【正文】 發(fā)展的主旋律的今天，面對汽車行業(yè)迅速發(fā)展和綠色、節(jié)能、環(huán)保的挑戰(zhàn)，對汽車主要動力總成變速器的研發(fā)也提出更高要求。乘用車變速器中的AT、CVT、AMT、DCT等自動變速器的需求在快速提升。CVT由于是無級變速，換擋舒適性顯然最佳；七檔DCT在節(jié)油和舒適性兩方面均顯示出了不錯的效果。經(jīng)過這幾年的刻苦學習，我掌握了多門基礎知識和專業(yè)知識。畢業(yè)設計是對每個大學生進行知識掌握與實際運用的一次大檢閱，充分體現(xiàn)了一個設計者的知識掌握程度和創(chuàng)新思想。在汽車變速箱100多年的歷史中，主要經(jīng)歷了從手動到自動的發(fā)展過程。它們各有優(yōu)缺點：MT的節(jié)能效果最好、經(jīng)濟性娛樂性強，但對駕駛技術要求高；AT的節(jié)能效果差一些，但是操作簡單、舒適性好、元器件可靠性高；AMT具備前兩者的優(yōu)點，但在換擋時會有短暫的中斷，舒適性差一些；CVT結構簡單、效率高、功率大、車速變化平穩(wěn)，但它的傳動帶容易損壞，無法承受較大的載荷；DCT結合了手動變速器的燃油經(jīng)濟性和自動變速器的舒適性，它是從傳統(tǒng)的手動變速器演變而來，目前代表變速器的最高技術。2009年，手動變速器市場份額有所下降，為68%，自動變速器市場份額為32%。從2002到2007年間自動檔變速器市場占有率從9%增長到26%，Global Insight公司預計到2012年自動檔變速器將占據(jù)33%的份額，而乘用車市場自動檔所占的比例可能達到44%。另外在消費者調(diào)查中最受關注的汽車配件中，第一名是安全氣囊，第二就是自動檔的變速器。同時手動檔變速器的節(jié)能型，經(jīng)濟性以及駕駛娛樂性也決定了其不可替代性。，長期來看變速器不是單一式的發(fā)展趨勢，沒有哪一種形式變速器會成為最后的贏家。，中國本土的企業(yè)應該更加關注DCT這個產(chǎn)品，因為它將有非常好的前景。2．自動變速器之所以發(fā)展如此迅速是因為它操縱起來簡單方便，但同時也減少了駕車的樂趣。3．如何設計出結構更簡單、傳動效率更高、使汽車車速變化更加平穩(wěn)以及駕車舒適性更高的變速器，則一直都是變速器設計所要攻克的技術難關。全球汽車市場的自動變速器占有量，不論是AT還是CVT，不論是DCT還是AMT，每年都在大幅增長。但遺憾的是，目前國內(nèi)自動變速器大量依賴進口的局面沒有得到徹底改觀，因此，外資品牌本地化生產(chǎn)和自主品牌變速器產(chǎn)業(yè)化，成為人們共同關心的問題。面對這千載難逢的發(fā)展機遇，我國的制造業(yè)企業(yè)要盡快提高制造水平，以適應世界制造業(yè)市場的激烈競爭。2 變速器的總體方案設計本次畢業(yè)設計的任務是設計一臺用于輕卡的六檔變速器，其主要指標參考福田手動變速器。要求完成變速器的選型、設計計算并繪制相關圖紙。它作為汽車動力系統(tǒng)重要的組成部分，主要用于轉變從發(fā)動機曲軸傳出的轉矩和轉速，以適應汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下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）應保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟性指標。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。 汽車在行駛過程中，變速器內(nèi)不應有自動跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。 （3）重量輕、體積小。選用優(yōu)質鋼材，采用合理的熱處理，設計合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。 為減小齒輪的嚙合損失，應有直接檔。 （5）噪聲小。 （6）貫徹零件標準化、部件通用化和變速器總成系列化等設計要求，遵守有關標準和法規(guī)。有級變速器按根據(jù)前進檔檔數(shù)的不同，可以分為三、四、五檔、六擋和多檔變速器。輕型貨車變速器的傳動比變化范圍約為5～6，其他貨車為7以上，為了降低油耗亦趨向于增加1個超速檔；～lOt多用五檔變速器；大于lOt的多用6個前進檔或更多的檔位。其中固定軸式應用廣泛，有兩軸式和三軸式之分，前者多用于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車上，而后者多用于發(fā)動機前置后輪驅動的汽車上。以下是三軸式和兩軸式變速器的傳動方案。將第一、第二軸直接連接起來傳遞扭矩則稱為直接檔。因此，直接檔的傳遞效率高，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：處直接檔外其他各檔的傳動效率有所下降。與三軸式變速器相比，其結構簡單、緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動效率高、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。除倒檔常用滑動齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均采用常嚙合斜齒輪傳動；個檔的同步器多裝在第二軸上，這是因為一檔的主動齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端，如圖示。另外，低檔傳動比取值的上限也受到較大限制,但這一缺點可通過減小各檔傳動比同時增大主減速比來取消。圖23是三軸式六檔變速器傳動方案。使用直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機轉矩經(jīng)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檔的利用率高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進檔位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)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，一檔仍然有較大的傳動比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機構，均采用同步器或嚙合套換檔，少數(shù)結構的一檔也采用同步器或嚙合套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。在檔數(shù)相同的條件下，各種三軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方式和倒檔傳動方案上有差別。圖23b所示方案除倒擋采用直齒滑動齒輪換擋外，其余各前進檔均用常嚙合齒輪傳動。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有的檔位用嚙合套換檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合套換檔。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。本設計最終采用圖23（b）所示方案。在前進檔的傳動路線中，加入一個傳動，使結構簡單，但齒輪處于正負交替對稱變化的彎曲應力狀態(tài)下工作。圖24b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。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。圖24d所示方案針對前者的缺點做了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。圖24f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構復雜一些。圖24 常見倒檔傳動方案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。齒輪形式有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪。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檔和倒擋。現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器換檔。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(xiàn)同步的。其結構及工作原理將在第六章重點講解。在本設計中，第一軸常嚙合齒輪及第二軸上齒輪由于內(nèi)腔尺寸較小，所以采用滾針軸承。3 變速器主要參數(shù)的選擇本設計是根據(jù)福田奧鈴CTX輕卡中的141馬力42載貨車（BJ1089VEJEAFD）車型而開展的，設計中所采用的相關參數(shù)均來源于此種車型： 圖31 福田奧鈴CTX輕卡 表31 設計所用參數(shù)總質量最大功率最大功率轉速最大轉矩最大轉矩轉速主傳動比輪胎型號8190kg105kw2600rpm450N目前，卡車一般用多檔變速器。選擇最低檔傳動比時，應根據(jù)汽車最大爬坡度、驅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動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。故有 （31）則由最大爬坡度要求的變速器Ⅰ檔傳動比 （32）式中 m——汽車總質量； g ——重力加速度； ψmax ——道路最大阻力系數(shù)； rr ——驅動輪的滾動半徑； Temax ——發(fā)動機最大轉矩； i0——主減速比； η ——汽車傳動系的傳動效率。由已知條件：滿載質量 8190kg；rr=；Te max=450Nm；i0=；η=。中間檔的傳動比理論上按公比為： （34）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)且常用檔位間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動機參數(shù)的合理匹配。故有：、。三軸式變速器的中心距A，可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式進行初選。m； ——變速器的I檔傳動比； ——變速器的傳動效率。齒輪模數(shù)選取的一般原則：1）為了減少噪聲應合理減小模數(shù)，同時增加齒寬；2）為使質量小些，應該增加模數(shù)，同時減少齒寬；3）從工藝方面考慮，各擋齒輪應該選用一種模數(shù)；4）從強度方面考慮，各擋齒輪應有不同的模數(shù)。所選模數(shù)值應符合國家標準的規(guī)定。倒擋直齒輪的模數(shù)m （38） 通過計算m= ，取m=3mm。表33 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角齒形壓力角α螺旋角β轎車高齒并修形的齒形176。、16176。25176。一般貨車GB/T13562001規(guī)定的標準齒形20176。~26176。、25176。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。,嚙合套或同步器取30176。在齒輪選取大的螺旋角時，齒輪嚙合重合度增加，工作平穩(wěn)，噪聲降低。時，抗彎強度急劇下降，會使軸向力及軸承載荷過大。～26176。選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使中間軸上的軸向力相互抵銷。圖22[1]為中間軸軸向力平衡圖。 變速器各對齒輪之間會因模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因而使其中心距不等，設計時可用調(diào)整螺旋角的方法使中心距一致起來。通常根據(jù)模數(shù)（）來選擇齒寬： 直齒：=, （310） 斜齒：= （311） 式中，——齒寬系數(shù)，～ ，～； ——模數(shù)； ——法面模數(shù)。 第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長度增加，接觸應力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 各檔齒輪齒數(shù)的分配齒數(shù)確定原則：各檔齒輪齒數(shù)比應盡可能不是整數(shù), 且各檔齒數(shù)盡可能無公約數(shù)。為了使盡量大一些，應將取得盡量大一些，這樣，在已定的條件下的傳動比可小些，以使第一軸常嚙合齒輪可分配到較多齒數(shù)，以便在其內(nèi)腔設置第二軸的前軸承。對中心距修正：圓整后（2） 確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)由式(312)可見 （314）由前文得 ，代入得 （315）取 聯(lián)立（314）、（315）兩式解得 =2， ，與假設誤差小于5%。由式（3—9）知，理論上有 與相差不大，多余的軸向力由軸承抵消。由式（3—9）知，理論上有 與相差不大，多余的軸向力由軸承抵消。由式（3—9）知，理論上有 與相差不大，多余的軸向力由軸承抵消。由式（3—9）知，理論上有 與相差不大，多余的軸向力由軸承抵消。 由于前文中關于倒檔選用了直齒滑動齒輪，所以有模數(shù)，一般中間軸齒輪的齒數(shù)比略小，倒檔軸齒輪的齒數(shù)范圍為。漸開線齒輪除了能滿足傳動平穩(wěn)、傳動比恒定不變等傳動的基本要求外，還有互換性好、中心距具有可分離性及切齒刀具制造容易等優(yōu)點。漸開線圓柱齒輪的基準齒形(GB135678)見表 圖41 基準齒形41[6]及圖41[7]。變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。高度變位可增加小齒輪的齒根強度，使它達到和大齒輪強度想接近的程度。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。變位系數(shù)的選擇原則 ：1）對于高檔齒輪，應按保證最大接觸強度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。 3）總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強度越低。為了降低噪聲，對于變速器中除去一、二檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一、二檔和倒檔齒輪，應該選用較大的值。表中的、見表41[8]。表43齒輪主要參數(shù)主要參數(shù)齒數(shù)法面模數(shù)(mm)端面模數(shù)(mm)螺旋角變位系數(shù)分度圓直徑(mm)齒根圓直徑(mm)齒頂圓直徑(mm)齒頂高(mm)齒根高(mm)1檔174176。343檔274176。136124142362810294112545擋 374176。14倒 檔32330176。國產(chǎn)汽車變速器齒輪的常用材料是20CrMnTi