捷達轎車變速器的設計【捷達轎車1.6L手動車型】,捷達轎車1.6L手動車型,捷達轎車變速器的設計【捷達轎車1.6L手動車型】,捷達,轎車,變速器,設計,手動,車型 SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 王志遠 院系 汽車與交通 工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-5班 指導教師姓名 王永梅 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達轎車變速器的設計 一、設計（論文）目的、意義 　 捷達轎車在我國應用十分廣泛，而變速器是整車的關鍵總成之一。其功用是在不同的使用條件下, 改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速, 使汽車得到不同的牽引力和速度, 同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。通過捷達轎車變速器的設計，使其變速器性能更好具有一定的實際意義。 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） （一）設計內容 利用所選定的發(fā)動機參數(shù)，發(fā)動機功率95KW, 最高車速190 Km/h,轉矩170Nm，總質量1091 kg，轉矩轉速 6000r/min，車輪205/65R15。完成變速器結構布置和設計。設計的主要內容有選擇所設計發(fā)動機參數(shù)，確定變速器結構類型，確定操縱機構的結構形式，確定同步器的形式，對變速器中的各級齒輪和軸等零部件進行設計，并對主要零部件進行校核。 。 （二）研究方法 1、 參考相關資料，對比各種變速器優(yōu)缺點，初步確定設計方案。 2、 實地考察相關類型的車，為最終設計方案提供依據(jù)。 3、 利用Autocad軟件繪制變速器圖紙。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 （一）計算說明部分 完成設計說明書1.5萬字。其中包括變速器各級齒輪和軸等零部件進行設計及強度校和部分。 （二）圖紙部分 變速器裝配圖零件圖若干張，共計折合4張A0圖紙。 四、設計（論文）進度安排 （1）調研、查閱相關資料、完成開題報告 第1～2周（3月1日～3月14日） （2）確定總體方案 第3～4周（3月15日～3月28日） （3）對變速器橋結構進行設計第5～6周（3月29日～4月11日） （4）對變速器尺寸進行設計第7～8周（4月12日～4月25日） （5）建立變速器的零件圖及裝配模型第9～11周（4月26日～5月16日） （5）書寫設計說明書第12～13周（5月17日～5月30日） （6）設計審核、修改設計說明書 第14～16周（6月1日～6月20日） （7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯 第17周（6月21日～6月27日） 五、主要參考資料 [1]蔣崇賢，何明輝《專用汽車設計》 武漢工業(yè)大學出版社 [2]工程中的有限元方法(第3版)．機械工業(yè)出版社，2004 [3]黃天澤，黃金陵．汽車車身結構與設計．機械工業(yè)出版社，2000 [4]孫桓主編.機械設計.機械工業(yè)出版社出版 [5]余志生． 汽車理論[M]，機械工業(yè)出版社，1987 [6]陳家瑞主編.汽車構造.人民交通出版社出版 [7]吳鎮(zhèn)著.理論力學.上海:上海交通大學出版社，1997 [8]呂慧瑛.機械設計基礎.北京:清華大學出版社，2002 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學生畢業(yè)設計 捷達轎車變速器設計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-5班 學生姓名： 王志遠 指導教師： 王永梅 職 稱： 講師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design Of The Jetta Car Transmission Candidate：Wang Zhiyuan Specialty：Vehicle Engineering Class：BW07-5 Supervisor：Lecturer Wang Yongmei Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 捷達轎車變速器設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程B07-5 學 生 姓 名: 王志遠 導 師 姓 名: 王永梅 開 題 時 間: 2011-2-28 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 開題報告撰寫要求 一、“開題報告”參考提綱 1. 課題研究目的和意義； 2. 文獻綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內容、擬解決的主要問題； 4. 技術路線或研究方法； 5. 進度安排； 6. 主要參考文獻。 二、“開題報告”撰寫規(guī)范 請參照《黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字數(shù)應在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 王志遠 系部 汽車與交通 工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程BW07-5 指導教師姓名 王永梅 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達轎車變速器的設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 　 捷達轎車在我國應用十分廣泛，而變速器是整車的關鍵總成之一。其功能是在不同的使用條件下，改變發(fā)動機傳動到驅動輪上的轉矩和轉速，使汽車得到不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。通過捷達轎車變速器的設計，使其變速器性能具有一定的實際意義。汽車問世一百多年以來，為人類進入現(xiàn)代生活，產生巨大的影響，汽車變速器是汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞對汽車的動力性，經(jīng)濟性，操縱可靠性與輕便性，傳動的平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。汽車變速器作為影響汽車的關鍵部件，其齒輪傳動系統(tǒng)性能的好壞直接影響汽車各項性能指標。首先，變速器振動常常會誘發(fā)與其相連接部件的振動。影響整車的工作性能此外，變速器載荷和速度的提高產生的齒輪噪聲，與其他聲源的噪聲更突出，因此，降低了汽車變速器的振動也就降低變速器振動所引起的噪聲，從而大大提高了汽車的乘坐舒適性。特別是從汽車的大批量生產及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來汽車已為世界經(jīng)濟的發(fā)展，為人類進入現(xiàn)在生活，產生了無法估量的巨大的影響，為人類社會的進步作出了不可磨滅的巨大的貢獻，掀起了一場劃時代的革命，現(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復活塞式內燃機具有體積小，質量輕，工作可靠和使用方便等優(yōu)點。但其轉矩和轉速變化范圍內變化，而復雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當大的范圍內變化，故其性能與汽車的動力性和經(jīng)濟性之間存在著較大的矛盾。這對矛盾靠現(xiàn)代汽車內燃機本身無法解決的，因此，在汽車傳動系中設置了變速器和減速器，已達到減速增距的目的。 發(fā)動機的輸出轉速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的轉速區(qū)出現(xiàn)，為了發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能就必須有一套變速裝置，來協(xié)調發(fā)動機的轉速和車輪的實際速度，變速器可以汽車行駛過程中，在發(fā)動機和車輪之間產生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機工作在最佳動力性能狀態(tài)下，根據(jù)上述情況目前，改革開放30年來，我國汽車變速器行業(yè)隨著整車行業(yè)的快速發(fā)展而不斷發(fā)展壯大，形成了一批頗具規(guī)模的變速器企業(yè)。大多數(shù)本土變速器企業(yè)在引進消化吸收國外先進技術方面取得了突出成績，并不斷堅持自主創(chuàng)新，在手動變速器領域,，尤其是在重型車用和微型車用手動變速器上，涌現(xiàn)了大量自主創(chuàng)新的產品。另外，一些跨國公司獨資或合資的變速器企業(yè)開始陸續(xù)在中國設廠，為滿足持續(xù)高速增長的中國汽車市場需求作出了非常大的貢獻。 在中國，手動變速器仍然是車用變速器的主流。具體有兩個原因：首先，目前國內企業(yè)已經(jīng)基本掌握對手動變速器的開發(fā)，所以在一定程度上加大了手動變速器的價格優(yōu)勢；另外，絕大多數(shù)中國駕駛者在學車時就用的是手動車，他們更加享受手動車帶來的駕駛樂趣。在自動變速器方面，除吉利汽車開發(fā)出有自主知識產權的液壓控制的三速自動變速器外，其他企業(yè)尚沒有一家具有自主知識產權，悉數(shù)依賴國外技術和進口。 從技術、節(jié)能和基礎設施角度，對各種變速器在中國和國外的發(fā)展情況作以下簡要分析： （1）手動變速器（MT）：手動變速器應該說是最為節(jié)能的變速方式，另外由于中國企業(yè)已經(jīng)掌握該技術，而且在生產方面也積累了長期經(jīng)驗，從而在價格和質量方面會有較大優(yōu)勢。所以在短期內仍將是變速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工況。 （2）自動手動變速器（AMT）：自動手動變速器實際上是由一個機器系統(tǒng)來完成操作離合器和選擋這兩個動作。AMT的汽車駕駛簡單，省去了離合器踏板，駕駛者只要踩油門，選速器系統(tǒng)會自動選擇換擋的最佳時機，從而消除了發(fā)動機、離合器和變速器的錯誤使用，以避免錯換擋位。 （3）電子控制液力自動變速器（AT）：電子控制液力自動變速器近些年新技術也不斷在使用，它正朝著多擋位、數(shù)字化控制等方面發(fā)展。 （4）無級變速器（CVT）：無級變速器則只需兩組可移動錐輪以及傳動帶或傳動鏈，即可實現(xiàn)無數(shù)個前進擋的變速過程。CVT采用傳動帶、傳動鏈和可變槽寬的錐輪進行動力傳遞及傳動比的選擇，即當錐輪變化槽寬時，相應改變主動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進行變速。 目前，全世界各大汽車廠商為了提高產品的競爭力都在大力進行CVT的研發(fā)工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車品牌中都配備CVT的轎車銷售，全世界CVT轎車的年產量已達到近50萬輛。值得注意的一點是，裝備有CVT的汽車市場，由最初的日本、歐洲已經(jīng)滲透到北美市場，CVT汽車已經(jīng)成為當今汽車發(fā)展的主要趨勢。 選題意義：21世紀，汽車工業(yè)成為中國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產業(yè)之一，汽車企業(yè)對各系統(tǒng)部件的設計需求旺盛,其實，汽車與人一樣，也是有著整套健康系統(tǒng)的有機結合體。發(fā)動機是心臟，車輪、底盤與懸掛是軀干與四肢，然而連接它們的，是類似于人體經(jīng)脈的變速器系統(tǒng)。如果汽車喪失了變速器這個中心環(huán)節(jié)，心臟、四肢與軀干再好，汽車只能如同植物人般成為廢鐵一堆！可以說，變速器是伴隨著汽車工業(yè)出現(xiàn)的必然產物，是汽車上的必需品。在完成了最基本的傳動功能之外，我們對變速器的要求也是越來越高，這是變速箱演變過程的首要催產素，由此可見，對汽車的變速器進行研究具有十分重要的意義。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 （一）設計內容 利用所選定的發(fā)動機參數(shù)，發(fā)動機功率95KW, 最高車速190 Km/h,轉矩170Nm， 總質量1091 kg，轉矩轉速 6000r/min，車輪205/65R15。完成變速器結構布置和設計。設計的主要內容有選擇所設計發(fā)動機參數(shù)，確定變速器結構類型，確定操縱機構的結構形式，確定同步器的形式，對變速器中的各級齒輪和軸等零部件進行設計，并對主要零部件進行校核。 （二）研究方法 1.參考相關資料，對比各種變速器優(yōu)缺點，初步確定設計方案。 2.實地考察相關類型的車，為最終設計方案提供依據(jù)。 3.利用Autocad軟件繪制變速器圖紙。 四、進度安排 （1）調研、查閱相關資料、完成開題報告 第1～2周（2月28日～3月11日） （2）確定總體方案 第3～4周（3月14日～3月25日） （3）對變速器橋結構進行設計第5～6周（3月28日～4月8日） （4）對變速器尺寸進行設計第7～8周（4月11日～4月22日） （5）建立變速器的零件圖及裝配模型第9～11周（4月25日～5月13日） （5）書寫設計說明書第12～13周（5月16日～5月27日） （6）設計審核、修改設計說明書 第14～16周（5月30日～6月17日） （7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯 第17周（6月20日～6月24日） 五、參考文獻 [1]蔣崇賢，何明輝《專用汽車設計》 武漢工業(yè)大學出版社 [2]工程中的有限元方法(第3版)．機械工業(yè)出版社，2004 [3]黃天澤，黃金陵．汽車車身結構與設計．機械工業(yè)出版社，2000 [4]孫桓主編.機械設計.機械工業(yè)出版社出版 [5]余志生． 汽車理論[M]，機械工業(yè)出版社，1987 [6]陳家瑞主編.汽車構造.人民交通出版社出版 [7]吳鎮(zhèn)著.理論力學.上海:上海交通大學出版社，1997 [8]呂慧瑛.機械設計基礎.北京:清華大學出版社，2002 [9]何云祥. 重型汽車變速器的結構創(chuàng)新[J]. 現(xiàn)代零部件, 2009, (01) :100-101 [10]羅春香. 汽車變速器設計中速比分配問題的研究[J]. 西南民族大學學報(自然科學版), 2004, (03) . [11]變速器設計(上)[J]. 汽車技術, 1972, (01) . [12]王尚軍. DC6J80T六檔變速器設計[J]. 機械傳動, 2002, (01) . [13]黃雄健,楊壽海. CAD/CAE技術在汽車變速器設計中的應用[J]. 廣西工學院學報, 2007, (01) . [14]胡朝峰 ,過學迅 ,汪斌. 汽車變速器技術的發(fā)展與展望[J]. 汽車研究與開發(fā), 2005, (05) . [15]向立明. 汽車變速器的發(fā)展歷史及未來趨勢[J]. 公路與汽運, 2007, (01) 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 捷達轎車在我國應用十分廣泛，而變速器是整車的關鍵總成之一。其功用是在不同的使用條件下, 改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速, 使汽車得到不同的牽引力和速度, 同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。通過捷達轎車變速器的設計，使其變速器性能更好具有一定的實際意義。我設計的變速器主要內容： 1.變速器的總體的方案的確定。對變速器的功能和要求進行確定，對結構方案確定，和變速器主要零件結構的方案分析。 2.變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設計。對變速器主要參數(shù)進行選擇，對各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定，齒輪邊位系數(shù)的選擇。 3.變速器齒輪的強度計算與材料的選擇。對齒輪的損壞原因及形式的確定，對齒輪的強度計算與校核。 4.變速器軸的強度計算與校核。變速器軸的結構和尺寸的計算，對軸的校核。 5.變速器同步器的設計和操縱機構。對同步器的結構的確定，同步器同步環(huán)主要參數(shù)的確定，變速器的操縱機構的選擇和確定。 關鍵詞：捷達；變速器；主要參數(shù)；零件；校核 ABSTRACT The jetta cars used widely in our country, and the key is the vehicle transmission is one of the assembly. Its function is used in different conditions, changes to the drive wheels on the engine torque ancd rotational speed, make cars get different traction and the engine speed, and at the same time at the most favorable conditions range work. Through the jetta car transmission design, make its transmission better performance has certain practical significance. I designed the transmission main contents: 1. The transmission of the overall plan is affirmatory. The function and requirement of the transmission determined to structure plan, and the structure of main parts and the transmission scheme analysis. 2. The main parameter selection and transmission of main parts design. Of the transmission main parameters of each gear transmission choice, and determine the pinion gear, gear edge position coefficients choice. 3. Transmission gear strength calculation and material selection. The damage of gear determination of reason and form of gear, strength calculation and checking. 4. Transmission shaft strength calculation and checking. Transmission shaft structure and size of the calculation and shaft dynamicrigidity. 5. Transmission synchronizer design and operation. The structure of synchronizer determination of synchronizer synchronous ring, main parameter is determined, the transmission of the choice and determination of manipulated mechanism. Keywords: jetta; Transmission; Main parameters; Parts; checking III 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………………...Ⅰ Absteact………………………………………………………………………………………...Ⅱ 第1章 前言………………………………………………………………………………….1 1.1選題背景目的………………………………………………………………………...1 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………………………………………1 1.3意義……………………………………………………………………………………..2 1.4設計內容……………………………………………………………………………….3 第2章 捷達變速器的總體方案的確定…………………………………………….4 2.1 變速器的功用和要求……………………………………………………………….4 2.2 變速器結構方案的確定…………………………………………………………....4 2.2.1 變速器傳動機構的結構分析與型式選擇……………………………...5 2.2.2 倒檔傳動方案………………………………………………………………..9 2.3 變速器主要零件結構的方案分析……………………………………………….9 2.3.1 齒輪型式……………………………………………………………………..9 2.3.2 換檔結構型式……………………………………………………………...10 2.4 本章小結……………………………………………………………………………12 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設計……………………….13 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇…………………………………………………………13 3.1.1 倒檔和傳動比…………………………………………………………….13 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)…...................................................................17 3.2.3 確定其他檔位的齒數(shù)……………………………………………………17 3.2.4 確定倒擋齒輪的齒數(shù)……………………………………………………18 3.3 齒輪變位系數(shù)的選擇……………………………………………………………18 3.4本章小結……………………………………………………………………………..19 第4章 變速器齒輪的強度計算與材料的選擇………………………………..20 4.1 齒輪的損壞原因及形式………………………………………………………….20 4.2 齒輪的強度計算與校核………………………………………………………….20 4.2.1 齒輪彎曲強度計算…..............................................................................20 4.2.2 齒輪接觸應力…........................................................................................22 4.3本章小結…………………………………………………………………………….23 第5章 變速器軸的強度計算與校核………………………………………….......24 5.1 變速器軸的結構和尺寸…………………………………………………………24 5.1.1 軸的結構…………………………………………………………………...24 5.1.2 確定軸的尺寸………………………………………………………….....24 5.2 軸的校核…………………………………………………………………………...25 5.2.1 第一軸的強度與剛度校核……………………………………………..25 5.2.2 第二軸的校核計算………………………………………………………26 5.3本章小結…………………………………………………………………………….28 第6章 變速器同步器的設計和操縱機構……………………………………...29 6.1同步器的結構……………………………………………………………………. .29 6.2同步環(huán)主要參數(shù)的確定………………………………………………………….30 6.3變速器的操縱機構………………………………………………………………..32 結論…………………………………………………………………………………………......33 參考文獻………………………………………………………………………………………34 致謝……………………………………………………………………………………………...35 附錄A……………………………………………………………………………………….......36 附錄B……………………………………………………………………………………….......43 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第1章 前 言 1.1選題背景目的 捷達轎車在我國應用十分廣泛，而變速器是整車的關鍵總成之一。其功用是在不同的使用條件下, 改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速, 使汽車得到不同的牽引力和速度, 同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。通過捷達轎車變速器的設計，使其變速器性能更好具有一定的實際意義。 發(fā)動機的輸出轉速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的轉速區(qū)出現(xiàn)，為了發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能就必須有一套變速裝置，來協(xié)調發(fā)動機的轉速和車輪的實際速度，變速器可以汽車行駛過程中，在發(fā)動機和車輪之間產生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機工作在最佳動力性能狀態(tài)下，根據(jù)上述情況目前，改革開放30年來，我國汽車變速器行業(yè)隨著整車行業(yè)的快速發(fā)展而不斷發(fā)展壯大，形成了一批頗具規(guī)模的變速器企業(yè)。大多數(shù)本土變速器企業(yè)在引進消化吸收國外先進技術方面取得了突出成績，并不斷堅持自主創(chuàng)新，在手動變速器領域,，尤其是在重型車用和微型車用手動變速器上，涌現(xiàn)了大量自主創(chuàng)新的產品。另外，一些跨國公司獨資或合資的變速器企業(yè)開始陸續(xù)在中國設廠，為滿足持續(xù)高速增長的中國汽車市場需求作出了非常大的貢獻。 在中國，手動變速器仍然是車用變速器的主流。具體有兩個原因：首先，目前國內企業(yè)已經(jīng)基本掌握對手動變速器的開發(fā)，所以在一定程度上加大了手動變速器的價格優(yōu)勢；另外，絕大多數(shù)中國駕駛者在學車時就用的是手動車，他們更加享受手動車帶來的駕駛樂趣。在自動變速器方面，除吉利汽車開發(fā)出有自主知識產權的液壓控制的三速自動變速器外，其他企業(yè)尚沒有一家具有自主知識產權，悉數(shù)依賴國外技術和進口。 1.2發(fā)展現(xiàn)狀 從技術、節(jié)能和基礎設施角度，對各種變速器在中國和國外的發(fā)展情況作以下簡要分析： （1）手動變速器（MT）：手動變速器應該說是最為節(jié)能的變速方式，另外由于中國企業(yè)已經(jīng)掌握該技術，而且在生產方面也積累了長期經(jīng)驗，從而在價格和質量方面會有較大優(yōu)勢。所以在短期內仍將是變速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工況。 （2）自動手動變速器（AMT）：自動手動變速器實際上是由一個機器系統(tǒng)來完成操作離合器和選擋這兩個動作。AMT的汽車駕駛簡單，省去了離合器踏板，駕駛者只要踩油門，選速器系統(tǒng)會自動選擇換擋的最佳時機，從而消除了發(fā)動機、離合器和變速器的錯誤使用，以避免錯換擋位。這一點對新手和整車的可靠性都非常重要。選速器大大簡化了駕駛的復雜性，令AMT汽車駕駛更加簡便、省心，且能夠保證最低的動力損耗。由選速器完成駕駛者踩離合器換擋的動作，選擇的換擋時機要比駕駛者完成得更準確。因此，在能源日益緊缺和CO2排放壓力越來越大這一背景下，AMT順應了“節(jié)能減排”這一趨勢，是一項非常適合中國市場的先進技術。AMT的制造成本遠低于電液控自動變速器，國內的很多車型都準備采用這一領先技術，即有可能隨著中國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，將有更多車型采用AMT。中國也將會取代歐洲和美洲，成為世界上最大的AMT的應用市場。 （3）電子控制液力自動變速器（AT）：電子控制液力自動變速器近些年新技術也不斷在使用，它正朝著多擋位、數(shù)字化控制等方面發(fā)展。 日本最大的自動變速器生產商AISIN AW公司2006年成功推出型號為AA80E型8前速自動變速器，目前被使用在雷克薩斯LS460車上。這就形成了更大的總傳動比范圍，同時各個傳動比之間也比5速變速器更加接近。因此，駕駛員幾乎在各種行駛條件中都可以選擇最佳傳動比。電子控制模塊可以選擇更多的傳動比，傳動比取決于行駛條件，從而降低了油耗并提高了換擋平順性。發(fā)動機轉速與行駛狀態(tài)的最優(yōu)化匹配意味著發(fā)動機提高了動力、燃油經(jīng)濟性并降低了運行噪聲。 （4）無級變速器（CVT）：無級變速器則只需兩組可移動錐輪以及傳動帶或傳動鏈，即可實現(xiàn)無數(shù)個前進擋的變速過程。CVT采用傳動帶、傳動鏈和可變槽寬的錐輪進行動力傳遞及傳動比的選擇，即當錐輪變化槽寬時，相應改變主動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進行變速。CVT是真正無級化了，與AT相比具有較高的運行效率，油耗較低。通過近幾年市場上的應用看，其發(fā)展勢頭也比較迅猛，目前在我國應用的車型已迅速發(fā)展到5、6種以上。 目前，全世界各大汽車廠商為了提高產品的競爭力都在大力進行CVT的研發(fā)工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車品牌中都配備CVT的轎車銷售，全世界CVT轎車的年產量已達到近50萬輛。值得注意的一點是，裝備有CVT的汽車市場，由最初的日本、歐洲已經(jīng)滲透到北美市場，CVT汽車已經(jīng)成為當今汽車發(fā)展的主要趨勢。 1.3意義 21世紀，汽車工業(yè)成為中國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產業(yè)之一，汽車企業(yè)對各系統(tǒng)部件的設計需求旺盛,其實，汽車與人一樣，也是有著整套健康系統(tǒng)的有機結合體。發(fā)動機是心臟，車輪、底盤與懸掛是軀干與四肢，然而連接它們的，是類似于人體經(jīng)脈的變速器系統(tǒng)。如果汽車喪失了變速器這個中心環(huán)節(jié)，心臟、四肢與軀干再好，汽車只能如同植物人般成為廢鐵一堆！可以說，變速器是伴隨著汽車工業(yè)出現(xiàn)的必然產物，是汽車上的必需品。在完成了最基本的傳動功能之外，我們對變速器的要求也是越來越高，這是變速箱演變過程的首要催產素，由此可見，對汽車的變速器進行研究具有十分重要的意義。 1.4設計內容： 利用所選定的發(fā)動機參數(shù)，發(fā)動機功率95KW, 最高車速190 Km/h,轉矩170Nm， 總質量1091 kg，轉矩轉速 6000r/min，車輪205/65R15。完成變速器結構布置和設計。設計的主要內容有選擇所設計發(fā)動機參數(shù)，確定變速器結構類型，確定操縱機構的結構形式，確定同步器的形式，對變速器中的各級齒輪和軸等零部件進行設計，并對主要零部件進行校核。 第2章 捷達變速器的總體方案的確定 本設計是根據(jù)捷達轎車1.6L手動車型而開展的，設計中所采用的參數(shù)如下： 主減速比：4.782 最高時速：190km/h 輪胎型號：205/65R15 發(fā)動機型號：EA113 最大扭矩：170Nm/4500 最大功率：95kw/5750 最高轉速：6000r/min 2.1 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。 2.2 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。 2.2.1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（η=0.96~0.98），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3.0~4.5；一般用途的貨車和輕型以上的客車為5.0~8.0；越野車與牽引車為10.0~20.0。 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6~16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（0.7~0.8）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。 兩軸式變速器如圖2.2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。 1） 第一軸；2）第二軸；3）中間軸 圖2.1 轎車中間軸式四檔變速器 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（igⅠ=4.0~4.5）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。 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。 1） 第一軸；2）第二軸；3）同步器 圖2.2 兩軸式變速器 如圖2.3中的中間軸式四檔變速器傳動方案示例的區(qū)別：圖2.3a、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2-3c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2.3 中間軸式四檔變速器傳動方案 圖2.4a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2.4b、c、d所示方案的各前進檔，均用常嚙合齒輪傳動；圖2.4d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。 圖2.4 中間軸式五檔變速器傳動方案 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齒輪換檔，其余各檔均用常嚙合齒輪。 圖2.5 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2.3a、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2.4c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2.4c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。 2.2.2 倒檔傳動方案 圖2.6為常見的倒擋布置方案。。圖2.6c所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點是換擋程序不合理。圖2.6d所示方案針對前者的缺點做了修改，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。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，縮短變速器軸向長度，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。 本設計采用圖2.6f的傳動方案。 圖2.6 變速器倒檔傳動方案 2.3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，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。 2.3.2 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。 Ⅱ 圖2.7 防止自動脫檔的結構措施Ⅰ 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或者兩接合齒的嚙合位置錯開（圖2.7b），這樣在嚙合時使接合齒端部超過被接合齒約1~3mm。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。 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，從而減少自動脫檔（圖2.8）。 3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜20~30），使接合齒面產生阻止自動脫檔的軸向力（圖2.9）。這種結構方案比較有效， 采用較多。 圖2.8 防止自動脫檔的結構措施Ⅱ 圖2.9 防止自動脫檔的結構措施Ⅲ 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2.10所示： l、4）同步環(huán);2）同步器齒鼓;3）接合套;5）彈簧;6）滑塊; 7）止動球;8）卡環(huán);9）輸出軸;10、11）齒輪 圖2.10 鎖環(huán)式同步器 2.4本章小結：本章主要介紹了發(fā)動機主要參數(shù)的確定、選型與車速的確定，變速器形式的選擇和確定，主要零件結構的方案確定，這是設計本課題的前提，為以后的設計確定了方向。 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設計 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 3.1.1 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4~5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Ⅰ檔傳動比為 （3-1） 式中： m----汽車總質量； g----重力加速度； ψmax----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； η----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 求得的變速器I檔傳動比為： （3-2） 式中： G2----汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給路面的載荷； φ----路面的附著系數(shù)，計算時取φ=0.5~0.6。 由已知條件：滿載質量 1800kg； rr=337.25mm； Te max=170Nm； i0=4.782； η=0.95。 根據(jù)公式（3-2）可得：igI =3.85。 超速檔的的傳動比一般為0.7~0.8，本設計去五檔傳動比igⅤ=0.75。 中間檔的傳動比理論上按公比為： （3-3） 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。 故有： 3.1.2 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： (3-4) 式中 K A----中心距系數(shù)。對轎車，K A =8.9~9.3；對貨車，K A =8.6~9.6；對多檔 主變速器，K A =9.5~11； TI max ----變速器處于一檔時的輸出扭矩： TI max=Te max igI η =628.3N﹒m 故可得出初始中心距A=77.08mm。 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構的布置初步確定。 轎車四檔變速器殼體的軸向尺寸3.0~3.4A。貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關： 四檔(2.2~2.7)A 五檔(2.7~3.0)A 六檔(3.2~3.5)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377.08mm=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?！? 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 (3-5) 其中=170Nm，可得出mn=2.5。 一檔直齒輪的模數(shù)m mm (3-6) 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2~3.5。本設計取2.5。 （2）齒形、壓力角α、螺旋角β和齒寬b 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表3.1選取。 表3.1 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項目 車型 齒形 壓力角α 螺旋角β 轎車 高齒并修形的齒形 14.5°，15°，16°16.5° 25°~45° 一般貨車 GB1356-78規(guī)定的標準齒形 20° 20°~30° 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α取20°,嚙合套或同步器取30°；斜齒輪螺旋角β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=(4.5~8.0)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，使接觸線長度增加，接觸應力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 3.2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。 3.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動比 （3-7） 為了確定Z9和Z10的齒數(shù)， 先求其齒數(shù)和: （3-8） 其中 A =77.08mm、m =3；故 有。 圖3.1 五檔變速器示意圖 當轎車三軸式的變速器時，則，此處取=16，則可得出=35。 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（3-8）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（3-8）反推出A=76.5mm。 3.2.2 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 （3-9） 由已經(jīng)得出的數(shù)據(jù)可確定 ① 而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 （3-10） 由此可得： (3-11) 而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計算出： 。② ① 與②聯(lián)立可得：=19、=34。 則根據(jù)式（3-7）可計算出一檔實際傳動比為： 。 3.2.3 確定其他檔位的齒數(shù) 二檔傳動比 （3-12） 而 ，故有： ③ 對于斜齒輪， （3-13） 故有： ④ ③ 聯(lián)立④得：。 按同樣的方法可分別計算出：三檔齒輪 ；四檔齒輪 。 3.2.4 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。 而通常情況下，倒檔軸齒輪取21~23，此處取=23。 由 （3-14） 可計算出。 故可得出中間軸與倒檔軸的中心距 A′ = (3-15) =50mm 而倒檔軸與第二軸的中心: (3-16) =72.5mm。 3.3 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。高度變位齒輪副的缺點是不能同時增加一對齒輪的強度，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，有避免了其缺點。 有幾對齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構成的變速器，會因保證各檔傳動比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對齒輪有相同的中心距，此時應對齒輪進行變位。當齒數(shù)和多的齒輪副采用標準齒輪傳動或高度變位時，則對齒數(shù)和少些的齒輪副應采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質量指標，故采用的較多。對斜齒輪傳動，還可通過選擇合適的螺旋角來達到中心距相同的要求。 變速器齒輪是在承受循環(huán)負荷的條件下工作，有時還承受沖擊負荷。對于高檔齒輪，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應按保證最大接觸強度和抗膠合劑耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強度，應使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應力。對于低檔齒輪，由于小齒輪的齒根強度較低，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，一對齒輪齒更總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強度越低。但是由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動，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。其中，一檔主動齒輪10的齒數(shù)Z10〈17，因此一檔齒輪需要變位。 變位系數(shù) （3-17） 式中： Z--變位的齒輪齒數(shù)。 3.4本章小結：本章主要是變速器主要的參數(shù)的選擇，傳動比，中心距，軸向尺寸，齒輪參數(shù)各檔傳動比及齒輪齒數(shù)的確定。 第4章 變速器齒輪的強度計算與材料的選擇 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；輪齒再重復載荷作用下齒根產生疲勞裂紋，裂紋擴展深度逐漸加大，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，一對相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細小裂縫中的潤滑油油壓升高，并導致裂縫擴展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點蝕。他使齒形誤差加大，產生動載荷，導致輪齒折斷。 用移動齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時兩個進入嚙合的齒輪存在角速度茶，換檔瞬間在齒輪端部產生沖擊載荷，并造成損壞。 4.2 齒輪的強度計算與校核 與其他機械設備使用的變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級、支撐方式也基本一致。如汽車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。因此，比用于計算通用齒輪強度公式更為簡化一些的計算公式來計算汽車齒輪，同樣、可以獲得較為準確的結果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。 4.2.1 齒輪彎曲強度計算 （1） 直齒輪彎曲應力 （4-1） 式中，——彎曲應力（MPa）； ——檔齒輪10的圓周力（N） ， ；其中 為計算載荷（N·mm），d為節(jié)圓直徑。 ——應力集中系數(shù)，可近似取1.65； ——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，從動齒輪取0.9； B——齒寬（mm），取20 T——端面齒距（mm）； Y——齒形系數(shù)，如圖4.1所示。 圖4.1 齒形系數(shù)圖 當處于一檔時，中間軸上的計算扭矩為： （4-2） =17010002.181.78 =659668Nm 故由 可以得出；再將所得出的數(shù)據(jù)代入式（4-1）可得 當計算載荷取作用到變速器第一軸上的最大扭矩時，一檔直齒輪的彎曲應力在400~850MPa之間。 （2） 斜齒輪彎曲應力 （4-3） 式中 為重合度影響系數(shù)，取2.0；其他參數(shù)均與式（4.1）注釋相同，， 選擇齒形系數(shù)y時，按當量模數(shù)在圖（4.1）中查得。 二檔齒輪圓周力： （4-4） 根據(jù)斜齒輪參數(shù)計算公式可得出：=6798.8N 齒輪8的當量齒數(shù)=47.7，可查表（4.1）得：。 故 同理可得： 。 依據(jù)計算二檔齒輪的方法可以得出其他檔位齒輪的彎曲應力，其計算結果如下： 三檔： 四檔： 五檔： 當計算載荷取作用到第一軸上的最大扭矩時，對常嚙合齒輪和高檔齒輪，許用應力在180~350MPa范圍內，因此，上述計算結果均符合彎曲強度要求。 4.2.2 齒輪接觸應力 （4-5） 式中： ——齒輪的接觸應力（MPa）； F——齒面上的法向力（N），； ——圓周力在（N）， ； ——節(jié)點處的壓力角（°）； ——齒輪螺旋角（°）； E——齒輪材料的彈性模量（MPa），查資料可?。? B——齒輪接觸的實際寬度，20mm； ——主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（mm）； 直齒輪： （4-6） （4-7） 斜齒輪： （4-8） （4-9） 其中，分別為主從動齒輪節(jié)圓半徑（mm）。 將作用在變速器第一軸上的載荷作為計算載荷時，變速器齒輪的許用接觸應力見下表： 表4.1 變速器齒輪的許用接觸應力 齒輪 /MPa 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900~2000 950~1000 常嚙合齒輪和高檔 1300~1400 650~700 通過計算可以得出各檔齒輪的接觸應力分別如下： 一檔： 二檔： 三檔： 四檔： 五檔： 倒檔： 對照上表可知，所設計變速器齒輪的接觸應力基本符合要求。 4.3本章小結：本章是齒輪的損壞的原因及形式，齒輪的強度計算與校核，齒輪彎曲強度和齒輪接觸應力計算。 第5章 變速器軸的強度計算與校核 5.1變速器軸的結構和尺寸 5.1.1軸的結構 第一軸通常和齒輪做成一體，前端大都支撐在飛輪內腔的軸承上，其軸徑根據(jù)前軸承內徑確定。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)和軸承蓋實現(xiàn)。第一軸長度由離合器的軸向尺寸確定，而花鍵尺寸應與離合器從動盤轂的 內花鍵統(tǒng)一考慮。第一軸如圖5.1所示： 圖5.1 變速器第一軸 中間軸分為旋轉軸式和固定軸式。本設計采用的是旋轉軸式傳動方案。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。其結構如下圖所示： 一檔齒輪 倒檔齒輪 圖5.2 變速器中間軸 5.1.2 確定軸的尺寸 變速器軸的確定和尺寸，主要依據(jù)結構布置上的要求并考慮加工工藝和裝配工藝要求而定。在草圖設計時，由齒輪、換檔部件的工作位置和尺寸可初步確定軸的長度。而軸的直徑可參考同類汽車變速器軸的尺寸選定，也可由下列經(jīng)驗公式初步選定： 第一軸和中間軸： （5-1） 第二軸： （5-2） 式中 ：----發(fā)動機的最大扭矩，N·m 為保證設計的合理性，軸的強度與剛度應有一定的協(xié)調關系。因此，軸的直徑d與軸的長度L的關系可按下式選?。? 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 由變速器結構布置考慮到加工和裝配而確定的軸的尺寸，一般來說強度是足夠的，僅對其危險斷面進行驗算即可。對于本設計的變速器來說，在設計的過程中，軸的強度和剛度都留有一定的余量，所以，在進行校核時只需要校核一檔處即可；因為車輛在行進的過程中，一檔所傳動的扭矩最大，即軸所承受的扭矩也最大。由于第二軸結構比較復雜，故作為重點的校核對象。下面對第一軸和第二軸進行校核。 5.2.1 第一軸的強度與剛度校核 因為第一軸在運轉的過程中，所受的彎矩很小，可以忽略，可以認為其只受扭矩。此中情況下，軸的扭矩強度條件公式為 （5-3） 式中：----扭轉切應力，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----計算截面處軸的直徑，mm； []----許用扭轉切應力，MPa。 其中P =95kw，n =5750r/min,d =24mm；代入上式得： 由查表可知[]=55MPa，故[]，符合強度要求。 軸的扭轉變形用每米長的扭轉角來表示。其計算公式為： （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)代入上式可得： 。 對于一般傳動軸可?。还室卜蟿偠纫?。 5.2.2 第二軸的校核計算 1）軸的強度校核 計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： ----至計算齒輪的傳動比，此處為三檔傳動比3.85； d ----計算齒輪的節(jié)圓直徑，mm，為105mm； ----節(jié)點處的壓力角，為16°； ----螺旋角，為30°； ----發(fā)動機最大轉矩，為170000N·mm。 代入上式可得： ， ， 危險截面的受力圖為： 圖5.1 危險截面受力分析 水平面：（160+75）=75 =1317.4N； 水平面內所受力矩： 垂直面： （5-8） =6879.9N 垂直面所受力矩：。 該軸所受扭矩為：。 故危險截面所受的合成彎矩為： （5-9） 則在彎矩和轉矩聯(lián)合作用下的軸應力（MPa）: （5-10） 將代入上式可得：，在低檔工作時[]=400MPa，因此有： []；符合要求。 2）軸的剛度校核 第二軸在垂直面內的撓度和在水平面內的撓度可分別按下式計算： （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（）。 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 5.3本章小結：本章介紹軸的結構，確定軸的尺寸，計算和強度校核。 第6章 變速器同步器的設計和操縱機構 6.1同步器的結構 在前面已經(jīng)說明，本設計所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器，其結構如下圖所示： 1、9）變速器齒輪 2）滾針軸承 3、8）結合齒圈 4、7）鎖環(huán)（同步環(huán)） 5）彈簧 6）定位銷 10）花鍵轂 11）結合套 圖6.1 鎖環(huán)式同步器 如圖（6.1），此類同步器的工作原理是：換檔時，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，推嚙合套并帶動定位銷和鎖環(huán)移動，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)相對嚙合套和滑塊轉過一個角度，并滑塊予以定位。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖6.2b），使嚙合套的移動受阻，同步器在鎖止狀態(tài)，換檔的第一階段結束。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，同步過程結束，完成換檔過程的第二階段工作。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，同步器解除鎖止狀態(tài)，接合套上的接合齒在換檔力的作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合（圖6.2d），完成同步換檔。 圖6.2 鎖環(huán)同步器工作原理 6.2同步環(huán)主要參數(shù)的確定