【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主技術(shù)這塊短板。而汽車的核心部分 —— 動(dòng)力總成，仍是國(guó)內(nèi)一直沒有完全掌握的關(guān)鍵汽車零部件技術(shù)之一。 目前，在中國(guó)乘用車手動(dòng)變速器市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)品牌已占主導(dǎo)地位，隨著中國(guó)乘用車市 3 場(chǎng)的快速發(fā)展，對(duì)變速器的要求無論從數(shù)量上還是從技術(shù)水平上均不斷提高，但技術(shù)落后嚴(yán)重阻礙著國(guó)產(chǎn)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(shí)候選擇了自動(dòng)變速器， 但是在中國(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)變速器的開發(fā)，所以在一定程度上加大了手動(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)車帶來的駕駛樂趣 20xx 年中國(guó)手動(dòng)檔乘用車共銷售 萬輛，較 20xx 年增長(zhǎng) %。 20xx 年 1～9 月份，手動(dòng)檔乘用車共銷售 萬輛，同比增長(zhǎng) %。在中國(guó)乘用車用手動(dòng)變速器市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)品牌占主導(dǎo)地位，進(jìn)口量很小，因而隨著手動(dòng)檔乘用車銷量的快速增長(zhǎng)，手動(dòng)變速器市場(chǎng) 也將不斷擴(kuò)大 ， 隨著全球能源及原材料價(jià)格的不斷上漲，汽車銷售價(jià)格的下降，要求汽車變速器向著體積小質(zhì)量輕、承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊上發(fā)展。這就要求零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)機(jī)械性能也要相應(yīng)有所改變，向著小巧緊湊高強(qiáng)度，高剛性方向改進(jìn)，進(jìn)而也要求有新技術(shù)新工藝來保證能夠制造出來。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外在手動(dòng)變速器的研究上開始趨于自動(dòng)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(chǎn)生的疲勞感等一系列缺點(diǎn)。據(jù)預(yù)測(cè)， 20xx 年歐洲變速器市場(chǎng)上，配備手動(dòng)變速器的汽車將占 52%，配備自動(dòng)手動(dòng)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(dòng)變速器的將占 20%。 ,可見手動(dòng)變速器依然占據(jù)著半壁江山，這證實(shí)了手動(dòng)變速器在消費(fèi)者心中的分量。國(guó)外專家指出，新變速器產(chǎn)品還在不斷研發(fā)的過程中，因此，今后汽車市場(chǎng)的變速器情況可能還會(huì)出現(xiàn)一些變化。 目前許多變速器生產(chǎn)企業(yè)正在研發(fā)一些燃油經(jīng)濟(jì)性更好、換擋性能更高的變速器，以滿足市場(chǎng)上的多層次需求。例如，某公司正在研制一種傳動(dòng)效率可達(dá) 92%、換擋性能更好的變速器 。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的變速器是在原有 比亞迪 F3R 的變速器的基礎(chǔ)上，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn) 矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，主要完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。 對(duì)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(diǎn)，以及所設(shè)計(jì)車輛的特點(diǎn)，確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置形式。 變速器主要參數(shù)的選擇：檔數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、齒輪參數(shù)等。 4 變速器齒輪強(qiáng)度校核 變速器齒輪強(qiáng)度的校核主要對(duì)變速器的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 軸的基本尺寸計(jì)算及強(qiáng)度校核 對(duì)于軸的強(qiáng)度計(jì)算則是對(duì)軸的剛度和強(qiáng)度分別進(jìn)行校核。 軸承的選擇 與壽命計(jì)算 對(duì)變速器軸的支撐部分選用圓錐磙子軸承，壽命計(jì)算是按汽車的大修里程來衡量，轎車的為 30 萬公里。 本次設(shè)計(jì)主要是查閱近幾年來有關(guān)國(guó)內(nèi)外變速器設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)資料，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)，在老師的正確指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過比較不同方案和方法選取最佳方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算變速器的齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行校核計(jì)算；同時(shí)對(duì)同步器、換檔操縱機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)；另外，對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、完善。 5 第 2 章 變速器 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù) 變速器設(shè)計(jì)所需的汽車基本參數(shù)如表 : 表 設(shè)計(jì)基本參數(shù)表 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) BYD473QB 排量 1500ml 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 75kw 最高車速 170km/h 總質(zhì)量 1170kg 最大轉(zhuǎn)矩 135 Nm 最大功率轉(zhuǎn)速 5800 r/min 最大扭矩轉(zhuǎn)速 4800 r/min 變速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求 汽車傳動(dòng)系是汽車的核心組成部分。其任務(wù)是調(diào)節(jié)、變換發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，將動(dòng)力有效而經(jīng)濟(jì)地傳至驅(qū)動(dòng)車輪，以滿足汽車的使用要求。變速器是完成傳動(dòng)系任務(wù)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(jié)構(gòu)要求對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)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(shè)計(jì)趨勢(shì)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(shè)計(jì)工作開始之前，首先要根據(jù)變速器運(yùn)用的實(shí)際場(chǎng)合來對(duì)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(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性 ； （ 2） 設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸 ； （ 3） 設(shè)置倒擋，使汽車能倒退行駛 ； （ 4） 設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出 ； （ 5） 換擋迅速、省力、方便 ； （ 6） 工作可靠 ； （ 7） 變速器應(yīng)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(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 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)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。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) 。 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(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難；圖 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 方案對(duì) 的缺點(diǎn)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(zhǎng)；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(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)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。 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(dòng)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(yīng)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(zhuǎn)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(shí)才使用的超速擋。使用傳動(dòng)比小于 1（為~）的超速擋，能夠充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，使汽車行駛 1km所需發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的總轉(zhuǎn)速降低，因而有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較，使用超速擋會(huì)使傳動(dòng)效率降低，噪聲增大。 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(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．整車總布置 根據(jù)整車的總布置，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 人們習(xí)慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到左排列來?yè)Q檔。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。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(dòng)效率 為提高平均傳動(dòng)效率，在中間軸式變速器中，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)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支撐較遠(yuǎn)處較好。 因?yàn)樽兯倨髟谝粰n和倒檔工作時(shí)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(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。 變速器齒輪形式與自動(dòng)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(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，然后用花鍵、過盈配合或者滑動(dòng)支承等方式之一與軸連接。齒輪尺寸小又與軸分開，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 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(yīng)在 ～Ra μm范圍內(nèi)選用。 變速器自動(dòng)脫檔分析 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，如圖 23a 所示。這樣在嚙合時(shí)，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(shí)磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來阻止接 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 換擋機(jī)構(gòu)形式 變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。汽車行駛時(shí)各擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動(dòng)直齒齒輪的方式換擋，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)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(shí)使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)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(shù)（如兩腳離合器），時(shí)齒輪換擋時(shí)無沖擊，才能克服上述缺點(diǎn)。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會(huì)影響行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)嚙合套換擋。這時(shí)，因同時(shí)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(huì)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(shù)。此外，因增 10 設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)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(yīng)用。這是因?yàn)橹匦拓涇嚀跷婚g的公比較小，則換擋機(jī)構(gòu)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(zhǎng)度。 使用同步器能保證迅速、無 沖