【文章內(nèi)容簡介】 車體結(jié)構(gòu)（ mm） 百公里加速（ S） 總質(zhì)量 Kg 發(fā)動機布置 發(fā)動機最大功率 排量 發(fā)動機最大扭矩 驅(qū)動方式 桑塔納 2020 GSi時代驕子 （ SVW7182HFi） 4速 手動 4680X1700X1423 三廂轎車 1140 縱置，前置 74Kw@5200轉(zhuǎn) /分 @3800轉(zhuǎn) /分 前輪驅(qū)動 上 海 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 5 第二章 變速器 傳動機構(gòu)布置 方案 機械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點，故在不同形式的汽車上得到廣泛的應用。 分析 （ 1） 兩軸式變速器 固定軸式變速器中的兩軸式和中間軸式變速器得到廣泛應用。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動汽車上。 與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點，此外，各中間擋位因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時燥聲也低。因兩軸式變速器不能設置直接擋，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作燥聲增大，容易損壞，還有，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器與一擋速比不可能設計的很大。對于前進擋，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動方向相反 。而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動 方向相同。 圖 21 兩軸式變速器的傳動方案 圖 21示出用在發(fā)動機前置前輪驅(qū)動轎車的兩軸式變速器傳動方案，其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪，發(fā)動機橫置時則采用圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他擋位均用常嚙合齒輪傳動；圖 2－ 1f中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并且用同步器換檔；同步器多數(shù)用在輸出軸上，這是因為一擋主動齒輪尺寸小，同步器裝在輸入軸上有困難，而高擋的同步器可以裝在輸入軸后端，如圖 2－ 1d,e所示；圖 2－ 1d所示方案有輔助支撐，用來提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲。圖 2－ 1f所示方案為五擋全同步器式變速器，以此為基礎，只要將五擋齒輪用尺寸相當?shù)母籼滋娲?，即可改變?yōu)?四擋變速器，從而形成一個系列產(chǎn)品。 上 海 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 6 （ 2） 中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支撐在發(fā)動機飛輪上 ,第一軸上的花鍵用來裝設離合器的從動盤 ,而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。 圖分別示出了幾種中間軸式變速器的傳動方案。各種傳動方案的共同特點是 :變速器的第一軸后端與常嚙合 主動齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸支撐在第一軸的后端的孔內(nèi) ,并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擋。使用直接擋 ,變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載 ,發(fā)動機轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出 ,此時變速器的傳動效率高 ,可達到 90%以上 ,噪聲低 ,齒輪和軸承的磨損減少。因為直接擋的利用率要高于其它擋位 ,因而提高了變速器的使用壽命 。在其它前進擋位工作時 ,變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設置在第一軸 ,中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞 ,因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離 （中心距） 不大的條件下 ,一擋仍然有較大的傳動比 。檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動 ,擋位低的齒輪 （一檔） 可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動 ,多數(shù)傳動方案中除一擋以外的其它擋位的換檔機構(gòu) ,均采用同步器或嚙合套換擋 ,少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或嚙合套換擋 ,還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在除直接擋以外的其它擋位工作時 ,中間軸式變速器的 傳動效率略有降低 ,這是它的缺點。 在擋數(shù)相同的情況下 ,中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù) ,軸的支撐方式 ,換擋方式和倒擋傳動方案以及擋位布置順序上有差別。 圖 22 中間軸式四檔變速器 如圖 22中的中間軸式四檔變速器傳動方案示例的區(qū)別 為 ：圖 22a、 b所示方案有四對常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動齒輪換檔 。第二軸為三點支承，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器殼體和附加殼體上。圖 22a所示的傳動方案又能達到提高中間軸和第二軸剛度的目的； 圖 23c 所示傳動方案的二，三，四檔用常嚙合齒輪傳動，而一檔和倒檔用直齒滑動齒輪換檔 ，第二軸為支承點。 如圖 2－ 3 中間軸式五檔變速器傳動方案中 ,圖 23a 所示方案中 ,除一 ,倒擋用直齒滑動齒輪換擋外 ,其余各擋為常嚙合齒輪傳動。圖 23b、 c、 d所示的方案的各前進擋均采用常嚙 上 海 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 7 合齒輪傳動。圖 23d所示方案中的倒擋和超速擋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噪聲外還可以在不需要超速擋的條件下 ,很容易形成一個只有四個前進擋的變速器。圖 24a 所示方案中的一擋 ,倒擋和圖 24b所示方案中的倒擋用直齒滑動齒輪換擋 ,其余各擋均為常嚙合齒輪 。 圖 23 中間軸四檔變速器傳動方案 圖 24 中間軸式六擋變速器傳動方案 以上各方案中 ,凡采用嚙合齒輪傳動的擋位 ,其換擋方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。同一變速器中 ,有的擋位用用同步器換擋 ,有的擋位用嚙合套換擋 ,那么一定是擋位高的用同步器換擋 ,擋位低的用嚙合套換擋。 發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的承用車采用中間軸式變速器 ,為縮短傳動軸長度 ,將第二軸加長置于附加殼體內(nèi) ,如果在附加殼體內(nèi)布置倒擋傳動齒輪和換擋機構(gòu) ,還能減少變速器主體部 上 海 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 8 分的外形尺寸及提高中間軸和輸出軸的剛度。 變速器用圖 2－ 3c所示的多支撐結(jié)構(gòu)方案 ,能提高軸的剛度。這時如用在軸的平面上可分開的殼體 ,就能很好的解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。圖 2－ 3 c所示方案的高檔從動齒輪處于懸臂狀態(tài) ,同時一擋和倒擋齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里 ,而中間擋的同步器布置在中間軸上是這個方案的特點。 與前進擋相比，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)換倒擋，故多數(shù)方案均采用直齒滑動齒輪方式換擋。為了實現(xiàn)倒擋傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中 加入一個中間傳動齒輪的方案。 圖 25 倒檔布置方案 圖 2－ 3為常見的倒擋布置方案。圖 2－ 3b所示方案的優(yōu)點是倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間周的長度；但倒擋時要求有兩隊齒輪同時進入嚙合，使倒擋困難，圖 2－ 3c所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點是換擋程序不合理。圖 2－ 3d所示方案針對前者的缺點作了修改，因而取代了圖 2－ 3c 所示方案。圖 2－ 3e所示方案是將中間軸上的一倒擋齒輪做成一體，將齒寬加長 。圖 2－ 3f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。為了充分利用空間，縮短變速器的軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖 2－ 3g所示方案；其缺點是一，倒擋各用一根變速器撥叉軸，致使 變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復雜一些。 變速器的一擋或倒擋因傳動比大，工作時在齒輪上作用的力也大，并導致變速器軸產(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，無論使兩軸式變速器還是中間軸式變 速器的一擋與倒擋，都應當布置在靠近軸的支撐處，以便改善上述不良狀況， 然后按照從低擋到高擋的三順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因為使用倒 擋的 時間 非常 短， 從這 點出 發(fā)有 些方 案將 一擋 布置 靠近軸 的支 撐處 。 上 海 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 9 倒擋設置在變速器的左側(cè)或右側(cè)，在結(jié)構(gòu)上均能實現(xiàn)，不同之處是掛倒擋時駕駛員移動變速桿的方向改變了。為防止以外掛如倒擋，一般在掛倒擋時設有一個掛倒擋時需要克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕駛員注意。 本次設計的變速箱是手動四檔兩軸式變速箱，器傳動方案如上圖 21b所示，考慮到縮小軸向的尺寸，故將器倒檔置于一、二檔得結(jié)合套上，具體布置如下圖 26所示。 圖 26 兩軸式手動四檔變速器布置方案 變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 變速器所用的齒輪有斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪兩種。 與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪雖然制造時復雜、工作時有軸向力，但因其使用壽命長、工作平穩(wěn)、噪音小而仍然得到廣泛的使用。變速器中的長嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使長嚙合齒輪數(shù)增加，并導致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪用于低檔和倒檔。本次設計中除一、倒檔，其余全為斜齒圓柱齒輪 變速器換檔結(jié)構(gòu)型式有直齒滑動齒輪、嚙合套、同步器等三種。 汽車行駛時各檔齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動齒輪方法換檔，會在齒輪端面產(chǎn)生沖擊，并伴有噪音。這使齒輪端面磨損加劇并過早損壞。同時使駕駛員精神緊張，而換檔時的噪音又使汽車的舒適度減低。只有駕駛員用熟練的技術，使齒輪換檔時無沖擊，才能克服上述缺點。但是，該瞬間駕駛員注意力被分散，影響行使安全性。因此盡管這種換檔方法 上 海 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 10 結(jié)構(gòu)簡單。除一檔、倒檔外已很少使用。 由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪嚙合狀態(tài)，所以可用嚙合套換檔。這時，因同時承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換檔。它們都不會過早損壞，但不能消除換 擋沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術。此外，因增設了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩增大。因此，這種換檔方法，目前只在某些要求不高的檔位大貨車變速器上使用。 使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，而與操作技術熟練程度無關，從而提高汽車的加速性、經(jīng)濟性、和行駛安全性。同上述兩種換檔方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命較短等缺點，但仍然得到廣泛的應用。 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動軸承等。至于何處應當采用什么軸承，是守結(jié)構(gòu)限制并所受的載荷的點不同而不同。 汽車變速器有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小的特點，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長嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時可布置圓柱滾子軸承，如空間不足則采用滾針軸承。第二軸后端常采用球軸承，用來承受軸向力和徑向力。變速器第一軸前端支承在飛輪的內(nèi)腔里，因有足夠大的空間，常采用一端有密封的的球軸承來承受徑向力。作用在第一軸的長嚙合齒輪上的軸向力， 經(jīng)第一軸后部的軸承傳遞給變速器殼體，此處常用委員有擋圈的球軸承。由于變速器向輕量化發(fā)展的需要，要求減少變速器中心距，這樣就影響到軸承外徑尺寸。為保證軸承有足夠的壽命，可選用能承受一定軸向里的無保持架的圓柱滾子軸承。中間軸上的齒輪工作時產(chǎn)生的的軸向力，原則上由前或后軸承承受都可以，但當在殼體前端布面布置軸承蓋有困難，必須由后軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力，而后端采用外圓有擋圈的球軸承或圓柱滾子軸承。 圓錐滾子軸承因具有直徑較小、寬度較寬，因而容量大，可承受高負荷和通過對軸承的預緊能消除軸向間 隙和軸向傳竄動等優(yōu)點，固在一些變速器上得到應用。圓錐滾子軸承軸承也有裝配后需要調(diào)整預緊，是裝配變的麻煩且磨損后易歪斜，導致齒輪不能正常嚙合而損壞。因此，錐軸承不適合用在線膨脹系數(shù)較大的鋁合金殼體上。 變速器第一軸、第二軸的后端軸承，以及中間軸承、后軸承，按直徑系列一般選用種系列球軸承或圓柱滾子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于 6~20mm。 滾針軸承、滑動軸套主要用在齒輪和周不是固定連接，并要求兩者有相對運動的地方。滾針軸承有滾動摩擦損失小、傳動效率高、徑向配合間 隙小、定位及運轉(zhuǎn)精度高、有利于齒輪嚙合的優(yōu)點?；瑒虞S套的徑向配合間隙大、易磨損、間隙大后影響齒輪的定位和運轉(zhuǎn)精度并使工作噪聲增大?；瑒虞S套的優(yōu)點是易制造、成本低。 此次設計中采用圓柱滾子軸承。 齒輪變位系數(shù)的選擇原則 上 海 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 11 齒輪的變位是齒輪設計中一個非常重要的環(huán)節(jié)。何謂變位？即通過改變標準刀具對齒輪毛坯的徑向位置或改變標準刀具齒槽寬后切制的齒形為非標準漸開線齒形的齒輪。采用變位齒輪，除了避免根切和配湊中心距之外，它還影響齒輪強度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗校核能力及齒輪的嚙合噪聲。 齒輪的變位分為高度變位 和角度變位兩類。高度變位齒輪副的一對嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪齒根部分的強度，使它達到和大齒輪強度相接近的程度。高度變?yōu)榈娜秉c就是不能痛風石增加一對齒輪的強度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位既具備了高度變位的優(yōu)點，又避免餓其缺點。 總體變?yōu)橄禂?shù)ξ c=ξ 1+ξ 2越小，一對齒輪的齒根總的厚度