【正文】 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 駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同需求。此外，變速器還用于使汽車能倒退行駛和在起動發(fā)動機(jī)以及汽車滑行或停車時使發(fā)動機(jī)與傳動系保持分離；必要時還應(yīng)有動力輸出功能。 為保證變速器具有良好的工作性能，對變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求。 1． 應(yīng)保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時，根據(jù)汽車載重量、發(fā)動機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動比，來滿足這一要求。 2． 設(shè)置空檔，以保證汽車在必要時能將發(fā)動機(jī)與傳動系長時間分離；設(shè)置倒檔，使汽車可以倒退行駛。 3． 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)選氣動換檔或自動、半自動換檔來實(shí)現(xiàn)。 4． 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。 5． 傳動效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐櫥投伎梢蕴岣邆鲃有省? 6． 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。 7． 貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和變速器總成系列化等設(shè)計(jì)要求， EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 12 遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。 8． 需要時應(yīng)設(shè)計(jì)動力輸出裝置。 變速器傳動機(jī)構(gòu)的型式選擇與結(jié)構(gòu)分析 變速器的種類很多，按其傳動比的改變方式可以分為有級、無級和綜合式的。有級變速器 [4]按根據(jù)前進(jìn)檔檔數(shù)的不同，可以分為三、四、五檔和多檔變速器；而按其軸中心線的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線式和綜合式的。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)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上，而后者多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動的汽車上。 三軸式變速器 與兩軸式變速器 現(xiàn)代汽車大多都采用三軸式變速器。以下是三軸式和兩軸式變速器的傳動方案。 三軸式變速器如圖 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，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效率有所下降。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 13 圖 轎車三軸式四檔變速器 ； ； 兩軸式變速器如 圖 所示。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)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(jī)前輪驅(qū)動的布置，因?yàn)檫@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(zhì)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(jié)構(gòu)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(dāng)發(fā)動機(jī) 縱置時，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動機(jī)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?yàn)橐粰n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，如圖示。 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(diǎn)。另外，低檔傳動比取值的上限（ igⅠ =~）也受到較大限制 ,但這一缺點(diǎn)可通過減小各檔傳動 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 14 比同時增大主減速比 來取消。 圖 兩軸式變速器 ； ； 由于本設(shè)計(jì)的汽車是發(fā)動機(jī)前置，后輪驅(qū)動，因此采用三軸式變速器。 變速器主傳動方案的比較 圖 是三軸式五檔變速器傳動方案。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)動機(jī)轉(zhuǎn)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(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，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設(shè)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 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 15 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，三軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。在檔數(shù)相同的 條件下，各種三軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方式和倒檔傳動方案上有差別。 圖 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 、 c、 d 所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動；圖 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，形成一個只有四個前進(jìn)檔的變速器 . 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(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。 變速器用圖 所 示的多支承結(jié)構(gòu)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 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(diǎn)。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 16 圖 三軸式五檔變速器傳動 方案 倒檔的布置方案 常見的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種： 圖 為常見的倒擋布置方案。在前進(jìn)檔 的傳動路線中，加入一個傳動，使結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪處于正負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛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(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 所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。 圖 所 示方案針對前者的缺點(diǎn)做了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。 圖 所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 17 加長 。 圖 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 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。 綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用圖 所示方案的倒檔換檔方式。 圖 倒檔的布置圖 變速器主要零件的結(jié)構(gòu)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，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式等因素。 齒輪型式 齒輪形式有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 18 有級變速器結(jié)構(gòu)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。 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(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時稍復(fù)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(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。 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方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動。 換檔結(jié)構(gòu)型式 現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器 都采用同步器換檔。采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時不受沖擊，使齒輪強(qiáng)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(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。 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。其結(jié)構(gòu)及工作原理將在第六章重點(diǎn)講解。 軸承型式 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動軸套等。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 19 在本設(shè)計(jì)中，第一軸常嚙合齒輪及第二軸上齒輪由于內(nèi)腔尺寸較小，所以采用滾針軸承。變速器第一軸、第二軸的后部軸承按直徑系列選用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。中間軸前、后軸承采用圓錐滾子軸承。 傳動方案的最終設(shè)計(jì) 通過對變速器型式、傳動機(jī)構(gòu)方案及主要零件結(jié)構(gòu)方案的分析與選擇，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，最終確定的傳動方案如圖 所示。其傳動路線： 1 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 10→ 9→ 11 間同步器→二軸→輸出 2 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 8→ 7→ 7 間同步器→二軸→輸出 3 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 6→ 5→ 7 間同步器→二軸→輸出 4 檔：為直接檔，即一軸→ 1→ 3 間同步器→二軸→輸出 5 檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 4→ 3→ 3 間同步器→二軸→輸出 倒檔：一軸→ 1→ 2→中間軸→ 12→ 13→ 11→ 11 間同步器→二軸→輸出 圖 五檔變速器結(jié)構(gòu)簡圖 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 20 2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪傳動是機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動型式，具有以下幾方面的特點(diǎn)： （ 1）瞬時傳動比恒定； （ 2）傳動比范圍大，可用于減速或增速 ； （ 3）速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速? ?smv /40? 、中速和低速 ? ?smv /25? 的傳動；功率可從小于 W1 到 KW510 ； （ 4）傳動效率高，一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá) 99％以上； （ 5）結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動； （ 6）工作可靠，壽命較長； （ 7）可實(shí)現(xiàn)平行軸、任意角相交軸、任意角交錯軸之間的傳動。 但是，除上述優(yōu)點(diǎn)之外，齒輪傳動還有其不足之 處： （ 1）制造成本較高，某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用或高精度的機(jī)床、刀具和量儀等，故制造工藝復(fù)雜，成本高； （ 2）精度不高的齒輪，傳動時噪聲、振動和沖擊大，污染環(huán)境； （ 3）齒輪傳動無過載保護(hù)作用。 齒輪傳動類型的選擇應(yīng)遵循以下原則： （ 1）滿足使用要求，如對傳動結(jié)構(gòu)尺寸、重量、功率、速度、傳動比、壽命、可靠性的要求等。對以上要求應(yīng)作全面而深入的分析，滿足主要的要求，兼顧其他。 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 21 （ 2）考慮工藝條件，如制造工藝水平、設(shè)備條件和生產(chǎn)批量等。 （ 3）考慮合理性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等。 齒輪按照其結(jié)構(gòu) 不同，可分為圓柱齒輪和圓錐齒輪。按照齒線不同，圓柱齒輪又可分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪等，圓錐齒輪又可分為直齒錐齒輪和圓弧錐齒輪等。按照齒形不同，可分為漸開線齒輪和圓弧齒輪等。 汽車中多使用漸開線圓柱齒輪，其優(yōu)點(diǎn)是制造加工方便，易于進(jìn)行精確加工；可進(jìn)行變位切削及各種修形、修緣，以適應(yīng)提高傳動質(zhì)量的要求；傳動的速度和功率范圍大，且傳動效率高，一對閉式漸開線圓柱齒輪傳動的效率可達(dá) ~?? ，精度愈高，效率愈高；互換性好，對中心距的敏感性小，裝配和維修比較簡便。 主要參 數(shù)的確定 1）任務(wù)書的原始傳動參數(shù) 整車外形 (mm)： 8600 2480 3100 總質(zhì)量 /額定載質(zhì)量 /整備質(zhì)量 (kg)： 14490/7300/6995 軸距 (mm)： 5000 最高車速 (km/h) ： 90 發(fā)動機(jī)最大功率： kWP 99max ? 最大功率轉(zhuǎn)速： min/3000rnP ? 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩： mNT ?? 363max 最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速： min/1200rnT ? 變速器前進(jìn)檔數(shù)： 5 EQ140汽車 變速器輸出軸總成設(shè)計(jì) 22 傳動比范圍： ~