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哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） -I 奔驰 C180K 变速箱的优化设计 摘要 变速器是汽车传动系统中最主要的部件之一，它是通过改变传动比来改 变发动机曲轴的转矩和转速，以满足汽车在起步、倒车，变速行驶等行驶条 件下所需的驱动车轮牵引力大小，行驶方向及不同车速的需要。它的好坏直 接影响了发动机动力的平稳输出和汽车的正常启动，以及汽车在各种路况下 能否够顺利换挡满足所需行驶条件。 本次设计题目是奔驰 C180K 六档机械式变速器设计。 根据给定参数进行结构方案分析，要求完成变速器的机械设计、强度计 算、结构设计与设计图纸绘制。本文旨在基于 MATLAB 的方法对变速器的齿 轮部分进行结构优化，从而达到式变速器尺寸减小，结构更紧凑的目的。设 计部分是本说明书的重点，它主要包括结构分析、方案论证、计算和校核。 结构分析是对所选结构中各主要零部件进行设计计算，其中包括机械式变速 器中心矩、齿轮参数、传动比的设计计算，还有输入轴中间轴和输出轴的设 计。校核计算则是对经设计计算的主要零部件进行校核。它在各零部件设计 计算之后直接给出。 关键词：变速器，结构优化，MATLAB 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） -II The Optimization Design of Benz C180K Transmission Abstract Transmission is one of the most important parts in vehicle transmission system. It changes the torque and the speed of the engine crankshaft via changing the transmission ratio so that it can meet the demand on the traction, driving direction and driving speed required by different driving conditions such as starting, reverse and variable velocity.Whether the transmission is good or not will directly have an impact on engines stable output and the start of the vehicle. And it will also influence whether the car can shift to meet the driving conditions under all kinds of situations. This designing issue is Benz C180K six-speed transmission. According to the given structural parameters, We are required to complete the mechanical design, strength calculation, structural design, program analysis and d esign drawings. This paper aims at the method based on MATLAB for the gear tra in transmission part structural optimization, achieve type transmission decreases m ore compact size, structure of purpose.Preamble is the introduction for this task an d the specific requirements in detail.Design part is the focus of this thesis, which includes structural analysis,program demonstration, calculation and verification. Structural analysis of the selected structure signify the calculation of major components, including the central moments of mechanical transmission, gear parameters, designing and calculation of transmission ratio as well as the input shaft ,intermediate shaft and output shaft. Checking calculation is made after the designing and calculation of the main components and conclusion is given after the designing is done. Key Words：Transmission , Structure optimization , MATLAB 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） -III 目录 摘要.I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 课题研究的目的和意义. 1 1.2 变速器的功用和要求.1 1.3 变速器的分类.2 1.3.1 手动变速器（MT）.2 1.3.2 自动变速器（AT）.2 1.3.3 手动/自动变速器（AMT）.3 1.3.4 无级变速器（CVT）.3 1.4 国内外研究的现状.3 1.5 本文主要研究内容.5 1.5.1 确定汽车手动变速器的设计方案.5 1.5.2 变速器基本参数计算.5 1.5.3 基于 MATLAB 对变速器的结构进行优化.5 1.5.4 主要零件强度校核.6 1.5.5 利用 CATIA 完成变速箱的结构设计. 6 第 2 章 变速器设计方案的确定.7 2.1 变速器轴数的选择.7 2.2 倒档布置形式的选择.8 2.3 齿轮形式的选择.9 2.4 变速器换挡机构的选择. 9 2.5 变速器轴承的选择.10 2.6 变速器操纵机构的选择. 10 2.7 本章小结.11 第 3 章 变速器主要参数的选择和零件的设计.12 3.1 传动比的确定.12 3.1.1 变速器最大传动比的选择.12 3.1.2 变速器其他传动比的选择.13 3.2 中心距的确定.13 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） -IV 3.3 齿轮参数设计.14 3.3.1 齿轮模数的选择.14 3.3.2 压力角的选择.14 3.3.3 螺旋角的选择.14 3.3.4 齿宽的设计计算.15 3.4 各档齿数的分配.15 3.4.1 一档齿轮齿数的确定.16 3.4.2 二档齿轮齿数的确定.16 3.4.3 三档齿轮齿数的确定.16 3.4.4 四档（直接档）齿轮齿数的确定.17 3.4.5 五档（超速档）齿轮齿数的确定.17 3.4.6 倒档齿轮齿数的确定.17 3.5 齿轮变位系数的选择. 17 3.6 本章小结.18 第 4 章 变速器的 MATLAB 优化. 19 4.1 MATLAB 软件介绍.19 4.2 MATLAB 优化过程.19 4.2.1 目标函数和设计变量.20 4.2.2 约束条件.20 4.2.3 优化结果.23 4.3 本章小结.24 第 5 章 变速器重要零件的校核.25 5.1 齿轮的强度计算与校核. 25 5.2 轴的强度计算与校核. 28 5.2.1 第一轴的校核计算.28 5.2.2 第二轴的校核计算.29 5.2.3 中间轴的校核计算.31 5.3 本章小结.33 结论.34 参考文献.35 附录.37 致谢.40 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 课题研究的目的和意义 汽车在不同使用场合有不同的要求，采用往复活塞式内燃机为动力的汽 车，其在实际工况下所要求的性能与发动机的动力性、经济性之间存在着较 大的矛盾。例如，受到载运量、道路坡度、路面质量、交通状况等条件的影 响，汽车所需的牵引力和车速需要在较大范围内变化，以适应各种使用要求； 此外，汽车还需要能倒向行驶，发动机本身是不可能倒转的，只有靠变速箱 的倒挡齿轮来实现。上述发动机牵引力、转速、转向与汽车牵引力、车速、 行驶方向等之间的矛盾，单靠发动机本身是难以解决的，车用变速器应运而 生，它与发动机匹配，通过多挡位切换，可以使驱动轮的扭矩增大到发动机 扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的几分之一。 无论从变速箱本身的特点，还是设计手段与方法的整个趋势来看，将先 进的设计方法引入变速箱的设计使极其必要的。变速器设计和一些主要参数 选择方法上依然沿袭传统设计方法。现代汽车技术的发展对传动装置的设计 工作提出了更高的要求。在这种情况下，传动装置的设计，不但要满足动力 性和经济性指标，而且要求结构紧凑、尺寸小、重量轻、传动效率高、工作 可靠、寿命长、噪音低等。 机械式变速箱主要应用了齿轮传动的降速原理。简单的说，变速箱内有 多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换挡行为，也就是通过操纵机构 使变速箱内不同的齿轮副工作。如在低速时，让传动比大的齿轮副工作，而 在高速时，让传动比小的齿轮副工作。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，在不同形式的汽车上得到广泛应用。 1.2 变速器的功用和要求 变速器的功用是根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机 的扭矩和转速，使汽车具有适合的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有 利的工况范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离，变 速器具有倒档和空档。在有动力输出需要时，还应有功率输出装置。 对变速器的主要要求是： 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 2 - 应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽 车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比， 来满足这一要求。 工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、 乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性， 操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、 半自动换档来实现。 重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优 质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥 滚柱轴承可以减小中心距。 传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精 度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。 噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性 可减小齿轮的噪声。 1.3 变速器的分类 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、无级变速器。 1.3.1 手动变速器（MT） 手动机械式变速器（Manual Transmission）采用齿轮组，每挡的齿轮组的 齿数是固定的，所以各挡的变速比是定值，即所谓有级变速器。虽然这种变 速器在操作时比较繁琐，驾驶工作强度大，阻碍了汽车高速发展的步伐。但 它同时具有成本低、起速快、传递扭矩大等特点，从目前市场实际需求和适 用角度来看，手动变速器还不能被其它新型汽车变速器所完全替代。 1.3.2 自动变速器（AT） 自动变速器（Automatic Transmission） ，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。而驾驶者只需操纵加速 踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器踏板，但自动变速器中有 很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 3 - 速的目的。 1.3.3 手动/自动变速器（AMT） 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。自动手 动变速系统向人们提供两种驾驶方式为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通 拥挤时使用自动档，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。 1.3.4 无级变速器 （CVT） 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” 。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，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。虽然它们有着共同 点，但是自动变速器只有换档是自动的，但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 27 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。 1.4 国内外研究的现状 变速器行业在历史浪潮的推动下不断向前。可以说，社会经济的发展成 就了当今的中国变速器行业，反过来，变速器行业也折射出新中国成立以来 我国经济建设的发展历程和辉煌成就。在手动变速器领域，国产品牌已占主 导地位，为适应当前汽车节能、环保、舒适、廉价要求这一新趋势，更高的 传动效率，更舒适的驾乘感觉，更小的体积和更加简易可靠的控制模式应该 成为当今新型变速器技术的追求目标。因为手动变速器技术成熟而且传动效 率高，维修保养成本低。同时，它可以带给驾驶者充分的驾驶乐趣。另外， 手动变速器它的燃油经济性决定了在未来发展中的重要地位。 手动变速器的许多最近的发展集中在为降低成本和体积的新制造方法 上。传统来说，变速器制造包含大量昂贵的机器，以及为机械加工和装配操 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 4 - 作所需留出的空间限制的设计。最新的技术包括，如在最新的 FordGetra96 档变速器中可以看到的激光焊接冲压钢滑动齿轮选择器轴套。为替代前一代 变速器的铸铁拨叉，这种精致而坚固的设计方案可以导致更少的对内部的损 害。齿轮盘片的激光和摩擦焊接同时保证了所需机器设计空间的降低，这是 一种由雷诺公司在 5 档副轴圆型变速器设计中发明的技术，命名为 EMI，曾 在 2000年展出并因为它的简单和轻便仅 22公斤却能提供 140Nm的转矩而出 名。另一方面，设计人员也在其齿轮提供转矩输出的设计上进行了认真的研 究，提高了耐久性和低噪声水平。 从变速器的发展现状中我们可以看出，无论是自动变速器还是手动变速 器，都存在着优点和某些不足，所以对于一款新设计出的变速器进行适当的 优化是必不可少的。传统的汽车变速器设计是采用许多经验公式计算和测绘 同类型变速器来初步确定其参数，这样设计出来的变速器盲目性比较大，常 过于保守。减小体积和质量，提高传扭能力，是当前汽车变速器优化设计的 主要目的，因为减小变速器的体积和质量可减少制造费用，降低齿轮动载荷， 提高齿轮寿命，使汽车的总体布置更为方便和灵活。当发动机选定时，就要 求设计的变速器在规定的使用年限内保证其性能，而且要求变速器体积最小， 节省材料，降低成本。如何达到此要求，如何合理地分配传动比，合理选择 各档的模数、齿数、螺旋角、齿轮变位系数等，传统设计方法是根据经验类 比、估算或试凑的方式初步确定这些参数，然后再进行刚度与强度等校核， 若不合适，就对其中某参数进行修改，再进行重复计算，直到满意为止。这 种设计方法在一定程度上伴随着主观性，而通过变速器专业软件的优化功能， 可适当的消除这种盲目性和主观性。 目前汽车发达国家的汽车开发能力越来越依赖于汽车自动开发设计软 件。发达国家汽车开发能力的高低已不再用它拥有多少高级开发能力的人才 和先进设备的多少来评价，而是用更重要的一个方面就是它是否拥有最先进 的开发软件和数据库来评价。 当前对轿车设计中动力性与经济性要求日渐提高的情况下，对零部件的 限制条件也越来越多，越来越复杂。传统的经验公式已经无法满足新型变速 器设计的要求。而总结新的经验公式又需要丰富的设计经验与知识，是一个 长期的过程。当今科技日新月异，轿车生产的手段方法与目标也不断在改变。 大量使用的经验公式已不具备长期生存实用的必要性和可能性。 采用前置后驱形式的轿车一直被认为是极具驾驶乐趣的车型。目前国内 采用这种驱动布置的主要有华晨宝马、丰田锐志、皇冠等少数车型。以宝马 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 5 - 为例，除其中某几款四驱车型以外，其余车型均采用前置后驱的形式。在这 种布置中，发动机的位置通常较前置前驱车型靠后，甚至直接位于前轴之上， 同时发动机采用纵置布置，这就使得变速器要采用三轴形式，变速器距离驾 驶员位置较近，从而简化了操纵机构的复杂程度。而前置后驱的布置，使得 宝马汽车的前后轴荷可以达到完美的 1:1。采用性能优异的手动变速器，更能 增加汽车的操控性与驾驶乐趣；而增加变速器的挡数，又能够改善汽车的动 力性、燃油经济性和平均车速，因此目前宝马汽车的手动变速器均采用六挡 形式。 综上所述，不仅从变速箱本身的特点，还是设计手段与方法的整个趋势 来看，将先进的设计方法引入变速箱的设计是及其必要的。其优点不仅仅在 于得到一个能使性能达到较高水平的设计方案，而且由于知识工程和专家系 统的引入，使得其更具有可扩展性。它可以直接将一个复杂的要求引入到设 计过程中，能在不改变或较少改变设计系统的情况下，进行进一步设计和检 验其合理性。而在传统设计方法中，要做到这样是很困难的，因为改变设计 系统和过程将是一个复杂的工作。 1.5 本文主要研究内容 本论文主要参考同类变速器设计研究方法，结合变速箱设计的实际情况， 对手动变速器的结构、工作原理及工作过程进行一定的研究。主要研究内容 如下： 1.5.1 确定汽车手动变速器的设计方案 本文选择奔驰 C180K 手动五档变速器做为研究对象，设计方案包括齿轮 和轴的总布置形式、换档操纵机构及档位布置形式、倒档布置形式等。变速 器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。在确 定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式、润滑 和密封等因素。 1.5.2 变速器基本参数计算 根据所配发动机的基本参数以及考虑到整车动力性和经济性要求的传动 比，设计计算出变速器主要零件的相关参数。 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 6 - 1.5.3 基于 MATLAB 对变速器的结构进行优化 MATLAB 的优化工具箱是现代优化设计中的一个很方便的软件，在选定 发动机后，要求设计的变速器在规定的使用年限内保证其性能，而且要求变 速器体积小，节省材料，降低成本。那么就应当合理选择各档的模数、齿数、 螺旋角等。在设计中通过 MATLAB 的优化程序，合理选择这些参数，达到预 期目的。 1.5.4 主要零件强度校核 完成齿轮、轴和轴承等主要零件的强度分析及校核。 1.5.5 利用 CATIA 完成变速箱的结构设计 利用 CATIA 软件可以对变速器进行从具体的设计、分析、模拟、组装到 维护在内的全部设计流程。变速器的内部装配图如图 1-1 所示： 图 1-1 变速箱内部装配 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 7 - 第 2 章 变速器设计方案的确定 变速器设计方案要求从使用性能、制造条件和重量、价格性价比等多方 面考虑，要求满足制造、使用、维修等条件。所以应从齿轮的形式，轴的形 式及布置的合理性等多方面分析，得到最佳方案。 2.1 变速器轴数的选择 固定轴式应用广泛，主要有两轴式和三轴式变速器。 两轴式变速器的动力传递主要依靠两根相互平行的轴完成。它的结构简 单、紧凑、容易布置。它多用于发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动 的普通级和中级轿车上。两轴式变速器示意图如图 2-1 所示： 图 2-1 两轴式变速器示意图 三轴式变速器主要有三根轴：第一轴（输入轴） 、中间轴和第二轴（输出 轴） 。第一轴和第二轴在同一轴线上，并且与中间轴平行。此外，还有一跟倒 档轴。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。三轴式变速 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 8 - 器示意图如图 2-2 所示： 图 2-2 三轴式变速器示意图 与两轴式变速器相比较，三轴式变速器的各档多了一对齿轮传动，因而 机械效率低，噪声变大，但它的直接档机械效率最高，噪声低，齿轮和轴承 的磨损减少。因为直接档的利用率要高于其他档位，因而提高了变速器的使 用寿命。而两轴式变速器是不可能有直接档的。 本设计采用三轴式变速器。 2.2 倒档布置形式的选择 常见的倒档布置方案如图 2-3 所示： 图 2-3 倒档布置方案 图 2-3（b）方案的优点是倒挡利用了一挡齿轮，缩短了中间轴的长度。 但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图 2-3（c）方案能获得较 大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图 2-3（d）方案对 2-3（c）的缺 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 9 - 点做了修改。图 2-3（e）所示方案是将一、倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加 长。图 2-3（f）所示方案适用全部齿轮副均为常啮合的齿轮，挡换更为轻便。 本文选择 2-3（f）作为倒档传动布置方案。 2.3 齿轮形式的选择 齿轮形式有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优 点；缺点是制造时稍复杂。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数增加，并导致变速器的转动惯量增大。 本设计倒档采用直齿圆柱齿轮传动，其他档位采用斜齿圆柱齿轮传动。 2.4 变速器换挡机构的选择 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。使用 轴向滑动直齿齿轮换挡，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早 损坏，并伴随着噪声。因此，除一挡、倒挡外已很少使用。 使用啮合套换挡，因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过 早被损坏，但不能消除换挡冲击。同步器分为常压式、惯性式、和惯性增力 式，多采用惯性式变速器，使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声， 得到广泛应用。但结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大，多用于轿车。 本设计均采用锁环式同步器进行换挡，如图 2-4 所示： 图 2-4 锁环式同步器示意图 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 10 - 2.5 变速器轴承的选择 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。第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时，可布置圆柱滚子轴承， 若空间不足则采用滚针轴承。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。滚针轴承、 滑动轴承套主要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。 本设计采用角接触球轴承和滚针轴承。 2.6 变速器的操纵机构 变速器的操纵机构装在变速箱内，由变速叉轴、变速叉、倒块、自锁弹 簧、自锁钢球、互锁钢球、互锁圆柱销组成。 变速器操纵机构的功能是保证驾驶员根据使用条件，准确的将变速器换 入所需的档位。操纵机构如图 2-5 所示： 图 2-5 操纵机构 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 11 - 2.7 本章小结 本章从使用性能、体积优化，便于制造等多方面考虑，选择了满足制造、 使用、维修等要求的变速器方案。选择了变速器各档的布置形式、换挡方案、 轴承型号、操纵机构等。达到了变速器设计的最佳方案。 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 12 - 第 3 章 变速器主要参数的选择和零件的设计 3.1 传动比的确定 变速器的传动比范围是指变速器最低档传动比与最高档传动比的比值。 影响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求 的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动 半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前乘用车的传动比范围在 5 . 40 . 3之间。 3.1.1 变速器最大传动比 1 i的选择 变速器最大传动比需要满足最大爬坡度，根据汽车行驶方程式： dt du mGiu AC Gf r iiT a D Tg 20emax 15.21 汽车以一档在无风、干沙路面行驶，公式简化为 sin cos 0emax GGf r iiT Tg 即： Ttq g iT fGr i 0 1 sincos （3-1） 式中 max T发动机最大转矩（mN） ； m汽车质量（kg） ； g重力加速度（N/kg） ； G作用在汽车上的重力（N） ； 0 i 主减速其传动比； T 传动系效率； r车轮半径（m） ； f滚动阻力系数； 爬坡度（ ） 。 参考汽车理论中轮胎的滚动阻力系数图，初步选定025. 0f。 将kg1545m；%8 .71 T ；m316. 0r；025 . 0 f代入式（3-1） ， 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 13 - 求得：783 . 2 i 1g 。（3-2） 变速器最大传动比 1 ig需满足汽车行驶的附着条件，根据公式： F ii Tg 2 T 10max （3-3） 在沥青混凝土干路面，取75 . 0 。 将数据代入式（3-3） ， 求得：179 . 4 718 . 0 47 . 3 211 316 . 0 75 . 0 9270 0max 1 T g iT rF i （3-4） 由式（3-2）和（3-4）可知：783 . 2 179 . 4 1 g i。 目前乘用车一档的传动比范围在5 . 40 . 3之间，初步选取一档传动比 5 . 3 1g i。 3.1.2 变速器其他传动比的选择 由上述条件初选一挡传动比为5 . 3 1g i，设四挡为直接挡，传动比为 1。 因为汽车传动系各挡传动比大体按等比级数分配， 即：q i i i i g g g g 3 2 2 1 ， 4 1 3 2 2 3 ,qiqiqi ggg 初选：75 . 0 , 1,52 . 1 , 3 . 2 5432g ggg iiii 3.2 中心距的确定 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、体积和质量 有影响，而且对齿轮的接触强度有影响。中心距越小，轮齿的接触应力越大， 齿轮的寿命越短。 初选中心矩可用下式经验公式计算： 3 1maxgeA iTKA（3-5） 式中 maxe T发动机最大转矩（mN） ；mN211 max e T。 A K中心距系数； A K 取值范围 8.69.6。取97. 8 A K。 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 14 - 1 i 变速器一挡传动比；5 . 3 1 i。 g 变速器传动效率。96 . 0 g 。 将数据代入式（3-5） ， 求得：mm80A。 3.3 齿轮参数设计 3.3.1 齿轮模数的选择 本变速器设计倒挡为直齿齿轮，其它档位为斜齿圆柱齿轮，选取齿轮模 数要保证齿轮有足够的刚度，同时兼顾它对噪声和质量的影响，减少模数、 增加齿宽会使噪声降低，反之则能减轻变变速器的质量。降低噪声对轿车有 意义。从齿轮强度观点出发，每对齿轮应有各自的模数，而从工艺的观点出 发，全部齿轮选用一种模数是合理的。根据齿轮模数选用的优先原则及本变 速器的特点，进行模数的选取，直齿轮为mm5 . 2，斜齿轮为mm5 . 2。 3.3.2 压力角的选择 对于轿车，为提高齿轮的承载能力，应采用 5 . 22或25压力角齿轮，实际 上因国家标准压力角为20，所以齿轮压力角普遍采用20。 3.3.3 螺旋角的选择 为了减少工作噪声和提高强度，汽车变速器齿轮多数用斜齿轮，只有倒 挡齿轮及一挡齿轮才用直齿轮。选取斜齿轮的螺旋角应注意以下问题： 螺旋角大些时会使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳，噪声降低， 实验还证明，随螺旋角的增大，齿轮的强度也会相应的提高，不过当螺旋角 高于30时，其抗弯强度会骤然下降，而接触强度仍上升。因而选取适当的值 使弯曲强度与接触强度达到均衡。此外，为消除斜齿轮传动的轴向力，中间 轴上的齿轮一律做成右旋，而第一、二轴上的一律左旋，轴向力由轴承承受。 最后，可用调整螺旋角的方法，使各对啮合齿轮因模数或齿数不同等原 因而造成的中心距不等现象得以消除。 斜齿轮的螺旋角的初步取值在以下范围内： 变速器斜齿轮的螺旋角为 2918。 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 15 - 3.3.4 齿宽b的设计计算 在选择齿宽时，应该注意齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳性、 齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有影响。 考虑尽量减少轴向尺寸和质量，齿宽应小些，但齿轮传动平稳性消弱， 此时虽然可以用增加齿轮螺旋角来补偿，但这时轴承的轴向力增大，使之寿 命降低，齿宽窄还会使齿轮的工作应力增加，选用宽些的齿宽，工作时因轴 的变型导致沿齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。 根据模数的大小选定齿宽： 直齿齿宽：mKb C ， C K 为齿宽系数，取0 . 85 . 4。 斜齿齿宽： nCm Kb ， C K 取5 . 80 . 6。 3.4 各挡齿数的分配 在初选中心距、齿轮螺旋角之后，可根据预选确定的变速器挡数、传动 比和传动方案来分配齿轮的齿数。为便于说明各档齿数的分配，结构简图如 图 3-1 所示： 图 3-1变速器简图 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计） - 16 - 3.4.1 一挡齿轮齿数的确定 一挡传动比为： 7 8 1 2 1 Z Z Z Z i（3-7） 一挡为斜齿轮，初选为 25 ， 则： Z m Acos2 58 4 25cos802 （3-8） 式中 Z 1 Z和 2 Z 的齿数和。 初选27 1 Z，则31 2 Z。 中间轴一挡齿轮数受中间轴径尺寸限制，即受刚度的限制。齿数 8 Z 在 1712之间。初选 28 1 ，将数据代入式（3-8） ， 求得：44Z7，14 8 Z。 上面根据初选的 A 及 m 计算出的 Z 可能不是整数，将其调整为整数后， 从式（3-8）看出中心距有了变化，这时应从 Z 及齿轮变位系数反过来计算中 心距 A，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。 3.4.2 二挡齿轮齿数的确定 2 2 1 4 3 i Z Z Z Z =23 . 2 31 27 （3-9） 初选 2 29， 2 43 cos2 ZZm A n 80 29cos2 5 . 2 43