【正文】 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)濟性的 影響：通常 5檔變速器的最大速比 (1檔時 )取 ，增加速比可提高燃油經(jīng)濟 性，當檔位數(shù)大于 6或上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 10 最小速比低于 ，對燃油經(jīng)濟性提高影響很小。 (3)低噪聲化 在汽車的諸多噪聲源中，傳動系的噪聲僅次于發(fā)動機和排氣系統(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)的降噪設計中，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、大齒高的齒輪設計 已成為潮流；許多公司為此開發(fā)了專門的優(yōu)化 設計程序。 2 SJ 汽車變速器的設計 變速器的設計要求 汽車變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的關鍵總成，其主要的功能是改變發(fā)動機曲軸的轉矩及轉速，以適應汽車在起步、加速 、行駛以及克服各種道路障礙時對驅動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，對變速器應提出如下設計要求： (1)變速器的檔位數(shù)和傳動比，必須與發(fā)動機參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動力性與經(jīng)濟性； 上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 11 (2)設置空檔以保證汽車在必要時能將發(fā)動機與傳動系長時間分離；設置倒檔使汽車可以倒退行駛； (3)操縱簡單、方便、迅速、省力； (4)傳動效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； (5)體 積 小、質(zhì) 量 輕、承載能力強 ，工作可靠； (6)制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； (7)貫徹零件標準化、部件通用化及總成系列化等設計要求，遵守有關標準規(guī)定； (8)需要時應設置動力輸出裝置。 表 SJ汽車變速器的設計原始參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 發(fā)動機功率 (P) 66KW 發(fā)動機最大轉速（ n） 5600r/min 發(fā)動機最大扭矩（ maxeT ） 145 mN? (n=3500r/min) 主減速器傳動比（ 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式變速器中得到了最廣泛的應用。將第一、二軸直接連接起來傳遞轉矩則稱為直接檔。其他前進檔需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉矩。其缺點是：除直接檔外其他各檔的傳動 效率有所降低。轎車多采用前置發(fā)動機前輪驅動的布置，因為這種布置使汽車的傳動系統(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。 倒檔型式 的選擇 為實現(xiàn)倒檔傳動，采用在前進檔的傳動路線中，加入一個中間傳動齒上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 13 輪的方案，進行倒檔的動力傳遞。 傳動路線的確定 傳動路線的設計應首先考慮軸的受力情況，再根據(jù)變速器的結構形式來進行布置。當離合器接合時，發(fā)動機的動力傳至輸入軸，帶動三 /四檔同步器、二檔、一檔、倒檔主動齒輪和五檔接合套一起旋轉，二檔和一檔從動齒輪繞輸出軸空轉。 圖 SJ 五檔機械變速器傳動方案簡圖 ； ； ； ； 齒輪； ； ； ； ； ；上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 14 ； ； ； ； (1)一檔傳動路線 如圖 ,操縱變速桿，通過撥叉機構撥動一 /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)三檔傳動路線 如圖 所示，操縱變速桿，通過撥叉機構撥動三 /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 (傳動比為 1)，在平直良好路面上使用，可實現(xiàn)較高車速。五檔傳動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，變速器輸出軸轉速高于輸入軸轉速 (傳動比小于 1)，在平直良好路面上使用，可實現(xiàn)最高車速。 (6)倒檔傳動路線 為了實現(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，需撥動倒檔撥叉，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 五檔機械變速器倒檔傳動路線 上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(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有軸向力且加工稍復雜些，但因為其運轉平穩(wěn)、噪聲低、壽命長 等 突出優(yōu)點而使得其在變速器中得到普遍 的 采用。 軸的型式 變速器軸在工作時需承受轉矩及彎矩，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)點是結構簡單，但存在拆裝不方便，與旋轉件端面有滑摩，彈性擋圈也不能承受大的軸向力等缺點，不過由于設計的是轎車用變速器，故這種結構上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 18 完全符合設計要求。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，使小徑相應增大，可增強軸的剛度。 倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸。通常是根據(jù)變速器的結構選定，再驗算其壽命。因為它不僅受徑向負荷，而且承受向外的軸向負荷。 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，也有用滑動軸套的。 為增強汽車變速器 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，為了便于裝配和軸承預緊，通常將殼體設計成沿變速器軸中心線所在平面垂直分開或水平分開。但是它也有結構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命短等缺點。 輸入軸通過一個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； ； ； ； 座； 內(nèi)圈； ； ； ； ； 20.上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(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)的設計 確定了變速器的主要結構之后，需要按照設計的要求，確定變速器的主要參數(shù)，以達到設計的要求。但檔數(shù)越多，變速器的結構越復雜，并且使尺寸輪廓和質(zhì)量加大。 上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 22 在最低檔傳動比不變的條件下，增加變速器的檔數(shù)會使變速器相 鄰的低檔與高檔之間的傳動比比值減小，使換檔工作容易進行。 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。本設計考慮設計要求，采用 5檔變速器。傳動比范圍的確定與選定的發(fā)動機參數(shù)，汽車的最高車速和使用條件等因素有關。 （ 1）根據(jù)汽車最大爬坡度確定 一檔傳動比 汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。 )； r —— 驅動車輪的半徑， ； maxeT —— 發(fā)動機最大轉矩， 145Nm? ； 0i —— 主減速器傳動比， ； T? —— 汽車傳動系的傳動效率， (2) 根據(jù)驅動輪與地面的附著力確定一檔傳動比 汽車行駛時，為了使驅動輪不打滑，必須使驅動力等于或小于驅動輪與路面間的附著力。第五檔為超速檔一般取 。對于倒檔一般初選與一檔相同，但由于設計方法的影響，一般倒檔為兩對齒輪嚙合，情況較復雜，其設計是在中心距已定的情況下。當然，若以倒檔來設計中心距則傳動比可大些。 考慮實際傳動比還需要根據(jù)齒數(shù)調(diào)整，故 此處初步設計的傳動比為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度有影響。最小允許中心距應當由保證齒輪有必要的接觸強度來確定。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檔時的輸出轉矩， 1max max 1e g gT T i ?? ； 上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 25 maxeT —— 發(fā)動機最大轉矩， 145N?m； 1gi —— 變速器的 1 檔傳動比； g? —— 變速器的傳動效率，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、換檔機構的結構型式等都有直接關系，設計初可根據(jù)中心距 A的尺寸參用下列關系初選。 此處由于選用五檔變速器，故其外形尺寸初定為 3A＝ 228mm。當變速器工作時，軸除了傳遞轉矩外，還承受來自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪還有軸向力。軸的剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，對齒輪的強度和耐磨性產(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 合理減少模數(shù)，增加齒寬；為使質(zhì)量小，應合理增加模數(shù)，同時減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應選用同一種模數(shù)；而從強度方面考慮，各檔齒數(shù)應有不同的模數(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)圓柱齒輪強度的簡化 計算方法，可列出齒輪模數(shù) m 與彎曲應力 之間有如下關系： 直齒輪模數(shù)： 3 2wcfj yzK KKTm ?? ?? ?????????????????????????（ ） 上海工程技術大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 27 式中 jT ——計算載荷， N?mm； ?K —— 應力集中系數(shù)，直齒齒輪取 ； fK —— 摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取 ，被動齒輪取 ； 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 cos2wcjn yKzK KTm ?? ???? ???????????????????????（ ） 式中 ?K —— 應力集中系數(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)，按當量齒數(shù)按 3/ cosnZZ ?? 查詢； w? —— 輪齒彎曲應力，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，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。 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用。從提高低檔齒輪的抗彎強度出發(fā)，不希望用過大 的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強度著眼，應選用較大螺旋角?！?30176?！?34176?！?34176。 考慮到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應該選用較小的齒寬。