两轴四档变速器的设计论文

HONDA 轿车两轴四档变速器设计第 0 页 共 38 页HONDA 轿车两轴四档变速器设计1 前言现在，汽车越来越普及，我们不但追求它的功能还有追求它的速度， 速度取决于发动机的性能，这似乎成为了横量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一颗“健康的心”是非常重要的，因为它是动力的缔造者。但是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器，变速器现在发展也越来越快，功能也越来越高级。从汽车发展的历史，还有人们在不断的追求汽车的简便性，变速器发展就越来越多了，但是还是有几个品种的，主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。就针对我国现在目前汽车发展的情况而言，主要目前对变速器技术都有不同程度的研发，在不同的几种变速器其中，CVT 技术发展水平走在最前面，同时 AMT 正在加速产业化。手动变速器(MT)手动变速器（manual transmission） ，简称 MT，即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。人们在追求驾驶的简单化而言，就有人说，手动繁琐的驾驶操作等缺点，就会阻碍了汽车高速发展前进的步伐，所以手动变速器会不久以后就会淘汰了，但是不管什么事，我们从事物发展的另一个角度来看，就目前市场的需求和适用角度来看，手动变速器不会过早的离开现在的汽车市场。对于不同的车型，手动变速器还是存在着它的一定优势的，我们就从商用车的特性上来说，以卡车为例，卡车大部分是运输的，它所运输的货物一般都是数十吨中的货品，面对如此高的“压力” ，除了保证发动机要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲” ，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。随着人们生活水平的提高，收入也在不停得增加，轿车也慢慢的普及化了，已经开始走进平常的百姓家了，对于中低层的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在1 前言第 1 页 共 38 页车市名列前茅。自动变速器（AT）自动变速器（AutomaticTransmission）主要是液压和电控系统控制实现自动换档，自动变速器主要是通过利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。为了使在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，驾驶者都会选择装有自动变速器的汽车，这样可以尽情享受高速驾驶时快乐的感觉。就对当前而言，自动变速器还是有很大的发展空间的，例如它的起步时间比较短，同时又非常适合女性朋友开，所以还是还有很大的发展空间的。从 2002-2006年间，女性用户从 20.3%增长到 30.9%，而自动档变速器使用方便特点深受女性用户群的喜爱。另外在消费者调查中最受关注的汽车配件中，第一名是安全气囊，第二就是自动档的变速器。在中国，自动档变速器的市场是十分乐观的。手动/自动变速器（AMT）由于变速器的发展，人们不断在追求开车的简单舒服，从而想出了自动变速器出来，但是人们又不想摒弃传统的手动变速器，因为在某些时候也需要自动的感觉。就在这个时候手动/自动变速器便由此诞生。 。此型车在其档位上设有 “+”、 “-”选择档位。在 D 档时，可自由变换降档(-)或加档(+)，如同手动档一样。该变速器结合了自动变速器和手动变速器的优点，最大限度地减少了变速系统的功率损耗。手动挡因为自己可以自由调节挡位及转速，驾驶起来有种畅快的感觉，运动感十足，富有驾驶乐趣。如今，随着技术日趋成熟和成本降低等因素，这种以前堪称奢侈的装备离我们普通消费者越来越近。这种手动/自动变速系统首先由德国专业高性能跑车生产厂家保时捷在其 911 车型上推出，称之为 Tiptronic。它的出现使得高性能跑车不必受限于传统的自动挡的束缚。让驾驶者也能享受手动换挡的乐趣。无级变速器当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高的。汽车变速器的发展也在不断地提高，那么新一代无级变速器便是人们追求的“极速HONDA 轿车两轴四档变速器设计第 2 页 共 38 页境界” 。无级变速器最早由荷兰人范多尼斯（VanDoornes ）发明。无级变速系统相对于那些手动变速器或自动变速器而言，不是向那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档” 、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友将自动变速器称为无级变速器，这是错误的。虽然它们存在一些相似点，但是他们之间还是有很大的区别的，如自动变速器只有换档是自动的，但它的传动比是有级的。然而无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档” 。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。从市场走向来看，汽车现在慢慢的走进平常的百姓家里，每一个变速器都会随着改变的，就像无级变速器一样，它本来是一个高技术含量的零件，现在也同样走进了普通轿车的“身体” 之中，而且奇瑞汽车销售公司表示 QQ 无级变速器型年底上市。看来无级变速器在中档车中的运用将越为广泛。1 前言第 3 页 共 38 页2 变速器的构造 2.1 主要结构说明2.1.1 齿轮型式变速器所用的齿轮有斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮虽然制造时复杂、工作时有轴向力，但因其使用寿命长、工作平稳、噪音小而仍然得到广泛的使用。变速器中的长啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使长啮合齿轮数增加，并导致变速器的质量和转动惯量增大。直齿圆柱齿轮用于低档和倒档。本次设计中除一、倒档，其余全为斜齿圆柱齿轮2.1.2 换档结构型式当前汽车上的机械式变速器采用的换档结构形式有三种：1）滑动齿轮换档通常是采用滑动直齿轮进行换档，但也有采用滑动斜齿轮换档的。滑动直齿轮换档的优点是结构简单、紧凑、容易制造；缺点是换档时齿端面承受很大的冲击，会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大。所以这种换档方式，一般仅用在一档和倒档上。采用滑动斜齿轮换档，虽有工作平稳、承裁能力大、噪声小的优点，但它的换档仍然避免不了齿端面承受冲击，所以现代汽车的变速器中，前进档采用滑动齿轮换档的已甚为少见。2）啮合套换档用啮合套换档，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合的斜齿轮。这种结构既具有斜齿轮传动的优点，同时克服了滑动齿轮换档时，冲击力集中在12个轮齿上的缺陷。因为在换档时，由啮合套以及相啮合的接合齿上所有的轮齿共同承担所受到的冲击，所以啮合套和接合齿的轮齿所受的冲击损伤和磨损较小。它的缺点是增大了变速器的轴向尺寸，未能彻底消除齿轮端面所受到的冲击。本设计中倒档采用这种换档方式。3）同步器换档采用同步器换档有很多的优点：如齿轮换档无冲击、操纵轻便、换档时间短、加速快、安全高。此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。它也存在一些缺点：HONDA 轿车两轴四档变速器设计第 4 页 共 38 页a)b)图 2防 止 自 动 脱 档 的 结 构 措 施 如结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中。此外，自动脱档是变速器的主要障碍之一。为解决这个问题，我们主要在结构上实施有效的方案，如下：1） 把啮合套做得足够长（如图 2 a）或者两接合齿的啮合位置错开（图 2 b） 。使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，以阻止自动脱档。2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.30.6mm） ，这样，换档后啮合套的后端面便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档（图 3） 。3）将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角，使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力（图 4） 。这种结构方案比较有效用较多。 2 变速器的构造 第 5 页 共 38 页图 4防 止 自 动 脱 档 的 结 构 措 施 加 工 成 斜 面此 段 切 削图 3防 止 自 动 脱 档 的 结 构 措 施 因同步器能实现迅速和无噪声换档，换档时又能避免啮合套端部受到损坏，并使操纵轻便，所以近代的汽车变速器，除轿车的倒档和货车的一档、倒档外，其它档位多数都装有同步器。HONDA 轿车两轴四档变速器设计第 6 页 共 38 页同步器分为常压式、惯性式和惯性增力式三种。常压式同步器虽然结构简单，但不能保证被啮合件在同步状态（即角速度相等）下换档的缺点，故仅在少数重型窃车上得到应用，而在打多数变速器中得到广泛应用的是惯性式同步器。惯性式同步器按结构分有锁削式、滑块式、锁环式、多片式、和多锥式几种。本设计中前进档采用锁销式同步器档换方式2 变速器的构造 第 7 页 共 38 页3 设计参数3.1 传递功率或扭矩：发动机 最大扭矩 T=206N.m/4900r/min;最大功率 P=110 KW/5700r/min;3.2 初定各档传动比：选定变速器一、二、三、四档的传动比分别为为：=2.528； =1.925； =1.305； =0.620；1i2i3i4i3.3 中心矩 A 的初算与确定中心距对变速器的设计起着非常的重要的作用，例如尺寸和质量都有影响，所以我们一定要保证齿轮的强度。两轴式变速器的中心局 A（mm）可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定：31maxAkT式中 -中心距系数。对轿车， =8.99.3，取 =9.2；Ak Ak-变速器处于一档时，第二轴输出的转矩，其值为：1maxT 1maxa1egTi-发动机的最大转矩 206N.me-变速器的传动效率，取 0.96g故 =2062.5280.96=499.94 Nm1maxT故可得出初始中心距 A=73.017mm取整为 A = 73mm轿车变速器的中心距在 6580mm 范围内变化，所以是合格的。3.4 变速器的总体轴向尺寸的初算与确定轿车四档变速器壳体的轴向尺寸 3.03.4A。当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数 KA 应取给出系数的上限。为检测方便， A 取整数。本次设计中，其壳体的轴向尺寸是 2.85 70mm=199.5mm，变速器壳体的最终轴向尺寸应由变速器总图的结构尺寸链确定。HONDA 轿车两轴四档变速器设计第 8 页 共 38 页3.5 齿轮参数（模数、齿数、压力角）的初算与确定（1） 齿轮模数变速器齿轮的法向模数由表 1 给出的范围按表 2（国标 GB/T1357-1987）规定选取。表 1 汽车变速器齿轮的法向模数 （mm）nm车型 微型、普通型轿车 中级轿车 中型货车 重型车m 2.252.75 2.753.00 3.504.50 4.506.00表 2 渐开线圆柱齿轮模数（GB/T1357-1987）第一系列 0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6第二系列 0.35第一系列 0.8 1 1.25 1.5 2 2.5第二系列 0.7 0.9 1.75 2.25第一系列 3 4 5 6第二系列 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.5 5.5第一系列 8 10 12 16第二系列 （6.5） 7 9 （11） 14 18第一系列 20 25 32 40 50第二系列 22 28 36 45注：1.对于斜齿圆柱齿轮是指法向模数 。nm2.优先选用第一系列，括号内的数值尽可能不用。从轮齿应力的合理性及强度考虑，每对齿轮应有各自的模数，但从工艺性考虑，以各变速器的模数应尽可能统一。故在本设计中，可选取各齿轮的模数为：档：选用直齿轮， =3.5mm1nm档：选用斜齿轮， =3.3mm2档：选用斜齿轮， =3.3mm3n档：选用斜齿轮， =3mm4m倒档：选用直齿轮， =3.5mm（2） 齿形、压力角 、螺旋角 和齿宽 b变速器齿轮中常用的参数如齿形、压力角、及螺旋角按表 2-1 选取。2 变速器的构造 第 9 页 共 38 页表 3 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角车型 齿形 压力角 螺旋角 轿车 高齿并修形的齿形 14.5，15，1616.5 2545一般货车 GB1356-78 规定的标准齿形 20 2030重型车 GB1356-78 规定的标准齿形 低档、倒档齿轮 22.5，25 小螺旋角压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时，增加轮齿的抗弯强度、表面接触强度等。对于轿车而言，为加大重合度且降低噪声，压力角应该取小些；对与货车而言，为提高齿轮承载力，压力角应该取大些。齿轮标准压力角为 20，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为 20。故本设计中选取齿轮压力角为：=20。选取斜齿轮的螺旋角时，应考虑下列问题：首先，增大 角使齿轮啮合的重合系数增加、工作平稳、噪声降低。实验还证明，随着齿轮啮合得增大，齿的强度也相应的提高，不过当螺旋角大于 30时，其弯曲强度骤然下降，而接触强度仍继续上升，因此从提高低档齿轮的弯曲强度出发，并不希望 过大，而从提高齿轮的接触强度着眼，可选取较大的 值。在本设计中，可选取螺旋角：=24。其次，齿轮传递转矩时，要产生轴向力。设计时应力求使中间轴上是轴向力相互抵消。为此，中间轴上的全部齿轮