轎車五檔變速器設(shè)計(jì)

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乘坐舒適性和簡便的操作， 在汽車工業(yè)中占有相當(dāng)?shù)牡匚弧?我國幾種系列轎車中和重型載貨車上雖有應(yīng)用， 但限于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件， 獨(dú)立開發(fā)， 成批生產(chǎn) AT 的能力尚不具備。 省油， 排污低， 操縱方便， 行駛舒適的機(jī)械式無級(jí)自動(dòng)變速器(CVT)一直是人們追求的目標(biāo)。 CVT 與其它傳動(dòng)相比， 操縱方便性和乘坐舒適性均可與液力變矩器相媲美， 而其傳動(dòng)效率卻遠(yuǎn)高于液力變矩器。 更主要的是它能夠協(xié)調(diào)車輛外界行駛條件與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷， 充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)潛力， 提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性， 使汽車具有良好的牽引特性， 顯著地提高超車性能， 這是現(xiàn)有的有級(jí)式變速器無法相比的， 故 CVT 是國內(nèi)外汽車傳動(dòng)研究和推廣的重點(diǎn)之一。 電傳動(dòng)與液壓車輛的馬達(dá)相似， 它一改機(jī)械傳動(dòng)中的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 代之以電流輸至電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)汽車。 另一種以新型蓄電池， 燃料電池作為能源的電動(dòng)車， 它不用石油燃料， 無污染， 能量轉(zhuǎn)換效率高， 因而將廣泛用于短途運(yùn)輸?shù)霓I車， 大客車， 貨車上。 日本的電源公司， 美國通用公司， 德國大眾公司等研制的電動(dòng)車已基本上滿足使用者的需要。 電力式自動(dòng)變速器噪聲低， 污染小， 自動(dòng)化程度高， 元件布置方便， 可用電池代替原動(dòng)機(jī)， 在不可再生資源日益枯竭， 環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，電力式自動(dòng)變速器無疑是重要的發(fā)展方向之一。 電子控制機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)是自動(dòng)變速器的一種， 它是在原有固定軸式齒輪變速器的基礎(chǔ)上， 把選， 換檔和離合器及發(fā)動(dòng)機(jī)油門的操縱自動(dòng)化。 與液力機(jī)械式自動(dòng)變速器和機(jī)械式無級(jí)變速器相比， 它具有傳動(dòng)效率高， 成本低， 易制造，生產(chǎn)繼承性好等優(yōu)點(diǎn)， 從世界范圍來看， 它是自動(dòng)變速器的一個(gè)重要發(fā)展方向。近年來， 隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和車輛密度的加大， 對(duì)變速器的性能要求也越來越高。 眾多的汽車工程師在改進(jìn)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(shù)得到飛速的發(fā)展。雖然它有諸多缺點(diǎn)， 如換擋沖擊大， 體積大， 操縱麻煩等； 但是， 它也有很多優(yōu)點(diǎn)， 如傳動(dòng)效率高， 工作可靠， 壽命長， 制造工藝成熟和成本低等。 所以， 如果能改善機(jī)械式變速器上述的缺點(diǎn)，它還是有很大的發(fā)展空間的。 如果在減小機(jī)械式變速器的體積和提高傳動(dòng)平穩(wěn)性兩方面做一些研究， 就可以解決這些問題。 隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 電子控制自動(dòng)變速器的問世， 給汽車帶來了更理想的傳動(dòng)系統(tǒng)。 機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域， 推動(dòng)騎車變速器裝置的重大變革。 自動(dòng)變速器裝置出現(xiàn)了電子化趨勢(shì)， 特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 使由微機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器換擋成為可能。 總體看來， 目前世界上應(yīng)用較多的汽車變速器是手動(dòng)變速器、 電控液力自動(dòng)變速器、 金屬帶式無級(jí)變速器、 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器、 雙離合器變速器及環(huán)形錐盤滾輪引式無級(jí)變速器等數(shù)種， 并具有各自優(yōu)勢(shì)， 但其中金屬帶式無級(jí)變速器前景看好。 我國的汽車及各種車輛的零部件產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上和發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距， 其中一個(gè)重要原因就是設(shè)計(jì)手段落后， 發(fā)達(dá)國家在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上早以進(jìn)入了分析設(shè)計(jì)階段， 他們利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)， 將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法， 如有限元分析、 優(yōu)化設(shè)計(jì)、 可靠性設(shè)計(jì)等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中， 采用機(jī)械 CAD 系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建模、 分析、 仿真、 干涉檢查， 實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)， 大大地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率， 減少了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用， 縮短了產(chǎn)品更新周期。 而我們的設(shè)計(jì)手段仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的二維設(shè)計(jì)階段， 設(shè)計(jì)完成后在投產(chǎn)中往往要進(jìn)行很大的改動(dòng)， 使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長， 性能質(zhì)量低等。 為改變我國的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)手段的落后狀況， 縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期， 提高市場(chǎng)競(jìng)爭力， 有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的 CAD 系統(tǒng)， 對(duì)已開發(fā)的 CAD 系統(tǒng)需進(jìn)一步提高和完善。 隨著 CAD 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用， 許多國家和部門都對(duì)其進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)， 隨之開發(fā)并形成一些成套硬件和軟件系統(tǒng)。 在美國、 日本及歐洲發(fā)達(dá)國家中，利用 CAD 技術(shù)解決眾多繁瑣的設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。 形成了以圖形系統(tǒng)為基礎(chǔ)、 以數(shù)據(jù)庫為核心、 以工具系統(tǒng)為支撐和以分析計(jì)算為應(yīng)用的集成化系統(tǒng)。 研究意義：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)正是利用CAD技術(shù)來完成五檔變速器的設(shè)計(jì)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅可以鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，還可以培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的能力，同時(shí)提高了應(yīng)用Pro/E軟件的能力，因而是一次很好的理論和實(shí)踐相結(jié)合的鍛煉機(jī)會(huì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)源于生產(chǎn)世紀(jì)，對(duì)于我們今后從事實(shí)際技術(shù)工作有很大的幫助，有利于我們掌握壓鑄模設(shè)計(jì)的過程和要點(diǎn)，熟悉Pro/E軟件在壓鑄模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用步驟，為日后的工作打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 二、設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案，路線） （一）主要研究內(nèi)容： 1. 變速器的結(jié)構(gòu)形式選擇 2. 變速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 3. 變速器中心距的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4. 各檔齒輪和軸的校核計(jì)算 5. 用 CAD 畫裝配圖和零件圖。 （二）預(yù)期目標(biāo)： 技術(shù)方案： 1. 改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利(功率較高而油耗較低)的工況下工作； 2. 在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變情況下，使汽車能倒退行駛； 3. 利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出； 4.使換擋迅速、省力、方便； 5.工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有挑擋、亂擋及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生； 6.使變速器的工作噪聲低。 設(shè)計(jì)路線： 1.研究五檔變速器換擋原理與動(dòng)力傳遞方式，明確變速器的功用與設(shè)計(jì)要求。 2.研究變速器的主要類型和結(jié)構(gòu)。 3.分析變速器的主傳動(dòng)方案和倒擋方案。了解每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇最合適的傳動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4.確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，要考慮齒輪型式、換擋結(jié)構(gòu)型式、軸承型式等因素，以滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便等要求。 5．對(duì)變速器的主要參數(shù)進(jìn)行選擇，通過計(jì)算得出變速器的檔位數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、齒輪模數(shù)、齒形、壓力角、螺旋角、齒寬和齒輪變位系數(shù)等參數(shù)。 6.完成對(duì)齒輪和軸的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核，并作出相應(yīng)的二維、三維圖。 三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)： 重點(diǎn)： 1.變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇； 2.變速器參數(shù)的確定； 3.同步器的設(shè)計(jì)。 難點(diǎn)： 1.同步器方案的選擇； 2.同步器參數(shù)的設(shè)計(jì)； 3.齒輪參數(shù)的確定。 四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）： （一）研究方法： 首先閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)資料，教材及新聞背景資料，包括機(jī)械制造的原理及方法，數(shù)控機(jī)床現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)，國際水平探討方面的書籍、報(bào)刊。以了解可靠性的內(nèi)容。然后通過調(diào)研，進(jìn)一步了解企業(yè)現(xiàn)狀及需求。接下來進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。確定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性再進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （二）進(jìn)度安排： 五、進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件： 1、需工作間、電腦、相關(guān)資料等； 2、 使用繪圖軟件，辦公軟件進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)工作； 3、繪制整機(jī)裝配圖，繪制設(shè)備部分零件圖，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書； 4、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的工作量。 六、主要參考文獻(xiàn)（不少于15篇文獻(xiàn)）： [1] 張軍,朱亮亮,彭思茂.基于CATIA五檔手動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2015,14(08):72-73. 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[14] Xiawei Liao,Li Chai,Yu Jiang,Junping Ji,Xu Zhao. Inter-provincial electricity transmissions’ co-benefit of national water savings in China[J]. Journal of Cleaner Production,2019,229. [15] A. Srinivasan,G. Rohini. Performance based algorithms for video bit transmissions[J]. Cognitive Systems Research,2019,56. [16] Pulling Line Speeds Up Transmission Line Installation in Puerto Rico[J]. Transmission & Distribution World,2019. 摘 要 變速器的性能直接體現(xiàn)出整車性能的高低，特別是燃油經(jīng)濟(jì)性的好壞。所以變速器的設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低一直是汽車行業(yè)競(jìng)爭的焦點(diǎn)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,轎車變速器的設(shè)計(jì)趨勢(shì)為增大變速器傳遞功率與重量之比,并要求變速器具有較小的尺寸和良好性能。在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下,著重對(duì)變速器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 （1） 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案。系統(tǒng)的分析了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案和零部件的結(jié)構(gòu)方案，給出了具體的設(shè)計(jì)方案，即雙軸傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。 （2） 變速器齒輪的設(shè)計(jì)與校核。決定了傳播的有關(guān)參數(shù)和齒輪的主要參數(shù)，包括確定傳動(dòng)比、中心距的距心以及齒輪參數(shù)的確定，還有每個(gè)齒輪的分布，外部的大小齒輪和傳動(dòng)裝置。進(jìn)行檢查以確保滿足變速器的工作需求為下一步的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ) （3） 變速器軸的設(shè)計(jì)與校核。對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的檢查了傳動(dòng)軸在不同齒輪位置的剛度和強(qiáng)度，確保傳動(dòng)軸在運(yùn)行的過程中處于許用應(yīng)力、轉(zhuǎn)角和剛度的范圍內(nèi)，確保所選用的軸承能在規(guī)定的使用范圍工作。 （4）變速器同步器及操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。對(duì)同步器的工作原理和操作機(jī)理進(jìn)行了分析，最后確定同步器的主要參數(shù)，使同步器滿足設(shè)計(jì)要求。 最后根據(jù)汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚?、機(jī)械設(shè)計(jì)課程等參考資料提供的相關(guān)知識(shí)，對(duì)手動(dòng)變速器的參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)用AutoCAD軟件完成變速器二維裝配圖和零件圖的繪制。 關(guān)鍵詞：變速器；齒輪；同步器；設(shè)計(jì) ABSTRACT The performance of the transmission directly reflects the performance of the whole vehicle, especially the fuel economy. So variable speed.The design quality of the device has always been the focus of competition in the automobile industry. With the development of automobile industry, the car transmissionThe design trend is to increase the ratio of transmission power to weight, and to require the transmission to have a small size and good performance.Yes. Under the conditions of given output torque, rotating speed, maximum speed and maximum climbing slope of the engine, emphasis is placed on the teeth of the transmission.The structural parameters of the wheel and the structural size of the shaft are designed and calculated. (1)the arrangement scheme of transmission mechanism. The arrangement scheme of transmission mechanism and the junction of parts and components are analyzed systematically.The specific design scheme, that is, the design of biaxial transmission, is given. (2) Design and check of transmission gear. Determines the relevant parameters of propagation and the main parameters of gears, includingDetermine the transmission ratio, the center of the center distance, and the parameters of the gear, as well as the distribution of each gear and the size of the outside.Gears and gearing. Check to ensure that the working requirements of the transmission are met to lay the foundation for the next step of design (3) Design and check of transmission shaft. The transmission shaft is designed in detail, and the transmission shaft is checked systematically.The stiffness and strength of different gear positions to ensure that the transmission shaft is in allowable stress, rotation angle and stiffness during operation.Within the range of degrees, ensure that the selected bearings can work within the prescribed range of use. (4) Design of transmission synchronizer and control mechanism. The working principle and operation mechanism of the synchronizer are divided into two parts: the working principle and the operation mechanism of the synchronizer.Finally, the main parameters of the synchronizer are determined so that the synchronizer can meet the design requirements. Finally, according to the relevant knowledge provided by automobile design, automobile theory, mechanical design course and other reference materials, the fourth part is based on the relevant knowledge provided by automobile design, automobile theory, mechanical design course and so on.The parameters of manual transmission are tested and the rationality of the design is verified. At the same time, the variable speed is completed by AutoCAD software.The drawing of two-dimensional assembly drawing and part drawing of the device. Key Words :Transmission ；Gear；Synchrotron ；Design 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1.1 選題的目的和意義 1 1.2 變速器發(fā)展和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 變速器設(shè)計(jì)的要求 1 1.4 研究的基本內(nèi)容 2 第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 3 2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 3 2.1.1 兩軸式和中間軸式變速器 3 2.1.2 多中間軸結(jié)構(gòu) 3 2.1.3 倒擋的形式和布置方案 3 2.2 零、部件布置方案分析 4 2.2.1 齒輪形式 4 2.2.2 換擋的結(jié)構(gòu)形式 5 2.2.3 防止自動(dòng)脫檔的措施 6 2.2.4 軸承形式 7 2.2.5 組合式變速器 7 2.3 本章小結(jié) 7 第三章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)與校核 8 3.1 變 速 器 的 設(shè) 計(jì) 要 求 8 3.2 變速器各檔傳動(dòng)比的確定 9 3.3 齒輪參數(shù)的確定 11 3.4 各檔齒輪齒數(shù)的分配 13 3.5 變位系數(shù)的確定 16 3.6 齒輪尺寸的確定 17 3.7 齒輪的校核 18 3.8 變速器殼體材料的選用 23 3.9 本章小結(jié) 23 第四章 變速器軸及軸承的設(shè)計(jì)與校核 24 4.1 變速器軸的設(shè)計(jì) 24 4.2 變速器軸的校核 25 4.3 軸承的校核 33 4.4 本章小結(jié) 35 第5章 變速器同步器及操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 36 5.1 同步器設(shè)計(jì) 36 5.1.1 同步器的功用及分類 36 5.1.2 慣性式同步器 36 5.2 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 39 5.3 本章小結(jié) 40 總 結(jié) 41 參考文獻(xiàn) 42 致 謝 43 IV 第一章 緒 論 1 . 1 選 題 的 目 的 和 意 義 汽 車 變 速 器 是 汽 車 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 部 件 。 因 為 速 度 范 圍 對(duì) 應(yīng) 于 汽 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 額 定 轉(zhuǎn) 矩 很 小 ， 和 復(fù) 雜 的 操 作 條 件 要 求 汽 車 的 驅(qū) 動(dòng) 力 和 速 度 可 以 在 較 大 范 圍 內(nèi) 變 化 ， 因 此 ， 齒 輪 傳 動(dòng) 是 用 來 適 應(yīng) 變 化 的 速 度 在 開 車 。 變 速 器 是 汽 車 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 重 要 組 成 部 分 ， 其 性 能 對(duì) 汽 車 的 動(dòng) 力 性 、 燃 油 經(jīng) 濟(jì) 性 和 乘 坐 舒 適 性 有 著 非 常 重 要 的 影 響 。 手 動(dòng) 機(jī) 械 傳 動(dòng) 完 全 符 合 駕 駛 員 的 意 愿 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 傳 動(dòng) 效 率 高 ， 故 障 率 低 ， 經(jīng) 濟(jì) 、 環(huán) 保 、 優(yōu) 質(zhì) 、 價(jià) 廉 。 因 此 ， 它 仍 在 市 場(chǎng) 上 開 發(fā) 手 動(dòng) 機(jī) 械 變 速 器 。 適 應(yīng) 當(dāng) 代 世 界 經(jīng) 濟(jì) 的 發(fā) 展 和 需 要 。 隨 著 技 術(shù) 、 節(jié) 能 環(huán) 保 的 快 速 發(fā) 展 ， 新 材 料 的 應(yīng) 用 、 高 性 能 和 低 成 本 可 以 成 為 新 型 汽 車 變 速 器 的 研 究 方 向 。 1 . 2 變 速 器 發(fā) 展 和 國 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 在 汽 車 變 速 器 的 發(fā) 展 史 上 ， 它 主 要 經(jīng) 歷 了 從 手 動(dòng) 到 自 動(dòng) 的 發(fā) 展 過 程 ， 已 有 一 百 多 年 的 歷 史 。 世 界 上 使 用 最 廣 泛 的 汽 車 變 速 器 有 手 動(dòng) 變 速 器 ( M T ) 、 自 動(dòng) 變 速 器 ( A T ) 、 手自一體變 速 器 ( A M T ) 、 無 級(jí) 變 速 器 ( C V T ) 和 雙離合變速器 (DCT ) 。 它 們 各 有 優(yōu) 缺 點(diǎn) : M T 具 有 最 佳 的 節(jié) 能 效 果 和 經(jīng) 濟(jì) 娛 樂 性 ， 但 對(duì) 駕 駛 技 術(shù) 要 求 較 高 ； A T在 節(jié) 能 效 果 較 差 的 情 況 下 ， 操 作 簡 單 、 舒 適 ， 部 件 可 靠 性 高 ； A M T 具 有 前 兩 者 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 但 換 擋 時(shí) 會(huì) 有 短 暫 的 休 息 ， 舒 適 性 差 ； C V T 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 效 率 高 、 功 率 大 、 變 速 平 穩(wěn) ， 但 其 傳 動(dòng) 帶 易 損 壞 ， 不 能 承 受 大 負(fù) 荷 ； D C T 節(jié) 能 手 動(dòng) 變 速 器 與 舒 適 自 動(dòng) 變 速 器 的 結(jié) 合 ， 是 由 傳 統(tǒng) 手 動(dòng) 變 速 器 發(fā) 展 而 來 的 ， 是 目 前 最 高 的 傳 動(dòng) 技 術(shù) 。 調(diào) 查 顯 示 ， 2 0 0 7 年 中 國 手 動(dòng) 變 速 器 的 市 場(chǎng) 份 額 為 7 4 % ， 占 據(jù) 了 很 大 的 市 場(chǎng) 份 額 。 從 2 0 0 2 年 到 2 0 0 7 年 ， 自 動(dòng) 變 速 器 的 市 場(chǎng) 份 額 從 9 % 增 長 到 2 6 % 。 環(huán) 球 透 視 預(yù) 計(jì) ， 2 0 1 2 年 自 動(dòng) 變 速 器 將 占 總 變 速 器 的 3 3 % ， 而 乘 用 車 將 占 4 4 % 。 2 0 0 2 年 至 2 0 0 6 年 ， 女 性 用 戶 從 2 0 . 3 % 增 至 3 0 . 9 % 。 自 動(dòng) 變 速 器 使 用 方 便 ， 深 受 女 性 用 戶 的 喜 愛 。 此 外 ， 在 消 費(fèi) 者 調(diào) 查 中 最 受 歡 迎 的 汽 車 零 部 件 中 ， 第 一 款 是 安 全 氣 囊 ， 第 二 款 是 自 動(dòng) 變 速 箱 。 在 中 國 ， 自 動(dòng) 變 速 器 市 場(chǎng) 非 常 樂 觀 。 同 時(shí) ， 手 動(dòng) 變 速 器 的 節(jié) 能 、 經(jīng) 濟(jì) 和 駕 駛 娛 樂 也 決 定 了 其 不 可 替 代 。 全 球 最 大 的 手 動(dòng) 變 速 器 制 造 商 Z F 預(yù) 計(jì) ， 2 0 1 2 年 北 美 市 場(chǎng) 上 銷 售 的 汽 車 中 ， 手 動(dòng) 變 速 器 只 占 6 % 。 歐 洲 和 美 國 是 不 同 的 。 有 人 預(yù) 測(cè) ， 到 2 0 1 3 年 ， 5 2 % 的 汽 車 將 出 現(xiàn) 在 歐 洲 。 或 者 手 動(dòng) ， 自 動(dòng) 手 動(dòng) 變 速 器 將 僅 占 1 0 % ， 連 續(xù) 變 速 器 將 占 2 % ， 雙 離 合 器 變 速 器 將 占 1 6 % ， 歐 洲 人 提 倡 節(jié) 能 環(huán) 保 ， 喜 歡 駕 駛 小 型 汽 車 ， 更 喜 歡 手 動(dòng) 變 速 器 經(jīng) 濟(jì) 省 油 。 在 日 本 變 速 器 市 場(chǎng) ， 無 級(jí) 變 速 器 市 場(chǎng) 具 有 絕 對(duì) 優(yōu) 勢(shì) 。 1 . 3 變 速 器 設(shè) 計(jì) 的 要 求 保 證 汽 車 必 要 的 動(dòng) 力 和 經(jīng) 濟(jì) 性 ； 設(shè) 置 不 同 的 檔 位 ， 調(diào) 整 并 切 斷 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 向 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 動(dòng) 力 傳 遞 ， 使 車 輛 后 退 ； 工 作 可 靠 ， 在 汽 車 行 駛 過 程 中 ， 變 速 器 不 得 有 跳 擋 、 亂 擋 、 換 擋 沖 擊 等 現(xiàn) 象 ； 工 作 效 率 高 ， 噪 音 低 ； 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 方 案 合 理 ； 在 滿 載 和 沖 擊 載 荷 下 使 用 壽 命 長 。 1 . 4 研 究 的 基 本 內(nèi) 容 本 設(shè) 計(jì) 的 具 體 內(nèi) 容 是 結(jié) 合 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 保 證 車 輛 具 有 必 要 的 動(dòng) 力 性 和 經(jīng) 濟(jì) 性 ， 利 用 選 定 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 參 數(shù) 完 成 變 速 器 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 。 需 要 解 決 的 主 要 問 題 包 括 : 使 傳 動(dòng) 裝 置 有 效 防 止 換 檔 、 跳 越 、 無 序 、 換 檔 方 便 ； 降 噪 ， 實(shí) 現(xiàn) 重 量 輕 、 負(fù) 荷 大 、 噪 音 低 、 換 擋 機(jī) 動(dòng) 性 能 好 、 傳 動(dòng) 經(jīng) 濟(jì) 、 動(dòng) 力 經(jīng) 濟(jì) 好 、 換 擋 快 、 省 力 、 方 便 ； 傳 動(dòng) 裝 置 還 應(yīng) 滿 足 體 積 小 、 質(zhì) 量 好 、 制 造 成 本 低 、 拆 卸 維 修 方 便 等 要 求 。 9 第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 變 速 器 由 變 速 器 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 和 操 縱 機(jī) 構(gòu) 組 成 。 根 據(jù) 軸 的 不 同 類 型 ， 分 為 固 定 軸 式 和 旋 轉(zhuǎn) 軸 式 兩 大 類 ， 而 前 者 又 分 為 兩 軸 式 ， 中 間 軸 式 和 多 軸 式 變 速 器 。 2 . 1 . 1 兩 軸 式 和 中 間 軸 式 變 速 器 大 多 數(shù) 現(xiàn) 代 汽 車 使 用 三 軸 變 速 箱 ， 而 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 前 輪 驅(qū) 動(dòng) 汽 車 使 用 兩 軸 變 速 箱 ， 如 果 傳 動(dòng) 比 小 。 設(shè) 計(jì) 中 除 了 對(duì) 整 車 布 局 的 要 求 外 ， 主 要 考 慮 以 下 四 個(gè) 方 面 : ( 1 ) 加 工 性 能 的 結(jié) 構(gòu) 雙 軸 傳 動(dòng) 的 輸 出 軸 與 主 減 速 器 的 驅(qū) 動(dòng) 齒 輪 相 結(jié) 合 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 安 裝 好 后 ， 最 后 的 傳 動(dòng) 裝 置 可 以 使 用 螺 旋 錐 齒 輪 或 準(zhǔn) 雙 曲 面 齒 輪 。 這 簡 化 了 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 通 過 圓 柱 齒 輪 的 制 造 過 程 。 ( 2 )傳 動(dòng) 裝 置 的 徑 向 尺 寸 雙 軸 傳 動(dòng) 輸 出 軸 的 前 齒 輪 為 一 對(duì) 齒 輪 ， 中 間 軸 傳 動(dòng) 為 兩 對(duì) 齒 輪 。 因 此 ， 對(duì) 于 相 同 的 傳 動(dòng) 比 要 求 ， 中 間 軸 傳 動(dòng) 的 徑 向 尺 寸 可 以 比 雙 軸 傳 動(dòng) 的 徑 向 尺 寸 小 得 多 。 ( 3 ) 傳 動(dòng) 裝 置 使 用 壽 命 雙 軸 傳 動(dòng) 的 低 端 齒 輪 副 尺 寸 變 化 較 大 ， 小 齒 輪 的 工 作 循 環(huán) 數(shù) 遠(yuǎn) 大 于 大 齒 輪 。 因 此 ， 小 齒 輪 的 壽 命 比 大 齒 輪 短 。 中 間 軸 傳 動(dòng) 的 每 個(gè) 前 向 齒 輪 是 一 個(gè) 恒 嚙 合 的 螺 旋 齒 輪 傳 動(dòng) 。 齒 輪 的 徑 向 尺 寸 小 ， 使 用 壽 命 相 對(duì) 較 短 。 在 直 齒 輪 中 ， 齒 輪 只 能 空 轉(zhuǎn) ， 不 影 響 齒 輪 的 使 用 壽 命 。 ( 4 )傳 輸 效 率 雖 然 雙 軸 傳 動(dòng) 的 傳 動(dòng) 比 為 1 ， 但 仍 然 有 一 對(duì) 齒 輪 ， 所 以 存 在 功 率 損 失 。 中 間 軸 傳 動(dòng) 裝 置 可 直 接 連 接 輸 入 軸 和 輸 出 軸 ， 獲 得 直 接 齒 輪 ， 傳 動(dòng) 效 率 高 ， 磨 損 小 ， 噪 音 小 。 汽 車 ， 特 別 是 微 型 汽 車 ， 使 用 更 多 的 雙 軸 變 速 箱 ， 而 中 型 和 重 型 卡 車 使 用 中 間 變 速 箱 。 2 . 1 . 2 多 中 間 軸 結(jié) 構(gòu) 當(dāng)變速器安裝在扭矩高1200~1300Nm的大功率柴油機(jī)上時(shí)，其齒輪軸和軸承承受較大的負(fù)荷。為了防止過早破壞，采用多中間軸類型[1]。 2 . 1 . 3 倒 擋 的 形 式 和 布 置 方 案 圖 2 . 4 為 常 用 的 換 擋 裝 置 。 圖 2 . 4 ( b ) 所 示 的 解 決 方 案 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 利 用 中 間 軸 上 的 第 一 個(gè) 齒 輪 來 利 用 倒 檔 ， 從 而 縮 短 了 中 間 軸 的 長 度 。 然 而 ， 當(dāng) 換 檔 時(shí) ， 兩 對(duì) 齒 輪 同 時(shí) 嚙 合 ， 使 換 檔 困 難 。 圖 2 . 1 ( c ) 所 示 的 方 案 允 許 更 大 的 反 向 傳 動(dòng) 比 。 缺 點(diǎn) 是 轉(zhuǎn) 換 過 程 不 合 理 。 為 了 彌 補(bǔ) 圖 2 . 1 ( d ) 所 示 的 方 案 的 不 足 ， 對(duì) 圖 2 . 1 ( c ) 所 示 的 方 案 進(jìn) 行 了 修 間 ， 縮 短 傳 輸 的 軸 向 長 度 ， 一 些 卡 車 反 向 齒 輪 采 用 圖 2 . 1 所 示 的 方 案 ( g ) ， 缺 點(diǎn) 圖 2 . 1 倒 檔 傳 動(dòng) 方 案 是 反 向 必 須 使 用 開 叉 軸 ， 使 驅(qū) 動(dòng) 器 的 上 蓋 的 運(yùn) 行 機(jī) 制 更 加 復(fù) 雜 。 設(shè) 計(jì) 使 用 運(yùn) 輸 方 案 如 圖 2 . 1 所 示 ( f ) 。 因 為 傳 播 有 巨 大 的 力 量 在 一 個(gè) 轉(zhuǎn) 變 和 反 向 操 作 ， 較 低 和 反 向 雙 軸 傳 動(dòng) 的 齒 輪 和 中 間 軸 的 傳 播 應(yīng) 放 置 在 靠 近 軸 的 支 架 ， 以 減 少 軸 的 變 形 。 為 了 保 證 齒 輪 不 重 疊 太 多 ， 齒 輪 由 低 到 高 依 次 排 列 ， 使 軸 具 有 足 夠 的 剛 性 ， 便 于 裝 配 。 雖 然 倒 檔 比 接 近 第 一 個(gè) 齒 輪 ， 但 由 于 倒 檔 時(shí) 間 很 短 ， 有 些 解 決 方 案 把 第 一 個(gè) 齒 輪 放 在 靠 近 軸 的 支 承 處 [2] 。 2 . 2 零 部 件 布 置 方 案 分 析 2 . 2 . 1 齒 輪 形 式 傳 動(dòng) 齒 輪 為 正 齒 輪 和 螺 旋 齒 輪 。 與 直 齒 圓 柱 齒 輪 相 比 ， 螺 旋 齒 輪 具 有 使 用 壽 命 長 、 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 、 工 作 噪 音 低 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 缺 點(diǎn) 是 稍 微 復(fù) 雜 的 制 造 和 軸 向 力 在 運(yùn) 行 中 ， 這 是 有 害 的 軸 承 。 在 變 速 器 中 不 斷 嚙 合 的 齒 輪 是 螺 旋 齒 輪 ， 雖 然 這 增 加 了 正 常 嚙 合 齒 輪 的 數(shù) 量 ， 并 導(dǎo) 致 變 速 器 的 質(zhì) 量 和 慣 性 矩 的 增 加 。 直 齒 圓 柱 齒 輪 僅 在 低 速 和 低 速 時(shí) 使 用 。 2 . 2 . 2 換 擋 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 如 圖 2 . 2 所 示 ， 變 速 器 換 擋 機(jī) 構(gòu) 形 式 分 為 直 齒 滑 動(dòng) 齒 輪 、 嚙 合 套 和 同 步 器 換 擋 三 種 [2] 。 （ a ） 滑 動(dòng) 齒 輪 換 擋 （ b ） 嚙 合 套 換 擋 （ c ） 同 步 器 換 擋 圖 2 . 2 換 擋 機(jī) 構(gòu) 形 式 ( 1 ) 滑 動(dòng) 換 擋 還 使 用 滑 動(dòng) 直 齒 換 擋 和 螺 旋 齒 輪 換 擋 。 滑 動(dòng) 正 齒 輪 傳 動(dòng) 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 制 造 方 便 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 缺 點(diǎn) 是 換 擋 時(shí) 齒 面 受 沖 擊 較 大 ， 導(dǎo) 致 齒 輪 過 早 損 壞 ， 正 齒 輪 的 工 作 噪 聲 較 大 ， 所 以 換 擋 方 式 一 般 只 適 用 于 一 擋 和 倒 擋 裝 備 。 ( 2 ) 嚙 合 套 位 移 通 過 移 動(dòng) 嚙 合 套 筒 ， 一 對(duì) 齒 輪 形 成 一 定 的 傳 動(dòng) 比 ， 就 可 以 制 成 正 常 嚙 合 的 螺 旋 齒 輪 。 隨 著 套 筒 的 移 動(dòng) ， 由 于 齒 輪 轉(zhuǎn) 速 的 沖 擊 載 荷 非 常 大 ， 且 齒 輪 不 參 與 換 擋 ， 它 們 不 會(huì) 過 早 失 效 ， 但 不 能 消 除 換 擋 的 沖 擊 ， 所 以 駕 駛 員 仍 然 需 要 熟 練 的 控 制 技 術(shù) 。 此 外 ， 通 過 增 加 嚙 合 套 筒 和 恒 嚙 合 齒 輪 ， 增 加 了 傳 動(dòng) 裝 置 的 軸 向 尺 寸 和 轉(zhuǎn) 動(dòng) 部 件 的 總 慣 量 。 因 此 ， 這 種 換 擋 方 法 目 前 只 適 用 于 一 些 要 求 較 低 的 齒 輪 和 重 型 卡 車 變 速 箱 。 ( 3 ) 同 步 器 換 擋 大 多 數(shù) 現(xiàn) 代 汽 車 變 速 器 都 使 用 同 步 器 ， 以 確 保 快 速 、 無 沖 擊 和 無 噪 音 的 變 速 ， 而 不 管 操 控 水 平 如 何 ， 從 而 提 高 了 加 速 度 、 經(jīng) 濟(jì) 性 和 駕 駛 安 全 性 。 與 上 述 兩 種 變 速 方 法 相 比 ， 雖 然 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 但 制 造 精 度 要 求 高 ， 軸 向 尺 寸 大 。 同 步 環(huán) 壽 命 短 等 缺 點(diǎn) 仍 被 廣 泛 應(yīng) 用 。 由 于 同 步 器 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 生 活 問 題 已 基 本 解 決 。 例 如 ， 瑞 典 的 s a u s a g e - s c a n i a 公 司 使 用 球 墨 鑄 鐵 制 造 同 步 器 的 關(guān) 鍵 部 件 ， 并 在 其 工 作 表 面 涂 上 一 層 鉬 ， 這 不 僅 提 高 了 耐 磨 性 ， 而 且 提 高 了 工 作 效 率 。 對(duì) 該 同 步 器 的 表 面 摩 擦 系 數(shù) 進(jìn) 行 了 測(cè) 試 ， 結(jié) 果 表 明 ， 該 同 步 器 的 使 用 壽 命 不 小 于 法 國 貝 雷 帽 齒 輪 的 使 用 壽 命 。 Z F 等 公 司 的 同 步 器 使 用 這 個(gè) 過 程 。 上 述 三 種 換 檔 方 案 可 同 時(shí) 用 于 變 速 器 中 不 同 的 齒 輪 位 置 。 通 常 ， 倒 車 齒 輪 和 第 一 齒 輪 是 簡 單 的 滑 動(dòng) 直 齒 齒 輪 或 嚙 合 套 筒 形 式 ； 對(duì) 于 普 通 的 高 速 齒 輪 ， 使 用 同 步 器 。 或 者 穿 上 你 的 袖 子 。 該 車 需 要 便 攜 性 和 減 少 換 班 時(shí) 間 ， 所 以 它 使 用 一 個(gè) 完 整 的 同 步 驅(qū) 動(dòng) 器 [3]。 2 . 2 . 3 防 止 自 動(dòng) 脫 檔 的 措 施 自 動(dòng) 脫 離 是 變 速 器 的 主 要 故 障 之 一 。 自 動(dòng) 脫 離 由 于 磨 損 ， 傳 動(dòng) 剛 度 不 足 ， 振 動(dòng) 。 為 了 解 決 這 一 問 題 ， 除 在 這 一 過 程 中 采 取 的 措 施 外 ， 在 結(jié) 構(gòu) 上 采 取 的 措 施 和 有 效 措 施 如 下 [4]： ( 1 )交 錯(cuò) 嚙 合 兩 顆 嚙 合 齒 的 嚙 合 位 置 ， 如 圖 2 . 3 所 示 。 因 此 ， 當(dāng) 嚙 合 時(shí) ， 嚙 合 齒 的 端 部 超 過 嚙 合 齒 的 1 ~ 3 m m 。 在 使 用 中 ， 雙 齒 接 觸 部 分 在 佩 戴 時(shí) 被 擠 壓 ， 并 在 嚙 合 齒 的 末 端 形 成 肩 部 ， 以 防 止 嚙 合 齒 本 身 脫 離 。 圖 2 . 3 　 防 止 倒 擋 的 措 施 Ⅰ ( 2 )對(duì) 齒 套 上 的 前 環(huán) 齒 厚 進(jìn) 行 切 削 ( 切 削 0 . 3 - 0 . 6 m m ) ， 使 換 擋 后 套 筒 的 后 端 被 后 環(huán) 的 前 端 堵 住 ， 防 止 自 動(dòng) 脫 齒 ， 如 圖 2 . 4 所 示 。 圖 2 . 4 防 止 倒 擋 的 措 施 Ⅱ ( 3 )嚙 合 齒 面 的 工 作 設(shè) 計(jì) 與 加 工 成 錐 面 ， 形 成 一 個(gè) 后 錐 度 傾 斜 角 ( 通 常 為 2 ° 和 3 ° ) ， 使 嚙 合 齒 面 產(chǎn) 生 軸 向 力 ， 防 止 自 動(dòng) 產(chǎn) 生 。 該 方 案 更 有 效 、 更 適 用 。 嚙 合 齒 側(cè) 設(shè) 計(jì) 加 工 成 階 梯 狀 ， 具 有 防 止 自 動(dòng) 變 速 器 的 作 用 。 圖 2 . 5 防 止 倒 擋 的 措 施 Ⅲ 2 . 2 . 4 軸 承 形 式 在 過 去 ， 滾 珠 軸 承 、 滾 子 軸 承 和 滾 針 軸 承 在 傳 動(dòng) 軸 上 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 近 年 來 ， 變 速 器 設(shè) 計(jì) 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) 是 提 高 其 傳 輸 功 率 與 質(zhì) 量 的 比 值 ， 要 求 更 大 的 容 量 和 更 好 的 性 能 。 然 而 ， 上 述 軸 承 形 式 不 能 滿 足 傳 動(dòng) 的 可 靠 性 和 壽 命 要 求 ， 因 此 圓 錐 滾 子 軸 承 的 使 用 有 所 增 加 。 其 主 要 優(yōu) 點(diǎn) 是 : 滾 子 軸 承 接 觸 線 長 ， 如 果 選 擇 合 適 的 錐 角 和 配 合 度 ， 軸 與 齒 輪 可 以 沿 縱 向 平 面 或 沿 中 心 線 平 面 分 開 ， 這 樣 可 以 方 便 地 裝 配 和 拆 卸 及 調(diào) 整 軸 承 。 由 于 上 述 特 點(diǎn) ， 滾 子 圓 錐 軸 承 已 被 一 些 歐 洲 轎 車 、 卡 車 和 重 型 卡 車 的 變 速 箱 所 采 用 [4] 。 2 . 2 . 5 組 合 式 變 速 器 近 年 來 ， 增 加 汽 車 變 速 器 的 齒 輪 是 一 個(gè) 重 要 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) ， 這 與 許 多 因 素 有 關(guān) ， 如 卡 車 上 柴 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 使 用 量 的 增 加 ， 平 均 車 速 和 車 輛 總 質(zhì) 量 的 增 加 ， 以 及 降 低 油 耗 的 要 求 。 本 設(shè) 計(jì) 選 用 的 初 始 齒 輪 形 式 為 正 齒 輪 ， 正 齒 輪為 螺 旋 齒 輪 ， 倒 檔 為 正 齒 輪 。 軸 承 選 用 深 溝 球 軸 承 、 圓 柱 滾 子 軸 承 和 滾 針 軸 承 。 圓 錐 滾 子 軸 承 。 2 . 3 本 章 小 結(jié) 本 章 系 統(tǒng) 地 分 析 了 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 布 置 方 案 和 零 部 的 結(jié) 構(gòu) 方 案 ， 給 出 了 具 體 的 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 即 雙 軸 傳 動(dòng) 的 設(shè) 計(jì) 。 倒 檔 布 置 方 案 如 圖 2 . 1 ( a ) 所 示 ， 正 齒 輪 為 螺 旋 齒 輪 ， 倒 檔 為 正 齒 輪 。 軸 承 選 用 深 溝 球 軸 承 、 圓 柱 滾 子 軸 承 、 滾 針 軸 承 和 圓 錐 滾 子 軸 承 。 第三章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)與校核 3 . 1 變 速 器 的 設(shè) 計(jì) 要 求 3 . 1. 1 本 設(shè) 計(jì) 要 求 為 雙 軸 機(jī) 械 傳 動(dòng) ( 1 ) 傳 動(dòng) 比 為 3 至 4 . 5 ( 2 )中 心 距 為 6 0 至 8 0 毫 米 ( 3 )齒 輪 數(shù) 為 4 根 據(jù) 要 求 ， 雙 軸 機(jī) 械 傳 動(dòng) 的 四 速 手 動(dòng) 變 速 器 大 多 是 前 置 車 。 為 這 種 設(shè) 計(jì) 選 擇 的 乘 用 車 是 一 輛 汽 車 。 汽 車 汽 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 n p 大 多 為 4 0 0 0 - 6 0 0 0 r / m i n ， 扭 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) a = T e m a x / T p 。 當(dāng) a 的 值 大 時(shí) ， 可 以 減 少 換 檔 次 數(shù) ， 并 且 還 可 以 降 低 燃 料 消 耗 。 汽 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 價(jià) 值 大 多 在 1 . 2 到 1 . 3 5 之 間 。 然 而 ， 近 年 來 ， 汽 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 速 度 降 低 ， 并 且 扭 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) a 的 值 也 減 小 ， 并 且 一 些 已 經(jīng) 低 至 約 1 . 1 。 車 輛 柴 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 值 為 1 . 1 至 1 . 2 5 （ 帶 校 正 器 ） 和 1 . 0 5 至 1 . 1 0 （ 無 校 正 器 ） 。 當(dāng) 確 定 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 最 大 功 率 P e m a x 和 相 應(yīng) 的 速 度 n p 時(shí) ， 可 以 通 過 以 下 公 式 獲 得 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 最 大 扭 矩 T e m a x （ 單 位 ： N m ） 。 T e m a x = a T p = 7 0 1 9 a P e m a x / n p （ 3 . 1 ） 式 中 a — — 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) ； T p — — 最 大 功 率 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 矩 ， N · m P e m a x — — 最 大 功 率 ， k W n p — — 最 大 功 率 的 相 應(yīng) 轉(zhuǎn) 速 ， r / m i n 選 擇 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 大 扭 矩 的 相 應(yīng) 轉(zhuǎn) 速 n T 的 原 理 是 保 持 n T 和 n p 之 間 的 適 當(dāng) 關(guān) 系 。 因 為 n T 太 接 近 n P ， 直 接 檔 位 的 最 小 穩(wěn) 定 速 度 將 很 高 ， 當(dāng) 通 過 繁 忙 的 交 叉 路 口 時(shí) 會(huì) 導(dǎo) 致 更 多 的 換 檔 ， 甚 至 增 加 變 速 器 中 的 檔 位 數(shù) 量 。 因 此 ， 成 為 轉(zhuǎn) 速 適 應(yīng) 系 數(shù) 的 n p 與 n T 之 比 不 應(yīng) 小 于 1 . 4 ， 通 常 n p / n T = 1 . 4 至 2 . 0 ， 并 且 由 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 設(shè) 計(jì) 保 證 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 適 應(yīng) 性 系 數(shù) Φ 上 述 轉(zhuǎn) 矩 適 應(yīng) 系 數(shù) a 和 轉(zhuǎn) 速 適 應(yīng) 系 數(shù) n p / n T 的 乘 積 可 以 表 示 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 適 應(yīng) 車 輛 行 駛 狀 態(tài) 的 程 度 ， 并 稱 為 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 適 應(yīng) 性 系 數(shù) ， 并 表 示 Φ = a ? N P / N T = 德 瑪 斯 / T P ? N P 。 / N T Φ 值 越 大 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 適 應(yīng) 性 越 好 。 使 用 具 有 大 Φ 值 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 可 以 減 少 換 檔 次 數(shù) ， 減 少 駕 駛 員 的 疲 勞 ， 減 少 傳 動(dòng) 系 的 磨 損 并 減 少 燃 料 消 耗 。 現(xiàn) 代 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 適 應(yīng) 性 系 數(shù) 值 對(duì) 于 汽 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 是 Φ = 1 . 4 ~ 2 . 4 ， 對(duì) 于 柴 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 是 Φ = 1 . 6 ~ 2 . 6 。 根 據(jù) 搜 索 數(shù) 據(jù) ， 汽 車 的 總 質(zhì) 量 通 常 在 1 . 7 至 1 . 9 噸 之 間 。 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 量 在 1 到 1 . 3 噸 之 間 。 車 輪 滾 動(dòng) 半 徑 約 為 0 . 3 米 。 根 據(jù) 以 上 內(nèi) 容 ， 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 自 行 選 擇 ， 所 有 選 定 參 數(shù) 均 滿 足 要 求 。 汽 車 的 參 數(shù) 如 表 3 . 1 所 示 ： 表 3.1 某 車 參 數(shù) 參 數(shù) 數(shù) 值 參 數(shù) 數(shù) 值 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 大 功 率 P e m a x 9 7 k w 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 矩 T e m a x 1 7 0 N · m 最 高 車 速 U m a x 1 6 0 k m / h 汽 車 總 質(zhì) 量 m a 1 8 2 0 k g 變 速 器 形 式 手 動(dòng) 四 檔 汽 車 整 備 質(zhì) 量 m 0 1 3 5 0 k g 主 減 速 器 傳 動(dòng) 比 i 0 4 . 1 5 車 輪 半 徑 r r 0 . 3 m ( 1 ) 確 定 文 件 的 數(shù) 量 近 年 來 ， 為 了 降 低 油 耗 ， 變 速 器 的 齒 輪 有 增 大 的 趨 勢(shì) 。 目 前 ， 乘 用 車 通 常 采 用 四 五 檔 變 速 器 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 排 量 大 的 客 車 有 5 個(gè) 齒 輪 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 有 4 個(gè) 小 齒 輪 。 本 設(shè) 計(jì) 使 用 了 四 個(gè) 文 件 。 ( 2 ) 確 定 傳 動(dòng) 比 的 范 圍 在 選 擇 最 低 速 比 時(shí) ， 需 要 綜 合 考 慮 并 確 定 汽 車 的 最 高 等 級(jí) 、 驅(qū) 動(dòng) 輪 與 路 面 的 附 著 力 、 汽 車 的 最 低 穩(wěn) 定 轉(zhuǎn) 速 、 主 減 速 比 和 滾 動(dòng) 半 徑 。 驅(qū) 動(dòng) 輪 。 目 前 乘 用 車 傳 動(dòng) 比 為 3 . 0 - 4 . 5 ， 輕 型 商 用 車 總 重 量 為 5 . 0 - 8 . 0 ， 其 他 商 用 車 總 重 量 較 大 [5] 。 3 . 2 變 速 器 各 檔 傳 動(dòng) 比 的 確 定 3. 2 . 1 確 定 傳 動(dòng) 裝 置 的 最 高 傳 動(dòng) 比 當(dāng) 汽 車 爬 上 陡 坡 時(shí) ， 速 度 不 高 ， 空 氣 阻 力 可 以 忽 略 不 計(jì) 。 最 大 驅(qū) 動(dòng) 力 用 于 克 服 輪 胎 與 路 面 之 間 的 滾 動(dòng) 阻 力 和 爬 坡 阻 力 。 所 以 有 （ 3 . 1 ） 則 由 最 大 爬 坡 度 要 求 的 變 速 器 Ⅰ 檔 傳 動(dòng) 比 為 （ 3 . 2 ） 已 知 ： m = 1 8 2 0 k g ； ； ； r = 0 . 3 m ； N · m ； ； g = 9 . 8 N / k g ； ， 把 以 上 數(shù) 據(jù) 代 入 （ 3 . 2 ） 式 ： 滿 足 不 產(chǎn) 生 滑 轉(zhuǎn) 條 件 。 即 用 一 檔 發(fā) 出 最 大 驅(qū) 動(dòng) 力 時(shí) ， 驅(qū) 動(dòng) 輪 不 產(chǎn) 生 滑 轉(zhuǎn) 現(xiàn) 象 。 公 式 表 示 如 下 ： （ 3 . 3 ） 求 得 的 變 速 器 I 檔 傳 動(dòng) 比 為 ： （ 3 . 4 ） 已 知 ： m 0 = 1 3 5 0 k g ， N · m ， ， g = 9 . 8 N / k g ； ， g = 9 . 8 N / k g ； 取 0 . 6 ， r r = 0 . 3 m 。 根 據(jù) 公 式 （ 3 . 4 ） 可 得 ： i g 1 3 . 5 5 ， 綜 上 所 述 ， i g 1 初 選 3 . 5 。 由 已 知 式 中 ： m  — — 汽 車 總 質(zhì) 量 ； m 0 — — 汽 車 整 備 質(zhì) 量 g — — 重 力 加 速 度 ； r r — — 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 滾 動(dòng) 半 徑 ； T e m a x — — 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 矩 ； i 0 — — 主 減 速 比 ； η t — — 汽 車 傳 動(dòng) 系 的 傳 動(dòng) 效 率 。 — — 道 路 的 附 著 系 數(shù) ， 計(jì) 算 時(shí) 可 取 0 . 5 ~ 0 . 6 之 間 。 G 2 — — 汽 車 滿 載 靜 止 于 水 平 路 面 時(shí) 驅(qū) 動(dòng) 橋 給 路 面 的 載 荷 ， G 2 = m 0 g — — 最 大 爬 坡 度 （ 一 般 轎 車 要 求 能 爬 上 3 0 % 的 坡 ， 大 約 ） 3. 2 . 2 變 速 器 各 檔 傳 動(dòng) 比 的 確 定 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 汽 車 行 駛 速 度 之 間 的 關(guān) 系 為 （ 3 . 5 ） 式 中 ： — — 汽 車 行 駛 速 度 ， = 1 6 0 k m / h ； n — — 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 ， n = 5 2 0 0 r / m i n ； — — 變 速 器 傳 動(dòng) 比 ， 最 高 檔 傳 動(dòng) 比 為 ， 最 低 檔 傳 動(dòng) 比 為 ； — — 主 減 速 器 傳 動(dòng) 比 。 （ 3 . 6 ） 計(jì) 算 得 。 中 間 檔 的 傳 動(dòng) 比 理 論 上 按 公 比 為 q 的 等 比 數(shù) 列 分 配 ： （ 3 . 7 ） 實(shí) 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(dòng) 機(jī) 參 數(shù) 的 合 理 匹 配 。 根 據(jù) 上 式 可 的 出 ： = 1 . 5 8 。 計(jì) 算 的 各 檔 傳 動(dòng) 比 為 ： 2 = 2 . 2 1 3 = 1 . 4 0 3. 2 . 3 中 心 距 A 的 確 定 中 心 距 對(duì) 變 速 器 的 尺 寸 及 質(zhì) 量 有 直 接 影 響 ， 所 選 的 中 心 距 、 應(yīng) 能 保 證 齒 輪 的 強(qiáng) 度 。 初 選 中 心 距 A 時(shí) ， 可 根 據(jù) 下 述 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 [7] （ 3 . 8 ） 式 中 ： — — 中 心 距 系 數(shù) 。 對(duì) 轎 車 ， = 8 . 9 ～ 9 . 3 ； 對(duì) 貨 車 ， = 8 . 6 ～ 9 . 6 。 — — 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 矩 。 — — 變 速 器 一 檔 傳 動(dòng) 比 。 — — 變 速 器 的 傳 動(dòng) 效 率 ， 取 0 . 9 6 。 計(jì) 算 得 ： A = 7 3 . 8 4 ～ 7 7 . 1 6 m m 取 A = 7 7 m m 3. 2 . 4 軸 向 尺 寸 的 確 定 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(jī) 構(gòu) 的 布 置 初 步 確 定 [6] 。 轎 車 四 檔 變 速 器 殼 體 的 軸 向 尺 寸 ( 3 . 0 ～ 3 . 4 ) A 。 貨 車 變 速 器 殼 體 的 軸 向 尺 寸 與 檔 數(shù) 有 關(guān) ： 四 檔 ( 2 . 2 ～ 2 . 7 ) A 五 檔 ( 2 . 7 ～ 3 . 0 ) A 六 檔 ( 3 . 2 ～ 3 . 5 ) A 當(dāng) 變 速 器 選 用 常 嚙 合 齒 輪 對(duì) 數(shù) 和 同 步 器 多 時(shí) ， 中 心 距 系 數(shù) K A 應(yīng) 取 給 出 系 數(shù) 的 上 限 。 為 檢 測(cè) 方 便 ， A 取 整 。 本 次 設(shè) 計(jì) 為 轎 車 四 檔 變 速 器 ， 其 殼 體 的 軸 向 尺 寸 為 （ 3 . 0 ～ 3 . 4 ） A = 2 1 3 ～ 2 4 1 . 4 m m 變 速 器 殼 體 的 最 終 軸 向 尺 寸 應(yīng) 由 變 速 器 總 圖 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 鏈 確 定 。 3 . 3 齒 輪 參 數(shù) 的 確 定 變 速 器 四 個(gè) 前 進(jìn) 擋 采 用 斜 齒 圓 柱 輪 ， 倒 檔 采 用 直 齒 圓 柱 齒 輪 。 3. 3 . 1 模 數(shù) 的 選 取 齒 輪 模 數(shù) 是 一 個(gè) 重 要 參 數(shù) ， 影 響 它 的 選 取 因 素 有 很 多 ， 如 齒 輪 的 強(qiáng) 度 、 質(zhì) 量 、 噪 音 、 工 藝 要 求 等 。 嚙 合 套 和 同 步 器 的 接 合 齒 多 數(shù) 采 用 漸 近 線 。 由 于 工 藝 上 的 原 因 同 一 變 速 器 中 的 接 合 齒 模 數(shù) 相 同 。 其 取 值 范 圍 是 ： 乘 用 車 和 總 質(zhì) 量 在 1 . 8 - 1 4 . 0 t 的 貨 車 為 2 . 0 ～ 3 . 5 。 表 3 . 2 汽 車 變 速 器 齒 輪 的 法 向 模 數(shù) 車 型 乘 用 車 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 排 量 V / L 貨 車 的 最 大 總 質(zhì) 量 / t 模 數(shù) / m m 1 . 0 ＞ V ≤ 1 . 6 1 . 6 ＜ V ≤ 2 . 5 6 . 0 ＜ ≤ 1 4 . 0 ＞ 1 4 . 0 2 . 2 5 ～ 2 . 7 5 2 . 7 5 ～ 3 . 0 0 3 . 5 0 ～ 4 . 5 0 4 . 5 0 ～ 6 . 0 0 表 3 . 3 汽 車 變 速 器 常 用 的 齒 輪 模 數(shù) （ m m ） 齒 輪 模 數(shù) 一 系 列 1 . 0 0 1 . 2 5 1 . 5 2 . 0 0 2 . 5 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 二 系 列 1 . 7 5 2 . 2 5 2 . 7 5 3 . 2 5 3 . 5 0 3 . 7 5 4 . 5 0 5 . 5 0 — 所 有 齒 輪 的 模 數(shù) 定 為 2 . 5 m m 。 3. 3 . 2 壓力角的選取 壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對(duì)貨車，為提高齒輪承載力，取大些。實(shí)際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為200，所以在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角定為。 3. 3 . 3 螺旋角的確定 斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以為宜；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)選用較大的螺旋角。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，為使工藝簡便，可將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，中間軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)一律取為右旋。 兩軸式變速器為200250； 中間軸式變速器為； 貨車變速器：； 所以初選斜齒輪螺旋角。 3. 3 .4 齒寬的確定 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(yàn)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(qiáng)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 3. 3 .5 齒頂高系數(shù) 齒頂高系數(shù)對(duì)重合度、齒輪強(qiáng)度、工作噪音、輪齒相對(duì)滑動(dòng)速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。規(guī)定齒頂高系數(shù)取1.00。 3. 3 .6 齒輪材料的選擇 變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)成一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動(dòng)支撐等方式之一與軸連接。 齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒頂圓處的厚b影響齒輪強(qiáng)度。要求尺寸b應(yīng)該大于或等于齒輪危險(xiǎn)斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸，在結(jié)構(gòu)允