毕业设计（论文）-BJ1041型轻型载货汽车变速器设计（论文价格-图纸单独购买）

<p>车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;1 轻型货车变速器设计 &nbsp;摘 &nbsp;要 &nbsp;变速器用于转变汽车发动机曲轴的转矩和转速，目的是以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动轮起引力及车速的不同要求的需要，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有直接的影响。 &nbsp;本次设计参考 型载货汽车变速器设计，设计一款 5+1 有超速挡的 机械式变速器。 设计时，首先要根据发动机与汽车的转速求出总传动比，然后初步选定主减速器传动比。 变速器各挡传动比可以根据近似等比数列的原则求出各挡的传动比，但各挡传动比都不宜过大。采用自锁及互锁装置、倒挡安全装置，可使操纵可靠，不跳挡、乱挡、自动脱挡和误挂倒挡；除一、倒挡外，其余各挡均采用斜齿圆柱齿轮。确定传动比后，根据传动比计算各挡齿轮的模数、齿数、压力角和螺旋角。 &nbsp;全套图纸，加 153893706 按照传统设计方法，本着半经验半理论的设计原则通过类比法确定方案，参照已有车型变速器结构，采用主、副变速箱结构，从而提高了轴的刚度。换挡机构全部使用锁环式同步器 进行换挡，这样能保证迅速、无冲击、无噪车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;2 声换挡， 使换挡更加平稳 。 最后以机械零件的强度和刚度理论对确定的形状和尺寸进行必要的计算和校核，以此确定变速器的内部结构，以满足约束条件，进而缩短设计周期，降低设计成本。 &nbsp;通过分析、计算、验证得 知，本次设计的 变速器能为整车提供合理的变速速比，使车辆系统的动力性、经济性得到最大的发挥。 &nbsp;关键词： 变速器，设计，同步器，齿轮轴 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;3 F he in s is by in go as as of so on to to to of to in s to s to +1 to of to of to to of to be no t to be of by of s of of of to to in of in by to in of a so as to 辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;4 of to a no to of of to of in to of to &nbsp;of a so of of 辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;5 符 &nbsp;号 &nbsp;说 &nbsp;明 &nbsp;m &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 汽车总质量 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;g &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 重力加速度 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; /N 路最大阻力系数 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;mm &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; N &nbsp;0 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 汽车传动系的传动效率 &nbsp;传动比 &nbsp;2 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;N &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 路面附着系数 &nbsp;A &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 第二轴与中间轴的中心距 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;中间轴与倒挡轴的中心距 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;第二轴与倒挡轴的中心距 &nbsp; &nbsp; &nbsp;K &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;中心距系数 &nbsp;m &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 直齿轮模数 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 齿轮压力角 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 斜齿轮螺旋角 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;b &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 齿轮宽度 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;mm &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 齿轮变位系数 &nbsp;W齿轮弯曲应力 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; j齿轮接触应力 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; N &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; N &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; N &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;N &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;6 E &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;齿轮材料的弹性模量 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;K &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 重合度影响系数 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;mm &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; z主动齿轮节圆处的曲率半 &nbsp; &nbsp; &nbsp;mm b从动齿轮节圆处的曲率半径 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 扭转切应力 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;3G &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 轴的材料的剪切弹性模量 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;4 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;mm &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;7 目 &nbsp; 录 &nbsp;第一章 &nbsp; 前言 &nbsp;······························································ 1 § 动变速器（ &nbsp;··············································1 § 动变速器（ &nbsp;··············································2 § 动 /手动变速器（ &nbsp;·····································2 § 级变速器（ &nbsp;············································3 第二章 &nbsp; 变速器的结构分析与形式选择 &nbsp;······························ 4 § 述 &nbsp;······························································ 4 § 速器的总体结构 &nbsp;············································ 5 § 速器传动机构布置方案分析 &nbsp;······························ 6 § 速器零、部件的结构分析与型式选择 &nbsp;· ··············· 12 第三章 &nbsp; 变速器主要参数的选择 &nbsp;····································· 17 § 速器的传动比 &nbsp;·············································· 17 § 数 &nbsp;······················································· 17 § 胎半径的选择 &nbsp;········································ 18 § 减速器传动比 &nbsp;········································ 18 § 配各挡传动比 &nbsp;········································ 19 § 定中心距 &nbsp;·············································· 20 § 速 器的外形尺寸 &nbsp;····································· 21 § 轮参数 &nbsp;······················································· 21 § 轮模数 &nbsp;················································· 21 § 力角及螺旋角 &nbsp;········································ 22 § 轮齿宽 &nbsp;················································· 24 § 顶高系数 &nbsp;·············································· 25 § 挡齿轮齿数的分配 &nbsp;········································ 26 § 定一挡齿轮的齿数 &nbsp;·································· 26 § 定常啮合传动齿轮副的齿数 &nbsp;······················ 26 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;8 § 定其他各挡的齿数 &nbsp;·································· 27 § 定倒挡齿轮齿数 &nbsp;····································· 27 第四章 &nbsp; 变速器齿轮的设计计算 &nbsp;· ··································· 29 § 轮的损坏形式 &nbsp;·············································· 29 § 轮的材料选择 &nbsp;·············································· 29 § 齿强度计算 &nbsp;················································· 30 § 齿弯曲强度计算 &nbsp;····································· 30 § 齿接触应力计算 &nbsp;····································· 35 第五章 &nbsp; 变速器轴的设计计算 &nbsp;········································ 37 § 选轴的直径 &nbsp;················································· 37 § 的强度验算 &nbsp;················································· 38 § 的刚度验算 &nbsp;················································· 38 § 的强度验算 &nbsp;··········································· 41 第六章 &nbsp; 变速器轴承寿命计算 &nbsp;········································ 45 § 速器轴承 &nbsp;···················································· 45 § 二轴上的轴承寿命计算 &nbsp;····································· 46 第七章 &nbsp;键的校核计算 &nbsp;·················································· 49 § 的选择 &nbsp;· ····················································· 49 § 的校核 &nbsp;···························· ····························· 49 第八章 &nbsp; 同步器设计 &nbsp;·· ················································· 50 § 步器主要零件材 料的选择 &nbsp;······························· 50 § 环式同步器结构 &nbsp;··········································· 51 § 环式同步器的工作原理 &nbsp;·································· 51 § 擦力矩的计算 &nbsp;· ············································ 52 § 环式同步器主要尺寸的确定 &nbsp;···························· 52 § 擦锥面上的螺纹槽 &nbsp;· ································ 52 § 面半锥角 &nbsp;· ············································ 53 § 擦锥面平均半径 &nbsp;····································· 53 § 面工作长度 &nbsp;··········································· 53 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;9 § 止角 &nbsp;···················································· 54 第九章 &nbsp;变速器操纵机构 &nbsp;··············································· 55 § 纵方式 &nbsp;· ····················································· 55 § 止装置 &nbsp;· ····················································· 56 第十章 &nbsp;结论 &nbsp;······························································ 60 参考文献 &nbsp;· ································································· 61 致 &nbsp;谢 &nbsp;······································································· 62 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;10 第一章 &nbsp; 前 &nbsp;言 &nbsp;从现在市场上不同车型所 配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（ 自动变速器（ 手动 /自动变速器（ 无极变速器（ 。 &nbsp;§ 动变速器（ &nbsp;手动变速器（ 采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是邒的，所以各档的变速比是个定值（也就是所谓的“级”）。比如，一档变速比 档 到五档的 些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有 5 个值（即有 5 级），所以说它是有级变速器。 &nbsp;曾经有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在 不久“下课”，从事物发展的额角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。 &nbsp;首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装在数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力的协助。我们都知道一档特别有“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。 &nbsp;其次， 对于老司机和大部分的男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历较深的司机都是“手动”驾驶车辆的，他们对于手动变速器的认知程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，笔者觉得是不太现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已经非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚于手动，尤其是喜欢超车时手动变速器带来的那种快感，所以一些中高档的汽车 （尤其是轿车）也不敢轻易的放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外 ，关键车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;11 是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。 &nbsp;第三，随着生活水平的不断提高，现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，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，而且经济实用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如：奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速器的车，它们的各款车型基本上都是 5 档手动变速的。 &nbsp;§ 动变速器（ &nbsp;自动变速器（ ,利用行星齿轮机构进行变速，它们能够根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行 变速。而驾驶者只需要操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但地洞变速器中有很多离合器，这些离合器能随车的车速变化而自动的进行分离和合闭，从而达到自动变速的目的。 &nbsp;在中档车的市场上来看，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳， 尽可能的享受高速驾驶时的快乐的感觉。在高速公路上，这时将体现的非常完美。而且，对于一些省会城市，或发达的一些城市，现在的交通状况不好，堵车时经常的是事情，有时要不停的起步、停步数次，司机如果使用手动挡，则会反复的挂档 、摘挡，操作十分繁琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动挡就不会出现这样的麻烦。 &nbsp;在市场上，此类汽车销售情况是不错的，尤其是对于女性朋友来说比较合适，通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普及这种车型，关键要解决路况的问题，现在的路况装不均匀，难以发挥自动挡汽车的优势。 &nbsp;§ 动 /手动变速器（ &nbsp;其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传统的手动变速器，而且在某些时候也需要自动的感觉。这样手动 /自动变速器便由此诞生。这种变速器在德国保时捷车厂 911 车型上首先推出，称为 可使 高性能跑车不必受限于传统的自动挡束缚，让驾驶者也能享受手动换挡的乐趣。车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;12 此型车在其档位上设有“ +”、“ -”选择档位。在 D 档时，可自由变换加档（ +）或减档（ -） ，如同手动挡一样。 &nbsp;自动 /手动变速器系统向人们提供两种驾驶方式，当需要驾驶乐趣的时候可以使用手动挡，而在交通拥挤的时候可以使用自动挡，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。笔者曾在上面提到，手挡变速器有着很大的使用群体，而自动挡也能适应女性群体以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些浮起双方均会驾车的家庭来说，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。虽 然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，例如广州本田飞度 厢、南京菲亚特 2004 派力奥 &nbsp;L 这些二合一的车型价格均在 10 万元左右，这个价格层面还是比较低的。 &nbsp;所以，手动 /自动车在普及上还是具有相当大的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，根据市场需求精心打造此类变速器。 &nbsp;§ 级变速器（ &nbsp;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并不仅限于此，无级变速器便 是人们追求的最高境界。无级变速器最早由 荷兰人范·多尼斯（ s） 发明。无级变速器系统不像手动变速器和自动变速器那样使用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，没有换挡的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友讲自动变速器称为无级变速器，这都是错误的。虽然他们有着共同点，但是自动变速器只有换挡时自动的，但是它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有 2 7 个档。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。 &nbsp;从市场走向来看，虽然无级变速器是一个技术分量比较高的部件，但是也已经走进了普通轿车的“车体”之中，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了 级变速器，既方便又省油。看来无级变速器在中档车中的运用将约为广泛。 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;13 第二章 &nbsp; 变速器的结构分析与形式选择 &nbsp;变速器由传动机构和操纵机构组成，有级变速器与无级变速器相比，其结构简单、造价低廉，具有较高的传动效率，因此在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。 由于汽车行驶条件不同，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大 范围内变化。例如在高速路上车速应能达到 100km/h，而在市区内，车速常 50km/h 左右。空车在平直的公路上行驶时，行驶阻力很小，则当满载上坡时，行驶阻力便很大。而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更不能满足实际路况需要。 &nbsp;§ 述 &nbsp;变速器用来改变在不同的使用条件下发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。此外，还应保证汽车能够在倒退行驶、滑行或停车时，使发动机和传动系分离；需要时还应有动力输出的功能。 &nbsp;对变速器的基本要求如下。 &nbsp;(1) 保证汽车有必要的动力性和经济性。 &nbsp;(2) 设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的转输。 &nbsp;(3) 设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 &nbsp;(4) 设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。 &nbsp;(5) 换挡迅速、省力、方便。 &nbsp;(6) 工作可靠，不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。 &nbsp;(7) 传动效率高。 &nbsp;(8) 工作噪声低。 &nbsp;除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸方面的要求，同时要质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等 要求 。 &nbsp;满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂、比 功率越小，变速器的传动比范围越大。 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;14 变速器由变速传动机构和操纵机构组成。变速传动机构可按前进 挡 数或轴的形式不同分类，具体分类如下 图所示： &nbsp;变速器旋转轴式固定轴式多档变速器五档变速器四档变速器三档变速器多中间轴式双中间轴式中间轴式两轴式图 2速传动机构分类 &nbsp;在原有变速传动机构基础 上，再加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器档 数的目的。近年来，变速器操纵机构有自动操作方向发展的趋势。 &nbsp;§ 速器的总体结构 &nbsp;有级变速器与无级变速器相比具有传动效率高 (造价低廉，因此在各类汽车中均得到广泛采用，此次 设计也采用有级变速器。有级变速器传动机构分为固定轴式和旋转轴式两类。固定轴式又分为中间轴式，两轴式和多中间轴式变速器。固定轴式应用最广泛。两轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。由于中间轴式变速器直接挡工作时，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡齿轮分别与中间轴的相应齿轮啮合，且第一，二轴均不承受径向载荷载荷，第一、二轴只起传递扭矩的作用。因此直接挡的传递效率高，磨损及噪声也最小，这是中间轴式变速器的突出的优点。另外中车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;15 间轴式在齿轮中心距较小的情况下仍可获得大的一挡传动比，这是三轴式变速器的又一突出优点。 其缺点是除直接挡外其他各挡位的传动效率低。 &nbsp;从结构上讲两轴式变速器与中间轴式变速器相比，其传动系结构简单，紧凑且除最高挡外其他各挡的传动效率都比较高，噪声也低，但多用于前置前驱的轿车布置。综合对比后选用中间轴式。 &nbsp;一般情况下，变速器的挡位数与汽车的动力性，燃油经济性有着密切的关系。就汽车的动力性而言，挡位数多，增加了发动机在底燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗；同时有利扩大传动比范围，以适应各种使用条件下动力性经济性的要求。 &nbsp;由于设计的是轻型载货汽车，且发动机的功率及所传递的扭矩不是很大，采用中间轴式 5+1 挡的结构，符合当前汽车的使用要求及其所发展的方向。在设计中采用带副箱的结构能提高强度，减少噪声，延长寿命。倒挡的布置要尽量靠近支撑点，提高强度。 &nbsp;§ 速器传动机构布置方案分析 &nbsp;机械式变速器因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在各种形式的汽车上得到广泛应用。 &nbsp;1 两轴式变速器 &nbsp;两轴式变速器主要用于发动机前置前轮驱动的乘用车，变速器传动比较小。如图 2示为常用的两轴式变速器的传动方案。 &nbsp;a) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; b) 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;16 c) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;d) 图 2两轴式变速器的传动方案 &nbsp;两轴式变速器的特点如下： &nbsp;(1) 变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时采用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮传动；发动机横置时用圆柱齿轮传动。 &nbsp;(2) 倒挡传动常采用滑动齿轮，其他挡位采用常啮合齿轮传动。 &nbsp;(3) 各挡同步器多装在输出轴上。由图 2b、 c 可以看出，各挡主动齿轮均与输入轴固连在一起，从动齿轮浮套在从动轴上，通过 同步器与从动轴相连接。也有例外情况，如图 2示， 有两个挡 (高挡 )的主 动齿轮浮套在输入轴上，靠同步器与轴连接，而从动齿轮与从动轴固结在一起。 &nbsp;与中间轴式变速器 (见图 2比，两轴式变速器具有结构简单、中间挡传动效率高、噪声小等优点。但是，当低挡传动比较大时，会使结构尺寸增大，因而只在传动比小的条件下选用这种方案。另外，两轴式变速器没有直接挡，高挡工作时齿轮噪声较大，传动效率低。 &nbsp;2. 中间轴式变速器 &nbsp;中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动和发动机后置后轮驱动的汽车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发 动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接，如图 2示。中间轴式变速器的特点是第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，把它们固结起来就得到直接挡，其传动效率高、磨损小、噪声较小；除直接挡外，其余各挡都是通过两对齿轮副传递动力，此时传动效率较低。 &nbsp;a) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;b) 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;17 c) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;d) e) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;f) g) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; h) 图 2中间轴式变速器的传动方案 &nbsp;各种中间轴式变速器，主要是在常啮合齿轮副数量、换挡方式和倒挡传动方案上有差别。下面分析几种变速器 ： &nbsp;(1) 四挡变速器传动方案如图 2b、 c 所示。其中图 2 b 有四对常啮合齿轮，可用同步器或啮合套换挡； &nbsp;倒挡用直齿滑动齿轮换挡。 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;图 2示方案有三对常啮合齿轮，一挡和倒挡用直齿滑动齿轮换挡。 &nbsp;(2) 五挡变速器传动方案如图 2e、 f 所示。其中图 2示方案除一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮；图 2 f 全部齿轮处于常啮合状态。 &nbsp;(3) 六挡变速器传动方案如图 2 h 所示。除图 2的一挡、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮。图 2超速挡位于后支撑轴承的后部，有利于系列化。 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;18 3. 倒挡布置方案 &nbsp;与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。图 2一些常用的倒挡布置方案。为实现倒挡传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上 的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案，如图 2f 所示；也有利用两个联体齿轮方案的，如图 2d、 e 所示。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿是在最不利的正、负交替对称变化的弯曲应力状态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒挡传动比略有增加。也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的啮合套或同步器方案换入倒挡。 &nbsp;a) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; b) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; c) &nbsp;d) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; e) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; f) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; g) 图 2倒挡的布置方案 &nbsp;如图 2示的倒挡布置方案广泛应用于轿车和轻型货车的四挡全同步器式变速器，在中间轴上装有一个专用倒挡齿轮。 &nbsp;如图 2示方案的优点是可以利用中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度，但换挡时要求有两对齿轮同时进入啮合，换挡较困难。 &nbsp;如图 2示方案能获得较大的倒挡传动比，但为了换入倒挡，需要向前推动二轴上的直齿轮。 &nbsp;如图 2示方案与图 2示方案的差别在于，换倒挡时需要向后推动二轴上的直齿轮。 &nbsp;如图 2示方案是将 中间轴上的一、倒挡齿轮做成一体，其齿宽增大了，因而缩短了长度。 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;19 如图 2适用于全部齿轮 均为常啮合的变速器 ，换挡更为方便。 &nbsp;如图 2示方案可以充分利用空间，缩短变速器轴向长度，缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使操纵机构复杂。 &nbsp;变速器的一挡或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力会使变速器轴 ， 产生较大的挠度和转角 ，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现为轮齿磨损加快和工作噪声增加。为此，无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一挡与倒挡，都应当布置在靠近轴的支承处，以便改善上述不良状况，然后按 照从低挡到高挡的顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。 &nbsp;虽然倒挡的传动比与一挡接近，但因为倒挡的使用时间非常短，故有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，如图 2e、 g 等所示，然后再布置倒挡。此时在倒挡工作时，轮齿磨损与噪声在短时间内略有增加，而在一挡工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。图 2倒挡齿轮布置在附加壳体内，并紧靠轴的支承处，而一挡布置在变速器壳体右侧紧靠支承处，这个方案能很好地解决两个传动比大的挡位都布置在靠近支承的地方这一问题。 &nbsp;倒挡设置在变速器的左侧或右侧 ，在 结构上均能实现，不同之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止意外挂入倒挡，一般设有倒挡锁或设有一个挂倒挡时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。因此，图 2图 2换挡方案比图 2方案更合理。图 2示方案在挂入一挡时也需克服用来防止误挂倒挡所产生的力。 &nbsp;a) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; b) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; c) 图 2变速杆换挡位置 &nbsp;4. 其他结构方案 &nbsp;传统的中间轴式变速器，换挡部件等多数装在第二轴上，而第二轴前端常支承在第一轴常啮合齿轮内腔的小轴承上。这 样，致使第二轴刚度偏小，不利于低挡的同步换挡。近年来，在传动比较大的商用车变速器中，有的采用如图 2示的方案，其特点是由于第二轴较短，低挡同步器装在支承刚度较大的中间轴上，因而同步惯量减小，减小了换挡部件的磨损和自动脱挡车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;20 的可能性，并可缩短同步时间或减轻换挡力。由于常啮合齿轮后置，各挡齿轮直接承受发动机的负荷而未经常啮合齿轮加大，使得中间轴上的齿轮、换挡部件的尺寸和质量也得以减小。在传统中间轴式变速器中，由于常啮合齿轮的增扭作用，各挡齿轮受力较大，使设计尺寸增大。 &nbsp;图 2转矩经短轴输出的中间轴式 变速器的示意图 &nbsp;a) 双中间轴式变速器示意图 &nbsp;b) 三中间轴式变速器示意图 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;21 图 2双中间轴和三中间轴式变速器示意图 &nbsp;应当指出，重型货车多挡变速器也有采用双中间轴或三中间轴的结构，如图 2示。由发动机传给第一轴的扭矩分别传至各中间轴，然后再由浮动支承的第二轴齿轮输出。由于动力分流，在同样转矩下，有两个齿轮受力，降低了齿轮应力，使齿轮宽度减小 (约 40%)，从而减小变速器的长度，同时减轻了轴承的负荷。但由于增加了中间轴、齿轮及轴承的个数，使结构复杂化。国外已有五、六、七、十甚至更多挡变速器采用这种设计 。 &nbsp;还应当指出，有些货车的变速器采用多支承结构方案，这样可以提高第二轴刚度，如图 2示。采用这种结构，需要考虑轴及齿轮等零件的装配问题。采用在轴平面上可分开的结构，可解决上述装配问题。 &nbsp;在有些乘用车的中间轴式变速器的布置中，为缩短传动轴长度，把变速器后端加长，附加壳体，如图 2b 所示。 &nbsp;§ 速器零、部件的结构分析与型式选择 &nbsp;变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮具有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点； 缺点是制造复杂，工作时产生轴向力，这对轴承不利。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。 &nbsp;2. 换挡机构形式 &nbsp;变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。 &nbsp;汽车行驶时，因变速器内各传动齿轮有不同的角速度，所以用轴向滑动直齿齿轮方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随噪声，这不仅使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张。驾驶员需要熟练的操作技术 (如两脚离合器 )才能减轻换挡时的齿轮冲击，但换挡瞬间驾驶员注意力被分散，影响行驶安全。除此之外，采用直齿滑动齿轮换挡时，换挡行程长也是它的缺点。因 此，尽管这种换挡方式结构简单，制造、拆装与维修工作容易，并能减小变速器旋转部分的转动惯量，但除一挡、倒挡外已很少使用。 &nbsp;当变速器第二轴上的齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态时，可以采用移动啮合套的方式换挡。这时，不仅换挡行程短，同时因承受换挡冲击载荷的车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;22 接合齿齿数多，而轮齿又不参与换挡，所以它们都不会过早损坏；但因不能消除换挡冲击，仍然要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总转动惯量增大。重型货车挡位间的公比较小，换挡机构连接件之间的角速度差也小，而且要求换挡手感强，因此可采用啮合套换挡。与同步器换挡比较，啮合套换挡具有结构简单，寿命长，维修方便，能够降低制造成本及减小变速器长度等优点。 &nbsp;使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程短。为了操纵方便，要求换入不同挡位的变速杆行程应尽可能一样，如利用同步器或啮合套换挡，就很容易实现这一点。 &nbsp;3. 防脱挡措施 &nbsp;自动脱挡是变速器的主要故障之一 。由于接合齿磨损、变速器轴刚度不足以及振动等原因，都可能导致自动脱 挡。为解决这个问 题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取的有效措施有以下几种： &nbsp;(1) 将两接合齿的啮合位置错开 ，如图 2示。在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿约 13用中两齿接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，利于阻止接合齿自动脱挡。 &nbsp;图 2防止自动脱挡的结构措施 &nbsp;(2) 将啮合套做得较长 ，如图 2示。在啮合时，使接合齿 (主动 )超过被接合齿 (被动 )。在传动过程中，利用研磨形成凸肩，以阻止接合齿自动脱开。 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;23 图 2防止自动脱挡的结构措施 &nbsp;(3) 将啮合套 齿座上前齿圈的齿厚切薄 (切除 这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱挡，如图 2示。 &nbsp;图 2防止自动脱挡的结构措施 &nbsp;(4) 将接合齿的工作面加工成斜面 ，形成倒锥角 (一般倾斜 23° )，使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力，如图 2示，这种方案应用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱挡的效果。 &nbsp;图 2防止自动脱挡的结构措施 &nbsp;4. 轴承 形式 &nbsp;作旋转运动的变速器轴的支承以及齿轮与轴不做固定连接时均需要安装轴承。变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。轴承的类型受结构限制并随所承受的载荷特点而不同。 &nbsp;汽车变速器应结构紧凑，大尺寸的轴承布置困难。如变速器的第二轴前端支承在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，否则采用滚针轴承。 &nbsp;在变速器中，每根轴都需要轴向固定，以便承受轴向力。第二轴后端常采用球轴承，用来承受轴向力和径向力。变速器第一轴前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间，常采用一端有密封圈的球轴承来承受径向力，作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一 轴后部轴承传给变速器壳体。中间轴采用前、后轴承固定均可。 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;24 近来采用圆锥滚子轴承的变速器增多，这是因为圆锥滚子轴承有如下优点：直径较小，宽度较大，可承受较高负荷；结构上保证滚子能正确对中，使用寿命长；圆锥滚子轴承的接触线长，如果锥角和配合选择合适，可提高轴的刚度，使齿轮能正常啮合，降低噪声，减少自动脱挡的可能性；在采用圆锥滚子轴承的情况下，为方便拆装和调整轴承，一般将变速器壳体设计成沿纵向平面分开或沿中心线所在平面水平分开。 &nbsp;当采用圆锥滚子轴承时，要注意轴承的预紧，以免壳体受热膨胀后轴承出现间隙而使中间轴歪斜 ，导致齿轮不能正确啮合而损坏。因此，圆锥滚子轴承不适合用在线胀系数较大的铝合金壳体上。 &nbsp;滚针轴承、滑动轴套主要用在齿轮与轴为非固定连接，并要求两者有相对运动的地方。滚针轴承有滚动摩擦损失小、传动效率高、径向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的优点是制造容易、成本低，但滑动轴套的径向配合间隙大、易磨损，间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增加。 &nbsp;5. 各挡齿轮的布置 &nbsp;对于典型的中间轴式变速器 ，其一挡常布置在靠近第二轴和中间轴的后支承处如图 2b、 c、 d、 e 所示，再由低 挡向前逐渐向高挡过渡。这种布置使工作时轴的变形较小，这是因为在低挡工作时齿轮受力较大，低挡齿轮靠近支承可以提高轴的刚度。高挡齿轮虽然靠近轴的中间，但由于这时齿轮受力较小，故轴的变形也较小。此外，这种布置还有利于齿轮装配。 &nbsp;6. 装配孔设计 &nbsp;对中间轴式变速器而言，中间轴、第二轴及其上的零部件一般是通过变速器壳体上方的孔口装入壳体，极少数的方案将这个装配用的孔口设计在变速器壳体下方或侧面。第一轴一般通过壳体前壁上的轴承孔拆装。因此，一轴齿轮外径要小于这个轴承孔。 &nbsp;7. 变速器整体刚性 &nbsp;变速器只有具有足够的整体刚 性才能保证正常工作 。整体刚性与轴、壳体的结构以及装配时螺栓的扭紧程度有关。对于典型的中间轴式变速器，控制轴的长度有利于保证轴的刚度。变速器壳体通常为整体式，有些地方设有加强筋，以增强刚度；变速器盖用螺栓固定到壳体上，而变速器盖通常装有操纵机构，因此要规定合适的螺栓拧紧力矩。 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;25 综上所述，在选择变速器齿轮时应优先选择斜齿轮，本次设计除一、倒挡 齿轮 选用圆柱直齿轮 外， 其余 均 选 用圆柱 斜 齿轮， 虽然变速器当斜齿工作时轴向力不能完全平衡 ，但其最小齿数可减少、且运转比较平稳、噪声低、寿命长的等突出优点。为换 挡 平稳采用同步器、 同步器类型的选择参考货车车型常用的同步器类型，以及同步器设计比较成熟的种类考虑，采用锁环式同步器。 &nbsp;经对比综合分析， 参考 型载货汽车变速器， 采用中间轴式变速器的传动方案，从而可以 确定 本次 设计轻型载货汽车变速器传动示意图 2下： &nbsp; &nbsp;图 2变速器传动示意图 &nbsp;车辆与动力工程学院毕业设计说明书 &nbsp;26 第三章 &nbsp;变速器主要参数的确定 &nbsp;§ 速器的传动比 &nbsp;变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值，取决于汽车行驶的道路条件和发动机的功率与汽车质量之比 (比功率 )。道路条件越复杂 (越野行驶 )，比功率越小，要求变速器传动比范围越宽。目前乘用车的传动比范围在 间，总质量轻些的商用车在 间，越野汽车和牵引车为 1020。 &nbsp;最高挡通常为直接挡，传动比为 有的变速器最高挡是超速挡，传动比为 的是提高发动机的负荷率、降低发动机转速</p>