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目 录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract …………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论………………………………………………………………………………1
1.1汽车变速器概述……………………………………………………………………1
1.2课题研究现状、设计的目的和意义………………………………………………1
1.2.1研究现状…………….………………………………………………………1
1.2.2设计目的意义……….………………………………………………………2
1.3汽车变速器现状和发展趋势………………………………………………………2
1.4变速器的特点和设计要求及内容…..……………………………………………4
第2章 变速器的结构分析与型式选择……………………………………………5
2.1变速器传动机构的结构分析与型式选择…………………………………………5
2.1.1有级与无级变速器…………….……………………………………………5
2.1.2两轴式与三轴式变速器……….……………………………………………5
2.1.3支承方案分析………………………………………………………………6
2.2变速器零、部件的结构分析与型式选择…..………………………………………7
2.2.1齿轮型式…………………….………………………………………………7
2.2.2轴的结构与分析…………….………………………………………………7
2.2.3轴承型式…….………………………………………………………………8
2.2.4换挡机构的结构型式与分析有级与无级变速器…………………………9
2.2.5变速器的操纵机构………………….………………………………………9
2.3变速器倒档布置方案的选择与分析…………………………………………..…11
2.4本章小结…………………………………………………………………..………12
第3章变速器主要参数的计算与校核……………………………………………13
3.1设计的初始数据………………………………..…………………………………13
3.2变速器传动比的确定………………………………..……………………………13
3.3中心距….………………………………….………………………………………15
3.3.1初选中心距…………….……………………………………..……………15
3.3.2变速器的轴向尺寸…………………………………………...……………15
3.4齿轮参数及齿轮材料的选择……………………………………..………………15
3.4.1齿轮模数………………………...…………………………………………15
3.4.2齿形、压力角及螺旋角...……..……………………………………………16
3.4.3齿宽…………………...……..………..………………………..…..………16
3.4.4齿顶高系数……….........……..……………………………………………16
3.4.5齿轮材料的选择原则...……..……………………………………..………16
3.5一档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算……………………………………17
3.5.1一档齿轮参数的计算………………………………………………...……18
3.5.2一档齿轮强度的计算……………………………………………...………20
3.5.3一档齿轮受力计算.........………………………………………………..…22
3.6常啮合档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算………………………………23
3.6.1常啮合档齿轮参数的计算……………...…………………………………23
3.6.2常啮合档齿轮强度的计算………………...………………………………24
3.6.3常啮合档齿轮受力计算.........………………..………………………....…24
3.7二档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算……………………………………24
3.7.1二档齿轮参数的计算…………………………..…………………….……24
3.7.2二档齿轮强度的计算………………………...……………………………25
3.7.3二档齿轮受力计算.........……………………………………..………....…26
3.8三档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算……………………………………26
3.8.1三档齿轮参数的计算………………………...……………………………26
3.8.2三档齿轮强度的计算………………………...……………………………27
3.8.3三档齿轮受力计算.........……………..……………………………………27
3.9四档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算……………………………………27
3.9.1四档齿轮参数的计算………………………...……………………………27
3.9.2四档齿轮强度的计算……………………...………………………………29
3.9.3四档齿轮受力计算.........……………………………………..……………29
3.10倒档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算…………………………………29
3.10.1倒档齿轮参数的计算………………….…………………………………29
3.10.2倒档齿轮强度的计算……………….……………………………………31
3.10.3倒档齿轮受力计算.........…………………………………………………32
3.11本章小结…………………………………………………………………………32
第4章轴及轴上支承的计算及其校核……………………………………………34
4.1轴承的选择及寿命验算………………..…………………………………………34
4.1.1滚针轴承的选择及寿命验算……………...………………………………34
4.1.2圆锥滚子轴承的选择及寿命验算……………………...…………………40
4.2轴的工艺要求…………………………………………………..…………………44
4.3轴的校核计算………………………….……………………….…………………44
4.3.1初选轴的直径…………………………………...…………………………44
4.3.2轴的刚度校核……………………………...………………………………45
4.3.2轴的强度校核………………………...……………………………………51
4.4本章小结………………..…………………………………………………………54
第 5章同步器和操纵机构的设计及选用…………………………………………55
5.1同步器的设计………………………………………………………………55
5.1.1锁销式同步器……………………………………………………...………55
5.1.2锁环式同步器…………………………………...…………………………56
5.1.3同步器主要尺寸的确定..………………………….………………………57
5.1.4同步器主要参数的确定..............……………………………………….…60
5.2变速器操纵机构的设计………………………………..…………………………62
5.2.1变速器操纵机构的要求及分类……………...……………………………62
5.2.2变速器操纵机构分析…………………...…………………………………63
5.3变速器箱体的设计…………………………………………………..……………64
5.4本章小结…………………………………..………………………………………65
结论………………………………………………………………………………………66
参考文献 ………………………………………………………………………………67
致谢………………………………………………………………………………………69
第1章 绪 论
1.1汽车变速器概述
变速器用于改变发动机曲轴的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下，满足驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。随着汽车工业的不断发展，今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定车速是难以达到的。变速器的倒挡使汽车能倒退行驶；其空挡使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离。
变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒挡安全装置，其他结构措施，可使操纵可靠，不产生跳挡、乱挡、自动脱挡和误挂倒挡；采用同步器可使换挡轻便，无冲击及噪声；采用斜齿轮、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性，使汽车和发动机有良好的匹配性。
1.2 课题研究现状、设计的目的和意义
1.2.1 研究现状
汽车变速器作为汽车传动系统中的主要变速机构，它的发展经历了100多年，随着汽车技术日新月异的发展，汽车变速器技术的发展也发生了很大的变化。它通过改变转速比，从而改变传动扭矩比，与发动机配合工作。鉴于变速器重要的变速功能，其结构对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接的影响，所以它也是影响整车性能的重要因素之一，因此变速器的质量一直也是汽车行业竞争的焦点，对变速器的研究开发也越来越显得举足轻重。
随着生活水平的提高，现在很多农户和小企业会根据自身需要和经济状况选择购买一辆经济适用的轻型货车作为运输车，机械式变速器以其自身的性价比配套于经济性货车厂家，而且经济实用型轻型货车的销量在货车市场一直都不错，轻型货车基本上都是5档机械式变速器。由此可见对轻型货车的变速器的研究还是很有必要的。
众所周知，传统机械式变速器有很多缺点，比如换挡冲击大，体积大，振动噪声大和操纵复杂沉重等。但是它也有很多优点，例如传动效率高，工作可靠，使用寿命长，制造工艺成熟和成本低廉等。就目前市场希求和适用角度来看，作为在中国适用性最为广泛的汽车变速器，依然会较长一段时间内发挥其不可替代的作用，因此有必要对其作进一步的研究。
1.2.2 设计目的意义
汽车变速器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，同时是发动机在最有利的工况范围内工作。手动变速器在我国应用十分广泛，通过对手动变速器的设计，让我充分了解变速器的构造和设计过程，锻炼本人的动手能力、独立思考能力和绘图能力，使其变速器的学习具有一定的实际意义。
在汽车开发过程中变速器参数的选择十分重要，因为它们关系到车辆的动力性和燃油经济性。如不同车速时驱动力和行驶阻力之间的关系，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力，这样汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡，这些都与变速器的参数有关。通过对手动变速器的设计让我更加的了解变速器参数的选择过程和优化过程。汽车变速器的设计是一个复杂的系统工程。其设计的关键是综合考虑车辆的平顺性、动力性和燃油经济性等多方面的设计要求，这就对变速器设计人员提出较高的要求。采用AutoCAD 绘制二维平面图，对变速器参数进行优化设计，能够大大提高设计的效率和质量。
1.3 汽车变速器现状和发展趋势
现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化，机械式变速器不能满足人们的需要。而自动变速器技术得到了迅速发展。目前，国内变速器厂商都向着无级变速器和自动变速器方向发展，国内现已有好几款轿车已经应用上无级变速器，而轻型多挡位汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。
无级变速器又称为连续变速式无级变速器(Continuously Variable Transmission简称"CVT") 。这种变速器与一般齿轮式自动变速器的最大区别，是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。无级变速器结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，主要靠主动轮、从动轮和传动带来实现速比的无级变化。
几乎所有的自主整车企业都在对自动变速器进行研发，也有企业推出了产品，但结构都比较简单，技术很落后，换档平顺性和经济性都让人难以满意。以AT(液力自动变速器)为例，国内汽车企业研究时间较长的是4挡AT，因为布置方案等技术困难，以及AT对生产设备和工艺控制的要求也是难以具备的，至今尚做不出成熟产品。这些因素同样体现在构造特殊的CVT(机械无级自动变速器)上面。而对于AMT(电控机械自动变速器)、DCT(双离合变速器)，最大的技术难点是在于软体发展和控制。在制造方面，部分可以延续手动变速器的齿轴生产设备，但加工精度仍需要大幅提高。目前国内，自动变速箱基本依靠国际厂商提供产品或者技术，市场竞争还处在手动变速器和自动变速器之间，中国的变速箱发展同国际水平差距很大，尚处在初级阶段。国内手动变速器的技术在国际上也较为落后，虽然目前大部分厂商都拥有生产手动变速器的设备和能力，但普遍以5档手动变速箱为主，对于5 档以上的产品，还得借助一些国外技术进行研究，并且生产出来的产品或多或少还存在齿轮敲击啸叫噪音、换档性能低下等问题。
从国际变速器市场看，不同区域的变速器装配情况也不一样。几年前出现的双离合变速器（DCT），结合了手动变速器的燃油经济性、运动性和自动变速器的方便舒适性。世界范围内在对其进行大规模研究和制造，北美已经开始在注重舒适性的同时，寻求可以降低油耗的方案，DCT便是很好解决方案之一，而且4挡AT已经成为落后技术，其将被6挡AT或者是更多档位的AT或者是DCT代替。
由于DCT比AT节约大约10%油耗，今后其会逐渐占据一部分原有的手动变速器和AT的市场。可见DCT的出现在一定程度上改变了目前的市场格局。未来短期，全球的变速箱市场竞争主要会在各种自动变速器（AT、CVT、和DCT）间展开。
目前全球汽车产量平均以每年3.5％的速度递增，预计至2015 年全球轻型汽车产量将至少达到8900万辆。随着轻型汽车的产量增加，手动变速器和行星齿轮自动变速器的产量预计也将随之增加，但都将会被AMT(自动变速器) 和CVT(无极变速器) 侵占一部分市场份额。
从商用车的特性上来说，机械式变速器的功用是其他变速器所不能替代的。其载货量大，需要大功率的发动机和大转矩变速器，采用一档或二档起步，在起步时才会有足够的牵引力量将车带动。特别是在满载爬坡时，机械式变速器的特点就非常明显。
1.4 变速器的特点和设计要求及内容
在本次设计中，由于是对传统的变速器进行改进性设计,在给定的发动机最大转矩、转速及最高车速、发动机标定功率等条件下，主要完成变速器机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。
对于变速器的要求：
（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）设置倒档，使汽车能到推行驶；
（4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出；
（5）换挡迅速、省力、方便、工作可靠；
（6）汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档以及换挡冲击等现象发生；
（7）变速器应当有高的工作效率；
（8）变速器的工作噪声要低。除此以外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小，制造成本低，维修方便等要求，满足汽车有必要的动力性和经济性指标。
变速器设计的主要内容：
1、变速器传动机构方案的选择；
2、变速器操纵机构的设计；
3、各档齿轮参数计算及其强度校核。参数计算包括变速器传动比计算、中心距计算、各档齿轮齿数的分配、齿轮参数等，强度校核包括齿轮的弯曲应力的校核、接触应力的校核以及计算齿轮所受的圆周力、径向力、轴向力；
4、变速器轴及轴上支撑的计算及其校核。包括格挡齿轮滚针轴承的选择及其寿命验算、第二轴和中间轴上圆锥滚子的选择及其寿命验算、轴的加工工艺分析、轴的结构设计、各轴直径及长度计算、轴的强度和刚度计算；
5、同步器的设计选用和参数选择；
6、变速器箱体的结构设计设计。
第2章 变速器的结构分析与型式选择
2.1变速器传动机构的结构分析与型式选择
2.1.1有级与无级变速器
有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，具有高的传动效率，因此在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。
通常，有级变速器具有3个、4个、5个前进挡；重型载货汽车和重型越野车则采用多党变速器，其前进档位数多达6-16个甚至20个。
有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力的齿轮副数目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度
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