【正文】 析。本次設(shè)計(jì)通過(guò)查閱近幾年的變速器資料，結(jié)合所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)車輛資料對(duì)變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核，本設(shè)計(jì)還引入了三維建模和有限元分析，這樣可以大大的提高本設(shè)計(jì)的安全性。 設(shè)計(jì)采用技術(shù)流程如圖 所示： 7 資 料 收 集 、 整 理整 體 設(shè) 計(jì) 方 案校 核 計(jì) 算A u t o C A D 二 維 總 裝 配 圖 、 零 件 部 分 設(shè) 計(jì)P r o / E 三 維 建 模轉(zhuǎn) 換 接 口A N S Y S 有 限 元 分 析是 否 合 理P r o / E 整 機(jī) 裝 配 及 干 涉 檢 查結(jié) 論 分 析撰 寫(xiě) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)是 否 合 理NYNYYN 圖 設(shè)計(jì)路線流程 第 2 章 變速的結(jié) 構(gòu)方案和確定 變 速 器主要參數(shù)的選擇 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在給定主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)， 長(zhǎng)城賽影轎車 整車主要技術(shù)參數(shù)如表 所示： 表 長(zhǎng)城賽影轎車 整車主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 車輪型號(hào) 235/75R15S 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 190N m 最大 功率 時(shí)轉(zhuǎn)速 4500 r/min 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 3000r/min 最高車速 140km/h 總質(zhì)量 1670kg 變速器形式 手動(dòng)五檔 變速器的功用及設(shè)計(jì)要求 變速器 是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)裝 置，又稱變速箱。它作為汽車動(dòng)力系統(tǒng)重要的組成部分，主要用于轉(zhuǎn)變從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛 8 條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)輪牽引力以及車速的不同需求。此外，變速器還用于使汽車能倒退行駛和在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽車滑行或停車時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系保持分離；必要時(shí)還應(yīng)有動(dòng)力輸出功能。 為保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求： （ 1） 保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型。 （ 2） 設(shè)置空擋。用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。 （ 3） 設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛。 （ 4） 設(shè)置動(dòng)力傳輸裝置，需要時(shí)進(jìn)行 功率輸出。 （ 5） 換擋迅速、省力、方便。 （ 6） 工作可靠，汽車行駛過(guò)程中，變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。 （ 7） 變速器應(yīng)有高的工作效率。 （ 8） 變速器的工作噪聲低。 除此之外，變速器還應(yīng)該滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。 滿足汽車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器擋數(shù)、傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器傳動(dòng)比范圍越大。 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析和布置方案的設(shè)計(jì) 二軸式變速器的特點(diǎn)分析 兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。其特點(diǎn)是 ：變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙面齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí) 則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動(dòng)采用滑動(dòng)齒輪，其他檔位均采用嚙合齒輪傳動(dòng)。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，故傳動(dòng)效率高，同時(shí)噪聲低。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，工作噪音增大且易損壞；受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能涉及的很大；對(duì)于前進(jìn)擋，兩軸式變速器輸入軸的傳動(dòng)方向與輸出軸的傳動(dòng)方向相反。 中間軸式變速器的特點(diǎn)分析 中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。其特點(diǎn)是 ：變速器一軸后端與長(zhǎng)嚙合齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第 9 二軸前端經(jīng)軸承支撐在第一軸后端的孔內(nèi)，且保持兩軸軸線在同一條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔，變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，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，噪音低，齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訖n的利用率高于其他檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其他前進(jìn)擋位工作時(shí)，變 速器傳動(dòng)的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸、中間軸和第二軸之間的距離（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）可采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)； 多數(shù)傳動(dòng)方案中除了一檔以外的其他檔位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或結(jié)合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或結(jié)合套換擋，還有個(gè)檔同步器或結(jié)合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在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，這是他的缺點(diǎn)。 倒檔的布置方案 變速器的種類 很多，按其傳動(dòng)比的改變方式可以分為有級(jí)、無(wú)級(jí)和綜合式。有級(jí)變速器根據(jù)前進(jìn)擋的不同可以分為三、四、五檔和多檔變速器；按其軸中心線的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線和綜合式。其中固定軸式應(yīng)用廣泛，有兩軸式和三軸式之分，前者多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，而后者多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。 常見(jiàn)的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種： 圖 為常見(jiàn)的倒檔布置方案。在前進(jìn)擋的傳動(dòng)路線中加入一個(gè)傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪處于正負(fù)交替對(duì)稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛應(yīng)用于轎車和輕型貨車的四檔全同步器式變速器中。 圖 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒檔時(shí)利用了中間軸上的一檔齒輪，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。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。 圖 ，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。 圖 所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)作了修改，因而經(jīng)常載貨車變速器中使用。 圖 、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。 圖 ，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 261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 10 縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些 本設(shè)計(jì)采用圖 1f 所示的傳動(dòng)方案。 圖 倒檔布置方案 變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析確定 齒輪形式 變速器齒輪有支持圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直尺圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn) ；缺點(diǎn)是制造時(shí)工藝復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器中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)致變速器的傳動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔。 變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或與軸分 開(kāi)，然后用花鍵、過(guò)盈配合或者滑動(dòng)支撐等方式之一與軸連接。齒輪尺寸又與軸分開(kāi)，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度 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 C，在結(jié)構(gòu)允許條件下盡可能取大些 。 為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度δ應(yīng)在滿足強(qiáng)度條件下設(shè)計(jì)的薄些。 齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪面的表面粗糙度應(yīng)在 ～ m 范圍內(nèi)選用。 變速器自動(dòng)脫檔機(jī)構(gòu)形勢(shì)分析確定 自動(dòng) 脫檔是變速器的主要故障之一。由于結(jié)合齒磨損、變速器剛度不足以及振動(dòng)等原因，都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫檔。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種： 1. 將兩結(jié)合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)。這樣在嚙合時(shí)，使結(jié)合齒端部超過(guò)被結(jié)合齒的 1～ 3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時(shí)磨損，并在結(jié)合齒端部形成凸 11 肩，可用來(lái)阻止結(jié)合齒自動(dòng)脫檔。 2. 將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?～ ），這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動(dòng)脫檔。 3. 將結(jié)合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐 角（一般傾斜 2176?！?176。），使結(jié)合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。將結(jié)合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)并加工成臺(tái)階形狀，也具有相同的阻止自動(dòng)脫檔的效果。 本章小結(jié) 本章主要針對(duì)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和布置方案的確定以及變速器零、部件的結(jié)構(gòu)的確定，為下面的設(shè)計(jì)過(guò)程做鋪墊。 第 3 章 變速器齒輪的設(shè)計(jì)及校核 變速器檔位數(shù)目及格擋傳動(dòng)比 所需數(shù)據(jù)整理 最高車速： maxaU =140Km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)功率： maxeP = 轉(zhuǎn)矩： maxeT =190Nm 總質(zhì)量： ma=1670Kg 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速： nT=2800～ 3200r/min 取 nT=3000r/min 功率轉(zhuǎn)速： np/nT=～ np=4200～ 4600r/min 取 np=4500 車輪： 235/75R15 r≈ R=15 10/2+ 235= 12 確定主減速比 初選傳動(dòng)比： 設(shè)五擋為直接擋，則 5gi = maxaU = 0maxiirngp （ ） 式中： maxaU — 最高車速 pn — 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速 r — 車輪半徑 maxgi — 變速器最大傳動(dòng)比 0i — 主減速器傳動(dòng)比 0i =maxmax agpui rn = 1401 3? ?? ?= 確定一檔傳動(dòng)比 在選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪和地面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮來(lái)確定。 ① 滿足最大爬坡度。 根據(jù)汽車行駛方程式 dtdumGiuACGfr iiTaDTg ?? ???? 20e m a x （ ） 汽車以一擋在無(wú)風(fēng)、干砂路面行駛，公式簡(jiǎn)化為 ??? s in co s0e m a x GGfr iiT Tg ?? （ ） 即， ? ?Ttqg iTfGri ? ??01s inc os ?? 式中： G— 作用在汽車上的重力 ， mgG? ， m — 汽車質(zhì)量， g — 重力加速度， mgG? =1670 =16366N； 13 maxeT — 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， maxeT =190N.m； 0i — 主減速器傳動(dòng)比， 0i =； T? — 傳動(dòng)系效率 ， T? =86%（取值在 85%~90%）； r — 車 輪半徑， r =； f — 滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于貨車取 f =； ? — 爬坡度，取 ? =176。 i0≥ 16366 ( 176。 +176。 )/190 % i0≥ ② 滿足附著條件。 ?r iiT Tg ?01emax z2F φ （ ） 在瀝青混凝土干路面， φ=~，取 φ= 即 1gi ≤ 16366/190 %= 由 ①② 得 ≤ 1gi ≤ ； 又因?yàn)槌擞密?1gi =~； 所以，取 1gi = 確定格擋傳動(dòng)比 變速器各檔傳動(dòng)比之間的關(guān)系基本是幾何級(jí)數(shù)，故相鄰檔位傳動(dòng)比值就是幾何級(jí)數(shù)的公比；但是實(shí)際上與理論值略有出入，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 按等比級(jí)數(shù)原則， 一般汽車各擋傳動(dòng)比大致符合如下關(guān)系： qiiiiiiiigggggggg ????54433221 式中： q — 常數(shù)，也就是各擋之間的公比；因此，各擋的傳動(dòng)比為： 由 ig1=q4 ig5得出： q= 所以 ，表 為 其他各擋傳動(dòng)比為： 表 各檔傳動(dòng)比 14 一檔 二檔 三擋 四檔 五檔 確定變速器中心距 對(duì)二軸式變速器，是將輸入軸與輸出軸之間的距離稱為變速器中心距 A；對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱之為變速器中心距。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距較小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證齒輪有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同 一垂直面上兩軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承 孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一檔小齒輪齒數(shù)不能過(guò)少的限制，要求中心距也要取大些。還有，變速器中心距取得過(guò)小，會(huì)使變速器長(zhǎng)度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。 初選中心距時(shí)，根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式 3 1m a x geA iTKA ?? （ ） 式中： A — 變速器中心距（ mm） ； AK — 中心距系數(shù)，乘用車： AK =～ ； 1i — 變速器一擋傳動(dòng)比， 1gi = ； g? — 變速器傳動(dòng)效率，取 96% ； maxeT