【正文】 速比的增加可提 高汽車的加速性能，當(dāng)檔位數(shù)大于 6或 1檔速比大于 4時(shí)，對加速性能的提高作用 已不明顯；檔位數(shù)和速比范圍對燃油經(jīng)濟(jì)性的 影響：通常 5檔變速器的最大速比 (1檔時(shí) )取 ，增加速比可提高燃油經(jīng)濟(jì) 性，當(dāng)檔位數(shù)大于 6或上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 10 最小速比低于 ，對燃油經(jīng)濟(jì)性提高影響很小。 (3)低噪聲化 在汽車的諸多噪聲源中，傳動(dòng)系的噪聲僅次于發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣系統(tǒng)的噪聲， 齒輪噪聲又是變速器 上 的主要噪聲源，在 降低變速器噪聲中 扮演著 非常重要的角色。在齒輪參數(shù)的降噪設(shè)計(jì)中，通過提高齒輪重合度來降低高速檔齒輪的噪聲， 小模數(shù)、小壓力角、大齒高的齒輪設(shè)計(jì) 已成為潮流；許多公司為此開發(fā)了專門的優(yōu)化 設(shè)計(jì)程序。 2 SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì) 變速器的設(shè)計(jì)要求 汽車變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵總成，其主要的功能是改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩 及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙時(shí)對驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同需求。為保證變速器具有良好的工作性能，對變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求： (1)變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，必須與發(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； 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 11 (2)設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行駛； (3)操縱簡單、方便、迅速、省力； (4)傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； (5)體 積 小、質(zhì) 量 輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； (6)制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； (7)貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； (8)需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 表 SJ汽車變速器的設(shè)計(jì)原始參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 (P) 66KW 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速（ n） 5600r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（ maxeT ） 145 mN? (n=3500r/min) 主減速器傳動(dòng)比（ 0i ） 整車總質(zhì)量（ m） 1360kg 車輪半徑 (r) 最大爬坡度（ maxi ） 30% (176。其中兩軸式和三軸式變速器在手動(dòng)式變速器中得到了最廣泛的應(yīng)用。將第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。其缺 點(diǎn)是：除直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車 的 質(zhì)量減少6％～ l0％。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪(直齒圓柱齒輪 )外，其他檔位均采用常嚙合齒輪 (斜齒圓柱齒輪 )傳動(dòng)。 倒檔型式 的選擇 為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，采用在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 13 輪的方案，進(jìn)行倒檔的動(dòng)力傳遞。 傳動(dòng)路線的確定 傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮軸的受力情況，再根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行布置。當(dāng)離合器接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳至輸入軸，帶動(dòng)三 /四檔同步器、二檔、一檔、倒檔主動(dòng)齒輪和五檔接合套一起旋轉(zhuǎn)，二檔和一檔從動(dòng)齒輪繞輸出軸空轉(zhuǎn)。 圖 SJ 五檔機(jī)械變速器傳動(dòng)方案簡圖 ； ； ； ； 齒輪； ； ； ； ； ；上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 14 ； ； ； ； (1)一檔傳動(dòng)路線 如圖 所示 ,操縱變速 桿，通過撥叉機(jī)構(gòu)撥動(dòng)一 /二檔換檔撥叉，使二檔同步器 11 的接合套右移，與輸出軸一檔齒輪 10 的外齒圈嚙合。一檔傳動(dòng)比為輸出軸一檔齒輪 10 的齒數(shù) /輸入軸一檔齒輪 6 的齒數(shù)。若需脫開一檔，通過撥動(dòng)換檔撥叉，使同步器 11 的接合套左移，與輸出軸一檔齒輪 10 的外齒圈分離，變速器退回到空檔位置。二檔傳動(dòng)比為輸出軸二檔齒輪 12 的齒數(shù) /輸入軸二檔齒輪 5 的齒數(shù)。 (3)三檔傳動(dòng)路線 如圖 所示，操縱變速桿，通過撥叉機(jī)構(gòu)撥動(dòng)三 /四檔換檔撥叉，使三 /四檔同步器 3 的接合套右移，與輸入軸三檔齒輪 4 的外齒圈嚙合，動(dòng)力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸三檔齒輪 4 和輸出軸三檔齒輪 13 傳給輸出軸 15 輸出。三檔脫開方式，與一檔類似。四檔傳動(dòng)比為輸出軸四檔齒輪 14 的齒數(shù) /輸入軸四檔齒輪2 的齒數(shù)。四檔 為 直接檔 (傳動(dòng)比為 1)，在平直良好路面上使用，可實(shí)現(xiàn)較高車速。五檔傳動(dòng)比為輸出軸五檔齒輪 9 的齒數(shù)／輸入軸五檔齒輪 7 的齒數(shù)。五檔為超速檔，變速器輸出軸轉(zhuǎn)速高于輸入軸轉(zhuǎn)速 (傳動(dòng)比小于 1)，在平直良好路面上使用，可實(shí)現(xiàn)最高車速。 (6)倒檔傳動(dòng)路線 為了實(shí)現(xiàn)汽車倒駛，在變速器輸入軸和輸出軸之間，安裝了一根倒檔軸，支承在變速器后殼體上。倒檔脫開時(shí)，需撥動(dòng)倒檔撥叉，使倒檔軸上的第 2 倒檔齒輪與輸入、輸出軸上的倒檔齒輪 17 和18 脫開。 圖 SJ 五檔機(jī)械變速器倒檔傳動(dòng)路線 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 17 ； ； ／四檔同步器； ； 檔齒輪； ； ； ； ；； ／二檔同步器； ； ；； ； ； ； 檔齒輪 變速器零部件型式的確定 齒輪型式 斜齒圓柱齒輪雖然工作時(shí)有軸向力且加工稍復(fù)雜些，但因?yàn)槠溥\(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、壽命長 等 突出優(yōu)點(diǎn)而使得其在變速器中得到普遍 的 采用。 軸的型式 變速器軸在工作時(shí)需承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，軸的明顯變形將影響齒輪 的 正常嚙合，產(chǎn)生較大的噪聲，降低使用壽命。 輸入軸通常與齒輪做成一體，其長度決定離合器總成的軸向尺寸。 輸出軸制成階梯式以便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，這也是需要的。采用彈性擋圈定位各檔齒輪，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但存在拆裝不方便，與旋轉(zhuǎn)件端面有滑摩，彈性擋圈也不能承受大的軸向力等缺點(diǎn)，不過由于設(shè)計(jì)的是轎車用變速器，故這種結(jié)構(gòu)上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 18 完全符合設(shè)計(jì)要求。雖然漸開線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，但定位性能好，承載能力大，且鍵齒高較小，使小徑相應(yīng)增大，可增強(qiáng)軸的剛度。 倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動(dòng)的光軸。通常是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)選定，再驗(yàn)算其壽命。因?yàn)樗粌H受徑向負(fù)荷，而且承受向外的軸向負(fù)荷。 輸出軸前端多采用滾針軸承或短圓柱滾子軸承；后端采用帶止動(dòng)槽的單列向心球軸承。 變速器輸出軸的常嚙合齒輪與輸出軸之間采用滾針軸承，也有用滑動(dòng)軸套的。 為增強(qiáng)汽車變速器 的 承載能力，使其具有更高的可靠性、更長的壽命和更好的性能，變速器采用圓錐滾子軸承的日益增多。 變速器采用圓錐滾子軸承時(shí)，為了便于裝配和軸承預(yù)緊，通常將殼體設(shè)計(jì)成沿變速器軸中心線所在平面垂直分開或水平分開。但是它也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、 同步環(huán)使用壽命短等缺點(diǎn)。 輸入軸通過一個(gè)滾針軸承和球軸承固定在變速器殼體上，輸入軸三、四、五檔齒輪通過滾子軸承松套在輸入軸上，三 /四檔同步器 5 通過花鍵與輸入軸相連。其他 3 個(gè)與輸入軸緊固相連的齒輪從左向右分別為輸入軸二檔齒輪、輸入軸倒檔第 1 齒輪和輸入軸二檔齒輪。輸出軸二檔齒輪和輸出軸一檔齒輪通過軸承松套在輸出軸上。倒檔第 2 齒輪固連在倒檔中間軸上。 圖 SJ 變速器輸入軸分解圖 ； ； ； ； ； 器套管； ； ； ； 10. 五檔齒輪滾針軸承內(nèi)圈； ； ； ； ； 內(nèi)圈； ； ； ； ； 20.上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 21 鎖環(huán)； ／四檔同步器； ； ； ；； 圖 SJ 變速器輸出軸分解圖 ； ； ； ； ； 承支座； 7. 輸出軸內(nèi)后軸承； ； ； 軸承內(nèi)圈； ； ／二 檔同步器； ； ； 15.二檔齒輪滾針軸承； ； ； ； ； 軸承； ； ； 變速器主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 確定了變速器的主要結(jié)構(gòu)之后，需要按照設(shè)計(jì)的要求，確定變速器的主要參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。但檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使尺寸輪廓和質(zhì)量加大。 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 22 在最低檔傳動(dòng)比不變的條件下 ，增加變速器的檔數(shù)會(huì)使變速器相鄰的低檔與高檔之間的傳動(dòng)比比值減小，使換檔工作容易進(jìn)行。 近年來為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。裝載質(zhì)量在 2～ 5檔變速器，裝載質(zhì)量在 4～8T 的貨車采用 6 檔變速器。本設(shè)計(jì)考慮設(shè)計(jì)要求，采用 5 檔變速器。傳動(dòng)比范圍的確定與選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。 （ 1）根據(jù)汽車最大爬坡度確定 一檔傳動(dòng)比 汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。 )； r —— 驅(qū)動(dòng)車輪的半徑， ； maxeT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， 145Nm? ； 0i —— 主減速器傳動(dòng)比， ； T? —— 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率， (2) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪與地面的附著力確定一檔傳動(dòng)比 汽車行駛時(shí)，為了使驅(qū)動(dòng)輪不打滑，必須使驅(qū)動(dòng)力等于或小于驅(qū)動(dòng)輪與路面間的附著力。第五檔為超速檔一般取 左右 。對于倒檔一般初選與一檔相同，但由于設(shè)計(jì)方法的影響，一般倒檔為兩對齒輪嚙合，情況較復(fù)雜，其設(shè)計(jì)是在中心距已定的情況下。當(dāng)然，若以倒檔來設(shè)計(jì)中心距則傳動(dòng)比可大些。 考慮實(shí)際傳動(dòng)比還需要根據(jù)齒數(shù)調(diào)整，故 此處初步設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比為i1=,i2=,i3=,i4=,i5=， i 倒 ＝ 。其大小不僅對變速器的外形尺寸 ,體積和質(zhì)量大小 ,而且對齒輪的接觸強(qiáng)度有影響。最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證齒輪有必要的接觸強(qiáng)度來確定。此外受一檔小齒輪齒數(shù)不能過少的限制，要求中心距也要大些。對轎車取 ～ ；對貨車取 ～ ；對多檔主變速器，取 ～ 11； 1maxT —— 變速器處于 1 檔時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩， 1max max 1e g gT T i ?? ； 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 25 maxeT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， 145N?m； 1gi—— 變速器的 1 檔傳動(dòng)比； g?—— 變速器的傳動(dòng)效率，取 。 轎車變速器的中心距在 65～ 80mm 變化范圍，貨車的變速器中心距在80～ 170mm 范圍內(nèi)變化。 外形尺寸 變速器的軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪 型式、換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系，設(shè)計(jì)初可根據(jù)中心距 A 的尺寸參用下列關(guān)系初選。 此處由于選用五檔變速器，故其外形尺寸初定為 3A＝ 228mm。當(dāng)變速器工作時(shí)，軸除了傳遞轉(zhuǎn)矩外，還承受來自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪還有軸向力。軸的剛度不足會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，對齒輪的強(qiáng)度和耐磨性產(chǎn)生影響，增加工作噪聲。 齒輪參數(shù) （ 1）模數(shù)的選取 遵 循的一般原則：為了減少噪聲，應(yīng)合理減少模數(shù)，增加齒寬；為使質(zhì)量小，應(yīng)合理增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù)；而從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒數(shù)應(yīng)有不同的模數(shù)。 對貨車，減小質(zhì)量比噪聲更重要，故齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)。少數(shù)情況下汽車變速器各檔齒輪均選用相同的模數(shù)。由于工藝上的原因，同一變速器的接合齒模數(shù)相同。 根據(jù)圓柱齒輪強(qiáng)度的簡化計(jì)算方法，可列出齒輪模數(shù) m 與彎曲應(yīng)力 之間有如下關(guān)系： 直齒輪模數(shù)： 3 2wcfj yzK KKTm ?? ?? ?????????????????????????（ ） 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 27 式中 jT ——計(jì)算載荷， N?mm； ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取 ； fK —— 摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取 ，被動(dòng)齒輪取 ； Z—— 齒輪齒數(shù)； cK —— 齒寬系數(shù)，直齒齒輪取 ～ ； y—— 齒形系數(shù)。 斜齒齒輪法向模數(shù)： 3 c os2wcjn yKzK KTm ?? ???? ???????????????????????（ ） 式中 ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù)，斜齒齒輪取 1. 5； ? —— 斜齒齒輪螺旋角； cK —— 齒寬系數(shù)，斜齒齒輪取 ～ ； ?K —— 重合度影響系數(shù)， 取 2； y —— 齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)按 3/ cosnZZ ?? 查詢； w? —— 輪齒彎曲應(yīng)力，轎車變速器斜齒齒輪取 350~180][ ?w? MPa，貨車變速器斜齒齒輪取 250~100][ ?w? MPa。 同步 器和嚙合套的接合齒多采用漸開線齒，取值范圍為： 轎車及輕型、中型貨車為 2～ ； 重型貨車為 ～ 5。 (2)壓力角的選擇 壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。 變速器齒輪用 20176。 (3)螺旋角的選擇 斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。從提高低檔齒 輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。～ 3017