【正文】 器技術(shù)的發(fā)展。變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水 平 的 一 項(xiàng) 重 要依據(jù)。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)分為： 三 檔變速器，四檔變速器，五檔變速器 ，多檔變速器。其中 固 定軸式又分為：兩軸式變速器，中 間 軸式變速器，雙中 間軸式變速器，多中間 軸式變速器。旋轉(zhuǎn)軸式 主 要用于液力機(jī)械式變速器。 變速器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向如下： (1)節(jié)能 與環(huán)境保護(hù)。 因此 研究高效率的傳動(dòng)副 來(lái)節(jié)約能源 ，采用零污染的 工 作介質(zhì)或潤(rùn)滑油 來(lái) 避免環(huán)境污染，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和行駛 工況來(lái) 設(shè)計(jì)變速器，使發(fā)動(dòng)機(jī) 工 作在最佳狀態(tài)，以保證汽車在最高傳動(dòng)效率和最低污染物排放 區(qū) 運(yùn)行： (2)應(yīng)用新型材料。 各 種新型材料在變速器 種 的 應(yīng) 用 已經(jīng) 推動(dòng)了汽車技術(shù)的發(fā)展和性能的提高。高性能、高效、精密、低噪聲、長(zhǎng)壽命、重量輕、體積小、低成本一直以 來(lái)是變速器的發(fā)展方向； 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 (4)智能化、集成化。其特點(diǎn)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和汽車的行駛 工 況，通過(guò)計(jì)算機(jī)智能控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器傳動(dòng)比的實(shí)時(shí)控制，使發(fā)動(dòng)機(jī) 工 作在最 佳 狀態(tài)。這樣的汽車可以依據(jù)駕車者 的性情、路面的狀況、車身的負(fù)荷乃至周邊環(huán)境等多種 因 素，挑選最適合的功能，實(shí)現(xiàn)智能化駕駛，以充分發(fā)揮車輛的性能，降低油耗，確保安全。 隨著科技的發(fā)展和汽車 工 業(yè)的 不 斷向前進(jìn)步，汽車 多檔 變速器會(huì)越來(lái)越多的得到使用。變速器設(shè)有倒檔，使汽車獲得倒退行駛能力。 變速器的基本設(shè)計(jì)要求 在本次設(shè)計(jì)中，由于是對(duì)傳統(tǒng)的變 速器進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì)， 在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率等條件下，主要完成變速器機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。主箱是三軸式六檔的變速器，齒輪全部為斜齒輪，采用慣性鎖環(huán)式同步器，最高檔位為直接檔 1。從而使掛入副箱減速檔時(shí)或得通過(guò)減速齒輪后的六個(gè)減速檔位。變速器不得有跳檔、亂檔及換檔沖 擊 等現(xiàn)象發(fā)生； (7)變速器應(yīng)有高的 工 作效率 ； (8)變速器的 工 作噪聲低。 變速器 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析和 方案的設(shè)計(jì) 目前，汽車上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國(guó)汽車的使用、制造、修理等條件不同，也是由于各種類型汽車的使用要求不同所決定的。各種機(jī)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)隨主觀和客觀條件的變化而變化。 機(jī)械式 變速器，具有高的傳動(dòng)效率（ η= ～ ），因此在 各類車上得到廣泛的應(yīng)用 。變速器擋位的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和平均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。 某些轎車和貨車的變速器，采用僅在良好的路面和空載行駛時(shí)才使用的超速擋。 機(jī)械式 變速器的 傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括齒輪副 的數(shù)目、 齒輪的 轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。 雙中間軸特點(diǎn)分析 ，使中間軸上多個(gè)齒輪傳遞輸出的力大小相等，方向相反，從而使輸出軸只受扭矩而不受彎矩，可在設(shè)計(jì)時(shí)減小軸頸和齒輪直徑，從而減小 中心距。 ，主軸齒輪與二軸之間可以沒有滾針軸承，減小發(fā)熱故障，提高工作可靠性和性價(jià)比。 倒擋布置方案分析 倒檔齒輪的結(jié)構(gòu)及其軸的位置，應(yīng)與變速器的整體結(jié)構(gòu)方案同時(shí)考慮。換倒檔時(shí)能順利換入倒檔，而不和其它齒輪發(fā)生干涉。為實(shí)現(xiàn)倒擋傳 動(dòng)，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案。 圖 21 倒擋布置方案 圖 22 為常見的倒擋布置方案。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖 22d 所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖 22c所示方案。圖 22f 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。 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)有較大的力，所以無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸 式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，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。此時(shí)在倒擋工作時(shí)，齒輪磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，與此同時(shí)在一擋工作時(shí)齒輪的磨損與噪聲有所減少。承受載荷大的低檔齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以較小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過(guò)多。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。 能夠更充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的 功率，使汽車行駛 時(shí) 所需發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的總轉(zhuǎn)數(shù)減少，因而有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和降低燃料消耗。 與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、 工 作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)， 但是考慮到設(shè)計(jì)過(guò)程的復(fù)雜性，以及現(xiàn)在通用的多檔變速器多為直齒輪 ，如圖22。 變速器軸 變速器在工作是承受力扭矩、彎矩，因此應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。這一點(diǎn)很重要，與其它零件的設(shè)計(jì)不同。 軸的結(jié)構(gòu)主要依據(jù)變速器結(jié)構(gòu)布置的要求，并考慮加工工藝，裝配工藝而最后確定。 滾針軸承、滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。由于本設(shè)計(jì)的變速器為 三軸式 變速器，變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。 根據(jù)載貨汽車的軸承承受高扭矩和高負(fù)荷且有一定軸向力故 中間軸前、后軸承，按直徑系列一般選用圓柱滾子軸承 或圓錐滾子軸承 。 換檔機(jī)構(gòu) 目前汽車上的機(jī)械式變速器采用的換檔結(jié)構(gòu)形式有三種： 1. 滑動(dòng)齒輪換檔：通常是采用滑動(dòng)直齒輪進(jìn)行換檔，但也有采用滑動(dòng)斜齒輪換檔的。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 缺點(diǎn)是換檔使齒面承受很大的沖擊，會(huì)導(dǎo)致齒輪過(guò)早損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種換檔方式一般僅用在倒檔上。而斜齒輪上另外有一部分做成直的結(jié)合齒，用來(lái)與嚙合套向嚙合。因?yàn)樵趽Q檔時(shí)，有嚙合套以及相嚙合的結(jié)合齒上所有的輪齒共同承擔(dān)所受到的沖擊，所以嚙合套和結(jié)合齒的輪齒所受的沖擊損傷和磨損較小。 3. 同步器換檔：現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器。并且具有操縱輕便，經(jīng)濟(jì)性和縮短換檔時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，從而改善了汽車的加速性，經(jīng)濟(jì)性和山區(qū)行使的安全性。但是近 年來(lái)由于同步器的廣泛使用，受命問題已解決。一般考慮原則是不常用的倒檔和一檔采用結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的滑動(dòng)直齒輪或嚙合套的形式。 防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 自動(dòng)脫擋是變速器的主要故障之一。為解決這個(gè)問題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種： 互鎖銷式 圖 23 是汽車上用得最廣泛的一種機(jī)構(gòu)，互鎖銷和頂銷裝在變速叉 軸之 間 ，用銷 子 的長(zhǎng)度和凹槽來(lái)保證互鎖。圖 23， b， c， d為某一 叉 軸在 工 作位置，而其他叉軸被鎖住。 轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式 圖 25 為 與 上 述鎖塊機(jī)構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動(dòng)鉗 口 式互鎖裝置。選檔時(shí)操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時(shí)鉗形板的一個(gè)或兩個(gè)鉗爪抓住其它兩個(gè)變速叉，保證互鎖作用。 圖 24擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 25轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖機(jī)構(gòu) 本章小結(jié) 本章 首先先確定了設(shè)計(jì)變速器所需的汽車主要參數(shù)以及 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式的選擇并 依據(jù)變速器幾種常見的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，對(duì)兩軸式和中間軸式的變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，分析了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)介紹了幾種常見的倒擋機(jī)構(gòu)布置方案， 闡述 了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)倒檔布置形式做出了選擇 。最后結(jié)合本次設(shè)計(jì)所依據(jù)車輛的主要技術(shù)參數(shù)，選擇了本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案和零、部件的結(jié)構(gòu)形式，作為以后 變速器 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 已知：最高車速 maxau = maxav =90 km/h；最高檔為超速檔，傳動(dòng)比gi =； 車輪滾動(dòng)半徑由所選用的輪胎規(guī)格 20R? 得到 r =533(mm)； 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n = pn =3000（ r/min）；由公式（ ） 得到主減速器傳動(dòng)比計(jì)算公式 0 ? 變速器最低擋傳動(dòng)比的確定 在選擇最低擋傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪和地面的附著力、 汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮 來(lái) 確定。故有 ? ? m a xm a xm a x01m a x s i nc os ???? mgfmgr iiT r Tge ??? () 則由最大爬坡度要求的變速器 1 擋傳動(dòng)比為 ： Terg iT rfmgi ? ??0m a xm a xm a x1 )s i nc os( ?? () 式中： m － 汽車總質(zhì)量 ， m=29000 Kg； g － 重力加速度 ， ?g m/s2； f － 道路附著系數(shù) ， 02..0?f ； r － 驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑 ， =533mm； maxeT － 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ， =646Nm 0i － 主減速比 ， =； T? － 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 ， ?T? 。目前，乘用車一般用 4～ 5 個(gè)檔位的變速器。商用車變速器采用 4～ 5 個(gè)檔或多檔。多檔變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。 高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。 變速器其他各擋傳動(dòng)比的確定 變速器的擋為直接擋，其傳動(dòng)比為 ，中間擋的傳動(dòng)比理論上按公比1 11m inm a x ?? ?? ngngngg iiiiq (其中 n 為擋位數(shù) )的幾何級(jí)數(shù)排列，實(shí)際上與理論值略有出入。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。 由于變速器為中間軸式變速器 ，初選中心距可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式（ ）計(jì)算。 將各參數(shù)代入式（ ）得到： A= 初取 A=170mm 變速器齒輪參數(shù)的選擇 模數(shù) 和齒寬選擇 選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 變速器齒輪法向 模數(shù) 由下表給出 車 型 轎車 貨車 微型轎車 中級(jí)轎車 中型貨車 重型貨車 模數(shù)nm /mm ～ ～ ～ ～ 本次設(shè)計(jì)的為重型貨車故選取模數(shù)為 m= m=6 齒形、壓力角 a 壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用 或 25o 等大些的壓力角。嚙合套或同步器的壓力角有 20o 、 25o 、 30o 等，普遍采用 30o 壓力角。 齒寬 b 齒寬對(duì)變速器的軸向尺 寸 齒輪 工作平 穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度等均有影響。 選用較 大 的齒寬，工作時(shí)會(huì) 因 軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 方向受力不均勻并存齒寬方向磨損 不 均勻。 齒頂高系數(shù) 齒頂高系數(shù)對(duì)重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對(duì)滑動(dòng)速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。 本次設(shè)計(jì) 齒頂高系數(shù)取 。修正的方法有三種： 變刀具與齒輪毛坯的相對(duì)位置，又稱變位； ； 3 改變齒輪齒廓的局部漸開線，又稱修形。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)的和為零。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時(shí)增加一對(duì)齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，有避免了其缺點(diǎn)。為保證各對(duì)齒輪有相同的中心距，此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故采用的較多。 變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠(yuǎn)， 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。 總變位系數(shù)越小，一對(duì)齒輪齒根總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。 根據(jù)上述理由，為降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其它各檔齒輪的總 變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。所設(shè)計(jì)的變速器的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 。173 5 4 0 2 .7 33 2 1 6ggii? ? ? 所以無(wú)需調(diào)整 。283 5 4 4 2 .1 23 2 2 3ggii? ? ? 所以無(wú)需調(diào)整。 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(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度接