观，特别适合女性朋友，因为她们需要的是驾车时的便捷性。然而，对于我国现在的不均匀道路的状况，普及这种车型还是有相当的难度，因为自动挡汽车的优势无法完全发挥出来。
1.1.3手动/自动变速器（AMT）
在了解了一些车友后，知道他们既希望拥有传统的手动变速器的驾驶乐趣，有时候又希望驾驶的便捷。这样，手/自一体变速器应运而生。这种变速器第一次推出是在德国保时捷车厂的911车型上面，称为Tiptronic。它解放了高性能跑车受传统自动挡的束缚，让驾驶者享受了手动换挡的无尽乐趣。这种车型在挡位上面设有 “-”和“+”选择挡位。当拨挡杆选择D挡时，可自由选择加档(+)或减挡(-)，和手动挡操作一样。
自动—手动变速系统向驾驶者提供的两种驾驶方式，既可以满足手动挡的驾驶乐趣，又可以在拥堵的交通道路中切换成自动挡，这种变速方式也非常适合我国的道路现状。并且，这种变速器十分适合那些夫妻双方都会驾车的家庭，既满足了男性驾驶者喜爱手动挡的乐趣，又兼顾了女性驾驶者驾驶简捷的要求，可谓真正的“夫妻挡”。虽然这种二合一的配置技术含量要求比较高，但这类汽车在价格上也并不是高得离谱，比如长安CS35、起亚K2、捷达2013款等等，这些“二合一”的车型价格均在8-9万元左右，这个价格大众还是比较能够接受的。所以，手动/自动变速器的汽车销售上面还是有相当大优势。因此，这类型的变速器的市场还是比较比较广阔。
1.1.4无级变速器(CVT)
当今，汽车产业以其迅猛的速度发展着，然而，用户对于汽车性能的要求也是越来越高。汽车变速器的发展也并没有停滞不前，无级变速器成了人们的“终极”追求。无级变速器最早由荷兰人范•多尼斯（VanDoorne’s）发明。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换挡的突跳感觉[2]。它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点[3]。通常有些朋友错误的将自动变速器称为无级变速器，虽然它们有共同之处，但是，自动变速器是有级式传动比，只有换挡是自动的，一般自动变速器有2～7个挡。而无级变速器能在一定范围内实现无级的速度比变化，并可以将几个常用的速度比选定为常用的“挡”。配备这种变速器的发动机可在任何转速下自动获得最适合的传动比。从市场需求分析，虽然无级变速器的技术含量相比其他变速器较高，但是，也已经装配到了普通的家庭轿车之上。
1.2变速器的确定与设计车型参数
本设计就是根据金杯小海狮X30车型而开展的，变速器依旧是采用经典的手动变速器，而设计中所采用的相关参数均来源于此种车型：
最高时速：135km/h
轮胎型号：175/70 R14
总质量： ma=1860Kg
最大扭矩：105N•m/3200r/min
最大功率：60kw/5500r/min
转矩转速: nT=3200r/min
2 变速器传动机构布置方案的确定
2.1变速器结构方案的确定
2.1.1变速器传动机构的结构分析与型式选择
有级变速器与无级变速器相比，其制造低廉、结构简单，具有高的传动效率（η=0.93），因此，在各类汽车上均得到广泛的应用。
设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围、挡数及各挡的传动比，因为它们对汽车的燃料经济性和动力性都有重要的直接影响。
传动比范围是变速器低挡传动比与高挡传动比的比值。汽车行驶的道路状况愈多样，发动机的功率与汽车质量之比愈小，则变速器的传动比范围也应愈大。目前，轿车变速器的传动比范围为3.0～4.5；一般用途的货车和轻型以上的客车为5.0～8.0；越野车与牵引车传动比10.0～20.0[4]。
通常，有级变速器具有4、5个前进挡；重型载货汽车和重型越野汽车则采用多挡变速器，其前进挡位数多达6～16个甚至20个[4]。
变速器挡位数的增多可提高发动机的功率利用效率、汽车的燃料经济性及平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但采用手动的机械式操纵机构时，要实现迅速、无声换挡，对于多于5个前进挡的变速器来说是相当困难的。因此，直接操纵式变速器挡位数的上限为5挡。多于5个前进挡将使操纵机构复杂化，或者需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于一定行驶工况。
某些轿车和货车的变速器，采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速挡。可以更充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传动比为1的直接挡比较，采用超速挡会降低传动效率。
有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力的齿轮副数目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。
三轴式和两轴式变速器得到的最广泛的应用。
三轴式变速器如图2-1所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡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挡。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，直接挡的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进挡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挡传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：处直接挡外其他各挡的传动效率有所下降。

图2-1 轿车中间轴式变速器
1第一轴；2第二轴；3中间轴
两轴式变速器如图2-2所示。与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到挡外其他各挡的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力-传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量降低6%~10%。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。如图所示，两轴式变速器的第二轴（即输出轴）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，从而简化了降低了成本。除倒挡常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他挡均采用常啮合斜齿轮传动；个挡的同步器多装在第二轴上，这是因为一挡的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高挡的同步器也可以装在第一轴的后端，如图示。
两轴式变速器没有直接挡，因此在高挡工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低挡传动比取值的（ig=4.0~4.5）也受到较大限制,但这一缺点可通过减小各挡传动比同时增大主减速比来取消。

图2-2 两轴式变速器
1--第一轴；2—第二轴；3—同步器
图2-3、图2-4、图2-5分别示出了几种中间轴式四，五，六挡变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少因为直接挡的利用率高于其它挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在挡数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到挡传动方案上有差别。

图2-3 中间轴式四挡变速器传动方案
如图2-3中的中间轴式四挡变速器传动方案示例的区别：图2-3a、b所示方案有四对常啮合齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡；图2-3c所示传动方案的一，二，三，四挡用常啮合齿轮传动，而倒挡用直齿滑动齿轮换挡。
图2-4a所示方案，除一，倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余各挡为常啮合齿轮传动。图2-4b、c、d所示方案的各前进挡，均用常啮合齿轮传动；图2-4d所示方案中的倒挡和超速挡安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速挡的条件下，很容易形成一个只有四个前进挡的变速器。

图2-4 中间轴式五挡变速器传动方案
图2-5a 所示方案中的一挡、倒挡和图b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡，其余各挡均用常啮合齿轮。

图2-5 中间轴式六挡变速器传动方案
以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的挡位用同步器换挡，有的挡位用啮合套换挡，那么一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。
由于本设计的是微面车型，属于发动机中置后轮驱动的布置形式，同时考虑到制造成本以及便于用户维护等因素，再结合变速器的特点，现选用三轴式变速器。
2.1.2倒挡传动方案
图2-6为常见的倒挡布置方案。图2-6b所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图2-6c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图2-6d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2-6c所示方案。图2-6e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2-6f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图2-6g所示方案。其缺点是一，倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。

图2-6 变速器倒挡传动方案
与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式倒挡。变速器的一挡或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力也增大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声增加。为此，一挡与倒挡，都应当布置在靠近轴的支承处，以便改善上述不良状况，本设计采用如下方案（见图2-7）。

图2-7 倒挡布置
2.2 零、部件结构方案的分析
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，也要考虑齿轮型式、换挡结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。
2.2.1齿轮型式
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挡和倒挡。本设计中除一、倒挡外，其余均采用斜齿轮传动。
2.2.2换挡结构型式
换挡结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。
直齿滑动齿轮换挡的特点是结构简单、紧凑，但由于换挡不轻便、换挡时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱挡、噪声大等原因，除一挡、倒挡外很少采用。本设计中一挡与倒挡采用直齿滑动换挡。
啮合套换挡型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换挡结构简单，但还不能完全消除换挡冲击，目前在要求不高的挡位上常被使用。
采用同步器换挡可保证齿轮在换挡时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换挡时间，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。本设计也采用同步器换挡。
2.2.3自动脱挡
自动脱挡是变速器的主要障碍之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在结构上，目前比较有效的方案有以下几种：
1） 将啮合套做得长一些（如图2-8a）
或者两接合齿的啮合位置错开（图2-8b），这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约1~3mm。使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，以阻止自动脱挡。

此段切薄

a b
图2-8 防止自动脱挡的结构措施Ⅰ 图2-9 防止自动脱挡的结构措施Ⅱ
2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.3~0.6mm），这样，换挡后啮合套的后端面便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱挡（图2-9）。
3）将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜20~30），使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力。这种结构方案比较有效，用较多。
在本设计中所采用的是直齿滑动齿轮换挡与锁环式同步器换挡相结合的方式实现换挡。锁环式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，但它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键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。同步器的结构如图2-10所示：

图2-10 锁环式同步器
l、4-同步环;2-同步器齿鼓;3-接合套;5-弹簧;6—滑块;
7-止动球;8-卡环;9—输出轴;10、11-齿轮
2.2.4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。至于何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。
汽车变速器结构紧凑，尺寸小，采用尺寸大些的轴承结构受限制，常在布置上有困难。如变速器的第二轴前端支撑在第一轴常啮合齿轮的内腔中，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。变速器第一轴前端支撑在飞轮的内腔里，因有足够大的空间常采用球轴承来承受轴向力。作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传给变速器壳体，此处常采用轴承外圈有挡圈的球轴承。第二轴后端常采用球轴承，以承受轴向力和径向力。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以；但当在壳体前端面布置轴承盖有困难的时候，必须由后端轴承承受轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力。变速器内采用圆锥滚子轴承虽然直径小，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，磨损后轴承易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点，所以不适用于线性膨胀系数较大的铝合金壳体。
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。轴承的直径根据变速器中心距确定，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于6～20mm,下限适用于轻型车和轿车。
滚针轴承、滑动轴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。滚针轴承有滚动摩擦损失小，传动效率高，径向配合间隙小，定位及运转精度高，有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的径向配合间隙大，易磨损，间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增加。滑动轴套的优点是制造容易，成本低。
3 变速器主要参数的确定
3.1变速器主要参数的选择
3.1.1挡数
近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，微面车一般用4~5个挡位的变速器。本设计也采用5个挡位。
3.1.2传动比
初选传动比：
设五挡为直接挡，则：=1
= 0.377 （3.1）
式中： —最高车速
—发动机最大功率转速
—车轮半径
—变速器最大传动比
—主减速器传动比
/ =1.4～2.0 （3.2）
则 =（1.4～2.0）×3200=4480～6400r/min
=9549× （式中=1.1～1.3，取=1.2） （3.3）
所以，=9549×=6002～7090r/min
汽油机的转速在5000～6500 r/min
取 =6000r/min
主减速器传动比 :
=0.377×=0.377×=5.027
单面主减速器，当<6时，取=95%，
乘用车在3.0~4.5范围，=96%，
=×=95%×96%=91.2%
最大传动比的选择：
①满足最大爬坡度
根据汽车行驶方程式：
(3.4)
汽车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为:
（3.5）
即，
式中：G—作用在汽车上的重力，，—汽车质量，—重力加速度，=1860×9.8=18228N；
—发动机最大转矩，=105N.m；
—主减速器传动比，=5.027；
—传动系效率，=91.2%；
—车轮半径，=0.3m；
—滚动阻力系数，对于货车取=0.02；
—爬坡度，取=16.7°
=3.482
②满足附着条件。
·φ （3.6）
在沥青混凝土干路面，φ=0.7~0.8，取φ=0.75
即≤=5.112
由①②得：3.482≤≤5.112；
又因为乘用车=3.0~4.5；
所以，取=4.5
其它各挡传动比的确定：
按等比级数原则，一般汽车各挡传动比大致符合如下关系：
（3.7）
式中：—常数，即各挡之间的公比。
因此，各挡的传动比有：
，，，
==1.456
所以，其他各挡传动比为：
==3.09，==2.12，==1.456
3.1.3中心距
初选中心距时，可根据下述经验公式
（3.8）
式中：—变速器中心距（mm）；
—中心距系数，乘用车：=8.9～9.3，
—发动机最大转矩， =105（N.m）；
—变速器一挡传动比，=4.5；
—变速器传动效率，取96% ；
则，
==68.38～71.46（mm）
初选中心距=70mm。
3.1.4齿轮参数
（1）齿轮模数
乘用车模数取值为2.0~3.5mm，本设计中一挡与倒挡直齿轮模数m=3mm，其余各挡斜齿轮模数m=2.5mm
（2）齿形、压力角α、螺旋角β
汽车变速器齿轮的齿形、压力角、及螺旋角按表3-1选取。
表3-1 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角
项目
车型
齿形
压力角α
螺旋角β
轿车
高齿并修形的齿形
14.5°，15°，16°16.5°
25°~45°
一般货车
GB1356-78规定的标准齿形
20°
20°~30°
重型车
同上
低挡、倒挡齿轮22.5°，25°
小螺旋角
压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对轿车，为加大重合度以降低噪声，取小些；对货车，为提高齿轮承载力，取大些。在本设计中变速器齿轮压力角α取20°,啮合套或同步器取30°；斜齿轮常啮合齿轮为25°，其余各挡斜齿轮均为22º 。
应该注意的是选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上的轴向力相互抵消。为此，中间轴上的全部齿轮一律取右旋，而第一轴和第二轴上的的斜齿轮取左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。
（3）齿宽b
齿轮宽度b的大小直接影响着齿轮的承载能力，b加大，齿的承载能力增高。但试验表明，在齿宽增大到一定数值后，由于载荷分配不均匀，反而使齿轮的承载能力降低。所以，齿宽的选择既要考虑变速器的质量小、轴向尺寸紧凑，又要保证齿轮强度和工作平稳性。通常是根据齿轮模数来确定齿宽b：
式中 :——齿宽系数，直齿齿轮取4.4～7.0，斜齿轮取7.0～8.6；
——法面模数。
使接触线长度增加，接触应力降低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。常啮合齿轮副：中间轴上的齿轮b=18mm,对应一轴齿轮b=24mm；
一挡：中间轴上齿轮b=20mm,对应的一挡齿轮b=22mm；
二挡：中间轴上齿轮b=20mm, 对应的二挡齿轮b=20mm；
三挡：中间轴上齿轮b=18mm, 对应的三挡齿轮b=18mm；
四挡：中间轴上齿轮b=18mm, 对应的三挡齿轮b=18mm；
倒挡：b=20mm,b=20mm。
3.2 各挡传动比及其齿轮齿数的确定
在初选了中心距、齿轮的模数和螺旋角后，可根据预先确定的变速器挡数、传动比和结构方案来分配各挡齿轮的齿数。下面结合本设计来说明分配各挡齿数的方法。
3.2.1确定一挡齿轮的齿数 确定一挡直齿轮的齿数，
一挡传动比：
（3.9）

图3-1 变速器示意图
为了确定Z9和Z10的齿数，先求其齿数和:
（3.10）
其中， A =70mm、m =3；故
有 。
当乘用车为三轴式的变速器时，Z10在15~17之间选择，此处取Z10=16，则可得出=30.67（取整为31）。
上面根据初选的A及m计算出的可能不是整数，将其调整为整数后，可以看出中心距有了变化，这时应从及齿轮变位系数反过来计算中心距A，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。这里修正为47，则反推出A’=70.5mm 。
3.2.2确定常啮合齿轮副的齿数
求出常啮合斜齿轮齿轮的传动比:
（3.11）

由已经得出的数据可确定: ①
而常啮合齿轮的中心距与一挡齿轮的中心距相等
（3.12）
由此可得：

而根据已求得的数据可计算出： ②
① 与②联立可得：=15、=36。
则可算出实际螺旋角β=25.28º 。
3.2.3确定其他挡位的齿数
二挡传动比：
（3.13）

故有： ③

对于斜齿轮，
（3.14）
故有： ④
③ 联立④得：。
则，实际螺旋角β=22.78º
按同样的方法可分别计算出：三挡齿轮 ；四挡齿轮
，实际螺旋角β=22.78º
3.2.4确定倒挡齿轮的齿数
倒挡齿轮选用的模数与一挡相同，倒挡齿轮的齿数一般在21～23之间，初选后，可计算出中间轴与倒挡轴的中心距。初选 =22，
（3.15）
==57mm
为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮11和10的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，则齿轮11的齿顶圆直径应为：
， （3.16）
则：De11=2B,—1—De10=71mm
Z12=21.3 （取整为21）
倒挡轴与第二轴的中心距：
=78mm。
3.3各挡齿轮几何参数
（1）一挡直齿轮几何参数
=3mm， Z9=31，Z10 =16，=20 °，=0°，A,=70.5mm
分度圆直径 d9=Z9m=93mm d10=Z10m=48mm
齿顶高 ha9=ha10=ha*m=3mm
齿根高 hf9=hf10=(ha*+c*)=3.75mm
齿全高 h9=h10=(2ha*+c*)=6.75mm
齿顶圆直径 da9=(Z9+2ha*)=99mm da10=54mm
齿根圆直径 df9=(Z9-2ha*-2c*)m=85.5mm df10=40.5mm
（2）常啮合斜齿轮几何参数
=2.5mm，=15，=36， =20°，=25°，=70.5mm
=0.37，=-0.37
端面模数 ==2.76mm
端面压力角 =21.925°
端面啮合角 ==22.086°
分度圆直径 =41.47mm，=99.53mm
齿顶高 ha1=mn(ha+ξ1)=3.425mm ha2=mn(ha+ξ2)=1.575mm
齿根高 hf1=(ha+c-ξ1)=2.2mm hf2=(ha+c-ξ2)=4.05mm
齿全高 5.625mm
齿顶圆直径 da1=d1+2ha1=48.32mm da2=d2+2ha2=102.68mm
齿根圆直径 df1=d1-2hf1=37.07mm df2=d2-2hf2=91.43mm
（3）二挡斜齿轮几何参数
=2.5mm，=29，=23， =20°，=22°，=70.5mm
变位系数 =0.34, =-0.11，
端面模数 ==2.696mm
端面压力角 = 21.43°
端面啮合角 ==22.24°
理论中心距 A==70.10mm
中心距变动系数 ==0.16
变位系数之和 =0.37
齿顶降低系数 =0.21
分度圆直径 d7=mnZ7cosβ=78.63mm， d8=mnZ8cosβ=62.36mm
齿顶高 ha7=mn(ha+ξ1-σn)=2.825mm ha8=mn(ha+ξ2-σn)=1.7mm
齿根高 hf7=mn(ha+c-ξ1)=2.275mm hf8=mn(ha+c-ξ2)=3.4mm
齿全高 5.1mm
齿顶圆直径 da7=d7+2ha7=84.73mm da8=d8+2ha8=67.56mm
齿根圆直径 df7=d7-2hf7=74.53mm df8=d8-2hf8=57.36mm
（4）三挡斜齿轮几何参数
=2.5mm，=24，=28， =20°，=22°，=70.5mm
变位系数 =0.34， =0.29
端面模数 ==2.696mm
端面压力角 =21.43°
端面啮合角 ==22.24°
理论中心距 A==70.10mm
中心距变动系数 ==0.16
变位系数之和 =0.58
齿顶降低系数 =0.42
分度圆直径 d5=mnZ5cosβ=65.08mm，d8=mnZ8cosβ =75.92mm
齿顶高 ha5=mn(ha+ξ1-σn)=2.3mm ha6=mn(ha+ξ2-σn)=2.175mm
齿根高 hf5=mn(ha+c-ξ1)=2.275mm hf6=mn(ha+c-ξ2)=2.4mm
齿全高 4.575mm
齿顶圆直径 da5=d5+2ha5=69.68mm da6=d6+2ha6=80.27mm
齿根圆直径 df5=d5+2hf5=60.53mm df6=d6+2hf6=71.12mm
（5）四挡斜齿轮几何参数
=2.5mm，=19，=33， =20°，=22°，=70.5mm
变位系数 =0.19， =0.52
端面模数 ==2.696mm
端面压力角 =21.43°
端面啮合角 ==22.24°
理论中心距 A==70.1mm
齿顶降低系数 =0.42
分度圆直径 d3=mnZ3cosβ=51.52mm，d4=mnZ4cosβ =89.48mm
齿顶高 ha3=mn(ha+ξ1-σn)=1.75mm ha4=mn(ha+ξ2-σn)=2.75 mm
齿根高 hf3=mn(ha+c-ξ1)=2.825mm hf4=mn(ha+c-ξ2)=1.825mm
齿全高 4.575mm
齿顶圆直径 da3=d3+2ha3=55.02mm da4=d4+2ha4=94.98mm
齿根圆直径 da3=d3+2ha3==45.87mm da4=d4+2ha4=85.83mm
（6）倒挡齿轮几何参数
=3mm，Z11=22 , Z12=21 , =20°，=0°
分度圆直径 d11=Z11*m=66mm d12=Z12*m=63mm
齿顶高 ha11=ha12=ha*m=3mm
齿根高 hf11=hf12=(ha*+c*)=3.75mm
齿全高 h11=h12=(2ha*+c*)=6.75mm
齿顶圆直径 da11=(Z11+2ha*)=72mm da12=69mm
齿根圆直径 df11=(Z11-2ha*-2c*)m=58.5mm df12=55.5mm
4 变速器齿轮的强度计算与材料的选择
4.1齿轮的损坏原因及形式
齿轮的损坏形式分三类：轮齿折断、齿面疲劳剥落和移动换挡齿轮端部破坏。
轮齿折断分两种：轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在变速器中出现的很少，后者出现的多。
齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这时存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。
用移动齿轮的方法完成换挡的抵挡和倒挡齿轮，由于换挡时两个进入啮合的齿轮存在角速度差，换挡瞬间在齿轮端部产生冲击载荷，并造成损坏
4.2齿轮的材料及热处理
现代汽车变速器齿轮大都采用渗碳合金钢制造,使轮齿表层的高硬度与轮齿心部的高韧性相结合,以大大提高其接触强度,弯曲强度及耐磨性。在选择齿轮的材料及热处理时也应考虑到其机械加工性能及制造成本。
国产汽车变速器齿轮的常用材