五菱宏光手動變速器設計（3軸5+R檔 m總=2.88t）

五菱宏光手動變速器設計（3軸5+R檔 m總=2.88t）,五菱宏光手動變速器設計（3軸5+R檔,m總=2.88t）,五菱宏光,手動,變速器,設計 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 五菱宏光手動變速器設計 系部名稱： 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） The Graduation Design for Bachelors Degree WuLing HongGuang Manual Transmission Design Candidate： Specialty： Class： Supervisor： 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 摘 要 變速器用來改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，目的是在原地起步，爬坡， 轉彎，加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最 有利工況范圍內(nèi)工作。變速器設有空擋和倒擋。需要時變速器還有動力輸出功能。 因為變速箱在低檔工作時作用有較大的力，所以一般變速箱的低檔都布置靠近軸 的后支承處，然后按照從低檔到高檔順序布置各檔位齒輪。這樣做既能使軸有足夠大 的剛性，又能保證裝配容易。變速箱整體結構剛性與軸和殼體的結構有關系。一般通 過控制軸的長度即控制檔數(shù)，來保證變速箱有足夠的剛性。 本文設計研究了三軸式五擋手動變速器，對變速器的工作原理做了闡述，變速器 的各擋齒輪和軸做了詳細的設計計算，并進行了強度校核，對一些標準件進行了選型。 變速器的傳動方案設計并講 述 了 變 速 器 中 各 部 件 材 料 的 選 擇 。 關鍵字：變速器；設計；齒輪；軸；校核 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） ABSTRACT Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, is aimed at marking start, climbing, turning, accelerate various driving conditions, the car was different traction and speed Meanwhile engine in the most favorable working conditions within the scope of the work. And the trans mission in neutral gear with reverse gear. Transmission also need power output function. Gearbox because of the low-grade work at a larger role, In general, the low-grade gearbox layout are close to the axis after support, Following from low-grade to high-grade order of the layout of stalls gear. This will not only allow axis are large enough for a rigid, but also ensures easy assembly. Gear box overall structure and rigid axle and the shell structure of relations. Generally through the control shaft length control over several stalls to ensure that adequate gear box rigid. This paper describes the design of three-axis five block manual tran mission, the transmission principle of work elaborated, Transmission of the gear shaft and do a detailed design, and the intensity of a school. For some standard parts for the selection. Transmission Trans mission program design. A brief description of the trans mission of all components of the material choice. Keywords : Transmission; Design; Gear; Axis;Checking 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 目 錄 摘要 .................................................................................................................................................I ABSTRACT ................................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................................1 1.1 選題的背景 ..................................................................................................................1 1.2 目的及意義 ..................................................................................................................2 第 2 章 總體方案設計 ...........................................................................................................3 2.1 汽車參數(shù)的選擇 ...............................................................................................................3 2.2 變速器設計應滿足的基本要求 .......................................................................................3 2.3 傳動機構布置方案分析 ...................................................................................................3 2.3.1 固定軸式變速器 ....................................................................................................3 2.3.2 倒檔布置方案 ........................................................................................................4 2.3.3 其它問題 ................................................................................................................6 2.4 齒輪形式 ...........................................................................................................................7 2.5 換擋機構形式 ...................................................................................................................7 2.6 變速器軸承 .......................................................................................................................8 2.7 本章小結 ...........................................................................................................................9 第 3 章 變速器設計和計算 ..................................................................................................10 3.1 檔數(shù) .................................................................................................................................11 3.2 傳動比范圍 .....................................................................................................................11 3.3 各檔傳動比的確定 .........................................................................................................11 3.3.1 主減速器傳動比的確定 ........................................................................................11 3.3.2 最低檔傳動比的確定 ............................................................................................12 3.3.3 各檔傳動比的確定 .................................................................................................13 3.3.4 中心距的選定 ........................................................................................................13 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 3.3.5 變速器的外形尺寸 ................................................................................................14 3.4 齒輪參數(shù) .........................................................................................................................14 3.4.1 模數(shù)的選取 ............................................................................................................14 3.4.2 壓力角 ....................................................................................................................15 3.4.3 螺旋角 ....................................................................................................................15 3.4.4 齒寬 .........................................................................................................................16 3.4.5 齒頂高系數(shù) ............................................................................................................17 3.4.6 變位系數(shù)的選擇原則 ............................................................................................17 3.5 各檔齒數(shù)的分配 .............................................................................................................18 3.5.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) ............................................................................................18 3.5.2 對中心距進行修正 ................................................................................................20 3.5.3 確定常嚙合傳動齒輪副齒數(shù)及變位系數(shù) ............................................................20 3.5.4 確定其他各檔齒數(shù)及變位系數(shù) ............................................................................21 3.5.5 確定倒檔齒輪齒數(shù)及變位系數(shù) ............................................................................26 3.6 本章小結 .........................................................................................................................28 第 4 章 變速器的校核 ...........................................................................................................29 4.1 齒輪的損壞形式 .............................................................................................................29 4.2 齒輪強度計算 ................................................................................................................28 4.2.1 齒輪彎曲強度計算 .................................................................................................28 4.2.2 齒輪接觸應力計算 .................................................................................................30 4.3 軸的結構設計 .................................................................................................................32 4.4 軸的強度驗算 .................................................................................................................33 4.4.1 軸的剛度的計算 .....................................................................................................33 4.4.2 軸的強度的計算 .....................................................................................................38 4.5 軸承壽命計算 .................................................................................................................41 4.6 本章小結 .........................................................................................................................44 第 5 章 同步器的設計 ...........................................................................................................45 5.1 鎖銷式同步器 ................................................................................................................45 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 5.1.1 鎖銷式同步器結構 ................................................................................................45 5.1.2 鎖銷式同步器工作原理 ........................................................................................45 5.2 鎖環(huán)式同步器 .................................................................................................................46 5.2.1 鎖環(huán)式同步器結構 ................................................................................................46 5.2.2 鎖環(huán)式同步器的工作原理 ....................................................................................46 5.2.3 鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 ............................................................................47 5.3 本章小結 ........................................................................................................................49 第 6 章 變速器操縱機構 ......................................................................................................50 6.1 直接操縱手動換擋變速器 ........................................................................................50 6.2 遠距離操縱手動換擋變速器 ....................................................................................50 6.3 本章小結 ....................................................................................................................51 結論 ..............................................................................................................................................52 參考文獻 .....................................................................................................................................53 致謝 ..............................................................................................................................................54 附錄 ..............................................................................................................................................55 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 1 第 1 章 緒 論 1.1 選題的背景 近幾年國內(nèi)外汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，車型的多樣化和個性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨 勢。但變速器設計一直是汽車設計中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動機傳到驅 動輪上的轉矩和轉速，因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟性指標，特別是對輕 型商用車而言，其設計意義更為明顯。在對汽車性能要求越來越高的今天，車輛的舒 適性也是評價汽車的一個重要指標，而變速器的設計如果不合理，將會使汽車的舒適 性下降，使汽車的運行噪聲增大。國產(chǎn)商用車所裝配的變速器主要以國產(chǎn)手動檔變速 器為主，變速器是由變速傳動機構和操縱機構組成。根據(jù)前進擋數(shù)的不同，變速箱有 三、四、五和多擋幾種。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、中間軸式和多中間軸式變速箱。汽車變速器是影響整車動力性、經(jīng) 濟性、舒適性的重要總成，國內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人們對汽車駕乘的舒 適性越來越重視。國內(nèi)商用車市場的快速發(fā)展，2008 年全國載貨汽車保有量為 10、465、404 輛，與 2007 年相比，增加 722、181 輛，增長 7.41%。其中輕型載貨汽 車 5、863、787 輛，貢獻度最大的車型是輕型貨車，輕型貨車對商用車銷量的貢獻度 為 44.16%，其次是重型貨車和微型貨車，其貢獻度分別為 19.89%和 12.93%。汽車變 速器的使用壽命與整車基本相當，售后維修市場對變速器總成的需求僅占少數(shù)，故此 可將輕型商用車市場近似為它的變速器配套市場空間。隨著全球能源及原材料價格的 不斷上漲，汽車銷售價格的下降，要求汽車變速器向著體積小質(zhì)量輕、承載能力大、 結構緊湊上發(fā)展。這就要求零件設計結構機械性能也要相應有所改變，向著小巧緊湊 高強度，高剛性方向改進，進而也要求有新技術新工藝來保證能夠制造出來。目前許 多變速器生產(chǎn)企業(yè)正在研發(fā)一些能大幅提高離合器、同步器壽命和行車安全性，且保 留了傳統(tǒng)有級機械變速器傳動效率高、體積小、機構簡單、使用可靠、易于制造、成 本低、燃油消耗少和維護與使用費用低、多檔位、大速比變化范圍改善了汽車的動力 性、燃油經(jīng)濟性和換檔平順性的變速器?，F(xiàn)在汽車變速器的發(fā)展趨勢是向著可調(diào)自動 變速箱或無級變速器方向發(fā)展。無級變速機構由兩組錐形輪組成，包括一對主動錐形 輪（錐形輪組 1）和一對被動錐形輪（錐形輪組 2） 同時有一根鏈條運行在兩對錐形 輪 V 形溝槽中間，鏈條的運動如同動力傳遞單元。錐形輪組 1 由發(fā)動機的輔助減速機 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 2 構驅動，發(fā)動機的動力通過鏈條傳遞給錐形輪組 2 直至終端驅動。在每組錐形輪中有 一個錐形輪可以在軸向移動，調(diào)整鏈條在錐形輪的工作直徑并傳遞速比。兩組錐形輪 必須保持相同的調(diào)整，以保證鏈條始終處與漲緊狀態(tài)，使傳遞扭矩時錐形輪接觸充分 的壓力。采用無級變速器可以節(jié)約燃料，使汽車單位油耗的行駛里程提高 30%。通過 選擇最佳傳動比，獲得最有利的功率輸出，它的傳動比比傳統(tǒng)的變速器輕，結構更簡 單而緊湊。世界各大汽車制造商正競相開發(fā)無級變速器。專家預計 2008 至 2009 年間 無級變速器將成為世界各大汽車制造商的技術開發(fā)重點。 1.2 目的及意義 通過一步步的計算和校核來改善變速器的工作狀態(tài)，使其達到理想的舒適性并減 小工作時的噪聲。傳統(tǒng)的變速器設計設計方法一般是根據(jù)性能要求利用經(jīng)驗公式取初 值，然后計算其強度，傳動質(zhì)量指標等，如不符合要求根據(jù)經(jīng)驗公式改變某些參數(shù)， 繼續(xù)計算直至符合所有的條件與要求。通過本題目的設計，可綜合運用所學知識對輕 型商用車的手動變速器進行設計。由于本題目模擬工程一線實際情況，通過畢業(yè)設計 可與工程實踐直接接觸，從而可以提高解決實際問題的能力，綜合提高自身的設計和 制造水平。 本設計研究基本內(nèi)容是研究輕型商用車的機械變速器的組成、結構與原理，弄清 楚同步器、齒輪、軸等零部件之間的配合關系。選擇標準齒輪模數(shù)在總當數(shù)和一檔傳 動比確定后，合理分配各檔位的速比，接著計算出齒輪參數(shù)和中心距，并對齒輪進行 強度驗算，確定齒輪的結構與尺寸，繪制出所有齒輪的零件圖，根據(jù)經(jīng)驗公式初步計 算出所有軸的基本尺寸，對每個檔位下對軸的剛度和強度進行驗算，確定出軸的結構 與尺寸，繪制出各個軸的結構與尺寸，對現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器的結構進行改進、完善，最 終完成變速器的零件圖和裝備圖的繪制。利用計算機輔助設計軟件繪制變速器的各零 件的零件圖，并完成變速器的總裝配圖。在此次設計中對變速器作了總體設計，對變 速器的傳動方案進行了選擇，變速器的齒輪和軸做了詳細的設計計算，對同步器和一 些標準件做了選型設計。 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 3 第 2 章 總體方案設計 2.1 汽車參數(shù)的選擇 變速器設計所需的汽車基本參數(shù)如下表: 表2.1 設計基本參數(shù)表 發(fā)動機最大功率 63kw 最高車速 140km/h 總質(zhì)量 2880kg 最大轉矩 108Nm 2.2 變速器設計應滿足的基本要求 對變速器如下基本要求: 1）保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性。 2）設置空擋，用來切斷發(fā)動機動力向驅動輪的傳輸。 3）設置倒檔，使汽車能倒退行駛。 4）設置動力輸出裝置，需要時能進行功率輸出。 5）換擋迅速，省力，方便。 6）工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象 發(fā)生。 7）變速器應當有高的工作效率。 除此以外，變速器還應當滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。 滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性指標，這與變速器的檔數(shù)，傳動比范圍和各擋傳動 比有關。汽車工作的道路條件越復雜，比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。 2.3 傳動機構布置方案分析 2.3.1 固定軸式變速器 固定軸式又分為兩軸式，中間軸式，雙中間軸式變速器。固定軸式應用廣泛，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，中間軸式變速器多用于發(fā)動機 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 4 前置后輪驅動的汽車上。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結構簡單，輪廓尺 寸小，布置方便，中間擋位傳動效率高和噪聲低等優(yōu)點。因兩軸式變速器不能設置直 接擋，所以在高擋工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。此外， 受結構限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設計得很大。所以我選擇的是中間軸式 的變速器。 圖 2.1，分別示出了幾種中間軸式五擋變速器傳動方案。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 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高于其它擋位，因而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（一擋）可以 采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一擋以外的其他擋位的換擋機構， 均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結構的一擋也采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。再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。在擋數(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)，換擋方式和到檔傳動方案上有差別。 圖2.1a所示方案，除一檔和倒擋用直齒滑動齒輪換擋外，其余各擋為常嚙合齒輪 傳動。圖2.1b，c ，d所示方案的各前進擋，均用常嚙合齒輪傳動；圖3.1d所示方案中 的倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，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擋的條件下，很容易形成一個 只有四個前進擋的變速器。以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動的擋位，其換擋 方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋 位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋。 發(fā)動機前置后輪驅動的貨車采用中間軸式變速器，為加強傳動軸剛度，可將變速 器后端加中間支撐。 中間軸和第二軸都有三個支承。如果在殼體內(nèi)，布置倒擋傳動 齒輪和換擋機構，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。 2.3.2 倒擋布置方案 與前進擋位比較，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)換倒擋，故多數(shù) 方案采用直齒滑動齒輪方式換倒擋。為實現(xiàn)倒擋傳動，有些方案利用在中間軸和第二 軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案。前者雖然結構簡單，但是中 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 5 圖2.1 中間軸式五擋變速器傳動方案 間傳動齒輪的輪齒，是在最不利的正，負交替對稱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，并使倒擋傳動比略有增加。 圖 2.2 為常見的倒擋布置方案。圖 2.2b 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 2.2c 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 2.2d 所示方案針對前者的缺點做了修改，因而取代了圖 2.2c 所示方案。圖 2.2e 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 2.2f 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 2.2g 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。 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，然后按照從低擋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，然后再 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 6 圖2.2 倒擋布置方案 圖 2.3 倒擋軸位置與受力分析 布置倒擋。此時在倒擋工作時，齒輪磨損與噪聲在短時間內(nèi)略有增加，與此同時在一 擋工作時齒輪的磨損與噪聲有所減少。 除此以外，倒擋的中間齒輪位于變速器的左側或右側對倒擋軸的受力狀況有影響， 如圖 2.3 所示。 2.3.3 其他問題 經(jīng)常使用的擋位，其齒輪因接觸應力過高而造成表面電蝕損壞。將高擋布置在靠 近軸的支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)因軸的變形而引起的齒輪偏轉角較小，齒輪保 持較好的嚙合狀態(tài)，偏載減少能提高齒輪壽命。 某些汽車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（為 0.70.8）的超速擋，能夠充分地利用發(fā)動機功率，使汽車行駛 1km 所需發(fā)動機 曲軸的總轉速降低，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，噪聲增大。 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 7 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。 2.4 齒輪形式 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。我的設計中一擋和倒擋用的是直齒輪，其他擋都是斜齒輪。 2.5 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。汽車行駛時各 擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動直齒齒輪的方式換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖 擊，并伴隨有噪聲。這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） ，時齒輪換擋時無沖擊，才能克服上述缺點。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會影 響行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結構簡單，但除一擋，倒擋外已很少使用。 由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)，所以可用移動嚙合套換擋。 這時，因同時承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多。而輪齒又不參與換擋，它們都不會 過早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍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，則換擋機構連件之間的角速度差也小，因此采用 嚙合套換擋，并且還能降低制造成本及減小變速器長度。 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 然它有機構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點，但仍然得到廣泛應用。 使用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程小。在滑動齒輪特 別寬的情況下，這種差別就更為明顯。為了操縱方便，換入不同擋位的變速桿行程要 求盡可能一樣。 自動脫擋是變速器的主要故障之一。為解決這個問題，除工藝上采取措施外，目 前在結構上采取措施比較有效的方案有以下幾種： 互鎖裝置是保證移動某一變速叉軸時，其它變速叉軸互被鎖住，該機構的作用是 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 8 防止同時掛入兩檔，而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機構有： （1）互鎖銷式 圖 2.4 是汽車上用得最廣泛的一種機構，互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間，用銷 子的長度和凹槽來保證互鎖。 圖 2.4，a 為空檔位置，此時任一叉軸可自由移動。圖 2.4，b、c 、d 為某一叉軸 在工作位置，而其它叉軸被鎖住。 圖 2.4 互鎖銷式互鎖機構 （2）擺動鎖塊式 圖 2.5 為擺動鎖塊式互鎖機構工作示意圖，鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上，并 可繞螺釘軸線自由轉動，操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi)，此時，鎖塊的一個或兩個突起 部分 A 檔住其它兩個變速叉軸槽，保證換檔時不能同時掛入兩檔。 （3）轉動鉗口式 圖 2.6 為與上述鎖塊機構原理相似的轉動鉗口式互鎖裝置。操縱桿撥頭置于鉗口 中，鉗形板可繞 A 軸轉動。選檔時操縱桿轉動鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時 鉗形板的一個或兩個鉗爪抓住其它兩個變速叉，保證互鎖作用。 操縱機構還應設有保證不能誤掛倒檔的機構。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機構， 使司機在換檔時因有彈簧力作用，產(chǎn)生明顯的手感。 鎖止機構還包括自鎖、倒檔鎖兩個機構。 自鎖機構的作用是將滑桿鎖定在一定位置，保證齒輪全齒長參加嚙合，并防止自 動脫檔和掛檔。自鎖機構有球形鎖定機構與桿形鎖定機構兩種類型。 倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對變速桿施加更大的力，方能掛入倒檔，起到提醒 注意的作用，以防誤掛倒檔，造成安全事故。 本次設計鎖定機構采用自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實現(xiàn)自鎖，通 過互鎖銷實現(xiàn)互鎖。倒檔鎖采用限位彈簧來實現(xiàn)，使駕駛員有感覺，防止誤掛倒檔。 2.6 變速器軸承 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承，球軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，滑動軸套 等。至于何處應當采用何種軸承，是受結構限制并隨所承受的載荷特點不同而不同。 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 9 圖 2.5 擺動鎖塊式互鎖機構 圖 2. 6 轉動鉗口式互鎖機構 汽車變速器結構緊湊，尺寸小，采用尺寸大些的軸承結構受限制，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(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時可 布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。變速器第一軸前端支承在飛輪的內(nèi) 腔里，因有足夠大的空間長采用球軸承來承受向力。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，此處常用軸承外圈有擋圈的球軸承。第二 軸后端常采用球軸承，以軸向力和徑向力。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，但當在殼體前端面布置軸承蓋有困難的時候，必須由 后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑小，寬度較寬因而容量大，可承受高負荷 等優(yōu)點，但也有需要調(diào)整預緊，裝配麻煩，磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺 點。 變速器第一軸，第二軸的后部軸承以及中間軸前，后軸承，按直徑系列一般選用 中系列球軸承或圓柱滾子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后 壁兩軸承孔之間的距離不小于 620mm，下限適用于輕型車和轎車。 滾針軸承，滑動軸套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。 在本次設計中由于工作條件的需要主要選用了圓錐滾子軸承、深溝球軸承和滾針 軸承。 2.7 本章小結 本章首先先確定了設計變速器所需的汽車主要參數(shù)以及設計變速器所應滿足的基 本要求，對自己的設計也有了一定的規(guī)范。然后又對變速器的傳動機構和檔位的布置 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 10 形式的進行了簡單的介紹，分析了各個傳動方案的優(yōu)缺點，選取了合理高效的的傳動 方案和一些在設計變速器時常遇的問題，為后面齒輪和軸的計算打下了良好的基礎。 最后對齒輪的形式做了介紹和優(yōu)缺點的比較，通過以上比較合理的選擇齒輪形式。分 析了幾種換擋形式，和容易出現(xiàn)的問題，并提供了相關的解決方法，最后很據(jù)軸的工 作條件和工作狀態(tài)，對軸承也形式也做了選擇。 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 11 第 3 章 變速器設計和計算 3.1 擋數(shù) 增加變速器的擋數(shù)能改善汽車的動力性和經(jīng)濟性。擋數(shù)越多，變速器的結構越復 雜，并且是尺寸輪廓和質(zhì)量加大。同時操縱機構復雜，而且在使用時換擋頻率也增高。 在最低擋傳動比不變的條件下，增加變速器的當屬會是變速器相鄰的低擋與高擋 之間傳動比比值減小，是換擋工作容易進行。要求相鄰擋位之間的傳動比比值在 1.8 以下,該制約小換擋工作越容易進行。要求高擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動比比值要比低 擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動比比值小。 近年來為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢。目前轎車一般用 45 個擋位， 級別高的轎車變速器多用 5 個擋，貨車變速器采用 45 個擋位或多擋。裝載質(zhì)量在 23.5T 的貨車采用 5 擋變速器，裝載質(zhì)量在 48T 的貨車采用 6 擋變速器。多擋變速 器多用于重型貨車和越野車。本設計為 5 擋變速器。 3.2 傳動比范圍 變速器的傳動比范圍是指變速器最低擋傳動比與最高擋轉動比的比值。傳動比范 圍的確定與選定的發(fā)動機參數(shù)，汽車的最高車速和使用條件等因素有關。目前轎車的 傳動比范圍在 34 之間，輕型貨車在 56 之間，其他貨車則更大。 3.3 各檔傳動比的確定 3.3.1 主減速器傳動比的確定 發(fā)動機轉速與汽車行駛速度之間的關系式為： （3.1）037.irnuga 式中 汽車行駛速度（km/h） ；au 發(fā)動機轉速（r/min） ；n 車輪滾動半徑（m） ；r 變速器傳動比；gi 主減速器傳動比。0 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 12 由上文可知最高車速 = =140km/h；最高檔為超速檔，傳動比 =1；車maxuv 5gi 輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格 170/70R14 得到 =296.8（mm） ；發(fā)動機轉速r = =6684.5（r/min） ；由公式（ 3.1）得到主減速器傳動比計算公式： np 34.57.0aguinri 3.3.2 最低檔傳動比計算 按最大爬坡度設計，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角 坡道時，驅動力應大于或等于此時的滾動阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣max 阻力忽略不計） 。用公式表示如下： （3.2）maxmax0max sincoGfriTtge 式中 G 車輛總重量（N） ； 滾動阻力系數(shù)，對良好路面 =0.010.02；f 發(fā)動機最大扭矩（Nm） ；maxeT 主減速器傳動比；0i 變速器傳動比；g 為傳動效率（0.850.9） ；t R 車輪滾動半徑； 最大爬坡度本設計為能爬 30%的坡，大約 。max 7.16 由公式（3.2）得： （3.3）tegiTrGi0maxax1 )snco( 已知：m=2880 kg； ； ；r=0.2968m ； Nm；02.f 7.16108axeT ；g=9.8m/s 2； ，把以上數(shù)據(jù)代入（3.3）式：34.50i 9t 82.49.03451896.)7.1sin8.cos.80(1 gi 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 13 滿足不產(chǎn)生滑轉條件。即用一檔發(fā)出最大驅動力時，驅動輪不產(chǎn)生滑轉現(xiàn)象。公 式表示如下： ntgeFriT10max （3.4）tegii0max1 式中 驅動輪的地面法向反力， ；nFgFn1 驅動輪與地面間的附著系數(shù)；對混凝土或瀝青路面 可取 0.50.6 之間。 取 0.55，把數(shù)據(jù)代入（3.4）式得： 876.9.0345182.21 gi 所以，一檔轉動比的選擇范圍是： ..1gi 初選一檔傳動比為 5.1。 3.3.3 各檔傳動比的選定 變速器的檔傳動比應根據(jù)上述條件確定。變速器的最高檔一般為直接檔，有時 用超速擋，在本設計中最高檔即為超速擋。中間檔的傳動比理論上按公比為 （其中 n 為檔位數(shù)）的幾何級數(shù)排列，實際上與理論值略有出入，max11innggiq 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。 qii54321 5.1451i5.126.4.3.3412qi 五菱宏光手動變速器設計（3 軸 5+R 檔 m 總=2.88t） 14 3.3.4 中心距的選擇 初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗公式計算： （3.5）31maxgeAiTK 式中 變速器中心距（mm） ；A 中心距系數(shù)，商用車 =8.69.6；KA 發(fā)動機最大輸出轉距為 210（Nm） ；maxeT 變速器一檔傳動比為 5.1；1i 變速器傳動效率，取 96%。