【正文】 1 第 1章 緒 論 概述 隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢。而變速器設(shè)計是汽車設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速， 目的是在各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。 因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)，對轎車而言，其設(shè)計意義更為明顯。在對汽車性能要求越來越高的今天，車輛的舒適性也是評價汽車的一個重要指標(biāo)，而變速器的設(shè)計不合理，將會使汽車的舒適性下降，使汽車的運行噪聲增大，影響汽車的整體性。 全套圖紙，加 153893706 汽車變速器的設(shè)計要求 變速器 是汽車的核心組成部分 ，用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 ，將動力有效而經(jīng)濟地傳至驅(qū)動車輪，以滿足汽車的使用要求。變速器 2 是完成傳動系任務(wù)的重 要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結(jié)構(gòu)要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車變速器的設(shè)計趨勢是增大其傳遞功率與重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽車變速器的設(shè)計工作開始之前，首先要根據(jù)變速器運用的實際場合來對一些主要參數(shù)做出選擇。主要參數(shù)包括中心距、變速器軸向尺寸、軸的直徑、齒輪參數(shù)、各檔齒輪的齒數(shù)等。 變速器的基本設(shè)計要求：保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性；設(shè)置空檔，用來切斷發(fā)動機動力向驅(qū)動輪的傳輸；設(shè) 置倒檔，使汽車能倒退行駛；換檔迅速、省力、方便；工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳檔、亂檔，以及換檔沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn)；工作效率高，噪聲??；結(jié)構(gòu)簡單、方案合理；在滿載及沖擊載荷條件下，使用壽命長；除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。 變速器傳動機構(gòu)有兩種分類方法。 根據(jù)前進檔數(shù)分為：三檔變速器，四檔變速器，五檔變速器，多檔變速器。 根據(jù)軸的形式分為：固定軸式，旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為：兩軸式變速器，中間軸式變速器，雙中間軸式變速器，多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣 泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機械式變速器。 國內(nèi)外 汽車變速器 的發(fā)展現(xiàn)狀 變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項總要依據(jù)。 21 世紀(jì)能源與環(huán)境、先進的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的科技進步推動了變速器技術(shù)的發(fā)展。目前國內(nèi)外的變速器主要向著自動變速器方向發(fā)展，自動變速器在實際中所占的比例越來越大，目前有一半以上的轎車和部分重型載貨汽車上使 用的是自動變速器。變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項總要依據(jù)。 21 世紀(jì)能源與環(huán)境、先進的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的科技進步推動了變速器技術(shù)的發(fā)展。 3 根據(jù)前進檔數(shù)分為：三檔變速器，四檔變速器，五檔變速器，多檔變速器。 根據(jù)軸的形式分為：固定軸式，旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為：兩軸式變速器，中間軸式變速器，雙中間軸式變速器，多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上，中間軸式變速 器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機械式變速器 。目前自動變速器得到廣泛的應(yīng)用。 變速器技術(shù)的發(fā)展動向如下： （ 1）節(jié)能與環(huán)境保護。 變速器的節(jié)能與環(huán)境保護既包括傳動系本身的節(jié)能與環(huán)境保護，也包括發(fā)動機的節(jié)能與保護。因此研究高效率的傳動副來節(jié)約能源，采用零污染的工作介質(zhì)或潤滑油來避免環(huán)境污染，根據(jù)發(fā)動機的特性和行駛工況來設(shè)計變速器，使發(fā)動機工作在最佳狀態(tài)，以保證汽車在最高傳動效率和最低污染物排放區(qū)運行。 （ 2）應(yīng)用新型材料。 材料科學(xué)與技術(shù)是 21 世紀(jì)重點發(fā)展的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。各種新型材料在變速 器中的應(yīng)用已經(jīng)推動了汽車技術(shù)的發(fā)展和性能的提高。陶瓷材料、高分子聚合物、納米材料、梯度材料、表面渡膜技術(shù)等獨特的性能特點，將對變速器的性能產(chǎn)生重要的影響。 （ 3）高性能、低成本、微型化。高性能、高效、精密、低噪聲、長壽命、重量輕、體積小、低成本一直以來是變速器的發(fā)展方向。 （ 4）智能化、集成化。變速器智能化、集成化是信息、電子集成技術(shù)和控制技術(shù)與變速器技術(shù)的結(jié)合。 其特點是根據(jù)發(fā)動機的特性和汽車的行駛工況，通過計算機智能控制，實現(xiàn)對變速器傳動比的實時控制，使發(fā)動機工作在最佳狀態(tài)。將變速器智能化，并且普及到大眾 化的汽車上。這樣的汽車可以依據(jù)駕車者的性情、路面的狀況、車身的負(fù)荷乃至周邊環(huán)境等多種因素，挑選最適合的功能，實現(xiàn)智能化駕駛，以充分發(fā)揮車輛的性能，降低油耗，確保安全。變速器的發(fā)展使汽車好像有了人的智慧，甚至比人更善于思索，它根據(jù)外界路面的變化，經(jīng)過計算，代替人作出準(zhǔn)確聰明的決斷。 隨著科技的發(fā)展和汽車工業(yè)的不斷向前進步，汽車自動變速器會越來越多的得到使用。 設(shè)計的內(nèi)容及方法 本次設(shè)計的變速器是在原有 捷達(dá) GTX 變速器的基礎(chǔ)上， 在給定發(fā)動機輸 4 出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，主要完成傳動機構(gòu)的設(shè)計，并 繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。 對變速器傳動機構(gòu) 的分析與選擇。 通過比較兩軸和中間軸式變速器各自的優(yōu)缺點，以及所設(shè)計車輛的特點，確定傳動機構(gòu)的布置形式。 變速器主要參數(shù)的選擇 變速器主要參數(shù)的選擇：檔數(shù)、傳動比、中心距、齒輪參數(shù) 等。 變速器齒輪強度的校核 變速器齒輪強度的校核主要對變速器的齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度進行校核。 軸的基本尺寸的確定及強度計算 。 對于軸的強度計算則是對軸的剛度和強度分別進行校核。 軸承的選擇與壽命計算 。 對變速器軸的支撐部分選用圓錐磙子軸承，壽 命計算是按汽車的大修里程來衡量，轎車的為 30 萬千米 。 本次設(shè)計主要是查閱近幾年來有關(guān)國內(nèi)外變 速器設(shè)計的文獻資料，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識 進行設(shè)計。 通過比較不同方案和方法選取最佳方案進行設(shè)計，計算變速器的齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)并對其進行校核計算；同時對同步器、換檔操縱機構(gòu)等結(jié)構(gòu)件進行分析設(shè)計；另外，對現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器的結(jié)構(gòu)進行改進、完善。 設(shè)計的目的及意義 此次變速器設(shè)計將基本滿足 車型 的使用要求，通過自己的分析、 方案選擇、設(shè)計計算和整理，能達(dá)到預(yù)期的效果 。在 此次畢業(yè)設(shè)計 中 ，通過運用計算機繪圖提高計算機繪圖水平 ， 了解變速器設(shè)計的 基本過程和在設(shè)計過程中應(yīng)該注意的問題，學(xué)會 設(shè)計的過程和方法 ，提高計算能力和邏輯思維。 5 第 2章 變速器傳動機構(gòu)與操縱機構(gòu) 的選擇與設(shè)計 變速器傳動機構(gòu)布置方案 機械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本底和工作可靠等優(yōu)點，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。 變速器傳動方案 分析與選擇 機械式變速器傳動機構(gòu)布置方案主要有兩種：兩軸式變速器和中間軸式變速器。 其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單 、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點。此外，各中間檔 因只經(jīng)一對齒輪傳遞動 ，故傳動效率高，同時噪聲小。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在工作時齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞，受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計的很大。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機縱置時直接輸出動力。 而中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的汽車上。其特點是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體絕大多數(shù)方案的第二軸與一軸在同一條直線上，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，此時噪聲低，齒輪、軸承的磨損減少 。 對不同類型的汽車，具有不同的傳動系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同。而傳動系的檔位數(shù)與汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性有著密切的聯(lián)系。就動力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機發(fā)揮最大功率附近高功率的機會，提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機在低燃油消耗率區(qū)下作的能力，降低了油耗。從而能提高汽車生產(chǎn)率，降低運輸成木。不過，增加檔數(shù)會使變速器機構(gòu)復(fù)雜和質(zhì)量增加，軸向尺寸增大、成本提高、操縱復(fù)雜。 6 綜上所述，由于此次設(shè)計的 捷達(dá) 變速器是中檔轎車 變速器， 布置形式采用發(fā)動機前置前輪驅(qū)動， 驅(qū)動形式 采用 24? ，且可布置變速器的空間較小，對變速器的要求較高，要求運行噪聲小，設(shè)計車速高，故選用二軸式變速器作為傳動方案。選擇 5檔變速器，并且五檔為超速檔。 倒檔布置方案 常見的倒檔布置方案如圖 所示。圖 方案的優(yōu)點是倒檔利用了 一檔齒輪，縮短了中間軸的長度 ；圖 方案能獲得較大的倒檔傳動比 ，同時利用五檔換擋同步器，在換倒檔時使其容易嚙合 ；圖 方案對 的缺點做了修改；圖 所示方案是將一、倒檔齒輪 做成一體，將其齒寬加長；圖 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔換更為輕便。 綜合考慮以上因素，為了換檔輕便，減小噪聲，倒檔傳動采用圖 所示方案。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) 圖 倒檔布置方案 7 整個變速器傳動方案如圖 ： 1一檔主動齒輪 2一檔從動齒輪 3二檔主動齒輪 4二檔從動齒輪 5三檔主動齒輪 6三檔從動齒輪 7四檔主動齒輪 8四檔從動齒輪 9五檔主動齒輪 10五檔從動齒輪 11倒檔主動齒輪 12倒檔中間軸齒輪 13倒檔輸出軸齒輪 圖 五檔變速器傳動方案簡圖 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。直齒圓柱齒輪主要用于一檔、倒檔齒輪，與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點，所以本設(shè)計 長嚙合齒輪 選用斜齒輪 ，倒檔選用直齒圓柱齒輪 。 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 [6]。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，齒輪輪轂部分的寬度尺寸 C ，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸要求： 2)～( dC ? （ ） 式中： 2d —— 花鍵內(nèi)徑。 為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度 ? 應(yīng)在滿足強度條件下設(shè)計得薄些。圖 8 中的尺寸 1D 可取為花鍵內(nèi)徑的 ～ 倍。 圖 變速器齒輪尺寸控制圖 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。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng) 在 aa ～RR μm 范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于 7 級。 變速器軸 變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當(dāng)變速器中心距小，在殼體的同一端面布置兩個滾動軸承有困難時，輸出軸可以直接壓入殼體孔中，并固定不動。 用移動齒輪方式實現(xiàn)換檔的齒輪與軸之間，應(yīng)選用矩形花鍵連接，以保證良好的定心和滑動靈活，而且定心外徑及矩形花鍵齒側(cè)的磨削比漸開線花鍵要容易 [4]。兩軸式變速器輸入軸和中間軸式變速器中間軸上的高檔齒輪，通過軸與齒輪內(nèi)孔之間的過盈配合和鍵固定在軸上。兩軸式變速器 的輸出軸和中間軸式變速器的第二軸上的常嚙合齒輪副的齒輪與軸之間，常設(shè)置有滾針軸承、滑動軸承，少數(shù)情況下齒輪直接裝在軸上。此時，軸的表面粗糙度不應(yīng)低與 μm，硬度不低于 58～ 63HRC。因漸開線花鍵定位性能良好，承載能力大且漸開線花鍵的齒短，小徑相對增大能提高軸的剛度，所以軸與同步器上的軸套常用漸開線花鍵連接。 倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸，并由螺栓固定。 由上述可知，變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件，有的軸上又有矩形或漸開線花鍵，所以設(shè)計時不僅要考慮 裝配上的可能，而且應(yīng)當(dāng)可以順利拆裝軸上各零件。此外，還要注意工藝上的有關(guān)問題。 變速器軸承的選擇 9