【正文】 變速器 齒輪形式與自動(dòng)脫檔分析 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。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過(guò)高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支撐較遠(yuǎn)處較好 。從安全角度考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。各檔位置的安排應(yīng)考慮以下四個(gè)方面： 1． 整車總布置 根據(jù)整車的總布置，對(duì)變速器輸入軸和輸出軸的相對(duì)位置和變 速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。圖 21f所示方案是將中間軸上的一、 倒 檔 齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔 困難。前者雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是中間傳動(dòng) 齒輪的輪齒，是在最不利的正、負(fù)交替對(duì)稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作；而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，并使倒 檔 傳動(dòng)比略有增加。倒檔齒輪不能與第二軸齒輪有嚙合的狀況。 在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)。 2． 中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器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)，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)方案的倒檔傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其他檔位均采用常嚙合齒輪傳動(dòng)。采用傳動(dòng)比小于 1（約為 ～ ）的超速 檔 ，可充分地利用發(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。 通常，有級(jí)變速器具有三個(gè)、四個(gè)、 五個(gè)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 達(dá) 6～ 16 個(gè)甚至 20 個(gè)。 表 GA4D28TC 柴油 發(fā)動(dòng) 機(jī)技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) GA4D28TC 發(fā)動(dòng)機(jī)形式 四缸直列， 高壓 共軌 燃油種類 柴油 排量 排放標(biāo)準(zhǔn) 國(guó) Ⅲ 最大輸出功率 80KW 最大扭矩 260N 表 貨車的質(zhì)量系數(shù) 0m? 參數(shù) 車型 總質(zhì)量 tma/ 0m? 貨 車 ＜ am ≤ ～ ① ＜ am ≤ ～ am ＞ ～ ①裝柴油機(jī)的貨車為 ～ 。包括各軸直徑及長(zhǎng)度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的加工工藝分析 。包括變速器傳動(dòng)比計(jì)算、中心距計(jì)算、 齒輪參數(shù)計(jì)算、各檔 齒輪齒數(shù)的分配 。這就對(duì)變速器設(shè)計(jì)人員提出較高的要求。本課題取材于汽車中比較實(shí)用的皮卡汽車，皮卡車載貨或在雨、雪路面上行駛時(shí)，動(dòng)力性好，越野性能出色。但是 ,人們始終沒(méi)有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力 ,各大汽車廠商對(duì)無(wú)級(jí)變速器 (CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極度重視 CVT 在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。 目前，國(guó)內(nèi)變速器廠商都朝 自動(dòng) 變速器和 無(wú)級(jí) 變速器方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)現(xiàn)已有 多 款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無(wú)級(jí)變速器，而重型汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。 從 40 年代初，美國(guó)成功研制出兩 檔 的液力 機(jī)械變速器以來(lái)，自動(dòng)變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 使用最早的是手動(dòng)變速器，國(guó)內(nèi)最早的東風(fēng)解放所用的是手動(dòng)變速器，但手動(dòng)變速器也并非一成不變，早期的變速器，那時(shí)國(guó)內(nèi)還在實(shí)用不帶同步器的變速器，換擋要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車速度是否同步才能進(jìn)行，并且升檔和降檔要求的油離配合還不一樣?，F(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。變速器與主減速器及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù) 做優(yōu)化匹配，可得到良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒 檔 安全裝置，其他結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不 產(chǎn)生 跳 檔 、亂 檔 、自動(dòng)脫 檔 和誤掛倒 檔 ；采用同步器可使換 檔 輕便，無(wú)沖擊及噪聲；采用 斜齒輪 、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低 。變速器的倒 檔 使汽車能倒退行駛；其空 檔能中斷發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的動(dòng)力，以便發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、怠速。 現(xiàn)代汽車 廣泛采用 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)?力源， 而發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速與汽車的牽引力、車速要求之間的矛盾，靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī) 自 身是無(wú)法解決的。 to determine the file transmission gear ratio and parameters。本設(shè)計(jì)研究 中間 軸式五檔手動(dòng)變速器，其目的主要是基于對(duì)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、 AutoCAD 等知識(shí)的熟練運(yùn)用和掌握，同時(shí)運(yùn)用汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)、材料力學(xué)等學(xué)科知識(shí)，對(duì) 中間 軸式變速器的各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并 利用 AutoCAD 軟件繪制裝配圖和零件圖。變速器的結(jié)構(gòu)要求對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。s Degree Design of Aoteng Pickup Transmission Candidate： Specialty： Vehicle Engineering Class： B077 Supervisor： Lecturer. Heilongjiang Institute of Technology I 摘 要 變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成， 其基本功用是 改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作 ，是汽車傳動(dòng)系的重要組成 。 中間 軸式變速器由于具有體積小、原理簡(jiǎn)單、工作可靠、操縱方便等優(yōu)點(diǎn)，故在大多數(shù)汽車中廣泛應(yīng)用。 its working principle described, a reasonable choice of transmission scheme design。 1 第 1 章 緒 論 變速器 簡(jiǎn)述 [1] 自從汽車誕生時(shí)起，汽車變速器就在汽車傳動(dòng)系中扮演著至關(guān)重要的角色。 變速器 還 能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛，而這種低的車速只靠?jī)?nèi)燃機(jī)的最低穩(wěn)定車速是難以達(dá)到的。 變速器的結(jié)構(gòu) 除了對(duì) 汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性 有影響同時(shí)對(duì)汽車 操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。距1894 年一個(gè)法國(guó)工程師給一輛汽車裝上世界上第一個(gè)變速器至今，汽車變速器已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展。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(shí)邁向新的、 2 更高的境界。 現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)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。近些年來(lái)，由于電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)變速器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。 一百多年后的今天，汽車還沒(méi)有使用上滿意的無(wú)級(jí)變速箱。 變速器設(shè)計(jì)的 研究方法與 目的意義 [3] 從輕型貨車的特性上來(lái)說(shuō)，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。 汽車變速器的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程 ， 其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車輛的平順 3 性、動(dòng)力 性和燃油經(jīng)濟(jì)性等多方面的設(shè)計(jì)要求。本文要完成 的有 下面一些主要工作： 1． 主要 參數(shù)計(jì)算。 3． 變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。 4 第 2 章 皮卡 主要參數(shù) 與變速器結(jié)構(gòu)方案 的確定 確定總質(zhì)量 汽車的 整備質(zhì)量利用系數(shù) 0m? ： 00 mmem ?? （ ） 式中 em —— 汽車的載質(zhì)量； 0m —— 整車 整備質(zhì)量。 選擇 發(fā)動(dòng)機(jī) 型號(hào) 根據(jù)現(xiàn)在載貨汽車選用發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，參照 20xx 款 GA1020CRE3A 型奧騰皮卡 ，針對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)選用 GA4D28TC 柴油 發(fā)動(dòng) 機(jī)。 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 的 布置 [3] 機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、制造成本 低 和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。 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(shí)才使用的超速檔 。 7 兩軸式變速器和中間軸式變速器的特點(diǎn)分析 1． 兩軸式變速器 兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在高檔工作時(shí)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(jì)的很大；對(duì)于前進(jìn) 檔 ，兩軸式變速器輸入軸的傳動(dòng)方向與輸出軸的傳動(dòng)方向相反。因?yàn)橹苯訖n的利用率要高于其他檔位，因而提高了變速器的使用壽命 。在結(jié)構(gòu)布置上，要注意的是在不掛入倒檔時(shí)，為了防止意外掛入倒檔，一般在掛倒檔時(shí)設(shè)有一個(gè)掛倒檔時(shí)需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來(lái)提醒駕駛員注意。為實(shí)現(xiàn)倒 檔 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)齒輪的方案；也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪方案的。圖 21b 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒 檔 時(shí)利用了中間軸上的一 檔 齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。圖 21e 所示方案針對(duì)圖 21c 所示方案的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖 21c 所示方案。 各檔 齒輪 位置安排 各齒輪副的相對(duì)安裝位置對(duì)于整個(gè)變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。按習(xí)慣，倒檔最好與序列不接合。 9 承受載荷大 的低檔齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以較小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過(guò)多。采用圖 21g 的倒檔布置形式。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒 檔 。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。由于接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動(dòng)等原因，都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫 檔 。 2． 將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切薄（切下 ～ ），這樣，換 檔 后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動(dòng)脫 檔 ，如圖 23b 所示。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)并加工成臺(tái)階 形狀，也具有相同的阻止自動(dòng)脫 檔 的效果。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用 5 個(gè)檔。多檔變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。m）； maxeP —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（ Kw）； pn —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速（ r/min） ； ? —— 轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù) ? =～ ； () 式中： Tn —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速 。； f —— 道路附著系數(shù) ， ?f ； r —— 驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑 ， ?rr m； maxeT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ， 260max ?eT N所以 在本設(shè)計(jì)中，取 ?gi 。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。 變速器的外形尺寸 變速器的外形尺寸主要指變速器的軸向尺寸，其軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式、換 檔 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系，設(shè)計(jì)初可根據(jù)中心距 A 的尺寸參照下列關(guān)系式3314221312?????????qiiqiiqiigggggg3 1m a x ggeA iTKA ?? ～KA ? ～KA ?~~ 33 1m a x?????　iTKA ggeA ? 15 初選。降低噪聲水平對(duì)轎車很重要，而對(duì)載貨汽車則應(yīng)重視減小質(zhì)量。mm； ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù)，斜齒齒輪取 ； ? —— 斜齒螺旋角； eK —— 摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取 ，被動(dòng)齒輪取 ； z —— 齒輪齒數(shù)； cK —— 齒寬系數(shù)，斜齒齒輪取 ～ ； y —— 齒形系數(shù)，見圖 31； w? —— 輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng) maxej TT ? 時(shí)， 對(duì)乘用車變速器斜齒 齒輪的許用應(yīng)力 350~180][ ?w? MPa，商用車變速器斜齒齒輪的許用應(yīng)力250~100][ ?w? MPa。 表 汽車變速器常用齒輪模數(shù)（ mm） 一系列 二系列 （ ） （ ） — 由表 和表 并且參照同類 車型選取模數(shù) 。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。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。選斜齒輪的螺旋角，要注意它對(duì)齒輪工作噪聲齒輪的強(qiáng)度和軸向力的影響。因此，中間軸上 18 的不同 檔 位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。一 檔 和倒 檔 設(shè)計(jì)為直齒時(shí)，在這些 檔 位上工作，中間軸上的軸向力不能 抵消 (但因?yàn)檫@些 檔 位使用得少，所以也是允許的 )，而此時(shí)第二軸則沒(méi)有軸向力作用?！?30176?！?34176。 通常根據(jù)齒輪模數(shù) m(mn)的大小來(lái)選定齒寬 直齒 mkb c? ， ck 為齒寬系數(shù)，取為 ～ ； 斜齒 ncmkb? ， ck 取為 ～ 。 齒 輪的修正 為了改善齒輪傳動(dòng)的某些性能，常對(duì)齒輪進(jìn)行修正。 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。應(yīng)該注意的是，各 檔 齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。 ?cos20 hnzmA ?= ???cos302 54133 ）（ = 取整為 A =100