【正文】 的“最高境界”。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)。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。 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。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。 3. 重量輕、體積小。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。 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。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。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。采用傳動(dòng)比小于 1（ ~）的超速檔，可以更充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，降低燃料消耗。 三軸式變速器如圖 11 所示，其第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、第二軸同心。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 8 圖 11 轎車中間軸式四檔變速器 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 中間軸 兩軸式變速器如圖 12 所示。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡化了制造工藝，降低了成本。 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 9 圖 12 兩軸式變速器 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 同步器 有級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。 由于所設(shè)計(jì)的汽車是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式變速器。再除直接檔以外的其他檔位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。圖 14b、 c、 d所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖 14d所示方案中的倒檔和超速檔安 裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下，很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)檔的變速器。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長度，可將變速器后端加長，如圖 13a、 b所示。這時(shí)，如用在軸平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖 16f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 12 圖 16 變速器倒檔傳動(dòng)方案 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕?作時(shí)有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 13 換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。嚙合套有分為內(nèi)齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向尺寸。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。 2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚 切?。?~），這樣，換檔后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔（圖 18）。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。5彈簧 。9— 輸出軸 。 選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪 的滾動(dòng)半徑等來綜合考慮、確定。 由已知條件：滿載質(zhì)量 1800kg； rr=； Te max=170Nm； i0=； η=。根據(jù)上式可的出： q =。 三、軸向尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。 本次設(shè)計(jì)采用 5+1 手動(dòng)擋變速器，其殼體的軸向尺寸是 3?=， 變速器殼體的最終軸向尺寸應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。 同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。 表 21 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項(xiàng)目 車型 齒形 壓力角 α 螺旋角 β 轎車 高齒并修形的齒形 176。 25176。 ~30176。對(duì)轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對(duì)貨車，為提高齒輪承載力，取大些。 應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使中間軸上是軸向力相互抵消。所以，在保證齒輪的強(qiáng)度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 一檔傳動(dòng)比 （ 27） 為了確定 Z9和 Z10的齒數(shù)， 先求其齒數(shù)和 ?Z : （ 28） 其中 A =、 m =3；故 有 ??Z 。 由式（ 27）求出常嚙合齒輪的傳動(dòng)比 （ 29） 由已經(jīng)得出的數(shù)據(jù)可確定 ① 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 20 ?cos2 )( 21 ZZmA n ??nmAZZ ?c os221 ???gIi8712 ZZZZig ??? ?ZZnmAZ ?cos2??1212131311 ZZZZZZigr ???)(21 1312 ZZmn ???gi而常嚙合齒輪的中心距與一檔齒輪的中心距相等 （ 210） 由此可得： (211) 而根據(jù)已求得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出： 5321 ??ZZ 。 按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪 2726 65 ?? ZZ 、 ；四檔齒輪 3716 43 ?? ZZ 、 。 由 （ 214） 可計(jì)算出 2711?Z 。 變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)或高度變位時(shí)，則對(duì)齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。對(duì)于高檔齒輪，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合劑耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。但是由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動(dòng)，故噪聲要小些。 第三章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇 齒輪的損壞原因及形式 齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動(dòng)換檔齒輪端部破壞。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷 。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或齒輪精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于 7 級(jí)。 mm）， d為節(jié)圓直徑。 二檔齒輪圓周力： （ 34） 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 24 8 6 7 9 8 . 8 1 . 5 2 1 2 . 2 82 0 7 . 8 5 0 . 1 5 3 2w M P a? ???? ? ?56wMPaMPa?? ??12wMPaMPa?? ??34wM PaM Pa?? ??j?110 .4 1 8jzbFEb? ??????????j?1 2/gF T d?sinsinzzbbrr????根據(jù)斜齒輪參數(shù)計(jì)算公式可得出： 87ttFF? = 齒輪 8 的當(dāng)量齒數(shù) 3/cosnzz ?? =，可查表（ 31）得： 8 ? 。）； ? 齒輪螺旋角（176。該軸承不承受軸向力，軸的軸向定位一般由后軸承用卡環(huán)和軸承蓋實(shí)現(xiàn)。由于一檔和倒檔齒輪較小，通常和中間軸做成一體，而高檔齒輪則分別用鍵固定在軸上，以便齒輪磨損后更換。 m 為保證設(shè)計(jì)的合理性，軸的強(qiáng)度與剛度應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。由于第二軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故作為重點(diǎn)的校核對(duì)象。 mm； TW 軸的抗扭截面系數(shù)， 3mm ； P軸傳遞的功率， kw； d計(jì)算截面處 軸的直徑， mm； [T? ]許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa。 mm； G 軸的材料的剪切彈性模量， MPa,對(duì)于鋼材， G = 410? MPa； PI 軸截面的極慣性矩， 4mm ， 32/4dI p ?? ； 將已知數(shù)據(jù)代入上式可得： 。； maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為 170000N 該軸所受扭矩為： 1 7 0 3 .8 5 6 5 4 .5jTN? ? ?。 第五章 變速器同步器的設(shè)計(jì) 1. 同步器的結(jié)構(gòu) 在前面已經(jīng)說明，本設(shè)計(jì)所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 51 鎖環(huán)式同步器 9變速器齒輪 2滾針軸承 8結(jié)合齒圈 7鎖環(huán)（同步環(huán)） 5彈簧 6定位銷 10花鍵轂 11結(jié)合套 如圖（ 51），此類同步器的工作原理是：換檔時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，推嚙合套并帶動(dòng)定位銷和鎖環(huán)移動(dòng)，直至鎖環(huán)錐面與被接合齒輪上的錐面接觸為止。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸靠近，在角速度相等的瞬間，同步過程結(jié)束，完成換檔過程的第二階段工作。試驗(yàn)還證明：螺紋的齒頂寬對(duì)摩擦因數(shù)的影響很大，摩擦因數(shù)隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過大。 5+1 檔轎車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)說明書 32 圖 53 同步器螺紋槽形式 (2)錐面半錐 角 ? 摩擦錐面半錐角 ? 越小，摩擦力矩越大。 ? =6176。 (3)摩擦錐面平均半徑 R R 設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。 （ 4)錐面工 作長度 b 縮短錐面工作長度，便使變速器的軸向長度縮短，但同時(shí)也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。貨車同步環(huán)可用壓鑄加工。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的 2～ 3 倍。影響鎖止角 ? 選取的因素，主要有摩擦因數(shù) f 、擦錐面的平均半徑R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角 ? 。本次設(shè)計(jì)鎖止角 ? 取 ?30 。而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)，不同車型要求作用到手柄上的力也不相同。即使達(dá)到完全齒寬嚙合，也可能由于汽車震動(dòng)等原因，齒輪產(chǎn)生軸向移動(dòng)而減少了齒輪的嚙合長度，甚至完全脫離嚙合。為此，應(yīng)設(shè)置倒