【正文】 )和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器 (行星齒輪變速器 )兩種。其主要功用為： (A)改變傳動比，擴大驅(qū)動輪扭矩和轉(zhuǎn)速變化范圍，以適應(yīng)各種行駛條件，并使發(fā)動機在有利的工況下工作； (B)在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒向行駛； (C)利用空檔，中斷動力傳遞，使發(fā)動機能夠 迅速 起動， 保持 怠速、并便于發(fā)動機 的 換檔或進行動力輸出。 1 汽車變速器 概述 現(xiàn)代汽車通常采用活塞式內(nèi)燃機，其特點是扭矩變化范圍 比較 小。因而采用傳統(tǒng)設(shè)計法進行變速器設(shè)計已不能滿足汽車發(fā)展的客觀需要。 目前從國內(nèi)來看，大部分的汽車采用的還是手動換檔的機械式變速器，其設(shè)計和一些主要參數(shù)選擇的方法卻依然沿襲傳統(tǒng)設(shè)計方法 —— 經(jīng)驗類比法。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和人 民 生活水平的提高，汽車保有量迅猛增長， 同時也 對汽車的性能和質(zhì)量提出了更高的要求。 1886 年，德國人奔馳自行設(shè)計了四行程發(fā)動機，并將其安裝在一輛皮帶傳動的三輪車上，然后成功的驅(qū)動了它。 關(guān)鍵詞 ： 變速器， 優(yōu)化，傳動比 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 2 Optimize Design for SJ Automobile Gearbox ABSTRACT The traditional design of Automobile gearbox used empirical formula to make sure the key sizes of gearbox， these designs always outdated， have lower efficiency， and the usage of material was too conservative. Along with the development of modern automobile industry， the design trends of gearbox are to request smaller volume and better function. So a new method which can get a small and lightweight gearbox bees our target. In this thesis， SJ automobile gearbox was taken as an example. Firstly, traditional design was used to get the key sizes of gearbox； and then CAD was used to design its structure， such as shell、 shaft、 selector mechanism and so on； at last the toolbox of MATLAB was used to optimize the parameters of gearbox. The result manifests that using new method can shorten the design period， lower the costs for design， and the weight of gearbox can be reduced too. In conclusion， a satisfactory result can be achieved through optimizing the parameters of gearbox． Keyword： gearbox， optimization， transmitting ratio 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 3 SJ汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 盧國亮 061103273 0 引言 隨著時間的流逝， 昔日的輝煌漸漸落下了塵埃；當輕輕的撣去歲月留下的痕跡，閃露的就是歷史的光華。 而現(xiàn)代汽車變速器的設(shè)計趨勢之一卻是小型輕量化，因此采用全新的設(shè)計方法來優(yōu)化汽車變速器就成了本文研究的目標。 本文以 SJ汽車變速器為例，首先通過傳統(tǒng)的設(shè)計方法對變速器的結(jié)構(gòu)及具體參數(shù)進行初步設(shè)計，然后通過 MATLAB優(yōu)化工具箱中的最優(yōu)化函數(shù)來重新校驗變速器的設(shè)計。 卡爾178。同年，德國的戴姆勒將其自行發(fā)明的立式發(fā)動機安裝在改裝后的四輪馬車上，也成功的駕駛了它。汽車制造商不僅面臨著用戶對產(chǎn)品性能與質(zhì)量越來越高的要求，而且面臨著嚴格的技術(shù)法規(guī)約束以及降低產(chǎn)品成本等壓力，這就迫使企業(yè)必須縮短產(chǎn)品開發(fā)周期?，F(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展對傳動裝置的設(shè)計工作提出了更高的要求。 采用優(yōu)化設(shè)計 的 方法 確定 汽車變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可減小變速器的體積，得到良好的汽車動力性和燃料經(jīng)濟性，使換檔輕便、無沖擊噪聲。但是汽車復(fù)雜的使用條件卻要求汽車的驅(qū) 動力和車速 必須 在相當大的范圍內(nèi)變化。 變速器在分類上通常有兩種方式： 按傳動比變化方式和按操縱方式的不同來分。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動比通常有 3～ 5 個前進檔和一個倒檔，在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多檔位。 (3)綜合式變速器 是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機械式變速器，其傳動比可在最大指與最小值之間的幾個間斷的范圍內(nèi)上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 6 作無級變化，目前應(yīng)用較多。 (3)半自動操縱式變速器 ： 有兩種型式：一種是常用的幾個檔位自動操縱，其余檔位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來進行換檔。設(shè)主動齒輪轉(zhuǎn)速為 n1，齒數(shù)為 Z1，從動齒輪轉(zhuǎn)速為 n2，齒數(shù)為 Z2。當以小齒輪為主動輪 (即 Z1＜ Z2),其轉(zhuǎn)速經(jīng)大齒輪傳出時就降低了，即 n2＜ n1，稱為減速傳動，此時傳動比 i＞ 1 如圖 所示，當以大齒輪為主動輪 (即 Z1＞ Z2)，其轉(zhuǎn)速經(jīng)小齒輪傳出時就升高了，即 n2＞ n1,稱為增速傳動，此時傳動比 i1。為了擴大變速器輸出轉(zhuǎn)速的變化范圍，普通齒輪變速器通常都采用多組大小不同的齒輪嚙合傳動。所謂變速器檔數(shù)就是指其前進檔數(shù)。變速器就是通過檔位變換來改變傳 動比，從而實現(xiàn)多級變速的。 由齒輪傳動的原理可知，多級齒輪傳動的傳動比為 : i ? 所 有 各 級 從 動 齒 輪 齒 數(shù) 的 連 乘 積 ＝ 各 級 齒 輪 傳 動 比 的 連 乘 積所 有 各 級 主 動 齒 輪 齒 數(shù) 的 連 乘 積 ???? () 汽車變速器的設(shè)計趨勢 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 9 汽車變速器自誕生以來，已隨著汽 車技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了日新月異的變化，出現(xiàn)了許多設(shè)計思路完全不同的變速器。所以致力于減輕汽車所有部件的質(zhì) 量成為了汽車設(shè)計的基本準則。而且鎂合金的切削性、比強度、比剛度好，尺寸穩(wěn)定性好，吸振能力好，有利于減振和降低噪聲。為了提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和駕駛平穩(wěn)性， 就 要求變速器增加速比范圍 ， 減少速比間隔。 另外變速器箱體在降低變速器噪聲方面也發(fā)揮著重要的作用，改進箱體的截面形狀，從而改善箱體的振 動特性，可有效地降低變速器的噪聲。 本設(shè)計要求設(shè)計手動齒輪式變速器，變速器應(yīng)用于發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動的轎車上（具體參數(shù)見表 ）。 三軸式變速器的第一軸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。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。兩軸式變速器的輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，當發(fā)動機縱置時，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪；當發(fā)動機橫置時則可用圓柱齒輪，從而簡化了制造工藝、降低了成本。 由于倒檔使用率不高，本設(shè)計采用直齒滑動齒輪方案換入倒檔。由于此時所有同步器接合套未與任何齒輪接合， 倒檔軸上的第 2倒檔齒輪亦未撥到與第 1 和第 3 倒檔齒輪嚙合的位置，因此，發(fā)動機動力不能傳到輸出軸，變速器處于空檔位置，車輛不能起步行駛。一檔傳動比最大，產(chǎn)生的車輪驅(qū)動力最大，車速也最低，用于車輛的起步和爬坡。二檔脫開方式，與一檔類似。 (4) 四檔傳動路線 如圖 所示，操縱變速 桿，通過撥叉機構(gòu)撥動三 /四檔換檔撥叉，使三 /四檔同步器 3的接合套左移，與輸入軸四檔齒輪 2 的外齒圈嚙合，動力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸四檔齒輪 2和輸出軸四檔齒輪 14 傳給輸出軸 15 輸出。 (5)五檔傳動路線 如圖 ，操縱變速桿，通過撥叉機構(gòu)撥動五檔換檔撥叉，使與輸入軸五檔齒輪 7 相連的五檔同步器 8 的接合套右移，與輸入軸端部上的上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 16 外齒圈嚙合，動力便可從輸入軸依 次經(jīng)輸入軸端部外齒圈、五檔同步器 輸入軸五檔齒輪 7 和輸出軸五檔齒輪 9傳給輸出軸 15 輸出。在發(fā)動機功率足夠的條件下，采用超速檔可提高汽車的燃油經(jīng)濟性?？紤]到倒車安全，倒檔傳動比與一檔傳動比接近，希望倒車時車速盡可能低些。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強度與剛度外，還應(yīng)考慮齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定， 另外 它與加工工藝也有密切關(guān)系。各截面尺寸不應(yīng)相差懸殊，否則軸上供磨削用的砂輪越程槽處的應(yīng)力 過于 集 中 ， 會引起軸 的 斷裂。當?shù)箼n采用滑動齒輪掛檔時，輸出軸的相應(yīng)花鍵則采用矩形花鍵及動配合。 輸入軸前軸承（安裝在發(fā)動機飛輪內(nèi)腔中）采用向心球軸承；后軸承采用外圈帶止動槽的向心球軸承。因為它也要承受向外的軸向力。因為與其 它 軸承相比，圓錐滾子軸承的直徑小、寬度大、接觸線長，因而容量大，可以承受上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 19 高負荷；在承受同樣載荷的情況下其徑向尺寸可以減小，從而縮小中心距，減小變速器的尺寸和質(zhì)量；錐體、外圈及滾子間基本的幾何關(guān)系使?jié)L子能正確對中，確保軸承的可靠性及長壽命；接觸線長加之錐角和配合選擇適當，則可提高 軸的剛度，使齒輪正確嚙合、降低噪聲，減少自動脫檔的可能并提高其壽命；圓錐滾子軸承可通過預(yù)緊消除軸向間隙和軸向竄動。 變速器傳動部分結(jié)構(gòu)的確定 在確定了變速器的齒輪、軸、軸承以及其它一些主要零部件的型式后，就可以結(jié)合變速器的傳動方案，確定 SJ變速器傳動部分的結(jié)構(gòu)。 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 20 輸出軸上 則 緊固相連著輸出軸四檔齒輪、輸 出軸三檔齒輪、輸出軸五檔齒輪和輸出軸倒檔第 3 齒輪。 輸 入 軸和輸 出 軸的具體結(jié)構(gòu)和其上裝配的零件如圖 、 。同時操縱機構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時換檔頻率也增高。目前轎車一般用4～ 5 個檔位，級別高的轎車變速器多用 5 個檔，貨車變速器采用 4～ 5 個檔位或多檔。 傳動比 變速器的傳動比范圍是指變速 器最低檔傳動比與最高檔轉(zhuǎn)動比的比值。故有 m a x 1 0 m a x m a x( c o s s in )e g trT i i m g fr ? ???? ????????????????（ ） 則由最大爬坡度要求 得出 的變速器 1檔傳動比 為 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 23 m a x m a x1m a x 0( c o s sin ) 3 .1rgetm g r fi Ti???????????????????????（ ） 式中 m—— 汽車總質(zhì)量 ,1360kg ； g—— 重力加速度； f—— 道路阻力系數(shù) ,； max? —— 要求最大爬坡 ,30%(176。一至四檔傳動比 一般 取為等比數(shù)列，但是由于變速箱各檔利用率差別很大，高檔利用率比低檔大，所以在現(xiàn)代設(shè)計中，變速箱各檔上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 24 傳動比并不是正好按等比級數(shù)來分配的，而是在高檔區(qū)內(nèi)相鄰兩檔間的傳動比的間隔比低檔 區(qū)的要小。各傳動比確定后可依此設(shè)計齒輪，實際傳動比可根據(jù)齒數(shù)調(diào)整。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力就越大，齒輪壽命就越短。 變速器的中心距 A 可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初選： 3 1maxAA K T? ??????????? ? ??????????????（ ） 式中 AK —— 中心距系數(shù)。原則上總質(zhì)量小的汽車中心距小。 軸的直徑 變速器的軸應(yīng)設(shè)計成階梯式。 輸入軸花鍵部分直徑 d可按下式初選 3 m ax 21ed K T m m?????????????????????????（ ） 式中 K 為經(jīng)驗系數(shù)， K=,Temax為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（ 145N? m） 其它部分的軸徑按變速器的結(jié)構(gòu)需求，考慮階梯式的原則進行設(shè)計。 低檔齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)，其他檔位選另一種模數(shù)。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換檔。 汽車變速器齒輪法向模數(shù)取值范圍如下： 微型、輕型轎車， ～ ； 中型轎車， ～ 3； 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 28 中型貨車， ～ ； 重型貨車，