【正文】 [2]。 變速器的結(jié)構(gòu)對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒 擋 安全裝置，對(duì)接合齒采取倒錐齒側(cè)措施以及其他結(jié)構(gòu)措施，可 使 操縱可靠，不跳 擋 、亂 擋 、自動(dòng)脫 擋 和誤掛倒 擋 ；采用同步器可 使 換 擋 輕便，無沖擊及噪聲；采用高齒、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可 使 齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)、噪 聲低，降低噪聲水平已成為提高變速器質(zhì)量和設(shè)計(jì)、工藝水平的關(guān)鍵。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，增力式同步器，雙 、 中間軸變速器，后置常嚙合傳動(dòng)齒輪、短第二軸的變速器，各種自動(dòng)、半自動(dòng)以及電子控制的自動(dòng)換 擋 機(jī)構(gòu)等新結(jié)構(gòu)也相繼問世。 2 變速器多采用飛濺潤滑，重型汽車有時(shí)強(qiáng)制潤滑第一、二軸軸承等。 變速器都裝有單向的通氣閥以防殼內(nèi)空氣熱脹而漏油及潤滑油氧化。殼底放油塞多放置磁鐵以吸附油內(nèi)鐵屑。 汽車變速器設(shè)計(jì)的目的和意義 進(jìn)入 90 年代以來，科學(xué)技術(shù)的急速發(fā)展和市場競爭的日益加劇，促使汽車工業(yè)發(fā)生了根本性的變革，其生產(chǎn)組織方 式從傳統(tǒng)的大批量、少品種的剛性生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向著多品種、中小批量的柔性生產(chǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以 CAD/CAE/CAM 為代表的現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)方法正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 現(xiàn)代汽車上廣泛采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍很小，而復(fù)雜的 使 用條件要求汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，用來改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行 駛 條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí) 使 發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍下工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下， 使 汽車能倒退行 駛 ；利用空 擋 ，中斷動(dòng)力傳遞，以 使 發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換 擋 或進(jìn)行動(dòng)力輸出。變速器設(shè)計(jì)的目的就是為了滿足上述的要求， 使 汽車在特定的工況下穩(wěn)定的工作。 [9] 變速器除了要能滿足一定的 使 用要求外，還要保證 使 其和汽車能有很好的匹配性，可以提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況范圍內(nèi)工作提高汽車的 使用壽命、降低能源消耗、減少汽車的 使 用噪聲等。這就要求設(shè)計(jì)人員依據(jù)汽車的技術(shù)參數(shù)，合理的選擇變速器的參數(shù)， 使 所設(shè)計(jì)的變速器能和整車具有很好的匹配性。 汽車變速器國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 變速器國內(nèi)外 的現(xiàn)狀 早期的汽車傳動(dòng)系，從發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪之間的動(dòng)力傳動(dòng)形式是很簡單的。 1892 年法國制造出第一輛帶有變速器的汽車。 1921 年英國人赫伯特 福魯特采用耐用的摩擦材料進(jìn)一步完善了變速器的性能?，F(xiàn)代汽車變速器是 1894 年由法國人路易斯 雷納 本哈特和艾米爾 拉瓦索爾推廣 使 用的。目前為止，變速器經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段，主要為： 手動(dòng)變速器 手動(dòng)變速器主要采用齒輪傳動(dòng)的降速原理。變速器內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的齒輪副，而汽車行 駛 時(shí)的換 擋 工作，也就是通過操縱機(jī)構(gòu) 使 變速器內(nèi)的不同的齒輪副工作。手動(dòng)變速器又稱手動(dòng)齒輪式變速器，含 有可以在軸向滑動(dòng)的齒輪，通過不同齒輪的嚙合達(dá)到變速變矩的目的 [3]。手動(dòng)變速器的換 擋 操作可以完全遵從駕 駛 者的意志，且結(jié)構(gòu)簡單、故障率相對(duì)較低、價(jià)廉物美。 3 自動(dòng)變速器 自動(dòng)變速器是根據(jù)車速和負(fù)荷（油門踏板的行程）來進(jìn)行雙參數(shù)控制， 擋 位根據(jù)上面的兩個(gè)參數(shù)來自動(dòng)升降。自動(dòng)變速器與手動(dòng)變速器的共同點(diǎn)，就是二者都屬于有級(jí)式變速器，只不過自動(dòng)變速器可以根據(jù)車速的快慢來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)換 擋 ，可以消除手動(dòng)變速器 “頓挫 ”的換 擋 感覺。 自動(dòng)變速器是由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱機(jī)構(gòu)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速變矩 的目的。 無級(jí)變速器 無級(jí)變速器又稱為連續(xù)變速式無級(jí)變速器。這種變速器與一般齒輪式自動(dòng)變速器的最大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng)，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動(dòng)。無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動(dòng)變速器的眾多齒輪副，也沒有自動(dòng)變速器復(fù)雜的行星齒輪組，主要靠主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶來實(shí)現(xiàn)速比的無級(jí)變化 [3]。 無限變速式機(jī)械無級(jí)變速器 （ IVT） 無限變速式機(jī)械無級(jí)變速器與其它自動(dòng)變速器的差別之一是不 使 用變矩器。變矩器的作用是通過油液介質(zhì)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給變速器，它的傳遞 效率通常只有 80%。IVT 由于不 使 用變矩器，與其它變矩器比較， IVT 具有效率高、不易打滑、油耗低、不需要工藝復(fù)雜造價(jià)高昂的金屬傳送帶、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，加上傳遞扭矩大，長時(shí)間 使 用也不會(huì)過度發(fā)熱，不但 使 用于轎車，也 使 用于越野車，是一種新型變速器。 汽車變速器的發(fā)展趨勢 回顧汽車變速器的發(fā)展可以清楚的知道，變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一個(gè)重要依據(jù)。現(xiàn)代汽車變速器的發(fā)展趨勢，是向著可調(diào)自動(dòng)變速器或無級(jí)變速器的方向發(fā)展。 自動(dòng)變速器多 擋 化雖能擴(kuò)大自 動(dòng)變速的范圍，但它并非安全迅速。理想的無級(jí)變速器是在整個(gè)傳動(dòng)范圍內(nèi)能連續(xù)的、無 擋 比的切換變速比，是變速器始終按最佳換 擋規(guī)律自動(dòng)變速。無級(jí)化是對(duì)自動(dòng)變速器的理想追求。 現(xiàn)代無級(jí)變速器傳動(dòng)效率提高，變速反應(yīng)快、油耗低。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，變速器的自動(dòng)控制進(jìn)一步完善，在各種 使 用工況下能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的最佳匹配，控制更加精確、有效，性能價(jià)格比大大提高。無級(jí)變速器裝有自動(dòng)控制裝置，行車中可以根據(jù)車速自動(dòng)調(diào)整 擋 位，無需人工操作，省去了換 擋 及踩踏離合器踏板的操作。其不足之處在于價(jià)格昂貴、維修費(fèi)用很高，而且 使 用起來比手 動(dòng) 擋 車費(fèi)油，尤其是低 4 速行 駛 或堵車中走走停停時(shí)，更會(huì)增大油耗 [7]。 當(dāng)今世界各大汽車公司對(duì)無級(jí)變速器的研究都十分活躍。不久的將來，隨著電子控制技術(shù)的進(jìn)一步完善，電子控制式的無級(jí)變速器可望得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 手動(dòng)變速器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 手動(dòng)變速器的特點(diǎn) 手動(dòng)變速器的 擋 數(shù)通常在 6 擋 以下，當(dāng) 擋 數(shù)超過 6 擋 時(shí)，可以在 6 擋 以下的主變速器的基礎(chǔ)上，再行配置副變速器，通過兩者的組合獲得多 擋 變速器。 近年來，為了降低油耗，變速器的 擋 數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般采用 45個(gè) 擋 位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī) 排量大的乘用車多用 5 個(gè) 擋 。商用車變速器采用 45 個(gè) 擋 或多 擋 。載質(zhì)量在 的貨車采用五 擋 變速器，載質(zhì)量在 的貨車采用六 擋 變速器。多 擋 變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野車上 [6]。 某些汽車的變速器，設(shè)置有用在良好的路面上輕載或空車駕 駛 的場合的超速 擋 ，超速 擋 的傳動(dòng)比小于 1。采用超速 擋 ，可以提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。但是如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率不高，則超速 擋 使 用頻率很低，節(jié)油效果不顯著，甚至影響汽車的動(dòng)力性。 從傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置上來說，目前，兩軸式和三軸式變速器都得到了廣泛的應(yīng)用。其中，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。三軸式變速器的第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各 擋 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轉(zhuǎn)矩則稱為直接 擋 。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接 擋 的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，因?yàn)橹苯?擋 的利用率要高于其它 擋 位，因此提高了變速器的 使 用壽命；在其它前進(jìn) 擋 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和第二軸之間的距離（中心距）不大的情況下，一擋 仍有較大的傳 動(dòng)比； 擋 位高的齒輪采用長嚙合齒輪傳動(dòng)， 擋 位低的齒輪可以采用或不采用長嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一 擋 以外的其它 擋 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 擋 也用同步器或嚙合套換 擋 ，還有各 擋 同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 手動(dòng)變速器的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪比直齒圓柱齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍微復(fù)雜且在工作時(shí)有軸向力。因此，在變速器中，除低 擋 及倒 擋 齒輪外，直齒圓柱齒輪已被斜齒圓柱齒輪所取代。當(dāng)然，常嚙合齒輪副的增多將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部分 總慣性力矩的增大。 手動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)要求 (1)、 正確選擇變速器的 擋 位數(shù)和傳動(dòng)比， 使 其和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽 5 車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； (2)、 設(shè)置空 擋 以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系長時(shí)間分離，設(shè)置倒 擋 使汽車能倒退行 駛 ； (3)、 操縱簡單、方便、迅速、省力； (4)、 傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； (5)、體積小、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； (6)、 制造容易、成本低廉、維修方便、 使 用壽命長； (7)、 貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； (8)、 需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù) 長城風(fēng)駿皮卡 的有關(guān)參數(shù)，通過變速器各部分參數(shù)的選擇 和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種基本符合要求的手動(dòng)變速器。本文主要完成 下面一些主要工作： 參數(shù)計(jì)算。包括變速器傳動(dòng)比計(jì)算、中心距計(jì)算、齒輪參數(shù)計(jì)算、各 擋 齒輪齒數(shù)的分配； 變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算。 變速器齒輪幾何尺寸計(jì)算；變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇；計(jì)算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)； 變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。包括各軸直徑及長度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的加工工藝分析； 變速器 軸承的選擇及校核； 同步器的設(shè)計(jì)選用和參數(shù)選擇； 變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用； 變速器箱體的設(shè)計(jì)。 6 第 2章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案確定 設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù) 本設(shè)計(jì)是根據(jù) 長城風(fēng)駿 皮卡 的技術(shù)參數(shù)來設(shè)計(jì)一種輕 型貨 汽 車變速器，其具體參數(shù)如表 。 表 長城風(fēng)駿 皮卡 的主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 70kw 車輪型號(hào) 215/75 R15 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 260Nm 最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速 3600 r/min 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 1600~2600r/min 最高車速 140km/h 總質(zhì)量 2795kg 整備質(zhì)量 2470kg 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和形式選擇 本設(shè)計(jì)應(yīng)用在現(xiàn)今使用廣泛的發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)的 4 2 總體布置方案，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力依次經(jīng)過離合器、變速器、萬向傳動(dòng)裝置（萬向節(jié)和傳動(dòng)軸）、主減速器、差速器、半軸，傳到驅(qū)動(dòng)輪，如圖 所示 ； ； ； 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車傳動(dòng)系 變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)的不同，變速器有三、四、五和多檔幾種。根據(jù)軸的不同類型， 分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。 兩軸式變速器的特點(diǎn)分析 7 與中間軸式變速器相比較，兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最高 擋 外其他各 擋的傳動(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)量減少 6%～ 10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且 使 傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡單。兩軸式變速器沒有直接 擋 ，因此在高 擋 工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn) 。 如圖 ～ c 所示為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū) 動(dòng)轎車的兩軸式變速器傳動(dòng)方案。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；多數(shù)方案的倒 擋 傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其它 擋 位均用常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖 中的倒 擋 齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換 擋 ；圖 22a 所示方案的變速器有輔助支承，用來提高軸的剛度。 圖 兩軸式變速器傳動(dòng)方案 中間軸式變速器特點(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)的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。 如圖 ～ d 所示為中間軸式變速器的傳動(dòng)方案，其中 a～ b 為中間軸式五 擋 變速器， c～ d 為中間軸式六 擋 變速器的傳動(dòng)方案。中間軸式變速器的共同特點(diǎn)為：變速器第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保證兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接擋 。 使 用直接 擋 ，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)到 90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯?擋 的利用率要高于其他 擋 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，一擋仍然有較大的傳動(dòng)比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒 8 輪可以不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案件中除一擋以外的其他擋位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或接合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或接合套換擋，各擋同步器或接合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。