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山西工程技術學院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 學生姓名 ： 任文靜 學號 ： 180533019 專業(yè) ： 機械電子工程 指導教師 ： 劉宏謙 所屬系（部） ： 機械電子工程系 2020 年 5 月 山西工程技術學院 畢業(yè)設計（指導教師）評閱書 題目： 微型轎車變速器設計 機械電子工程 系機械電子工程專業(yè) 姓名 任文靜 設計時間：2020 年 2 月 17 日 2020 年 5 月 20 日 評閱意見： 成績： 指導教師： （簽字） 職務： 2020 年 月 日 山西工程技術學院 畢業(yè)設計（同行教師）評閱書 題目：微型轎車變速器設計 機械電子工程 系 機械電子工程 專業(yè) 姓名 任文靜 設計時間：2020 年 2 月 7 日 2020 年 5 月 20 日 評閱意見： 評分內容 具體要求 分值 得分 說明書工作量 字數(shù) 2.5 萬字以上得 20 分；2 萬字以上，不足 2.5 萬字得 15 分；2 萬字以下的 10 分。 20 圖紙工作量 圖紙折合 4 張 A0 及以上得 20 分；不足 4 張 A0，達3 張以上，得 15 分；3 張以下得 10 分。 20 說明書質量 內容完整，裝訂順序正確，結構合理，文字通順；目 錄、字體、字號、行距等符合要求，公式、插圖、表 格使用合理；文獻翻譯質量、篇幅符合規(guī)定要求。存 在 02 處錯誤得 30 分；35 處錯誤得 20 分；5 處 以上得 15 分。 30 圖紙質量 圖紙組成元素完整，表達方式合理，圖框、標題欄、 線型、線寬及字體字號符合相關標準。存在 02 處 錯誤得 30 分；35 處錯誤得 20 分；5 處以上得 15 分。 30 總分（百分制） 100 成績： 評閱教師：（簽字） 職務： 2020 年月 日 山西工程技術學院 畢業(yè)設計答辯記錄及成績評定表 機械電子工程 系 機械電子工程 專業(yè) 姓名 任文靜 答 辯 內 容 問題摘要 答辯情況 記錄員： （簽名） 成 績 評 定 指導教師成績 評閱教師成績 答辯組評定成績 綜合成績 注：評定成績?yōu)?100 分制，指導教師為 20%，評閱教師為 30%，答辯組為 50%。 專業(yè)答辯組組長： （簽名） 2020 年月 日 I 轎車變速箱設計 摘 要 本設計的任務是設計一臺用于轎車上的 FR 式的手動變速器。本設計采用中 間軸式變速器，該變速器具有兩個突出的優(yōu)點：一是其直接檔的傳動效率高，磨 損及噪聲也最小；二是在齒輪中心距較小的情況下仍然可以獲得較大的一檔傳動 比。 根據(jù)轎車的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉彎半徑、車輛重量、 滿載重量以及最高車速等參數(shù)結合自己選擇的適合于該轎車的發(fā)動機型號可以得 出發(fā)動機的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)。再結合某些轎車的基本參 數(shù)，選擇適當?shù)闹鳒p速比。根據(jù)上述參數(shù)，再結合汽車設計、汽車理論、機械設 計等相關知識，計算出相關的變速器參數(shù)并論證設計的合理性。 它功用是：改變傳動比，擴大驅動輪轉矩和轉速的變化范圍，以適應經(jīng)常 變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時使發(fā)動機在有利的工況下工作； 在發(fā)動機旋轉方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；利用空檔，中斷動力 傳遞，以使發(fā)動機能夠起動、怠速，并便于發(fā)動機換檔或進行動力輸出。這臺變 速器具有五個前進檔（包括一個超速檔五檔）和一個倒檔，并通過鎖環(huán)式同步器 來實現(xiàn)換檔。 關鍵詞：變速器；鎖環(huán)式同步器；傳動比；中間軸；第二軸；齒輪 II THE DESIGN OF SALOON GEARBOX ABSTRACT The duty of this design is to design a FR type manual transmission used in the saloon,Its the countershaft-type transmission gearbox.This transmission has two prominent merits: Firstly,the transmission efficiency of the direct drive keeps off high, the attrition and the noise are also slightest;Secondly ,its allowed to obtain in the biger gear ratio of the first gear when the center distance is smaller. According to the contour,track，wheel base，the smallest ground clearance,the smallest turning radium,the vehicles weight, the all-up weight as well as the highest speed and so on, union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power,the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon,choose the suitable final drive ratio.According to the above parameters,combining the knowledge of automobile design, automobile theory, machine design and so on, calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. Its function is:Changing gear ratio,expanding the torque of the driving wheel and the range of the rotational speed,to adapt the travel condition which frequently changes, like start, acceleration, climbing and so on, simultaneously causes the engine to work under the advantageous operating mode;Under the premise of the invariable rotation, enables the automobile to travel back;Using neutral, severances the power transmission, to make the engine start, idle, and is advantageous for the engine to shift gears or to carry on the dynamic output. This gearbox has five (including over drive fifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. KEY WORDS：transmission；inertial type of synchronizer；gear ratio； countershaft；second axis；gear 目 錄 摘 要 ...............................................................I ABSTRACT ............................................................II 符號說明 .............................................................1 前言 .................................................................3 1 機械式變速器的概述及其方案的確定 ..................................7 1.1 變速器的功用和要求 ...........................................7 1.2 變速器結構方案的確定 .........................................7 1.2.1 變速器傳動機構的結構分析與型式選擇 .....................7 1.2.2 倒檔傳動方案 ..........................................12 1.3 變速器主要零件結構的方案分析 ................................13 1.3.1 齒輪型式 ..............................................13 1.3.2 換檔結構型式 ..........................................14 2 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設計 .............................17 2.1 變速器主要參數(shù)的選擇 ........................................17 2.1.1 檔數(shù)和傳動比 ............................................17 2.1.2 中心距 ................................................18 2.1.3 軸向尺寸 ..............................................19 2.1.4 齒輪參數(shù) ..............................................19 2.2 各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定 ................................20 2.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) ....................................21 2.2.2 確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) ................................21 2.2.3 確定其他檔位的齒數(shù) ....................................22 2.2.4 確定倒檔齒輪的齒數(shù) ....................................22 2.3 齒輪變位系數(shù)的選擇 ..........................................23 3 變速器齒輪的強度計算與材料的選擇 .................................25 3.1 齒輪的損壞原因及形式 ........................................25 3.2 齒輪的強度計算與校核 ........................................25 3.2.1 齒輪彎曲強度計算 ........................................25 3.2.2 齒輪接觸應力 ..........................................27 4 變速器軸的強度計算與校核 .........................................29 4.1 變速器軸的結構和尺寸 ........................................29 4.1.1 軸的結構 ..............................................29 4.1.2 確定軸的尺寸 ..........................................29 4.2 軸的校核 ....................................................30 4.2.1 第一軸的強度與剛度校核 ................................30 4.2.2 第二軸的校核計算 ......................................31 5 變速器同步器的設計 ...............................................34 5.1 同步器的結構 ................................................34 5.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 ....................................35 6 變速器的操縱機構 .................................................38 7 結論 .............................................................39 參考文獻 ............................................................40 外文文獻 ............................................................41 中文翻譯 ............................................................51 致 謝 ...............................................................58 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 1 符號說明 汽車總質量 kgm 重力加速度 N/kgg 道路最大阻力系數(shù)ax 驅動輪的滾動半徑 mmr 發(fā)動機最大扭矩 NmmaxeT 主減速比0i 汽車傳動系的傳動效率 一檔傳動比gIi 汽車滿載載荷 N2G 路面附著系數(shù) 第一軸與中間軸的中心距 mmA 中間軸與倒檔軸的中心距 mm 第二軸與中間軸的中心距 mm 中心距系數(shù)AK 直齒輪模數(shù)m 斜齒輪法向模數(shù)n 齒輪壓力角 斜齒輪螺旋角 齒輪寬度 mmb 齒輪齒數(shù)xZ 齒輪變位系數(shù) 齒輪彎曲應力 MPaW 齒輪接觸應力 MPaj 齒輪所受圓周力 NtF 軸向力 N a 徑向力 Nr 計算載荷 NmgT 應力集中系數(shù)K 摩擦力影響系數(shù)f 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 2 齒輪材料的彈性模量 MPaE 重合度影響系數(shù) K 主動齒輪節(jié)圓半徑 mmzr 從動齒輪節(jié)圓半徑 mm b 主動齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mmz 從動齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mmb 扭轉切應力 MPaT 軸的抗扭截面系數(shù) W3m 軸的材料的剪切彈性模量 MPaG 軸截面的極慣性矩 PI 4 垂直面內的撓度 mmcf 水平面內的撓度 mms 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 3 前言 現(xiàn)在，每當人們觀看 F1 大賽，總會被那種極速的感覺所折服。此刻，大家 似乎談論得最多的就是發(fā)動機的性能以及車手的駕駛技術。而且，不忘在自己駕 車的時候體會一下極速感覺或是在買車的時候關注一下發(fā)動機的性能，這似乎成 為了橫量汽車品質優(yōu)劣的一個標準。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的， 因為它是動力的締造者。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） 。 一、手動變速器(MT) 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(也就是所謂的“級” )。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。 曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動變 速器會在不久“下課” ，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實有道理。但是從目前 市場的需求和適用角度來看，筆者認為手動變速器不會過早的離開。 首先，從商用車的特性上來說，手動變速器的功用是其他變速器所不能替代 的。以卡車為例，卡車用來運輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對如此高的“壓力” ，除了發(fā)動機需要強勁的動力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔 有“勁” ，這樣在起步的時候有足夠的牽引力量將車帶動。特別是面對爬坡路段， 它的特點顯露的非常明顯。而對于其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性， 但這些特點尚不具備。 其次，對于老司機和大部分男士司機來說，他們的最愛還是手動變速器。從 我國的具體情況來看，手動變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史，資歷郊 深的司機都是“手動”駕車的，他們對手動變速器的認識程度是非常深刻的，如 果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實的。雖然自動變速器以及無級變速器已非 常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機還是崇尚手動，尤其是喜歡超車時手動變速帶 來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動變速 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 4 器。另外，現(xiàn)在在我國的汽車駕駛學校中，教練車都是手動變速器的，除了經(jīng)濟 適用之外，關鍵是能夠讓學員打好扎實的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調性。 第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進入了家庭，對于普通工薪階 級的老百姓來說，經(jīng)濟型轎車最為合適，手動變速器以其自身的性價比配套于經(jīng) 濟型轎車廠家，而且經(jīng)濟適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如，夏利、 奇瑞、吉利等國內廠家的經(jīng)濟型轎車都是手動變速的車，它們的各款車型基本上 都是 5 檔手動變速。 二、自動變速器（AT） 自動變速器（Automatic Transmission） ，利用行星齒輪機構進行變速，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。雖說自動變速汽車沒有離合器，但自動變速器中有很多離合器，這些 離合器能隨車速變化而自動分離或合閉，從而達到自動變速的目的。 在中檔車的市場上，自動變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶 希望在駕駛汽車的時候為了簡便操作、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時 快樂的感覺。在高速公路上，這是個體現(xiàn)地非常完美。而且，以北京市來說，現(xiàn) 在的交通狀況不好，堵車是經(jīng)常的事情，有時要不停地起步停步數(shù)次，司機如果 使用手動檔，則會反復地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對于新手來說更是苦不 堪言。使用自動檔，就不會這樣麻煩了。 在市場上，此類汽車銷售狀況還是不錯的，尤其是對于女性朋友比較適合， 通常女性朋友駕車時力求便捷。而我國要普及這種車型，關鍵要解決的是路況問 題，現(xiàn)在的路況狀況不均勻，難以發(fā)揮自動檔汽車的優(yōu)勢。 三、手動/自動變速器（AMT） 其實通過對一些車友的了解，他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動變速器，而且在 某些時候也需要自動的感覺。這樣手動/自動變速器便由此誕生。這種變速器在德 國保時捷車廠 911 車型上首先推出，稱為 Tiptronic，它可使高性能跑車不必受限 于傳統(tǒng)的自動檔束縛，讓駕駛者也能享受手動換檔的樂趣。此型車在其檔位上設 有“+ ”、 “-”選擇檔位。在 D 檔時，可自由變換降檔(-)或加檔(+)，如同手動檔一 樣。 自動手動變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式為了駕駛樂趣使用手動檔， 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 5 而在交通擁擠時使用自動檔，這樣的變速方式對于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。 在上面提到，手動變速器有著很大的使用群體,而自動變速器也能適應女士群體以 及解決交通堵塞帶來的麻煩，這樣對于一些夫妻雙方均會駕車的家庭來說，可謂 是兼顧了雙方，體現(xiàn)了“夫妻檔” 。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術含量， 但這類的汽車并不會在價格上都高不可攀，比如廣州本田飛度 1.3L CVT 兩廂、 南京菲亞特 2004 派力奧 1.3 HL Speedgear、南京菲亞特 西耶那 Speedgear EL 這 些“二合一”的車型價格均在 10 萬元左右，這個價格層面還比較低的。 所以，手動/自動車在普及上還是具有相當?shù)膬?yōu)勢。而汽車廠商和配套的變速 器廠家應該以此為契機，根據(jù)市場要求精心打造此類變速器。因為這類變速器是 有比較廣闊的市場的。 四、無級變速器 當今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對于汽車性能的要求是越來越高 的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無級變速器便是人們追求的“最高境界” 。無級變速器最早由荷蘭人范多尼斯（VanDoorne s）發(fā)明。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。通常有些朋友將自動變速器稱為無級變速 器，這是錯誤的。雖然它們有著共同點，但是自動變速器只有換檔是自動的，但 它的傳動比是有級的，也就是我們常說的檔，一般自動變速器有 27 個檔。而 無級變速器能在一定范圍內實現(xiàn)速比的無級變化，并選定幾個常用的速比作為常 用的“檔” 。裝配該技術的發(fā)動機可在任何轉速下自動獲得最合適的傳動比。 從市場走向來看，雖然無級變速器是一個技術分量比較高的部件，但是也已 經(jīng)走進了普通轎車的“身體” 之中，廣本兩廂飛度每個排量都有一款配置了 CVT 無級變速器，既方便又省油，且售價也僅在 9.6811.68 萬元。而且奇瑞汽 車銷售公司表示 QQ 無級變速器型年底上市?？磥頍o級變速器在中檔車中的運用 將越為廣泛。 本設計是根據(jù) 2013 款海馬普力馬車型而開展的，設計中所采用的相關參數(shù) 均來源于此種車型： 主減速比：4.782 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 6 最高時速：190km/h 輪胎型號：180/65R15 發(fā)動機型號：HA-VVT-1.6 最大扭矩：170Nm/4500 最大功率：90kw/5750 最高轉速：4500r/min 2013 款海馬普力馬 1.6L 型 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 7 1 機械式變速器的概述及其方案的確定 1.1 變速器的功用和要求 變速器的功用是根據(jù)汽車在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動機的扭 矩和轉速，使汽車具有適合的牽引力和速度，并同時保持發(fā)動機在最有利的工況 范圍內工作。為保證汽車倒車以及使發(fā)動機和傳動系能夠分離，變速器具有倒檔 和空檔。在有動力輸出需要時，還應有功率輸出裝置。 對變速器的主要要求是： 1.應保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟性指標。在汽車整體設計時，根據(jù)汽車 載重量、發(fā)動機參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動比，來滿足 這一要求。 2.工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內不應有自動跳檔、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，這可通過采用同步器和預選氣動換檔或自動、半自動 換檔來實現(xiàn)。 3.重量輕、體積小。影響這一指標的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質 鋼材，采用合理的熱處理，設計合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸 承可以減小中心距。 4.傳動效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應有直接檔。提高零件的制造精度 和安裝質量，采用適當?shù)臐櫥投伎梢蕴岣邆鲃有省?5.噪聲小。采用斜齒輪傳動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。 1.2 變速器結構方案的確定 變速器由傳動機構與操縱機構組成。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 8 1.2.1 變速器傳動機構的結構分析與型式選擇 有級變速器與無級變速器相比，其結構簡單、制造低廉，具有高的傳動效率 （=0.960.98 ） ，因此在各類汽車上均得到廣泛的應用。 設計時首先應根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動比范圍、檔 位數(shù)及各檔的傳動比，因為它們對汽車的動力性與燃料經(jīng)濟性都有重要的直接影 響。 傳動比范圍是變速器低檔傳動比與高檔傳動比的比值。汽車行駛的道路狀況 愈多樣，發(fā)動機的功率與汽車質量之比愈小，則變速器的傳動比范圍應愈大。目 前，轎車變速器的傳動比范圍為 3.04.5；一般用途的貨車和輕型以上的客車為 5.08.0；越野車與牽引車為 10.020.0。 通常，有級變速器具有 3、4、5 個前進檔；重型載貨汽車和重型越野汽車則 采用多檔變速器，其前進檔位數(shù)多達 616 個甚至 20 個。 變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動機的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟性及平 均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。但采用手動的機械式操縱 機構時，要實現(xiàn)迅速、無聲換檔，對于多于 5 個前進檔的變速器來說是困難的。 因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為 5 檔。多于 5 個前進檔將使操縱機構復 雜化，或者需要加裝具有獨立操縱機構的副變速器，后者僅用于一定行駛工況。 某些轎車和貨車的變速器，采用僅在好路和空載行駛時才使用的超速檔。采 用傳動比小于 1（0.70.8）的超速檔，可以更充分地利用發(fā)動機功率，降低單位 行駛里程的發(fā)動機曲軸總轉數(shù)，因而會減少發(fā)動機的磨損，降低燃料消耗。但與 傳動比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會降低傳動效率。 有級變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力的齒輪副數(shù) 目、轉速、傳遞的功率、潤滑系統(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用。 三軸式變速器如圖 1-1 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 起來傳遞扭矩則稱為直接檔。此時，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 9 二軸也傳遞轉矩。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。其他前進檔需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉矩。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比， 這是三軸式變速器的另一優(yōu)點。其缺點是：處直接檔外其他各檔的傳動效率有所 下降。 圖 1-1 轎車中間軸式四檔變速器 1第一軸；2第二軸；3中間軸 兩軸式變速器如圖 1-2 所示。與三軸式變速器相比，其結構簡單、緊湊且除 最到檔外其他各檔的傳動效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動機前輪驅動的布 置，因為這種布置使汽車的動力-傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質量降低 6%10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動系的結構簡單。如圖所示，兩軸 式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動齒輪做成一體，當發(fā)動機縱置時， 主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當發(fā)動機橫置時則可用圓柱齒輪，從而簡 化了制造工藝，降低了成本。除倒檔常用滑動齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔 均采用常嚙合斜齒輪傳動；個檔的同步器多裝在第二軸上，這是因為一檔的主動 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軸的后端，如圖 示。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 10 兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時，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。另外，低檔傳動比取值的上限 （i g =4.04.5）也受到較大限制 ,但這一缺點可通過減小各檔傳動比同時增大主減 速比來取消。 圖 1-2 兩軸式變速器 1-第一軸；2第二軸；3同步器 有級變速器結構的發(fā)展趨勢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的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍復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。但是在本設計中，由于倒檔齒輪采用的是常嚙式，因此也采用斜齒輪。 由于所設計的汽車是發(fā)動機前置，后輪驅動，因此采用中間軸式變速器。 圖 1-3、圖 1-4、圖 1-5 分別示出了幾種中間軸式四，五，六檔變速器傳動 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 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 11 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，均采用同步器或嚙 合套換檔，少數(shù)結構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 1-3 中間軸式四檔變速器傳動方案 如圖 1-3 中的中間軸式四檔變速器傳動方案示例的區(qū)別：圖 1-3a、b 所示方 案有四對常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動齒輪換檔；圖 1-3c 所示傳動方案的二， 三，四檔用常嚙合齒輪傳動，而一檔和倒檔用直齒滑動齒輪換檔。 圖 1-4a 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 1-4b、c、d 所示方案的各前進檔，均用常嚙合齒輪傳動；圖 1-4d 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，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。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 12 圖 1-4 中間軸式五檔變速器傳動方案 圖 1-5a 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齒輪 換檔，其余各檔均用常嚙合齒輪。 圖 1-5 中間軸式六檔變速器傳動方案 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，如圖 1-3a、b 所示。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，布置倒檔傳動齒輪和 換檔機構，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。 變速器用圖 1-4c 所示的多支承結構方案，能提高軸的剛度。這時，如用在 軸平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。圖 1-4c 所示方案的高檔從動齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時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方案的特點。 1.2.2 倒檔傳動方案 圖 1-6 為常見的倒擋布置方案。圖 1-6b 所示方案的優(yōu)點是換倒擋時利用了 中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進入 嚙合，使換擋困難。圖 1-6c 所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點是換擋程 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 13 序不合理。圖 1-6d 所示方案針對前者的缺點做了修改，因而取代了圖 1-6c 所示 方案。圖 1-6e 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。 圖 1-6f 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，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖 1-6g 所示方案。其 缺點是一，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構復雜一 些。 本設計采用圖 1-6f 所示的傳動方案。 圖 1-6 變速器倒檔傳動方案 因為變速器在一擋和倒擋工作時有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是 中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應當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。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳 動比接近，但因為使用倒擋的時間非常短，從這點出發(fā)有些方案將一擋布置在靠 近軸的支承處。 1.3 變速器主要零件結構的方案分析 變速器的設計方案必需滿足使用性能、制造條件、維護方便及三化等要求。 在確定變速器結構方案時，也要考慮齒輪型式、換檔結構型式、軸承型式、潤滑 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 14 和密封等因素。 1.3.1 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，工作時噪聲低等優(yōu)點； 缺點是制造時稍復雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱 齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導致變速器的轉動慣量增大。直齒圓 柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設計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方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動。 1.3.2 換檔結構型式 換檔結構分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動齒輪換檔的特點是結構簡單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時齒 端面受到很大沖擊、導致齒輪早期損壞、滑動花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等 原因，初一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少 了噪聲和動載荷，提高了齒輪的強度和壽命。嚙合套有分為內齒嚙合套和外齒嚙 合套，視結構布置而選定，若齒輪副內空間允許，采用內齒結合式，以減小軸向 尺寸。結合套換檔結構簡單，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不受沖擊，使齒輪強度得以充分發(fā)揮， 同時操縱輕便，縮短了換檔時間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟性和行駛安全 性，此外，該種型式還有利于實現(xiàn)操縱自動化。其缺點是結構復雜，制造精度要 求高，軸向尺寸有所增加，銅質同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應用 于各式變速器中。 自動脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個問題，除工藝上采取措施外， 在結構上，目前比較有效的方案有以下幾種： 1） 將嚙合套做得長一些（如圖 1-7a） 或者兩接合齒的嚙合位置錯開（圖 1-7b） ，這樣在嚙合時使接合齒端部超過被接 合齒約 13mm。使用中因接觸部分擠壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以 阻止自動脫檔。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 15 2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?.30.6mm） ，這樣，換檔后嚙合套 的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫檔（圖 1-8） 。 3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜 2030） ，使接 合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力（圖 1-9） 。這種結構方案比較有效，采用較多。 a b 圖 1-7 防止自動脫檔的結構措施 I 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 16 此段切薄 圖 1-8 防止自動脫檔的結構措施 加工成斜面 圖 1-9 防止自動脫檔的結構措施 在本設計中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的。 但它可以從結構上保證結合套與待嚙合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸， 以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結構如圖 1-10 所示： 圖 1-10 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; 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 17 max0maxaxmax(cosin)egITrif gaxm0rgeiTi 7-止動球;8-卡環(huán);9輸出軸;10、11-齒輪 2 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設計 2.1 變速器主要參數(shù)的選擇 2.1.1 檔數(shù)和傳動比 近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用 45 個檔位的變速器。本設計也采用 5 個檔位。 選擇最低檔傳動比時，應根據(jù)汽車最大爬坡度、驅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，則最大驅動力用于克服輪胎與路 面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有 則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動比為 （2- 1） 式中 m----汽車總質量； g----重力加速度； max----道路最大阻力系數(shù)； rr----驅動輪的滾動半徑； Temax----發(fā)動機最大轉矩； i0----主減速比； ----汽車傳動系的傳動效率。 根據(jù)驅動車輪與路面的附著條件 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 18 max2egITriG2max0rgIeTii max1ingq2.5169.()gIgIVii修 正 為 求得的變速器 I 檔傳動比為： （2- 2） 式中 G2----汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給路面的載荷； ----路面的附著系數(shù)，計算時取 =0.50.6。 由已知條件：滿載質量 1800kg； rr=337.25mm； Te max=170Nm； i0=4.782； =0.95。 根據(jù)公式（2-2）可得：i gI =3.85。 超速檔的的傳動比一般為 0.70.8，本設計去五檔傳動比 ig =0.75。 中間檔的傳動比理論上按公比為： （2- 3） 的等比數(shù)列，實際上與理論上略有出入，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)動機參數(shù)的合理匹配。根據(jù)上式可的出： =1.51。q 故有： 2.1.2 中心距 中心距對變速器的尺寸及質量有直接影響，所選的中心距、應能保證齒輪的 強度。三軸式變速器的中心局 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： 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 19 3IAmaxKT (2-4) 式中 K A----中心距系數(shù)。對轎車，K A =8.99.3；對貨車， K A =8.69.6；對 多檔主變速器，K A =9.511； TI max ----變速器處于一檔時的輸出扭矩： TI max=Te max igI =628.3Nm 故可得出初始中心距 A=77.08mm。 2.1.3 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構的布 置初步確定。 轎車四檔變速器殼體的軸向尺寸 3.03.4A。貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔 數(shù)有關： 四檔(2.22.7) A 五檔(2.73.0) A 六檔(3.23.5) A 當變速器選用常嚙合齒輪對數(shù)和同步器多時，中心距系數(shù) KA 應取給出系數(shù) 的上限。為檢測方便， A 取整。 本次設計采用 5+1 手動擋變速器，其殼體的軸向尺寸是 3 77.08mm=231.24mm， 變速器殼體的最終軸向尺寸應由變速器總圖的結構尺寸鏈確定。 2.1.4 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 (2-5)3ax0.47eT 其中 =170Nm，可得出 mn=2.5。maxeT 一檔直齒輪的模數(shù) m 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 20 mm (2-6)31max0.T 通過計算 m=3。 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，同一變 速器中的結合套模數(shù)都去相同，轎車和輕型貨車取 23.5。本設計取 2.5。 （2）齒形、壓力角 、螺旋角 和齒寬 b 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表 2-1 選取。 表 2-1 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項目 車型 齒形 壓力角 螺旋角 轎車 高齒并修形的齒形 14.5，15，1616.5 2545 一般貨車 GB1356-78 規(guī)定的標準齒形 20 2030 重型車 同上 低檔、倒檔齒輪 22.5，25 小螺旋角 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 30；斜齒輪螺旋角 取 30。 應該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應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 b=(4.58.0)m， mm 斜齒 b=(6.08.5)m， mm 第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長度增加，接觸應 力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 21 1092ZigImAZ2 91012ZigI76.12 2.2 各檔傳動比及其齒輪齒數(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)預先確定的變速器檔數(shù)、傳 動比和結構方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結合本設計來說明分配各檔齒數(shù)的方 法。 2.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動比 （2-7） 為了確定 Z9 和 Z10 的齒數(shù)， 先求其齒數(shù)和 : （2-8） 其中 A =77.08mm、 m =3；故有 。 圖 2-1 五檔變速器示意圖4.51Z 當轎車三軸式的變速器 時，則 ，此處93.gIi 范 圍 內 選 擇可 在 17510 取 =16，則可得出 =35。10Z9Z 上面根據(jù)初選的 A 及 m 計算出的 可能不是整數(shù)，將其調整為整數(shù)后，從式Z （2-8）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， 再以這個修正后的中心距作為以后計算的依據(jù)。 這里 修正為 51，則根據(jù)式（2-8）反推出 A=76.5mm。Z 2.2.2 確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 由式（2-7 ）求出常嚙合齒輪的傳動比 （2-9） 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 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 22 cos2)(21ZmAnn21 91.3gIi 8712Zig425.87ZnmAcos 1231Zigr 5.2gi （2-10） 由此可得： (2-11)而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計算出： 。 5Z 與聯(lián)立可得： =19、 =34。12則根據(jù)式（2-7）可計算出一檔實際傳動比為： 。 2.2.3 確定其他檔位的齒數(shù)二檔傳動比 （2-12 ）而 ，故有： 對于斜齒輪， （2-13） 故有： 5387Z 聯(lián)立得： 。2187Z、 按同樣的方法可分別計算出：三檔齒輪 ；四檔齒輪 2765Z、 。31643Z、 2.2.4 確定倒檔齒輪的齒數(shù) 一般情況下，倒檔傳動比與一檔傳動比較為接近，在本設計中倒檔傳動比 取 3.7。中間軸上倒檔傳動齒輪的齒數(shù)比一檔主動齒輪 10 略小，取 。gri 132Z 而通常情況下，倒檔軸齒輪 取 2123，此處取 =23。113Z 由 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 23 )(21132Zmn)(2113ZA （2-14）可計算出 。271Z故可得出中間軸與倒檔軸的中心距 A = (2-15) =50mm 而倒檔軸與第二軸的中心: (2-16) =72.5mm 2.3 齒輪變位系數(shù)的選擇 齒輪的變位是齒輪設計中一個非常重要的環(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：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對嚙合齒 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度，使它達到和大齒輪 強度想接近的程度。高度