554 KD1080型载货汽车设计（变速器总成设计）（有exb图）
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KD1080型载货汽车设计（变速器总成设计）（有exb图）
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KD1080型载货汽车设计（变速器总成设计）摘 要发动机的输出转速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。为了发挥发动机的最佳性能，就必须有一套变速装置，来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。变速器作为汽车的一个重要组成部分，是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下使汽车获得不同的牵引力和速度。本次设计的变速器是一款手动中间轴式4+1挡机械式变速器。为了保证轴的刚度要求，将一挡和倒挡布置在变速器的最右边，为了使结构更紧凑、合理，倒挡采用中间轴齿轮。换挡机构全部采用同步器进行换挡，变速器采用直接操纵机构，在其上设置了互锁、倒挡锁等一套锁止装置，使驾驶员能够安全、迅速的对变速器操纵, 结合总体的要求操纵机构形式选用直接操纵机构形式。本次设计的变速器即满足了汽车必要的动力性也满足了其经济性的指标。最后通过对齿轮、轴、键、轴承等的校核，其变速器的尺寸及其部件的强度都满足设计要求。关键词：变速器,设计,中型载货汽车,传动比KD1080 TRUCK DESIGN (THE GENERAL DESIGHN OF TRANSMISSION)ABSTRACTThe output of the engine speed is very high, maximum power and maximum torque occurs at a certain speed zone. In order to play the best performance of the engine, it must be a variable speed device, to coordinate engine speed and the actual wheel speed. Transmission can be in the car driving the process, between the engine and the wheels have different gear ratio, the engine can work through the shift in the dynamic performance of its best state.Transmission as an important part of the car is used to change the engine reached the driving wheel torque and rotational speed on the aim of starting in place, climbing, cornering, acceleration and other driving situation, vehicle access to the different traction and speed. The transmission is a manual designed for intermediate shaft 4 +1 gear mechanical transmission. To ensure the axial stiffness requirements, the layout of a block and reverse gear in the transmission of the far right, in order to make the structure more compact and reasonable use of the intermediate shaft gear reverse gear. Shifting agencies all use synchronizer for shifting, transmission by direct manipulation of institutions, in their last set, interlocking, reverse gear lock of a locking device so the driver can safely, quickly on the transmission control, combined with the overall requirements of direct manipulation of institutional forms used form of control mechanism. The design of the transmission that is necessary to meet the dynamic nature of the automobile also meet its economic targets. Finally, through the gears, shafts, keys, bearings, etc. checked, the size of its transmission and its components have the strength to meet the design requirements. KEY WORDS: Transmission, Design, Medium truck, Speed ratio目录前言 1第一章 概述 2第二章 变速器传动机构布置 42.1 传动机构布置方案分析 42.2 零部件结构方案分析 9第三章 变速器主要参数的选择 123.1 中心距A 133.2 齿轮参数的选取 133.3 各挡齿轮齿数的分配及传动比计算 15第四章 变速器的设计与计算 194.1 轴的计算与校核 194.2 齿轮的计算与校核 224.3 轴承的计算与校核 254.4 键的校核计算 26第五章 同步器的设计 28第六章 变速器操纵机构设计 30结 论 31参考文献 32致 谢 33附 录 34符号说明 M 汽车总重量 发动机转矩 滚动半径一档传动比二档传动比三档传动比四档传动比倒档传动比主减速比道路最大阻力系数K中心距系数变速器传动效率应力集中系数摩擦力影响系数齿轮的齿数齿型系数齿轮弯曲应力圆周力应力集中系数kC齿面宽系数；t法向齿距y齿行系数k重合度影响系数摩擦力影响系数键与轮毂键槽的接触高度键的工作长度，圆头平键，这里的为键的公称长度，；为键的宽度，轴的直径，键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力。 前 言随着社会经济展水平的提高，汽车保有量迅猛增长，同时对载货汽车性能和质量提出了更高的要求。载货汽车制造商不仅面临着用户对产品性能与质量越来越高的要求，而且面临着严格的技术法规约束以及降低产品成本等压力。因此在载货汽车的开发过程中，广泛采用各种先进的技术和理论方法，使设计过程自动化，以满足产品设计的需要已成为必然趋势。在工程设计中应当采用先进的技术和理论方法，使设计过程自动化、合理化，以满足产品设计的需要优化设计方法则提供了一条可能高效率的求得最优的设计方案的途径。传动系是载货汽车的主要组成部分，变速器又是传动系的重要部件，因此载货汽车变速器的性能改良设计能够大大提升传动系的性能。在载货汽车制造的多年发展历史中，变速箱的技术进步和水平一直处于举足轻重的地位，虽然随着我国汽车制造水平的不断提高，正在不断的完善和成熟，但变速器方面的技术，但与发达国家仍存在着不小的差距，我国是一个运输大国，载货汽车的制造和使用在数量上一直处于世界的前列，如果能够实现载货汽车的优化，相信能够节约成本，提高效率。本人此次毕业设计的课题是KD1080载货汽车变速器设计。变速器作为汽车的一个重要组成部分，是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下使汽车获得不同的牵引力和速度。本说明书主要介绍了KD1080载货汽车变速器总成设计，包括概述及五章设计内容，希望老师对于说明书中的不足之处予以批评指正。第一章概述变速器是用来改变改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速的，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，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。变速器设有空挡，可在启动发动机，汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，变速器还有动力输出功能。 对变速器提出如下要求：1）保证汽车有必要的动力性和经济性。2)设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3)设置倒挡，使汽车能倒退行驶。4)设置动力输出装置，需要是能进行功率输出。5)换档迅速、省力、方便。6)工作可靠。汽车行使过程中，变速器不得跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。7)变速器应有高的工作效率。8)变速器的工作燥声低。 除此之外，变速器还应当轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。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。 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分类。在原有变速传动机构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。近年来，变速器操纵机构有向自动发展的趋势。第二章变速器传动机构布置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，故在不同形式的汽车上得到广泛的应用。2.1 传动机构布置方案分析 一、固定轴式变速器1. 两轴式变速器 固定轴式变速器中的两轴式和中间轴式变速器得到广泛应用。其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器因轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间挡位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时燥声也低。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作燥声增大，容易损坏，还有，受结构限制，两轴式变速器与一挡速比不可能设计的很大。对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反;而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向相同。 图21示出用在发动机前置前轮驱动的乘用车上的两轴式变速器传动方案。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均采用常啮合齿轮传动。图21f中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并且用同步器换档；同步器多数用在输出轴上，这是因为一挡主动齿轮尺寸小，同步器装在输入轴上有困难，而高挡的同步器可以装在输入轴后端，如图21d,e所示；图21d所示方案有辅助支撑，用来提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。图21f所示方案为五挡全同步器式变速器，以此为基础，只要将五挡齿轮用尺寸相当的隔套替代，即可改变为四挡变速器，从而形成一个系列产品。 图21 两轴式变速器传动方案2. 中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支撑在发动机飞轮上,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。图分别示出了几种中间轴式变速器的传动方案。各种传动方案的共同特点是:变速器的第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴支撑在第一轴的后端的孔内,并且保持两轴轴线在同一直线上,经啮合套将它们连接后可得到直接挡。使用直接挡,变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载,发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出,此时变速器的传动效率高,可达到90%以上,噪声低,齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率要高于其它挡位,因而提高了变速器的使用寿命;在其它前进挡位工作时,变速器传递的动力需要经过设置在第一轴,中间轴和第二轴上的两对齿轮传递,因此在变速器中间轴 与第二轴之间的距离不大的条件下,一挡仍然有较大的传动比;档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动,挡位低的齿轮的齿轮可以采用或不采用常啮合齿轮传动,多数传动方案中除一挡以外的其它挡位的换档机构,均采用同步器或啮合套换挡,少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡,还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。在除直接挡以外的其它挡位工作时,中间轴式变速器的 传动效率略有降低,这是它的缺点。在挡数相同的情况下,中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数,轴的支撑方式,换挡方式和倒挡传动方案以及挡位布置顺序上有差别。 图2-2 中间轴式四档变速器传动方案如图22中间轴式五档变速器传动方案中,图a所示方案中,除一,倒挡用直齿滑动齿轮换挡外,其余各挡为常啮合齿轮传动。图b、c所示的方案的各前进挡均采用常啮合齿轮传动。图d所示方案中的倒挡和超速挡安装在位于变速器后部的副箱体内,这样布置除可以提高轴的刚度,减少齿轮磨损和降低噪声外还可以在不需要超速挡的条件下,很容易形成一个只有四个前进挡的变速器。图a所示方案中的一挡,倒挡和图b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡,其余各挡均为常啮合齿轮。以上各方案中,凡采用啮合齿轮传动的挡位,其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中,有的挡位用用同步器换挡,有的挡位用啮合套换挡,那么一定是挡位高的用同步器换挡,挡位低的用啮合套换挡。发动机前置后轮驱动的承用车采用中间轴式变速器,为缩短传动轴长度,将第二轴加长置于附加壳体内,如果在附加壳体内布置倒挡传动齿轮和换挡机构,还能减少变速器主体部分的外形尺寸及提高中间轴和输出轴的刚度。变速器用图22c所示的多支撑结构方案,能提高轴的刚度。这时如用在轴的平面上可分开的壳体,就能很好的解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。图22 c所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态,同时一挡和倒挡齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里,而中间挡的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。 本次设计我设计的中型货车变速器，通过对上述方案的分析，决定采用中间轴式变速器。二、倒挡布置方案与前进挡相比，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挡。为了实现倒挡传动，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。 图23倒挡布置方案 图23为常见的倒挡布置方案。图23b所示方案的优点是倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间周的长度；但倒挡时要求有两队齿轮同时进入啮合，使倒挡困难，图23c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图23d所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图23c 所示方案。图23e所示方案是将中间轴上的一倒挡齿轮做成一体，将齿宽加长 。图23f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器的轴向长度，有的货车倒挡传动采用图23g所示方案；其缺点是一，倒挡各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。 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也大，并导致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，最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声增加。为此，无论使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撑处，以便改善上述不良状况， 然后按照从低挡到高挡的三顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置靠近轴的支撑处。 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。为防止以外挂如倒挡，一般在挂倒挡时设有一个挂倒挡时需要克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。2.2零部件结构方案分析一、齿轮形式变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，运转平稳，工作噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力，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，尽管这样会使常啮合齿轮齿数增加，导致变速器的质量和转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。本次设计全部采用斜齿圆柱齿轮。二、换挡机构形式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。汽车行驶时，因变速器内各转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，会在齿端面产生冲击，并伴随噪声。这不仅是齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使承坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术才能使换挡时齿轮无冲击，并克服上述缺点；但换挡瞬间驾驶员注意力被分散，又影响行驶安全。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，并能减少变速器旋转部分的惯性力矩，但除一挡，倒挡外已很少使用。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，可以用移动啮合套换挡。这时，不仅换挡行程短，同时因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而齿轮又不参与换挡，所以它们都不会过早损坏；但因不能消除换挡冲击，仍然要求驾驶员又熟练的操作技术。因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，则换挡机构连接件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且与同步器换挡比较还有结构简单，制造容易，能降低制造成本及减少变速器长度等有点。使用同步器能保证迅速，无冲击，无噪声换挡，而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。同上述两种换挡方法比较，虽然它油结构复杂，制造精度要求高，轴向 尺寸大等缺点，但仍然得到广泛的应用。利用同步器或啮合套换挡，其挡位行程要比滑动齿轮换挡行程短。在滑动齿轮特别宽的情况下，这种差别就更为明显。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。我采用的换挡机构形式是除了一挡和倒挡采用啮合套换挡之外，其余各挡均采用同步器换挡。三、变速器轴承作旋转运动的变速器轴支撑在壳体或其它部位的地方以及齿轮与轴不做固定连接处应安置轴承。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。至于何处应当采用何种类型的轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。汽车变速器结构紧凑，尺寸小的特点，采用尺寸大写的轴承受结构限制，常在布置上油困难。如变速器的第二轴前端支撑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，若空间不足则采用滚针轴承。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撑在飞轮的内腔里，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，经第一轴后不轴承传给变速器壳体，此处常采用轴承外圈有挡圈的球轴承。由于变速器向轻量化方向发展的需要，要求减少变速器中心距，这就影响倒轴承外径的尺寸。为了保证轴承有足够的寿命，可选用能承受一定轴向力的无保持架的圆柱滚子轴承。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以，但当在壳体前端面布置轴承盖由困难时，必须由后端轴承承受轴向力。前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力，而 后端采用外圈由挡圈的球轴承或圆柱滚子轴承。圆锥滚子轴承因有直径较小、宽度较宽，因而容量大，可承受高负荷和通过对轴承预紧能消除轴向窜动等优点，故在一些变速器上得到应用。圆锥滚子轴承也有装配后需要调整预紧，使装配麻烦且磨损后轴易歪斜，从而影响齿轮正确啮合等一些缺点。当采用锥轴承时，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。锥轴承不适合用在线性系数比较大的铝合金壳体上。变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。轴承的直径根据变速器中心距确定，并保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于6-20mm。滚针轴承、滑动轴套主要用在用在齿轮与轴不是固定连接，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、经向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的经向间隙大、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。滑动轴套的优点是制造容易、成本低。第二轴的两端采用深沟球轴承，第二轴中和齿轮配合的轴承采用滚针轴承，中间轴两端采用深沟球轴承。 第三章变速器主要参数的选择 3.1 中心距A对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴轴线之间的距离称为变速器的中心距A。对两轴式变速器，将变速器输入轴与输出轴轴线之间的距离称为变速器的中心距A。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积大小由影响，而且对齿轮的接触强度由影响。中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮的寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证齿轮必要的接触强度来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与反便和不因同一垂直面上的两轴承孔之间的距离过小而影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。此外，受一挡小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要大些。还有，变速器中心距取的过小，会使变速器长度增加，并因此使轴的刚度被削弱和使齿轮的啮合状态变坏。 对于中间轴式初选中心距A时，可根据下述公式计算 A=K (3-1)式中，A为中心距（mm）；K为中心距系数，货车取K8.69.6；为发动机的最大转矩（N.m）；为变速器一挡传动比；为变速器传动效率，取96。分析该车发动机及相关参数：该车为8吨左右的中型载货汽车，参考相关车型HFC1060D1，选择轮胎型号为：7.00-20。按下试计算轮胎半径： (3-2) 其中=0.10-0.12；取=0.11代入数据得 41.6 cm 其中K9.2 ， 385Nm ，6.86按最大爬坡度计算一挡传动比：参考同类车型：取主减速器传动比为=4.375， 取 =0.89。 (3-3)试中:m为汽车重质量m=8000,g为重力加速度g=9.8N/Kg,为发动机最大转矩=385N.m,为主减速器传动比等于4.375，为道路最大阻力系数等于0.31，为驱动轮滚动半径， 为汽车传动系效率。代入数据得6.68。根据车轮与路面附着条件确定一档传动比： (3-4)为汽车满载时静止于水平路面驱动桥给路面的载荷，参考同类车型=3869Kg, 为道路附着系数，计算时取=0.5-0.6，在此取0.55。代入数据得7.251参考同类车型HFC1060D1初选一档传动比为=6.86其他各档传动比按等比数列来分配：则=3.61， =1.90， =1 。把一档传动比代入中心距公式计算变速器中心距：A=9.1=123.59mm 圆整后取A=124mm 。3.2 齿轮参数的选取一、 模数 齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。在变速器中心距相同的的条件下，选取较小的模数，就可以增加齿轮的齿数，同时增加齿宽可使齿轮啮合的重合度增加，并减少齿轮噪声、所以为了减少噪声应合理减少模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数，而从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数；减少乘用车齿轮工作噪声又较为重要的意义，因此齿轮的模数应选的小些； 直齿轮模数 带入数据 m=4.49 取m=4.5mm斜齿轮模数 带入数据 =3.46 取为3.5mm 表31 汽车变速器齿轮的法向模数车型微型、轻型轿车中级轿车中型货车重型汽车2.25-2.752.75-33.50-4.54.50-6由于设计车型为中型货车，所以取=3.5。二、压力角齿轮压力角较小时。重合度较大并降低了齿轮的刚度，为此能减少进入啮合和推出啮合时的动载荷，使传动平稳，有利于降低噪声；压力角较大时，可提高齿轮的抗弯强度和表面接触强度。试验证明：对于直齿轮，压力角为28时强度最高，超过28时强度增加不多；对于斜齿轮，压力角为25时强度最高。因此理论上对于乘用车，为加大重合度以降低噪声应取用14.5，15，16，16.5等小些的压力角；对商用车，为提高齿轮承载能力应选用22.5或25等大些的压力角。实际上，因国家规定的标准压力角为20，所以变速器齿轮普遍采用压力角为20。在这次设计中我选用压力角20同步器30。三、螺旋角的选取选取斜齿轮的螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声的、齿轮的强度和轴向力的影响。在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声低。试验还证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应的提高。不过当螺旋角大于30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。斜齿轮的螺旋角一般在20到30之间。在这次设计中我选用螺旋角25四、齿宽b在选择齿宽时，应该注意齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度均有影响。 考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用较小的齿宽。另一方面，齿宽减小使斜齿轮传动平稳的有点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方法给予补偿，但这时轴承承受的轴向力增大，使其寿命降低。齿宽窄又会使齿宽方向受力不均匀造成便载，导致承载能力降低，并载齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽： 斜齿b=,为齿宽系数取为7.08.6 直齿=4.4-7.0第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，使接触线长度增加，接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。对于模数相同的各挡，挡位低的齿轮的齿宽系数取得稍大。本次设计 直齿轮 b=4.5x6=27mm, 斜齿轮 b=3.5x8=28mm。五、齿轮变位系数的选择原则齿轮的变位是齿轮设计中的一个重要环节。采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。齿轮变位主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度相接近的程度。高度变位齿轮副的缺点使不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。角度变位即具有高度变位的优点，又避免了其缺点。由几对齿轮安装在中间轴和第二轴上组合并构成的变速器，会因保证各挡传动比的需要，使各相互啮合的齿轮副的齿数和不同。为保证各对齿轮由相同的中心距，此时应对齿轮进行变位。对于斜齿轮传动，可以通过选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要求。我在齿轮设计中斜齿轮没有达到根切，采用改变螺旋角大小的方法来保证中心距，所以没有采用齿轮变位。直齿轮采用了等变位齿轮。3.3 各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算 在初选中心距、齿轮模数和螺旋角后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。应该注意的是，各挡齿轮的齿数比不应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。一档和倒档采用直齿轮，其余采用斜齿，同取m=3.5mm。1.确定一档齿轮参数及传动比：初选一挡的传动比为： （37）直齿和的齿数和 （38） 取=56一般情况下承用车中间轴式变速器的中间轴一挡齿轮的齿数可在1214之间选择，现在选取中间轴上一挡齿轮 ，所以=43代入（32）式修正中心距，取A126。 由公式 =21.22，取Z1=21， =44.01,取Z2 =44 所以，修正螺旋角 2. 确定二档齿轮参数及传动比：初选 （39） （310） ，取，。所以修正螺旋角 此外从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下式 （311） 两者相差不大，所以中间轴上的轴向力可以基本上抵消。3.确定三档齿轮参数及传动比：初选初选 （312） （313） 取=31 。所以修正螺旋角 此外从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下式 （314） 两者相差不大，所以中间轴上的轴向力可以基本上抵消。4 .确定倒档齿轮参数及传动比： 倒挡轴齿轮的齿数一般在2123之间，初选，23； =41.57 取=42 得出=6.77中间轴与倒挡轴的中心距: mm 倒挡轴于第二轴的中心距： mm变速器齿轮参数表3-2齿轮齿轮模数压力角螺旋角齿数13.52025.42123.52025.44433.52025.43143.52025.43453.52025.44163.52025.42474.5204384.5201394.52042104.52023114.52023124.52013第四章 变速器的设计与计算 4.1 轴的计算与校核 当变速器挂一挡时轴受力最大,所以只要一挡时轴的强度满足要求,其就符合要求只,下面只校核一挡时中间轴的强度。一 中间轴的受力分析 中间轴的轴向力基本上已相互抵消可以不予考虑。1. () (N) (N) (N)2. () （N） （N）二面受力分析：1. 代入数据得： (N) 2. 代入数据得： 7175（N）三Y面受力分析：1. 代入数据得：11617.1（N）2. 代入数据得： 14510.2 （N）四作力矩图1.面2.Y面3.合成五校核计算；轴的材料选用20GrMnTi,采用渗碳、淬火、回火处理。； 验算合格。4.2齿轮的计算与校核 一挡齿轮因其承受载荷最大，所以只要它满足要求，其它各挡都满足要求，由于常啮合齿轮一直处于工作状态，因此也要对其进行校核。下面对一挡齿轮和常啮合齿轮进行校核。一、齿轮的计算校核公式：1. 弯曲应力： 直齿， (4-1)斜齿， (4-2)式中： 圆周力；应力集中系数；kC齿面宽系数； t法向齿距；y齿行系数；k重合度影响系数； 摩擦力影响系数。1. 齿面接触应力： (4-3)式中： 齿面上的法向力；E齿轮材料的弹性模量E=190000；b齿轮接触的实际宽度；主从动齿轮节圆处的曲率半径。 图 4-1 齿形系数图 二、校核第二轴一挡齿轮：1.弯曲应力：其中： =1.65 =0.9 kC=8.0 y=0.152 z=44 m=3.5 代入数据得： ；许用应力在400-850之间，所以合适。2.接触应力： , b=27, ， 。代入数据得： 一档和倒档得许用接触应力在1900-2000Mpa之间，所以合适。三、校核中间轴一挡齿轮：1.弯曲应力：其中： =1.65 =1.1 kC=8 y=0.138 z=13 m=3.5 代入数据得： 许用应力在400-850 Mpa之间，所以合适。2.接触应力： ，N, b=25 , ， 。代入数据得： 一档和倒档得许用接触应力在1900-2000Mpa之间，所以合适。四、校核第一轴常啮合齿轮：1.弯曲应力：其中： , =1.65 , y=0.14 , =2 , kC=8.5 , , , z=21 。代入数据得： 对于货车，当计算载荷取Tg作变速器一轴上的最大转矩时，常啮合持论许用弯曲应力为，所以合格。2.接触应力： ， N, b=28 , ， 。代入数据得： 当取时，变速器常啮合齿轮的许用接触应力为1300-1400Mpa,所以合格。五、校核中间轴常啮合齿轮：1.弯曲应力：其中： , =1.65 , y=0.145 , =2 , kC=8.5 , , , z=44 。代入数据得： 对于货车，当计算载荷取作变速器一轴上的最大转矩时，常啮合持论许用弯曲应力为，所以合格。2.接触应力： N ， N, b=28 , ， 。代入数据得： 当取时，变速器常啮合齿轮的许用接触应力为1300-1400Mpa,所以合格。 4.3 轴承的计算与校核一.圆锥滚子轴承的校核计算校核中间轴右轴承，当挂一挡时其承载最大，所以只要它满足要求，其它的都满足要球。已知轴承：额定动载荷71.2 (KN) 额定静载荷50.2 (KN)(N) (N) , ,查表得：e=0.23 ，所以 ，取冲击载荷系数 , , 代入数据得： (h) (4-4)因为一挡使用率是1所以应如下验算其里程：（km）所以满足要求。4.4 键的校核计算键主要用于轴和毂的联结以实现周向固定并传递转矩，这里只校核第二轴一挡齿轮的花键。1.花键的校核计算花键应满足挤压强度： (4-5)式中为载荷分配不均系数这里取0.8，Z为花键的齿数，L为齿的工作长度，h为花键侧面工作高度，为花键直径。为花键许用挤压应力取70 Mpa。第一轴花键规格：为8566225，工作长度L为25mm 。56Mpa，适合。2.平键的校核计算普通平键连接的强度条件为： （4-6）式中：T为传递的转矩，；键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，；键的工作长度，圆头平键，这里的为键的公称长度，；为键的宽度，；轴的直径，；键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，此处。键12x50GB1096-79T=186， =4，=50，=12。所以键的规格都满足设计要求。第五章 同步器的设计同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种，目前得到广泛应用的是惯性增力式同步器。惯性增力式同步器能做到换挡时，在两换挡元件之间的角速度完全相等之前不允许换挡，因而能很好的完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。因锁环式同步器有工作可靠、零件耐用等优点，但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在锁环的接合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于承用车和总质量不大的火车变速器中，这次设计我采用的都是锁环式同步器。一 环式同步器主要尺寸的确定1. 接近尺寸b: 同步器换挡第一阶段中间，在滑快侧面压在锁环缺口侧边的同时，且啮合套相对滑快作轴向移动之前，啮合套接合齿与锁环接合齿倒角之间的轴向距离b，称为接近尺寸。尺寸b应大于零，取b=0.2-0.3mm 。2. 分度尺寸a 滑块侧面与锁环口侧边接触时，啮合套结合齿与锁环接合齿中心线间的距离a称为分度尺寸。尺寸a应等于1/4接合齿距离。3. 滑块转动距离c 滑块在锁环缺口内转动距离影响分度尺寸a。滑块宽度d、滑块转动距离c与缺口宽度尺寸E之间的关系为E=d+2c 。4. 滑块端隙 滑块端隙系指滑块端面与锁环缺口端面之间的间隙。通常取等于0.5mm左右。二主要参数的确定1. 摩擦因数f 同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。摩擦因数除与选用的材料有关外，还与工作面的表面粗糙度、润滑油类型和温度等因素有关。作为与同步环锥面接触的齿轮山的锥面部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。由黄铜合金与钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数f取为0.1。2. 同步环主要尺寸的确定（1） 同步环锥面上的螺纹槽 如果螺纹槽螺线的顶部设计德窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间德油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强。使磨损加快。通常轴向泄油槽为612个，槽宽34mm。（2）锥面半锥角 摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩就越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁。通常取68。一般取7。（3）摩擦锥面平均半径R R设计德越大，则摩擦力矩越大。R往往受结构限制，包括变速器中心距及相关零件德尺寸和布置的限制，原则上是在可能的条件下，尽可能使R取大些。（4）锥面工作长度b 缩短锥面工作长度b，可使变速器的轴向长度缩短，但同时也减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。（5）同步环径向厚度 与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度要受结构布置上的限制，包括变速器中心距的及相关零件的限制，不易取得很厚，但必须保证同步环有足够的强度。承用车同步环厚度比货车小些，应选用锻件或精密锻造工艺加工制成，这能提高材料的屈服强度和疲劳寿命。3. 锁止角锁止角选的正确，可以保证只有在换挡的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换挡。已有结构的锁止角在2642范围内变化。4. 同步时间t同步起器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。除去同步器的结构尺寸、转动惯量对同步时间有影响以外，变速器输入轴、输出轴的角速度差及作用在同步器摩擦锥面上的轴向力，均对同步时间有影响。对于承用车变速器，高挡取0.150.30s，低挡取0.500.80s。5. 转动惯量的计算其转动惯量的的计算是：首先求得各零件的转动惯量，然后按不同挡位转换到被同步的零件上。对已有的零件，其转动惯量值通常用扭摆法测出；若零件未制成，可将这些零件分解为标准的几何体，并按数学公式合成并求出转动惯量值。第六章 变速器操纵机构设计根据汽车的使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡。变速器操纵机构应当满足如下主要要求：换挡时只能挂入一个挡位，换挡后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱挡或自动挂挡，防止误挂倒挡，轻便换挡。用于机械式变速器的操纵机构，常见的是有变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选挡、换挡、或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。手动换挡变速器又分为直接操纵手动换挡变速器和远距离操纵手动换挡变速器。当变速器布置在驾驶员座椅附近时，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构简单，已得到广泛应用。变速器距离驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种变速器称为远距离操纵手动变速器。这时要求整套系统又足够的刚性，且各连接件之间间隙不能过大，否则换挡时手感不明显，并增加了变速杆颤动的可能性。此时，变速杆支座应固定在受车架变形、汽车振动影响较小的地方，最好将换挡传动机构、发动机、离合器、变速器连成一体，以避免对操纵有不利的影响。在平头式汽车上或发动机后置后轮驱动的汽车的变速器，受总体布置限制，多采用远距离操纵机构。本次设计中，结合总体的要求和对操纵机构的布置分析我采用的是直接操纵手动换挡变速器。结 论变速器设计发展到今天，其技术已经成熟，但对于我们还没有踏出校门的学生来说，其中的设计理念还是很值得我们去探讨、学习的,这次设计让我们更深刻的了解变速器,为我们日后走上工作岗位体会真实的生产和制造过程提供了很好的学习和借鉴作用。这次设计我设计的是中型货车的变速器，变速器是汽车的一个重要组成部分，其设计的好坏直接关系到汽车性能的优劣。在本次设计中既存在一些个人创新，也有一些缺点和失误。由于这次设计中我采用了中间轴式布置方案，这样就保证了在中间轴和第二轴之间距离不大的情况下一挡仍有较大的传动比，其换挡形式，采用同步器换挡，提高了操作的方便性，减轻了驾驶员的疲劳。在操纵机构的布置上采用直接操纵形式，增加了其稳定性。通过本次设计我对变速器的结构形式和工作原理有了更加深入和广泛的了解，这不仅扩展了我的知识面，更使我学会了设计的方法。在本次设计中，总体上还是比较紧张的，去上海实习回来觉得肯定完成不了了，但在曹老师的指导和监督之下还是比较有序的，在刚看到任务书时是很茫然的，感觉到无法下手，但是在查阅了大量资料后，并在老师的指导和帮助之下还是有一个比较清晰的思路的。在本次设计中也暴露了不少问题，主要体现在对专业知识的掌握程度上，感觉到基本功不扎实，缺少实际经验，这时需要从新翻起原先的课本把东西吃透，通过本次设计我感到了知识的匮乏，这在以后的学习和工作中对待问题应更加深入务实和全面，但是我相信通过我的努力，一定会把这次毕业设计做好的。参考文献1 刘惟信主编. 汽车设计第1版. 北京： 清华大学出版社，2001年7月，158-194 2 王望予主编. 汽车设计第4版. 北京： 机械工业出版社，2004年8月，78-111 3 陈家瑞主编. 汽车构造第2版. 北京： 机械工业出版社，2005年1月，40-914 高维山主编. 汽车设计丛书变速器. 北京： 人民交通出版社，1990年8月，6-2245 余志生主编. 汽车理论第3版. 北京：机械工业出版社，2000年10月，5-426 张毅主编. 离合器及机械变速器. 北京： 化学工业出版社，2005年8月，128-2657 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计第7版. 北京： 高等教育出版社，2001年6月，62-4198 刘鸿文主编. 简明材料力学. 北京： 高等教育出版社，1997年7月，54-1289 吴宗泽主编. 机械设计使用手册. 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常用量的名称、单位、符号及换算关系量的名称单位名称单位符号其他表示换算关系力；重力(F,P,W,G)牛【顿】N1N(0.1kgf)力矩，转矩(M,T)牛【顿】米（0.1kgf）速度，圆周速度(v,V,u,U)米每秒m/s能量，功，热量（E，W，Q）焦【耳】J功率（P）瓦【特】WJ/s压力，压强，应力（）帕【斯卡】Pa加速度，重力加速度（a，g）米每二次方秒角速度（）弧度每秒rad/s1 rad/s=粘度（）帕【斯卡】秒Pas注：暂时用于对废除单位的换算；压力、压强的单位均为单位面积上的力，本书均使用压力；单独说粘度时，均指动力粘度。自动变速器如何工作 如果你曾经驾驶过一辆带着自动变速器的车, 那么你就知道自动变速器和手动变速器之间有很大的不同: 在一个带着自动变速器的汽车中没有离合器踏板。 在一个带着自动变速器的汽车中没有变动的传输器。 一旦你把变速器放入驾驶车之内，其他每个部件都是自动的。 虽然自动变速器 (加上它的扭矩变换器) 和一个手动变速器(借由它的离合器) 完成同样的工作, 但是他们操作方法完全不同。 自动变速器的操作方法另人觉得非常了不起！在这里，我们将通过自动变速器来研究我们的方法。 我们将会从整个系统的关键开始着手:行星齿轮。然后我们将会看到变速器如何被集合,学习控制器如何工作而且讨论一些关于控制变速器方面的文章。基础部分： 正如手动变速器一样, 自动变速器最初的工作是允许机器在很小的速度范围内操作，同时提供各种不同范围的速度。 没有传输器, 汽车对一个齿轮比率会被限制,并且那个比率必须被选择允许汽车渴望旅行的最高速度。如果您想要80里/时的最高速度,那么齿轮比率会与大多数带有手动变速器的汽车的第三个齿轮相似。 你或许从未尝试过驾驶只使用第三个齿轮的带有手动传输器的汽车。如果你尝试过，你很快就会发现当汽车发动时，你几乎没法加速。当你高速行驶时，引擎就会在红线附近发出尖叫声。如果这样的话，汽车很快就会被磨损而且很快就会无法操作。因此变速器使用齿轮可以使引擎的扭矩更加有效的使用，并且使引擎在一个适当的速度操作。手动变速器和自动变速器最关键的区别在于：手动变速器的锁和开不同的套齿轮对输出轴达到各种各样的齿轮比率，同时自动变速器中相同的套齿轮会导致所有不同的齿轮比率。行星齿轮很有可能在自动变速器中成为一个设备。齿轮这一个自动变速器使用一组齿轮, 称作复式的行星齿轮, 像行星齿轮一样的外貌但是实际上像被联合的二行星齿轮的作用。这里有一个作为变速器输出的环齿轮，但是它有二个太阳轮和二组行星。 让我们看一些零件: 一档齿轮在一档齿轮中，较小的太阳轮被扭力变换器的轮机驾驶顺时针运转。 行星台车试着向反时针方向快速旋转,但是被单向离合器 (只允许顺时针方向旋转的装置) 保持静止，而且环齿轮输出。 小的齿轮有30颗牙齿而环齿轮有72颗牙齿,因此齿轮比是: 比 =-半径/S=- 72/30=-2.4:1因此旋转装置是负 2.4:1, 意味着输出方向与输入方向相反。 但是输出方向真的相同于输入方向这和二组行星的进入有关。 第一组行星答应第二个组,第二组昨星转动环齿轮; 这个结合颠倒了方向。 你能意识到这也会导致较大的太阳轮快速旋转; 但是就因为那一个离合器被释放, 较大的太阳轮自由的往轮机的反方向快速旋转。二档齿轮这个变速器做真正的整洁是为了使比率与二档齿轮相符合。 它运转起来就像两个行星齿轮与一个普通的行星载体互相连接。行星载体的第一阶段实际上使用更大的太阳齿轮作为环齿轮。 因此第一阶段包括太阳(更小的太阳齿轮), 行星载体, 并且环齿轮(更大的太阳齿轮) 。 输入的是小的太阳齿轮; 环齿轮 (大的太阳齿轮) 被传输带所固定，而输出的是行星载体，所以公式是: 1 + R/S=1 + 36/30 =2.2:1小太阳齿轮每转动一次，行星载体转动2.2次。在第二阶段, 行星载体作为第二个星球齿轮集合的输入,较大的太阳齿轮 (被稳固的) 作为太阳，而环齿轮作为输出, 因此齿轮比率是: 1/(1+ S/半径)=1/(1+36/72)=0.67:1为了使整体减少为二档齿轮，我们通过第一阶段和第二阶段相乘（2.2 x 0.67），使它以1.47：1的速率减少，我们在第二, , 之前乘第一个级得到一个 1.47:1 还原。 这可能听起来有点奇怪, 但它可以运转。三档齿轮大多数的自动变速器在三档齿轮中有 1:1的 比率。从早先部分可以看出我们必须使行星齿轮的三个部件中的任何两个结合在一起，都以1：1的比率输出。在齿轮组的安排下，它变得更加容易，我们必须做的就是使所有的都参与离合器，把每个太阳齿轮结合成涡轮。如果两个太阳齿轮在相同的方向运转,那么行星齿轮就要被锁定起来，因为他们仅仅只能在相反的方向快速旋转，把环齿轮与行星齿轮锁定在一起，就会使每个部位快速旋转，就如一个单位,产生1:1 的比率。加速挡由定义，一个加速挡输出速度比输入速度更快，它是速度的增加。在这传输中, 参与加速档可立即完成二件事。 如果你读扭力变换器如何工作, 你就学习扭力变换器的锁定。 为了提高效率, 有些汽车就有一个机制可以锁定扭力变换器，以便引擎的输出直接达到变速器。 在这一个变速器中，当加速挡参与其中，附有扭矩交换器(被闩上引擎飞轮) 的轴由离合器连接到行星载体。小的太阳齿轮轻松快活地运转，而较大的太阳齿轮被加速挡传输带所固定。没有东西与涡轮相连接， 唯一的输入来自变换器壳。让我们再一次回去我们上面的图,这次行星载体作为输入，太阳齿轮被固定，环齿轮作为输出。 比 率=1/(1+ S/半径)=1/(1+36/72)=0.67:1所以引擎自转每转每三分之二，输出装置快速旋转一次。 如果引擎以每分钟(RPM) 2000次的速度旋转，那么装置输出速度就是 3000 RPM 。 这样汽车在引擎速度保持好很慢的状态下以高速公路的速度行驶。倒挡倒挡和一挡齿轮非常相似, 除了代替小太阳齿轮被扭矩交换器涡轮被驾驶,较大的太阳齿轮被驾驶，而且一个小的在相反的方向轻松快活地运转。行星载体由反向带拿着对住房。 因此, 根据我们的方程序从最后页, 我们有: 比率 =-R/S=72/36 =2.0:1因此，倒挡的比率稍微比变速器的一档齿轮更少。齿轮比这一个变速器有四个前进齿轮和一个倒车齿轮。 让我们概述齿轮比，输入和输出: 齿轮 输入 输出 固定的 齿轮比率一档30 齿轮的太阳 72-齿圈 行星载体 2.4:1二档30 齿轮的太阳 行星载体 36-齿圈 2.2:1 行星载体 72-齿圈 36 齿轮的太阳 0.67:1 总计之第二 1.47:1三档30和36齿轮的太阳 72-齿圈 1.0:1OD 行星载体 72-齿圈 36 齿轮的太阳 0.67:1倒档36齿轮的太阳 72-齿圈 行星载体 -2.0:1 液压系统自动变速器在你的汽车里必须做许多作操。 你可能不知道它有多少种不同的方式在操作。举例来说,这里是自动变速器的一些特征: 1.如果汽车在超速挡 (在一个四速度的变速器上) 中,变速器将会根据车辆速度和节流阀踏板位置自动地选择齿轮。2.如果你逐渐地加速比节流阀全开加速发生变化的速度要慢。 3.如果您难倒油门, 变速器将对下一个低速挡减速传动。4.如果你要移动选择器到低档，传动器将调低速挡如果汽车在那个挡位不以很快的速度行驶的话。如果汽车速度过快，它将等到车速慢下来之后换到低速挡。5.如果你把变速器放入二档,它将会不再调至低档或者换高档离第二,甚至从一个完全停止,除非你移动变化杆。 你已经或许见到以前看起来像这一样的某事。它真的是自动变速器的大脑,管理所有这些功能基至更多。 你在变速器里所能看到的所有不同组件的流体通道,被制成金属模型的通道是一个高效率的流行通道; 没有他们，许多软管必须和变速器的各种不同零件连接在一起。 首先, 我们将会讨论水力系统的主要组件; 然后我们将会见到他们如何一起工作。 泵自动变速器有一个整洁的泵, 叫做齿轮式泵。 泵通常位于变速器的外表，它在变速器的底部从废油坑里取出流体喂给水力系统，它也喂变速器冷气和扭力变换器。泵的内在齿轮由扭矩交换器的位置决定,因此它以如同引擎一般的速度快速旋转。外部的齿轮跟着内部齿轮转, 而且当齿轮旋转, 流体被从废油坑的一边取出然后在进入水力系统后从另一边流出。 调速器调速器是一个聪明的阀门它告诉变速器车行驶的速度。它被连接到外部, 因此车行驶的多快，, 那么调速器就旋转的多快。 在调速器内是一个弹簧装载的阀门，它与调速器的旋转成正比-调速器旋转的多快, 阀门开张的速度更快。 来自泵的流体经过输出桥被喂到调速器。 车开的多快， 调速器的阀门开张的更快，那可以通过的流体压力更大。 阀门和调制器节流阀或调制器为了适当地变档, 自动变速器必须知道引擎工作地多努力。它有二个不同的工作方法，一些车的变速器由一个节流阀连接一个简单的高压线连杆组。阀门压力加大,节流阀的压力也会加大。 其他的车使用一个真空调整器对节流阀提供压力。 调制器能感觉到多种压力,当引擎在一个较大的负荷之下的时候，它会降低。 手动阀手动阀有很多转移杠杆钩，决定于哪个齿轮被选定，手动阀哺养禁止某些齿轮的水力电路。 例如, 如果转移杠杆是在第三个齿轮里, 它哺养防止加速传动装置参与的一条电路。换档阀换档阀提供液压给离合器和传输带使其带动每个齿轮，变速器的阀门本身含有一些换档阀，换档阀决定何时换档。例如：从1档换到2档换挡阀决定何时该从第一挡齿轮换到二档齿轮。 换档阀被在一边的调速器另一边的节流阀利用液体加压。他们藉着泵提供流体，他们寻找适应汽车跑的流体二条电路的当中一个对控制。如果车很快地是加速，换档阀将会延迟一个变化。 如果车逐渐地加速，将会以一个较慢的速度变化。我们来讨论一下当车逐渐地加速的时候发生了什么事。 当车速度增大，来自调速器的压力产生。 这强迫换档阀直到一档齿轮线路被关闭，二挡线路被打开才结束。如果车在轻的节流阀里加速,节流阀不会给对抗换档阀增加很多压力。 当车加速得很快的时候，节流阀会给对抗换档阀施加较多的压力。这说明在换档阀换档之前来自调速器的压力已经够高，足以带动第二挡齿轮。必须结束远足够在换档阀移动之前比较高的 ( 因此车辆速度必须比较快速) 适应二档。 每个换档阀回应特别定的压力范围; 因此当车正在加速行驶的时候,从2档换到3档的换档阀将会接管, 因为来自调速器的压力已经足够高来起动那一个阀门。 电子控制器电子控制变速器,出现在一些较新的车上,仍然使用水力促动离合器和传输带，但是每个水力线路被一个电磁线圈控制。 这在变速器上简化配管而且可以考虑比较先进的控制方案.How Automatic Transmissions WorkIf you have ever driven a car with an automatic transmission, then you know that there are two big differences between an automatic transmission and a manual transmission: There is no clutch pedal in an automatic transmission car. There is no gear shift in an automatic transmission car. Once you put the transmission into drive, everything else is automatic. Both the automatic transmission (plus its torque converter) and a manual transmission (with its clutch) accomplish exactly the same thing, but they do it in totally different ways. It turns out that the way an automatic transmission does it is absolutely amazing!In this article, well work our way through an automatic transmission. Well start with the key to the whole system: planetary gear sets. Then well see how the transmission is put together, learn how the controls work and discuss some of the intricacies involved in controlling a transmission.Some BasicsJust like that of a manual transmission, the automatic transmissions primary job is to allow the engine to operate in its narrow range of speeds while providing a wide range of output speeds. Without a transmission, cars would be limited to one gear ratio, and that ratio would have to be selected to allow the car to travel at the desired top speed. If you wanted a top speed of 80 mph, then the gear ratio would be similar to third gear in most manual transmission cars. Youve probably never tried driving a manual transmission car using only third gear. If you did, youd quickly find out that you had almost no acceleration when starting out, and at high speeds, the engine would be screaming along near the red-line. A car like this would wear out very quickly and would be nearly undrive able. So the transmission uses gears to make more effective use of the engines torque, and to keep the engine operating at an appropriate speed. The key difference between a manual and an automatic transmission is that the manual transmission locks and unlocks different sets of gears to the output shaft to achieve the various gear ratios, while in an automatic transmission, the same set of gears produces all of the different gear ratios. The planetary gear set is the device that makes this possible in an automatic transmission. GearsThis automatic transmission uses a set of gears, called a compound planetary gear set, that looks like a single planetary gear set but actually behaves like two planetary gear sets combined. It has one ring gear that is always the output of the transmission, but it has two sun gears and two sets of planets. Lets look at some of the parts: First GearIn first gear, the smaller sun gear is driven clockwise by the turbine in the torque converter. The planet carrier tries to spin counterclockwise, but is held still by the one-way clutch (which only allows rotation in the clockwise direction) and the ring gear turns the output. The small gear has 30 teeth and the ring gear has 72, so the gear ratio is: Ratio = -R/S = - 72/30 = -2.4:1So the rotation is negative 2.4:1, which means that the output direction would be opposite the input direction. But the output direction is really the same as the input direction - this is where the trick with the two sets of planets comes in. The first set of planets engages the second set, and the second set turns the ring gear; this combination reverses the direction. You can see that this would also cause the bigger sun gear to spin; but because that clutch is released, the bigger sun gear is free to spin in the opposite direction of the turbineSecond GearThis transmission does something really neat in order to get the ratio needed for second gear. It acts like two planetary gear sets connected to each other with a common planet carrier. The first stage of the planet carrier actually uses the larger sun gear as the ring gear. So the first stage consists of the sun (the smaller sun gear), the planet carrier, and the ring (the larger sun gear). The input is the small sun gear; the ring gear (large sun gear) is held stationary by the band, and the output is the planet carrier. so the formula is: 1 + R/S = 1 + 36/30 = 2.2:1The planet carrier turns 2.2 times for each rotation of the small sun gear. At the second stage, the planet carrier acts as the input for the second planetary gear set, the larger sun gear (which is held stationary) acts as the sun, and the ring gear acts as the output, so the gear ratio is:1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67:1 To get the overall reduction for second gear, we multiply the first stage by the second, 2.2 x 0.67, to get a 1.47:1 reduction. This may sound wacky, but it works. Third GearMost automatic transmissions have a 1:1 ratio in third gear. Youll remember from the previous section that all we have to do to get a 1:1 output is lock together any two of the three parts of the planetary gear. With the arrangement in this gear set it is even easier - all we have to do is engage the clutches that lock each of the sun gears to the turbine. If both sun gears turn in the same direction, the planet gears lockup because they can only spin in opposite directions. This locks the ring gear to the planets and causes everything to spin as a unit, producing a 1:1 ratio. OverdriveBy definition, an overdrive has a faster output speed than input speed. Its a speed increase. In this transmission, engaging the overdrive accomplishes two things at once. If you read How Torque Converters Work, you learned about lockup torque converters. In order to improve efficiency, some cars have a mechanism that locks up the torque converter so that the output of the engine goes straight to the transmission. In this transmission, when overdrive is engaged, a shaft that is attached to the housing of the torque converter (which is bolted to the flywheel of the engine) is connected by clutch to the planet carrier. The small sun gear freewheels, and the larger sun gear is held by the overdrive band. Nothing is connected to the turbine; the only input comes from the converter housing. Lets go back to our chart again, this time with the planet carrier for input, the sun gear fixed and the ring gear for output. Ratio = 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = 0.67:1So the output spins once for every two-thirds of a rotation of the engine. If the engine is turning at 2000 rotations per minute (RPM), the output speed is 3000 RPM. This allows cars to drive at freeway speed while the engine speed stays nice and slow. ReverseReverse is very similar to first gear, except that instead of the small sun gear being driven by the torque converter turbine, the bigger sun gear is driven, and the small one freewheels in the opposite direction. The planet carrier is held by the reverse band to the housing. So, according to our equations from the last page, we have: Ratio = -R/S = 72/36 = 2.0:1So the ratio in reverse is a little less than first gear in this transmission. Gear Ratios This transmission has four forward gears and one reverse gear. Lets summarize the gear ratios, inputs and outputs: GearInputOutputFixedGear Ratio1st30-tooth sun72-tooth ringPlanet carrier2.4:12nd30-tooth sunPlanet carrier36-tooth ring2.2:1Planet carrier72-tooth ring36-tooth sun0.67:1Total 2nd1.47:13rd30- and 36-tooth suns72-tooth ring1.0:1ODPlanet carrier72-tooth ring36-tooth sun0.67:1Reverse36-tooth sun72-tooth ringPlanet carrier-2.0:1Hydraulic SystemThe automatic transmission in your car has to do numerous tasks. You may not realize how many different ways it operates. For instance, here are some of the features of an automatic transmission: If the car is in overdrive (on a four-speed transmission), the transmission will automatically select the gear based on vehicle speed and throttle pedal position. If you accelerate gently, shifts will occur at lower speeds than if you accelerate at full throttle. If you floor the gas pedal, the transmission will downshift to the next lower gear. If you move the shift selector to a lower gear, the transmission will downshift unless the car is going too fast for that gear. If the car is going too fast, it will wait until the car slows down and then downshift. If you put the transmission in second gear, it will never downshift or up shift out of second, even from a complete stop, unless you move the shift lever. Youve probably seen something that looks like this before. It is really the brain of the automatic transmission, managing all of these functions and more. The passageways you can see route fluid to all the different components in the transmission. Passageways molded into the metal are an efficient way to route fluid; without them, many hoses would be needed to connect the various parts of the transmission. First, well discuss the key components of the hydraulic system; then well see how they work together.The PumpAutomatic transmissions have a neat pump, called a gear pump. The pump is usually located in the cover of the transmission. It draws fluid from a sump in the bottom of the transmission and feeds it to the hydraulic system. It also feeds the transmission cooler and the torque converter.The inner gear of the pump hooks up to the housing of the
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