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计算圆周力： F2= = 2×155000/71.5 =4335N
计算轴向力：Fa =
= 2×155000×tg20°/71.5 =1578N
计算水平面挠度：fc = =1682×190.5×24.5/（3×210000×14936×215） = 0.018＜[fc] 计算垂直面挠度：fs = =4335×126.5×88.5/（3×210000×14936×215） = 0.046＜[fs] 轴的全挠度：f =
=0.049＜[f] 计算转角：δ = = 1682×190.5×24.5×（190.5-24.5）/（3×210000×14936×215） = 0.00064 rad＜[δ] 校核刚度： F合= =4649N
M总=F合ab/L
= 4649×190.5×24.5/215 = 100921N.mm Ma=1/2Fad
=0.5×1578×71.5 =56413.5
M=
= 193371N.m σ=
= 32×193371/（3.14×23.5） = 151.84MPa＜[ζ]
综上计算内容，挂四档时，轴满足强度和刚度的要求。
所以该轴的强度和刚度在工作时都能满足要求。
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第五章 同步器的设计
同步器有常压式、惯性式、和惯性增力式三种。常压式同步器虽然结构简单，但不能保证啮合条件在同步状态下（即角速度相等）换挡的缺点，现在已经不用。得到广泛应用的是惯性式同步器。
5.1惯性式同步器
惯性式同步器能做到换挡时，在两换挡原件之间的角速度达到完全相等之前不允许换挡，因而能很好的完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。
按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然他们的结构不同，但他们都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。本次设计的变速器所使用的是锁环式同步器。
5.2锁环式同步器
5.2.1锁环式同步器的结构
图5-1 锁环式同步器的结构
如图5-1所示，锁环式同步器的结构特点是同步器的摩擦元件位于锁环4或7和齿轮1或9凸肩部分的锥形斜面上。作为锁止元件是做在锁环4或7上的齿和做在啮合套11上齿的端部，且端部均为斜面称为锁止面。弹性元件是位于啮合套座两侧的弹簧圈，弹簧圈将置
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于啮合套座花键上中部呈凸起状得滑块压向啮合套。在不换挡的中间位置，滑块凸起部分嵌入啮合套中部的内环槽中，是同步器用来换挡的零件保持在中立位置上。滑块两端伸入锁环缺口内，而缺口的尺寸要比宽一个结合齿。 5.2.2锁环式同步器的工作原理
换挡时，沿轴向作用在啮合套上的换挡力，推啮合套并带动滑块和锁环移动，直至锁环锥面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后，因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在加速度差Δω，致使在锥面上作用有摩擦力矩，他使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，并由滑块予以定位。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触（图c），使啮合套的移动受阻，同步器处在所锁止状态，换挡的第一阶段工作至此完成。换挡力将锁环继续压靠在锥面上，并使摩擦力矩增大，与此同时在锁止面处作用有与之方向相反的拔环力矩。齿轮与锁环的角速度逐渐接近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束，完成了换挡过程的第二阶段工作。之后，摩擦力矩随之消失，而拔环力矩是=使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除 锁止状态，啮合套上的结合齿在换挡力的作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合（图d），完成同步换挡。
图5-2 锁环式同步器的工作原理
锁环式同步器有工作可靠、零件耐用等优点，但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在锁环的接合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于乘用车和总质量不大的货车变速器中。
5.3同步器重要参数的确定
1.摩擦因数f 汽车在行驶过程中换挡，特别是在高档区换挡次数较多，意味着同步器工作频繁。同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。为了获得较大的摩擦力矩，又要求用摩擦因数打而且性能稳
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定的材料制作同步环。另一方面，同步器在油中工作，是摩擦因数减小，这就为设计工作带来了困难。
摩擦因数除与选取的材料有关以外，还与工作表面的粗糙度、润滑油种类和温度等因数有关。作为同步器锥面接触的齿轮上的锥面部分与之论做成一体，用低碳合金钢制成。对锥面的表面粗糙度要求较高，用来保证使用过程中摩擦因数变化小。若锥面的表面粗糙度值大，则在使用初期容易损害同步环锥面。
同步环常选用能保证具有足够高强度和硬度、耐磨性能良好的黄铜合金制造，如锰黄铜、铝黄铜和锡黄铜等。早期用青铜合金制造的同步环，因使用寿命短而淘汰。 由于黄铜合金与钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数f取为0.1
2.同步环主要尺寸的确定
（1）同步环锥面上的螺纹槽 如果螺纹槽螺线的顶部设计的窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间的油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强，是磨损加快。实验还证明：螺纹的齿顶宽对f的影响很大，f随齿顶的磨损而降低，换挡费力，固齿顶宽不易过大。螺纹槽设计的大些，可使被刮下来的油存在于螺纹之间的空隙中但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。下图a给出的尺寸适用于轻、中型汽车，图b适用于总质量大些的货车。通常轴向泄油槽为6~12个槽宽3~4mm。
图5-3同步环螺纹槽形式
（2） 锥面半锥角α 摩擦锥面半锥角α越小，摩擦力矩越大。但α过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自锁的条件是tanα≥f。一般取α=6°~8°。α =6°时，摩擦力矩较大，但在锥面的表面粗糙度控制不严时，则有粘着和咬住的倾向；在α =7°的时候就很少出现咬住现象。 故本次设计中，取半锥角α=7°。
（3） 摩擦面平均半径R R设计的越大，则摩擦力矩越大。R往往受结构限制，包括变速器中心距级相关零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后还会影响同步环径向厚度尺寸要取小的约束，故不能取大。原则上是在条件允许的情况下，R尽可能的大些。此次设计中R取25mm左右。
（4） 锥面工作长度b 缩短锥面工作长度b，可使变速器的轴向长度缩短，但同时也减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。设计时可按以下公式确定b
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b=
式中P为摩擦面的许用压力，对于黄铜与钢的摩擦副，p≈1.0~1.5MPa；Mm为摩擦力矩；f为摩擦因数；R为摩擦锥面的平均半径。 经初步计算与成本的考虑，初定b=5mm。
（5） 同步环径向厚度 与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度要受结构布置上 的限制，包括变速器中心距级相关零件特别是锥面平均半径R和布置上的限制，不易取得很厚，但必须保证同步环有足够的强度。
乘用车的同步环比货车的小些，应选用锻件或精密锻造工艺加工制成，这样能提高材料的屈服强度和疲劳寿命。锻造是选用锰黄铜的材料。有的变速器用高强度、高耐磨性的钢与钼配合的摩擦副，即在钢质或球墨铸铁的表面喷镀一层钼（0.3~0.5mm），使其摩擦因数在刚与铜合金的摩擦副范围内，而耐磨性和强度明显的提高。也有的同步环是在铜环基本的锥孔表面喷上厚0.07~0.12mm的钼制成。喷钼环的寿命是铜环的2~3倍。以钢质为基本的同步环不仅可以节约铜，还可以提高同步环的强度。
本次设计中同步环的厚度初定10mm。 3.锁止角β
锁止角β选取的正确，可以保证只有在换挡的两个部分之间的角速度差达到零值时才能换挡。影响锁止角β选取的因数，主要有摩擦因数f、摩擦锥面平均半径R、锁止平面平均半径和锥面半锥角α。已有结构的锁止角在26°~42°范围内变化。本次设计中取锁止角β=30°。
4.同步时间t
同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。除去同步器的结构尺寸、转动惯量对同步时间有影响以外，变速器输入、输出轴的角速度差级作用在同步器摩擦锥面上的轴向力，均对同步时间有影响。轴向力大，则同步时间减少。而轴向力与作用在变速杆手柄上的力有关，不同车型要求作用到手柄上的力也不同。为此，同步时间与车型有关，计算时可在下述范围内选取：对于乘用车变速器，高档取0.15~0.30s，低档取0.50~0.80s；对于货车变速器，高档取0.30~0.80s，低档取1.00~1.50s。
第六章 变速器的操纵机构
根据汽车的使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡。
变速器操纵机构应当满足如下主要要求：换挡时只能挂入一个挡位，换挡后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱挡或自动挂挡，防止误挂倒挡，轻便换挡。
用于机械式变速器的操纵机构，常见的是有变速杆、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、或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。
手动换挡变速器又分为直接操纵手动换挡变速器和远距离操纵手动换挡变速器。
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