【導讀】現在，每當人們觀看F1大賽，總會被那種極速的感覺所折服。此刻，大家似乎談。論得最多的就是發(fā)動機的性能以及車手的駕駛技術。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的，因為它是動力的締造者。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。速器、手動/自動變速器、無級變速器。手動變速器采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數是固定的，所以各檔的變速比是個定值。動機需要強勁的動力之外，還需要變速器的全力協助。其次，對于老司機和大部分男士司機來說，他們的最愛還是手動變速器。雖然自動變速器以及無級變速器已非常的普遍，但是大多數年。功以及鍛煉駕駛協調性。家，而且經濟適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。廠家的經濟型轎車都是手動變速的車，它們的各款車型基本上都是5檔手動變速?；詣臃蛛x或合閉，從而達到自動變速的目的。變速器型年底上市?？磥頍o級變速器在中檔車中的運用將越為廣泛。

　　

【正文】 當主動軸旋轉時，由于磁粉的作用，帶動外 鼓輪一起旋轉來傳遞轉矩。當斷電時，鐵粉恢復為松散狀態(tài)，離合器即行分離。 這種離合器接合平穩(wěn)，使用壽命長，可以遠距離操縱，但尺寸和重量較大。 自動離合器 自動離合器是一種能根據機器運轉參數 (如轉矩、轉速或轉向 )的變化而自動完成接合和分離動作的離合器。常用的自動離合器有安全離合器、離心式離合器和定向離合器三類。 (1) 安全離合器 安全離合器在所傳遞的轉矩超過一定數值時自動分離。它有許多種類型，如摩擦式安全離全器。它的基本構造與一般摩擦離合器基本相同，只是沒有操縱機構，而利用調整螺釘來調整彈 簧對內、外摩擦片組的壓緊力，從而控制離合器所能傳遞的極限轉矩。北京交通大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 29 頁 共 39 頁 當載荷超過極限轉矩時，內、外摩擦片接觸面間會出現打滑，以此來限制離合器所傳遞的最大轉矩。 還有 牙嵌式安全離合器。它的基本構造與牙嵌離合器相同，只是牙面的傾角 α 較大，工作時嚙合牙面間能產生較大的軸向力。這種離合器也沒有操縱機構，而用一彈簧壓緊機構使兩半離合器接合，當轉矩超過一定值時， 將超過彈簧壓緊力和有關的摩擦阻力，半離合器就會滑移，使離合器分離；當轉矩減小時，離合器又自動接合。 (2) 離心式離合器 是利用離心力的作用來控制接 合和分離的一種離合器。 離心式離合器有自動接合式和自動分離式兩種。前者當主動軸達到一定轉速時，能自動接合；后者相反，當主動軸達到一定轉速時能自動分離。 (3) 定向離合器 定向離合器只能按一個轉向傳遞轉矩，反向時能自動分離。其中應用較為廣泛的是滾柱定向離合器，也稱超越離合器。 星輪和外圈均可作為主動輪。當星輪為主動件并按圖示方向旋轉時，滾柱受摩擦力的作用被楔緊在槽內，因而帶動外圈一起轉動，這時離合器處于接合狀態(tài)。當星輪反轉時，滾柱受摩擦力的作用，被推到槽中較寬的部分，不再楔緊在槽內，這時離合器處于 分離狀態(tài)。 如果星輪仍左方向旋轉，而外圈還能從另一條運動鏈獲得與星輪轉向相同但轉速較大的運動時，按相對運動原理，離合器將處于分離狀態(tài)。 定向離合器常用于汽車、拖拉機和機床等設備中。 大多數離合器已標準化或規(guī)格化，設計時，只需參考有關手冊對其進行類比設計或選擇即可。 選擇離合器時，首先根據機器的工作特點和使用條件，結合各種離合器的性能特點，汽車五檔變速器 設計 第 30 頁 共 39 頁 確定離合器的類型。類型確定后，可根據被聯接的兩軸的直徑、計算轉矩和轉速，從有關手冊中查出適當的型號，必要時，可對其薄弱環(huán)節(jié)進行承載能力校核 。 其名義轉矩可按下式計算： T ?ca kT 式中： Tca 為名義 轉矩 ； k為 轉矩系數 ； ?為發(fā)動機轉矩 。 則 由教材≤機械設計≥表 取 K=，可算得計算轉矩 Tca = 根據計算轉矩、軸徑和轉速，可從設計手冊中選出離合器具體型號，其特性參數為： 額定轉矩： ；軸頸 ： dmax =45mm；摩擦面對數： z=10； 摩擦面直徑 (外徑 )為 98mm；摩擦面直徑 (內徑 )為 72mm； 接合力為 250N；壓緊力為 3250N 1 同步器的結構 本設計沒有使用同步器的換檔結構 ， 下面將對同步器的設計做一下簡單介紹， 其結構如下圖所示： 北京交通大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 31 頁 共 39 頁 圖 51 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（ 51），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 52b），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 52d），完成同步換檔。 汽車五檔變速器 設計 第 32 頁 共 39 頁 圖 52 鎖環(huán)同步器工作原理 2． 同步環(huán)主要參數的確定 (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 摩擦因數的影響很大， 摩擦因數 隨齒頂的磨損而降低，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 53a 中給出的尺寸適用于輕、中型汽車；圖 53b則適用 于重型汽車。通常軸向泄油槽為 6～ 12 個，槽寬 3～ 4mm。 北京交通大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 33 頁 共 39 頁 圖 53 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。時就很少出現咬住現象。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。設計時可根據下式計算確定 22 mMb pfR?? （ 51） （ 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。段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。 汽車五檔變速器 設計 第 34 頁 共 39 頁 （ 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 f 、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。 （ 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追面上的軸向力，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?。簩I車變速器高檔取 ～ ，低檔取 ～ ；對貨車變速器高檔取 ～ ，低檔取 ～ 。 6. 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： 1. 換檔時只允許掛一個檔。 這通常靠互鎖裝置來保證，其結構型式有如右圖所示： 圖 61 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 ，若操縱變速桿推動撥叉前后移動的距離不足時，齒輪將不能北京交通大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 35 頁 共 39 頁 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 61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，則容易出現安全事故。為此，應設置倒檔鎖。倒檔鎖的結構見本設計裝配圖中 6 6 69 所示。 7. 結論 變速器是車輛不可或缺的一部分，其中機械式變速箱設計發(fā)展到今天，其技術已經成熟，但對于我們還沒有踏出校門的學生來說，其中的設計理念還是很值得我們去探討、學習的。 對于本次設計的變速箱來說，其特點是：扭矩變化范圍大可以滿足不同的工況要求，結構簡單，易于生產、使用和維修，價格低廉，而且采用結合套掛擋，可以使變速器掛擋平穩(wěn)，噪聲降低，輪齒不易損壞。在設計中采用了 5+1 檔 手動變速器，通過較大的變速器傳動比變化范圍，可以滿足汽車 在不同的工況下的要求，從而達到其經濟性和動力性的要求；變速器掛檔 時用 結合套，雖然增加了成本，但是使汽車變速器操縱舒適度增加，齒輪傳動更平穩(wěn)。本著實用性和經濟性的原則，在各部件的設計要求上都采用比 較開放的標準，因此，安全系數不高，這一點是本次設計的不理想之處。但是，在以后的工作和學習中，我會繼續(xù)學習和研究變速器技術，以求其設計更加合理和經濟。 緊張忙碌的畢業(yè)設計已經接近尾聲，這次設計是對我 大 學四年來的學習的一次最綜合的檢驗，也更是一次綜合的學習過程。 畢業(yè)設計不僅使我 學習和鞏固了專業(yè)課知識而且 了 解了不少相關專業(yè)的知識，個人 能力 得到很大提高。同時也鍛煉了與人協作的精神，為以后我 踏 入社會工作打下了良好的基礎。 汽車五檔變速器 設計 第 36 頁 共 39 頁 參考文獻 [1] 劉惟信 .汽車設計 .北京：清華大學出版社， 2021： 158～ 200 [2] 張洪欣 .汽車設計 .北京：機械工業(yè)出版社， 1981： 106～ 126 [3] 陳家瑞 .汽車構造 .第二版 .北京：機械工業(yè)出版社， 2021： 40～ 61 [4] 張文春 .汽車理論 .北京：機械工業(yè)出版社， 2021： 70～ 83 [5] 彭文生，張志明，黃華梁 .機械設計 .北京：高等教育出版社， 2021： 96～ 138 [6] 董寶承 .汽車底盤 .北京：機械工業(yè)出版社， 2021： 32～ 81 [7] 陳煥江，徐雙應 .交通運輸專業(yè)英語 .北京：機械工業(yè)出版社， 2021： 20～ 30 [8] 劉鴻文 .簡明材料力學 .北京：高等教育出版社， 1997： 254～ 259 [9] 周一明，毛恩榮 .車輛人機工程學 .北京：北京理工大學出版社， 1999： 154～ 174 [10]（美） .汽車手動變速器和變速驅動橋 .北京：機械工業(yè)出版社， 1998：49～ 65 [11] 陳殿云，張淑芬