【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 車的“身體” 之中，廣本兩廂飛度每個(gè)排量都有一款配置了CVT 無(wú)級(jí)變速器，既方便又省油，且售價(jià)也僅在 ～ 萬(wàn)元。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 在國(guó)外，機(jī)械產(chǎn)品的系列化和多檔化是各個(gè)廠家的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，使其產(chǎn)品有幾大的方便性和靈活性，能占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額。如德國(guó)的 ZF 公司有中心距80mm、 95mm、 105mm、 120mm、 143mm、 154mm、等七種類別的變速器，檔位數(shù)從 3 到 17 個(gè)。 近年來(lái)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制自動(dòng)變速器的問(wèn)世，給汽車帶來(lái)更理想的傳 動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，推動(dòng)了汽車變速裝置的重大變革。隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，自動(dòng)變速器裝置均出現(xiàn)電子化趨勢(shì)，并且在結(jié)構(gòu)上不同于機(jī)械式變速器。 自 1940 年美國(guó)通用汽車公司首次將液力機(jī)械式自動(dòng)變速器裝車應(yīng)用以來(lái)，液力機(jī)械式自動(dòng)變速器的生產(chǎn)形成系列化和專業(yè)化。其發(fā)展之快，應(yīng)用之廣，以致于人們直接命名其為 自動(dòng)變速器 。 AT 以優(yōu)越的動(dòng)力性能，乘坐舒適性和簡(jiǎn)便的操作，在汽車工業(yè)中占有相當(dāng)?shù)牡匚?。我?guó)幾種系列轎車中和重型載貨車上雖有應(yīng)用，但限于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，獨(dú)立開(kāi)發(fā)，成批生產(chǎn) AT 的能力尚不具備。省油，排污 低，操縱方便，行駛舒適的機(jī)械式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器 (CVT)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 一直是人們追求的目標(biāo)。 CVT 與其它傳動(dòng)相比，操縱方便性和乘坐舒適性均可與液力變矩器相媲美，而其傳動(dòng)效率卻遠(yuǎn)高于液力變矩器。更主要的是它能夠協(xié)調(diào)車輛外界行駛條件與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)潛力，提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性，使汽車具有良好的牽引特性，顯著地提高超車性能，這是現(xiàn)有的有級(jí)式變速器無(wú)法相比的，故 CVT 是國(guó)內(nèi)外汽車傳動(dòng)研究和推廣的重點(diǎn)之一。 在中國(guó)，手動(dòng)變速器仍然是車用變速器的主流。具體有兩個(gè)原因：首先，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本掌握對(duì)手動(dòng)變速器的開(kāi)發(fā)，所以在一定 程度上加大的手動(dòng)變速器的價(jià)格優(yōu)勢(shì)；另外，絕大多數(shù)中國(guó)駕駛者在學(xué)車時(shí)就用的是手動(dòng)車，他們更加享受手動(dòng)車帶來(lái)的駕駛樂(lè)趣。手動(dòng)變速器應(yīng)該說(shuō)是最為節(jié)能的變速方式，另外由于中國(guó)企業(yè)已經(jīng)掌握該技術(shù)，而且在生產(chǎn)方面也積累了長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)，從而在價(jià)格和質(zhì)量方面會(huì)有較大優(yōu)勢(shì)。所以在短期內(nèi)仍將是變速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工況。 在國(guó)內(nèi)，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)變速器的生產(chǎn)有了較大的發(fā)展，在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，每年都有幾十個(gè)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。不過(guò)汽車自動(dòng)變速器總成市場(chǎng)基本上是進(jìn)口產(chǎn)品一統(tǒng)天下。為推動(dòng)中國(guó)自 主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)變速器技術(shù)發(fā)展， 2020 年，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)齒輪專業(yè)協(xié)會(huì)共同完成了“汽車變速器技術(shù)發(fā)展的課題研究”，并達(dá)成了中國(guó)汽車自動(dòng)變速器總成技術(shù)的發(fā)展意見(jiàn)：優(yōu)先發(fā)展 CVT（機(jī)械無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器）、 AMT（電控電動(dòng)機(jī)械變速器），適時(shí)發(fā)展 DCT，適當(dāng)生產(chǎn) AT。 課題內(nèi)容及目標(biāo) 課題內(nèi)容 設(shè)計(jì)機(jī)械式六檔變速器，除了倒檔其它檔位使用同步器換檔，倒檔處使用嚙合套換檔，且第六檔設(shè)置為直接檔。 課題目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括根據(jù)所給條件確定六檔機(jī)械式變速器的傳動(dòng)方案，各檔位傳動(dòng) 比，確定變速器的具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)變速器的各零部件，校核齒輪和軸的剛度等。然后利用 UG 軟件完成機(jī)械式六檔變速器的三維建模以及虛擬裝配。最后在 AUTOCAD中畫(huà)出總裝配圖及各零部件圖。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的布置 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 本設(shè)計(jì)應(yīng)用在現(xiàn)今使用廣泛的發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)的 42 總體布置方案，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力依次經(jīng)過(guò)離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置（萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸）、主減速器、差速器、半軸，傳到驅(qū)動(dòng)輪，如圖 所示。 ； ； ； 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車傳動(dòng)系 變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)的不同，變速器有三、四、五和多檔幾種。根據(jù)軸的不同類型，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。 固定軸式變速器 (1)兩軸式變速器 固定軸式中的兩軸式和中間軸式變速器應(yīng)用廣泛。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車上。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸承數(shù)少，所以有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外，各中間檔位因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，故傳動(dòng)效率高同時(shí)噪聲也 低。因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，不僅工作噪聲增大，而且易損壞。還有，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一檔速比不可能設(shè)計(jì)得很大。對(duì)于前進(jìn)檔，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是中型貨車，所以兩軸式變速器不適用于本設(shè)計(jì)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 (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)的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，第一軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤(pán)，而 第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。各傳動(dòng)方案的共同特點(diǎn)是：變速器的第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保持兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔。是直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器傳動(dòng)效率高，可達(dá) 90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訖n的利用率要高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸、中間軸和第二軸上的 兩對(duì)齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不太大的條件下，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔外的其它檔位換檔機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合齒套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。在除直接檔外的其它檔位工作時(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)。在檔數(shù)相同的條件下，各中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)、軸的支承方式、換檔方式和倒檔傳動(dòng)方案 以及檔位布置順序上有差別。由于本設(shè)計(jì)針對(duì)的是輕型汽車，中間軸式五檔和六檔變速器體積和質(zhì)量顯得過(guò)于龐大，而且傳動(dòng)比大不適用于本設(shè)計(jì)。 凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來(lái)實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有的檔位用嚙合套換檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合套換檔。 前置后驅(qū)的乘用車多采用中間軸式變速器。 倒檔布置方案 與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)倒檔，故多次數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒檔。為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，有些方案利用中 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。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。也有少數(shù)變速器采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 倒檔布置方案 圖 為常見(jiàn)的倒檔布置方案。圖 (a)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；但換檔時(shí)要求有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難。 圖 (b)所示方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖 (c)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)。圖 (d)所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔更為輕便。 綜上所述 ,選用方案 （ d） 變速器的一檔或倒檔因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從抵 檔到高檔的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒檔的傳動(dòng)比雖然與一檔的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箼n的時(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一檔布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒檔。此時(shí)在倒檔工作時(shí)，輪齒磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，而在一檔工作時(shí)輪齒的磨損與噪聲有所減少。 倒檔設(shè)置在變速器的左側(cè)或右側(cè)，在結(jié)構(gòu)上均能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒檔時(shí)駕駛員移動(dòng)變速桿的方向改變了。為防止意外掛入倒檔 ,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，即在變速器中設(shè)置倒檔鎖，用來(lái)提醒駕駛員注意。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化等要求。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤(rùn)滑和密封等因素。 齒輪型式 直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器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)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔。但是，在本設(shè)計(jì)中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，即除一檔外，均 采用斜齒輪傳動(dòng)。 換檔結(jié)構(gòu)型式 換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等原因，初一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。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。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消 除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。 采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時(shí)操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。 在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。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。 常用檔位的齒輪因接觸應(yīng)力過(guò)高而易造成表面點(diǎn)蝕損壞。將高檔布置在靠近軸的兩端支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態(tài)，以減少偏載并提高、齒輪壽命。 機(jī)械式變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力時(shí)處于工作狀態(tài)的齒輪對(duì)數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 殼體等零件的制造精度等。 自動(dòng)脫檔 自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施外，在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下幾種： (1)將嚙合套做得長(zhǎng)一些或者 兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)，這樣在嚙合時(shí)使接合齒部超過(guò)被接合齒約 1~3mm。使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部成凸肩，以阻止自動(dòng)脫檔。 (2)將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄 （ ~） ，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 ）。 (3)將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜 20~30），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效采用較多。 圖 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 變速器軸承 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的變速器軸支 承在殼體或其它部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接處應(yīng)安置軸承。變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐輥?zhàn)虞S承、滑動(dòng)軸套等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種類型的軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同的。 汽車變速器結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小的特點(diǎn)，采用尺寸大些的軸承受限制，常在布置上有困難。如變速器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)可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是中型貨車，采用滾針軸承，而第二軸后端采用圓錐滾子軸承，用來(lái)承受軸向力和徑向力。作用在第一 軸常嚙合齒輪上的軸向力，經(jīng)第一軸后部軸承傳給變速器殼體，此處用軸承外圈有擋圈的球軸承。中間軸上齒輪工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力，原則上由前或后軸承來(lái)承受都可以，但在殼體前端面布置軸承蓋有困難，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來(lái)承受徑向力，而本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓柱滾子軸承，本設(shè)計(jì)兩端均采用有擋圈的球軸承。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承，以及中間軸前、后軸承，按之直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱輥?zhàn)虞S承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證后壁兩軸承孔之間的距離不小于 6～ 20mm。 滾針軸 承、滑動(dòng)軸承主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。滾針軸承有滾動(dòng)摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、徑向配合間隙小、定位及運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、有利于齒輪