【正文】 以達(dá)到 50:50的 最佳比例，因此它具有較好的操控性 、 穩(wěn)定性、動(dòng)力 性和制動(dòng)性 等 優(yōu)點(diǎn) 。 三軸 式五速變速 箱包括五個(gè) 前進(jìn)擋和一個(gè)倒 擋 ， 并通過鎖環(huán)式同步器來實(shí)現(xiàn)換擋。 m 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 ? 一 擋傳動(dòng)比 1i 第一軸與中間軸的中心距 A mm 中間軸與倒擋軸的中心距 A? mm 第二軸與中間軸的中心距 A? mm 中心距系數(shù) AK 直齒輪模數(shù) m 斜齒輪法向模數(shù) nm 齒輪壓力角 ? 176。 一定 程度上 來 說，它 似乎已經(jīng) 成了我們往后生活的必需品了 。但是 ， 在它身后的變速箱確是 其 速度 控制 的閥門。 變速箱 的 工作原理 一旦 發(fā)動(dòng)機(jī)制造出來后，其排量大小是不變的，可燃混合氣體的成分也基本不變，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變化范圍小，但汽車在起步和上坡時(shí)，需要較大的轉(zhuǎn)矩； 而 在平坦路面上高速行駛時(shí)，則只需要較小 的 轉(zhuǎn)矩。 圖 11 變速箱 工作原理 示意圖 7 利用 齒輪原理，可以將 較大 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的轉(zhuǎn)速，也可以將較 小 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大的轉(zhuǎn)速。變速 箱設(shè)有倒擋 ，使汽車獲得 倒退行駛 能力。 2) 設(shè)置 空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸 ； 3) 設(shè)置 倒擋，使汽車能倒退行駛； 4) 設(shè)置動(dòng)力 輸出裝置，需 要時(shí)能 進(jìn)行 功率輸出； 5) 工作可靠 ， 操縱 輕便。 為 減小 齒輪的嚙合損失，應(yīng)當(dāng)有直接擋。 8) 變速箱還應(yīng)當(dāng) 滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小 。 變速箱 的分類 從 市場(chǎng)上 不同 車型所配置的變速 箱 來看，主要分為： 手動(dòng)變速箱 （ MT） 、 自動(dòng)變速箱 （ AT） 、 手動(dòng) /自動(dòng)變速 箱 （ AMT） 、無極變速箱 （ CVT） 。 手動(dòng) 變速 箱 的工作原理就是更換不同大小的被動(dòng)齒輪來與動(dòng)力輸出軸接合，當(dāng)將擋時(shí)，實(shí)際上是將被動(dòng)齒輪換成了更大的齒輪，根據(jù)杠杠原理，此時(shí) 變速箱 輸出的轉(zhuǎn)速就會(huì)相對(duì)降低 ， 但轉(zhuǎn)矩增大 ； 反之，如果是升 擋 ，則實(shí)際上是被動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)換為小齒輪 ， 此時(shí)變速 箱 輸出轉(zhuǎn)速就會(huì)提高， 但 轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。 圖 12 手動(dòng) 變速箱 工作原理示意圖 自動(dòng)變速箱 （ AT） 自動(dòng)變速箱（ Automatic Transmission） 。 一是和 發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪 連接 的夜里變矩器，它和手動(dòng) 變速箱 車上的離合器位置差不多，其作用也和離合器差 不多，它負(fù)責(zé)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞給后面的變速機(jī)構(gòu)。 手動(dòng)自動(dòng) 變速 箱（ AMT） 手動(dòng) 自動(dòng)變速箱 （ Automatic Manual Transmission） 。 AMT 沒有 行星齒輪和變矩器，和普通手動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)一樣，它有中間軸、輸出軸、離合器和變速撥叉等。其 傳動(dòng)比在一定數(shù)值范圍內(nèi)可 連續(xù)無限 多 級(jí) 變化 ， 常見的有流體式和機(jī)械式兩種。當(dāng) 主動(dòng) 輪的直徑變大而同時(shí)從動(dòng)輪的直徑變小時(shí)，或?qū)⒅鲃?dòng)輪的直徑變小 ，從動(dòng)輪的直徑變大時(shí)，傳動(dòng)比就會(huì)隨著改變。 10 固定 軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速箱多用于前置前驅(qū)（ Front engine Front wheel drive，簡(jiǎn)稱 FF） 的 汽車上，中 間軸式變速 箱 多用于 FR 的 汽車上。目前 ，無論 是商用車還是其他形式的汽車，自動(dòng)變速箱 越來 越成為標(biāo)配。然而 ，衡量 一臺(tái)汽車的好壞，很大程度上決定于變速箱的質(zhì)量 ， 而變速箱的質(zhì)量取決于齒輪的設(shè)計(jì)與制造。 它 通過 并行工作的方式縮短設(shè)計(jì)周期，也通過仿真 的方式降低試驗(yàn)成本 。 了解 、認(rèn)知 手動(dòng)變速箱 的必要性 看過 一些言論，說 手動(dòng)變速箱 繁瑣的駕駛操作 等 不足，阻礙了汽車高速發(fā)展的腳步。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，還需要變速箱的全力協(xié)助。 其次，從我國的具體情況來看，手動(dòng)變速箱幾乎貫穿了整個(gè)中國的汽車發(fā)展歷史，資歷較深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車的，他們對(duì)手動(dòng)變速箱的認(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。 繼而 ，開展 對(duì) 手動(dòng)變速 箱 的 了解 、學(xué)習(xí)與研究 和 分析有一定必要 。 擋位 越多，油耗越低，無級(jí)變速箱 最 理 想 。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)量之比也愈小，則變速箱的傳動(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、無聲換擋，對(duì)于多于 5個(gè)前進(jìn)擋的變速箱來說是困難的。采用傳動(dòng)比小于 1（ ～ ）的超速擋，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。 其 特點(diǎn)是 ：變速 箱 輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體 ，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí) 圖 22 兩軸式 變速箱傳動(dòng)方案主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒擋傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其它擋位均采用常嚙合齒輪傳動(dòng) 。 第二軸 為 三點(diǎn)支承，前端支承在第一軸的末端孔 內(nèi)，軸的中部 和 后端分別支承在變速箱殼體和附加殼體上。圖 24b、 c、 d 所示 方案 的各 前進(jìn) 擋 ，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)。 各 傳動(dòng)方案 的共同特點(diǎn)是：變速箱的第一軸后端與常嚙合齒輪做成一 體 。 【本設(shè)計(jì) 采用中間軸式 五 擋 傳動(dòng)方案 ， 具體 結(jié)構(gòu) 見 相關(guān) 圖紙 】 圖 24 中間軸式 五 擋 變速箱傳動(dòng)方案 圖 25 中間軸式 六擋變速箱傳動(dòng)方案 以上各 方案中 ， 凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其它換擋方式可以用同步器或嚙合套來實(shí)現(xiàn)。 變速箱 用如圖 24c 所示的多 支承 結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。為實(shí)現(xiàn) 倒擋傳動(dòng) ，有些方案利用 在 中間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪方案， 如圖 22a、 b、 c 和圖 23a、 b 所示；也有利用兩個(gè)連體齒輪方案的，如圖 23c 和圖 24a、 b 所示。 圖 26b 所示方案的 優(yōu)點(diǎn)是 換倒 擋時(shí) 利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度；但換擋時(shí)要求有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖 26f 所示方案適用于全部齒輪副均 為常嚙合的齒輪，換擋更為輕便。然后 按照 從低 擋到 高 擋 的順序布置各擋齒輪，這樣既能使 軸 有足夠 大 的剛 性 ，又能保證容易裝配。 倒擋 設(shè)置在變速 箱 的左側(cè)和右側(cè)， 在 結(jié)構(gòu) 上均 能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒擋是駕駛員移動(dòng)變速桿的方向 改 變了 。 除此 之外，倒擋的中間齒輪位于變速 箱 的左側(cè)或右側(cè)對(duì)倒擋 軸 的 受力 狀況有影響，如圖 28 所示 。變速箱中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡 管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。 嚙合套換 擋 型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。 同步器能 保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術(shù)的 熟練 程度無關(guān)， 提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效，采用較多。 此段 切薄 a b 圖 210 防止自動(dòng)脫 擋 的結(jié)構(gòu)措施 Ⅱ 圖 211 防止自動(dòng)脫 擋 的結(jié)構(gòu)措施 Ⅲ 在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，如 圖 212 所示。 兩個(gè)齒輪 和鎖環(huán)上的花鍵齒 ， 靠近 接 合套 8的 一 端 都有倒角（ 鎖止角 ） ，且 與結(jié)合套齒端的倒角相同。 3個(gè) 滑塊 2分別 裝在花鍵轂 7上 3個(gè) 均布的軸向槽 11 內(nèi) ，沿槽可以軸向移動(dòng)。鎖環(huán) 相對(duì)于 滑塊順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)都只能轉(zhuǎn) 20 動(dòng)半個(gè)齒寬，且只有當(dāng)滑塊位于鎖環(huán)缺口的中央 時(shí)， 接合套與鎖環(huán)才能接合。 如 變速箱 的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)可 布置 圓錐滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。由于 變速箱向輕量化 方向發(fā)展的需要，要 21 求減小變速 箱 中心距，這就 影響 到軸承外徑的尺寸。 圓錐滾子軸承 也有 裝配后需要調(diào)整 預(yù)緊 ，使 裝配 麻煩且磨損后軸易歪斜，從而影響齒輪正確嚙合等一些缺點(diǎn)。軸承 的 直徑根據(jù)變速箱中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于 6～ 20cm。 其 優(yōu)點(diǎn)是制造容易、成本低。通常變速箱的擋數(shù)在 6擋以下，當(dāng)擋數(shù)超過六擋以后，可在 6擋以下的主變速箱基礎(chǔ)上，再配置副變速箱，通過兩者的組合獲得多擋位變速箱。 發(fā)動(dòng)機(jī) 排量 大的乘用車多用 5 個(gè) 擋 。目前 乘用車 的傳動(dòng)比范圍在 ～ 之間 ，總質(zhì)量輕 些 的商用車在 ～ 之間 ， 其他 商 用車則更大。中心距 越小 ，齒輪的 接觸 應(yīng)力越大，齒輪壽命越短 ； 變速箱的中心距取的越小，會(huì)使變速箱長(zhǎng)度增加，并因此而使軸的剛度 被 削弱和使 齒輪的嚙合狀態(tài)破壞。 外形尺寸 變速箱的 橫向 外形 尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定 。 本設(shè)計(jì) 為五速手動(dòng)變速箱，其殼體的 軸向 尺寸是 3x67=201mm。 第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù) mn 3 m ax0 .4 7nem T m m? （ 32） 1 1max e maxT T i?? （ 33） 24 式中 ? 為 變速箱傳動(dòng)效率， 取 96%； emaxT 為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。由于 制造工藝 上的原因，同一 變速箱中的結(jié)合套模數(shù)都取相同，轎車和輕型貨車取 2～ 。 15176。 ～ 45176。 重型車 同上 低擋、倒擋齒輪 176。嚙合套或 同步器取 30176。 齒輪寬度 b的大小直接影 響著齒輪的承載能力， b加大，齒的承載能力增高。采用 嚙合套或同步器換擋時(shí)，其 接合齒 的工作寬度初 選 時(shí) 取 2～ 4mm。 采用 變位齒輪 ，除 為了 避免 齒輪 產(chǎn)生根切和配湊中心距 以外 ，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性 、 抗膠合能力及 齒輪的嚙合噪聲。 角度變位 可 獲得 良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，采用 得 多。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。 根據(jù)上述理由，為降低噪聲，變速箱中除去一、二擋和倒擋以外的其他各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。若 齒頂高 系數(shù)小，則齒輪重合度小、工作噪聲大；但因齒輪受到的 彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。 各擋齒輪齒數(shù)的分配 在 初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速箱的擋數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。 上面根據(jù)初選的 A及 m計(jì)算出的 ?Z 可能不是整數(shù)，將其調(diào)整為整數(shù)后，從式（ 37）看出中心距有了變化，這時(shí)應(yīng)從 ?Z 及齒輪變位系數(shù)反過來計(jì) 算中心距 A，再以這個(gè)修正后的中心距作為以后計(jì)算的依據(jù)。 則根據(jù)式（ 36）可計(jì)算出一擋實(shí)際傳動(dòng)比為： i1= 。中間軸上倒擋傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比一擋主動(dòng)齒輪 10略小，取 1312?Z 。 28 各擋齒輪相關(guān) 參數(shù)如下表 32所示 ： 表 32 齒輪 相關(guān)參數(shù) 名稱0102030405060708090第一季度 第三季度東部西部北部 符號(hào) 齒數(shù) z 模數(shù) m 分度圓直徑 d（ mm） 基圓直徑db 壓力角α 螺旋角β 齒寬 b（ mm） 1 軸常嚙合齒輪 Z1 17 20176。 20 倒擋主動(dòng)齒輪 Z12 12 30 22 倒擋軸齒輪 Z13 23 22 29 第四 章 變速箱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算和材料選擇 齒輪的損壞形式 變速箱 齒輪的損壞形式主要 有 ：輪齒折斷、齒面疲勞剝落（ 點(diǎn)蝕 ） 、 移動(dòng) 換擋 齒輪端部破壞以及齒面膠合。它 使 齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，并可能導(dǎo)致輪齒折斷。如汽車 變速箱 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 ； K? 為 應(yīng)力集中系數(shù)，可近似 取 ； fK 為 摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪 取 ， 從動(dòng)齒輪取 ； b 為齒寬 （ mm），取 18； t 為 端面 齒距（ mm） ,t=π m； 10tfW F K Kbty?? ? 30 9 2m ax10 1geZ ZTT ZZ? ? ?10 2 gTF d?1w FKbtyK??? ?87 82 gttTFF d??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? ???? ? ?y 為齒形系數(shù) 。 故 同理可得： 7 M P a? ? 。）； E齒輪材料的彈性模量（ MPa），查資料可取 3190 10E M Pa?? ； b齒輪接觸的實(shí)際寬度， 20mm； zb??、 主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（ mm