【正文】 .................................................................... 42 五、提高整機的 NVH 性能設計 .............................................................................. 44 (一 )搖結構的 NVH 優(yōu)化設計 ..................................................................................... 45 (二 )齒輪的 NVH 優(yōu)化設計 .......................................................................................... 45 結 論 ......................................................................................................................................... 46 致 謝 ......................................................................................................................................... 46 參考文獻 ................................................................................................................................. 47 附 錄 ......................................................................................................................................... 49 重慶航天職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 1 一、 緒論 (一 )選題的背景及意義 汽車在不同使用場合有不同的要求，采用往復活塞式內燃機為動力的汽車，其在實際工況下所要求的性能與發(fā)動機的動力性、經濟性之間存在著較大的矛盾。上述發(fā)動機 牽引力、轉速、轉向與汽車牽引力、車速、行駛方向等之間的矛盾，單靠發(fā)動機本身是難以解決的，車用變速器應運而生，它與發(fā)動機匹配，通過多擋位切換，可以使驅動輪的扭矩增大到發(fā)動機扭矩的若干倍，同時又可使其轉速減小到發(fā)動機轉速的幾分之一。 （ 1） 手動變速器 手動機械式變速器采用齒輪組，每擋的齒輪組的齒數是固定的，所以各擋的變速比是定值，即所謂有級變速器。 （ 2）自動變速器 自動變速器，利用行星齒輪機構進行變速，它能根據油門踏板程度和車速變化，自動地進行變速。雖說自動變速汽車沒有離合器，但自動變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動分離或合閉，從而達到自動變速的目的。這樣手動 /自動變 速器便由此誕生。此型車在其擋位上設有“ +”、“ ”選擇擋位。 （ 4） 無級變速器 當今汽車產業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對于汽車性能的要求是越來越高的。無級變速器最早由荷蘭人范無級變速系統(tǒng)不像手動變速器或自動變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個滑輪和 一個鋼帶來變速，其傳動比可以隨意變化，沒有換擋的突跳感覺。通常有些人將自動變速器稱為無級變速器，這是錯誤的。而無級變速器能在一定范圍內實現速比的無級變化，并選定幾個常用的速比作為常用的“擋”。 (二 )國內外研究狀況 手動變速器的許多最近的發(fā)展集中在為降低成本和體積的新制造 方法上。最新的技術包括，如在最新的 Ford／ Getra96檔變速器中可以看到的激光焊接沖壓鋼滑動齒輪選擇器軸套。齒輪盤片的激光和摩擦焊接同時保證了所需機器設計空間的降低，這是一種由雷諾公司在 5檔副軸圓型變速器設計中發(fā)明的技術，命名為 EMI，曾在 2022年展出并因為重慶航天職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 3 它的簡單和輕便僅 22公斤卻能提供 140N另一方面，設計人員也在其齒輪提供轉矩輸出的設計上進行了認真的研究，提高了耐久性和低噪聲水平。傳統(tǒng)的汽車變速器設計是采用許多經驗公式計算和測繪同類型變速器來初步確定其參數，這樣設計出來的變速器盲目性比較大，常過于保守。當發(fā)動機選定時，就要求設計的變速器在規(guī)定的使用年限內保證其性能，而且要求變速器體積最小，節(jié)省材料，降低成本。這種設計方法在一定程度上伴隨著主觀性，而通過變速器專業(yè)軟件的優(yōu)化功能，可適當的消除這種盲目性和主觀性 [8]。發(fā)達國家汽車開發(fā)能力的高低已不再用它擁有多少高級開發(fā)能力的人才和先進設備的多少來評價，而是用更重要的一個方面就是它是否擁有最先進的開發(fā)軟件和數據庫來評價。傳統(tǒng)的經驗公式已經無法滿足新型變速器設計的要求。當今科技日新月異，轎車生產的手段方法與目標也不斷在改變。 綜上所述，不僅從變 速箱本身的特點，還是設計手段與方法的整個趨勢來看，將先進的設計方法引入變速箱的設計是及其必要的。它可以直接將一個復雜的要求引入到設計過程中，能在不改變或較少改變設計系統(tǒng)的情況下，進行進一步設計和檢驗其合理性。 采用前置后驅形式的轎車一直被認為是極具駕駛樂趣的車型。以寶馬為例，除其中某幾款四驅車型以外，其余車型均采用前置后驅的形式。而前置后驅的布置，使得寶馬汽車的前后軸荷可以達到完美的 50:50。 (三 )研究 的內容 本文主要參考同類齒輪軟件的設計，結合變速箱設計的實際情況，對手動變速器的結構、工作原理及工作過程進行一定的研究。完成齒輪、軸和軸承等主要零件以及同步器同步過程的分析。 有級變速器與無 級變速器相比，其結構簡單、制造低廉，具有高的傳動效率（ η =~），因此在各類汽車上均得到廣泛的應用。 傳動比范圍是變速器低擋傳動比與高擋傳動比的比值。目前，轎車變速器的傳動比范圍為 ~。 變速器擋位數的增多可提高發(fā)動機的功 率利用效率、汽車的燃料經濟性及平均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。因此，直接操縱式變速器擋位數的上限為 6 擋。 某些轎車的變速器，采用僅在好路和空載行駛時才使用的超速擋。但與傳動比為 1 的直接擋比較，采用超速擋會降低傳動效率。 三軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應用。將第一、第二軸直接連接起來傳遞扭矩則稱為直接擋。因此，直接擋的傳遞效率高，磨損及噪 音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點。因此。其缺點是：除直接擋外其他各擋的傳動效率有所下降。與三軸式變速器相比，其結構簡 單、緊湊且除最到擋外其他各擋的傳動效率高、噪聲低。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動系的結構簡單。除倒擋常用滑動齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他擋均采用常嚙合斜齒輪傳動；個擋的同步器多裝在第二軸上，這是因為一擋的主動齒 輪尺寸小，裝同步器有困難；而高擋的同步器也可以裝在第一軸的后端，如圖示。另外，低擋傳動比取值的上限（ igⅠ =~）也受到較大限制，但這一缺點可通過減小各擋傳動比同時增大主減速比來取消。后者比直齒輪有更長的壽 命、更低的噪聲，雖然其制造稍復雜些且在工作中有軸向力。但是在本設計中，由于倒擋齒輪采用的是常嚙式，因此也采用斜齒輪。圖 2圖 2圖 25 分別是幾種中間軸式四，五，六擋變速器傳動方案。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機轉矩經變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器的傳動效率高， 可達 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少因為直接擋的利用率高于其它擋位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進擋位工作時，變速器傳遞的動力需要經過設置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒輪（一擋）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數傳動方案中除一擋以外的其他擋位的換擋機構，均采用同步器或嚙合套換擋，少數結構的一擋也采用同步器或嚙合套換擋，還有各擋同步器或嚙合套多數情況下裝在 第二軸上。在擋數相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數，換擋方式和到擋傳動方案上有差別。 圖 24a 所示方案，除一，倒擋用直齒滑動齒輪換擋外，其余各擋為常嚙合齒輪傳 動。 圖 24 中間軸式五擋變速器傳動方案 圖 25a 所示方案中的一擋、倒擋和圖 b 所示方案中的倒擋用直齒滑動重慶航天職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 10 齒輪換擋，其余各擋均用常嚙合齒輪。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋。伸長后的第二軸有時裝在三個支承上，其最后一個支承位于加長的附加殼體上。 變速器用圖 24c 所 示的多支承結構方案，能提高軸的剛度。圖 24c 所示方案的高擋從動齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時一擋和倒擋齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里，而中間擋的同步器布置在中間軸上是這個方案的特點。圖 26b 所示方案的優(yōu)點是換倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。圖 26c 所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點重慶航天職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 11 是換擋程序不合理。圖 26e 所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖 26g 所示方案。 本設計采用圖 26f 所示的傳動方案 圖 26 變速器倒擋傳動方案 因為變速器在一擋和倒擋工作時有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變 速器的低擋與倒擋，都應當布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低擋到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。 重慶航天職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 12 (二 )變速器主要零件結構方案的分析 變速器的設計方案必需滿足使用性能、制造條件、維護方便及三化等要求。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒 圓柱齒輪有使用壽命長，工作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時稍復雜，工作時有軸向力。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。 換擋結構分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器三種。因此，除一擋、倒擋外很少采用。其缺點是結構復雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質同步環(huán)的使用壽命較短。 當變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時，可以用移動嚙合套換擋。此外因增設了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉部分的總慣性力矩增大，因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上使用。其缺點是結構復雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質同步環(huán)的使用壽命較短。 在本設計中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實現同步的。同步器的結構如圖 27 所示： 重慶航天職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 14 m a x 0 m a x m a x m a x( c o s s in )e g I TrT i i m g f m gr ? ? ? ?? ? ?maxmax 0rgemg ri Ti? ??三、 變速器主要參數的選擇 表 相關參數 主減速比 最高時速 最大扭矩 最大功率 最高轉速 215km/h 200//Nm/3600rpm 115kw/6400rpm 6500r/min (一 )變速器主要參數的選擇 近年來，為了降低油耗，變速器的擋數有增加的趨勢。本設計也采用 5 個擋位。 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。 m)； i0主減速比； 重慶航天職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 15 max 2e gI TrTi Gr ? ??2max 0rgIeTGri Ti???max1mingngiq i?? η汽車傳動系的傳動效率。 由已知條件：滿載質量 1800kg； rr=307mm； Te max=200N根據上式可的出： q=。三軸 式變速器的中心局 A（ mm）可根據對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經驗公式初定： A = 3 1max 0AK T i η (34) 式中， K A中心距系數。 變速器的 橫向外形尺寸，可根據齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機構的布置初步確定。貨車變速器殼體的軸向尺寸與擋數有關：