【正文】 器，更能增加汽車的操控性與駕駛樂趣；而增加變速器的擋數(shù)，又能夠改善汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和平均車速，因此目前寶馬汽車的手動變速器均采用六擋形式。首先確定汽車手動變速器的設(shè)計方案，包括齒輪和軸的總布置形式、換檔操縱機(jī)構(gòu)及檔位布置形式等；其次根據(jù)所配發(fā)動機(jī)的基本參數(shù)以及考慮到整車動力性和經(jīng)濟(jì)性要求的傳動比，設(shè)計計算出變速器主要零件的相關(guān)參數(shù)。 重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 二、 變速器方案的確定 (一 )變速器結(jié)構(gòu)方案的確定 變速器由傳動機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。 設(shè)計時首先應(yīng)根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動比范圍、擋位數(shù)及各擋的傳動比，因為它們對汽車的動力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的直接影響。汽車行駛的道路狀況愈多樣，發(fā)動機(jī)的功率與汽車質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動比范圍應(yīng)愈大。 通常，有級變速器具有 6 個前進(jìn)擋。但采用手動的機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)時，要實現(xiàn)迅速、無聲換擋，對于多于 6 個前進(jìn)擋的變速器來說是困難的。多于 5 個前進(jìn)擋將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副變速器，后者僅用于一定行駛工況。采用傳動比小于 1（ ~）的超速擋，可以更充分地利用發(fā)動機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會減少發(fā)動機(jī)的磨損，降低燃料消 耗。 有級變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力的齒輪副數(shù)目、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重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 的制造精度、剛度等。 三軸式變速器如圖 21 所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各擋齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。此時，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。其他前進(jìn)擋需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一擋傳動比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 中間軸 圖 21 轎車中間軸式四擋變速器 重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 兩軸式變速器如圖 22 所示。轎車多采用前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的布置，因為這種布置使汽車的動力 傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量降低 6%~10%。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動機(jī)橫置時則可用圓柱齒輪，從而簡化了制造工藝，降低了成本。 兩軸式變速器沒有直接擋，因此在高擋工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。 重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 同步器 圖 22 兩軸式變速器 有級變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。因此，在變速器中，除低擋及倒擋外，直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪所代替。 所設(shè)計的汽車是發(fā)動機(jī)前置，后輪驅(qū)動，采用中間軸式變速器。特點(diǎn)是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接擋。再除直接擋以外的其他擋位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。 重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 23 中間軸式四擋變速器傳動方案 如圖 23 中的中間軸式四擋變速器傳動方案示例的區(qū)別：圖 13a、 b 所示方案有四對常嚙合齒輪，倒擋用直齒滑動齒輪換擋；圖 13c 所示傳動方案的二，三，四擋用常嚙合齒輪傳動，而一擋和倒擋用直齒滑動齒輪換擋。圖 24b、 c、 d 所示方案的各前進(jìn)擋，均用常嚙合齒輪傳動；圖24d所示方案中的倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)。 圖 25 中間軸式六擋變速器傳動方案 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。 發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動軸長度，可將變速器后端加長，如圖 23a、 b 所示。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒擋傳動齒輪和換擋機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。這時，如用在軸平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。 圖 26 為常見的倒擋布置方案。但換擋時有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖 26d 所示 方案針對前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖 26c 所示方案。圖 26f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。其缺點(diǎn)是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因為使用倒擋的時間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處。在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時，也要考慮齒輪型式、換擋結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤滑和密封等因素。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。 在本設(shè)計中由于倒擋采用的是常嚙合方案，因此倒擋也采用斜齒輪傳動方案，即除一擋外，均采用斜齒輪傳動。 直齒滑動齒輪換擋的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但由于換擋不輕便、換擋時齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動花鍵磨損后易造成脫擋、噪聲大等原因 ，采用直齒滑動齒輪換擋時，換擋行程長也是它的缺點(diǎn)。 采用同步器換擋可保證齒輪在換擋時不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時操縱輕便，縮短了換擋時間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實現(xiàn)操縱自動化。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變 速器中。這時，不僅換擋行程短，同時因承受換擋沖擊載荷的結(jié)合齒齒數(shù)多，而齒輪又不參與換擋，所以他們都不會過早損壞，但因不能消除換擋重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 沖擊，仍然要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。 采用同步器換擋可保證齒輪在換擋時不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，同時操縱輕便，縮短了換擋時間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安 全性，此外，該種型式還有利于實現(xiàn)操縱自動化。目前，同步器廣泛應(yīng)用于各式變速器中。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。目前，乘用車一般用 4~5 個擋位的變速器。 選擇最低擋傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。故有 則由最大爬坡度要求的變速 器Ⅰ擋傳動比為 （ 31） 式中， m汽車總質(zhì)量 (kg)； g重力加速度 (m/s2 )； ψmax道路最大阻力系數(shù)； rr驅(qū)動輪的滾動半徑 (m)； Temax發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 (N 根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件： 求得的變速器 I 擋傳動比為： （ 32） 式中， G2汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給路面的載荷； φ路面的附著系數(shù)，計算時取 φ=~。 m； i0=； η=； 根據(jù)公式（ 32）可得： igI = 本設(shè)計取六擋傳動比為 1， 中間擋的傳動比理論上按公比為： （ 33） 的等比數(shù)列，實際上與理論上略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用擋位間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動機(jī)參數(shù)的合理匹配。故有： ig2= ig3= ig4= ig5= ig6=1 重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 中心距對變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距、應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。對轎車， K A =~；對貨車， K A =~；對多擋變速器 :K A =~11； TI max 變速器處于一擋時 的輸出扭矩： TI max=Te max igI η =﹒ m 故可得出初始中心距 A=。 轎車四擋變速器殼體的軸向尺寸 ~。為檢測方便， A 取整。 （ 1）齒輪模數(shù) 建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應(yīng)符合 JB11160 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。 一擋直齒輪的模數(shù) m 3 ? mm (36) 通過計算 m=，取 3。由于制造工藝上的原因，同一變速器中的結(jié)合套模數(shù)都去相同，轎車取 2~。 （ 2）齒形、壓力角 α、螺旋角 β 和齒寬 b 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表 21 選取。 15176。 176。 ~45176。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些。 ,嚙合套或同步器取 30176。 應(yīng)該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應(yīng)力求使中間軸上是軸向力相互抵消。 齒輪寬度 b 的大小直接影響著齒輪的承載能力， b 加大，齒的承載能力增高。所以，在保證齒輪的強(qiáng)度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 四、 主要零件 的選擇 (一 )各檔傳動比機(jī)器齒輪齒數(shù)的確定 在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器擋數(shù)、傳動比和結(jié)構(gòu)方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。 一擋傳動比 1 111 2 12g zzi zz?? （ 37） 為了確定 Z11 和 Z12 的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和 ?Z : 2h Az m? （ 38） 其中 A=， m=3，故有 ?Z =，取 54 當(dāng)轎車三軸式的變速器 ~?gIi 時，則 范圍內(nèi)選擇可在 17~1512Z ，此處取 12Z =17，則可得出 11Z =37。 這里 ?Z 修正為 54，則根據(jù)式（ 38）反推出 A=81mm。 （ 313） （ 310）和（ 313）子聯(lián)立可得： 1Z =1 2Z =33。 確定其他擋位的齒數(shù) 二擋傳動比 （ 313） 而 ，故有 （ 314） 對于斜齒輪， （ 315） 故有： 52109 ?? ZZ （ 316） 重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 1214151513 ZZZZZZi gr ???)(21 151439。 按同樣的方法