【正文】 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 1 符 號(hào) 說 明 m 汽車總質(zhì)量 kg g 重力加速度 N/kg max? 道路最大阻力系數(shù) r 驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑 mm maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 N m 0i 主減速比 ? 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 gIi 一檔傳動(dòng)比 2G 汽車滿載載荷 N ? 路面附著系數(shù) A 第一軸與中間軸的中心距 mm A? 中間軸與倒檔軸的中心距 mm A? 第二軸與中間軸的中心距 mm AK 中心距系數(shù) m 直齒輪模數(shù) nm 斜齒輪法向模數(shù) ? 齒輪壓力角 176。 ? 斜齒輪螺旋角 176。 b 齒輪寬度 mm xZ 齒輪齒數(shù) ? 齒輪變位系數(shù) W? 齒輪彎曲應(yīng)力 MPa j? 齒輪接觸應(yīng)力 MPa tF 齒輪所受圓周力 N aF 軸向力 N rF 徑向力 N gT 計(jì)算載荷 N m ?K 應(yīng)力集中系數(shù) 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 2 fK 摩擦力影響系數(shù) E 齒輪材料的彈性模量 MPa K? 重合度影響系數(shù) zr 主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm br 從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm z? 主動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mm b? 從動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mm T? 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa TW 軸的抗扭截面系數(shù) 3mm G 軸的材料的剪切彈性模量 MPa PI 軸截面的極慣性矩 4mm cf 垂直面內(nèi)的撓度 mm sf 水平面內(nèi)的撓度 mm 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 3 前 言 現(xiàn)在，每當(dāng)人們觀看 F1 大賽，總會(huì)被那種極速的感覺所折服。此刻，大家似乎談?wù)摰米疃嗟木褪前l(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及車手的駕駛技術(shù)。而且，不忘在自己駕車的時(shí)候體會(huì)一下極速感覺或是在買車的時(shí)候關(guān)注一下發(fā)動(dòng)機(jī)的性 能，這似乎成為了橫量汽車品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的，因?yàn)樗莿?dòng)力的締造者。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。 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）、手動(dòng) /自動(dòng)變速器（ AMT）、無級(jí)變速器（ CVT）。 一、手動(dòng)變速器 (MT) 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 ,二檔是 ,再到五檔的 ,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。 曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動(dòng)變速器會(huì)在不久“下課”，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實(shí)有道理。但是從目前市場(chǎng)的需求和適用角度來看，筆者認(rèn)為手動(dòng)變速器不會(huì)過早的離開。 首先，從商用車的特性上來說，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例，卡車用來運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對(duì)如此高的“壓力”，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們 都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車帶動(dòng)。特別是面對(duì)爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對(duì)于其他新型的變速器，雖然具有操作簡(jiǎn)便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。 其次，對(duì)于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來說，他們的最愛還是手動(dòng)變速器。從我國的具體情況來看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國的汽車發(fā)展歷史，資歷郊深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車的，他們對(duì)手動(dòng)變速器的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動(dòng)變速器以及無級(jí)變速器已非常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng)，尤其是喜 歡超車時(shí)手動(dòng)變速帶來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速器。另外，現(xiàn)在在我國的汽車駕駛學(xué)校中，教練車都是手動(dòng)變速器的，除了經(jīng)濟(jì)適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 4 第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對(duì)于普通工薪階級(jí)的老百姓來說，經(jīng)濟(jì)型轎車最為合適，手動(dòng)變速器以其自身的性價(jià)比配套于經(jīng)濟(jì)型轎車廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等國內(nèi)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車都是手動(dòng)變速的車，它們的各款車型基本上都是 5 檔手動(dòng)變速。 二、自動(dòng)變速器（ AT） 自動(dòng)變速器（ AutomaticTransmission），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。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。雖說自動(dòng)變速汽車沒有離合器，但自動(dòng)變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動(dòng)分離或合閉，從而達(dá)到自動(dòng)變速的目的。 在中檔車的市場(chǎng)上，自動(dòng)變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶希望在駕駛汽車的時(shí)候?yàn)榱撕?jiǎn)便操作、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時(shí)快樂的感覺。在高速公路上，這是 個(gè)體現(xiàn)地非常完美。而且，以北京市來說，現(xiàn)在的交通狀況不好，堵車是經(jīng)常的事情，有時(shí)要不停地起步停步數(shù)次，司機(jī)如果使用手動(dòng)檔，則會(huì)反復(fù)地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對(duì)于新手來說更是苦不堪言。使用自動(dòng)檔，就不會(huì)這樣麻煩了。 在市場(chǎng)上，此類汽車銷售狀況還是不錯(cuò)的，尤其是對(duì)于女性朋友比較適合，通常女性朋友駕車時(shí)力求便捷。而我國要普及這種車型，關(guān)鍵要解決的是路況問題，現(xiàn)在的路況狀況不均勻，難以發(fā)揮自動(dòng)檔汽車的優(yōu)勢(shì)。 三、手動(dòng) /自動(dòng)變速器（ AMT） 其實(shí)通過對(duì)一些車友的了解，他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動(dòng)變速 器，而且在某些時(shí)候也需要自動(dòng)的感覺。這樣手動(dòng) /自動(dòng)變速器便由此誕生。這種變速器在德國保時(shí)捷車廠 911 車型上首先推出，稱為 Tiptronic，它可使高性能跑車不必受限于傳統(tǒng)的自動(dòng)檔束縛，讓駕駛者也能享受手動(dòng)換檔的樂趣。此型車在其檔位上設(shè)有“ +”、“ ”選擇檔位。在 D 檔時(shí)，可自由變換降檔 ()或加檔 (+)，如同手動(dòng)檔一樣。 自動(dòng) — 手動(dòng)變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式 — 為了駕駛樂趣使用手動(dòng)檔，而在交通擁擠時(shí)使用自動(dòng)檔，這樣的變速方式對(duì)于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。筆者曾在上面提到，手動(dòng)變速器有著很大的使用群體 ,而自動(dòng)變速器也能適應(yīng)女士群體以及解決交通堵塞帶來的麻煩，這樣對(duì)于一些夫妻雙方均會(huì)駕車的家庭來說，可謂是兼顧了雙方，體現(xiàn)了“夫妻檔”。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術(shù)含量，但這類的汽車并不會(huì)在價(jià)格上都高不可攀，比如廣州本田飛度 CVT 兩廂、南京5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 5 菲亞特 2020 派力奧 HL Speedgear、南京菲亞特 西耶那 Speedgear EL 這些“二合一”的車型價(jià)格均在 10 萬元左右，這個(gè)價(jià)格層面還比較低的。 所以，手動(dòng) /自動(dòng)車在普及上還是具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。而汽車廠商和配套的變速器廠家應(yīng)該以此為契 機(jī)，根據(jù)市場(chǎng)要求精心打造此類變速器。因?yàn)檫@類變速器是有比較廣闊的市場(chǎng)的。 四、無級(jí)變速器 當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對(duì)于汽車性能的要求是越來越高的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無級(jí)變速器便是人們追求的“最高境界”。無級(jí)變速器最早由荷蘭人范多尼斯（ VanDoorne’ s）發(fā)明。無級(jí)變速系統(tǒng)不像手動(dòng)變速器或自動(dòng)變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個(gè)滑輪和一個(gè)鋼帶來變速，其傳動(dòng)比可以隨意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動(dòng)變速器“突然換檔”、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點(diǎn)。通常有些朋友將自動(dòng)變 速器稱為無級(jí)變速器，這是錯(cuò)誤的。雖然它們有著共同點(diǎn)，但是自動(dòng)變速器只有換檔是自動(dòng)的，但它的傳動(dòng)比是有級(jí)的，也就是我們常說的檔，一般自動(dòng)變速器有 2～ 7 個(gè)檔。而無級(jí)變速器能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)速比的無級(jí)變化，并選定幾個(gè)常用的速比作為常用的“檔”。裝配該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可在任何轉(zhuǎn)速下自動(dòng)獲得最合適的傳動(dòng)比。 從市場(chǎng)走向來看，雖然無級(jí)變速器是一個(gè)技術(shù)分量比較高的部件，但是也已經(jīng)走進(jìn)了普通轎車的“身體” 之中，廣本兩廂飛度每個(gè)排量都有一款配置了 CVT 無級(jí)變速器，既方便又省油，且售價(jià)也僅在 ～ 萬元。而且奇瑞汽車 銷售公司表示 無級(jí)變速器型年底上市。看來無級(jí)變速器在中檔車中的運(yùn)用將越為廣泛。 本設(shè)計(jì)是根據(jù)東方之子 手動(dòng)豪華車型而開展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型： 主減速比： 最高時(shí)速： 190km/h 輪胎型號(hào)： 205/65R15 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)： SQR481FC 最大扭矩： 170Nm/4500 最大功率： 95kw/5750 最高轉(zhuǎn)速： 6000r/min 奇瑞東方之子 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 6 第一章 機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定 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?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。 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。 1． 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(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=~），因此在各類汽車上均得到廣泛的應(yīng)用。 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 7 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 ~；一般用途的貨車和輕型以上的客車為 ~；越野車與牽引車為 ~。 通常，有級(jí)變速器具有 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，