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附 錄
Manual Transmission
It’s no secret that cars with manual transmissions are usually more fun to drive than the automatic-equipped counterparts. If you have even a passing interest in the act of driving, then chances are you also appreciate a fine-shifting manual gearbox. But how does a manual transmission actually work?
A history hows that manual transmissions preceded automatics by several decades. In fact, up until General Motors offered an automatic in 1938, all cars were of the shift-it-yourself variety. While it’s logical for many types of today’s vehicles to be equipped with an automatic---such as a full-size sedan, SUV or pickup----the fact remains that nothing is more of a thrill to drive than a tautly suspended sport sedan, sport coupe or two-seater equipped with a precise-shifting five-or six-speed gearbox.
We know which types of cars have manual trannies. Now let’s take a look at how they work. From the most basic four-speed manual trannies. Now let’s take a look at how they work.From the most basic four-speed manual in a car from the’60s to the most high-tech six-speed one in a car of today, the principles of a manual gearbox are the same. The driver must shift from gear to gear. Normally, a manual transmission bolts to a clutch housing ,in turn, bolts to the back of the engine. If the vehicle has front-wheel drive, the transmission still attaches to the engine in a similar fashion but is usually referred to as a transaxle. This is because the transmission, differential and drive axles are one complete unit. In a front-wheel-drive car, the transmission also serves as part of the front axle for the front wheels. In the remaining text, a transmission and a transaxle will both be referred to using the term transmission.
The function of any transmission is transferring engine power to the driveshaft and rear wheels . Gears inside the transmission change the vehicle’s drive-wheel speed and torque in relation to inside the transmission change the vehicle’s drive-wheel speed and torque in relation to engine speed and torque. Lower gear ratios serve as torque multipliers and help the engine to develop enough power to accelerate from a standstill.
Initially, power and torque from the engine comes into the front of the transmission and rotates the main drive gear, which meshes with the cluster or counter shaft gear----a series of gears forged into one piece that resembles a cluster of gears. The cluster-gear assembly rotates any time the clutch is engaged to a running engine, whether or not the transmission is in gear or in neutral.
There are two basic types of manual transmissions. The sliding-gear type and the constant-mesh design. With the basic---and now obsolete---sliding-gear type, nothing is turning inside the transmission case except the main drive gear and cluster gear when the trans is in neutral. In order to mesh the gears and apply engine power to move the vehicle, the driver presses the clutch pedal and moves the shifter handle, which in turn moves the shift linkage and forks to slide a gear along the mainshaft, which is mounted directly above the cluster. Once the gears are meshed, the clutch pedal is released and the engine’s power is sent to the drive wheels. There can be several gears on the mainshaft of different diameters and tooth counts, and the transmission shift linkage is designed so the driver has to unmesh one gear before being able to mesh another. With these older transmissions, gear clash is a problem because the gears are all rotating at different speeds.
All modern transmissions are of the constant-mesh type, which still uses a similar gear arrangement as the sliding-gear type. However, all the mainshaft gears are in constant mesh with the cluster gears. This is possible because the gears on the mainshaft are not splined to the shaft, but are free to rotate on it. With a constant-mesh gearbox, the main drive gear, cluster gear and all the mainshaft gears are always turning, even when the transmission is in neutral.
Alongside each gear on the mainshaft is a dog clutch, with a hub that’s positively splined to the shaft and an outer ring that can slide over against each gear. Both the mainshaft gear and the ring of the dog clutch have a row of teeth. Moving shift linkage moves the dog clutch against the adjacent mainshaft gear, causing the teeth to interlock and solidly lock the gear to the mainshaft.
To prevent gears from grinding or clashing during engagement, a constant-mesh, fully “synchronized”manual transmission is equipped with synchronizers. A synchronizer typically consists of an inner-splined hub, an outer sleeve, shifter plates, lock rings and blocking rings. The hub is splined onto the mainshaft between a pair of main drive gears. Held in place by the lock rings, the shifter plates position the sleeve over the hub while also holding the floating blocking rings in proper alignment.
A synchro’s inner hub and sleeve are made of steel, but the blocking ring----the part of the synchro that rubs on the gear to change its speed----is usually made of a softer material, such as brass. The blocking ring has teeth that match the teeth on the dog clutch. Most synchros perform double duty----they push the synchro in one direction and lock one gear to the mainshaft. Push the synchro the other way and it disengages from the first gear, passes through a neutral position, and engages a gear on the other side.
That’s the basics on the inner workings of a manual transmission. As for advances, they have been extensive over the years, mainly in the area of additional gears. Back in the’60s,four-speeds were common in American and European performance cars. Most of these transmissions had 1:1 final-drive ratios with no overdrives. Today, overdriven five-speeds are standard on practically all passenger cars available with a manual gearbox.
Overdrive is an arrangement of gearing that provides more revolutions of the driven shaft than the driving shaft. For example, a transmission with a fourth-gear ratio of 1:1 and a fifth-gear ratio of 0.70:1 will reduce engine rpm by 30 percent, while the vehicle maintains the same road speed. Thus, fuel efficiency will improve and engine wear will be notably reduced. Today, six-speed transmissions are becoming more and more common. One of the first cars sold in America with a six-speed was the’89Corvette. Designed by Chevrolet and Zahnradfabrik Friedrichshafen and built by ZF in Germany, this tough-as-nails six-speed was available in the Corvette up to the conclusion of the’96 model year. Today, the Corvette uses a Tremec T56 six-speed mounted at the back of the car.
Many cars are available today with six-speeds, including the Mazda Miata, Porsche Boxster S and 911, Dodge Viper, Mercedes-Benz SLK320, Honda S2000,Toyota Celica GT-S and many others. Some of these gearboxes provide radical 50-percent sixth-gear overdrives such as in the Viper and Corvette, while others provide tightly spaced gear ratios like in the S2000 and Celica for spirited backroad performance driving. While the bigger cars mentioned above such as the Viper and Vette often have two overdrive ratios the smaller cars like the Celica and S2000 usually have one overdriven gear ratio and fifth is 1:1.
Clearly a slick-shifting manual transmission is one of the main components in a fun-to-drive car, along with a powerful engine, confidence-inspiring suspension and competent brakes.
手動(dòng)變速器
駕駛手動(dòng)變速器汽車比駕駛自動(dòng)裝置的汽車更有樂趣，這顯然已經(jīng)不是什么秘密了。如果你有駕駛興趣，那么你就會(huì)更喜歡手動(dòng)變速箱。但是手動(dòng)變速箱到底是如何工作的呢？
手動(dòng)變速器要早于自動(dòng)變速器幾十年。事實(shí)上，直到1938年通用汽車公司提供自動(dòng)變速器以前，所有的轎車都采用的手動(dòng)變速器?，F(xiàn)在的很多車輛都裝備了自動(dòng)變速器，如全尺寸轎車，運(yùn)動(dòng)型多功能車或皮卡車——事實(shí)上是沒有什么能比駕駛配備了五擋或六擋變速箱的跑車或運(yùn)動(dòng)雙座跑車更令人興奮的了。
我們知道哪些類型的車配備有手動(dòng)變速箱?，F(xiàn)在讓我們來看看他們是如何工作的。我們從最基本的六十年代的四擋手動(dòng)變速箱到今天最高技術(shù)的六擋變速箱來看，其手動(dòng)變速箱的工作原理是相同的。駕駛員必須從一檔換到另一檔。通常，從一個(gè)手動(dòng)變速器的螺栓到離合器殼體，反過來，從螺栓到發(fā)動(dòng)機(jī)的背面。如果車輛前輪驅(qū)動(dòng)，變速器仍依附于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，但通常又被送交給變速驅(qū)動(dòng)橋。這是因?yàn)樽兯倨鳎钏倨骱万?qū)動(dòng)軸是一個(gè)完整的裝置。在剩下的文章中，變速器和變速驅(qū)動(dòng)橋都將由術(shù)語傳動(dòng)裝置來表示。
變速器的功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳送到傳動(dòng)軸和后輪。變速器中的傳動(dòng)裝置以及與變速器內(nèi)部相關(guān)聯(lián)的扭矩改變了汽車驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速。低扭矩齒輪可使扭矩倍增，并且?guī)椭鎻撵o止?fàn)顟B(tài)加速來發(fā)出足夠的動(dòng)力。
起初，來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和扭矩進(jìn)入到變速器的前部，并且使主驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，它與齒輪組或副軸齒輪——一組單片齒輪組成的齒輪組共同嚙合。齒輪組旋轉(zhuǎn)時(shí)離合器就開始運(yùn)行引擎，無論是否在傳送動(dòng)力中的齒輪還是處于空擋中的齒輪。
手動(dòng)變速箱的基本類型有兩種。滑動(dòng)齒輪類型和常嚙合設(shè)計(jì)類型。隨著基礎(chǔ)型號(hào)滑動(dòng)齒輪式的淘汰，當(dāng)傳動(dòng)裝置設(shè)置在空擋時(shí)，除了主動(dòng)齒輪和齒輪組以外，其余皆沒有什么變化。為了嚙合齒輪并使發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力來移動(dòng)車輛，司機(jī)按下離合器踏板以及移動(dòng)換檔手柄，從而改變聯(lián)動(dòng)，使撥叉沿主軸移動(dòng)。一旦齒輪嚙合時(shí)，離合器踏板被釋放，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力便被傳送到了驅(qū)動(dòng)輪。這里可以有若干不同直徑和齒數(shù)的齒輪，變速器換擋桿被設(shè)計(jì)成在能夠嚙合另一個(gè)齒輪前，使這個(gè)齒輪處于非嚙合狀態(tài)。隨著這些舊變速箱，齒輪沖突是一個(gè)問題，因?yàn)樗械凝X輪都在以不同的速度旋轉(zhuǎn)著。
所有現(xiàn)代的傳輸都是常嚙合類型，仍然使用的是滑動(dòng)齒輪式的安排。但是，所有的主軸齒輪都以齒輪組的形式常嚙合。這是很有可能的，因?yàn)辇X輪在主軸上不是用花鍵鏈接，只要能夠自由旋轉(zhuǎn)就可以了。以常嚙合變速箱，即使是處于空擋狀態(tài)，主傳動(dòng)齒輪、所有中間軸齒輪和主軸齒輪總是轉(zhuǎn)動(dòng)。
在主軸上的每個(gè)齒輪旁邊是牙嵌式離合器，用這輪轂和外環(huán)可以針對(duì)每個(gè)齒輪滑動(dòng)通過樞紐。主軸齒輪和牙嵌式離合器有一排齒。移動(dòng)的聯(lián)動(dòng)裝置使與主軸齒輪相對(duì)的牙嵌式離合器移動(dòng)，導(dǎo)致齒互鎖并牢固地鎖定齒輪的主軸。
為了防止在工作中的研磨和沖突，常嚙合完全使手動(dòng)變速箱齒輪與同步器配備相協(xié)調(diào)。同步器通常由花鍵轂，外套筒，換檔板，鎖環(huán)和阻斷環(huán)組成。該輪轂是在一對(duì)主動(dòng)齒輪之間的花鍵上鏈接。同時(shí)保持浮動(dòng)的鎖環(huán)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
一個(gè)同步器的中心和套筒是由鋼鐵制成，但鎖環(huán)----同步器上的一部分在齒輪上的摩擦來改變它的速度——鎖環(huán)通常是由較軟的材料制成，如黃銅。阻斷環(huán)上的齒與牙嵌式離合器上的齒相匹配。大多數(shù)同步器執(zhí)行雙重任務(wù)----他們推向一個(gè)方向同步并將一個(gè)齒輪鎖定在主軸上。同步推進(jìn)的其他方式，它從一檔脫離接觸，通過空檔，并嚙合到另一側(cè)的齒輪上。
這是關(guān)于手動(dòng)變速箱的內(nèi)部運(yùn)作的基本知識(shí)。至于進(jìn)展，他們已經(jīng)發(fā)展多年，主要是在齒輪領(lǐng)域。早在六十年代，四速變速箱在美國(guó)和歐洲的汽車中就普遍使用。大多數(shù)的變速箱都是一比一的傳動(dòng)比，無超速傳動(dòng)。今天，超速轉(zhuǎn)動(dòng)的五速變速箱是幾乎所有手動(dòng)變速箱的標(biāo)準(zhǔn)配置。
超速傳動(dòng)是為了提供給驅(qū)動(dòng)軸更多的轉(zhuǎn)數(shù)。例如，一個(gè)1:1的第四齒輪和一個(gè)傳動(dòng)比0.70:1第五齒輪傳動(dòng)比將減少百分之三十發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而保持同樣的道路車輛的速度。因此，燃油效率就會(huì)提高，發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損會(huì)明顯減少。今天，六速變速箱正變得越來越普遍。在美國(guó)出售的配備有六速變速箱汽車是89Corvette。這款車是由雪佛蘭和Zahnradfabrik Friedrichshafen在德國(guó)建立的。這種六速變速器是在克維特牌轎車96年車型上使用的。如今，克爾維特在車的后座上使用Tremec T56六速變速箱。
今天許多汽車配備有六速變速箱，包括馬自達(dá)Miata，保時(shí)捷的Boxster S和911，道奇Viper，奔馳SLK320，本田S2000，豐田Celica的GT - S和其他品牌車輛。這些變速箱的六擋超速擋能夠達(dá)到百分之五十的傳動(dòng)比，如Viper和科威特這類汽車，而其他變速器則提供間隔緊密的齒輪比，如S2000和賽利卡這樣的汽車。然而，上面提到的這些較大Viper和科威特汽車有兩個(gè)超速擋，而小型的汽車像塞利卡和S2000這樣的汽車通常有一個(gè)是超速擋，而第五擋的傳動(dòng)比為1：1。
顯然，對(duì)于一輛駕駛起來有樂趣的車來說，一個(gè)靈活的手動(dòng)變速箱是其主要組成部分之一，與此同時(shí)，一個(gè)強(qiáng)大的引擎以及令人充滿信心和激情的懸掛和剎車能力也是駕駛員的樂趣所在。
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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目名稱
機(jī)械五檔式變速器設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
學(xué)號(hào)
一、 選題的目的和意義：
變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分,其技術(shù)的發(fā)展,是衡量汽車技術(shù)水平的一項(xiàng)主要依據(jù)。在21世紀(jì)，能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域, 這些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動(dòng)了變速器技術(shù)的發(fā)展。
三軸變速器的前進(jìn)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(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)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(jī)構(gòu)等幾部分組成。
汽車變速器的設(shè)計(jì)中涉及到的齒輪傳動(dòng)、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)等內(nèi)容都是機(jī)械專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，非常適合作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要利用 CAD 技術(shù)來完成三軸五檔汽車變速器的設(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)。
二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)述：
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。近年來,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)汽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。
目前世界上使用較多的汽車變速器是手動(dòng)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。
3、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所采用的研究方法和手段：
1) 運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)課程知識(shí)、理論和畢業(yè)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，正確地解決變速器設(shè)計(jì)中的功能分析、工藝方案論證、工藝計(jì)算、變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)等問題。
2)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。通過所給數(shù)據(jù)資料進(jìn)行該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jìn)行技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的工藝分析。
4)確定齒輪結(jié)構(gòu)，合理分配傳動(dòng)比，選擇最佳功能和尺寸結(jié)構(gòu)的工藝方案。5)進(jìn)行齒輪齒數(shù)、齒輪型號(hào)、中心距、軸承型號(hào)的選用，軸向力、軸所受剪切力、齒輪、軸承受力的計(jì)算。
6)對(duì)所選用的齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核和軸的受剪切力的校核。
7)熟練掌握查閱手冊(cè)圖表資料文獻(xiàn)。充分利用與變速器設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料，做到科學(xué)合理地熟練運(yùn)用。
本課題通過給定的參數(shù)，首先進(jìn)行了總體方案分析，確定出了變速器的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)型式。然后對(duì)變速器的各部分分別進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和校核，確定出了變速器各個(gè)部分的主要參數(shù)。確定出參數(shù)后，用Pro/E 軟件進(jìn)行了各個(gè)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(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)過程整理設(shè)計(jì)報(bào)告說明書。
4、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：
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所閱文獻(xiàn)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(xué)圖書館、河南理工大學(xué)圖書館電子資源以及 Internet 上查得相關(guān)資料。
5、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）：
第1 ~4 周 查閱課題相關(guān)資料，查閱、整理相關(guān)資料、文獻(xiàn)。
第5 ~7 周 進(jìn)行課題開題相關(guān)工作，并完成開題報(bào)告。
第8 ~10 周 參數(shù)計(jì)算，完成變速器設(shè)計(jì)。
第11~12周 進(jìn)行三維設(shè)計(jì)及部分零部件的二維圖紙的繪制，完成所有設(shè)計(jì)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(zhǔn)備答辯。
第16~17周 完成畢業(yè)論文，答辯。
六、指導(dǎo)教師審批意見（對(duì)選題的可行性、研究方法、進(jìn)度安排作出評(píng)價(jià)，對(duì)是否開題作出決定）：
指導(dǎo)教師： （簽名）
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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的實(shí)際行駛速 度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過 程中，在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動(dòng)機(jī) 工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于轎車上的機(jī)械式手動(dòng)五檔變速器。這 臺(tái)變速器具有五個(gè)前進(jìn)檔（包括一個(gè)超速檔五檔）和一個(gè)倒檔，并通過 鎖環(huán)式同步器來實(shí)現(xiàn)換檔。本設(shè)計(jì)采用中間軸式變速器，該變速器具有 兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是其直接檔的傳動(dòng)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(dòng)比。 根據(jù)轎車的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車 輛重量、滿載重量以及最高車速等參數(shù)結(jié)合自己選擇的適合于該轎車的 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)可以得出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)。 再結(jié)合某些轎車的基本參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比。根據(jù)上述參數(shù)，再 結(jié)合汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚?、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，計(jì)算出相關(guān)的變速器 參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。 關(guān)鍵詞：變速器 鎖環(huán)式同步器 中間軸 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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 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(xué)萬方科技學(xué)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(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 目 錄 前 言 ........................................................1 符 號(hào) 說 明 ..................................................6 1 機(jī)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(jié)構(gòu)組成 .....................................9 1.1 變速器的工作原理 ....................................10 2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 ......................................15 2.1 結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 ..................................15 2.2 倒檔傳動(dòng)方案 ........................................22 2.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 ........................23 2.3.1 齒輪型式 .......................................23 2.3.2 換檔結(jié)構(gòu)型式 ...................................23 3 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì) ......................27 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 ................................27 3.1.1 檔數(shù)和傳動(dòng)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(dòng)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(xué)萬方科技學(xué)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(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度計(jì)算與校核 ................................38 4.2.1 齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 ...............................39 4.2.1 齒輪接觸應(yīng)力 ...................................41 5 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 ..................................44 5.1 速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 ..................................44 5.1.1 軸的結(jié)構(gòu) .......................................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(qiáng)度與剛度校核 .........................46 5.2.2 第二軸的校核計(jì)算 ...............................48 6 變速器同步器的設(shè)計(jì) ........................................51 6.1 同步器的結(jié)構(gòu) ........................................51 6.2 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 ................................53 7 變速器的操縱機(jī)構(gòu) ..........................................56 結(jié)論 ........................................................57 致 謝 .......................................................58 參考文獻(xiàn) ....................................................59 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的實(shí)際行駛速 度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能。隨著汽車變速器技術(shù)的發(fā) 展，對(duì)變速器油提出了更高的性能要求，并提供了廣闊的市場(chǎng)空間。由 于汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車變速器技術(shù)也正在日益更新。世界知名汽 車企業(yè)進(jìn)入國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)汽車技術(shù)的進(jìn)步，使得變速器技 術(shù)不斷更新。 從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動(dòng)變速 器（MT） 、自動(dòng)變速器（AT） 、無級(jí)變速器（CVT） 。 一、手動(dòng)變速器(MT) 手動(dòng)變速器 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 如上圖，手動(dòng)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(gè)定值(也就是所謂的 “級(jí)” )。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(dòng)比，總共只有 5 個(gè)值(即有 5 級(jí))，所 以說它是有級(jí)變速器。 手動(dòng)車型到目前為止還是車市中最主流的車 型。目前手動(dòng)變速器的技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，它是通過齒輪的嚙合來傳 動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。因其傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)性也比一般的自動(dòng)擋車型要好，同 時(shí)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(shí)機(jī)，油離配合不好的話，燃油經(jīng)濟(jì)性也無法 保證。 特點(diǎn)：又稱機(jī)械式變速器，即必須用手撥動(dòng)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(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的。 轎車手動(dòng)變速器大多為四檔或五檔有級(jí)式齒輪傳動(dòng)變速器，并且 通常用同步器，換擋方便，噪音小。手動(dòng)變速在操縱時(shí)必須踩下離合， 方可撥得動(dòng)變速桿。手動(dòng)變速器是與自動(dòng)變速器相對(duì)而言的，其實(shí)在自 動(dòng)變速器出現(xiàn)之前所有的汽車都是采用手動(dòng)變速器。手動(dòng)變速器是利用 大小不同的齒輪配合而達(dá)到變速的。 優(yōu)點(diǎn)：維修保養(yǎng)成本低，能夠帶來駕駛樂趣。一般來說，手動(dòng)變速 器的傳動(dòng)效率要比自動(dòng)變速器的高，因此駕駛者如果技術(shù)好的話，手動(dòng) 變速的汽車在加速、超車時(shí)比自動(dòng)變速車快，也省油。缺點(diǎn)：操作復(fù)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(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 二、自動(dòng)變速器（AT） 自動(dòng)變速器 相對(duì)于手動(dòng)變速器來說自動(dòng)變速器（如上圖）能讓開車變得簡(jiǎn)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(dòng)變速器已 經(jīng)被越來越多的車型拋棄，漸有被取代之勢(shì)。特點(diǎn)是自動(dòng)變速器，利用 行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動(dòng)地進(jìn) 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(dòng)變速器有以下幾種類型：液力自動(dòng)變速器、液壓傳動(dòng)自動(dòng) 變速器、電力傳動(dòng)自動(dòng)變速器、有級(jí)式機(jī)械自動(dòng)變速器和無極式自動(dòng)變 速器。液力自動(dòng)變速器主要是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成，主要包 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 含自動(dòng)離合器和自動(dòng)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(dòng)的進(jìn)行換擋。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，使用方便。自動(dòng)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(diǎn)，已成為現(xiàn)代轎車配置的一種發(fā)展方向。裝有 自動(dòng)變速器的汽車能根據(jù)路面狀況自動(dòng)變速變矩，駕駛者可以全神貫注 地注視路面交通而不會(huì)被換擋搞得手忙腳亂。缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率低，經(jīng)濟(jì) 性不好;結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修成本高。 三、無級(jí)變速器（CVT） 無極變速器 CVT 無級(jí)變速器（如上圖）采用傳送帶和工作直徑可變的主、從動(dòng) 輪相互配合來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，代表的自動(dòng)變速器的發(fā)展方向。它突 出的特點(diǎn)就是沒有傳統(tǒng)自動(dòng)變速器換擋時(shí)會(huì)出現(xiàn)的頓挫感，加速連續(xù)性 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 更好，燃油經(jīng)濟(jì)性也更高。目前它還有許多不完善的地方，所以目前市 場(chǎng)上搭配 CVT 變速器的車型不多(如天籟，軒逸等)，看來是有點(diǎn)曲高和 寡的意思。 特點(diǎn)：無級(jí)變速器系統(tǒng)是由兩組變速輪盤和一條傳動(dòng)帶組成的，要 比傳動(dòng)自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動(dòng)比， 從而實(shí)現(xiàn)全程無級(jí)變速，使汽車的車速變速平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換檔 時(shí)那種“頓”的感覺。 優(yōu)點(diǎn)：駕駛平順性、加速性、經(jīng)濟(jì)性以及排放都較好。CVT 最大優(yōu) 點(diǎn)就是無級(jí)控制輸出的速比，在行駛中達(dá)到行云流水的感覺，沒有換檔 的感覺，加速也會(huì)比自動(dòng)變速器快。由于行駛中減少了轉(zhuǎn)速的不必要波 動(dòng)，對(duì)省油也大有好處。缺點(diǎn)：技術(shù)還不完善;價(jià)格較高，維修成本較 高。 本設(shè)計(jì)是根據(jù)家用轎車車型而開展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)： 主減速比：4.782 滿載質(zhì)量： 1800 kg； 最高時(shí)速：190km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：SQR481FC 輪胎型號(hào)：205/65R15 最大扭矩：170Nm 最大功率：95kw 最高轉(zhuǎn)速：6000r/min 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 符 號(hào) 說 明 汽車總質(zhì)量 kgm 重力加速度 N/kgg 道路最大阻力系數(shù)ax? 驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑 mmr 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 N·mmaxeT 主減速比0i 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率? 一檔傳動(dòng)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(xué)萬方科技學(xué)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(yīng)力 MPaW? 齒輪接觸應(yīng)力 MPaj 齒輪所受圓周力 NtF 軸向力 N a 徑向力 Nr 計(jì)算載荷 N·mgT 應(yīng)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(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mmzr 從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm b 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaT? 軸的抗扭截面系數(shù) W3m 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(jī)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(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，使汽車具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng) 機(jī)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(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系 能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率 輸出裝置。 對(duì)變速器的主要要求是： 1. 應(yīng)保證汽車具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)， 根據(jù)汽車載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù) 及傳動(dòng)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(yīng)有自 動(dòng)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(qiáng)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(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng)換檔來實(shí)現(xiàn)。 3. 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。 選用優(yōu)質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)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(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。 5. 噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)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(jié)構(gòu)組成 變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)組成，可制成單獨(dú)變速機(jī)構(gòu)或與傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)合裝在同一殼體內(nèi)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大多用普通齒輪傳動(dòng)，也有的用行星 齒輪傳動(dòng)。普通齒輪傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)一般用滑移齒輪和離合器等。滑移齒 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(jié)構(gòu)緊湊 ，但傳動(dòng)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(shí)，變速應(yīng)在停車或轉(zhuǎn)速差很小 時(shí)進(jìn)行，用摩擦式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中任意轉(zhuǎn)速差時(shí)進(jìn)行變速，但承載能 力小，且不能保證兩軸嚴(yán)格同步。為克服這一缺點(diǎn)，在嚙合式離合器上 裝以摩擦片，變速時(shí)先靠摩擦片把從動(dòng)輪帶到同步轉(zhuǎn)速后再進(jìn)行接合。 行星齒輪傳動(dòng)變速器可用制動(dòng)器控制變速。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(biāo)準(zhǔn)變速器的基本原理，下圖顯示了處于空擋狀態(tài)的簡(jiǎn)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(gè)部件，以及它們是如何裝配的： ?綠色軸將發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器連接起來。 綠色軸和綠色齒輪連 在一起，形成一個(gè)整體。 （離合器是用于連接發(fā)動(dòng)機(jī)和 變速器或斷開其間連接的裝置。 踩下離合器踏板時(shí)，發(fā) 動(dòng)機(jī)與變速器斷開，此時(shí)雖然汽車并不移動(dòng)，但發(fā)動(dòng)機(jī)仍 在運(yùn)轉(zhuǎn)。 而松開離合器踏板時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和綠色軸就直接 連在一起。 綠色軸和齒輪的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)相同。) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(gè)整體，因此 副軸上的所有齒輪和副軸本身作為整體旋轉(zhuǎn)。 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(dāng)綠色軸 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅色軸也會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此，一旦離合器接合，副 軸就直接從發(fā)動(dòng)機(jī)獲得動(dòng)力。 ?黃色軸是花鍵軸，通過連接到汽車驅(qū)動(dòng)輪的差速器直接與驅(qū) 動(dòng)軸連接。 如果車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，黃色軸也將隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。 ?藍(lán)色齒輪連在軸承上，因此會(huì)隨黃色軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 如果發(fā)動(dòng)機(jī) 已關(guān)閉，但汽車還在滑行，則在藍(lán)色齒輪和副軸停止運(yùn)動(dòng) 時(shí)，黃色軸仍可能在藍(lán)色齒輪內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)。 ?軸環(huán)將兩個(gè)藍(lán)色齒輪中的一個(gè)連接到黃色驅(qū)動(dòng)軸上。 它通 過齒槽直接與黃色軸相連，并與黃色軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 但軸 環(huán)也可以沿著黃色軸左右滑動(dòng)，從而選擇性地接合兩個(gè)藍(lán) 色齒輪中的一個(gè)。 軸環(huán)中的齒稱為犬齒，可與藍(lán)色齒輪 側(cè)面的孔相接合。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 2、 一擋齒輪(如圖 1-2 ）顯示了當(dāng)軸環(huán)換到一擋時(shí)如何結(jié)合右邊的藍(lán) 色齒輪： 圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)的綠色軸轉(zhuǎn)動(dòng)副軸，副軸則轉(zhuǎn)動(dòng)右邊的藍(lán)色齒 輪。 齒輪通過軸環(huán)驅(qū)動(dòng)黃色驅(qū)動(dòng)軸。 同時(shí)，左邊的齒輪也在轉(zhuǎn)動(dòng)，但 只是在其軸上空轉(zhuǎn)，對(duì)黃色軸并不產(chǎn)生影響。當(dāng)軸環(huán)位于兩個(gè)齒輪之間 時(shí)（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(yùn) 轉(zhuǎn)的兩個(gè)藍(lán)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(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 3、 五檔手動(dòng)變速器在汽車上已經(jīng)相當(dāng)普遍了。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 所示： 圖 1-3 五檔手動(dòng)變速器工作原理 換擋裝置（如圖 1-4 ）有三個(gè)撥叉，由換擋桿接合的三個(gè)桿控 制。 俯看換擋叉軸，它們?cè)诳論?、倒擋、一擋和二擋中的情形如?圖所示：注意，換擋桿中部有一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。 在將旋鈕前推接合一擋 齒輪時(shí)，實(shí)際上是在推動(dòng)桿和撥叉，以便將一擋齒輪拉回來?？梢?看到，左右移動(dòng)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(dòng)也就移動(dòng)了軸環(huán)，使它們接合一個(gè)齒輪。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(dòng)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(dá)到同 步，如圖所示：藍(lán)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(dòng)，使犬齒接 合齒輪。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。 2.1 結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 有級(jí)變速器與無級(jí)變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造低廉，具有高的 傳動(dòng)效率（η=0.96~0.98） ，因此在各類汽車上均得到廣泛的應(yīng)用。設(shè) 計(jì)時(shí)首先應(yīng)根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動(dòng)比范圍、檔位 數(shù)及各檔的傳動(dòng)比，因?yàn)樗鼈儗?duì)汽車的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的 直接影響。 傳動(dòng)比范圍是變速器低檔傳動(dòng)比與高檔傳動(dòng)比的比值。汽車行駛的 道路狀況愈多樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動(dòng) 比范圍應(yīng)愈大。目前，轎車變速器的傳動(dòng)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(jí)變速器具有 3、4、5 個(gè)前進(jìn)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(jìn)檔位數(shù)多達(dá) 6~16 個(gè)甚至 20 個(gè)。變速 器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性及平 均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但采用手動(dòng)的機(jī) 械式操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)迅速、無聲換檔，對(duì)于多于 5 個(gè)前進(jìn)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(gè)前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副 變速器，后者僅用于一定行駛工況。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(shí)才使用的超 速檔。采用傳動(dòng)比小于 1（0.7~0.8）的超速檔，可以更充分地利用發(fā) 動(dòng)機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī) 的磨損，降低燃料消耗。但與傳動(dòng)比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會(huì) 降低傳動(dòng)效率。有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括 傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)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(yīng)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(yīng)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(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、 第二軸也傳遞轉(zhuǎn)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(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn) 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(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn) 是：處直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所下降。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā) 動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操 縱性好且可使汽車質(zhì)量降低 6%~10%。兩軸式變速器則方便于這種布置 且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐 齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工 藝，降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均 采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n 的主動(dòng)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(xué)萬方科技學(xué)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(shí)，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(diǎn)。另外，低檔傳動(dòng)比取 值的上限（i gⅠ =4.0~4.5）也受到較大限制,但這一缺點(diǎn)可通過減小各檔 傳動(dòng)比同時(shí)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(jí)變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)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(zhǎng)的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍復(fù) 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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的汽車采取發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式 變速器。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(dòng)方案。它們的共同特點(diǎn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接 輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá) 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承 的磨損減少因?yàn)橹苯訖n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(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過設(shè)置在第 一軸，中間軸和第二軸上的兩對(duì)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(dòng)比；檔 位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不 采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機(jī) 構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)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(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是 它的缺點(diǎn)。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(duì)數(shù)，換檔方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。 圖 2-3 中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(dòng)方案示例的區(qū)別：圖 2- 3a、b 所示方案有四對(duì)常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔；圖 2-3c 所示傳動(dòng)方案的二，三，四檔用常嚙合齒輪傳動(dòng)，而一檔和倒檔用直齒 滑動(dòng)齒輪換檔。 圖 2-4a 所示方案，除一，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外，其余各檔 為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖 2-4b、c、d 所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合 齒輪傳動(dòng)；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(gè)只有四個(gè)前 進(jìn)檔的變速器。 圖 2-4 中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)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(dòng)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(dòng)方案 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以 用同步器或嚙合套來實(shí)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(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng) 度，可將變速器后端加長(zhǎng)，如圖 2-3a、b 所示。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝 在三個(gè)支承上，其最后一個(gè)支承位于加長(zhǎng)的附加殼體上。如果在附加殼 體內(nèi)，布置倒檔傳動(dòng)齒輪和換檔機(jī)構(gòu)，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(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。這時(shí)， 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(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)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(gè)方案的特點(diǎn)。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 2.2 倒檔傳動(dòng)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(diǎn)是換倒擋 時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有 兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)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(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖 2-6d 所示方案針對(duì)前者的缺 點(diǎn)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(zhǎng)。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(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖 2-6g 所示方案。其缺點(diǎn) 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(jī)構(gòu)復(fù) 雜一些。 本設(shè)計(jì)采用圖 2-6f 所示的傳動(dòng)方案。 圖 2-6 變速器倒檔傳動(dòng)方案 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)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(yīng)當(dāng)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(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí) 間非常短，從這點(diǎn)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(jié)構(gòu)的方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化 等要求。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、 軸承型式、潤(rùn)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(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低 等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)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(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速 器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設(shè)計(jì) 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(dòng)方案，即 除一檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。 2.3.2 換檔結(jié)構(gòu)型式 換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 換檔時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)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(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合， 因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套有分為內(nèi) 齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采 用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充 分發(fā)揮，同時(shí)操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車的加速性、 經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使 用壽命較短。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。 自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問題，除工藝上采 取措施外，在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下幾種： (1） 將嚙合套做得長(zhǎng)一些（如圖 2-7a）或者兩接合齒的嚙合位置 錯(cuò)開（圖 2-7b） ，這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過被接合齒約 1~3mm。 使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)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(dòng)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(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力 a b（圖 2-9） 。這種結(jié) 構(gòu)方案比較有效，采用較多。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 圖 2-7 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅰ 此段切薄 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 圖 2-8 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅱ 加工成斜面 圖 2-9 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施Ⅲ 在本設(shè)計(jì)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(shí) 現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)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(jié)構(gòu)如圖 2- 10 所示： 圖 2-10 鎖環(huán)式同步器 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 max0maxaxmax(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(dòng)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(shè)計(jì) 3.1 變速器主要參數(shù)的選擇 3.1.1 檔數(shù)和傳動(dòng)比 近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘 用車一般用 4~5 個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用 5 個(gè)檔位。選擇最低檔 傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。 汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服 輪胎與路面間的滾動(dòng)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(dòng)比為 （3-2） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 max2egITriG???2max0rgIeTii?? 式中 m----汽車總質(zhì)量； g----重力加速度； ψ max----道路最大阻力系數(shù)； rr----驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑； Temax----發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； i0----主減速比； η ----汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件 求得的變速器 I 檔傳動(dòng)比為： 式中 G2----汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷； φ ----路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 φ =0.5~0.6。 由已知條件：滿載質(zhì)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(hào) 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(dòng)比一般為 0.7~0.8，本設(shè)計(jì)取五檔傳動(dòng)比 igⅤ =0.75。 中間檔的傳動(dòng)比理論上按公比為： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 max1ingq??2.5169.()gIgIVii?修 正 為 3IAmaxKT? （3-3） 的等比數(shù)列，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)上式可得出： =1.51。q 故有： 3.1.2 中心距 對(duì)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(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。中間軸式變速器的中心距 A（mm）可根據(jù)對(duì)已有變速 器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初定： (3-4) 式中 K A----中心距系數(shù)。對(duì)轎車， K A =8.9-9.3；對(duì)貨車， K A =8.6-9.6；對(duì)于本設(shè)計(jì)取 K A =9.1 TI max ----變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩： TI max=Te max igIη =628.3N﹒m 已知 Te max =170Nm igI =3.85 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 取變速器傳動(dòng)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(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(jī)構(gòu)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(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)，軸向尺寸系數(shù)應(yīng)取給 出系數(shù)的上限。為檢測(cè)方便，軸向尺寸系數(shù)取整數(shù) 3.0。 本次設(shè)計(jì)采用 5+1 手動(dòng)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(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)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(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬； ②為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬； ③從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用同一種模數(shù)； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 ④從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)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(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù) 大小應(yīng)符合 JB111-60 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算 m=3。 對(duì)于轎車，減小噪聲比減少質(zhì)量更加重要，因此模數(shù)應(yīng)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(jié)合套模數(shù)都相同，轎 車和輕型貨車取 2~3.5。本設(shè)計(jì)取 2.5。 （2）齒形、壓力角 α、螺旋角 β 和齒寬 b 項(xiàng) 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(xué)萬方科技學(xué)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(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，應(yīng)取大些。國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)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(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 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，使接觸線長(zhǎng)度增加，接 一般貨車 GB1356-78 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)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(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33 觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)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(shí)為增加嚙合強(qiáng)度和穩(wěn)定性，相互嚙合齒輪寬有 1~2mm 調(diào)整。 3.2 各檔傳動(dòng)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(yù)先確定的變速 器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)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(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 34 1092ZigI??mAZ2?? 91012ZigI?? 3.2.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)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(dāng)轎車中間軸式變速器 時(shí)，則93~gIi ，此處取 =16，則可得出 =35。范 圍 內(nèi) 選 擇可 在 17~510Z109Z 上面根據(jù)初選的 A 及 m 計(jì)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(shí)應(yīng)從 及齒輪變位系數(shù)反? 過來計(jì)算中心距 A，再以這個(gè)修正后的中心距作為以后計(jì)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(dòng)比 （3-9） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 35 76.12?Z?cos2)(21ZmAn??nmZcs21??91.3? gIi8712Zig???425.87?Z nmA?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(jì)算出： 。 ②521 ① 與②聯(lián)立可得： =19、 =34。1Z2 則根據(jù)式（3-7）可計(jì)算出一檔實(shí)際傳動(dòng)比為： 。 3.2.3 確定其他檔位的齒數(shù) 二檔傳動(dòng)比 （3-12） 而 ，故有： ③ 對(duì)于斜齒輪 （3-13） 故有： ④5387?Z 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 36 1231Zigr??)(21132Zmn?)(21 13ZA??? ③ 聯(lián)立④得： 。23187?Z、 按同樣的方法可分別計(jì)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(dòng)比與一檔傳動(dòng)比較為接近，在本設(shè)計(jì)中倒檔 傳動(dòng)比 取 3.7。中間軸上倒檔傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一檔主動(dòng)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(jì)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(xué)萬方科技學(xué)