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前言
汽車是作為一種交通工具而產(chǎn)生的，但發(fā)展到今天已經(jīng)不能把它理解為單純的行的手段。因為“汽車化”改變了當(dāng)代世界的面貌，它已經(jīng)成為當(dāng)代物質(zhì)文明與進步的象征及文明形態(tài)的一種代表。中國汽車工業(yè)的振興也必然會使中國的面貌煥然一新，在繁榮經(jīng)濟，促進四個現(xiàn)代化的實現(xiàn)，提高中國人民的生活水平，推動社會與地球上近四分之一的人類進步方面，發(fā)揮重大作用.現(xiàn)在人類社會在不斷的進步與繁榮，交通的變革與發(fā)展在促進社會的發(fā)展中起了突出的作用，汽車作為一種交通工具的產(chǎn)生對社會更具有重要的意義。人類社會及人們生活的“汽車化”，大大地擴大了人們?nèi)粘；顒拥姆秶?，擴大并加速了地區(qū)間、國際間的交往，成倍地提高了人們外出辦事的效率，極大地加速了人們的活動節(jié)奏，促進了世界經(jīng)濟的大發(fā)展與人類的快速進步，開創(chuàng)了現(xiàn)代“汽車社會”這樣一個嶄新的時代。
據(jù)統(tǒng)計：在以前蒸汽機輪船與蒸汽機車的問世曾推動了當(dāng)時的產(chǎn)生革命。繼蒸汽機輪船與火車出現(xiàn)之后，1886年德國工程師戴姆勒與奔茨二人以汽油內(nèi)燃機為動力，分別獨立地制成了最早的實用汽車。1903年美國人亨利·福特創(chuàng)建了福特汽車公司，1908年推出了“T”型車，并于1913年建成了流水作業(yè)裝配線進行汽車的大批量生產(chǎn)。這項大生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，為提高汽車質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本及以后的汽車工業(yè)大發(fā)展創(chuàng)造了條件。1921年“T”型汽車的產(chǎn)量已占世界汽車產(chǎn)量達200萬輛。1927年夏?！癟”型車成為歷史，共售出1500多萬輛。
汽車問世百余年來，特別是從汽車產(chǎn)品的大批生產(chǎn)以及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來，汽車已經(jīng)為世界經(jīng)濟的大發(fā)展、為人類進入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無法估量的巨大影響，為人類社會的進步作出了不可磨滅的巨大貢獻，掀起了時代的革命。
汽車的作用對國際化的發(fā)展起著不可磨滅的作用，首先，以美國為例：美國汽車工業(yè)早已經(jīng)發(fā)展成為與鋼鐵、建筑并列的三個最大的行業(yè)之一。如今美國的信息產(chǎn)業(yè)與高薪技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但汽車工業(yè)仍不失為美國產(chǎn)業(yè)最主要的支柱之一。在全球的汽車保有量中，美國生產(chǎn)的汽車占34.8%。日本汽車工業(yè)在1941年已經(jīng)有5萬輛的年產(chǎn)能力，1955年就能達到15萬輛。
下面具體介紹一下我國汽車工業(yè)的發(fā)展
在舊中國沒有真正的制造汽車的工業(yè)，只有到中華人民共和國成立之初，毛澤東主席、周恩來總理等第一代國家領(lǐng)導(dǎo)人非常關(guān)注、親自參與建立中國汽車工業(yè)的重大決策，在前蘇聯(lián)援助中國建設(shè)一批重點工業(yè)項目中列入建設(shè)一座現(xiàn)代化的載貨汽車工廠，并在中央重工業(yè)部下屬機器工業(yè)局籌備組建期間，開始了籌建的前期工作。1953年7月，毛主席親筆題名的第一汽車制造廠在吉林省長春市動工興建，在中央動員、全國支援和參與建設(shè)者的奮力拼搏下，實現(xiàn)了黨中央提出“力爭三年建成長春汽車廠和出汽車、出人才、出經(jīng)驗”的目標(biāo)，國產(chǎn)第一輛解放牌載貨汽車于1956年7月13日駛下總裝配生產(chǎn)線，從此結(jié)束了中國自己不能制造汽車的歷史，圓了中國人自己生產(chǎn)國產(chǎn)汽車之夢。1957年5月，一汽開始仿照國外樣車自行設(shè)計轎車；1958年先后試制成功CA71型東風(fēng)牌小轎車和CA72型紅旗牌高級轎車，毛主席等國家領(lǐng)導(dǎo)人親自試乘了東風(fēng)牌小轎車，十分高興地稱贊：“坐上自己制造的汽車了”；之后，紅旗牌高級轎車被列為國家禮賓用車，并用作國家領(lǐng)導(dǎo)人乘坐的慶典檢閱車。
進入60年代，國民經(jīng)濟實行“調(diào)整、鞏固、充實、提高”方針，在國家和省市支持下，形成了一批汽車制造廠、汽車制配廠和改裝車廠，其中，南京、上海、北京和濟南共4個較有基礎(chǔ)的汽車制配廠，經(jīng)過技術(shù)改造成為繼一汽之后第一批地方汽車制造廠，發(fā)展汽車品種，相應(yīng)建立了專業(yè)化生產(chǎn)模式的總成和零部件配套廠，為今后發(fā)展大批量、多品種生產(chǎn)協(xié)作配套體系形成了初步基礎(chǔ)。
在這個歷史階段，力求探索汽車工業(yè)管理的改革，國家決定試辦汽車工業(yè)托拉斯，實施了促進汽車工業(yè)發(fā)展的多項舉措，60年代中期工業(yè)托拉斯停辦。與此同時，汽車改裝業(yè)和摩托車制造業(yè)起步，重點發(fā)展了一批軍用改裝車，民用消防車、救護車、自卸車和牽引車相繼問世，并為社會經(jīng)濟發(fā)展提供了城市、長途和團體這三大類客車。北京最早試制二輪摩托車提供軍用，之后南京、南昌和濟南等地相繼試制三輪摩托車和機器腳踏車，當(dāng)時主要用于軍事、郵電、體育和城市短途運輸，摩托車工業(yè)處于起步階段，與汽車工業(yè)創(chuàng)建密切相關(guān)的汽車科研事業(yè)和專業(yè)教育體系初步形成。
1964年，國家確定在三線建設(shè)以生產(chǎn)越野汽車為主的第二汽車制造廠、四川和陜西汽車制造廠。二汽是國內(nèi)自行設(shè)計、國內(nèi)提供裝備的工廠，采取了“包建”（專業(yè)對口老廠包建新廠、小廠包建大廠）和“聚寶”（國內(nèi)的先進成果移植到二汽）的方法，同時在湖北省內(nèi)外安排新建、擴建26個重點協(xié)作配套廠。一個嶄新的大型汽車制造廠在湖北省十堰市興建和投產(chǎn)，當(dāng)時主要生產(chǎn)中型載貨汽車和越野汽車。與此同時，川汽、陜汽和與陜汽生產(chǎn)配套的陜西汽車齒輪廠，分別在四川省重慶市大足縣和陜西省寶雞市（現(xiàn)已遷西安）興建和投產(chǎn)，主要生產(chǎn)重型載貨汽車和越野汽車。
60年代中后期，國家提出“大打礦山之仗”的決策，礦用自卸車成為其重點裝備，上海32噸試制成功投產(chǎn)之后，天津15噸、常州15噸、北京20噸、一汽60噸（后轉(zhuǎn)本溪）和甘肅白銀42噸電動輪礦用自卸車也相繼試制成功投產(chǎn)，緩解了冶金行業(yè)采礦生產(chǎn)裝備需要。
為適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展對重型載貨汽車的需求，濟南汽車制造廠擴建黃河牌8噸重型載貨汽車的生產(chǎn)能力，安徽淝河、南陽、丹東、黑龍江和湖南等地方汽車也投入同類車型生產(chǎn)。邢臺長征牌12噸重型載貨汽車（源于北京新都廠遷建）、上海15噸重載載貨汽車投產(chǎn)問世。
據(jù)不完全統(tǒng)計：在此期間，一汽、南汽、上汽、北汽和濟汽5個老廠分別承擔(dān)了包建和支援三線汽車廠（二汽、川汽、陜汽和陜齒）的建設(shè)任務(wù)，其自身投入技術(shù)改造擴大生產(chǎn)能力；地方發(fā)展汽車工業(yè)，幾乎全部仿制國產(chǎn)車型重復(fù)生產(chǎn)；據(jù)粗略統(tǒng)計，解放牌車型20多家，北京130車型20多家，躍進車型近20家，北京越野車近10家；改裝車生產(chǎn)向多品種、專業(yè)化發(fā)展，生產(chǎn)廠點近200家；1980年大中輕型客車生產(chǎn)13400輛，其中：長途客車6000多輛；汽車零部件品種增多，廠家增加到2100家；摩托車工業(yè)初步形成，1980年24個廠家生產(chǎn)4.9萬輛。
汽車設(shè)計理論是指導(dǎo)汽車設(shè)計實踐的，而汽車設(shè)計實踐經(jīng)驗的長期積累和汽車生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與進步，又使汽車設(shè)計理論得到不斷的發(fā)展與提高。汽車設(shè)計技術(shù)是汽車產(chǎn)品設(shè)計的方法和手段，是汽車設(shè)計實踐的軟件和硬件。
汽車設(shè)計技術(shù)在近百年中也經(jīng)歷了由經(jīng)驗設(shè)計發(fā)展到以科學(xué)實驗和技術(shù)分析為基礎(chǔ)的設(shè)計階段，進而自60年代中期在設(shè)計中引入電子計算機后又形成了計算機輔助設(shè)計等新方法，并使設(shè)計逐步實現(xiàn)半自動化和自動化。
在20世紀(jì)90年代，國際汽車界興起一種逆向工程的汽車產(chǎn)品開發(fā)新方式。經(jīng)過幾年的發(fā)展，積累了很多經(jīng)驗，取得巨大進步，可以說已成為現(xiàn)代汽車產(chǎn)品開發(fā)的主流形式。
逆向工程主要是依靠高度集成化、可視化、開放型的計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)筑汽車產(chǎn)品，從概念構(gòu)思、產(chǎn)品設(shè)計、工程分析、工藝制造、應(yīng)用工程、市場服務(wù)，全過程實現(xiàn)無紙化、高精度、系統(tǒng)化的操作平臺。雖然，目前仍需制造樣品，進行實物試驗、論證和評價，但這已經(jīng)不是一種重要的手段，最終將會取消這一過程。就這種思維的方法而言，是思維先于實體、實體用于反證思維的逆向邏輯形式，國際汽車界稱之為逆向工程。
實施逆向工程的目的是為了更好地實現(xiàn)汽車產(chǎn)品設(shè)計的并行工程，使產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程實行同步作業(yè)，并使之優(yōu)化，大大提高產(chǎn)品設(shè)計的一次成功率，從而縮短周期，降低成本，減少風(fēng)險，提高質(zhì)量，增強企業(yè)競爭力。
我國汽車工業(yè)在實行逆向工程中已經(jīng)做了一些工作，并且具有廣泛的社會基礎(chǔ)，特別是軍工和院校部門已經(jīng)先行一步，水平也不算低，如果我們能把集成和整合工作做得好些，進步就會更快、更大。
汽車的設(shè)計開發(fā)工作是由根據(jù)市場調(diào)查及使用要求而制定的設(shè)計任務(wù)書開始的。
汽車設(shè)計的內(nèi)容包括整車總體設(shè)計、總成設(shè)計和零件設(shè)計。整車總體設(shè)計又稱為汽車的總布置設(shè)計，其任務(wù)是使所設(shè)計的產(chǎn)品達到設(shè)計任務(wù)書所規(guī)定的整車參數(shù)和性能指標(biāo)的要求，并將這些整車參數(shù)和性能指標(biāo)分解為有關(guān)總成的參數(shù)和功能。在這項高層次的設(shè)計工作中，既有汽車各總成間的聯(lián)系問題，又有人與汽車之間的聯(lián)系問題。解決人車之間的聯(lián)系問題屬于人——機工程設(shè)計，它在汽車設(shè)計工作中占有極重要的位置。
⑴零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化
由于汽車的產(chǎn)量大、品種及型號多，設(shè)計中實行零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和產(chǎn)品系列化，可簡化生產(chǎn)，提高工效，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，減少配件品種，方便維修。
所謂“系列化”是指制造廠為了能供應(yīng)各種型號的產(chǎn)品（可為汽車，亦可為總成和部件），又能進行大量生產(chǎn)，而將產(chǎn)品合理分擋，組成系列，并考慮各種變型。例如驅(qū)動型式為4×4的越野汽車加上一根驅(qū)動橋則可變成6×6的越野汽車，加上兩根則又可變成8×8的越野汽車，組成系列；發(fā)動機可按缸數(shù)分為4缸、6缸或V6缸、V8缸等組成系列。這樣即可較少的基本型衍生出較多的系列產(chǎn)品，以滿足廣泛的需求。
所謂“通用化”是指在同一系列或總質(zhì)量相近的一些車型上，采用通用的總成或部件，以簡化生產(chǎn)。
所謂“標(biāo)準(zhǔn)化”是指在設(shè)計中廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件，以利于組織生產(chǎn)、提高質(zhì)量、降低造價和方便維修。
⑵考慮使用條件的復(fù)雜多變
為了使所設(shè)計的汽車產(chǎn)品在全國和全世界這樣的廣闊市場上具有競爭力，設(shè)計中就要充分考慮提高其對復(fù)雜多變的使用條件的適應(yīng)性。特別應(yīng)注意熱帶、寒帶等不同的氣候條件和高原、山區(qū)、丘陵、沼澤、沿海等不同的地理條件，以及燃料供應(yīng)、維修能力等不同的使用條件對汽車結(jié)構(gòu)、性能、材料、附件等的特殊要求。例如：在高原地區(qū)發(fā)動機應(yīng)增壓；在熱帶地區(qū)要考慮車廂的隔熱、空調(diào)或通風(fēng)；在寒帶要考慮發(fā)動機的冷起動；在山區(qū)則應(yīng)提高汽車的爬坡能力并附加發(fā)動機排氣制動等。
⑶重視汽車使用中的安全、可靠、經(jīng)濟與環(huán)保
良好的使用性能顯然是各種產(chǎn)品的設(shè)計者都要追求的目標(biāo)，汽車設(shè)計者更是如此，所不同的是汽車的使用性能是多方面的（例如：動力性、燃油經(jīng)濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性、舒適性、通過性以及可靠性、耐久性、維修性和對環(huán)境保護的影響性能等），而且在默寫性能之間有時是相互矛盾的。因此，汽車設(shè)計的特點還在于：要在給定的使用條件下，協(xié)調(diào)各種使用性能的要求、優(yōu)選各種使用性能指標(biāo)，使汽車在該使用條件下的綜合使用性能達到最優(yōu)。特別要重視使用中的安全、可靠、經(jīng)濟與環(huán)保。
⑷車身設(shè)計既重視工程要求更注重外觀造型
汽車車身的外形、油漆及色彩是汽車給人們的第一個外觀印象，是人們評價汽車的最直接方面，也是轎車的最重要市場競爭因素，是汽車設(shè)計非常重要的內(nèi)容。車身造型既是工程設(shè)計，又是美工設(shè)計。從工程設(shè)計來看，它既是滿足結(jié)構(gòu)的強度要求、整車布置的匹配要求和沖壓分快的工藝要求，又要適應(yīng)車身的空氣動力學(xué)的要求而具有最小的風(fēng)阻系數(shù)；從美工設(shè)計來看，它應(yīng)當(dāng)適應(yīng)時代的特點和人們的愛好，要像對待工藝品那樣進行美工設(shè)計，給人以高度美感，起到美化環(huán)境的作用。
⑸在保證可靠性的前提下盡量減小汽車的自身質(zhì)量
和固定的機械設(shè)備不同，作為運輸用的汽車其自身質(zhì)量直接影響起燃油經(jīng)濟性。和單間生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，作為大批量生產(chǎn)的汽車，減小其自身質(zhì)量可節(jié)約大量的制造材料，降低生產(chǎn)成本。合理地減小汽車的自身質(zhì)量對汽車工業(yè)和汽車運輸業(yè)會帶來巨大的經(jīng)濟效益。最優(yōu)化設(shè)計方法可滿足這方面的設(shè)計要求。
1 汽車的總體設(shè)計
汽車的總體設(shè)計是汽車設(shè)計工作中最重要的一環(huán)，它對汽車的設(shè)計質(zhì)量，使用性能和在市場上的競爭力有著決定性的影響。因為汽車性能的優(yōu)劣不僅與相關(guān)總成及部件的工作性能有密切關(guān)系，而且在很大程度上還取決于有關(guān)總成及部件間的協(xié)調(diào)與參數(shù)匹配，取決于汽車的總體布置。
1.1 汽車類型的確定
1.1.1 按汽車的用途分類
⑴轎車：通常稱為小轎車。它是汽車產(chǎn)品中產(chǎn)量最大的一類，約占世界汽車總產(chǎn)量的70%以上。作為家庭用車、機關(guān)和企業(yè)的公用汽車及城市出租汽車，其車型多為二門或四門雙排座的，也有五門的旅行轎車、三排座的大型高級轎車和單排座運動型的所謂跑車。
⑵客車：用于運載乘客。城市公共汽車、長途客車、旅行客車、游覽客車及專用客車等，均屬于這一類。
⑶載貨汽車：用于運輸貨物。其產(chǎn)量在汽車產(chǎn)品中占第二位，約為世界汽車總產(chǎn)量的20%。
⑷越野汽車：主要用于非道路條件下載運人員或物資、牽引各種裝備的汽車。為了提高汽車在壞路和無路地帶，如松軟地面、坎坷不平地段和各種障礙的通過能力，越野汽車需采用全輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)并安裝越野輪胎。
⑸牽引汽車：用于牽引全掛車、半掛車、汽車列車的掛車組、火炮和各種裝備的汽車。
⑹自卸汽車：用于運送散裝貨物且具有可傾斜的貨箱。卸貨時可利用液壓舉升機構(gòu)將貨箱向后或向側(cè)面傾斜一定角度，使散裝貨物能依靠自重而自行卸下。在礦區(qū)和工地用的自卸汽車又稱為礦用自卸汽車。
⑺農(nóng)用汽車：專門用于農(nóng)村地區(qū)從事運輸和農(nóng)耕作業(yè)的汽車，其結(jié)構(gòu)特點應(yīng)能適應(yīng)農(nóng)村的使用條件和使用要求。
⑻專用（特種）汽車：按特種用途而專門設(shè)計制造或裝有專門設(shè)備、具有專用功能且用于承擔(dān)專門運輸任務(wù)或?qū)ｍ椬鳂I(yè)的汽車，如防彈高級迎賓車、檢閱車、銀行運款用裝甲車、機場飛機牽引車等。
⑼改裝車：普通的汽車底盤上改裝上特種用途的車身或加裝上某種機構(gòu)而成，如消防車、灑水車、救護車、冷藏車、自裝卸式貨車等。
1.1.2 按動力裝置的類型分類
a.內(nèi)燃機汽車：當(dāng)代汽車幾乎都是采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機為其動力裝置，它又分為汽油機汽車、柴油機汽車和代用燃料汽車。極少數(shù)的汽車采用轉(zhuǎn)子發(fā)動機或燃?xì)廨啓C為動力裝置而成為轉(zhuǎn)子發(fā)動機汽車、燃?xì)廨啓C汽車。
b.電動汽車：為消除內(nèi)燃機汽車產(chǎn)生的派器污染，當(dāng)前許多國家都在研制電動汽車，它多以化學(xué)蓄電池和電動機為動力裝置，還有采用化學(xué)蓄電池與電動機并加裝內(nèi)燃機的復(fù)合動力電動汽車，后者既考慮了在城市市區(qū)行駛時的環(huán)保要求，又照顧到汽車在城外公路上行駛時有足夠的續(xù)駛里程。
美、日和歐洲一些國家正在開展一項研制機械式蓄電池的電動汽車的高科技計劃。 在現(xiàn)代技術(shù)條件下，新型高強度復(fù)合材料和無摩擦磁浮軸承的出現(xiàn)，電機技術(shù)、控制技術(shù)和真空密封技術(shù)的發(fā)展，使實現(xiàn)以飛輪儲能為動力的電動汽車成為可能。
c.其他動力裝置的汽車：早期曾出現(xiàn)過以蒸汽機為動力的蒸汽機汽車，現(xiàn)代新研制的有氫氣燃料汽車、太陽能汽車等。
1.1.3 轎車發(fā)動機與驅(qū)動橋在汽車位置上的分類
(1)前置發(fā)動機的轎車
早期的轎車多用貨車的底盤及發(fā)動機改裝而成， 由于轎車底盤過底，不太使用后輪驅(qū)動。所以大部分都使用發(fā)動機前置前輪驅(qū)動。
1.2 汽車主要參數(shù)的選擇
1.2.1 汽車主要尺寸參數(shù)的選擇
汽車的主要參數(shù)如表1-1所示
表1-1 汽車主要參數(shù)
Tablet.1-1 Tablet of the car’s main parameter
長/mm
4428
裝備空載質(zhì)量/kg
1100
寬/mm
1660
前軸允許負(fù)荷/kg
760
高（空載）/mm
1420
后軸允許負(fù)荷/kg
740
最小離地間隙（空載）/mm
125
燃油箱容積/L
55
1.2.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定
1．轎車和大客車的人均整備質(zhì)量如表1-2所示。
表1-2 轎車和大客車的人均整備質(zhì)量的統(tǒng)計值
Tablet.1-2 Tablet of saloon car and bus’ everyone euploid mass sata
車 型
微型轎車
普通轎車
中級轎車
高級轎車
30下客車
大客車
人均整備/t
0.15～0.16
0.18～0.24
0.21～0.29
0.29～0.34
0.096～0.16
0.065～0.13
2．汽車的總質(zhì)量m
汽車的總質(zhì)量是指已經(jīng)整備完好、裝備齊全并按規(guī)定載滿乘客的汽車質(zhì)量.除包括汽車的整備質(zhì)量m及載滿量。而空車的質(zhì)量為：1500kg
a．汽車的整備質(zhì)量系數(shù)
此系數(shù)越大表明該車型的材料利用率愈高和設(shè)計工藝水平愈高.因此在設(shè)計時在保證汽車零部件的強度、剛度及可靠性與壽命的前提下，應(yīng)力求盡量減輕其質(zhì)量，增大這一系數(shù)。
b．汽車的質(zhì)量系數(shù)
這一系數(shù)能更準(zhǔn)確的反映汽車的金屬和材料在貨物運輸中的貢獻或利用率。但在一般技術(shù)資料中很少列出汽車的質(zhì)量值。
c．汽車的軸荷分配
它是汽車的重要質(zhì)量參數(shù)，它對汽車的牽引性、通過性、制動性、操縱性和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此，在總體設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。
1.2.3 汽車主要性能參數(shù)的選擇
汽車主要性能參數(shù)如表1-3所示。
1.3 汽車發(fā)動機的選型
發(fā)動機是汽車的動力，是汽車的關(guān)鍵總成，起選型及布置對汽車的許多性能都有影響，尤其對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性、使用的可靠性與耐久性、維修的方便性以及制造成本與市場競爭力等都有直接的影響。發(fā)動機的選型是一項關(guān)鍵的決策。
發(fā)動機的選型依據(jù)因素很多，如客車的類型、用途、使用條件、總布置型式、總質(zhì)量及動力性指標(biāo)、經(jīng)濟性要求、材料和燃料資源、排氣污染和噪聲方面的法規(guī)限制、已有的發(fā)動機系列及其技術(shù)指標(biāo)水平、技術(shù)發(fā)展趨勢、生產(chǎn)條件與制造成本、市場預(yù)測情況以及將來的配件供應(yīng)及維修條件等，通常要經(jīng)過多種方案的比較甚至通過先行的試驗研究才能選定一個好的方案。因為此設(shè)計采用本發(fā)動機的主要技術(shù)參數(shù)，如表1-4所示。
表1-3 整車性能參數(shù)
Tablet.1-3 Tablet of full car’s capability parameter
最高車速/(km/h)
190
制動距離(50km/h)/m
9.8
加速性(0-100km/h)/s
13.7
風(fēng)阻系數(shù)
0.32
最小轉(zhuǎn)彎半徑/m
5.25
CO排放怠速/%
＜1.5
百公里等速油耗(90km/h)/L
7.1
HC排放/×10e-6
＜500
軸距/mm
2471
冷卻系統(tǒng)容積/L
6.3
輪距
前/mm
1429
風(fēng)窗洗滌器儲液罐/L
4
后/mm
1422
行李箱容積/L
660
滿載總質(zhì)量/kg
1500
表1-4 發(fā)動機結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)
Tablet.1-4 Tablet of car’s engine configuration and main parameter
型號
EA113
型式
直列四缸水冷，電控多點噴射式汽油機
最大功率
55（5800r/min）
最大轉(zhuǎn)矩
121(5200r/min)
排量
1.595
缸徑/行程（mm）
81/77.4
壓縮比
9.3
布置方式
前橫置
機體材料
鋁合金鋼蓋，鑄鐵缸體
配氣機構(gòu)
雙頂置凸輪軸，齒形皮帶傳動，液壓挺桿驅(qū)動氣門，每缸5個氣門
供油方式
電控多點噴射系統(tǒng)Motronic
冷卻方式
水冷，封閉式，獨立膨脹罐，雙速電動風(fēng)扇
2 變速器的設(shè)計
2.1 概述
汽車傳動系統(tǒng)的基本功能是將發(fā)動機輸出的運動和動力傳給車輪，以驅(qū)動汽車行使。變速器是汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分。變速器用于轉(zhuǎn)變發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步，加速，行使以及克服各種道路障礙等不同行使條件下對驅(qū)動輪牽引力及不同要求的需要。用變速器轉(zhuǎn)變發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速的必要性在與內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速變化特性的特點是具有相對小的對外部載荷改變的適應(yīng)性。以下從變速器的作用分類來介紹。
變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。它的作用是：
1．在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動輪上扭矩的大小。
由于汽車行駛條件不同，要求汽車行駛速度和驅(qū)動扭矩能在很大范圍內(nèi)變化。例如在高速路上車速應(yīng)能達到100km/h，而在市區(qū)內(nèi)，車速常在50km/h左右?？哲囋谄街钡墓飞闲旭倳r，行駛阻力很小，則當(dāng)滿載上坡時，行駛阻力便很大。而汽車發(fā)動機的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而轉(zhuǎn)矩變化范圍更不能滿足實際路況需要。
2．實現(xiàn)倒車行駛
汽車發(fā)動機曲軸一般都是只能向一個方向轉(zhuǎn)動的，而汽車有時需要能倒退行駛，因此，往往利用變速箱中設(shè)置的倒擋來實現(xiàn)汽車倒車行駛。
3．實現(xiàn)空擋
當(dāng)離合器接合時，變速箱可以不輸出動力。例如可以保證駕駛員在發(fā)動機不熄火時松開離合器踏板離開駕駛員座位。
變速箱由變速傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)兩部分組成。變速傳動機構(gòu)的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的數(shù)值和方向；操縱機構(gòu)的主要作用是控制傳動機構(gòu)，實現(xiàn)變速器傳動比的變換，即實現(xiàn)換擋，以達到變速變矩。
機械式變速箱主要應(yīng)用了齒輪傳動的降速原理。簡單的說，變速箱內(nèi)有多組傳動比不同的齒輪副，而汽車行駛時的換擋行為，也就是通過操縱機構(gòu)使變速箱內(nèi)不同的齒輪副工作。如在低速時，讓傳動比大的齒輪副工作，而在高速時，讓傳動比小的齒輪副工作。
2.2 變速器的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇
1．簡單式變速器的基本結(jié)構(gòu)：由殼體、傳動部分和操縱部分組成。
a．殼體
殼體是基礎(chǔ)件，用以安裝支承變速器全部零件及存放潤滑油)：其上有安裝軸承的精確鏜孔。變速器承受變載荷，所以殼體應(yīng)有足夠的剛度，內(nèi)壁有加強，形狀復(fù)雜，多為鑄件(材料為灰鑄鐵，常用HT200)。
為便于安裝，傳動部分和操縱部分常做成剖分式，箱蓋與殼體用螺栓聯(lián)接并可靠定位。殼體上有加油、放油口，油面檢查尺口，還應(yīng)考慮散熱。
b．傳動部分
是指齒輪、軸、軸承等傳動件。軸的幾何尺寸通過強度、剛度計算確定。因主要決定于剛度，而碳鋼與合金鋼彈性模量近乎相等，所以一般用碳鋼(常用45鋼)。只有齒輪與軸制成一體或軸載荷嚴(yán)重才用合金鋼。軸與齒輪多為花鍵聯(lián)接(對中性好，能可靠傳遞動力，擠壓應(yīng)力小等)。軸的花鍵部分和放軸承處經(jīng)表面淬火處理。軸多用滾動軸承支承，潤滑簡單，效率高、徑向間隙小，軸向定位應(yīng)可靠。潤滑方式多用飛濺 (υ>25m/s，只要粘度適宜可甩到壁上)。
c．操縱部分
主要零件位于變速器蓋內(nèi)。
2．組成式變速器結(jié)構(gòu)特點
簡單式變速器有效率高、構(gòu)造簡單使用方便鈞優(yōu)點擋數(shù)少，i變化范圍小(牽引力、速度范圍小)，只宜在擋數(shù)不多的某些車工采用。若增加i的范圍，則使變速器尺寸加大，軸跨度增加，為了既增加擋數(shù)又不使軸跨度過大，可采用組成式變速器。
組成式變速器的優(yōu)點：
a．可以減少齒輪個數(shù)，而且擋數(shù)越多減少齒輪個數(shù)的優(yōu)點愈明顯。同簡單式變速器相比，它可縮短軸的長度，減少整個變速器的外部尺寸和重量，并且能方便地得到不止一個倒擋。所以當(dāng)前進擋數(shù)超過六個擋時，幾乎都用組成式變速器。
b．傳動：比變化率Ω大：若主變速器傳動比變化率Ωzu=3，副變速器Ωfu=4則Ω=12；若使簡單式變速器Ω=12，結(jié)構(gòu)往往很難合理。
缺點：
a．擋組間傳動比有對應(yīng)關(guān)系，不易使每擋的2，(速度及牽引力)都很理想。
b．換擋操縱麻煩，有時要操縱兩個變速部分，若為插花換擋還不便記憶。
為了減少操縱動作，最好能順序換擋。為此要求重視擋次編排十使第滅擋組傳動比全部大于第11擋組，達到多數(shù)相領(lǐng)排擋的變換只需操縱主變速的目的，這樣才最為方便。
變速器是由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成，需要時，還可以加裝動力輸出器。在分類上有兩種方按傳動比變化方式和按操縱方式的不同來分。
按傳動比變化方式來分：
1．有級式變速器
這是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器(行星齒輪變速器)兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動比通常有3-5個前進擋和一個倒擋，在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多擋位。所謂變速器擋數(shù)即指其前進擋位數(shù)。
2．無級式變速器
傳動比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無限多級變化，常見的有電力式和液力式(動液式)兩種。電力式無級變速器的變速傳動部件為直流串激電動機，除在無軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動系中也有廣泛采用的趨勢。動液式無級變速器的傳動部件為液力變矩器。
3．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，其傳動比可在最大指與最小值之間的幾個間斷的范圍內(nèi)作無級變化。
按操縱方式來分：
強制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換擋。
自動操縱式變速器其傳動比選擇和換擋是自動進行的，所謂“自動”，是指機械變速器每個擋位的變換是借助反映發(fā)動機負(fù)荷和車速的信號系統(tǒng)來控制換擋系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。
半自動操縱式變速器
有兩種型式：一種是常用的幾個擋位自動操縱，其余擋位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定擋位，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進行換擋。
2.3 汽車變速器的擋數(shù)和各擋傳動比的確定
2.3.1 汽車傳動系統(tǒng)最小傳動比的選擇
在大多數(shù)時間內(nèi)，汽車是以高速擋行使的，而傳動系統(tǒng)的傳動比達最小值.因此，最小傳動比的選擇對汽車的動力性和經(jīng)濟性有很大的影響。
由汽車?yán)碚撝瑸槌浞掷冒l(fā)動機的最大功率，選擇主傳動箱的傳動比應(yīng)滿足一下條件：
(2-2)
式中： —發(fā)動機輸出最大功率時的汽車速度，km/h；
為此，推薦按下式初選：
(2-3)
式中： —發(fā)動機類型系數(shù)，汽油機取=1.01.1；
—發(fā)動機輸出最大功率時的轉(zhuǎn)速，r/min；
r—車輪滾動半徑，m。
在確定時要同時考慮到汽車在最小傳動比擋位下應(yīng)具有足夠的上破和加速能力，即在最高擋位是有足夠大的動力因素 通常，對輕型客車取=0.040.06， 在一般情況用下公式來驗算：
(2-4)
式中 —發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，N·m；
—傳動系統(tǒng)的效率，=0.85；
—空氣阻力系數(shù)，客車取=0.81.0；
—汽車在最高擋位下發(fā)動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩時的汽車速度，km/h；
A—汽車通風(fēng)面積，；
G—汽車總質(zhì)量，kg；
汽車通風(fēng)面積A近似按下式公式計算：
(2-5)式中 B—汽車前輪輪距，m；
—汽車整車高度，m；
發(fā)動機輸出最大轉(zhuǎn)矩時的汽車速度按下式計算：
=0.377 (2-6)
式中 —發(fā)動機輸出最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速，r/min；
在選擇時，還要兼顧系列化和配齒條件等要求。通常=4.55.0時，主動輪齒數(shù)可取=57。對此汽車，取=6，=28時=4.67。
根據(jù)動力性要求，汽車變速箱的擋數(shù)越多，發(fā)動機在最大功率附近輸出高功率的機會也越多，相應(yīng)地提高了汽車的加速度和爬坡能力。從耗油經(jīng)濟性分析，擋數(shù)增多，相應(yīng)地增加了發(fā)動機在低油耗區(qū)工作的可能性。所以，增加擋數(shù)有利于改善汽車的動力性和耗油經(jīng)濟性。但是，如果擋數(shù)過多，變速箱結(jié)果復(fù)雜，換擋不方便。通常，對于汽車總質(zhì)量為1500kg的轎車，絕大多數(shù)采用4擋變速。此外，擋數(shù)多少還影響到相鄰兩擋間的傳動比的比值。如表2-1所示。
表2-1 汽車變速器各擋傳動比的初選
Tablet.2-1 Tablet of saloon car’s transmission driver select
擋 位
Ⅰ 擋
Ⅱ 擋
Ⅲ 擋
Ⅳ 擋
傳 動 比
3.5
2.19
1.37
0.98
2.4 轎車變速器機構(gòu)方案的選擇
汽車變速器的結(jié)構(gòu)方案必須滿足使用性能、制造條件、維修簡便及標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化等要求，應(yīng)從齒輪型式、換擋結(jié)構(gòu)、軸型布置、倒擋設(shè)置以及軸承型式、潤滑和密封等方面綜合考慮及全面評價，以求得到合理的設(shè)計方案。
1．齒輪型式
汽車變速器普遍采用直齒或斜齒的圓柱齒輪。前者嚙合性能較差、重合小、強度低、噪音大，僅在低擋和倒擋中使用；后者應(yīng)用廣泛。本設(shè)計使用直齒。
2．換擋結(jié)構(gòu)
汽車變速器的換擋方式常用有直齒滑移齒輪、嚙合套和同步器等三種方式。
直齒滑移齒輪的換擋結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；嚙合套換擋一般是配合斜齒圓柱齒輪副使用的。這兩種型式在滑移齒輪或嚙合套的圓周速度與相嚙合的圓周速度不一致的情況下，會產(chǎn)生換擋沖擊與燥聲，容易引起齒輪的破壞和磨損。
采用同步器換擋可保證齒輪不發(fā)生換擋沖擊，同時操作輕便，縮短了換擋的時間，相應(yīng)提高了汽車的加速性、經(jīng)濟性、行使安全性，而且有利于實現(xiàn)操縱自動化。但是這種換擋方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高，軸向尺寸有所增加。而本變速器就是應(yīng)用的同步器換擋機構(gòu)。
3．軸型布置
目前，絕大多數(shù)汽車都才用兩軸式變速器，如圖2-1所示。
圖2-1 兩軸式變速器
Fig.2-1 The diagram of two shaft transmission
表2-2 轎車變速器的齒輪型式和換擋方式
Tablet.2-2 Tablet of saloon car’s transmission gear kind and change shift way
機構(gòu)型式
擋 位 代 號
Ⅳ 擋
Ⅱ 擋
Ⅲ 擋
Ⅰ 擋
倒 擋
齒輪型式
斜 齒 圓 柱 齒 輪
直 齒 圓 柱 齒 輪
嚙合方式
常 嚙 合
滑 移 嚙 合
換擋型式
同 步 器
滑 移 齒 輪
汽車變速器普遍采用飛濺式潤滑方式，密封型式采用軸承蓋內(nèi)裝油封或開油槽的結(jié)構(gòu)。
此轎車的變速器的齒輪型式和換擋方式列入邊2-2。
2.5 變速器的設(shè)計參數(shù)選擇
2.5.1 中心距A
由公式Temax=9549 可知：
式中 Temax—最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
α—轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)。一般α=1.1~1.3 取1.2；
Pemax—最大功率（KW），參考捷達轎車為55KW；
np—最大功率轉(zhuǎn)速(r/min)，參考捷達轎車n為5200r/min；
所以
Temax=9549=9549×=121.2 N·m
初選中心距A時可根據(jù)下面的經(jīng)驗公式計算：
A= KA
式中 A —變速器中心距（mm）；
KA —中心距系數(shù)，轎車：K=8.9~9.3 取9.3；
Temax —發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（N?m）；
I1—變速器一擋傳動比范圍3.5~3.8，取3.5；
ηg —變速器傳動效率，取96%；
所以
A= KA=9.3×=68.82
符合轎車變速器的中心距變化范圍65~80mm。
為了檢測方便，中心距A最好取整數(shù)，故取69mm。
2.5.2 外形尺寸
轎車四擋變速器殼體的軸向尺寸為（3.0~3.4）A，所以得220.8mm。
2.5.3 軸的直徑
兩軸式變速器的第一軸d/l=0.16~0.18。軸的最大直徑d和支承間距離L的比值。對第二軸d/L=0.18~0.21。第一軸最大d=35mm；第二軸最大d=36mm。
第一軸花鍵部分直徑d(mm)可按下列初選：
d=K=16mm
式中 k —經(jīng)驗系數(shù)k=4.0~4.6；
Temax —發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
Temax=121.2 N·m；
2.6 齒輪參數(shù)
1．模數(shù)的選擇：抵擋選大模，高擋選小模
變速器用齒輪模數(shù)范圍大致如下：微型和普通級轎車為2.25~2.75，故取2.5mm。
嚙合器和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒形。其取用范圍是：轎車和輕，中型貨車為2.0～3.5mm.故取2.5mm。
2．壓力角α
對于轎車，為加大重合度以降低噪聲。應(yīng)取用14.5?、15?、16?、16.5?等小些的壓力角。實際上因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為26?所以變速器齒輪普通采用的壓力向為20?嚙合套或同步器的接合齒壓力角有20?、25?、30?等但普通采用30?壓力角。
3．齒寬b
通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬。
直齒：b=kcm，kc齒寬系數(shù)，取為4.5~8.0，取6.0。
4．齒輪變位系數(shù)的選擇原則
當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動或高度變位時，則對齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。
對于高擋齒輪，其主要損壞形式是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)保證最大接觸強度和抗
膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大些，這樣兩齒輪的齒廓漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。
對于低擋齒輪，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。為提高小齒輪的抗彎強度，應(yīng)根據(jù)危險斷面齒厚相等的條件來選擇大，小齒輪的變位系數(shù)，此時，小齒輪的變位系數(shù)大于零。
由于工作需要，有時齒輪齒數(shù)取得少會造成輪齒根切，這不僅削弱了輪齒的抗彎強度，而且使重合度減小。此時應(yīng)對齒輪進行正變位，以消除根切現(xiàn)象。
2.7 各擋齒輪齒數(shù)的分配
1．確定一擋傳動比，聯(lián)立下列公式有：
i1=Z2Z7/Z1Z8
轎車一擋傳動比i1=3.5~3.8，取3.5。
Zn=2A/m (直齒) Z8=15-17，取16。 Zn=2A/m=2×68.82/2.5=55.1，整取55。
所以Zn=Zn-Z8=55-16=39。
2．對中心距A進行修正
因為計算齒數(shù)和ZN后經(jīng)過取整數(shù)，使中心距有了變化，就以應(yīng)根據(jù)取定的ZN和齒數(shù)變位，系數(shù)就計算中心距A，故修正后的中心距A取69mm。
3．確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)
由式（2—1）可求出常嚙合傳動齒輪的傳動比 Zn/Z1=i1·Z8/Z7=3.5×16/39=1.4，而常嚙合傳動齒輪中心距和一擋齒輪的中心距相等，即
A=m(Z1+Z2)/2=2.5×(Z1+Z2)/2
解方程式求出Z1，Z2得Z1=23.0，Z2=32.2，故取Z1=23，Z2=33。
驗證傳動比i1=Z2Z7/Z1Z8=33×39/23×16=3.5 (合格)。
4．確定其它各擋的齒數(shù)
二擋齒輪直齒輪，模數(shù)與一擋齒輪相同。得：
i2=Z2×Z5/Z1×Z6
A=m(Z5+Z6)/2
聯(lián)立兩式求出Z5，Z6得Z5=33.1，Z6=21.8，故取Z5=33，Z6=22。
驗證中心距：
A=(合適)
三擋齒輪是直齒輪，模數(shù)取2.6（高擋位）。
i3=Z2Z3/Z1Z4 Z3/Z4=1.37×23/33=0.95
A=m(Z3+Z4)/2 Z3+Z4=2A/m=2×69/2.6=53.1
聯(lián)立兩式求出Z3，Z4得Z3=25.9，Z4=27.2，故Z3=26，Z4=27。
5．確定倒擋齒輪齒數(shù)
倒擋齒輪選用的模數(shù)與一擋相同，倒擋齒輪Z10的齒數(shù)一般在21~23之間，取22，初選Z10后，可以計算出二軸與倒擋軸的中心距A’
A’= 故取48mm
為了保證倒擋齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運動干涉，齒輪8和齒輪9的齒頂圓之間保持0.5mm以上的間隙，則齒輪9的齒頂圓直徑De9應(yīng)為54：
De9=2A’- De8-1=65
De8=m·Z8=40
A’=
求出Z9=18。
確定各擋齒輪的基本參數(shù)(單位：mm)
d1=m·Z1=2.5×23=57.5；
d2=m·Z2=2.5×33=82.5；
d3=m·Z3=67.6；
d4=m·Z4=70.2；
d5=m·Z5=82.5；
d6=m·Z6=55；
d7=m·Z7=97.5；
d8=m·Z8=40；
d9=m·Z9=40；
d10=m·Z10=55；
ha1= ha*·m=2.5×1=2.5；
hf1= (ha*+c*)m=1.25×2.5=3.125；
h1= ha1+ hf1=2.5+3.125=5.625；
ha2= ha·m=2.6×1=2.6；
hf2=(ha*+c*)m=1.25×2.6=3.25；
h2= ha2+ hf2=2.6+3.25=5.85；
d a1=d1+2 ha1=62.5；
d f1= d1-2 hf1=50.25；
d a2=d 2+2 ha1=87.5；
df2=d2-2 hf1=75.25；
da3= d3+2 ha2=72.8；
df3= d3-2 hf2=61.1；
da4= d4+2 ha2=75.7；
df4= d4-2 hf2=63.95；
da5= d5+2 ha1=87.5；
df5= d5-2 hf1=76.25；
da6= d6+2 ha1=60；
df6= d6-2 hf1=48.75；
da7= d7+2 ha1=102.5；
df7= d7-2 hf1=91.25；
da8= d8+2 ha1=45；
df8= d8-2 hf1=33.75；
da9= d9+2 ha1=45；
df9= d9-2 hf1=45；
da10= d10+2 ha1=60；
df10= d10-2 hf1=48.75；
齒距P1=m1=3.14×2.5=7.85；
P2=m2=3.14×2.6=8.16；
齒厚S1=m1/2=3.925；
S2=m2/2=4.08；
齒槽寬 e1=m1/2=3.925；
e2=m2/2=4.08；
頂隙 C1=C·m1=0.25×2.5=0.625；
C2= C·m2=0.25×2.6=0.65；
齒寬 b=Kcm=15；
2.8 輪齒強度計算
汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒或磨齒精加工，齒輪表面采用淬火熱處理工藝，齒輪精度為JB179—83。6級和7級。
1.輪齒彎曲強度計算
a：直齒輪彎曲應(yīng)力w
w7= (2-7)
式中 w—彎曲應(yīng)力（）；
F1—圓周力（N）,F1=2Tg/A；
Tg—計算載荷（Nmm）；
d—節(jié)圓直徑mm；
—應(yīng)力集中系數(shù)，近似取=1.65；
—摩擦力影響系數(shù)，主=1.1，從=0.9；
b—齒寬，b=kcm，kc—6.0；
t—端面齒距，t=m；
m—摸數(shù)；
y—齒形系數(shù)；
（合格）
（合格）
（合格）
經(jīng)過計算其他各齒輪彎曲應(yīng)力w均小于，故合格。
b：輪齒接觸應(yīng)力計算
式中 —輪齒的接觸應(yīng)力（）；
F—齒面的法向力（N），F(xiàn)=F1/cos；
E—彈性摸數(shù)；
，—主，從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（mm）；
直齒
=rZsin b=rbsin
sin=0.34 cos=0.94
b—齒輪接觸的實際寬度；
=1057.54N/mm2<1900 N/mm2
=1659.2 N/mm2<1900 N/mm2
=1881.2 N/mm2<1900 N/mm2
=1558.4 N/mm2<1900 N/mm2
經(jīng)過計算，其他各齒輪的接觸應(yīng)力均小于1400 N/mm2，故合適。
2.9 軸的設(shè)計計算
兩軸式變速器的第二軸中部軸徑d=0.45×69=31.05?？梢匀?2mm。
軸的最大直徑d和支承間距離的比值，對中間軸d/L=0.16~0.18，36/L=211.7
對第二軸：d/L=0.18~0.21，36/L=0.2，L=185。
第一軸花鍵部分直徑d(mm)可按下式初選：
取16
第一，二軸選用軸承為深溝球軸承6206。故第一軸支承部分，第二軸的支承部分和的軸徑為30mm。第二軸一二擋軸徑36mm，三四擋軸徑30mm。
2.10 軸的強度計算
初步確定軸的尺寸以后，可以對軸進行剛度和強度驗算，欲求中間軸式變速器第一軸的支點后作用力，必須先求出第二軸的支點及力。
軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按《材料力學(xué)》有關(guān)公式計算，計算時僅計算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點近，負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計算。若軸的垂直面內(nèi)撓度為fc，在水平面內(nèi)撓度fs和轉(zhuǎn)角為，則可分別用下列公式計算：
合格
合格
合格
式中 F1—齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）；
F2—齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）；
E—彈性摸量，E=2.1*105Mpa；
I—慣性矩，對于實心軸：I=；
D—軸的直徑，花鍵處按平均直徑計算；
a，b—齒輪上作用力矩支座A，B的距離；
L—支座間距離；
如果用fc和fs分別表示軸在垂直面和水平面的撓度，則軸的全撓度f為：
軸在垂直面和水平面撓度的允許值為fc=0.05~0.10mm，fs=0.10~0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002rad。與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪，常通過青銅襯套或滾針軸承裝在軸上，也有省去襯套或滾針軸承直接裝在軸上，這就能夠增大軸的直徑，因而使軸的剛度增加。作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點的垂直面和水平面內(nèi)的支反力FC和FS之后，計算相應(yīng)的彎矩Mc，MS。軸在轉(zhuǎn)矩Tn和彎矩同時作用下，其應(yīng)力為：
合格
式中 M=；
d—軸的直徑(mm)，花鍵處取內(nèi)徑；
W—抗彎截面系數(shù)；
在抵擋工作時，；
變速器的軸用與齒輪相同的材料制造。
2.11 同步器的選擇
同步器是在接合套換擋機構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，除有接合套、花鍵轂、對應(yīng)齒輪上的接合齒圈外，還增設(shè)了使接合套與對應(yīng)接合齒圈的圓周速度達到并保持一致（同步）的機構(gòu)，以及阻止二者在達到同步之前接合以防止沖擊的結(jié)構(gòu)。
同步器有常壓式、慣性式、自行增力式等種類，目前廣泛采用的是慣性式同步器。
（1）類型
a：鎖環(huán)式慣性同步器
b：鎖銷式慣性同步器
c：滑塊式同步器
本次設(shè)計采用鎖銷式慣性同步器。
3 變速器的操縱機構(gòu)
變速器的操縱機構(gòu)用來保證駕駛員能隨時撥動齒輪進行換擋，或使之從工作擋退到空擋。其主要部分位于變速器蓋內(nèi)，包括換擋機構(gòu)，鎖定機構(gòu)，互鎖機構(gòu)。操縱機構(gòu)如圖3-1所示。
圖3-1 操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
Fig.3-1 The diagram of joyswitch configuration
1．換擋機構(gòu)
(1)功用
a：用來改變滑動齒輪的位置，使其與相應(yīng)的齒輪嚙合或脫開嚙合，以得到所需排擋或空擋。
b：撥動滑動齒輪時省力。
(2)結(jié)構(gòu)：汽車上大都采用球支座式換擋機構(gòu)，包括變速桿、壓緊(或支承)彈簧、滑桿(撥叉軸)、撥叉等。變速桿用球頭鉸鏈安裝在變速桿座上(通過彈簧和碗蓋吊裝，彈簧力的方向可以是向上的，也可以是向下的)，可前、后、左、右擺動。當(dāng)用彎桿時，應(yīng)用止動銷防止桿繞垂直軸線自行轉(zhuǎn)動，但不應(yīng)妨礙擺動。變速桿下端置于滑桿前端凹槽內(nèi)，扳動上端時，下端可撥動滑桿，滑桿上用螺釘固定著撥叉，撥叉卡在滑動齒輪的撥叉環(huán)槽中。這樣，撥動變速桿就可通過撥叉使滑動齒輪移動。
變速桿在不同擋位的位置由鎖定機構(gòu)和互鎖機構(gòu)確定。
2．鎖定機構(gòu)
撥叉軸一般有三個位置：居中為空擋，向前向后各掛一個擋。為了保證變速器內(nèi)各滑動齒輪處于正確的工作位置或空擋位置，工作時掛擋齒輪全齒長嚙合，空擋時完全脫離嚙合，并且在振動等原因下，保證不會因輕微軸向力自動掛擋、脫擋，應(yīng)將滑桿軸向定位。如圖3-2所示。
圖3-2 鎖定機構(gòu)圖
Fig.3-2 The diagram of lock configuration
a.彈簧定位銷式：它在滑桿上沿軸向開有三個V形槽，與具有錐頂?shù)逆i銷相嵌合。它鎖定可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。錐銷頂角。越大，錐銷愈易頂起，a遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于摩擦角，一 般2a＝90°～120°，壓銷彈簧的彈力F＝70°～160N。
b.彈簧鋼球式：它在滑桿上沿軸向開有三個半球形槽，鋼球在彈簧壓力下嵌于某 一半球槽中，從而起定位作用，鎖定了撥叉軸的位置。此鎖定形式磨損少、輕便，但磨損后鎖定效果下降，為此R球大于R坑。以防止磨損后不可靠。
圖3-3 互鎖機構(gòu)
Fig.3-3 The diagram of mutual locked
換擋時變速桿上的軸向操縱力足夠時，克服彈簧壓力，將銷(或球)頂起(壓下)，撥叉軸才能移動，直至嵌入相鄰的凹坑為止。
3．互鎖機構(gòu)
防止同時掛上兩個擋而使運動發(fā)生干涉、亂擋，使發(fā)動機熄火或損壞零件，為此在移動某撥叉軸時，自動鎖止其它所有撥叉軸?；ユi機構(gòu)多采用互鎖銷式。
a.互鎖銷式：兩根撥叉軸間有一桿狀豆形互鎖銷(兩端半球頭)，每個撥叉軸側(cè)面開有鎖槽?？論跷恢脮r，兩個鎖槽相對：互鎖銷長度等于兩撥叉軸槽底間距離減去一根撥叉軸槽深，使換擋時兩根滑桿不能同時離開中立位置，而只允許一根滑桿移動。
b.鋼球互鎖銷式：用兩個鋼球代替互鎖銷。
c.彈簧空心互鎖銷式：此空心互鎖銷長2a＝c+b。
4 結(jié)論
通過這次對轎車變速器的設(shè)計，不僅使我鞏固了大學(xué)四年以來所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)知識，也對轎車變速器設(shè)計有了一個初步的了解。同時也對轎車變速器在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用得到了一定程度的掌握。
由于時間倉促，本設(shè)計還有很多可以改進的地方，例如，變速器可以用三軸式，三軸式主要用于重型或重型載重汽車，而二軸式主要用于輕型車，所占體積比較小，本次設(shè)計采用發(fā)動機縱置時兩軸式變速器，其特點是高擋同步器布置在輸入軸上而低擋同步器布置在輸出軸上，為提高軸的剛度，增加了中間支承；同步器有鎖環(huán)式同步器、鎖銷式慣性同步器和滑塊式同步器，根據(jù)不同的需求，本次設(shè)計采用了鎖銷式慣性同步器。變速器分為自動式和機械式，本次設(shè)計采用了機械式變速器。
由于本人知識有限，在設(shè)計中難免存在缺點和錯誤，敬請老師批評指正。
致謝
值此成文之際，首先我要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師冷岳峰教授半年年來對我的精心指導(dǎo)。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、兢兢業(yè)業(yè)的工作精神和求精、求實的科學(xué)研究理念將對我以后獨立從事科學(xué)研究產(chǎn)生深刻的影響。在我學(xué)習(xí)和做研究的過程中，每當(dāng)遇到困惑和疑難時，在我仿徨、不知所措時，冷老師總能及時查明學(xué)生心態(tài)、幫助我克服學(xué)習(xí)和生活中的困難，給予我充分信任、鼓勵和支持，并為我提供十分寶貴的學(xué)習(xí)機會。其辛勞和對學(xué)生的良苦栽培無以言表。論文定稿之前的細(xì)致修改無不銘刻著老師為人師表和嘔心瀝血的烙印，而這種治學(xué)精神將成為學(xué)生終身受用不盡、用之不竭的寶貴財富。謹(jǐn)向老師致以深深的敬意和最誠摯的謝意。
最后，感謝那些默默地關(guān)心和支持我而在此無法一一提及的師長、同學(xué)。
參考文獻
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