【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是不一樣的。一般變 速器具有四個(gè)或更多的檔位，駕駛員可根據(jù)情況選擇合適的檔位，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗量減小。 汽車(chē)在某些情況下，如進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)或車(chē)庫(kù)，或在較窄的路上掉頭等需要倒向行駛。然而，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)不能倒轉(zhuǎn)工作，因此在變速器設(shè)立倒檔。此外，變速器還設(shè)有空檔，可中斷動(dòng)力傳遞，以滿(mǎn)足汽車(chē)暫時(shí)停止行駛和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)檢查調(diào)整的需要。 汽車(chē)變速器的設(shè)計(jì)方法和研究?jī)?nèi)容 在本次設(shè)計(jì)中，由于是對(duì)傳統(tǒng)的變速器進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中參考了一汽集團(tuán)的 CA1051K26L43 中型貨車(chē)的變速器，采用了鎖環(huán)式同步器的換檔方式 [8]。 在設(shè)計(jì)中，我們除了對(duì) 汽車(chē)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的布置外，還運(yùn)用了材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，對(duì)變速器的重要零件 — 軸和齒輪進(jìn)行受力分析，強(qiáng)度、剛度的校核，以及為這些零件選擇合理的工程材料和熱處理方法，同時(shí)也為變速器選擇合理的同步器和操縱機(jī)構(gòu)。 通過(guò)參考 CA1051K26L43 中型貨車(chē)的變速器，對(duì)變速器進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)布置，校核軸和齒輪的強(qiáng)度、剛度，選擇材料和熱處理方法； 后面 的主要任務(wù)是繪制變速器的裝配圖和重要的零件圖，確定個(gè)零件的精度等級(jí)及其它參數(shù)；最后，是對(duì)整體論文的編寫(xiě)整理整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的各種資料，以及對(duì)前期設(shè)計(jì)中的錯(cuò) 誤做出修改。 本設(shè)計(jì)是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車(chē)型的變速器作為設(shè)計(jì)原型，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車(chē)速、最大爬坡度等條件下，自己獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的中間軸式五檔變速器。其中本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分是檔位傳動(dòng)比的選擇及計(jì)算依據(jù)、齒輪參數(shù)的選擇計(jì)算及校核、二軸及中間軸的強(qiáng)度校核等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 變速器的 結(jié)構(gòu)方案的確定 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析和布置方案的設(shè)計(jì) 目前，汽車(chē)上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國(guó)汽車(chē)的使用、制造、修理等條件不同，也是由于各種類(lèi)型汽車(chē)的使用要求不同所決定的。 盡管如此，一般變速器的結(jié)構(gòu)形式，仍具有很多共同點(diǎn)。各種機(jī)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)隨主觀和客觀條件的變化而變化。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入實(shí)際，收集資料，調(diào)查研究，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并盡可能地考慮到產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后確定較合適的方案。 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(chē)上得到廣泛應(yīng)用 [9]。 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(chē)和重型越野車(chē)則采用多 檔 變速器，其前進(jìn) 檔 位數(shù)多大 6～ 16 個(gè)甚至 20 個(gè)。變速器 檔 位的增多可提高 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率、汽車(chē)的燃料經(jīng)濟(jì)性和平均車(chē)速，從而可提高汽車(chē)的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但 檔 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(chē)和貨車(chē)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 。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。但與傳動(dòng)比為 1 的直接 檔 比較，采用超速 檔 會(huì)降低傳動(dòng)效率。 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)，包括齒輪副 的 數(shù)目、 齒輪的 轉(zhuǎn) 速、傳遞的功率、潤(rùn)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(chē)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)。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，故傳動(dòng) 效率高，同時(shí)噪聲低。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。 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(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上。其特點(diǎn)是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體。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條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔，變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，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)變速器的傳動(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的利用率要高于其他檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其他前進(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、中間軸和第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，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)方案中除了一檔以外的其他檔位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或結(jié)合套換擋，還有各檔同 步器或結(jié)合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 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)。 變速器 倒 檔 布置方案分析確定 倒檔齒輪的結(jié)構(gòu)及其軸的位置，應(yīng)與變速器的整體結(jié)構(gòu)方案同時(shí)考慮。倒檔設(shè)計(jì)在變速器的左側(cè)或右側(cè)在機(jī)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。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。倒檔齒輪不能與第二軸齒輪有嚙合的狀況。換倒檔時(shí)能順利換入倒檔，而 不和其它齒輪發(fā)生干涉 [10]。 與前進(jìn) 檔 位比較，倒 檔 使用率不高，而且都是在停車(chē)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒 檔 ，故多數(shù)方案采用直齒滑動(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。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(chēng)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)雜和使成本增加的黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 嚙合套或同步器方案換入倒檔。 圖 21 倒檔布置方案 圖 21 為常見(jiàn)的倒 檔 布置方案。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。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔 困難。圖 21c 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 21d所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換 檔 更為輕便，且能獲得較大的倒 檔 傳動(dòng)比。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。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)。圖21g 所 示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換 檔 更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車(chē)倒 檔 傳動(dòng)采用圖 21h 所示方案。其缺點(diǎn)是 倒 檔 須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。 故采用 21a 方案。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置中齒輪安排的分析確定 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。各檔位置的安排應(yīng)考慮以下四個(gè)方面： 1． 整車(chē)總布置 根據(jù)整車(chē)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。 2． 駕駛員的使用習(xí)慣 有人認(rèn)為人們習(xí) 慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 左排列來(lái)?yè)Q檔。但是也有人認(rèn)為應(yīng)該將常用檔位放在中間位置。值得注意的是倒檔，雖然他是平常換檔序列之外的一個(gè)特殊檔位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。按習(xí)慣，倒檔最好與序列不接合。否則，從安全角度考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。 在五檔變速其中，倒檔與序列接合與不接合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個(gè)撥叉和一根變速滑桿，后者的布置適當(dāng)，則可使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短。 3． 提高平均傳動(dòng)效率 為提高平均傳動(dòng)效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動(dòng)方案，并盡可能地將使用時(shí) 間最多的檔位設(shè)計(jì)成直接檔。 4． 改善齒輪受載狀況 各檔齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。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。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。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。 因?yàn)樽兯倨髟谝?檔 和倒 檔 工作時(shí)有較大的力，所以無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒 檔 ，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然 后按照從低 檔 到高 檔 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 檔 的傳動(dòng)比雖然與一 檔 的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫?檔 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)，齒輪磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，與此同時(shí)在一 檔 工作時(shí)齒輪的磨損與噪聲有所減少。 綜上所述，由于 本次設(shè)計(jì)的為中型貨車(chē)變速器 ， 布置形式采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)， 變速器 布置的 空間較 大 ，對(duì)變速器的 結(jié)構(gòu) 要求較高，要求運(yùn)行 時(shí) 噪聲 要 小，故選用 三 軸 五檔 變速 器 ，并且五檔為直接檔。采用圖 21d 的倒檔布 置形式。 變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析確定 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。與直齒圓柱齒輪比較，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)工藝復(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 。 變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或與軸分開(kāi)，然后用花鍵、過(guò)盈配合或者滑動(dòng)支黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 承等方式之一與軸連接。 齒輪尺寸小又與軸分開(kāi)，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度 b（圖22）影響齒輪強(qiáng)度。要求尺寸 b 應(yīng)該大于或等于輪齒危險(xiǎn)斷面處的厚度。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(mǎn)足尺寸要求 ： 2)～( dC ? () 式中： 2d —— 花鍵內(nèi)徑。 圖 22 變速器齒輪 尺寸控制圖 為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度 ? 應(yīng)在滿(mǎn)足強(qiáng)度條件下設(shè)計(jì)得薄些。圖 32 中的尺寸 1D可取為花鍵內(nèi)徑的 ～ 倍。 齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在 ～Ra μm范圍內(nèi)選用。 變速器自動(dòng)脫檔機(jī)構(gòu)形式分析確定 自動(dòng)脫 檔 是變速器的主要故障之一。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 。為 解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種： 1． 將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)，如圖 23a 所示。這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超過(guò)被接合齒的 1～ 3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時(shí)磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來(lái)阻止接合齒自動(dòng)脫 檔 。 2． 將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?～ ），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。 3． 將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜 2～ 3176。 ），使黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 接合齒面產(chǎn)生阻止 自動(dòng)脫 檔 的軸向力，如圖 23c 所示。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。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。 a） b) c) 圖 23防止自動(dòng)脫擋的機(jī)構(gòu)措施 本章小結(jié) 本章主要針對(duì) 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和布置方案方案的確定以及變速器零、部件的結(jié)構(gòu)的確定，為下面的設(shè)計(jì)過(guò)程作鋪墊。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇 變速器檔位數(shù)目及各檔傳動(dòng)比 變速器檔位數(shù)目的確定 對(duì)不同類(lèi)型的汽車(chē)，具有不同的傳動(dòng)系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對(duì)整車(chē)性能要求不同、汽車(chē)本身的比功率不同。而傳動(dòng)系的檔位數(shù) 的多少對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性影響很大。檔數(shù)多，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在 最大功率附近的轉(zhuǎn)速工作，而且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍小，發(fā)動(dòng)機(jī)平均功率高，故可提高汽車(chē)的動(dòng)力性。即提高汽車(chē)的加速能力和爬坡能力。檔數(shù)多也增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低油耗