【文章內(nèi)容簡介】 、超車時比自動變速車快，也省油。 汽車變速器的發(fā)展趨勢 回顧汽車變速器的發(fā)展可以清楚的知道，變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一個重要依據(jù)。現(xiàn)代汽車變速器的發(fā)展趨勢，是向著可調(diào)自動變速器或無級變速器的方向發(fā)展。 自動變速器多 擋 化雖能擴大自動變速的范圍，但它并非安 全迅速。理想的無級變速器是在整個傳動范圍內(nèi)能連續(xù)的、無 擋 比的切換變速比，是變速器始終按最佳換 擋規(guī)律自動變速。無級化是對自動變速器的理想追求。 現(xiàn)代無級變速器傳動效率提高，變速反應(yīng)快、油耗低。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，變速器的自動控制進一步完善，在各種 使 用工況下能實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系的最佳匹配，控制更加精確、有效，性能價格比大大提高。無級變速器裝有自動控制裝置，行車中可以根據(jù)車速自動調(diào)整 擋 位，無需人工操作，省去了換 擋 及踩踏離合器踏板的操作。其不足之處在于價格昂貴、維修費用很高，而且 使 用起來比手動 擋 車費油，尤其是低速行 駛 或堵車中走走停停時，更會增大油耗。 當(dāng)今世界各大汽車公司對無級變速器的研究都十分活躍。不久的將來，隨著電子控制技術(shù)的進一步完善，電子控制式的無級變速器可望得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 手動變速器的特點和設(shè)計要求及內(nèi)容 手動變速器的特點 手動變速器的 擋 數(shù)通常在 6 擋 以下，當(dāng) 擋 數(shù)超過 6 擋 時，可以在 6 擋 以下的主變速器的基礎(chǔ)上，再行配置副變速器，通過兩者的組合獲得多 擋 變速器。 近年來，為了降低油耗，變速器的 擋 數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般采用 45個 擋 位的變速器。發(fā)動機排量大的乘用車多用 5 個 擋 。商用 車變速器采用 45 個 擋 或多 擋 。載質(zhì)量在 的貨車采用五 擋 變速器，載質(zhì)量在 的貨車采用六 擋 變速器。多 擋 變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野車上。 某些汽車的變速器，設(shè)置有用在良好的路面上輕載或空車駕 駛 的場合的超速 擋 ，超速 擋 的傳動比小于 1。采用超速 擋 ，可以提高汽車的燃油經(jīng)濟性。但是如果發(fā)動機功率不高，則超速 擋 使 用頻率很低，節(jié)油效果不顯著，甚至影響汽車的動力性。 從傳動機構(gòu)布置上來說，目前，兩軸式和三軸式變速器都得到了廣泛的應(yīng)用。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上。三軸式變 速器的第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各 擋 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。將第一、第二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接 擋 。此時，齒輪、軸承及中間軸均 4 不承載，而第一、第二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接 擋 的傳動效率高，磨損及噪聲也最小，因為直接 擋 的利用率要高于其它 擋 位，因此提高了變速器的 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(shè)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和第二軸之間的距離（中心距）不大的情況下，一擋 仍有較大的傳動比； 擋 位高的齒輪采用長嚙合齒輪傳動 ， 擋 位低的齒輪可以采用或不采用長嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一 擋 以外的其它 擋 位的換 擋 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。 手動變速器的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪比直齒圓柱齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍微復(fù)雜且在工作時有軸向力。因此，在變速器中，除低 擋 及倒 擋 齒輪外，直齒圓柱齒輪已被斜齒圓柱齒輪所取代。當(dāng)然，常嚙合齒輪副的增多將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部分總慣性力矩的增大。 設(shè)計的 主要內(nèi)容 本次設(shè)計主要是依據(jù)哈飛 HFJ6351B 的有關(guān)參數(shù)，通過變速器各部分參數(shù)的選擇和計算，設(shè)計出一種基本符合要求的手動變速器。本 設(shè)計 主要完成下面一些主要工作： 參數(shù)計算。包括變速器傳動比計算、中心距計算、齒輪參數(shù)計算、各擋齒輪齒數(shù)的分配； 變速器齒輪設(shè)計計算。 變速器齒輪幾何尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及材料選擇；計算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強度計算及檢驗； 變速器軸設(shè)計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸的強度計算、軸的加工工藝分析； 變速器軸承的選擇及校核； 同步器的設(shè)計 選用和參數(shù)選擇； 變速器操縱機構(gòu)的設(shè)計選用； 變速器箱體的設(shè)計。 手動變速器的設(shè)計要求 及優(yōu)點 正確選擇變速器的擋位數(shù)和傳動比，使其和發(fā)動機參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟性； 設(shè)置空擋以保證汽車在必要時能將發(fā)動機和傳動系長時間分離，設(shè)置倒擋使汽車能倒退行駛； 操縱簡單、方便、迅速、省力； 傳動效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； 5 體積小、質(zhì)量輕、承載能力強，工作可靠； 制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； 貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計 要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； 需要時應(yīng)設(shè)置動力輸出裝置。 6 第 2 章 變速器傳動機構(gòu)布置方案確定 設(shè)計所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù) 根據(jù) 松花江中意的技術(shù)參數(shù)來設(shè)計一種 微型 汽 車變速器，其具體參數(shù)如表 。 表 松花江 微型 中意 HFJ6351B 的主要技術(shù)參數(shù) 型號 HFJ6351B 發(fā)動機額定功率 (kw) 外廓尺寸 (mm)(長 寬 高 ) 356214801918 發(fā)動機最大扭矩 () (3000～ 3500r/min) 82 輪距 (前 )(mm) 1215 滿載軸荷 前 (kg) 678 輪距 (后 )(mm) 1200 后 (kg) 852 軸距 (mm) 1960 主減速器減速比 最高車速 (km/h) 105 載質(zhì)量 (kg) 560 最大爬坡度 (%) 20 整車整備質(zhì)量 (kg) 970 輪胎規(guī)格 155R12C 滿載總重 (kg) 1530 變速器傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和形式選擇 有級變速器與無級的相比，其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，具有高的傳動效率（ η=～），因此在各種類型的汽車上均 得到了廣泛的應(yīng)用。 通常，有級變速器具有三個、四個、五個前進 擋 ；重型載貨汽車和重型越野車則采用多 擋 變速器，其前進 擋 位數(shù)多大 6～ 16 個甚至 20 個。變速器 擋 位的增多可提高發(fā)動機的功率利用率、汽車的燃料經(jīng)濟性和平均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。但 擋 位數(shù)的增多也 使 變速器的尺寸及質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，操縱也復(fù)雜。 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 時才 使 用的超速 擋 。采用傳動比小于 1（約為 ～ ）的超速 擋 ，可充分地利用發(fā)動機功率，降低單位行駛 里程的發(fā)動機曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)， 因而會減少發(fā)動機的磨損，降低燃料消耗。但與傳動比為 1 的直接 擋 比較，采用超速 擋 會降低傳動效率。 有級變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。 兩軸式和三軸式變速器都得到了廣泛的應(yīng)用。 7 兩軸式變速器的特點分析 圖 兩軸式變速器傳動方案 中間軸式變速器特點分析 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)軸承支承在發(fā)動機的飛輪上，第 一軸上的花鍵用來裝設(shè)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。 而相對 中間軸式變速器相比較，兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最高擋外其他各擋的傳動效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的布置，因為這種布置使汽車的動力 傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量減少 6%～ 10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且使傳動系的結(jié)構(gòu)簡單。兩軸式變速器沒有直接擋，因此在高擋工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點。 兩軸式變速器 特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體；多數(shù)方案的倒擋傳 動常用滑動齒輪，其它擋位均用常嚙合齒輪傳動。圖 中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換擋；圖 21a 所示方案的變速器有輔助支承，用來提高軸的剛度。 如圖 ～ d 所示為中間軸式變速器的傳動方案，其中 a～ b 為中間軸式五 擋 變速器， c～ d 為中間軸式六 擋 變速器的傳動方案。中間軸式變速器的共同特點為：變速器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)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保證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 的利用率要高于其他 擋 位，因而提高了變速器的 使 用壽 8 圖 中間軸式變速器傳動方案 命；在其他前進 擋 位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設(shè)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； 擋 位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動， 擋 位低的齒輪可以不采用常嚙合齒輪傳動； 多數(shù)傳動方案件中除一 擋 以外的其他 擋 位的換 擋 機構(gòu)，均采用同步器或接合套換 擋 ，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一 擋 也采用同步器或接合套換 擋 ，各 擋 同步器或接合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在除直接 擋 以外的其他 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。 以上各方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動的 擋 位，其換 擋 形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 倒 擋 布置方案分析 如圖 所示為常見的倒 擋 布置方案。圖 方 案的優(yōu)點是倒 擋 利用了一 擋 齒輪，縮短了中間軸的長度。但換 擋 時有兩對齒輪同時進入嚙合， 使 換 擋 困難。圖 方案能獲得較大的倒 擋 傳動比，缺點是換 擋 程序不合理。圖 方案對 的缺點做了修改。圖 所示方案是將一、倒 擋 齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖 的方案適用 9 圖 倒 擋 布置方案 于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪， 擋 換更為輕便。 為了縮短變速器軸向長度，有的貨車倒 擋 傳動采用圖 所示方案；其缺點是一、倒 擋 各用一根變速器撥叉軸， 使 變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復(fù)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)出輪齒磨損加快和工作噪聲增加。為此，無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一 擋 與倒 擋 ，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支撐處，以便改善上述不良情況，然后按照從低 擋 到高 擋 的順序布置各 擋 齒輪，這樣做既能 使 軸具有足夠大的剛性，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 布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒 擋 。 為防止意外掛入倒 擋 ，一般在掛倒 擋 時設(shè)有一個掛倒 擋 時需克服 彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕 駛 員注意。 傳動機構(gòu)布置的其他問題 常用 擋 位的齒輪因接觸應(yīng)力過高而易造成表面點蝕損壞。將高 擋 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 [7]。 某些汽車的變速器有僅在好路或空車行 駛 時才 使 用的超速 擋 。 使 用傳動比小于 1的超速 擋 ，能夠更充分的利用發(fā)動機的功率， 使 汽車行 駛 1Km所需發(fā)動機曲軸的總轉(zhuǎn)數(shù)減少，因而有助于減少發(fā)動機磨 損和降低燃料消耗。但是與直接 擋 比較， 使 用超速擋 會 使 傳動效率降低、工作噪聲增加。 10 機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力時處于工作狀態(tài)的齒輪對數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪和殼體等零件的制造精度等 [8]。 零 部件 傳動設(shè)計 齒輪 傳動 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有 使 用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時稍有復(fù)雜，工作時有軸向力，這對軸承不利。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會 使 常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低 擋 和倒 擋 。 換 擋 機構(gòu)形式 變速器換 擋 機構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換 擋 三種形式。汽車行 駛 時，因變速器內(nèi)各轉(zhuǎn)動齒輪有不同的角度，所以用軸向滑動直齒齒輪方式換 擋 ，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨噪聲。這不僅 使 齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時 使 駕 駛 員精神緊張，而換 擋 產(chǎn)生的噪聲又 使