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附 錄A 外文文獻
Manual transmission
Manual transmission is the most basic of transmission of a type, its effect is changing, and provide the transmission reverse and neutral. Usually, the pilot on the clutch pedal through manipulation and in any HuanDangGan can choose between gear. There are a few manual transmission, such as motorcycles, cars, some transmission shift transmission allows only sequence, the transmission is called sequence shift transmission. In recent years, along with the electronic control components durability, computerized automatic switching clutch automatic shift of transmission in Europe since the start line are more and more popular, car Volkswagen and ford are sold in the city on the double clutch provide updated generation, transmission from the start with two clutches, every shift automatically switch to another group of clutch engagement, need not as quick as traditional in manual have only one group separated again clutch engagement, shifting speed is faster, more small change gear vibration.
Internal structure: shaft
Decorate a form of transmission shaft type usually have two and three shaft type two kinds. Usually a rear wheel drive car will adopt three axis type, i.e. input shaft transmission, the output shaft and oart. Input shaft front associated with engine, borrow clutch output shaft back-end through the flange and universal transmission device connected.
Input shaft and the output shaft in the same horizontal line, with their oart parallel arrangement. From the input shaft power through the gears to preach to the output shaft oart again. In many input and output shaft transmission shaft could engage in together, so to power, then the gear oart called directly. Direct files through uniaxial transmission, the ratio of 1:1, the highest transmission efficiency. Even in the transmission directly, cannot offer the input shaft, and the output shaft is decorated in a straight line to reduce work needed to inherit the torque transmission.
Reversing device
Generally speaking, the reverse gear reducer than can also
synchronizer
In synchronized meshing gears have type synchronizer Settings, can make two gear engagement in the first, before the speed reached synchronizer in all of this manual gear transmission of the car has been used
Clutch,
The clutch is can make two gear with a separate with mechanical parts, two gear transmission power can be combined, but when to speed, so will depend on the first two gear clutch, change gear ratio, the two gear transmission power, continue again
Control：
Gear
In simple terms, the high speed, low speed ShengDang when the time came
Every car high speed
Compared with automatic transmission
This refers to the automatic transmission of traditional hydraulic transmission, namely through hydraulic torque converter and planetary gear transmission power automatic transmission.
Advantages： transmission efficiency than automatic gearboxes for high, of course, theoretically can compare economical.maintenance will be cheaper than transmission.If you want to higher cost, can begin from both the row of convenience and high power
附 錄B外文文獻的中文翻
手動變速器
手動變速器是汽車變速器中最基本的一種類型，其作用是改變傳動比，并提供倒檔和空檔。通常，駕駛員通過踩離合器踏板和操縱換擋桿可以在任何檔位間進行選擇。也有少數(shù)手動變速器，如摩托車變速器，某些賽車變速器，只允許順序換擋，這些變速器被稱為順序換擋變速器。近年來隨著電子控制元件耐用度的改善，由電腦控制自動切換離合器自動換檔的自動手排變速箱在歐洲車上也愈來愈普及，福斯汽車與福特汽車則在市售車上提供更新一代的雙離合器自動手排，變速箱同時具有兩組離合器，每次換檔時自動切換到另一組未使用的離合器迅速嚙合，不需如傳統(tǒng)手排變速箱得等唯一一組離合器分開后再重新嚙合，換檔速度更快，換檔震動也更小。
內部結構
傳動軸
傳動軸的布置形式通常有兩軸式和三軸式兩種。通常后輪驅動的汽車會采用三軸式變速器，即輸入軸，輸出軸和中間軸。輸入軸前端借離合器與發(fā)動機相聯(lián)，輸出軸后端通過凸緣與萬向傳動裝置相聯(lián)。
輸入軸與輸出軸置于同一條水平線上，中間軸則與它們平行布置。動力通過齒輪從輸入軸傳至中間軸再傳至輸出軸。在許多變速器中輸入軸和輸出軸能接合在一起，因此動力不必經(jīng)過中間軸，這時的檔位稱為直接檔。直接檔通過單軸傳動，傳動比為1:1，具有最高的傳動效率。即使在不能提供直接檔的變速器中，把輸入軸與輸出軸布置在一條直線上也有利于降低工作時變速器所需承受的扭矩。
倒檔裝置
一般來說, 倒檔的減速比都會比一檔的還大
同步器
在同步嚙合變速式中則有同步器的設置，可使兩個齒輪在接合前速度先達到一致，此種同步器在所有的手動排檔汽車的變速器中都已使用
離合器
離合器是可以使兩個齒輪分開跟結合的一個機械部分, 兩個齒輪結合的時候可以傳輸動力, 卻沒辦法變速, 所以要靠離合器先把兩個齒輪分開, 改換齒輪比, 再把兩個齒輪結合, 再繼續(xù)傳輸動力
操縱機構
檔位選擇
簡單來說, 轉速過高的時候升檔, 轉速過低的時候降檔
轉速高低每臺車不一樣
與自動變速器的比較
此處的自動變速器是指傳統(tǒng)的液力式自動變速器，即通過液力變矩器及行星齒輪傳遞動力的自動變速器。
優(yōu)點
傳輸效率比自動變速箱為高，當然理論上會比較省油
維修保養(yǎng)上會比自動變速箱便宜
如果愿意以較高成本使用自動手排，則可以兼顧自排的方便性及手排的高效率
5
SY-025-BY-5
畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
填表日期
年 月 日
迄今已進行 周剩余 周
學生姓名
系部
專業(yè)、班級
指導教師姓名
職稱
從事
專業(yè)
是否外聘
□是□否
題目名稱
學
生
填
寫
畢業(yè)設計（論文）工作進度
已完成主要內容
待完成主要內容
存在問題及努力方向
學生簽字：
指導教師
意 見
指導教師簽字： 年 月 日
教研室
意 見
教研室主任簽字： 年 月 日
SY-025-BY-2
畢業(yè)設計（論文）任務書
學生姓名
張偉
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程
指導教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
輕型貨車變速器設計
一、設計（論文）目的、意義
隨著汽車技術的發(fā)展和輕型車的增多,對變速器的操縱、可靠和耐久性提出了更高的要求。
變速器為解決汽車上廣泛采用活塞式內燃機其轉矩和轉速變化范圍較小，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。變速器用以擴大發(fā)動機扭矩和改變轉速，變速器還應設有倒檔和空檔變速器換擋應輕便，無沖擊，并應有自鎖和互鎖裝置，不自動脫檔、亂檔和跳檔。目的就是改變傳動比，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，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；利用空擋，中斷動力傳遞，以使發(fā)動機能夠起動、怠速，并便于變速器換擋或進行動力輸出。
因此，變速器的結構型式選擇、設計參數(shù)選取及設計計算對汽車的行駛極其重要。通過變速器設計熟悉汽車變速器的結構、性能及設計過程。
課題綜合運用了機械設計、工程材料、汽車設計、汽車構造、CAD繪圖等知識。
二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法）
設計內容
（1）變速器的結構形式選擇
（2）變速器的基本參數(shù)選擇與設計計算
（3）變速器中心距的設計與計算
（4）各檔齒輪的疲勞壽命的計算
（5）用CAD畫裝配圖和零件圖。
技術要求（研究方法）
（1） 充分利用圖書館及現(xiàn)有的資源收集資料，調研了解變速器的組成、功用，掌握CAD制圖的規(guī)范及要求，了解國內外變速器的發(fā)展狀況
（2） 到生產(chǎn)車間及實驗室了解變速器的構造，各零部件的裝配位置
（3） 編寫課題研究大綱和開題報告
（4） 選擇基本參數(shù)并對各參數(shù)進行設計與計算
（5） 遵守設計進度的安排，設計結構要合理、CAD制圖要規(guī)范、說明書按畢業(yè)設計的要求編寫，
書寫規(guī)范，保質保量的完成畢業(yè)設計的任務。
三、設計（論文）完成后應提交的成果
CAD零號圖紙一張 CAD零件圖若干
說明書一份，字數(shù)不少于1.5萬字
合計三張零號圖紙
四、設計（論文）進度安排
（1）收集資料，調研，撰寫開題報告 第一周
（2）周四交開題報告，實習了解變速器的構造 第二周
（3）完成各參數(shù)的設計、計算和校核工作，至少應有裝配圖的草圖 第三周~第七周
（4）中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周
（5）畫裝配圖和零件圖，編寫說明書 第九周~第十一周
（6）交畢業(yè)設計說明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周
（7）畢業(yè)設計指導教師審核 第十三周
（8）畢業(yè)設計修改 第十四周
(9) 畢業(yè)設計評閱教師評閱或預審 第十五周
(10) 畢業(yè)設計修改 第十六周
(11)畢業(yè)設計答辯 第十七周
五、主要參考資料
[1]陳家瑞. 汽車構造 .北京：人民交通出版社，2006
[2]龔溎義.機械設計課程設計圖冊.北京：高等教育出版社，1989
[3]余志生.汽車理論，北京：機械工業(yè)出版社，2000
[4]《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設計手冊，化學工業(yè)出版社，2004
[5]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊，北京：人民交通出版社，2001
[6]劉惟信.汽車設計.北京:清華大學出版社,2001
[7]王望予.汽車設計.第3版.北京:機械工業(yè)出版社,2000
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計（論文）過程管理材料
題 目
輕型貨車變速器設計
學生姓名
張偉
系部名稱
汽車與交通工程學院
專業(yè)班級
車輛07-4班
指導教師
姚佳巖
職 稱
副教授
教研室
車輛工程
起止時間
教 務 處 制
SY-025-BY-3
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學生姓名
張偉
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程
指導教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
輕型貨車變速器設計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.課題研究目的和意義
從上世紀五十年代第一輛國產(chǎn)載貨汽車下線以來，我國的汽車工業(yè)經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，已經(jīng)成為我過的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車工業(yè)是資金密集，技術密集，人才密集，綜合性強，經(jīng)濟效率高的產(chǎn)業(yè)。世界各個工業(yè)發(fā)達國家?guī)缀鯚o不例外的把汽車工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車的研制，生產(chǎn)，銷售，運營，與國民經(jīng)濟許多部門都息息相關，對社會經(jīng)濟建設起重要的推動作用。隨著改革開放的深入和社會發(fā)展的廣泛需求，我國的汽車工業(yè)發(fā)展迅速，汽車的保有量逐年上升，它已成為人們日常生活中重要的交通運輸工具。隨著人們生活水平的提高，則更對汽車的舒適性能提出更高要求，不僅如此，隨著世界石油的越來越緊張，全球資源的減少，汽車變速性能還直接影響汽車燃油經(jīng)濟性和運輸生產(chǎn)效率，變速過程的全面研究以提高汽車的動力性，具有積極的社會效益和經(jīng)濟效益。
1886年，世界上誕生的第一輛汽車并未安裝變速器，直到1902年才由法國人制造出了第一部裝有變速器的汽車，目前，絕大多數(shù)汽車仍采用機械式變速器，分動器，主減速器，構成整車的傳動系，其結構簡單，操縱方便，造價低廉仍不失為汽車傳動系中常用的主要總成。由于驅車上廣泛用活塞式內燃機，其轉矩和轉速變化范圍較小，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。為此在傳動系中設置了變速器。機械式手動汽車變速器因結構簡單，傳動效率高，制造成本低和工作可靠等優(yōu)點，在不同形式的汽車上得到了應用。機械式手動變速器在今后相當長的時間里，依然會在我國輕中型貨車傳動系中占據(jù)主導地位。
本課題的開展是對我個人大學四年成績的檢驗與認可，通過本課題的研究能夠使我了解汽車變速器的設計方法，并且可以通過本課題的研究實現(xiàn)理論與實踐的良好結合，獲得一定的工程設計工作方法，為以后的工作學習積累一定的經(jīng)驗。
因此本課題的開展與研究有實際應用的意義
2課題研究的現(xiàn)狀
改革開放以來,中國汽車工業(yè)的發(fā)展駛入了快車道，汽車產(chǎn)量不斷飆升,1971年、1988年、1992年和 2000年分別突破10萬輛、50萬輛、100萬輛和 500萬輛，己成功躋身世界汽車四強之列。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，高速公路、高等級公路的不斷建設，汽車正逐漸進入家庭，成為人們生活的一部分. 隨著我國加入世界貿(mào)易組織，通用、福特、日產(chǎn)、豐田……一批世界一流汽車生產(chǎn)企業(yè)紛紛進入中國，市場競爭日趨激烈.入世后，技術競爭將是我國汽車工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。在汽車行業(yè)市場規(guī)模高速增長的情況下，中國變速器行業(yè)面臨著重大機遇。
目前，變速器分為兩大類：手動變速器和自動變速器。其中，自動變速器還包括：摩擦傳動CVT，液力傳動，電控機械式自動變速器和齒輪無級變速器?，F(xiàn)在，國內企業(yè)對變速器的這幾種技術都有不同程度的研發(fā)，其中，CVT的產(chǎn)業(yè)化和科研水平走在最前面，AMT正在加速產(chǎn)業(yè)化。近日，在國家發(fā)改委的推動下，國內10家以上整車企業(yè)已經(jīng)和美國博格華納公司成立了一家名為"中聯(lián)發(fā)實業(yè)有限公司"的合資企業(yè)，共同研發(fā)雙離合器變速器(以下簡稱"DCT")的關鍵技術。全球掌握DCT技術的公司主要就是博格華納公司和舍弗勒公司。中國市場會在一定時期內出現(xiàn)多種變速器品種并存的現(xiàn)狀，這會使中國的市場更加多元化，同時也會使競爭更加激烈。中國汽車產(chǎn)業(yè)巨大的市場，將會使中國變成世界變速器的重要市場。CVT進入中國已經(jīng)有些年頭，但是并沒有被中國消費者廣泛接受。到2010年，中國輕型車市場對最大輸入扭矩為150N?m以下范圍的變速器的需求將超過350萬臺。其中，雙離合器變速器可能會占80％的市場份額。中國未來的變速器市場將會呈現(xiàn)兩大集團的局面。即合資企業(yè)主攻自動變速器，自主品牌企業(yè)則主攻手動變速器。這兩大集團的業(yè)務也會有交叉，相互之間會是一種優(yōu)勢互補的關系。
二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題
1設計內容
（1）變速器的結構形式選擇
（2）變速器的基本參數(shù)選擇與設計計算
（3）變速器中心距的設計與計算
（4）各檔齒輪的疲勞壽命的計算
（5）用CAD畫裝配圖和零件圖。
2擬解決的主要問題
（1）變速器的設計傳動機構方案的選擇
（2）變速器各個參數(shù)的計算幾校核
（3）同步器的設計計算
三、技術路線（研究方法）
收集資料，進行可行性分析
完成開題報告
確定總體設計方案
同步器的設計
校核計算
變速器參數(shù)的確定
變速器傳動機構方案的選擇
全同步器換擋
齒輪彎曲強度校核
擋數(shù)和傳動比范圍
繪制設計圖
完成課題設計研究
齒輪參數(shù)
外形尺寸
采用中間軸式變速器
同步器參數(shù)的設計
采用慣性式同步器
軸強度和剛度校核
齒輪接觸強度校核
四、進度安排
（1）收集資料，調研，撰寫開題報告 第一周
（2）周四交開題報告，實習了解變速器的構造 第二周
（3）完成各參數(shù)的設計、計算和校核工作，至少應有裝配圖的草圖 第三周~第七周
（4）中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周
（5）畫裝配圖和零件圖，編寫說明書 第九周~第十一周
（6）交畢業(yè)設計說明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周
（7）畢業(yè)設計指導教師審核 第十三周
（8）畢業(yè)設計修改 第十四周
(9)畢業(yè)設計評閱教師評閱或預審 第十五周
(10) 畢業(yè)設計修改 第十六周
(11)畢業(yè)設計答辯 第十七周
五、參考文獻
[1] 劉惟信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001.
[2] 王望予.汽車設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.
[3] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:人民交通出版社，2001.
[4] 侯洪生，王秀英.機械工程圖學.北京：科學出版社，2001：225～333
[5]成大先.機械設計手冊Vol 2) [M]. .北京:化學下業(yè)出版社，1994.
[6]韓林山.機械優(yōu)化設計[M].鄭州:黃河水利出版社，2003.
[7] 董寶承.汽車底盤.北京：機械工業(yè)出版社，2004：32～81
[8]汽車工程于朋編輯委員會.汽車工程手冊(設計篇) [M]北京:人民交通出版社，2001: 386- 387.
[9] 石允國. 汽車變速器的現(xiàn)狀與前景[J].機械研究與應用, 2007,4
[10]韋志林.汽車變速器軸承的校核計算[J].廣西工學院學報，2000,11(2):37-40
[11] 馮櫻. 汽車變速器自頂向下設計方法研究[J]. 北京汽車，2007，5
[12] 陳煥江，徐雙應.交通運輸專業(yè)英語.北京：機械工業(yè)出版社，2002：20～30
[13] 彭文生，張志明，黃華梁.機械設計.北京：高等教育出版社，2002：96～138
[14] 董寶承.汽車底盤.北京：機械工業(yè)出版社，2004：32～81
[15] 劉鴻文.簡明材料力學.北京：高等教育出版社，1997：254～259
[16] 周一明，毛恩榮.車輛人機工程學.北京：北京理工大學出版社，1999：154～174
[17]（美）J.厄爾賈維克.汽車手動變速器和變速驅動橋.北京：機械工業(yè)出版社，1998：49～65
[18] 陳殿云，張淑芬，楊民獻.工程力學.蘭州：蘭州大學出版設，2003：182～196
[19] 葛志祺.簡明機械零件設計手冊.北京：冶金工業(yè)出版社，1985：14～16，113～115
[20]Fuel Economy with Automatic Transmission SAE 841303_1984
[21] Leitermann.Modern manual transmissions – innovative solutions for a mature technology.VDI – Berichte Nr.1943,2006(Germany)
[22] Domian,Grumbach.Passenger car transmissions – today and in the future；ATZ, Germany,2006,2
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 本次設計的題目是輕型貨車變速器設計，采用車型為長城風駿皮卡。變速器由變 速器傳動機構和操縱機構組成，其基本功用是改變傳動比，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，同時使發(fā)動機在有利的工況下工作;在發(fā)動 機曲軸旋轉方向不變的前提下使汽車能倒退行駛；利用空擋中斷動力傳遞，以使發(fā)動 機能夠起動 、怠速，并便于變速器換擋或進行動力輸出。 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??；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。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。本設計論述了變速器的總體結構，在設計中完成了各擋齒輪和 軸的計算和校核及 CAD 繪圖等工作。 關鍵詞：變速器，鎖環(huán)式同步器，傳動比，中間軸，第二軸，齒輪 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I ABSTRACT The design is the subject of a light goods vehicle transmission design, the use of models for the Great Wall Wingle pickup. Transmission and transmission by the transmission control mechanism, whose basic skills is to change the gear ratio, wheel torque and speed to expand the scope of the changes to adapt to constantly changing driving conditions, while the engine in the favorable conditions of work; the engine crankshaft without changing the direction of rotation so that cars can travel backwards; the use of neutral interrupt power transmission to the engine to start, idle, and to facilitate the transmission shift or power output. The use of intermediate shaft transmission, the transmission has two significant advantages: First, the direct file transmission efficiency, wear and noise are minimal; second gear center distance is smaller still can get a larger one file transmission ratio. This transmission has five forward gears (including a five-speed overdrive) and a reverse, and through the lock ring synchronizer to achieve the shift. Discusses the transmission of the overall design structure, completed in the design of gears and shafts of the gear and check calculations and CAD drawings and other work. Keywords：Transmission, Locking ring type synchronizer,Gear ratio, Countershaft,Second axis, Gear 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II 目 錄 摘要……………………………………………………...…………………..…………I Abstract………………………………………………………………………..……....II 第 1 章 緒論………………………………………………………………..…………1 1.1 汽車變速器概述…………………………………………………………..…..1 1.2 汽車變速器設計的目的和意義………………………………………….……2 1.3 汽車變速器國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢………………………………….……...2 1.3.1 變速器國內外的現(xiàn)狀…………………………………………….……2 1.3.2 汽車變速器的發(fā)展趨勢……………………………………….……....3 1.4 手動變速器的特點和設計要求及內容……………………………….……...3 1.4.1 手動變速器的特點……………………………………………….……3 1.4.2 手動變速器的設計要求……………………………………….………4 1.4.3 設計的主要內容………………………………………………….…….4 第 2 章 變速器傳動機構布置方案確定………………………………..………6 2.1 設計所依據(jù)的主要技術參數(shù)……………………………………………….…6 2.2 變速器傳動機構的結構分析和形式選擇………………………….………...6 2.2.1 兩軸式變速器的特點分析……………………………………….…….7 2.2.2 中間軸式變速器特點分析……………………………….……………7 2.2.3 倒擋布置方案分析……………………………………………….……8 2.2.4 傳動機構布置的其他問題……………………………………….……10 2.3 零部件結構方案分析……………………………………………………........10 2.3.1 齒輪形式……………………………………………………….…...….10 2.3.2 換擋機構形式………………………………………………….…...….10 2.3.3 防止自動脫擋的結構……………………………………………….....11 2.3.4 變速器軸承………………………………………………………...…..11 2.4 本設計所采用的傳動機構布置方案………………………………………….11 2.5 本章小結……………………………………………………………………….12 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 III 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇和齒數(shù)分配…………………………………..13 3.1 變速器各擋傳動比的確定…………………………………………..…..…….13 3.1.1 變速器最低擋傳動比的確定…………………………………………..13 3.1.2 變速器其他各擋傳動比的確定……………………………..……..…..14 3.2 中心距的確定…………………………………………………………..…..…..14 3.3 變速器外形尺寸的初選……………………………………………..……..…..15 3.4 變速器齒輪參數(shù)的選擇…………………………………………………..…...15 3.4.1 模數(shù)……………………………………………………………………...15 3.4.2 齒形、壓力角及螺旋角………………………………………………..16 3.4.3 齒寬……………………………………………………………………..16 3.4.4 齒頂高系數(shù)……………………………………………………………..17 3.5 變速器各擋齒輪齒數(shù)的分配……………………………………………..……17 3.5.1 確定一擋齒輪的 齒數(shù)….……………………………………………...17 3.5.2 對中心距進行修正……………………………………………………..18 3.5.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù)………………………………………………..19 3.5.4 確定其他各擋齒輪的齒數(shù)……………………………………………..20 3.6 本章小結…………………………………………………….………………….23 第 4 章 變速器齒輪的設計計算…………………………………………………..24 4.1 變速器齒輪的幾何尺寸計算……………………………………………….…..24 4.2 計算變速器各軸的扭矩和轉速………………………………………….…….24 4.3 齒輪的強度計算和材料選擇………………………………………….……….25 4.3.1 齒輪損壞的原因和形式……………………………….………………..25 4.3.2 齒輪的材料選擇……………………………………………….………..26 4.3.3 齒輪的強度計算………………………………………….……………..27 4.4 本章小結…………………………………………………………….………….38 第 5 章 變速器軸和軸承的設計計算………………………………………...…..39 5.1 初選變速器軸的軸徑和軸長…………………………………………….……..39 5.2 軸的結構設計………………………………………………………….….……39 5.3 變速器軸的強度計算…………………………………………………..….…...40 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 IV 5.3.1 齒輪和軸上的受力計算…………………………………………………40 5.3.2 軸的強度計算…………………………………………………………...41 5.3.3 軸的剛度計算……………………………………………………..……...46 5.4 變速器軸承的選擇和校核……………………………………………………….49 5.4.1 第一軸軸承的選擇和校核……………………………………………….49 5.4.2 第二軸軸承的選擇和校核……………………………………………….50 5.4.3 中間軸軸承的選擇和校核……………………………………………….51 5.5 本章小結………………………………………………………………………….51 第 6 章 同步器和操縱機構的設計選用…………………………………………..52 6.1 同步器的設計選用……………………………………………………………….52 6.1.1 鎖環(huán)式同步器 …………………………………………………………52 6.1.2 鎖銷式同步器 …………………………………………………………53 6.1.3 鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 ………………………………………54 6.1.4 同步器主要參數(shù)的確定…………………………………………………..55 6.2 變速器操縱機構的設計選用…………………………………………………….57 6.2.1 變速器操縱機構的分類…………………………………………………..57 6.2.2 變速器常用操縱機構分析………………………………………………..58 6.3 變速器箱體的設計……………………………………………………………….59 6.4 本章小結………………………………………………………………………….60 結論…………………………………………………………………...................................61 參考文獻………………………………………………………………………………….62 致謝………………………………………………………………………………………...63 附錄 A……………………………………………………………………………………...64 附錄 B……………………………………………………………………………………...65 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 0 第 1 章 緒 論 1.1 汽車變速器概述 自 1886 年世界上第一輛汽車誕生以來，汽車已經(jīng)歷了近 120 年的發(fā)展。隨著科 學技術的日益發(fā)展，汽車的各項性能也日臻完善?，F(xiàn)代汽車已成為世界各國國民經(jīng)濟 和社會生活中不可缺少的交通工具?，F(xiàn)代汽車除了裝有性能優(yōu)良的發(fā)動機外還應該有 性能優(yōu)異的傳動系與之匹配才能將汽車的性能淋漓盡致的發(fā)揮出來，因此汽車變速器 的設計顯得尤為重要。 變速器在發(fā)動機和汽車之間主要起著匹配作用，通過改變變速器的傳動比，可以 使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。 變速器用于轉變發(fā)動機曲軸的轉矩和轉速，以適應汽車在起步、加速、行駛以及 克服各種道路障礙等不同行駛條件下，對驅動車輪牽引力及車速不同要求的需要。用 變速器轉變發(fā)動機轉矩、轉速的必要性在于內燃機轉矩-轉速變化特性的特點是具有 相對小的對外部載荷改變的適應性 [1]。 變速器能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛，而這種低的車速只靠內燃機的最低穩(wěn) 定車速是難以達到的。變速器的倒擋使汽車能倒退行駛；其空擋使汽車在啟動發(fā)動機、 停車和滑行時能長時間將發(fā)動機和傳動系分離。 變速器按其傳動比的改變方式可分為有級、無級和綜合式的。有級變速器按其前 進擋的擋位數(shù)分為三、四、五擋和多擋的；而按其軸中心線的位置又可分為固定軸線 式、旋轉軸線式和綜合式的。固定軸式變速器又分為兩軸式、三軸式和多軸式的。變 速器按其操縱方式又可分為自動式、半自動式、預選式、指令式、直接操縱式和遠距 離操縱式 [2]。 變速器的結構對汽車的動力性、經(jīng)濟性、操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性 與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動機的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好 的動力性與經(jīng)濟性；采用自鎖及互鎖裝置，倒擋安全裝置，對接合齒采取倒錐齒側措 施以及其他結構措施，可使操縱可靠，不跳擋、亂擋、自動脫擋和誤掛倒擋；采用同 步器可使換擋輕便，無沖擊及噪聲；采用高齒、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動 平穩(wěn)、噪聲低，降低噪聲水平已成為提高變速器質量和設計、工藝水平的關鍵。隨著 汽車技術的發(fā)展，增力式同步器，雙、中間軸變速器，后置常嚙合傳動齒輪、短第二 軸的變速器，各種自動、半自動以及電子控制的自動換擋機構等新結構也相繼問世。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 變速器多采用飛濺潤滑，重型汽車有時強制潤滑第一、二軸軸承等。 變速器都裝有單向的通氣閥以防殼內空氣熱脹而漏油及潤滑油氧化。殼底放油塞 多放置磁鐵以吸附油內鐵屑。 1.2 汽車變速器設計的目的和意義 進入 90 年代以來，科學技術的急速發(fā)展和市場競爭的日益加劇，促使汽車工業(yè) 發(fā)生了根本性的變革，其生產(chǎn)組織方式從傳統(tǒng)的大批量、少品種的剛性生產(chǎn)結構向著 多品種、中小批量的柔性生產(chǎn)結構轉變，以 CAD/CAE/CAM 為代表的現(xiàn)代汽車設計方法 正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的設計方法。 現(xiàn)代汽車上廣泛采用內燃機作為動力源，其轉矩和轉速的變化范圍很小，而復雜 的使用條件要求汽車的驅動力和車速能在相當大的范圍內變化。為解決這一矛盾，在 傳動系統(tǒng)中設置了變速器，用來改變傳動比，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)動機在最有利的工況范 圍下工作；在發(fā)動機旋轉方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；利用空擋，中斷動 力傳遞，以使發(fā)動機能夠起動、怠速，并便于變速器換擋或進行動力輸出。變速器設 計的目的就是為了滿足上述的要求，使汽車在特定的工況下穩(wěn)定的工作。 [9] 變速器除了要能滿足一定的使用要求外，還要保證使其和汽車能有很好的匹配性， 可以提高汽車的動力性和經(jīng)濟性，保證發(fā)動機在有利的工況范圍內工作提高汽車的使 用壽命、降低能源消耗、減少汽車的使用噪聲等。這就要求設計人員依據(jù)汽車的技術 參數(shù)，合理的選擇變速器的參數(shù)，使所設計的變速器能和整車具有很好的匹配性。 1.3 汽車變速器國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.3.1 變速器國內外的現(xiàn)狀 早期的汽車傳動系，從發(fā)動機到車輪之間的動力傳動形式是很簡單的。1892 年 法國制造出第一輛帶有變速器的汽車。1921 年英國人赫伯特·福魯特采用耐用的摩擦 材料進一步完善了變速器的性能?，F(xiàn)代汽車變速器是 1894 年由法國人路易斯·雷 納·本哈特和艾米爾· 拉瓦索爾推廣使用的。目前為止，變速器經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段， 主要為： 1、手動變速器 手動變速器主要采用齒輪傳動的降速原理。變速器內有多組傳動比不同的齒輪副， 而汽車行駛時的換擋工作，也就是通過操縱機構使變速器內的不同的齒輪副工作。手 動變速器又稱手動齒輪式變速器，含有可以在軸向滑動的齒輪，通過不同齒輪的嚙合 達到變速變矩的目的 [3]。手動變速器的換擋操作可以完全遵從駕駛者的意志，且結構 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 簡單、故障率相對較低、價廉物美。 2、自動變速器 自動變速器是根據(jù)車速和負荷（油門踏板的行程）來進行雙參數(shù)控制，擋位根據(jù) 上面的兩個參數(shù)來自動升降。自動變速器與手動變速器的共同點，就是二者都屬于有 級式變速器，只不過自動變速器可以根據(jù)車速的快慢來自動實現(xiàn)換擋，可以消除手動 變速器“頓挫 ”的換擋感覺。 自動變速器是由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱機構組成，通過液力傳遞和齒 輪組合的方式來達到變速變矩的目的。 3、無級變速器 無級變速器又稱為連續(xù)變速式無級變速器。這種變速器與一般齒輪式自動變速器 的最大區(qū)別，是它省去了復雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進行 變速傳動。無級變速器結構比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾 多齒輪副，也沒有自動變速器復雜的行星齒輪組，主要靠主動輪、從動輪和傳動帶來 實現(xiàn)速比的無級變化 [3]。 4、無限變速式機械無級變速器（IVT） 無限變速式機械無級變速器與其它自動變速器的差別之一是不使用變矩器。變矩 器的作用是通過油液介質將發(fā)動機動力傳遞給變速器，它的傳遞效率通常只有 80%。 IVT 由于不使用變矩器，與其它變矩器比較，IVT 具有效率高、不易打滑、油 耗低、不需要工藝復雜造價高昂的金屬傳送帶、結構簡單、成本低等一系列優(yōu)點，加 上傳遞扭矩大，長時間使用也不會過度發(fā)熱，不但使用于轎車，也使用于越野車，是 一種新型變速器。 1.3.2 汽車變速器的發(fā)展趨勢 回顧汽車變速器的發(fā)展可以清楚的知道，變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部 分，其技術的發(fā)展，是衡量汽車技術水平的一個重要依據(jù)。現(xiàn)代汽車變速器的發(fā)展趨 勢，是向著可調自動變速器或無級變速器的方向發(fā)展。 自動變速器多擋化雖能擴大自動變速的范圍，但它并非安全迅速。理想的無級變 速器是在整個傳動范圍內能連續(xù)的、無擋比的切換變速比，是變速器始終按最佳換擋 規(guī)律自動變速。無級化是對自動變速器的理想追求。 現(xiàn)代無級變速器傳動效率提高，變速反應快、油耗低。隨著電子技術的發(fā)展，變 速器的自動控制進一步完善，在各種使用工況下能實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系的最佳匹配， 控制更加精確、有效，性能價格比大大提高。無級變速器裝有自動控制裝置，行車中 可以根據(jù)車速自動調整擋位，無需人工操作，省去了換擋及踩踏離合器踏板的操作。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 其不足之處在于價格昂貴、維修費用很高，而且使用起來比手動擋車費油，尤其是低 速行駛或堵車中走走停停時，更會增大油耗 [7]。 當今世界各大汽車公司對無級變速器的研究都十分活躍。不久的將來，隨著電子 控制技術的進一步完善，電子控制式的無級變速器可望得到廣泛的發(fā)展和應用。 1.4 手動變速器的特點和設計要求及內容 1.4.1 手動變速器的特點 手動變速器的擋數(shù)通常在 6 擋以下，當擋數(shù)超過 6 擋時，可以在 6 擋以下的主變 速器的基礎上，再行配置副變速器，通過兩者的組合獲得多擋變速器。 近年來，為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般采用 4- 5 個擋位的變速器。發(fā)動機排量大的乘用車多用 5 個擋。商用車變速器采用 4-5 個擋 或多擋。載質量在 2.0-3.5t 的貨車采用五擋變速器，載質量在 4.0-8.0t 的貨車采用六 擋變速器。多擋變速器多用于總質量大些的貨車和越野車上 [6]。 某些汽車的變速器，設置有用在良好的路面上輕載或空車駕駛的場合的超速擋， 超速擋的傳動比小于 1。采用超速擋，可以提高汽車的燃油經(jīng)濟性。但是如果發(fā)動機 功率不高，則超速擋使用頻率很低，節(jié)油效果不顯著，甚至影響汽車的動力性。 從傳動機構布置上來說，目前，兩軸式和三軸式變速器都得到了廣泛的應用。其 中，兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車上。三軸式變速器的第一軸的常 嚙合齒輪與第二軸的各擋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轉矩則稱為直接擋。此時，齒輪、軸承及中間軸均 不承載，而第一、第二軸也僅傳遞轉矩。因此，直接擋的傳動效率高，磨損及噪聲也 最小，因為直接擋的利用率要高于其它擋位，因此提高了變速器的使用壽命；在其它 前進擋位工作時，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和第二軸之間的距離（中心距）不大的情況下，一 擋仍有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用長嚙合齒輪傳動，擋位低的齒輪可以采用或 不采用長嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一擋以外的其它擋位的換擋機構，均采用 同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結構的一擋也用同步器或嚙合套換擋，還有各擋同步器或 嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 手動變速器的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒圓柱齒輪。 斜齒圓柱齒輪比直齒圓柱齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍微復雜且在 工作時有軸向力。因此，在變速器中，除低擋及倒擋齒輪外，直齒圓柱齒輪已被斜齒 圓柱齒輪所取代。當然，常嚙合齒輪副的增多將導致旋轉部分總慣性力矩的增大。 1.4.2 手動變速器的設計要求 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 (1)、正確選擇變速器的擋位數(shù)和傳動比，使其和發(fā)動機參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證 汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟性； (2)、設置空擋以保證汽車在必要時能將發(fā)動機和傳動系長時間分離，設置倒擋 使汽車能倒退行駛； (3)、操縱簡單、方便、迅速、省力； (4)、傳動效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； (5)、體積小、質量輕、承載能力強，工作可靠； (6)、制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； (7)、貫徹零件標準化、部件通用化及總成系列化等設計要求，遵守有關標準規(guī) 定； (8)、需要時應設置動力輸出裝置。 1.4.3 設計的主要內容 本次設計主要是依據(jù)長城風駿皮卡的有關參數(shù)，通過變速器各部分參數(shù)的選擇和 計算，設計出一種基本符合要求的手動變速器。本文主要完成下面一些主要工作： 1、參數(shù)計算。包括變速器傳動比計算、中心距計算、齒輪參數(shù)計算、各擋齒輪 齒數(shù)的分配； 2、變速器齒輪設計計算。變速器齒輪幾何尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及 材料選擇；計算各軸的扭矩和轉速；齒輪強度計算及檢驗； 3、變速器軸設計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結構設計、軸的強度計 算、軸的加工工藝分析； 4、變速器軸承的選擇及校核； 5、同步器的設計選用和參數(shù)選擇； 6、變速器操縱機構的設計選用； 7、變速器箱體的設計。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 第 2 章 變速器傳動機構布置方案確定 2.1 設計所依據(jù)的主要技術參數(shù) 本設計是根據(jù)長城風駿皮卡的技術參數(shù)來設計一種輕型貨汽車變速器，其具體參 數(shù)如表 2.1。 表 2.1 長城風駿皮卡的主要技術參數(shù) 發(fā)動機最大功率 70kw 車輪型號 215/75 R15 發(fā)動機最大轉矩 260Nm 最大功率時轉速 3600 r/min 最大轉矩時轉速 1600~2600r/min 最高車速 140km/h 總質量 2795kg 整備質量 2470kg 2.2 變速器傳動機構的結構分析和形式選擇 本設計應用在現(xiàn)今使用廣泛的發(fā)動機前置、后輪驅動的 4×2 總體布置方案，發(fā) 動機發(fā)出的動力依次經(jīng)過離合器、變速器、萬向傳動裝置（萬向節(jié)和傳動軸） 、主減 速器、差速器、半軸，傳到驅動輪，如圖 2.1 所示 1.離合器； 2.變速器； 3.萬向傳動裝置； 4.驅動橋 圖 2.1 發(fā)動機前置后輪驅動汽車傳動系 變速器由變速傳動機構和操縱機構組成。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 根據(jù)前進檔數(shù)的不同，變速器有三、四、五和多檔幾種。根據(jù)軸的不同類型，分 為固定軸式和旋轉軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。 2.2.1 兩軸式變速器的特點分析 與中間軸式變速器相比較，兩軸式變速器結構簡單、緊湊且除最高擋外其他各擋 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減少 6%～10%。兩軸式變速器則 方便于這種布置且使傳動系的結構簡單。兩軸式變速器沒有直接擋，因此在高擋工作 時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點。 如圖 2.2a～c 所示為發(fā)動機前置前輪驅動轎車的兩軸式變速器傳動方案。其特點 是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體；多數(shù)方案的倒擋傳動常用滑動齒輪， 其它擋位均用常嚙合齒輪傳動。圖 2.2c 中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換 擋；圖 2-2a 所示方案的變速器有輔助支承，用來提高軸的剛度。 圖 2.2 兩軸式變速器傳動方案 2.2.2 中間軸式變速器特點分析 中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅動汽車和發(fā)動機后置后輪驅動的客車上。 變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動機的飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設離合器 的從動盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。 如圖 2.3a～d 所示為中間軸式變速器的傳動方案，其中 a～b 為中間軸式五擋變 速器，c～d 為中間軸式六擋變速器的傳動方案。中間軸式變速器的共同特點為：變 速器第一軸后端與常嚙合主動齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承 在第一軸后端的孔內，且保證兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到 直接擋。使用直接擋，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，可達到 90%以上，噪聲低、齒 輪和軸承的磨損減少。因為直接擋的利用率要高于其他擋位，因而提高了變速器的使 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 用壽 命；在其他前進擋位工作時，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，一擋仍然有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒 輪可以不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案件中除一擋以外的其他擋位的換擋機構， 均采用同步器或接合套換擋，少數(shù)結構的一擋也采用同步器或接合套換擋，各擋同步 器或接合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 圖 2.3 中間軸式變速器傳動方案 在除直接擋以外的其他擋位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是 它的缺點。 2.2.3 倒擋布置方案分析 與前進檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)倒檔，故多 次數(shù)方案均采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實現(xiàn)倒檔傳動，有些方案利用中間軸和 第二軸上的齒輪傳動路線中加入一個中間傳動齒輪的方案；也有利用兩個聯(lián)體齒輪方 案的。前者雖然結構簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒是在最不利的正、負交替變化的 彎曲應力狀態(tài)下工作；而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應力狀態(tài)下工作，并使倒 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 檔傳動比略有增加。也有少數(shù)變速器采用結構復雜和使成本增加的嚙合套或同步器方 案換入倒檔。 （a） （b） （c） （d） 圖 2.4 倒檔布置方案 圖 2.4 為常見的倒檔布置方案。圖 2.4(a)所示方案的優(yōu)點是換倒檔時利用了 中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度；但換檔時要求有兩對齒輪同時進入 嚙合，使換檔困難。圖 2.4(b)所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不 合理。圖 2.4(c)所示方案是將中間軸上的一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖 2.4（d）所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔更為輕便。 綜上所述，方案(c)較為適合本設計 變速器的一檔或倒檔因傳動比大，工作時在齒輪上作用的力增大，并導致變速器 軸產(chǎn)生較大的撓度和轉角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工 作噪聲增加。為此，無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔，都應當 布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從抵檔到高檔的順序布置 各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒檔的傳動比雖然 與一檔的傳動比接近，但因為使用倒檔的時間非常短，從這點出發(fā)有些方案將一檔布 置在靠近軸的支承處，然后再布置倒檔。此時在倒檔工作時，輪齒磨損與噪聲在短時 間內略有增加，而在一檔工作時輪齒的磨損與噪聲有所減少。 4 傳動機構布置的其他問題 常用擋位的齒輪因接觸應力過高而易造成表面點蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的 兩端支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉角較小，齒輪可 保持較好的嚙合狀態(tài)，以減少偏載并提高齒輪壽命 [7]。 某些汽車的變速器有僅在好路或空車行駛時才使用的超速擋。使用傳動比小于 1 的超速擋，能夠更充分的利用發(fā)動機的功率，使汽車行駛 1Km 所需發(fā)動機曲軸的總 轉數(shù)減少，因而有助于減少發(fā)動機磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較，使用超 速擋會使傳動效率降低、工作噪聲增加。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力時處于工作狀 態(tài)的齒輪對數(shù)、每分鐘轉速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪和殼體等零件的 制造精度等。 2.3 零部件結構方案分析 2.3.1 齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運轉平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu) 點；缺點是制造時稍復雜，工作時有軸向力，這對軸承不利。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，并導變速器的質量和轉動慣 量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔，本設計為一檔和倒檔采用直齒圓柱齒輪， 二、三、四檔常嚙合齒輪采用斜齒圓柱齒輪。 2.3.2 換擋機構形式 變速器換擋機構有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋三種形式。 汽車行駛時，因變速器內各轉動齒輪有不同的角度，所以用軸向滑動直齒齒輪方 式換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨噪聲。這不僅使齒輪端部磨損加劇并過早損 壞，同時使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用 熟練的操作技術（如兩腳離合器）才能使換擋時齒輪無沖擊，并克服上述缺點；但換 擋瞬間駕駛員注意力被分散，又影響行駛安全。除此之外，采用直齒換擋時，換擋行 程長也是它的缺點。因此，盡管這種換擋方式結構簡單，制造、拆裝與維修工作皆容 易，并能減小變速器旋轉部分的慣性力矩，但除一擋、倒擋已很少使用。 當變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時，可以用移動嚙合套換 擋。這時，不僅換擋行程短，同時因承受換擋沖擊載荷的接合齒數(shù)多，而輪齒又不參 與換擋，所以它們都不會過早損壞；但因不能消除換擋沖擊，仍然要求駕駛員有熟練 的操作技術。此外，因增設了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉部分的總慣性力矩 增大。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應用。 這是因為重型貨車擋位間的公比較小，則換擋機構連接件之間的角速度差也小，因此 采用嚙合套換擋，并且與同步器比較還有結構簡單、制造容易、能夠減低制造成本及 減小變速器長度等優(yōu)點。 使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術的熟練程度無關， 從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖 然它有結構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點，但仍然得到廣泛應用。利用 同步器換擋，其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程短。在滑動齒輪特別寬的情況下，這 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 種差別就更為明顯。為了操縱方便發(fā)，要求換入不同擋位的變速桿行程應盡可能一樣， 如利用同步器或嚙合套換擋，就很容易實現(xiàn)這一點。 2.3.3 防止自動脫擋的結構 自動脫檔是變速器的主要故障之一。由于接合齒磨損、變速器軸剛度不足以及振 動等原因都會導致自動脫檔。為解決這個問題，除工藝上采取措施以外，目前在結構 上采取措施行之有效的方案有：將兩接合齒的嚙合齒位置錯開;將嚙合齒套齒座上前 齒圈的齒厚切?。粚⒔雍淆X的工作面設計并加工成斜面，形成倒錐角等等一些措施可 以有效防止脫檔現(xiàn)象的發(fā)生。 2.3.4 變速器軸承 作旋轉運動的變速器軸支承在殼體或其它部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接 處應安置軸承。變速器軸承常采用圓柱輥子軸承、球軸承、滾針軸承圓錐輥子軸承、 滑動軸套等。至于何處應當采用何種類型的軸承，是受結構限制并隨所承受的載荷特 點不同而不同的。 汽車變速器結構緊湊、尺寸小的特點，采用尺寸大些的軸承受限制，常在布置上 有困難。如變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內腔中，內腔尺寸足夠時 可布置圓柱輥子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。本設計主要針對的是輕型汽車， 故內腔空間比較狹小，只能采用滾針軸承，而第二軸后端采用球軸承，用來承受軸向 力和徑向力。作用在第一軸常嚙合齒輪上的軸向力，經(jīng)第一軸后部軸承傳給變速器殼 體，此處用軸承外圈有擋圈的球軸承。中間軸上齒輪工作時產(chǎn)生的軸向力，原則上由 前或后軸承來承受都可以，但在殼體前端面布置軸承蓋有困難，必須由后端軸承承受 軸向力，前端采用圓柱輥子軸承來承受徑向力，而后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓 柱輥子軸承，本設計兩端均采用有擋圈的球軸承。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承，以及中間軸前、后軸承，按之直徑系列一般 選用中系列球軸承或圓柱輥子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證后 壁兩軸承孔之間的距離不小于 6～20mm。 滾針軸承、滑動軸承主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運動的 地方。滾針軸承有滾動摩擦損失小、傳動效率高、徑向配合間隙小、定位及運轉精度 高、有利于齒輪嚙合等優(yōu)點。滑動軸套的徑向配合間隙大、易磨損、間隙增大后影響 齒輪的定位和運轉精度并使工作噪聲增加?；瑒虞S套的優(yōu)點是制造容易、成本低，但 為了設計的整體質量，在設計中只采用滾針軸承。 2.4 本設計所采用的傳動機構布置方案 在本次設計中采用 5+1 擋中間軸式變速器。采用如圖 2.6 所示的傳動機構布置方 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 案。其中齒輪結構形式斜齒圓柱齒輪；換擋機構形式為環(huán)式同步器的方案。 圖 2.6 變速器傳動機構布置方案 2.5 本章小結 本章主要依據(jù)變速器幾種常見的傳動機構布置方案，對兩軸式和中間軸式的變速 器的結構特點作了簡要說明，分析了各種方案的優(yōu)缺點，同時介紹了幾種常見的倒擋 機構布置方案，并比較了各個方案的優(yōu)缺點。在零部件的選擇部分，對變速器齒輪、 換擋機構的形式和變速器防止自動脫擋的結構進行了分析和說明。最后結合本次設計 所依據(jù)車輛的主要技術參數(shù)，選擇了本設計的傳動機構布置方案和零、部件的結構形 式，作為以后各章節(jié)設計的基礎。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇和齒數(shù)分配 3.1 變速器各擋傳動比的確定 3.1.1 變速器最低擋傳動比的確定 在選擇最低擋傳動比時，應根據(jù)汽車最大爬坡度、驅動車輪和地面的附著力、汽 車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅動車輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。 汽車爬坡時車速不高，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 [10]。故有 ??maxaxmax01max sinco???gfgriTTge ??? 則由最大爬坡度要求的變速器 1 擋傳動比為 (3.1)Tergifi?0maxax)s( 式中： －汽車總質量，m=2795 Kg；m －重力加速度， m/s2；g8.9? －道路附著系數(shù)， ；f 150f －驅動車輪的滾動半徑， =342 mm；r r －發(fā)動機最大轉矩， =260 NMmaxeTmaxeT －主減速比， =3.542；0i0i －汽車傳動系的傳動效率， 。T?85.0?T? 將各數(shù)據(jù)代入式(3.1) 中得 61.385.042.36342.0)7.16sinco05.(89275)simaxax1???????Tergfi ? 根據(jù)驅動車輪與路面的附著條件 ??201maxGriTTge? 可求得變速器一擋傳動比為 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 (3.2)TergiGi??0max21? 式中： －汽車滿載靜止與水平路面時驅動橋給地面的載荷， Kg；2G 18952?G －道路的附著系數(shù)，計算時取 ～ ；?5.?6 其他參數(shù)同式(3.1) 。 將各數(shù)據(jù)代入式(3.2) 得 87.485.02.364915max2???TergiGi?? 通過以上計算可得到 3.61＜ ＜4.87，在本設計中，取 。1gi 75.31?gi 3.1.2 變速器其他各擋傳動比的確定 變速器的四擋為直接擋，其傳動比為 1.0，中間擋的傳動比理論上按公比 (其中 n 為擋位數(shù))的幾何級數(shù)排列，實際上與理論值略有出入。11minax???gngiq 將各數(shù)代入式中得 5.17.314??q 則變速器其他各擋的傳動比為 65.0.17349.2.4152312??qiigg 3.2 中心距的確定 對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距 ；對兩A 軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱為變速器的中心距 。它是 一個基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、體積和質量大小有影響，而且對輪 齒的接觸強度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應力越大，齒輪壽命越短。因此，最 小允許中心距應當由保證輪齒有必要的接觸強度來確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體 上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過小而影 響殼體的強度考慮，要求中心距取大些。還有，變速器中心取得過小，會使變速器長 度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞 [11]。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 中間軸式變速器的中心距 (mm)可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式A 初選，經(jīng)驗公式為 (3.3)31maxgeAiTK?? 式中： －中心距系數(shù)，乘用車： ，商用車： ；AK.98 6.98 KA? －發(fā)動機的最大轉矩(N·m)；maxeT －變速器一擋傳動比；1gi －變速器的傳動效率，取 96%。? 將各數(shù)代入式(3.3) 中得 31max96.07526.98?? iTKAge? =84.50~93.91mm 故可初選中心距 mm。90 3.3 變速器外形尺寸的初選 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機構的布置初 步確定。 影響變速器殼體軸向尺寸的有變速器的擋數(shù)、換擋機構形式以及齒輪形式。實際 初可根據(jù)中心距離 的尺寸參照下列關系初選。A 乘用車變速器殼體的軸向尺寸為 。??A 4.30 商用車變速器的軸向尺寸為： 四擋 ：五擋 ；六擋 ??7.2??A 0.372?? 5.32 所以本設計變速器的軸向尺寸可初選為 mm，取整6~0)4.3~(4.3??? mm。96?A 變速器殼體的軸向尺寸最后應由變速器總圖的結構尺寸鏈確定。 3.4 變速器齒輪參數(shù)的選擇 3.4.1 模數(shù) 齒輪模數(shù)由齒輪的彎曲疲勞強度或最大載荷作用下的靜強度所確定。選擇模數(shù)時 應考慮到當增大齒寬而減小模數(shù)時將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質量， 則應增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對乘用車很重要，而對商用車則更 應重視減小其質量。 變速器用齒輪模數(shù)的范圍如表 3.1。 所選模數(shù)應符合國家標準 GB/T1357—1987 的規(guī)定，在本設計中所有齒輪模數(shù)選 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 擇 3.0。同步器的接合齒和嚙合套多采用漸開線齒形。由于工藝上的考慮，同一變速 器中的結合齒采用同一模數(shù)。其選取的范圍是：轎車及輕、中型貨車為 2～3.5；重型 貨車為 3.5～5。選取較小模數(shù)并增多齒數(shù)有利于換擋。所選模數(shù)應符合國家標準。此 處取 3.0mm。 表 3.1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) nm 乘用車的發(fā)動機排量 V/L 貨車的最大總質量 /ta 車 型 1.0＞V≤ 1.6 1.6＜V≤ 2.5 6.0＜ ≤14.0a≥14.0 模數(shù) /mmnm2.25～2.75 2.75～3.00 3.50～4.50 4.50～6.00 3.4.2 齒形、壓力角及螺旋角 汽車變速器的齒形、壓力角及螺旋角按表 3.2 選取。 表 3.2 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 ， ， ，?5.14?16?5.～?245 一般貨車 GB1356-78 規(guī)定的標準齒形 20～186 重型車 GB1356-78 規(guī)定的標準齒形 低擋、倒擋齒輪 ，?.2?5小螺旋角 斜齒輪在變速器中得到廣泛應用。選取斜齒輪的螺旋角，應該注意它對齒輪工作 噪聲、齒輪的強度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合 度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。實驗還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強度也相 應提高。不過當螺旋角大于 時，其抗彎強度驟然下降，而接觸強度仍繼續(xù)上升。因 此，從提高低擋齒輪的抗彎強度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以 15°～25° 為宜； 而從提高高擋齒輪的接觸強度和增加重合度著眼，應當選用較大的螺旋角。 斜齒輪傳遞轉矩時，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設計時，應力求使中間軸上 同時工作的兩對齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡，以減小軸承負荷，提高軸承壽命。因此，中 間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應該是不一樣的。為使工藝簡便，在中間軸軸向力不大 時，可將螺旋角設計成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。 壓力角初選 ?20 3.4.3 齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質量小、軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強度及工 作平穩(wěn)性的要求。通?？梢愿鶕?jù)齒輪模數(shù)來選擇齒寬 b。ncmkb? 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 16 式中： －齒寬系數(shù)，直齒輪取 ，斜齒輪取 ；ck 0.74 kc?6.807 kc? －法面模數(shù)。nm 3.4.4 齒頂高系數(shù) 齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒 頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的 彎矩減小，輪齒的彎曲應力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認為輪齒上 受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為 0.75～0.80 的短齒制齒輪。我國 規(guī)定，齒頂高系數(shù)取為 1.00。 3.5 變速器各擋齒輪齒數(shù)的分配 在初選了變速器的擋位數(shù)、傳動比、中心距、軸向尺寸及齒輪模數(shù)和螺旋角并繪 出變速器的結構方案簡圖后，即可對各擋齒輪的齒數(shù)進行分配。所設計的變速器的傳 動簡圖如圖 3.1 所示。 3.5.1 確定一擋齒輪的齒數(shù) 初選一擋螺旋角 ???2587? 已知一擋傳動比 ，且 1gi 8712zig? 為了確定 ， 的齒數(shù)，先求齒數(shù)和7z8 ? 直齒輪 (3.4)mA?? 斜齒輪 (3.5)nz87cos2?? 由于一擋齒輪為斜齒輪，故可用式(3.5)計算。代入數(shù)據(jù)后得 5432cos90cs87??????nmAz 計算后應取 為整數(shù)，然后再進行大、小齒輪齒數(shù)的分配，中間軸上小齒輪的 最小齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時，對軸的尺寸和 齒 輪齒數(shù)要統(tǒng)一考慮。為避免根切、增加強度，一擋小齒輪應為變位齒輪。貨車中間軸 式變速器一擋傳動比 時，中間軸上一擋齒輪的齒數(shù)可在 之間8.351 ig? 17512 z? 選?。回涇嚳稍?12～17 之間選用 [13]。則可取 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 17 54??z 取一擋小齒輪齒數(shù) 178357??z 1- 第一軸常嚙合齒輪；2-中間軸常嚙合齒輪；3-第二軸三擋齒輪；4-中間軸三擋齒輪；5-第二軸二擋齒輪；6-中間軸二擋齒輪；7-第 二軸一擋齒輪；8-中間軸一擋齒輪；9-第二軸五擋齒輪；10-中間軸五擋齒輪；11-第二軸倒擋齒輪；12-中間軸倒擋齒輪；13-倒擋中間 齒輪 圖 3.1 變速器傳動簡圖 3.5.2 對中心距進行修正 因為計算齒數(shù)和 后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應根據(jù)取定的 和?z ?z 齒輪變位系數(shù)重新計算中心距 ，再以修正后的中心距 作為各擋齒輪齒數(shù)分配的AA 依據(jù)，故中心距變?yōu)?mmmmzn37.8925cos4cos2)(87??????? 對中心距進行取整，取中心距 mm。0?A 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 18 由于調整后中心距發(fā)生了變化，所以需對一擋齒輪進行變位。中心距變動系數(shù)為 21.0???mAy 嚙合角為 93.cos.9378coss? ????120 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 ??x 而齒輪齒數(shù)比為 18.273u 故可以分配變位系數(shù)得 ， 。.07??xx 根據(jù)所確定的齒數(shù)，一擋齒輪精確的螺旋角的值為 ? ????84.25)]902/(3)1arcos[(877 Amzn? 3.5.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù) 由式 得8712zig?7812zig?? 因常嚙合齒輪副與 1 擋齒輪副以及其它各擋齒輪副的中心距相同，故由式(3.5)可 得 nmAz2121cos????63.532cos90cos27.5.3211782 ????????ngzi? 聯(lián)立求解并將 、 取整數(shù)后得2 , 1z2z63.1758712????ig 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 ??1gi 故齒輪齒數(shù)不需調整。 mm??6.902cos35cos221???????nmzA 由于調整后中心距發(fā)生了變化，所以需對常嚙合齒輪進行角度變位。中心距變動 系數(shù)為 2.0??mAy 嚙合角為 93.cos6.9csos? ????021 查變位系數(shù)線圖得 變位系數(shù)之和為 3.???x 而齒輪齒數(shù)比為 67.125u 故可以分配變位系數(shù)得 ， 。3.01??x0 x 根據(jù)所確定的齒數(shù)，常嚙合齒輪精確的螺旋角的值為 ? ????04.21)]92/()5arcos[(1Amzn? 3.5.4 確定其他各擋齒輪的齒數(shù) 1、確定二擋齒輪的齒數(shù) 二擋齒輪為斜齒輪，則有 451.3219.265 ???zig 8.cos0cos655???nmAz? 聯(lián)立求解，并對齒數(shù)取整后得 ，325?z6z 由平衡中間軸上兩工作齒輪的軸向力的要求出發(fā)，要平衡軸向力 ?????????6521652tanzz? 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 20 中心距為 mm????3.9024cos3cos265????????nmzA 由于調整后中心距發(fā)生了變化，所以需對二擋齒輪進行角度變位。中心距變動系 數(shù)為 1.039.???nmy 嚙合角為 936.2cos.90csos? ??A ???5 齒輪總變位系數(shù)為 ???20.tan205.134,65??????ivizx? 齒輪齒數(shù)比為 39.u 變位系數(shù)可分配為 ， 。.5x156x 2、確定三擋齒輪的齒數(shù) 三擋齒輪為斜齒輪，當其螺旋角與常嚙合