【正文】 1 第 1 章 緒 論 汽車變速器選題目的及意義 變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、 轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空檔，可在起動發(fā)動機(jī)、汽車滑行或停車時使發(fā)動機(jī)的動力停止向驅(qū)動輪傳輸。變速器設(shè)有空檔，使汽車獲得倒退行駛能力。需要時，變速器還有動力輸出功能 [1]。 全套圖紙，加 153893706 汽車的使用條件頗為復(fù)雜，變化很大。如汽車的載貨量、道路坡度、路面好壞以及交通情況等。這就 要求汽車的牽引力和車速具有較大的變化范圍，以及適應(yīng)使用的需要。當(dāng)汽車在平坦的道路上，以高速行駛時，可掛入變速器的高速檔；而在不平的路上或爬較大的坡道時，則應(yīng)掛入變速器的低速檔。根據(jù)汽車的使用條件，選擇合適的變速器檔位，不僅是汽車動力性的要求，而且也是汽車燃料經(jīng)濟(jì)性的要求。例如，汽車在同樣的載貨量、道路、車速等條件下行時，往往可掛入較高的變速器檔位，也可掛入較低的檔位工作。此時只是發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速或大或小而已，可是發(fā)動機(jī)在不同的工況下，燃料的消耗量是不一樣的。一般變速器具有四個或更多的檔位，駕駛員可根 據(jù)情況選擇合適的檔位，使發(fā)動機(jī)燃料消耗量減小。 變速器的檔位數(shù)和傳動比與發(fā)動機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，可以保證汽車具有良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性。因此 現(xiàn)代汽車變速器向著節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、高效、可靠方向不 2 斷提高，結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊，傳動效率更高。變速器的結(jié)構(gòu)型式選擇、設(shè)計參數(shù)選取及設(shè)計計算對汽車的整車設(shè)計極其重要。 汽車變速器研究現(xiàn)狀和 發(fā)展趨勢 現(xiàn)代汽車變速器的發(fā)展十分快，不斷出現(xiàn)嶄新的變速器裝置。變速器技術(shù)的每次跨越都和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)制造技術(shù) 、運動仿真等為變速器的進(jìn)一步發(fā)展提供了有力的保障。變速器的發(fā)展也給相關(guān)學(xué)科提出更高的理論要求，使人類的認(rèn)識邁向新的、更高的境界。 汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機(jī)械式變速器不能滿足人們的需要。從 40年代初，美國成功研制出兩 檔 的液力 機(jī)械變速器以來，自動變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 80年代，美國已將液力自動變速器作為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。 1983年時，美國通用汽車公司的自動變速器裝車率已經(jīng)達(dá)到了 94%。近些年來，由于電子技術(shù)和電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動變速器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。自動變速器與機(jī)械式變速器相比，具有許多不可比擬的優(yōu)勢：提高發(fā)動機(jī)和傳動系的使用壽命；提高汽車的通過性；具有良好的自適應(yīng)性；操縱更加方便 [2]。 機(jī)械式變速器 （ 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定值 (也就是所謂的“級” )。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比，總共只有 5 個值 (即有 5 級 )，所以說它是有級變速器。曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，機(jī)械式變速器會在 不久“下課”，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實有道理。但是從目前市場的需求和適用角度來看，機(jī)械式變速器不會過早的離開。首先，從商用車的特性上來說，機(jī)械式變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例，卡車用來運輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對如此高的“壓力”，除了發(fā)動機(jī)需要強勁的動力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時候有足夠的牽引力量將車帶動。特別是面對爬坡路段，它的特點顯露的非常明顯。而對于其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性，但這些特點尚不具備。其次，對 于老司機(jī)和大部 分男士司機(jī)來說，他們的最愛還是機(jī)械式變速器。從我國的具體情況來看，機(jī)械式變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史，資歷 較 深的司機(jī)都是用機(jī)械式變速器的，他們對機(jī)械式變速器的認(rèn)識程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實的。雖然自動變速器以及無級變速器已非常的普遍， 3 但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動，尤其是喜歡超車時機(jī)械式變速器帶來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄機(jī)械式變速器。另外，現(xiàn)在在我國的汽車駕駛學(xué)校中，教練車都是機(jī)械式變速器的，除了經(jīng)濟(jì)適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎 實的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。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，對于普通工薪階級的老百姓來說，經(jīng)濟(jì)型轎車最為合適，機(jī)械式變速器以其自身的性價比配套于經(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)型轎車都是機(jī)械式變速器的車，它們的各款車型基本上都是 5檔機(jī)械式變速器。 早期的汽車傳動系，從發(fā)動機(jī)到車輪之間的動力傳動形式是很簡單的。 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)歷了幾個發(fā)展階段，主要為： 1． 手動變速器 手動變速器主要采用齒輪傳動的降速原理。變速器內(nèi)有多組傳動比不同的齒輪副，而汽車行駛時的換 檔 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。手動變速器又稱手動齒輪式變速器，含有可以在軸向滑動的齒輪，通過不同齒輪的嚙合達(dá)到變速變矩的目的。手動變速器的換 檔 操作可以完全遵從駕駛者的意志，且結(jié)構(gòu)簡單、故障率相對較低、價廉物美。 2． 自動變速器 自動變速器是根據(jù)車 速和負(fù)荷（油門踏板的行程）來進(jìn)行雙參數(shù)控制， 檔 位根據(jù)上面的兩個參數(shù)來自動升降。自動變速器與手動變速器的共同點，就是二者都屬于有級式變速器，只不過自動變速器可以根據(jù)車速的快慢來自動實現(xiàn)換 檔 ，可以消除手動變速器 “頓挫 ”的換擋感覺。 自動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。 3． 無級變速器 無級變速器又稱為連續(xù)變速式無級變速器。這種變速器與一般齒輪式自動變速器的最大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動。 無級變速器結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復(fù)雜的行星齒輪組，主要靠主動輪、從動輪和傳動帶來 4 實現(xiàn)速比的無級變化。 4． 無限變速式機(jī)械無級變速器（ IVT） 無限變速式機(jī)械無級變速器與其它自動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)動機(jī)動力傳遞給變速器，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)雜造價高昂的金屬傳送帶、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等一系列優(yōu)點，加上傳遞扭矩大，長時間 使用也不會過度發(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)展可以清楚的知道，變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一個重要依據(jù)?，F(xiàn)代汽車變速器的發(fā)展趨勢，是向著可調(diào)自動變速器或無級變速器的方向發(fā)展。 自動變速器多 檔 化雖能擴(kuò)大自動變速的范圍，但它并非安全迅速。理想的無級變速器是在整個傳動范圍內(nèi)能連續(xù)的、無 檔 比的切換變速比，是變速器始終按最佳換 檔規(guī)律自動變速。無級化是對自動變速器的理想追求。 現(xiàn)代無級變速器傳動效率提高，變速反應(yīng)快、油耗低。隨著電子技 術(shù)的發(fā)展，變速器的自動控制進(jìn)一步完善，在各種使用工況下能實現(xiàn)發(fā)動機(jī)與傳動系的最佳匹配，控制更加精確、有效，性能價格比大大提高。無級變速器裝有自動控制裝置，行車中可以根據(jù)車速自動調(diào)整 檔 位，無需人工操作，省去了換 檔 及踩踏離合器踏板的操作。其不足之處在于價格昂貴、維修費用很高，而且使用起來比手動 檔 車費油，尤其是低速行駛或堵車中走走停停時，更會增大油耗。 當(dāng)今世界各大汽車公司對無級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，電子控制式的無級變速器可望得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 汽車變速器設(shè)計 內(nèi)容 本次設(shè)計主要是依據(jù)參考參數(shù)，通過對變速器各部分參數(shù)的選擇和計算，設(shè)計出一種基本符合要求的手動 5檔變速器。本設(shè)計主要完成下面一些主要工作： 1． 參數(shù)計算。包括變速器傳動比、中心距、齒輪參數(shù)、各檔齒輪齒數(shù)的分配計算； 2． 變速器齒輪設(shè)計計算。齒輪的強度計算及材料選擇、齒輪強度計算及檢驗； 3． 變速器軸設(shè)計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸的強度計算； 5 4． 變速器軸承的選擇及校核； 5． 同步器的設(shè)計選用； 6． 變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計選用； 7． 變速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 第 2 章 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析 機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。 通常，有級變速器具有三個、四個、五個前進(jìn)檔；重型載貨汽車和重型越野車則采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多大 6～ 16 個甚至 20 個。 變速器檔位的增多可提高發(fā)動機(jī)的功率利用率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和平均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。但檔位數(shù)的增多也使變速器的尺寸及質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，操縱也復(fù)雜。當(dāng)采用手動的機(jī)械式操縱時，要 實現(xiàn)迅速、無聲換檔，對于多于 5 個前進(jìn)檔得變速器來說是困難的。因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)上限為 5 檔。多于 5 個前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，或者需加裝具有獨立操縱機(jī)構(gòu)的副變速器，后者僅用于一定的行駛工況 [3]。 某些轎車和貨車的變速器，采用僅在良好的路面和空載行駛時才使用的超速檔。采用傳動比小于 1（約為 ～ ）的超速檔，可充分地利用發(fā)動機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會減少發(fā)動機(jī)的磨損，降低燃料消耗。但與傳動比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會降低傳動效率。 6 有級變速器的傳動效率與所選用的傳動 方案有關(guān)，包括齒輪副的數(shù)目、齒輪的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。 兩軸式變速器和中間軸式變速器的特點分析 1. 兩軸式變速器 兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上。與中間軸式變速器相比，兩軸式變速器因軸和軸承數(shù)少，所以結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點，此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時噪聲低。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。還有，受結(jié)構(gòu)限制，其一檔速比不能設(shè)計 的很大。對于前進(jìn) 檔 ，兩軸式變速器輸入軸的傳動方向與輸出軸的傳動方向相反。 2． 中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動機(jī)飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設(shè)有離合器的從動盤上，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。 變速器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、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。此時，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接檔的傳動 效率高，磨損及噪聲也最小，這是三軸變速器的主要優(yōu)點。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動比，這是三軸變速器的另一個優(yōu)點。其缺點是：除直接檔外其他各檔的傳動效率有所降低 [3]。 變速器 倒 檔 布置方案 變速器的一檔或倒檔因傳動比大，工作時在齒輪上的作用力也增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔，都應(yīng)該布置在靠軸的支承處，然后按照從低 檔到高檔的順序布置各檔齒輪，這樣既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配 [3]。 倒檔設(shè)計在變速器的左側(cè)或右側(cè)在機(jī)構(gòu)上均能實現(xiàn)，不同之處是掛倒檔時駕駛員移動變速桿的方向改變了。為了防止意外掛入倒檔，一般在掛倒檔時設(shè)有一個掛倒檔時需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕駛員注意。 傳動機(jī)構(gòu)布置中齒輪的安排 7 常用檔位的輪齒因接觸應(yīng)力過高而易造成表面點蝕損壞。將高檔布置在靠近軸的兩端支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態(tài)，以減少偏載并提高齒輪壽命 [3]。 變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 變速器的齒輪形式 變速器齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時工藝復(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 檔 。 變速器齒輪可以與軸設(shè)計為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。 齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度 b（圖 ）影響齒輪強度。要求尺寸 b 應(yīng)該大于或等于輪齒危險斷面處的厚度。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