轎車5+1自動變速器設計【械式手動五檔變速器】

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，從而開始了我的實習生涯。洛陽聯(lián)合變速器有限公司是洛陽市最大的專業(yè)變速器生產(chǎn)企業(yè)，公司主要生產(chǎn)轎車用金屬帶式無級自動變速器（CVT），公司擁有此產(chǎn)品完全自主知識產(chǎn)權，打破了跨國公司在該技術領域的壟斷地位，現(xiàn)擁有國家發(fā)明專利6項、實用新型專利17項。實習是每個大學生必有的一段經(jīng)歷，讓大學生參與到社會當中實踐會加強實踐動手能力，更能學到課堂上學不到東西。 短期的實習，讓我學到了不少東西，除了淺層次地學習了有關專業(yè)的技能外，我還感受和體會到了很多技能之外的東西。首先是公司里同事的敬業(yè)和那種生機蓬勃的工作氛圍。走進這樣的一個集體中，你的心會不由自主地年輕起來，你的腳步會不由自主地跟著大家快起來，而你的工作態(tài)度更會變得努力、認真，再認真一些，再努力一點。但當你深入了解后，才發(fā)覺，他們大多都只是初中畢業(yè)，沒有大學文憑?，F(xiàn)在他們的能力，完全源于公司的培訓和自強不息的學習。也許，這就是一個集體的凝聚力，一個企業(yè)寫在書面之外的“特殊文化”吧。 通過實習，不僅讓我獲得了裝配的基礎知識,了解裝配一般操作過程、生產(chǎn)方式和工藝過程,熟悉了主要機械加工方法及其所用主要設備的工作原理和典型結構、安全操作技術，而且加強了理論聯(lián)系實際的鍛煉,提高了實踐能力,培養(yǎng)了向工人及現(xiàn)場技術人員學習的工程素質。在專業(yè)方面：鞏固已學專業(yè)基礎課和部分專業(yè)課程的有關知識，并為后續(xù)的畢業(yè)設計作了必要的知識準備；通過實習，學習本專業(yè)的實際生產(chǎn)操作技能，了解更多的專業(yè)技術知識及應用狀況，拓寬專業(yè)知識面;培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的工作作風，樹立安全第一的生產(chǎn)觀念，提高分析問題、解決問題的獨立工作能力。 2、 公司簡介 洛陽聯(lián)合變速器有限責任公司是一家股份制高科技企業(yè)，由洛陽市建設投資有限公司、洛陽經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和技術方合資組建。公司成立于2007年5月，位于洛陽經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，注冊資金4000萬元，占地103畝。 公司主要生產(chǎn)轎車用金屬帶式無級自動變速器（CVT），公司擁有此產(chǎn)品完全自主知識產(chǎn)權，打破了跨國公司在該技術領域的壟斷地位，現(xiàn)擁有國家發(fā)明專利6項、實用新型專利17項。公司目前已形成013、018、023三個系列5個品種的產(chǎn)品系列，主導產(chǎn)品018型CTV系列產(chǎn)品最大輸入扭矩為180N/M，適用于發(fā)動機排量在1.5－2.0L的轎車車型，與國產(chǎn)多款車型匹配成功，性能優(yōu)良，得到整車廠家認可。 公司擁有洛陽市汽車傳動技術研究中心（市級），該中心有16名CTV領域的技術專家及數(shù)十名技術研究人員，其中國外專家2名，研究員、高級工程師11人，研發(fā)的專利技術涉及機械、電子、液壓、控制等多個技術領域，覆蓋CTV應用技術。 公司CTV產(chǎn)業(yè)化項目得到了上級有關領導和部門的高度重視和支持，是國家、省、市扶持的重點自主創(chuàng)新高科技項目，被列入國家信息產(chǎn)業(yè)關鍵技術產(chǎn)業(yè)化重大專項，并獲得國家、省、市資金支持。隨著國內(nèi)外汽車業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)品在國內(nèi)外市場前景極為廣闊。 3、 實習的目的和要求 （1）實習目的 1、進一步了解裝配體及掌握各類典型零件的測繪方法、測繪步驟及測繪要求：熟悉常用測繪工具、量具的使用方法。 2、提高對零件上各類結構（含工藝結構）的認知及分析能力；培養(yǎng)對實際零件的綜合圖示表達能力。 3、提高對裝配體結構的認知及分析能力，了解裝配體的工作原理、動作過程、裝拆順序及各零件之間的裝配關系；培養(yǎng)對簡單裝配體的綜合圖示表達能力。 4、培養(yǎng)徒手繪制零件草圖和零件工程圖的基本能力。 （2）實習要求 1、愛護和保管好實習場所內(nèi)的所有設備、測繪用工具、裝配體及其所有零件。 2、測繪作息時間同正常作息時間，同學們自覺遵守。 4、 實習的內(nèi)容 （1） 變速器的功能與分類 1、變速器的功用: （1） 改變傳動比，擴大驅動輪的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,使發(fā)動機在有利的工況下工作。 （2）在發(fā)動機的旋轉方向不變的前提下,使汽車能倒退行駛。 （3） 利用空檔,中斷動力傳遞,以使發(fā)動機能夠啟動,怠速,并便于變速器的換檔或進行動力輸出。 2、 變速器的分類 （1） 按傳動比變化的方式：有級式、無級式和綜合式。 ①.有級式：有級式變速器應用最廣泛，它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。 a.按所用的齒輪輪系不同:有軸線固定式（普通齒輪變速器）和軸線旋轉式變速器（行星齒輪變速器）兩種。 b.目前，轎車和輕、中型貨車的變速器的傳動比通常有3到5個前進檔和一個倒檔。 c.在重型汽車用的是組合式變速器，采用更多檔位，一般是由兩個變速器組合而成的。 ②.無級式：無級式變速器的傳動比在一定的范圍內(nèi)可以按無限多級變化。 a.常見的有電力式和液力式（動液式）兩種。 b.電力式的在傳動系中也用廣泛采用的趨勢，其變速傳動部件為直流串激電動機。 c.液力式的傳動部件是液力式變矩器。 ③. 綜合式：綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機械式變速器。其傳動比可以在最大值和最小值之間的幾個間斷范圍內(nèi)作無級變化，目前的應用較為廣泛。 （2）、按操縱方式分：強制操縱式、自動操縱式和半自動操縱式。 ①.強制操縱式變速器靠駕駛員直接操縱變速桿換檔，為大多數(shù)汽車所采用。 ②.自動操縱式變速器的傳動比選擇（換檔）是自動進行的。駕駛員只需操縱加速踏板，即可控制車速。 ③.半自動操縱式變速器有兩種形式 a.一種是常見的幾個檔位自動操縱，其余的檔位則由駕駛員操縱； b.另一種是預選式，即駕駛員預先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來換檔。 （3）按使用方法分：手動變速器（MT）、自動變速器（AT）、無級變速器（CVT） 1、MT—手動變速器 手動變速器 手動車型到目前為止還是車市中最主流的車型。目前手動變速器的技術已經(jīng)非常的成熟，它是通過齒輪的嚙合來傳動發(fā)動機的動力。因其傳動效率高，結構簡單，維修保養(yǎng)成本低，所以備受青睞。 MT如果操作熟練的話燃油經(jīng)濟性也比一般的自動擋車型要好，同時能夠充分享受駕駛的樂趣。但不太適合在城市里交通擁堵情況下使用，而且如果無法掌握好換檔時機，油離配合不好的話，燃油經(jīng)濟性也無法保證。 特點：又稱機械式變速器，即必須用手撥動變速桿（俗稱“擋把”）才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。 轎車手動變速器大多為四檔或五檔有級式齒輪傳動變速器，并且通常用同步器，換擋方便，噪音小。手動變速在操縱時必須踩下離合，方可撥得動變速桿。手動變速器是與自動變速器相對而言的，其實在自動變速器出現(xiàn)之前所有的汽車都是采用手動變速器。手動變速器是利用大小不同的齒輪配合而達到變速的。 優(yōu)點：維修保養(yǎng)成本低，能夠帶來駕駛樂趣。一般來說，手動變速器的傳動效率要比自動變速器的高，因此駕駛者如果技術好的話，手動變速的汽車在加速、超車時比自動變速車快，也省油。 缺點：操作復雜，而且惡劣的交通狀況下駕駛起來比較累人。 2、AT—液力自動變速器 自動變速器 自動變速器是通過液力變矩器以及行星齒輪來傳動發(fā)動機的動力，傳動效率低，經(jīng)濟性較差。同時行星齒輪結構復雜維修成本較高。 相對于手動變速器來說自動變速器能讓開車變得簡單方便，易于新手上路。目前手自一體車型大為興起，傳統(tǒng)的自動變速器已經(jīng)被越來越多的車型拋棄，漸有被取代之勢。 特點：自動變速器，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。而駕駛者只需要操縱加速踏板控制車速即可。 一般來講，汽車上常用的自動變速器有以下幾種類型：液力自動變速器、液壓傳動自動變速器、電力傳動自動變速器、有級式機械自動變速器和無極式自動變速器。液力自動變速器主要是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構成，主要包含自動離合器和自動變速器兩大部分。它能夠根據(jù)油門的開度和車速的變化，自動的進行換擋。 優(yōu)點：操作簡單，使用方便。自動變速器具有操作容易、駕駛舒適、能減少駕駛者疲勞的優(yōu)點，已成為現(xiàn)代轎車配置的一種發(fā)展方向。裝有自動變速器的汽車能根據(jù)路面狀況自動變速變矩，駕駛者可以全神貫注地注視路面交通而不會被換擋搞得手忙腳亂。 缺點：傳動效率低，經(jīng)濟性不好;結構復雜，維修成本高。 3、CVT—無級自動變速器Continuously Variable Transmission 無極變速器 CVT采用傳送帶和工作直徑可變的主、從動輪相互配合來傳遞發(fā)動機的動力，代表的自動變速器的發(fā)展方向。它突出的特點就是沒有傳統(tǒng)自動變速器換擋時會出現(xiàn)的頓挫感，加速連續(xù)性更好，燃油經(jīng)濟性也更高。目前它還有許多不完善的地方，所以目前市場上搭配CVT變速器的車型不多(如天籟，軒逸等)，看來是有點曲高和寡的意思。 特點：無級變速器系統(tǒng)是由兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的，要比傳動自動變速器結構簡單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動比，從而實現(xiàn)全程無級變速，使汽車的車速變速平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換檔時那種“頓”的感覺。 優(yōu)點：駕駛平順性、加速性、經(jīng)濟性以及排放都較好。CVT最大優(yōu)點就是無級控制輸出的速比，在行駛中達到行云流水的感覺，沒有換檔的感覺，加速也會比自動變速器快。由于行駛中減少了轉速的不必要波動，對省油也大有好處。 缺點：技術還不完善;價格較高，維修成本較高。 （2） 變速器的結構組成 變速器由傳動機構和變速機構組成，可制成單獨變速機構或與傳動機構合裝在同一殼體內(nèi)。傳動機構大多用普通齒輪傳動，也有的用行星齒輪傳動。普通齒輪傳動變速機構一般用滑移齒輪和離合器等?；讫X輪有多聯(lián)滑移齒輪和變位滑移齒輪之分。用三聯(lián)滑移齒輪變速，軸向尺寸大；用變位滑移齒輪變速 ，結構緊湊 ，但傳動比變化小。離合器有嚙合式和摩擦式之分。用嚙合式離合器時，變速應在停車或轉速差很小時進行，用摩擦式離合器可在運轉中任意轉速差時進行變速，但承載能力小，且不能保證兩軸嚴格同步。為克服這一缺點，在嚙合式離合器上裝以摩擦片，變速時先靠摩擦片把從動輪帶到同步轉速后再進行接合。行星齒輪傳動變速器可用制動器控制變速。 （三）變速器的工作原理 1、為了了解標準變速器的基本原理，下圖顯示了處于空擋狀態(tài)的簡單兩速變速器。 讓我們來看看圖中的每一個部件，以及它們是如何裝配的： · 綠色軸將發(fā)動機與離合器連接起來。 綠色軸和綠色齒輪連在一起，形成一個整體。 （離合器是用于連接發(fā)動機和變速器或斷開其間連接的裝置。 踩下離合器踏板時，發(fā)動機與變速器斷開，此時雖然汽車并不移動，但發(fā)動機仍在運轉。 而松開離合器踏板時，發(fā)動機和綠色軸就直接連在一起。 綠色軸和齒輪的轉速與發(fā)動機相同。) · 紅色軸及紅色齒輪稱為副軸。 它們也連為一個整體，因此副軸上的所有齒輪和副軸本身作為整體旋轉。 綠色軸與紅色軸直接通過各自的嚙合齒輪連接起來，所以當綠色軸轉動時，紅色軸也會轉動。 因此，一旦離合器接合，副軸就直接從發(fā)動機獲得動力。 · 黃色軸是花鍵軸，通過連接到汽車驅動輪的差速器直接與驅動軸連接。 如果車輪轉動，黃色軸也將隨之轉動。 · 藍色齒輪連在軸承上，因此會隨黃色軸轉動。 如果發(fā)動機已關閉，但汽車還在滑行，則在藍色齒輪和副軸停止運動時，黃色軸仍可能在藍色齒輪內(nèi)部轉動。 · 軸環(huán)將兩個藍色齒輪中的一個連接到黃色驅動軸上。 它通過齒槽直接與黃色軸相連，并與黃色軸一起轉動。 但軸環(huán)也可以沿著黃色軸左右滑動，從而選擇性地接合兩個藍色齒輪中的一個。 軸環(huán)中的齒稱為犬齒，可與藍色齒輪側面的孔相接合。 2、 一擋齒輪下圖顯示了當軸環(huán)換到一擋時如何結合右邊的藍色齒輪： 圖中，發(fā)動機的綠色軸轉動副軸，副軸則轉動右邊的藍色齒輪。 齒輪通過軸環(huán)驅動黃色驅動軸。 同時，左邊的齒輪也在轉動，但只是在其軸上空轉，對黃色軸并不產(chǎn)生影響。當軸環(huán)位于兩個齒輪之間時（如第一圖所示），變速器為空擋狀態(tài)。 黃色軸上以不同速率運轉的兩個藍色齒輪都通過其與副軸的速比來控制。 3、五速手動變速器在汽車上已經(jīng)相當普遍了。 其內(nèi)部結構如下圖所示： 有三個撥叉，由換擋桿接合的三個桿控制。 俯看換擋叉軸，它們在空擋、倒擋、一擋和二擋中的情形如下圖所示：注意，換擋桿中部有一個旋轉點。 在將旋鈕前推接合一擋齒輪時，實際上是在推動桿和撥叉，以便將一擋齒輪拉回來?？梢钥吹剑笥乙苿幼兯贄U也是在接合不同的撥叉（從而接合不同的軸環(huán)）。 將旋鈕前后移動也就移動了軸環(huán)，使它們接合一個齒輪。 倒擋齒輪由一個小惰輪（紫色）來操控。 該圖中的藍色倒擋齒輪總是與其他所有藍色齒輪的轉動方向相反。 因此，當汽車前進時，不可能將變速器切換到倒擋（因為犬齒不能嚙合）。 但它們會產(chǎn)生大量的噪音！同步器新式客車的手動變速器采用同步器，這樣就不需要使用雙踩離合。 同步器的作用是，在與犬齒接觸前，使軸環(huán)與齒輪發(fā)生有摩擦的接觸。 這樣，在犬齒接合前，就可以使軸環(huán)和齒輪速度達到同步， 如圖所示：藍色齒輪上的錐體接合軸環(huán)中的錐形區(qū)域，錐體與軸環(huán)間的摩擦使軸環(huán)和齒輪同步。 軸環(huán)的外部隨之滑動，使犬齒接合齒輪。 （四）變速器主要零件結構分析 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。 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.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(nèi)齒嚙合套和外齒嚙合套，視結構布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采用內(nèi)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薄（0.3~0.6mm），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20~30），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力 a b （圖1-9）。這種結構方案比較有效， 圖1-7 防止自動脫檔的結構措施Ⅰ 采用較多。 此段切薄 圖1-8 防止自動脫檔的結構措施Ⅱ 加工成斜面 圖1-9 防止自動脫檔的結構措施Ⅲ 在本設計中所采用的是鎖銷式同步器，同步過程與鎖環(huán)式類似，但鎖止元件是三個鎖銷及相配的鎖銷孔倒角，另有三個以彈簧及鋼球定位的定位銷。作為彈性元件的三個彈簧及相應的定位鋼球是裝在嚙合套的鉆孔中，使嚙合套等在空檔時保持中間位置。摩擦元件是鉚在鎖銷兩端的同步錐環(huán)及與之相配并固定在齒輪上的內(nèi)錐面(圖6-28)。其摩擦錐面徑向尺寸大，轉矩容量大，廣泛用于中、重型汽車上。 圖1-10 鎖銷式同步器 l、4-同步錐環(huán);2-鎖銷;3-嚙合套;5-嚙合套座;6—定位銷; （5） 變速器軸承蓋工藝路線 1、定位基準的選擇 (1)精基準的選擇 按照粗基準的選擇原則為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應選擇不加工表面為粗基準。根據(jù)零件圖所示，故應選軸承底座上表面為粗基準，以此加工軸承底座底面以及其它表面。 (2)粗基準的選擇 考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，即以軸承座的下底面為精基準。 2 、表面加工方法的確定 根據(jù)端蓋零件圖上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法，如下表所示： 加工表面 尺寸精度等級 表面粗糙度Ra/um 加工方案 備注 軸承座底面 IT9 6.3 粗銑-半精銑 表1-8 軸承座上表面 IT9 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 φ54的上端面 IT11 12.5 粗銑 表1-8 前端面和 后端面 IT11 12.5 粗銑 表1-8 160x170的槽 IT8 1.6 粗銑-精銑 表1-8 φ120的半孔 IT11 12.5 粗鏜-半精鏜 表1-7 70x140的槽 IT11 12.5 粗銑 表1-8 φ25的孔 IT11 12.5 鉆 表1-7 φ26的孔 IT11 12.5 鉆 表1-7 3、加工階段的劃分 該端蓋加工質量要求一般，可將加工階段劃分為粗加工、半精加工兩個階段。 在粗加工階段，首先將精基準（端蓋右端面和φ26孔）準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證其他表面的精度要求；然后粗銑端蓋左端面、方形端面。在半精加工階段，完成端蓋左端面的精銑加工和φ120孔的鏜-半精鏜加工及φ25孔等其他孔的加工。 4、工序的集中與分散 選用工序集中原則安排端蓋的加工工序。該端蓋的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面的相對位置精度要求。 5、工序順序的安排 1)機械加工工序 （1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準——端蓋右端面和φ26孔。 （2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先面后孔”原則，先加工端蓋右端面，再加工φ25孔。 2)熱處理工序 鑄造成型后，對鑄件進行退火處理，可消除鑄造后產(chǎn)生的鑄造應力，提高材料的綜合力學性能。該端蓋在工作過程中不承受沖擊載荷，也沒有各種應力，故采用退火處理即可滿足零件的加工要求。 3)輔助工序 在半精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。 綜上所述，該端蓋工序的安排順序為：熱處理——基準加工——粗加工——精加工。 (六）變速器的組裝 1 ．變速器總成的分解： 　　(1) 把變速器放在修理臺或修理架上，放出變速器機油； 　　(2) 將變速器后蓋拆下，取出調(diào)整墊片和密封圈； 　　(3) 小心的將第 3 、 4 檔換檔滑桿向第 3 檔方向拉至小的檔塊取出，將換檔桿重新推至空擋位置（注意：換檔滑桿不能拉出太遠，否則同步器內(nèi)的檔塊會彈出來，換檔滑桿不能回到空擋位置）； 　　(4) 倒檔和一檔齒輪同時嚙合，鎖住軸，旋下主動錐齒輪螺母； 　　(5) 用工具頂住輸入軸的中心，取下輸入軸的擋圈和墊片； 　　(6) 用拉器拉出輸入軸的向心軸承； (7) 若沒有專用工具，先旋出殼體和后蓋的連接螺栓，用塑料錘（或木錘）敲擊輸入軸的前端和后殼體，直至后蓋和后殼體結合處出現(xiàn)松動； 　　(8) 變速器殼體固定在臺鉗上，鉗口應有較軟的金屬保持墊片，以防夾壞機件； 　　(9) 取出第三、四換檔撥叉的夾緊套筒，將第三、四換檔桿往回拉，直至可以將第三、四換檔桿撥叉取出為止； 　　(10) 將換檔撥叉重新放在空擋位置，取出輸入軸； 　　(11) 壓出倒檔齒輪軸，并取出倒檔齒輪； 　　(12) 用小沖頭沖出一、二檔換檔撥塊上的彈性銷，并取出彈性夾片； 　　(13) 用工具拉出輸出軸總成（注意：在拉出輸出軸總成的同時，應注意一、二檔撥叉軸的間隙，以防卡?。? 2 ．變速器輸入軸總成的分解與組裝： 　　(1) 輸入軸總成的分解。拆下?lián)跞?，取下四檔齒輪，用壓床壓出三、四檔同步器齒轂； 　　(2) 輸入軸總成的組裝： 　　1) 組裝好三檔齒輪和軸承，壓入三、四檔齒轂齒套，齒轂內(nèi)花鍵的倒角朝向三檔齒輪的方向； 　　2) 壓入一、二檔齒轂齒套，齒轂和齒套安裝時，槽應對著一檔齒輪； 　　3) 安裝滑塊彈簧時，其開口錯開 120 o，彈簧彎曲端須固定在滑塊內(nèi)。 　3 ．變速器輸出軸總成的分解與組裝： 　　(1) 輸出軸總成的分解。先壓出一檔齒輪和軸承，壓出二檔齒輪和同步器總成，壓出三檔齒輪和四檔齒輪（注意：壓出前應拆下各軸向擋圈） 　　(2) 輸出軸總成的組裝： 　　1) 壓入四檔齒輪時，齒輪的凸肩應朝向軸承； 　　2) 四檔齒輪的擋圈與擋圈槽的間隙應盡量小些，可通過選擇厚度合適的擋圈來達到。 　　3) 將三檔齒輪通過加熱板加熱至 120 o后壓入，凸肩朝向四檔齒輪； 　　4) 同步器的組裝。一檔同步環(huán)有三個位置缺齒，這種同步環(huán)只能用于一檔，更換時，也可以使用不缺齒的，備件號為 014311295D 。組裝一、二檔同步器時，齒轂上有槽的一面朝向一檔，即朝向齒套撥叉環(huán)這一側； 　　5) 將一、二檔同步器總成壓入到軸上，齒轂有槽的一面朝向一檔齒輪（即朝后）。然后再裝入一檔齒輪中的滾針軸承，套上一檔齒輪后，最后壓入雙列滾錐軸承； 　　6) 如果要更換輸出軸前后軸承，那么應從變速器前后殼體中分別壓出和壓入軸承外座圈，應當平整的壓入。 　4 ．變速器的裝配： 　　(1) 變速器變速傳動機構的組裝（組裝時按分解的逆順序進行）： 　　1) 壓入輸出軸總成。壓入輸出軸總成時，要將換檔桿與第一、二檔換檔撥叉和輸出軸總成一起裝入后殼體，然后再壓入后軸承。壓入時，請注意第一、二檔換檔滑桿的活動間隙，必要時，輕輕敲擊以免卡?。? 　　2) 安裝一、二檔撥塊，壓入彈性銷，安裝倒檔齒輪，壓入軸； 　　3) 安裝輸入軸時，要拉回三、四檔撥叉能夠裝入滑動齒套為止，同時應位于空擋位置，并用彈性銷固定好撥叉； 　　4) 放好新的密封環(huán)，將輸入軸和輸出軸及后殼體一起與殼體用 M8 × 45 的螺栓來連接。緊固力矩為 25N·m ； 　　5) 使用支撐橋將輸入軸支撐?。? 　　6) 壓入輸入軸的向心軸承或組合式軸承。向心軸承保持架密封面對著后殼體，而組合式軸承的滾柱對者后殼體； 　　7) 安裝上三、四檔撥叉軸上的小止動塊，擰緊輸出軸螺母力矩為 100N·m 。將換檔叉軸置于空檔位置（注意：變速器不能拉出太遠，否則同步器內(nèi)的止動塊可能彈出來。變速滑桿可能不能再壓回到空檔位置。這種情況下須重新拆卸變速器，將三個鎖塊壓到同步器齒套內(nèi)并推入滑動套筒）； 　　8) 安裝差速器。 　(2) 變速器后蓋的安裝： 5．變速器各零件的檢測 ⑴鎖環(huán)式同步器的檢測 ⑵檢測輸入、輸出軸的彎曲度。 ⑶檢測齒輪和軸間間隙。 6、注意事項： 　(1嚴格拆裝程序并注意操作安全； 　(2)注意各零件、部件的清洗和潤滑； 　(3)分解變速器時不能用手錘直接敲擊零件，必須采用銅棒或硬木墊進行敲擊。 6、 實習的崗位 變速器的裝配。通過車間的設備把變速器的軸承、零件、箱體組合在一起，并對組裝好的機器進行調(diào)試。 七、實習總結 首先，我要感謝學校和企業(yè)給予了我們這次珍貴的實習機會，讓我可以將我學的所有知識用于實際的工作之中，并且令我在實習的過程中體味到了書本和現(xiàn)實工作的差距的差距，更讓我學到了好多書本中所接觸不到的東西，對我今后的工作具有很大的指導意義。 通過這段時間的實習使我懂得了所學的知識必須于實際相結合。在這次實習中通過親自動手發(fā)現(xiàn)問題解決問題，使我學到很多書本上學不到的東西，多多少少的使我加深了對課本知識的了解。這次安裝實習不僅把理論和實踐緊密的結合起來，而且還加深了對變速器組成、結構、部件的工作原理的了解，也初步掌握了變速器安裝的基本要求和一般的工藝線路，同時也加深了我對工具的使用和了解。在實習期間，自己的動手能力得到了很大的提高，由于平時是難得有自己動手的機會，因此這方面的動手能力差，這次實習正好鍛煉了我的這個能力,提高自己的動手能力。雖然在實習中經(jīng)常遇到很多棘手的問題，但是通過師傅的講解和幫忙這些問題都得到了解決。 變速器安裝實習中我每天都有很大收獲。首先，對減速器有了整體的而且是比較深刻的認識。以前在《機械制造基礎》和《工程力學》所說的零件只知道它大概的用途，不知道它是什么樣的、在什么位置，但是在這次實習中像這樣的問題都得到了解決！比如說：什么零件在什么位置、應用什么樣的工具去安裝、以及安裝時的順序。其次是對減速器的工作原理及內(nèi)部構造有了深刻的認識。使自己的理論知識緊密的和課本的知識連接起來。 在安裝過程中使我懂得了團隊合作的重要性。安裝工作不是一個人的事情，也是一個人無法完成的，通過與他人的合作可以取長補短使自己學的更多的知識得到鞏固和提高，并且使工作變的事半功倍。團隊精神，互幫互助，這是保證自己成功的最重要的因素之一。 最后，我要衷心的感謝我的我的老師、現(xiàn)場工程技術人員的悉心指導，正是有了您們的支持才讓我們在實踐中勇于知難而上，也是您們的教育讓我們在看問題的時候能夠科學合理的進行分析繼而找到癥結所在。 河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目名稱 機械五檔式變速器設計 學生姓名 專業(yè)班級 學號 一、 選題的目的和意義： 變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的主要組成部分,其技術的發(fā)展,是衡量汽車技術水平的一項主要依據(jù)。在21世紀，能源與環(huán)境、先進的制造技術、新型材料技術、信息與控制技術等是科學技術發(fā)展的重要領域, 這些領域的科技進步推動了變速器技術的發(fā)展。 三軸變速器的前進檔主要由輸入(第一)軸、中間軸和輸出(第二)軸組成。三軸五檔變速器有五個前進檔和一個倒檔，由殼體、第一軸（輸入軸）、中間軸、第二軸（輸出軸）、倒檔軸、各軸上齒輪、操縱機構等幾部分組成。 汽車變速器的設計中涉及到的齒輪傳動、傳動軸設計等內(nèi)容都是機械專業(yè)的基礎知識，非常適合作為畢業(yè)設計的課題。本次畢業(yè)設計主要利用 CAD 技術來完成三軸五檔汽車變速器的設計。通過本次畢業(yè)設計，不僅可以鞏固所學的理論知識，還可以培養(yǎng)運用所學專業(yè)理論知識的能力，同時提高了應用 Pro/E 軟件的能力，因而是一次很好的理論和實踐相結合的鍛煉機會。 二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述： 近年來，隨著車輛技術的進步和車輛密度的加大，對變速器的性能要求也越來越高。眾多的汽車工程師在改進汽車變速器性能的研究中傾注了大量的心血，使變速器技術得到飛速的發(fā)展。近年來,隨著微電子技術的飛速發(fā)展,電子控制自動變速器的問世,給汽車帶來了更理想的傳動系統(tǒng)。機電一體化技術進入汽車領域,推動汽車變速器裝置的重大變革。自動變速器裝置出現(xiàn)了電子化趨勢,特別是大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展,使由微機控制發(fā)動機和變速器換擋成為可能。 目前世界上使用較多的汽車變速器是手動速器、電控液力自動變速器、金屬帶式無級變速器、電控機械式自動變速器、雙離合器變速器及環(huán)形錐盤滾輪引式無級變速器等數(shù)種。并具有各自優(yōu)勢，但其中金屬帶式無級變速器前景看好。 3、 畢業(yè)設計（論文）所采用的研究方法和手段： 1) 運用大學期間所學的專業(yè)課程知識、理論和畢業(yè)實習中學到的實踐知識，正確地解決變速器設計中的功能分析、工藝方案論證、工藝計算、變速器結構設計和零件設計等問題。 2)提高結構設計的能力。通過所給數(shù)據(jù)資料進行該產(chǎn)品結構設計，獲得高性能、高效率、低成本、微型化、智能化、集成化的新型變速器。 3)進行技術方面和經(jīng)濟方面的工藝分析。 4)確定齒輪結構，合理分配傳動比，選擇最佳功能和尺寸結構的工藝方案。5)進行齒輪齒數(shù)、齒輪型號、中心距、軸承型號的選用，軸向力、軸所受剪切力、齒輪、軸承受力的計算。 6)對所選用的齒輪進行齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度的校核和軸的受剪切力的校核。 7)熟練掌握查閱手冊圖表資料文獻。充分利用與變速器設計有關的各種資料，做到科學合理地熟練運用。 本課題通過給定的參數(shù)，首先進行了總體方案分析，確定出了變速器的各個部分的結構型式。然后對變速器的各部分分別進行了詳細設計和校核，確定出了變速器各個部分的主要參數(shù)。確定出參數(shù)后，用Pro/E 軟件進行了各個零部件的三維建模和裝配。三維建模完成后，又根據(jù)三維模型畫出主要零件零件圖及裝配圖。最后結合設計參數(shù)、設計過程整理設計報告說明書。 4、 主要參考文獻與資料獲得情況： 1． 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，2009，2期：32-36．2. 劉惟信. 論現(xiàn)代汽車設計及其發(fā)展趨勢[J]，汽車與社會, 1996, 1期: 40-41. 3．王望予．汽車設計（第四版）[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2003，78-113． 4．陳家瑞．汽車構造（第二版）[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2005，40-61． 5. 馬才伏．汽車底盤構造[M]，北京：北京大學出版社，2009，89-125． 6．賈維克．汽車手動變速器和變速驅動橋[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1998，49-65．7. 董寶承．汽車底盤[M] ，北京：機械工業(yè)出版社，2004，32-81． 8．孫志禮，馬星國，黃秋波等．機械設計[M]，北京：科學出版社，2008，35-266．9．王文斌，林忠欽，嚴雋琪等．機械設計手冊第3卷[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2004，19.3-19.29． 10．劉鴻文．材料力學（第四版）[M]，北京：高等教育出版社，2004，73-198． 11．張淑芬，楊民獻．工程力學[M]，蘭州：蘭州大學出版社，2003，182-196． 12．鞏云鵬，田萬祿，張祖立等．機械設計課程設計[M]，沈陽：東北大學出版社，2000，98-189． 13．張文春．汽車理論[M] ，北京：機械工業(yè)出版社，2005，70-83． 14． 孟剛．汽車傳動軸中間支承及變速器輸出軸受力分析[J]，機械研究與應用，2008，5期：16-18． 15. 汽車工程手冊編寫組. 汽車工程手冊[M], 北京:人民交通出版社, 2001, 160-165. 16．毛昕，張秀艷，黃英等．畫法幾何及機械制圖[M]，北京：高等教育出版社，2004，252-257． 所閱文獻的查閱范圍及手段主要以借閱、上網(wǎng)查閱、下載等方式在河南理工大學圖書館、河南理工大學圖書館電子資源以及 Internet 上查得相關資料。 5、 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）： 第1 ~4 周 查閱課題相關資料，查閱、整理相關資料、文獻。 第5 ~7 周 進行課題開題相關工作，并完成開題報告。 第8 ~10 周 參數(shù)計算，完成變速器設計。 第11~12周 進行三維設計及部分零部件的二維圖紙的繪制，完成所有設計圖紙。 第13~14周 撰寫說明書，擬寫畢業(yè)論文。 第 15 周 完成論文的編寫、修改工作,準備答辯。 第16~17周 完成畢業(yè)論文，答辯。 六、指導教師審批意見（對選題的可行性、研究方法、進度安排作出評價，對是否開題作出決定）： 指導教師： （簽名） 年 月 日 5 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 摘 要 汽車變速器，是一套用于來協(xié)調(diào)發(fā)動機的轉速和車輪的實際行駛速 度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過 程中，在發(fā)動機和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機 工作在其最佳的動力性能狀態(tài)下。 本設計的任務是設計一臺用于轎車上的機械式手動五檔變速器。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。 關鍵詞：變速器 鎖環(huán)式同步器 中間軸 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 Abstract Automobile transmission is one set of speed- transformation which is used to coordinate the speed of the engine and the actual speed of the wheels , so that it can play the best performance of engine. In the running process of the automobile, the transmission can produce different transmission ratio between the engine and the wheel, and the engine can work in the best state of dynamic performance by shifting. The task of this design is to design a mechanical manual five gear transmission used in the saloon. This gearbox has five forward gears (including a overdrive gearfifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. This design uses the intermediate bearing type of transmission. This transmission has two prominent merits: Firstly , the direct transmission has a high transmission efficiency, the attrition and the noise are also minimal ; Secondly , its allowed to obtain bigger gear ratio of the first gear when the center distance is smaller. According to the saloon 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, consider the choosing engine model we can obtain the 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 important parameters such as the max power, the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon, we can choose the suitable final drive ratio. According to the above parameters, combining the knowledge of automobile design, automobile theory, machine design and so on, we can calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. Key words: transmission inertial type of synchronizer countershaft 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 目 錄 前 言 .1 符 號 說 明 .6 1 機械式變速器的概述 .8 1.1 變速器的功用和要求 .8 1.1 變速器的結構組成 .9 1.1 變速器的工作原理 .10 2 變速器結構方案的確定 .15 2.1 結構分析與型式選擇 .15 2.2 倒檔傳動方案 .22 2.3 變速器主要零件結構的方案分析 .23 2.3.1 齒輪型式 .23 2.3.2 換檔結構型式 .23 3 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設計 .27 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 .27 3.1.1 檔數(shù)和傳動比 .27 3.1.2 中心距 .29 3.1.3 軸向尺寸 .30 3.1.4 齒輪參數(shù) .30 3.2 各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定 .33 3.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) .33 3.2.2 確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) .34 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 3.2.3 確定其他檔位的齒數(shù) .35 3.2.4 確定倒檔齒輪的齒數(shù) .35 3.3 齒輪變位系數(shù)的選擇 .36 4 變速器齒輪的強度計算與材料的選擇 .38 4.1 齒輪的損壞原因及形式 .38 4.2 齒輪的強度計算與校核 .38 4.2.1 齒輪彎曲強度計算 .39 4.2.1 齒輪接觸應力 .41 5 變速器軸的強度計算與校核 .44 5.1 速器軸的結構和尺寸 .44 5.1.1 軸的結構 .44 5.1.2 確定軸的尺寸 .45 5.2 軸的校核 .46 5.2.1 第一軸的強度與剛度校核 .46 5.2.2 第二軸的校核計算 .48 6 變速器同步器的設計 .51 6.1 同步器的結構 .51 6.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 .53 7 變速器的操縱機構 .56 結論 .57 致 謝 .58 參考文獻 .59 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 1 前 言 汽車變速器，是一套用于來協(xié)調(diào)發(fā)動機的轉速和車輪的實際行駛速 度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能。隨著汽車變速器技術的發(fā) 展，對變速器油提出了更高的性能要求，并提供了廣闊的市場空間。由 于汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車變速器技術也正在日益更新。世界知名汽 車企業(yè)進入國內(nèi)汽車市場，促進了國內(nèi)汽車技術的進步，使得變速器技 術不斷更新。 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） 、無級變速器（CVT） 。 一、手動變速器(MT) 手動變速器 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 2 如上圖，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。 手動車型到目前為止還是車市中最主流的車 型。目前手動變速器的技術已經(jīng)非常的成熟，它是通過齒輪的嚙合來傳 動發(fā)動機的動力。因其傳動效率高，結構簡單，維修保養(yǎng)成本低，所以 備受青睞。 MT 如果操作熟練的話燃油經(jīng)濟性也比一般的自動擋車型要好，同 時能夠充分享受駕駛的樂趣。但不太適合在城市里交通擁堵情況下使用， 而且如果無法掌握好換檔時機，油離配合不好的話，燃油經(jīng)濟性也無法 保證。 特點：又稱機械式變速器，即必須用手撥動變速桿（俗稱“擋把”） 才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。 轎車手動變速器大多為四檔或五檔有級式齒輪傳動變速器，并且 通常用同步器，換擋方便，噪音小。手動變速在操縱時必須踩下離合， 方可撥得動變速桿。手動變速器是與自動變速器相對而言的，其實在自 動變速器出現(xiàn)之前所有的汽車都是采用手動變速器。手動變速器是利用 大小不同的齒輪配合而達到變速的。 優(yōu)點：維修保養(yǎng)成本低，能夠帶來駕駛樂趣。一般來說，手動變速 器的傳動效率要比自動變速器的高，因此駕駛者如果技術好的話，手動 變速的汽車在加速、超車時比自動變速車快，也省油。缺點：操作復雜， 而且惡劣的交通狀況下駕駛起來比較累人。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 3 二、自動變速器（AT） 自動變速器 相對于手動變速器來說自動變速器（如上圖）能讓開車變得簡單方 便，易于新手上路。目前手自一體車型大為興起，傳統(tǒng)的自動變速器已 經(jīng)被越來越多的車型拋棄，漸有被取代之勢。特點是自動變速器，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。而駕駛者只需要操縱加速踏板控制車速即可。一般來講，汽車 上常用的自動變速器有以下幾種類型：液力自動變速器、液壓傳動自動 變速器、電力傳動自動變速器、有級式機械自動變速器和無極式自動變 速器。液力自動變速器主要是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構成，主要包 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 4 含自動離合器和自動變速器兩大部分。它能夠根據(jù)油門的開度和車速的 變化，自動的進行換擋。 優(yōu)點：操作簡單，使用方便。自動變速器具有操作容易、駕駛舒適、 能減少駕駛者疲勞的優(yōu)點，已成為現(xiàn)代轎車配置的一種發(fā)展方向。裝有 自動變速器的汽車能根據(jù)路面狀況自動變速變矩，駕駛者可以全神貫注 地注視路面交通而不會被換擋搞得手忙腳亂。缺點：傳動效率低，經(jīng)濟 性不好;結構復雜，維修成本高。 三、無級變速器（CVT） 無極變速器 CVT 無級變速器（如上圖）采用傳送帶和工作直徑可變的主、從動 輪相互配合來傳遞發(fā)動機的動力，代表的自動變速器的發(fā)展方向。它突 出的特點就是沒有傳統(tǒng)自動變速器換擋時會出現(xiàn)的頓挫感，加速連續(xù)性 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 5 更好，燃油經(jīng)濟性也更高。目前它還有許多不完善的地方，所以目前市 場上搭配 CVT 變速器的車型不多(如天籟，軒逸等)，看來是有點曲高和 寡的意思。 特點：無級變速器系統(tǒng)是由兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的，要 比傳動自動變速器結構簡單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動比， 從而實現(xiàn)全程無級變速，使汽車的車速變速平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換檔 時那種“頓”的感覺。 優(yōu)點：駕駛平順性、加速性、經(jīng)濟性以及排放都較好。CVT 最大優(yōu) 點就是無級控制輸出的速比，在行駛中達到行云流水的感覺，沒有換檔 的感覺，加速也會比自動變速器快。由于行駛中減少了轉速的不必要波 動，對省油也大有好處。缺點：技術還不完善;價格較高，維修成本較 高。 本設計是根據(jù)家用轎車車型而開展的，設計中所采用的相關參數(shù)： 主減速比：4.782 滿載質量： 1800 kg； 最高時速：190km/h 發(fā)動機型號：SQR481FC 輪胎型號：205/65R15 最大扭矩：170Nm 最大功率：95kw 最高轉速：6000r/min 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 6 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 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 7 斜齒輪法向模數(shù)nm 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 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 扭轉切應力 MPaT 軸的抗扭截面系數(shù) W3m 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 8 軸的材料的剪切彈性模量 MPaG 垂直面內(nèi)的撓度 mmcf 水平面內(nèi)的撓度 mms 1 機械式變速器的概述 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(nèi)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(nèi)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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 9 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 變速器的結構組成 變速器由傳動機構和變速機構組成，可制成單獨變速機構或與傳動 機構合裝在同一殼體內(nèi)。傳動機構大多用普通齒輪傳動，也有的用行星 齒輪傳動。普通齒輪傳動變速機構一般用滑移齒輪和離合器等?；讫X 輪有多聯(lián)滑移齒輪和變位滑移齒輪之分。用三聯(lián)滑移齒輪變速，軸向尺 寸大；用變位滑移齒輪變速 ，結構緊湊 ，但傳動比變化小。離合器有 嚙合式和摩擦式之分。用嚙合式離合器時，變速應在停車或轉速差很小 時進行，用摩擦式離合器可在運轉中任意轉速差時進行變速，但承載能 力小，且不能保證兩軸嚴格同步。為克服這一缺點，在嚙合式離合器上 裝以摩擦片，變速時先靠摩擦片把從動輪帶到同步轉速后再進行接合。 行星齒輪傳動變速器可用制動器控制變速。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 10 1.3 變速器的工作原理 1、為了了解標準變速器的基本原理，下圖顯示了處于空擋狀態(tài)的簡單 兩速變速器。 圖 1-1 兩速變速器工作原理 讓我們來看看圖中的每一個部件，以及它們是如何裝配的： 綠色軸將發(fā)動機與離合器連接起來。 綠色軸和綠色齒輪連 在一起，形成一個整體。 （離合器是用于連接發(fā)動機和 變速器或斷開其間連接的裝置。 踩下離合器踏板時，發(fā) 動機與變速器斷開，此時雖然汽車并不移動，但發(fā)動機仍 在運轉。 而松開離合器踏板時，發(fā)動機和綠色軸就直接 連在一起。 綠色軸和齒輪的轉速與發(fā)動機相同。) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 11 紅色軸及紅色齒輪稱為副軸。 它們也連為一個整體，因此 副軸上的所有齒輪和副軸本身作為整體旋轉。 綠色軸與 紅色軸直接通過各自的嚙合齒輪連接起來，所以當綠色軸 轉動時，紅色軸也會轉動。 因此，一旦離合器接合，副 軸就直接從發(fā)動機獲得動力。 黃色軸是花鍵軸，通過連接到汽車驅動輪的差速器直接與驅 動軸連接。 如果車輪轉動，黃色軸也將隨之轉動。 藍色齒輪連在軸承上，因此會隨黃色軸轉動。 如果發(fā)動機 已關閉，但汽車還在滑行，則在藍色齒輪和副軸停止運動 時，黃色軸仍可能在藍色齒輪內(nèi)部轉動。 軸環(huán)將兩個藍色齒輪中的一個連接到黃色驅動軸上。 它通 過齒槽直接與黃色軸相連，并與黃色軸一起轉動。 但軸 環(huán)也可以沿著黃色軸左右滑動，從而選擇性地接合兩個藍 色齒輪中的一個。 軸環(huán)中的齒稱為犬齒，可與藍色齒輪 側面的孔相接合。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 12 2、 一擋齒輪(如圖 1-2 ）顯示了當軸環(huán)換到一擋時如何結合右邊的藍 色齒輪： 圖中，發(fā)動機的綠色軸轉動副軸，副軸則轉動右邊的藍色齒 輪。 齒輪通過軸環(huán)驅動黃色驅動軸。 同時，左邊的齒輪也在轉動，但 只是在其軸上空轉，對黃色軸并不產(chǎn)生影響。當軸環(huán)位于兩個齒輪之間 時（如 圖 1-1 所示），變速器為空擋狀態(tài)。 黃色軸上以不同速率運 轉的兩個藍色齒輪都通過其與副軸的速比來控制。 圖 1-2 一檔工作原理 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 13 3、 五檔手動變速器在汽車上已經(jīng)相當普遍了。 其內(nèi)部結構如下圖 所示： 圖 1-3 五檔手動變速器工作原理 換擋裝置（如圖 1-4 ）有三個撥叉，由換擋桿接合的三個桿控 制。 俯看換擋叉軸，它們在空擋、倒擋、一擋和二擋中的情形如下 圖所示：注意，換擋桿中部有一個旋轉點。 在將旋鈕前推接合一擋 齒輪時，實際上是在推動桿和撥叉，以便將一擋齒輪拉回來?？梢?看到，左右移動變速桿也是在接合不同的撥叉（從而接合不同的軸 環(huán)）。 將旋鈕前后移動也就移動了軸環(huán)，使它們接合一個齒輪。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 14 圖 1-4 換擋原理示意圖 新式客車的手動變速器采用同步器，這樣就不需要使用雙踩離 合。同步器的作用是，在它與犬齒接觸前，使軸環(huán)與齒輪發(fā)生有摩 擦的接觸。 這樣，在犬齒接合前，就可以使軸環(huán)和齒輪速度達到同 步，如圖所示：藍色齒輪上的錐體接合軸環(huán)中的錐形區(qū)域，錐體與 軸環(huán)間的摩擦使軸環(huán)和齒輪同步。軸環(huán)的外部隨之滑動，使犬齒接 合齒輪。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 15 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。 2.1 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。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 16 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了最廣泛的應用。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。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 17 1 2 圖 2-1 轎車中間軸式五檔變速器 3 1第一軸；2第二軸；3中間軸 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。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 18 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 2-2 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。 由于所設計的汽車采取發(fā)動機前置，后輪驅動，因此采用中間軸式 變速器。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 19 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。 圖 2-3 中間軸式四檔變速器傳動方案 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 20 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 2-4a 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(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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 21 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(nèi)，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。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 22 2.2 倒檔傳動方案 圖 2-6 為常見的倒擋布置方案。圖 2-6b 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 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，有的貨車倒擋傳動采用圖 2-6g 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 2-6f 所示的傳動方案。 圖 2-6 變速器倒檔傳動方案 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 23 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。 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、 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 24 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(nèi) 齒嚙合套和外齒嚙合套，視結構布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采 用內(nèi)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 2-7a）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 13mm。 使用中因接觸部分擠壓和磨損，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?。?.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 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 2030） ，使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力 a b（圖 2-9） 。這種結 構方案比較有效，采用較多。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 25 圖 2-7 防止自動脫檔的結構措施 此段切薄 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 26 圖 2-8 防止自動脫檔的結構措施 加工成斜面 圖 2-9 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 2- 10 所示： 圖 2-10 鎖環(huán)式同步器 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 27 max0maxaxmax(cosin)egITrif gmax0rgeiTi 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 3 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 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 （3-1） 則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動比為 （3-2） 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 28 max2egITriG2max0rgIeTii 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 求得的變速器 I 檔傳動比為： 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 1800 kg； Te max=170Nm； i0=4.782； 輕型車輪胎尺寸根據(jù) GB/T2977-1997輕型汽車輪胎系列 ， 由輪 胎型號 205/65R15 查得 rr=337.25mm； 取 =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 0.70.8，本設計取五檔傳動比 ig =0.75。 中間檔的傳動比理論上按公比為： 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 29 max1ingq2.5169.()gIgIVii修 正 為 3IAmaxKT （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)上式可得出： =1.51。q 故有： 3.1.2 中心距 對于中間軸式變速器，中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心 距 A。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。中間軸式變速器的中心距 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；對于本設計取 K A =9.1 TI max -變速器處于一檔時的輸出扭矩： TI max=Te max igI =628.3Nm 已知 Te max =170Nm igI =3.85 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 30 取變速器傳動效率 =0.95 代入數(shù)據(jù)可得出初始中心距 A=77.08mm。轎車變速器的中心距在 6080mm 范圍內(nèi)變化。初取 A=77mm。 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。 轎車五檔變速器殼體的軸向尺寸（3.03.4） A。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，軸向尺寸系數(shù)應取給 出系數(shù)的上限。為檢測方便，軸向尺寸系數(shù)取整數(shù) 3.0。 本次設計采用 5+1 手動擋變速器，其殼體的軸向尺寸初選 3 77mm=231mm，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) 變速器齒輪模數(shù)選取的一般原則如下 為了減少噪聲應合理減小模數(shù)，同時增加齒寬； 為使質量小些，應該增加模數(shù)，同時減少齒寬； 從工藝方面考慮，各檔齒輪應該選用同一種模數(shù)； 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 31 從強度方面考慮，各擋齒輪應該選用不同模數(shù)； 低擋齒輪選用大一些的模數(shù)，其他檔位選用另一種模數(shù)。 根據(jù)設計實踐經(jīng)驗，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 3ax0.47eT (3-5) 其中 =170Nm，可得出 mn=2.5。maxeT 一檔直齒輪的模數(shù) m mm 31max0.T (3-6) 通過計算 m=3。 對于轎車，減小噪聲比減少質量更加重要，因此模數(shù)應該選得大一 些，另外從工藝方面考慮，低檔齒輪一檔選用大一些的模數(shù) m=3，其他各 檔齒輪選用同一種模數(shù) mn=2.5。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 項 目 車型 齒形 壓力角 螺旋角 轎車 高齒并修形的齒形 14.5，15，16 16.5 2545 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 32 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 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，應取大些。國家規(guī)定的標準壓力角為 20，所以普遍采用的壓力角為 20。嚙合套或同步器的壓力角有 20、25、30等，普遍采用 30壓力角。因此在本設計中變速器 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的軸向力相 互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律取右旋，而第一軸和第二軸上 的的斜齒輪取左旋，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的齒寬系數(shù)可取大些，使接觸線長度增加，接 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 33 觸應力降低，以提高傳動平穩(wěn)性和齒輪壽命。因此，在此 1 擋第 1 軸常 嚙合直齒齒輪寬度取=8.0 x3.0=24（mm） 。第 2 軸常嚙合直齒齒輪的寬度 取=7.0 x3.0=21（mm） ，其余檔位斜齒齒輪寬度取=7.0 x2.5=17.5（mm） ， 取整 18mm。同時為增加嚙合強度和穩(wěn)定性，相互嚙合齒輪寬有 12mm 調(diào)整。 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。 圖 3-1 五檔變速器示意圖 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 34 1092ZigImAZ2 91012ZigI 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 =77mm、 m =3；故有 。4.51Z 當轎車中間軸式變速器 時，則93gIi ，此處取 =16，則可得出 =35。范 圍 內(nèi) 選 擇可 在 17510Z109Z 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(diào)整為整數(shù)Z 后，從式（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 3.2.2 確定常嚙合齒輪副的齒數(shù) 由式（3-7）求出常嚙合齒輪的傳動比 （3-9） 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 35 76.12Zcos2)(21ZmAnnmZcs2191.3 gIi8712Zig425.87Z nmAcos5.2gi 由已經(jīng)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 （3-10） 由此可得： (3-11) 而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計算出： 。 521 與聯(lián)立可得： =19、 =34。1Z2 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： 對于斜齒輪 （3-13） 故有： 5387Z 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 36 1231Zigr)(21132Zmn)(21 13ZA 聯(lián)立得： 。23187Z、 按同樣的方法可分別計算出：三檔齒輪 ；四檔齒2765Z、 輪 。371643Z、 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 =16gri 10Z 略小，取 。132Z 而通常情況下，倒檔軸齒輪 取 2123，此處取 =21。113 由 （3-14） 可計算出 。271Z 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) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 37 =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(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相接近的程度。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，又避免了其缺點。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，一對齒輪齒根總厚度越薄，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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 38 17Z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，一檔主動齒輪的齒數(shù) Z1017，因此一檔齒輪需要變位。 變位系數(shù) （3-17） 式中 Z 為要變位的齒輪齒數(shù)。 4 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(chǎn)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(chǎn)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差，換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造 成損壞。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 39 10tfWFKby102/tgFTdKgT 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 40Cr。 4.2.1 齒輪彎曲強度計算 （1） 直齒輪彎曲應力 W （4-1） 式中， -彎曲應力（MPa） ； -一檔齒輪 10 的圓周力（N）， ；其中 10tF 為計算載荷（Nmm） ， d 為節(jié)圓直徑。 -應力集中系數(shù)，可近 似取 1.65； 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 40 92max10geZT102gTFd -摩擦力fK 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） =170 1000 2.18 1.78 =659668Nm 故由 可以得出 ；再將所得出的數(shù)據(jù)代入式（4-1）可得10tF 65.3wMPa 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 41 1wFKbty87 82gttTFd8679.152.8203w MPa 5627.4wMPa 953.01wMPa 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maxeT 輪的彎曲應力在 400850MPa 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K 相同， ，1.50 選擇齒形系數(shù) y 時，按當量模數(shù) 在圖（4-1）中查得。3/cosnz 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： =6798.8N7ttF 齒輪 8 的當量齒數(shù) =47.7，可查表（4-1 ）得： 。3/cosnz80.153y 故 同理可得： 。7. 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： 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 42 12.5974wMPa348.16wa10.48 j zbFEj12/gFTdj 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 180350MPa 范圍內(nèi)，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） ， ；(cos) -圓周力在（N） ， ；1 -節(jié)點處的壓力角（） ； -齒輪螺旋角（） ； E-齒輪材料的彈性模量（MPa） ，查資料可取 ；3190EMPa b-齒輪接觸的實際寬度，20mm； 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 43 sinzbr2sin/coszzbr 1234598.657.081.792jjjjjjRMPaaPM -主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（mm） ；zb、 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） 。zbr、 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maxeT 的許用接觸應力 如上表j ： 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： /MPaj 齒輪 滲碳齒輪 液體碳氮共滲齒輪 一檔和倒檔 19002000 9501000 常嚙合齒輪和高檔 13001400 650700 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 44 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。 5 變速器軸的強度計算與校核 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 45 5.1 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(nèi)腔的軸承上， 其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)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(nèi)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。其結構如圖 5-2 所示： 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 46 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