【文章內(nèi)容簡介】 用非常廣泛，但自動(dòng)變速器是今后變速器發(fā)展的必然趨勢(shì)。 現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)汽車的要求不斷的變化 ，機(jī)械式變速器不能滿足人們的需要。 從 40 年代初，美國成功研制出兩 檔 的液力 機(jī)械變速器以來，自動(dòng)變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 80 年代，美國已將液力自動(dòng)變速器作為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。1983 年時(shí)，美國通用汽車公司的自動(dòng)變速器裝車率已經(jīng)達(dá)到了 94%。近些年來，由于電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)變速器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。 目前，國內(nèi)變速器廠商都朝 自動(dòng) 變速器和 無級(jí) 變速器方向發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)已有 多 款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無級(jí)變速器，而重型汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。汽車行駛的速度是不斷變化的，這就要求 汽車的變速器的變速比要盡量多，這就是無級(jí)變速 (Continuously Variable Transmission 簡稱 CVT) 。盡管傳統(tǒng)的齒輪變速箱并不理想，但其以結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點(diǎn)依然占領(lǐng)著汽車變速箱的主流地位。 一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級(jí)變速箱。但是 ,人們始終沒有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力 ,各大汽車廠商對(duì)無級(jí)變速器 (CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極度重視 CVT 在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器研究的終極目標(biāo)。 今后 變速器技術(shù) 將會(huì)朝著節(jié)能環(huán)保、應(yīng)用新型材料、高性能、低成本、微型化、智能化、集成化的方向 發(fā)展并會(huì)取得重大成果。 變速器設(shè)計(jì)的 研究方法與 目的意義 [3] 從輕型貨車的特性上來說，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。本課題取材于汽車中比較實(shí)用的皮卡汽車，皮卡車載貨或在雨、雪路面上行駛時(shí)，動(dòng)力性好，越野性能出色。為了滿足消費(fèi)者對(duì)汽車高性能、安全性、可靠性、舒適性的需求，對(duì)變速器的性能要求也更高。因此，本課題主要是針對(duì)機(jī)械式變速器的設(shè)計(jì)。 汽車變速器的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程 ， 其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車輛的平順 3 性、動(dòng)力 性和燃油經(jīng)濟(jì)性等多方面的設(shè)計(jì)要求。這就對(duì)變速器設(shè)計(jì)人員提出較高的要求。 我們除了 要 對(duì)汽車變速器的結(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)。 本次設(shè)計(jì)主要是 根據(jù)給定皮卡車的車型參數(shù)， 通過 對(duì) 變速器各部分參數(shù)的選擇和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種基本符合要求的手動(dòng) 5 檔 變速器。本文要完成 的有 下面一些主要工作： 1． 主要 參數(shù)計(jì)算。包括變速器傳動(dòng)比計(jì)算、中心距計(jì)算、 齒輪參數(shù)計(jì)算、各檔 齒輪齒數(shù)的分配 。 2． 變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算。變速器齒輪幾何尺寸計(jì)算；變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇；計(jì)算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn) 。 3． 變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。包括各軸直徑及長度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的加工工藝分析 。 4． 變速器軸承的選擇及校核 。 5． 同步器 、 變速器操縱機(jī)構(gòu) 和 箱體 的設(shè)計(jì)選用 。 4 第 2 章 皮卡 主要參數(shù) 與變速器結(jié)構(gòu)方案 的確定 確定總質(zhì)量 汽車的 整備質(zhì)量利用系數(shù) 0m? ： 00 mmem ?? （ ） 式中 em —— 汽車的載質(zhì)量； 0m —— 整車 整備質(zhì)量。 表 貨車的質(zhì)量系數(shù) 0m? 參數(shù) 車型 總質(zhì)量 tma/ 0m? 貨 車 ＜ am ≤ ～ ① ＜ am ≤ ～ am ＞ ～ ①裝柴油機(jī)的貨車為 ～ 。 汽車總質(zhì)量 am ： 商用貨車的總質(zhì)量 am 由整備質(zhì)量 οm 、載質(zhì)量 em 和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部分組成，即 kgnmmm eοa 651??? () 式中， 1n 為包括駕駛員及隨行人員數(shù)在內(nèi)的人數(shù)，應(yīng)等于座位數(shù)。 此載貨汽車是 柴 油機(jī)，查表 得 質(zhì)量利用系數(shù)為 ～ ，其 整備 質(zhì)量 是om = 103kg, 由公式 （ ）得： ? ?~ 7 6 0 ??? mooe mm ? =1408～ 1760kg 5 因?yàn)榇塑囋O(shè)計(jì)為 雙 排室 ,所以1n=5,由公式 （ ）得 : kgnmmm ea 6510 ??? =（ 1408～ 1760） +1760+5 65 =3493～ 3845kg 本課題選用 ma=3500kg。 選擇 發(fā)動(dòng)機(jī) 型號(hào) 根據(jù)現(xiàn)在載貨汽車選用發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，參照 20xx 款 GA1020CRE3A 型奧騰皮卡 ，針對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)選用 GA4D28TC 柴油 發(fā)動(dòng) 機(jī)。 表 GA4D28TC 柴油 發(fā)動(dòng) 機(jī)技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) GA4D28TC 發(fā)動(dòng)機(jī)形式 四缸直列， 高壓 共軌 燃油種類 柴油 排量 排放標(biāo)準(zhǔn) 國 Ⅲ 最大輸出功率 80KW 最大扭矩 260Nm 最大扭矩轉(zhuǎn)速 1600~2400 r/min 最大功率轉(zhuǎn)速 3800r/min 確定最高 車速 ?????? ?? 3m a xm a xm a x 7614036001 VACVgfmP DaTe ? () 式中 maxeP —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率， kW； T? —— 傳動(dòng)系 傳動(dòng)效率，取 T? ≈ ； am —— 汽車總 質(zhì)量， kg； g —— 重力加速度， m／ s2； f —— 滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)載貨汽車取 ； 6 maxV —— 最高車速， km／ h； DC —— 空氣阻力系數(shù)，轎車取 ～ ，客車取 ～ ，貨車取 ～ ； A —— 汽車正面投影面積，㎡，若無測(cè)量數(shù)據(jù)，可按前輪距 B汽車總高H、汽車總寬 B 等尺寸近似計(jì)算： 對(duì)轎車 A≈ ， 對(duì)載貨汽車 A≈ B1 H。 A≈ B1 H≈ = ㎡ 由公式 （ 23）得： ?????? ?? 3m a xm a xm a x 7614036001 VACVgfmP DaTe ? ?????? ????? 3m a xm a x 76140 180 VV　 算出 maxV ≈ 130km/h,該車滿足要求。 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 的 布置 [3] 機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、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上得到廣泛應(yīng)用。 通常，有級(jí)變速器具有三個(gè)、四個(gè)、 五個(gè)前進(jìn) 檔 ；重型載貨汽車和重型越野車則采用多 檔 變速器，其前進(jìn) 檔 位數(shù)多 達(dá) 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、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和平均車速，從而可提高汽車的運(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。 某些轎車和貨車的變速器，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。 7 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)。 變速器 倒 檔 布置 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。 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；也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪方案的。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，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 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。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，縮短變速器軸向長度 。 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(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。 9 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?檔 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。 綜上所述，由于 本次設(shè)計(jì)的為 輕 型貨車變速器 ， 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 中間 軸 五檔 變速 器 ，并且五檔為直接檔。采用圖 21g 的倒檔布置形式。 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