【文章內容簡介】 主技術這塊短板。而汽車的核心部分 —— 動力總成，仍是國內一直沒有完全掌握的關鍵汽車零部件技術之一。 目前，在中國乘用車手動變速器市場，國產品牌已占主導地位，隨著中國乘用車市 3 場的快速發(fā)展，對變速器的要求無論從數(shù)量上還是從技術水平上均不斷提高，但技術落后嚴重阻礙著國產品牌變速器企業(yè)的發(fā)展。雖然現(xiàn)在越來越多的人在買車的時候選擇了自動變速器， 但是在中國，手動變速器仍然是車用變速器的主流。具體有兩個原因：首先，目前國內企業(yè)已經(jīng)基本掌握對手動變速器的開發(fā)，所以在一定程度上加大了手動變速器的價格優(yōu)勢；另外，絕大多數(shù)中國駕駛者在學車時就用的是手動車，他們更加享受手動車帶來的駕駛樂趣 20xx 年中國手動檔乘用車共銷售 萬輛，較 20xx 年增長 %。 20xx 年 1～9 月份，手動檔乘用車共銷售 萬輛，同比增長 %。在中國乘用車用手動變速器市場中，國產品牌占主導地位，進口量很小，因而隨著手動檔乘用車銷量的快速增長，手動變速器市場 也將不斷擴大 ， 隨著全球能源及原材料價格的不斷上漲，汽車銷售價格的下降，要求汽車變速器向著體積小質量輕、承載能力大、結構緊湊上發(fā)展。這就要求零件設計結構機械性能也要相應有所改變，向著小巧緊湊高強度，高剛性方向改進，進而也要求有新技術新工藝來保證能夠制造出來。 國外研究現(xiàn)狀 國外在手動變速器的研究上開始趨于自動變速器，這是為了節(jié)省燃油以及緩解駕駛者在頻繁換擋中產生的疲勞感等一系列缺點。據(jù)預測， 20xx 年歐洲變速器市場上，配備手動變速器的汽車將占 52%，配備自動手動變速器的將占 10%，配備無極變速器的將占 2%，配備雙離合器變速器的將占 16%，配備自動變速器的將占 20%。 ,可見手動變速器依然占據(jù)著半壁江山，這證實了手動變速器在消費者心中的分量。國外專家指出，新變速器產品還在不斷研發(fā)的過程中，因此，今后汽車市場的變速器情況可能還會出現(xiàn)一些變化。 目前許多變速器生產企業(yè)正在研發(fā)一些燃油經(jīng)濟性更好、換擋性能更高的變速器，以滿足市場上的多層次需求。例如，某公司正在研制一種傳動效率可達 92%、換擋性能更好的變速器 。 設計主要內容 本次設計的變速器是在原有 比亞迪 F3R 的變速器的基礎上，在給定發(fā)動機輸出轉 矩、轉速及最高車速、最大爬坡度等條件下，主要完成傳動機構的設計，并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。 對變速器傳動機構的分析與選擇 通過比較兩軸和中間軸式變速器各自的優(yōu)缺點，以及所設計車輛的特點，確定傳動機構的布置形式。 變速器主要參數(shù)的選擇：檔數(shù)、傳動比、中心距、齒輪參數(shù)等。 4 變速器齒輪強度校核 變速器齒輪強度的校核主要對變速器的齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度進行校核。 軸的基本尺寸計算及強度校核 對于軸的強度計算則是對軸的剛度和強度分別進行校核。 軸承的選擇 與壽命計算 對變速器軸的支撐部分選用圓錐磙子軸承，壽命計算是按汽車的大修里程來衡量，轎車的為 30 萬公里。 本次設計主要是查閱近幾年來有關國內外變速器設計的文獻資料，結合所學專業(yè)知識，在老師的正確指導下進行設計。通過比較不同方案和方法選取最佳方案進行設計，計算變速器的齒輪的結構參數(shù)并對其進行校核計算；同時對同步器、換檔操縱機構等結構件進行分析設計；另外，對現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器的結構進行改進、完善。 5 第 2 章 變速器 總體方案設計 設計初始數(shù)據(jù) 變速器設計所需的汽車基本參數(shù)如表 : 表 設計基本參數(shù)表 發(fā)動機型號 BYD473QB 排量 1500ml 發(fā)動機最大功率 75kw 最高車速 170km/h 總質量 1170kg 最大轉矩 135 Nm 最大功率轉速 5800 r/min 最大扭矩轉速 4800 r/min 變速器設計應滿足的基本要求 汽車傳動系是汽車的核心組成部分。其任務是調節(jié)、變換發(fā)動機的性能，將動力有效而經(jīng)濟地傳至驅動車輪，以滿足汽車的使用要求。變速器是完成傳動系任務的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結構要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車變速器的設計趨勢是增大其傳遞功率與重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽車變速器的設計工作開始之前，首先要根據(jù)變速器運用的實際場合來對一些主要參數(shù)做出選擇。主要參數(shù)包括中心距、變速器軸向尺寸、軸的直徑、齒輪參數(shù)、各檔齒輪的齒數(shù)等。 （ 1） 正確選擇變速器的檔位 數(shù)和傳動比，使之與發(fā)動機參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動力性與經(jīng)濟性 ； （ 2） 設置空擋，用來切斷發(fā)動機動力向驅動輪的傳輸 ； （ 3） 設置倒擋，使汽車能倒退行駛 ； （ 4） 設置動力輸出裝置，需要時能進行功率輸出 ； （ 5） 換擋迅速、省力、方便 ； （ 6） 工作可靠 ； （ 7） 變速器應有高的工作效率 ； 6 （ 8） 變速器的工作噪聲低。 除此之外，變速器還應當滿足輪廓尺寸和質量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。 傳動機構布置方案分析 兩軸式變速器和中間軸式變速器的特點分析 1．兩軸式變速器 兩軸式變 速器多用于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車上。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準雙曲面齒輪，發(fā)動機橫置時則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他檔位均采用常嚙合齒輪傳動。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結構簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點。此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高，同時噪聲低。但兩軸式變速器不能設置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞；受結構限制其一檔速比不能設計的很大；對于前進檔，兩 軸式變速器輸入軸的傳動方向與輸出軸的傳動方向相反。 2．中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅動汽車和發(fā)動機后置后輪驅動的汽車上。其特點是：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，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)動機轉矩經(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90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因為直接檔的利用率要高于其他檔位，因而提高了變 速器的使用壽命。在除直接檔以外的其他檔位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點 。 倒擋布置方案 常見的倒檔布置方案如圖 所示。圖 方案的優(yōu)點是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長度。但換檔時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換檔困難；圖 方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理；圖 方案對 的缺點做了修改；圖 所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長；圖 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔換更為輕便。 與前進檔位比較，倒檔 使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)換倒檔，故多數(shù)方案采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實現(xiàn)倒檔傳動，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。 7 圖 倒檔的布置方案 綜合考慮以上因素，為了換檔輕便，減小噪聲，倒檔傳動采用圖 所示方案。 其他問題 經(jīng)常使用的擋位，其齒輪因接觸應力過高而造成表面電蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)因軸的變形而引起的齒輪偏轉角較小，齒輪保持較好的嚙合狀態(tài)，偏載減少能提高齒輪壽命。 某些汽車變速器 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（為~）的超速擋，能夠充分地利用發(fā)動機功率，使汽車行駛 1km所需發(fā)動機曲軸的總轉速降低，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，噪聲增大。 機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力時處于工作狀態(tài)的齒輪對數(shù)，每分鐘轉速，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。 各檔齒輪位置安排 各齒輪副的相對安裝位置對于整個變速器的結構布置有很大的影響。各檔位置的安排應 考慮以下四個方面： 1．整車總布置 根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸和輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機構提出要求。 2．駕駛員的使用習慣 人們習慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到左排列來換檔。值得注意的是倒檔，雖然他是平常換檔序列之外的一個特殊檔位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。按習慣，倒檔最好與序列不接合。從安全角度考慮，將 8 倒檔與一檔放在一起較好。 3．提高平均傳動效率 為提高平均傳動效率，在中間軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動方案，并盡可能地將使用時間最多的檔位設計成直接 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)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應力過高而造成表面點蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支撐較遠處較好。 因為變速器在一檔和倒檔工作時有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒檔，都應當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。 變速器齒輪形式與自動脫檔分析 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。斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪比較，有運轉平穩(wěn)、作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時工藝復雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導致變速器的轉動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔。 變速器齒輪可以與軸設計為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。齒輪尺寸小又與軸分開，其內徑直徑到齒根圓處的厚度 b（圖22）影響齒輪強度。要求尺寸 b 應該大于或等于輪齒危險斷面處的厚度。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 ，在結構允許條件下應盡可能取大些，至少滿足尺寸要求： 2)～( dC ? 式中： 2d ——花鍵內徑。 圖 22 變速器齒輪尺寸控制圖 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。 9 變速器齒輪齒面的表面粗糙度應在 ～Ra μm范圍內選用。 變速器自動脫檔分析 自動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等原因，都會導致自動脫檔。為解決這個問題，除工藝上采取措施以外，目前在結構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開，如圖 23a 所示。這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒的 1～ 3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來阻止接 合齒自動脫檔。 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，從而阻止自動脫檔，如圖 23b 所示。 3．將接合齒的工作面設計并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜 2～ 3176。），使接合齒面產生阻止自動脫檔的軸向力，如圖 23c 所示。這種方案比較有效，應用較多。將接合齒的齒側設計并加工成臺階形狀，也具有相同的阻止自動脫檔的效果。 a） b) c) 圖 23 防止自動脫擋的機構措施 換擋機構形式 變速器換擋機構有直齒滑動齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。汽車行駛時各擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動直齒齒輪的方式換擋，會在輪齒端面產生沖擊，并伴隨有噪聲。這使齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時使駕駛員精神緊張，而換擋產生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術（如兩腳離合器），時齒輪換擋時無沖擊，才能克服上述缺點。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會影響行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結構簡單，但除一擋，倒擋外 已很少使用。 由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)，所以可用移動嚙合套換擋。這時，因同時承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多。而輪齒又不參與換擋，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 10 設了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉部分的總慣性矩增大。 因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應用。這是因為重型貨車擋位間的公比較小，則換擋機構連件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋，并且還能降低制造成本及減小變速器長度。 使用同步器能保證迅速、無 沖