【導讀】變速器的功用、要求、發(fā)動機布置形式分析………………………所設計零部件的相關功能要求；動機在最有利的工況范圍內工作。或停車時使發(fā)動機的動力停止向驅動輪傳輸。具有正確的檔數(shù)和傳動比，保證汽車有需要的動力性和經(jīng)濟性指標；汽車行駛中，變速器不得跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；應設置動力輸出裝置，以便必要時進行功率輸出；根據(jù)前進檔數(shù)的不同，變速器有。相比于經(jīng)濟型轎車，高級轎車更加追求汽車性能。發(fā)動機前置后輪驅動汽車和發(fā)動機后置后輪驅動的客車上。及各檔的傳動比，因為它們對汽車的動力性與燃料經(jīng)濟性都有重要的直接影響。傳動比范圍是變速器低檔傳動比與高檔傳動比的比值。汽車行駛的道路狀況。愈多樣，發(fā)動機的功率與汽車質量之比愈小，則變速器的傳動比范圍應愈大。采用多檔變速器，其前進檔位數(shù)多達6~16個甚至20個。均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。但采用手動的機械式操縱

　　

【正文】 ； ? 螺旋角，為 30176。； maxeT 發(fā)動機最大轉矩，為 226000Nmm。 代入上式可得 ： Ft= Fr= Fa= 。 危險截面的受力圖為： 圖 53 危險截面受力分析 水平面： AF （ 175+） =rF AF =； 水平面內所受力矩： Mc=175 FA ? 103 = 垂直面： atAdF +F 1752F=175+ = N?? （ 48） 垂 直面所受力矩： 3sAM = 1 7 5 F 1 0 = 4 2 3 .3 N??? 。 該軸所受扭矩為： Tj=226? =。 故危險截面所受的合成彎矩為： 2 2 2c s j2 2 25M = M + M + T( 1 1 8 . 2 5 1 0 0 0 ) ( 4 2 3 . 3 1 0 0 0 + 8 7 0 . 1 1 0 0 0=9 . 7 1 0 N mm? ? ? ? ??） （ ） (49) 高級轎車三軸五檔手動機械式變速器設計說明書 29 ? ?332Md?????2223sF a bfEIL?2213c Fa bf EIL?則在彎矩和轉矩聯(lián)合作用下的軸應力 ? （ MPa） : (510) 將 M 代入上式可得： ? =，在低檔工作時 [? ]=400MPa， 因此有 ： ? ? [? ]；符合要求。 2）軸的剛度校核 第二軸在垂直面內的撓度 cf 和在水平面內的撓度 sf 可分別按下式計算： （ 511） （ 512） 式中 , 1F 齒輪齒寬中間平面上的徑向力（ N） ,這里等于 tF ； 2F 齒輪齒寬中間平面上的圓周力（ N），這里等于 rF ； E彈性模量（ MPa）， 10E ??（ MPa） 。 I慣性矩（ 4mm ）， 4 / 64Id?? ， d 為軸的直徑（ mm ）； a、 b為齒輪坐上的作用力距支座 A、 B 的距離（ mm ）； L支座之間的距離（ mm ）。 將數(shù)值代入式（ 511）和（ 512）得： csf== 故軸的全撓度為 22cf = f 0 .1 2 2 0 .2sf m m? ? ?，符合剛度要求。 六、變速器同步器的設計及操 縱機構 同步器的結構 在前面已經(jīng)說明，本設計所采用的同步器類型為鎖環(huán)式同步器，其結構如下圖所示： 高級轎車三軸五檔手動機械式變速器設計說明書 30 圖 61 鎖環(huán)式同步器 9變速器齒輪 2滾針軸承 8結合齒圈 7鎖環(huán)（同步環(huán)） 5彈簧 6定位銷 10花鍵轂 11結合套 如圖（ 61），此類同步器的工作原理是：換檔時，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，推嚙合套并帶動定位銷和鎖環(huán)移動，直至鎖環(huán)錐面與被接合齒輪上的錐面接觸為止。之后，因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度差 ?? ，致使在錐面上作用有摩擦力矩，它使鎖環(huán)相對嚙合套和滑塊轉過一個角度，并滑塊予以定位。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸（圖 62b），使嚙合套的移動受阻，同步器在鎖止狀態(tài)，換檔的第一階段結束。換檔力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上，并使摩擦力矩增大，與此同時在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸靠近，在角速度相等的瞬間，同步過程結束，完成換檔過程的第二階段工作。之后，摩擦力矩隨之消失，而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位，兩鎖止面分開，同步器解除鎖止狀態(tài)，接合套 上的接合齒在換檔力的作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合（圖 62d），完成同步換檔。 總的來說，同步運動分為 3 個階段。第一階段，結合套通過變速桿移向齒輪，并與花鍵轂逐漸結合；第 2 階段，結合套的運動使滑塊將鎖環(huán)壓在齒輪的錐面上；第 3 階段，同步環(huán)完成其與齒輪錐面配合的摩擦，齒輪高級轎車三軸五檔手動機械式變速器設計說明書 31 隨著同步組件成為相同的速度。結合套在齒輪上滑動，并將齒輪和其同步器組件鎖定在第 2 軸上。 圖 62 鎖環(huán)同步器工作原理 同步環(huán)主要參數(shù)的確定 (1)同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺 線的頂部設計得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過窄會影響接觸面壓強，使磨損加快。試驗還證明：螺紋的齒頂寬對摩擦因數(shù)的影響很大，摩擦因數(shù)隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費力，故齒頂寬不易過大。螺紋槽設計得大些，可使被刮下來的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會使接觸面減少，增加磨損速度。圖 63a 中給出的尺寸適用于輕、中型汽車；圖 63b 則適用 于重型汽車。通常軸向泄油槽為 6～ 12 個，槽寬 3～ 4mm。 高級轎車三軸五檔手動機械式變速器設計說明書 32 圖 63 同步器螺紋槽形式 (2)錐面半錐角 ? 摩擦錐面半錐角 ? 越小，摩擦力矩越大。但 ? 過小則摩擦錐面將產生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是 tan? ? f 。一般 ? =6176?！?8176。 ? =6176。時， 摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴時，則有粘著和咬住的傾向；在 ? =7176。時就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。 本次設計中采用的錐角均為取 7176。 (3)摩擦錐面平均半徑 R R 設計得越大，則摩擦力矩越大。 R 往往受結構限制，包括變速器中心距及相關零件的尺寸和布置的限制，以及 R 取大以后還會影響到同步環(huán)徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將 R 取大些。本次設計中采用的 R 為 50～ 60mm。 （ 4)錐面工作長度 b 縮短錐面工作長度， 便使變速器的軸向長度縮短，但同時也減少了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設計時可根據(jù)下式計算確定 22 mMb pfR?? （ 61） 設計中考慮到降低成本取相同的 b 取 5mm。 （ 5）同步環(huán)徑向厚度 與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機構布置上的限制，包括變速器中心距及相關零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取 得 很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強度。 轎車同步環(huán)厚度比貨車小些，應選 用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，可提高材料的屈服強度和疲勞壽命。貨車同步環(huán)可用壓鑄加工。鍛造時選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強度，高耐磨性的鋼配合的摩擦副，即在鋼質或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚約 ～ ），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副范圍內，而耐磨性和強度有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐空表面噴上厚 ～ 的鉬制成。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的 2～ 3 倍。以鋼質為基高級轎車三軸五檔手動機械式變速器設計說明書 33 體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅，還可以提高同步環(huán)的強度。 本設計中同步器徑向寬度取 。 （ 6）鎖止角 ? 鎖止角 ? 選取的正確，可以保證只有在換檔的兩個部分之間角速度差達到零值才能進行換檔。影響鎖止角 ? 選取的因素，主要有摩擦因數(shù) f 、摩擦錐面的平均半徑 R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角 ? 。已有結構的鎖止角在 26176?！?46176。范圍內變化。 本次設計鎖止角 ? 取 ?30 。 （ 7）同步時間 t 同步器工作時，要連接的兩個部分達到同步的時間越短越好 。除去同步器的結構尺寸，轉動慣量對同步時間有影響以外，變速器輸入軸，輸出軸的角速度差及作用在同步器摩擦錐面上的軸向力，均對同步時間有影響。軸向力大，同步時間減少。而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關，不同車型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時間與車型有關，計算時可在下屬范圍內選取：對轎車變速器高檔取 ～ ，低檔取 ～ ； 對貨車變速器高檔取 ～，低檔取 ～ 。 變速器的操縱機構 設計變速器操縱機構時，應滿足以下要求： 。這通?？炕ユi裝置來保證，其結構型式如 下圖所 示。 ，若操縱變速桿推動撥叉前后移動的距離不足時，齒輪將不能在完全齒寬上嚙合而影響齒輪的壽命。即使達到完全齒寬嚙合，也可能由于汽車震動等原因，齒輪產生軸向移動而減少了齒輪的嚙合長度，甚至完全脫離嚙合。為了防止這種情況的發(fā)生，應設置自鎖裝置（如圖 64 所示）。 ，變 速器齒輪間將發(fā)生極大沖擊，導致零件損壞。汽車起步時如果誤掛倒檔，則容易 出現(xiàn)安全事故。為此，應設置倒檔鎖 . 高級轎車三軸五檔手動機械式變速器設計說明書 34 圖 64 變速器自鎖與互鎖結構 1自鎖鋼球 2自鎖彈簧 3變速器蓋 4互鎖鋼球 5互鎖銷 6撥叉軸 高級轎車三軸五檔手動機械式變速器設計說明書 35 參 考文獻 [1] 劉惟信 .汽車設計 [M].北京：清華大學出版社， 2020： 158200. [2] 張洪欣 .汽車設計 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1981： 106126. [3] 陳家瑞 .汽車構造 [M].第二版 .北京：機械工業(yè)出版社， 2020： 4061. [4] 張文春 .汽車理論 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020： 7083. [5] 彭文生，張志明，黃華梁 .機械設計 [M].北京：高等教育出版社， 2020： 96138. [6] 董寶承 .汽車底盤 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020： 3281. [7] 陳煥江，徐雙應 .交通運輸專業(yè)英語 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020： 2030. [8] 劉鴻文 .簡明材料力學 [M].北京：高等教育出版社， 1997： 254259. [9] 周一 鳴 ，毛恩榮 .車輛人機工程學 [M].北京：北京理工大學出版社， 1999：154174. [10]（美） .手動變速器和變速驅動橋 [M].北京：機械工業(yè)出版社，1998： 4965. [11] [日 ]小田柿浩三 .汽車設計 [M].北京 ： 機械工業(yè)出版社 ， 2020： 119123. [12] 葛志祺 .簡明機械零件設計手冊 [M].北京：冶金工業(yè)出版社， 1985. [13] 濮良貴，紀名剛 .機械設計 [M].第七版 .北京：高等教育出版社， 2020：184223. [14] 王昆，何小柏，汪信遠 .課程設計手冊 [M].北京：高等教育出版社， 1995：4749. [15] 侯洪生，王秀英 .機械工程圖學 [M].北京：科學出版社， 2020.