2957 轎車5+1自動變速器設計

2957 轎車5+1自動變速器設計,轎車,自動變速器,設計 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AbstractAutomobile 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 gear—fifth 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 , it’s 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 ..................................................61 機械式變速器的概述 .........................................81.1 變速器的功用和要求 ...................................81.1 變速器的結構組成 .....................................91.1 變速器的工作原理 ....................................102 變速器結構方案的確定 ......................................15 2.1 結構分析與型式選擇 ..................................152.2 倒檔傳動方案 ........................................222.3 變速器主要零件結構的方案分析 ........................232.3.1 齒輪型式 .......................................232.3.2 換檔結構型式 ...................................233 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設計 ......................273.1 變速器主要參數(shù)的選擇 ................................273.1.1 檔數(shù)和傳動比 ...................................273.1.2 中心距 .........................................293.1.3 軸向尺寸 .......................................303.1.4 齒輪參數(shù) .......................................303.2 各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)的確定 .........................333.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) .............................333.2.2 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) .............................353.2.4 確定倒檔齒輪的齒數(shù) .............................353.3 齒輪變位系數(shù)的選擇 ..................................364 變速器齒輪的強度計算與材料的選擇 ..........................384.1 齒輪的損壞原因及形式 ................................384.2 齒輪的強度計算與校核 ................................384.2.1 齒輪彎曲強度計算 ...............................394.2.1 齒輪接觸應力 ...................................415 變速器軸的強度計算與校核 ..................................445.1 速器軸的結構和尺寸 ..................................445.1.1 軸的結構 .......................................445.1.2 確定軸的尺寸 ...................................455.2 軸的校核 ............................................465.2.1 第一軸的強度與剛度校核 .........................465.2.2 第二軸的校核計算 ...............................486 變速器同步器的設計 ........................................516.1 同步器的結構 ........................................516.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 ................................537 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)進入國內汽車市場，促進了國內汽車技術的進步，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 N·mmaxeT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 N·mgT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垂直面內的撓度 mmcf水平面內的撓度 mms1 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工作。為保證汽車倒車以及使發(fā)動機和傳動系能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有動力輸出需要時，還應有功率輸出裝置。對變速器的主要要求是：1. 應保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟性指標。在汽車整體設計時，根據(jù)汽車載重量、發(fā)動機參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動比，來滿足這一要求。2. 工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內不應有自動跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強度，提高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過采用同步器和預選氣動換檔或自動、半自動換檔來實現(xiàn)。3. 重量輕、體積小。影響這一指標的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質鋼材，采用合理的熱處理，設計合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。4. 傳動效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應有直接檔。提高零件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?. 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。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101.3 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122、 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133、 五檔手動變速器在汽車上已經(jīng)相當普遍了。 其內部結構如下圖所示： 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。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152 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（η=0.96~0.98） ，因此在各類汽車上均得到廣泛的應用。設計時首先應根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動比范圍、檔位數(shù)及各檔的傳動比，因為它們對汽車的動力性與燃料經(jīng)濟性都有重要的直接影響。傳動比范圍是變速器低檔傳動比與高檔傳動比的比值。汽車行駛的道路狀況愈多樣，發(fā)動機的功率與汽車質量之比愈小，則變速器的傳動比范圍應愈大。目前，轎車變速器的傳動比范圍為 3.0~4.5；一般用途的貨車和輕型以上的客車為 5.0~8.0；越野車與牽引車為 10.0~20.0。通常，有級變速器具有 3、4、5 個前進檔；重型載貨汽車和重型越野汽車則采用多檔變速器，其前進檔位數(shù)多達 6~16 個甚至 20 個。變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動機的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟性及平均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。但采用手動的機械式操縱機構時，要實現(xiàn)迅速、無聲換檔，對于多于 5 個前進檔的變速器來說是困難的。因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為 5 檔。多于5 個前進檔將使操縱機構復雜化，或者需要加裝具有獨立操縱機構的副變速器，后者僅用于一定行駛工況。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（0.7~0.8）的超速檔，可以更充分地利用發(fā)動機功率，降低單位行駛里程的發(fā)動機曲軸總轉數(shù)，因而會減少發(fā)動機的磨損，降低燃料消耗。但與傳動比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會降低傳動效率。有級變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力的齒輪副數(shù)目、轉速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。三軸式和兩軸式變速器得到了最廣泛的應用。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171 2 圖 2-1 轎車中間軸式五檔變速器 31—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 gⅠ =4.0~4.5）也受到較大限制,但這一缺點可通過減小各檔傳動比同時增大主減速比來取消。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，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，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222.2 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。嚙合套有分為內齒嚙合套和外齒嚙合套，視結構布置而選定，若齒輪副內空間允許，采用內齒結合式，以減小軸向尺寸。結合套換檔結構簡單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時不受沖擊，使齒輪強度得以充分發(fā)揮，同時操縱輕便，縮短了換檔時間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實現(xiàn)操縱自動化。其缺點是結構復雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應用于各式變速器中。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 1~3mm。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?。?.3~0.6mm） ，這樣，換檔后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫檔（圖2-8） 。(3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜20~30） ，使接合齒面產生阻止自動脫檔的軸向力 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Ⅰ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Ⅱ加工成斜面圖 2-9 防止自動脫檔的結構措施Ⅲ在本設計中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的。但它可以從結構上保證結合套與待嚙合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結構如圖 2-10 所示：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27max0maxaxmax(cosin)egITrif g??????max0rgeiTi???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 4~5 個檔位的變速器。本設計也采用 5 個檔位。選擇最低檔傳動比時，應根據(jù)汽車最大爬坡度、驅動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有（3-1）則由最大爬坡度要求的變速器Ⅰ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28max2egITriG???2max0rgIeTii??式中 m----汽車總質量；g----重力加速度；ψ 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；η ----汽車傳動系的傳動效率。根據(jù)驅動車輪與路面的附著條件求得的變速器 I 檔傳動比為：式中 G2----汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給路面的載荷；φ ----路面的附著系數(shù)，計算時取 φ =0.5~0.6。由已知條件：滿載質量 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 η =0.95。根據(jù)公式（3-2）可得： igI =3.85。超速檔的的傳動比一般為 0.7~0.8，本設計取五檔傳動比igⅤ =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29max1ingq??2.5169.()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 =9.1TI max ----變速器處于一檔時的輸出扭矩：TI max=Te max igIη =628.3N﹒m已知 Te max =170NmigI =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 η =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60～80mm 范圍內變化。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（3.0~3.4） A。貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關：四檔(2.2~2.7) A五檔(2.7~3.0) A六檔(3.2~3.5) A當變速器選用常嚙合齒輪對數(shù)和同步器多時，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①為了減少噪聲應合理減小模數(shù)，同時增加齒寬；②為使質量小些，應該增加模數(shù)，同時減少齒寬；③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31④從強度方面考慮，各擋齒輪應該選用不同模數(shù)；⑤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) mn3ax0.47eT?(3-5)其中 =170Nm，可得出 mn=2.5。maxeT一檔直齒輪的模數(shù) mmm 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 2~3.5。本設計取 2.5。（2）齒形、壓力角 α、螺旋角 β 和齒寬 b項目車型 齒形 壓力角 α 螺旋角 β轎車 高齒并修形的齒形14.5°，15°，16°16.5°25°~45°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 α 取 20°,嚙合套或同步器取 30°；斜齒輪螺旋角 β 取30°。應該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使中間軸上的軸向力相互抵消。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=(4.5~8.0)m，mm斜齒 b=(6.0~8.5)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° 20°~30°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=8.0x3.0=24（mm） 。第 2 軸常嚙合直齒齒輪的寬度取=7.0x3.0=21（mm） ，其余檔位斜齒齒輪寬度取=7.0x2.5=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 1~2mm調整。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341092ZigI??mAZ2??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 。4.51??Z當轎車中間軸式變速器 時，則93~gIi，此處取 =16，則可得出 =35。范 圍 內 選 擇可 在 17~510Z109Z上面根據(jù)初選的 A 及 m 計算出的 可能不是整數(shù)，將其調整為整數(shù)?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。?Z3.2.2 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3576.12?Z?cos2)(21ZmAn??nmZcs21??91.3?gIi8712Zig???425.87?ZnmA?cos??5.2??gi由已經(jīng)數(shù)據(jù)可確定 ①而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等（3-10）由此可得： (3-11)而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計算出： 。 ②521① 與②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：③對于斜齒輪（3-13）故有： ④5387?Z河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文361231Zigr??)(21132Zmn?)(2113ZA???③ 聯(lián)立④得： 。23187?Z、按同樣的方法可分別計算出：三檔齒輪 ；四檔齒2765?Z、輪 。371643?Z、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 。132?Z而通常情況下，倒檔軸齒輪 取 21~23，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?？傋兾幌禂?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3817Z???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) Z10〈17，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生疲勞裂紋，裂紋擴展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。齒輪工作時，一對相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細小裂縫中的潤滑油油壓升高，并導致裂縫擴展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點蝕。他使齒形誤差加大，產生動載荷，導致輪齒折斷。用移動齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時兩個進入嚙合的齒輪存在角速度差，換檔瞬間在齒輪端部產生沖擊載荷，并造成損壞。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文3910tfWFKby??102/tgFTd?K?gT4.2 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