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SY-025-BY-2毕业设计任务书学生姓名申 一系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-8班指导教师姓名纪峻岭职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称捷达轿车GIF两轴式变速器的设计一、设计目的、意义捷达轿车以其经久耐用、操控性好受到许多用户的青睐，销量全国领先。汽车变速器是汽车上的重要部件，其设计的合理性关系到整车的性能。变速器设计应该以车辆的类型、使用条件和运行参数为依据。变速器设计的关键是结构设计和各零件材料的选择。变速器结构型式和材料的选择一方面关系到整车应用的可靠性，另一方面也关系到是否由于过设计而成为造成车辆超载的隐患。因此，合理进行变速器设计对整车使用性能起着关键的作用。本设计是根据轿车的工作特点，设计一款简单适用的二轴变速器。变速器操纵机构设计合理性关系到平稳换档、使驾驶员操作轻便不过早感到疲劳。二轴式变速器设计的合理性，关系到动力的传递和动力的有效输出。二、设计内容、研究方法1设计内容完成捷达轿车GIF两轴式变速器的设计。根据轿车的结构特点和行驶条件，拟定汽车的基本技术参数，完成该车发动机的选择和传动系档数和各档传动比的确定，完成汽车变速器总成设计，包括操纵机构、输入轴和输出轴。2研究方法1）在调研及查阅资料的基础上，合理确定必要的车辆技术参数作为设计的依据。主要包括汽车的质量参数、总体布置型式、汽车的行驶条件以及要达到的基本的性能指标等； 2）合理选择发动机及确定传动系的档数和各档传动比，确定变速器各档传动比，要求 综合考虑汽车动力性和经济性指标， 3）完成变速器总布置设计，要求结构合理； 4）完成动力传递路线设计，要求传递参数综合考虑各因素并经多次反复验算后确定； 5）完成变速器的总成和零部件设计； 6）总体结构设计和零件设计满足机械设计的要求，做必要的运动学和动力学方面的校核。三、设计完成后应提交的成果（一）设计说明书一份要求：内容完整、数据详实、应用性强。 （二）图纸部分 图纸量折合成0号图纸3张以上要求：包含总成图和零件图各若干张，结构表达清楚，材料选择合理。四、设计进度安排（1）调研、搜集资料，撰写开题报告和文献综述 第12周（2月28日3月11日）（2）确定设计依据的技术参数，选择发动机并确定传动系参数 第 3-4周（3月14日3月25日）（3）确定设计方案，确定总布置形式 第56周（3月28日4月8日） （4）确定动力传递路线及传递数据 第7周（4月11日4月15日） （5）完成变速器的操纵机构及传动机构的结构设计（参数运算和力学分析） 第810周（4月18日5月6日）（6）绘制操纵机构和传动机构的总成及零件图。 第1113周（5月9日5月27日） （7）撰写设计说明书 第14周（5月30日6月3日） （8）毕业设计审核、修改 第1516周（6月6日6月17日）（9）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月20日6月24日）五、主要参考资料1 王望予 . 汽车设计 ，机械工业出版社2 王国林 . 汽车底盘构造及维修 ，高等教育出版社 , 2005.13 刘惟信 . 汽车变速器设计 . 清华大学出版社4 陈家瑞 . 汽车构造 ，机械工业出版社 , 2005.15 王宝玺 . 汽车拖拉机制造工艺学，机械工业出版社，2005 6 齐晓杰 . 汽车液压、液力与气压传动技术，化学工业出版社，2004.127 王世刚 . 机械设计实践 . 哈尔滨工程大学出版社，20038 戴枝荣 . 工程材料 . 高等教育出版社，2001六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 捷达轿车GIF两轴式变速器设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程07-8班 学 生 姓 名: 申 一 导 师 姓 名: 纪峻岭 开 题 时 间: 2011年3月11号 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日毕业设计（论文）开题报告学生姓名申 一系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-8班指导教师姓名纪峻岭职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称捷达轿车GIF两轴式变速器设计一、课题研究现状、选题目的和意义 1.课题研究现状 在汽车变速箱100多年的历史中，主要经历了从手动到自动的发展过程。目前世界上使用最多的汽车变速器为手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手自一体变速器（AMT）、无级变速器（CVT）、双离合变速器（DCT）五种型式。 它们各有优缺点：MT的节能效果最好、经济性娱乐性强，但对驾驶技术要求高；AT的节能效果差一些，但是操作简单、舒适性好、元器件可靠性高；AMT具备前两者的优点，但在换挡时会有短暂的中断，舒适性差一些；CVT结构简单、效率高、功率大、车速变化平稳，但它的传动带容易损坏，无法承受较大的载荷；DCT结合了手动变速器的燃油经济性和自动变速器的舒适性，它是从传统的手动变速器演变而来，目前代表变速器的最高技术。 在我国，据调查2007年手动变速器的市场比重为74%，占据较大的市场份额。从2002到2007年间自动档变速器市场占有率从9%增长到26%，Global Insight公司预计到2012年自动档变速器将占据33%的份额，而乘用车市场自动档所占的比例可能达到44%。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。同时手动档变速器的节能型，经济性以及驾驶娱乐性也决定了其不可替代性。 2.国内研究综述 我国从60年代起,就在“红旗”770轿车上使用了具有2个前进档的液力自动变速器,1975年又研制出具有3个前进档的CA774液力自动变速器。80年代初,老“红旗”轿车因油耗高而停止生产。油耗高的原因除液力自动变速器效率问题外,更主要的要归因于其高达5.6L排量的发动机。 此外,除在部分军用车辆上使用了液力自动变速器外,国内汽车行业几乎与自动变速器无缘。甚至有人认为,中国在2000年以前不需要自动变速器。 随着中国的改革开放,大量国外轿车进入我国市场,其中许多中高档轿车是带有自动变速器的,而其类别几乎全部是液力自动变速器。这也使一大批汽车修理企业对液力自动变速器的维修变得十分熟悉。 由于对自动变速器良好性能的逐渐认识,用户的需求量越来越大,使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。1998年,一汽大众公司生产的“捷达王”已将自动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康”1.6L的车型上推出了电控式液力自动变速器。上海通用汽车公司在所生产的别克“世纪”轿车上装备了目前最为先进的一种液力自动变速器4T65E型四档电控自动变速驱动桥。而广州本田“雅阁”轿车,自动变速器几乎是标准配置。因此,在国产车上选装液力自动变速器已成为必然之势。 从研究与生产环节来看,CA770液力自动变速器生产过近2 000台,加之工程机械、军用车辆采用动力换档的行星齿轮变速器已有10多年的历史,近几年,国内也为大功率车辆研制成功电控自动变速器,因此可以说,在液力自动变速器的研究、生产以及修理方面均有一定的基础。但目前国产轿车所装用的液力自动变速器全部都依靠进口。不过通用汽车公司在上海的合资企业已开始试生产4T65E型四档电控自动变速驱动桥。当然,完全国产化还有一段路要走。 在电子控制机械式自动变速器方面,国内有关部门也正在进行研究。目前已生产出样机。 至于机械式无级变速器,早在十年前,国内就有高校购买过国外样机作分析研究,但苦于经费问题,无法深入进行。近一两年一些高校才又开始重新起步。根据国外目前CVT应用的趋势和所做的预测,CVT可能是小功率(发动机排量2L以下)液力自动变速器最有威胁的挑战者,国内市场前景不容忽视。但要想完全依靠国内自己的力量做成实用的CVT,既不现实,时间上也不允许。走技术引进的道路是一条捷径。 按照我国汽车工业产业政策的规划,到2010年我国轿车产量将达400万辆,不过这个目标可能过于乐观。笔者认为,届时年产200万辆轿车是完全有可能的,而由于大量非职业驾驶人员的出现和对汽车性能要求的提高,装备自动变速器的至少占10%,再加上部分大客车也采用自动变速器,对自动变速器的需求量将在20万台以上,这对于我国的汽车工业而言,将是一个极好的机遇,同时也是一场新的挑战。 3.目的与意义: 捷达轿车以其经久耐用、操控性好受到许多用户的青睐，销量全国领先。汽车变速器是汽车上的重要部件，其设计的合理性关系到整车的性能。 变速器设计应该以车辆的类型、使用条件和运行参数为依据。 变速器设计的关键是结构设计和各零件材料的选择。变速器结构型式和材料的选择一方面关系到整车应用的可靠性，另一方面也关系到是否由于过设计而成为造成车辆超载的隐患。因此，合理进行变速器设计对整车使用性能起着关键的作用。 本设计是根据轿车的工作特点，设计一款简单适用的二轴变速器。变速器操纵机构设计合理性关系到平稳换档、使驾驶员操作轻便不过早感到疲劳。二轴式变速器设计的合理性，关系到动力的传递和动力的有效输出。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 1.设计基本内容（1）捷达轿车五档两轴式变速器传动机构布置方案（2）捷达轿车变速器基本参数的确定（3）捷达轿车各挡齿轮的设计及校核（4）捷达轿车传动轴的设计及校核（5）捷达轿车轴承的选择及校核（6）捷达轿车同步器和操纵机构的设计选用（7）捷达轿车变速器箱体的设计（8）CAD绘制装配图及零件图 2.拟解决的主要问题（1）根据轿车的结构特点和行驶条件，拟定汽车的基本技术参数（2）完成该车发动机的选择和传动系档数和各档传动比的确定（3）完成汽车变速器总成设计，包括操纵机构、输入轴和输出轴三、技术路线（研究方法）收集资料，选择车型知识准备，选择方案确定设计参数变速器传动机构布置方案挡数及各挡传动比的确定CAD绘制装配图、零件图完成设计说明书变速器箱体的设计同步器和操纵机构的设计选用主要零部件的设计及计算齿轮参数确定及各挡齿轮齿数分配轮齿强度计算轴的设计及校核轴承的选择及校核轴向尺寸的确定变速器中心距的确定变速器基本参数的确定四、进度安排（1）调研、搜集资料，撰写开题报告和文献综述 第12周（2月28日3月11日）（2）确定设计依据的技术参数，选择发动机并确定传动系参数 第 3-4周（3月14日3月25日）（3）确定设计方案，确定总布置形式 第56周（3月28日4月8日） （4）确定动力传递路线及传递数据 第7周（4月11日4月15日） （5）完成变速器的操纵机构及传动机构的结构设计（参数运算和力学分析） 第810周（4月18日5月6日）（6）绘制操纵机构和传动机构的总成及零件图。 第1113周（5月9日5月27日） （7）撰写设计说明书 第14周（5月30日6月3日） （8）毕业设计审核、修改 第1516周（6月6日6月17日）（9）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月20日6月24日）5、 参考文献1 刘惟信.汽车设计M.清华大学出版社，2001.72 臧杰，阎岩.汽车构造M.北京：机械工业出版社，2006.7 3 王望予.汽车设计（第4版）M.北京：机械工业出版社，2007.94 余志生.汽车理论（第4版）M.北京：机械工业出版社，2008.15 王宝玺，贾庆祥.汽车制造工艺学（第3版）M.北京：机械工业出版社，2008.16 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.57 殷玉枫.机械设计课程设计M.北京：机械工业出版社，2006.68 蔡春源.简明机械零件手册M.北京：冶金工业出版社，1996.39 徐灏.机械设计手册（3）M.机械工业出版社，199110 刘品.机械精度设计与检测基础（第5版）M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.911 蔡炳炎，徐勇，林宁.机械式汽车变速器的速比配置分析J.机械研究与应用 2005-0412 向立明.汽车变速器的发展历史及未来趋势J.公路与汽运，2007.1（1）：214113 宁斌.474汽车变速器倒档锥度环的结构改进J.装备制造技术，2007（1）：778214 马力，印昌元.国外轿车变速器发展现状J 世界汽车，1999,（02）15 张炳力，赵韩，今朝勇，朱可.汽车自动变速器研究现转机展望J 中国机械工程，2006（S2）16 过学迅,吴涛.汽车自动变速器在中国的发展现状及前景J 汽车研究与开发，1999，（06）17 王铭.汽车变速器全解析J 汽车维修，2010,（05）18 吴光强，孙贤安.汽车自动变速器发展综述J 同济大学学报（自然科学版）2010,（10）19 彭运钧. 自动变速器的换挡规律J 工程机械与维修 , 2005, (07)20 杨胜义.现代汽车变速器技术发展J 中国商界(上半月),2010,(09)21 Liu Weixin,Ge Ping,Li Wei.Study of Optimal Matching Between Automobile Transmission Parameters and Engine,Transportation Systems-1990-,AMD-Vol.108.The Winter Annual Meeting of The ASME,Dallas,Texas,Nov.2530，199022 John Fenton.Hand Book of Vehicle Design Analysis.Warrendale,PA.,USA:Society of Automotive Engineer,Inc.6571，1996六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日黑龙江工程学院本科生毕业设计（论文） 摘要汽车传动系是汽车的核心组成部分。其任务是调节变换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满足汽车的使用要求。变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的设计水平对汽车的动力性、燃料经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展,轿车变速器的设计趋势为增大变速器传递功率与重量之比,并要求变速器具有较小的尺寸和良好性能。本文阐述了发动机的选择、变速器方案的确定、变速器设计、变速器同步器设计、变速器箱体设计。在给定捷达GIF发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下,着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算。关键词：变速器；齿轮；同步器；设计；结构ABSTRACTDrivetrain is the core components of automobile. Its task is transforming and regulateing the performance of engine. Transmission can effectively and economically conveyed the power to the wheel which can meet the requirement of vehicles. Transmission is the important part of drivetrain components to complete the tasks. as well as one of the main factor to decide the whole performance of vehicle. The standards of Transmission designing can directly impact the vehicle dynamics, fuel economy, the reliability and portability of shifting, the smoothness and efficiency of Transmiting. Along with the development of the automobile industry, the trend of car transmission designing is to increase its transmission power and decrese its weight ,and hope have smaller size and excellent performance. This thesis are expounded the engine choice, transmission solution, transmission design , design for transmission the synchronizer, design for transmission the first axis ,design for transmission box.In conditions that knowing the JATTA engine out put torque, speed of engine and maximum speed of vehicles, maximum degree, focus on the designing of transmission gear structural parameters, axis geometry design computation; as well as the transmission and drive program structure design.Key words: Transmission；Gear；Synchronizer ；Design；StructureI目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.1.1 汽车变速器的设计要求11.1.2 国内外汽车变速器的发展现状21.2 设计的内容及方法2第2章 变速器传动机构与操纵机构的布置32.1 变速器传动机构布置方案32.1.1 变速器传动方案分析与选择32.1.2 倒档布置方案32.1.3 零部件结构方案分析42.2 变速器操纵机构布置方案62.2.1 概述62.2.2 典型的操纵机构及其锁定装置72.3 本章小结9第3章 变速器的设计与计算103.1 变速器主要参数的选择103.1.1 档数103.1.2 传动比范围103.1.3 变速器各档传动比的确定103.1.4 中心距的选择133.1.5 变速器的外形尺寸133.1.6 齿轮参数的选择133.1.7 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算153.1.8 变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整183.2 变速器齿轮强度校核193.2.1 齿轮材料的选择原则193.2.2 变速器齿轮弯曲强度校核203.2.3 轮齿接触应力校核233.2.4 倒档齿轮的校核273.3 轴的结构和尺寸设计303.3.1 初选轴的直径303.4 轴的强度验算323.4.1 轴的刚度计算323.4.2 轴的强度计算393.5 轴承选择与寿命计算443.5.1 输入轴轴承的选择与寿命计算453.5.2 输出轴轴承的选择与寿命计算473.6 本章小结49第4章 变速器同步器及结构元件设计504.1 同步器设计504.1.1 同步器的功用及分类504.1.2 惯性式同步器504.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定514.1.4 主要参数的确定524.2 变速器壳体544.3 本章小结54结论55参考文献56致谢57附录58第1章 绪 论1.1 概述随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，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。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，对轿车而言，其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天，车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标，而变速器的设计不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大，影响汽车的整体性。1.1.1 汽车变速器的设计要求汽车传动系是汽车的核心组成部分。其任务是调节、变换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满足汽车的使用要求1。变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展，轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽车变速器的设计工作开始之前，首先要根据变速器运用的实际场合来对一些主要参数做出选择。主要参数包括中心距、变速器轴向尺寸、轴的直径、齿轮参数、各档齿轮的齿数等。变速器的基本设计要求2：保证汽车有必要的动力性和经济性；设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输；设置倒档，使汽车能倒退行驶；换档迅速、省力、方便；工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档，以及换档冲击等现象出现；工作效率高，噪声小；结构简单、方案合理；在满载及冲击载荷条件下，使用寿命长；除此之外，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。 变速器传动机构有两种分类方法。根据前进档数分为：三档变速器，四档变速器，五档变速器，多档变速器。根据轴的形式分为：固定轴式，旋转轴式。其中固定轴式又分为：两轴式变速器，中间轴式变速器，双中间轴式变速器，多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。1.1.2 国内外汽车变速器的发展现状 汽车自动变速器目前在国际上已成为发展趋势。与传统的手动变速器相比，汽车自动变速器在节能、可操控和驾驶舒适性等方面有显著优势。因此，自动变速器在汽车工业发达国家和地区的市场占有率越来越高。当前，自动变速器在美国汽车市场上的占有率接近90%，在日本汽车市场上占有率在80%以上，在欧洲乘用车市场上占有率在50%以上，而在我国目前6000多万辆的汽车保有量中，自动挡车约占10%以上。 在美国，AT（液力自动变速器）占有绝对优势。这主要是因为其自动变速器发展较早，消费者要求汽车必须操控简单，驾乘舒适，且对油耗并不敏感。这种消费习惯造就了美国以AT为主的自动变速器市场。 欧洲消费者注重驾驶体验和驾驶乐趣，喜欢手动操控对机械带来的控制感，并且对油耗比较看重，所以自动变速器发展空间T（双离合器式自动变速器）出现后，立刻成为欧洲市场的宠儿。 日本是世界上CVT（无级变速器）装车率最高的市场。日本消费者对CVT这种可以使发动机一直工作在同一转速区间保持低噪声并连续加速的变速器青睐有加。在我国，自动变速器市场近些年每年都在以20%的速度增长，但毕竟起步晚，基础薄弱，大量自动变速器仍然依赖进口。自主品牌企业开发了一些新产品，但多数没有形成产业化，产品技术路线也不是十分清晰。本刊将从第10期开始连续在“产业透视”栏目介绍我国自动变速器发展现状及未来趋势，以飨读者。变速器是汽车能量的“转换器”,其性能好坏对现代汽车行驶的平顺性、舒适性、连贯性等至关重要。随着国内外汽车市场的发展，采用自动变速器的自动挡车需求量加大，近两年我国轿车市场中自动挡车型的销量约占总销量的35%左右。但由于自动变速器结构复杂，研发成本高，零件加工难度大，研制技术及生产被国外企业所垄断，国内市场这类产品生产能力很小，主要由外资及外资控股企业生产，其余基本依靠进口。 我国从60年代起,就在“红旗”770轿车上使用了具有2个前进档的液力自动变速器,1975年又研制出具有3个前进档的CA774液力自动变速器。80年代初,老“红旗”轿车因油耗高而停止生产。油耗高的原因除液力自动变速器效率问题外,更主要的要归因于其高达5.6L排量的发动机。 此外,除在部分军用车辆上使用了液力自动变速器外,国内汽车行业几乎与自动变速器无缘。甚至有人认为,中国在2000年以前不需要自动变速器。 随着中国的改革开放,大量国外轿车进入我国市场,其中许多中高档轿车是带有自动变速器的,而其类别几乎全部是液力自动变速器。这也使一大批汽车修理企业对液力自动变速器的维修变得十分熟悉。 由于对自动变速器良好性能的逐渐认识,用户的需求量越来越大,使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。1998年,一汽大众公司生产的“捷达王”已将自动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康”1.6L的车型上推出了电控式液力自动变速器。上海通用汽车公司在所生产的别克“世纪”轿车上装备了目前最为先进的一种液力自动变速器4T65E型四档电控自动变速驱动桥。而广州本田“雅阁”轿车,自动变速器几乎是标准配置。因此,在国产车上选装液力自动变速器已成为必然之势。 从研究与生产环节来看,CA770液力自动变速器生产过近2 000台,加之工程机械、军用车辆采用动力换档的行星齿轮变速器已有10多年的历史,近几年,国内也为大功率车辆研制成功电控自动变速器,因此可以说,在液力自动变速器的研究、生产以及修理方面均有一定的基础。但目前国产轿车所装用的液力自动变速器全部都依靠进口。不过通用汽车公司在上海的合资企业已开始试生产4T65E型四档电控自动变速驱动桥。当然,完全国产化还有一段路要走。 在电子控制机械式自动变速器方面,国内有关部门也正在进行研究。目前已生产出样机。 至于机械式无级变速器,早在十年前,国内就有高校购买过国外样机作分析研究,但苦于经费问题,无法深入进行。近一两年一些高校才又开始重新起步。根据国外目前CVT应用的趋势和所做的预测,CVT可能是小功率(发动机排量2L以下)液力自动变速器最有威胁的挑战者,国内市场前景不容忽视。但要想完全依靠国内自己的力量做成实用的CVT,既不现实,时间上也不允许。走技术引进的道路是一条捷径。 按照我国汽车工业产业政策的规划,到2010年我国轿车产量将达400万辆,不过这个目标可能过于乐观。笔者认为,届时年产200万辆轿车是完全有可能的,而由于大量非职业驾驶人员的出现和对汽车性能要求的提高,装备自动变速器的至少占10%,再加上部分大客车也采用自动变速器,对自动变速器的需求量将在20万台以上,这对于我国的汽车工业而言,将是一个极好的机遇,同时也是一场新的挑战。 目前，国内外汽车变速器的发展十分迅速，普遍研究和采用电控自动变速器，这种变速器具有更好的驾驶性能、良好的行驶性能、以及更高的行车安全性3。但是驾驶员失去了驾驶乐趣，不能更好的体验驾驶所带来的乐趣。机械式手动变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠，具有良好的驾驶乐趣等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。在档位的设置方面，国外对其操纵的方便性和档位数等方面的要求愈来愈高。目前，4档特别是5档变速器的用量有日渐增多的趋势。同时，6档变速器的装车率也在日益上升4。1.2 设计的内容及方法本次设计的变速器是在原有捷达的变速器的基础上，在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。1、对变速器传动机构的分析与选择通过比较两轴和中间轴式变速器各自的优缺点，以及所设计车辆的特点，确定传动机构的布置形式。2、变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择：档数、传动比、中心距、齿轮参数等。3、变速器齿轮强度的校核变速器齿轮强度的校核主要对变速器的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行校核。4、轴的基本尺寸的确定及强度计算对于轴的强度计算则是对轴的刚度和强度分别进行校核。5、轴承的选择与寿命计算对变速器轴的支撑部分选用圆锥磙子轴承，寿命计算是按汽车的大修里程来衡量，轿车的为30万公里。本次设计主要是查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料，结合所学专业知识，在老师的正确指导下进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；同时对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析设计；另外，对现有传统变速器的结构进行改进、完善。第2章 变速器传动机构与操纵机构的布置2.1 变速器传动机构布置方案机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。2.1.1 变速器传动方案分析与选择机械式变速器传动机构布置方案主要有两种：两轴式变速器和中间轴式变速器。其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档速比不能设计的很大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时直接输出动力。而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汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体绝大多数方案的第二轴与一轴在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，此时噪声低，齿轮、轴承的磨损减少。对不同类型的汽车，具有不同的传动系档位数，其原因在于它们的使用条件不同、对整车性能要求不同、汽车本身的比功率不同5。而传动系的档位数与汽车的动力性、燃油经济性有着密切的联系。就动力性而言，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区下作的能力，降低了油耗。从而能提高汽车生产率，降低运输成木。不过，增加档数会使变速器机构复杂和质量增加，轴向尺寸增大、成本提高、操纵复杂。 综上所述，由于此次设计的捷达变速器是中档轿车变速器，驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且可布置变速器的空间较小，对变速器的要求较高，要求运行噪声小，设计车速高，故选用二轴式变速器作为传动方案。选择5档变速器，并且五档为超速档。2.1.2 倒档布置方案常见的倒档布置方案如图2.1所示。图2.1b方案的优点是倒档利用了一档齿轮，缩短了中间轴的长度。但换档时有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难；图2.1c方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理；图2.1d方案对2.1c的缺点做了修改；图2.1e所示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长；图2.1f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档换更为轻便。综合考虑以上因素，为了换档轻便，减小噪声，倒档传动采用图2.1f所示方案。图2.1 倒档布置方案2.1.3 零部件结构方案分析1、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。直齿圆柱齿轮主要用于一档、倒档齿轮，与直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点，所以本设计全部选用斜齿轮。变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度（图2.2）影响齿轮强度6。要求尺寸应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮装在轴上以后，保持足够大的稳定性，齿轮轮毂部分的宽度尺寸，在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求： （2.1）式中：花键内径。为了减小质量，轮辐处厚度应在满足强度条件下设计得薄些。图2.2中的尺寸可取为花键内径的1.251.40倍。图2.2 变速器齿轮尺寸控制图齿轮表面粗糙度数值降低，则噪声减少，齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。变速器齿轮齿面的表面粗糙度应在m范围内选用。要求齿轮制造精度不低于7级。2、变速器轴变速器轴多数情况下经轴承安装在壳体的轴承孔内。当变速器中心距小，在壳体的同一端面布置两个滚动轴承有困难时，输出轴可以直接压入壳体孔中，并固定不动。用移动齿轮方式实现换档的齿轮与轴之间，应选用矩形花键连接，以保证良好的定心和滑动灵活，而且定心外径及矩形花键齿侧的磨削比渐开线花键要容易7。两轴式变速器输入轴和中间轴式变速器中间轴上的高档齿轮，通过轴与齿轮内孔之间的过盈配合和键固定在轴上。两轴式变速器的输出轴和中间轴式变速器的第二轴上的常啮合齿轮副的齿轮与轴之间，常设置有滚针轴承、滑动轴承，少数情况下齿轮直接装在轴上。此时，轴的表面粗糙度不应低与m，硬度不低于5863HRC。因渐开线花键定位性能良好，承载能力大且渐开线花键的齿短，小径相对增大能提高轴的刚度，所以轴与同步器上的轴套常用渐开线花键连接。倒档轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴，并由螺栓固定。由上述可知，变速器的轴上装有轴承、齿轮、齿套等零件，有的轴上又有矩形或渐开线花键，所以设计时不仅要考虑装配上的可能，而且应当可以顺利拆装轴上各零件。此外，还要注意工艺上的有关问题。3、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。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8。 变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径较小、宽度较大因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。 由于本设计的变速器为两轴变速器，具有较大的轴向力，所以设计中变速器输入轴、输出轴的前、后轴承按直径系列均选用圆锥滚子轴承。2.2 变速器操纵机构布置方案2.2.1 概述根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用操纵机构完成选档和实现换档或退到空档。变速器操纵机构应当满足如下主要要求9：换档时只能挂入一个档位，换档后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱档或自动挂档，防止误挂倒档，换档轻便。变速器操纵机构通常装在顶盖或侧盖内，也有少数是分开的。变速器操纵机构操纵第二轴上的滑动齿轮、啮合套或同步器得到所需不同档位。用于机械式变速器的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒档装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选档、换档或推到空档工作，称为手动换档变速器。1、直接操纵式手动换档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档功能的手动换档变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。近年来 ，单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴，各档同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各档换档行程相等。2、远距离操纵手动换档变速器平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器，受总体布置限制，变速器距驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换档手力经过这些转换机构才能完成换档功能。这种手动换档变速器，称为远距离操纵手动换档变速器。3、电动自动换档变速器20世纪80年代以后，在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换档，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换档，这种变速器成为电动自动换档变速器10。由于所设计的变速器为两轴变速器，采用发动机前置前轮驱动，变速器离驾驶员座椅较近，所以采用直接操纵式手动换档变速器。2.2.2 典型的操纵机构及其锁定装置图2.3 为典型的操纵机构图定位装置的作用是将被啮合件保持在一定位置上，并防止自动啮合和分离，一般采用弹簧和钢球式机构。1、换档机构变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换档，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，除一档、倒档外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换档。因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换档冲击。目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换档迅速、无冲击、无噪声，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。同上述两种换档方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。利用同步器或啮合套换档，其换档行程要比滑动齿轮换档行程小。通过比较，考虑汽车的操纵性能，本设计全部档位均选用同步器换档。2、防脱档设计互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速叉轴互被锁住，该机构的作用是防止同时挂入两档，而使挂档出现重大故障。常见的互锁机构有：（1）互锁销式图2.4是汽车上用得最广泛的一种机构，互锁销和顶销装在变速叉轴之间，用销子的长度和凹槽来保证互锁。图2.4，a为空档位置，此时任一叉轴可自由移动。图2.4，b、c、d为某一叉轴在工作位置，而其它叉轴被锁住。图2.4 互锁销式互锁机构（2）摆动锁块式图2.5为摆动锁块式互锁机构工作示意图，锁块用同心轴螺钉安装在壳体上，并可绕螺钉轴线自由转动，操纵杆的拨头置于锁块槽内，此时，锁块的一个或两个突起部分A档住其它两个变速叉轴槽，保证换档时不能同时挂入两档。（3）转动钳口式图2.6为与上述锁块机构原理相似的转动钳口式互锁装置。操纵杆拨头置于钳口中，钳形板可绕A轴转动。选档时操纵杆转动钳形板选入某一变速叉轴槽内，此时钳形板的一个或两个钳爪抓住其它两个变速叉，保证互锁作用11。图2.5 摆动锁块式互锁机构 图2.6 转动钳口式互锁机构操纵机构还应设有保证不能误挂倒档的机构。通常是在倒档叉或叉头上装有弹簧机构，使司机在换档时因有弹簧力作用，产生明显的手感。锁止机构还包括自锁、倒档锁两个机构。自锁机构的作用是将滑杆锁定在一定位置，保证齿轮全齿长参加啮合，并防止自动脱档和挂档。自锁机构有球形锁定机构与杆形锁定机构两种类型。倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，方能挂入倒档，起到提醒注意的作用，以防误挂倒档，造成安全事故。本次设计属于前置前轮驱动的轿车，操纵机构采用直接操纵方式，锁定机构全部采用，即设置自锁、互锁、倒档锁装置。采用自锁钢球来实现自锁，通过互锁销实现互锁。倒档锁采用限位弹簧来实现，使驾驶员有感觉，防止误挂倒档。2.3 本章小结本章主要介绍了变速器传动机构和操纵机构的类型，分析了各类型机构的优缺点，并针对所设计的变速器的类型、特点、及功用，对变速器的传动方式、操纵机构的布置方式、及主要零件的形式，做出了初步的选择，为后期的设计工作打下基础。第3章 变速器的设计与计算3.1 变速器主要参数的选择本次毕业设计是在给定主要整车参数的情况下进行设计，捷达GIF整车主要技术参数如表3.1所示：表3.1 捷达GIF整车主要技术参数发动机最大功率91kw车轮型号185/60R14S发动机最大转矩180Nm最大功率时转速5400 r/min最大转矩时转速4000r/min最高车速170km/h总质量1488kg变速器形式手动五档3.1.1 档数近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘用车一般用45个档位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用5个档。商用车变速器采用45个档或多档。载质量在2.03.5t的货车采用五档变速器，载质量在4.08.0t的货车采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。档数选择的要求：1、相邻档位之间的传动比比值在1.8以下。2、高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档区相邻档位之间的比值小。 因此，本次设计的轿车变速器为5档变速器。3.1.2 传动比范围变速器传动比范围是指变速器最高档与最低档传动比的比值。最高档通常是直接档，传动比为1.0；有的变速器最高档是超速档，传动比为0.70.8。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3.04.5之间，总质量轻些的商用车在5.08.0之间，其它商用车则更大。本设计最高档传动比为0.77。3.1.3 变速器各档传动比的确定1、主减速器传动比的确定发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为12： （3.1）式中：汽车行驶速度（km/h）； 发动机转速（r/min）； 车轮滚动半径（m）； 变速器传动比； 主减速器传动比。已知：最高车速=170 km/h；最高档为超速档，传动比=0.77；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格185/60R14S得到=29(mm)；发动机转速=5400（r/min）；由公式（3.1）得到主减速器传动比计算公式：2、最抵档传动比计算按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一档通过要求的最大坡道角坡道时，驱动力应大于或等于此时的滚动阻力和上坡阻力（加速阻力为零，空气阻力忽略不计）13。用公式表示如下： （3.2）式中：G 车辆总重量(N)； 坡道面滚动阻力系数(对沥青路面=0.010.02)；发动机最大扭矩(Nm)； 主减速器传动比； 变速器传动比； 为传动效率（0.850.9）；R 车轮滚动半径；最大爬坡度（一般轿车要求能爬上30%的坡，大约）由公式（3.2）得： （3.3）已知：m=1488kg；r=0.29m； Nm；g=9.8m/s2；，把以上数据代入（3.3）式：满足不产生滑转条件。即用一档发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下： （3.4）式中：驱动轮的地面法向反力，； 驱动轮与地面间的附着系数；对混凝土或沥青路面可取0.50.6之间。已知：kg；取0.6，把数据代入（3.4）式得：所以，一档转动比的选择范围是：初选一档传动比为3.4。3、变速器各档速比的配置按等比级数分配其它各档传动比，即： 3.1.4 中心距的选择初选中心距可根据经验公式计算14： （3.5）式中：A 变速器中心距（mm）； 中心距系数，乘用车=8.99.3；发动机最大输出转距为180（Nm）； 变速器一档传动比为3.4； 变速器传动效率，取96%。（8.99.3）=（8.9-9.3）8.375=74.5477.89mm轿车变速器的中心距在6080mm范围内变化。初取A=75mm。3.1.5 变速器的外形尺寸变速器的横向外形尺寸，可以根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列公式选用：mm初选长度为240mm。3.1.6 齿轮参数的选择1、模数选取齿轮模数时一般要遵守的原则是：为了减少噪声应合理减小模数，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，各档齿轮应该选用一种模数；从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。表3.2 汽车变速器齿轮的法向模数车 型乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/t1.0V1.61.6V2.56.014模数/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00轿车模数的选取以发动机排量作为依据，由表3.2选取各档模数为，由于轿车对降低噪声和振动的水平要求较高，所以各档均采用斜齿轮。2、压力角压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为了降低噪声，应选用14.5、15、16、16.5等小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用22.5或25等大些的压力角15。 国家规定的标准压力角为20，所以普遍采用的压力角为20。啮合套或同步器的压力角有20、25、30等，普遍采用30压力角。本变速器为了加工方便，故全部选用标准压力角20。3、螺旋角齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。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、噪声降低。 试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低档齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高高档齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。本设计初选螺旋角全部为22。4、齿宽齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。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优点被削弱，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。齿宽较小又会使齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作中会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀造成偏载，导致承载能力降低，并在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，取为6.08.5，取6.0mm5、齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。若齿顶高系数小，则齿轮重合度小，工作噪声大；但因轮齿受到的弯矩减小，轮齿的弯曲应力也减少。因此，从前因齿轮加工精度不高，并认为轮齿上受到的载荷集中齿顶上，所以曾采用过齿顶高系数为0.750.80的短齿制齿轮。在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为1.00。为了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大与1.00的细高齿。本设计取为1.00。3.1.7 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。应该注意的是，各档齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀16。根据图3.1确定各档齿轮齿数和传动比。1、一档齿数及传动比的确定一档传动比为：取整得53。轿车可在1217之间选取，取13，则。则一档传动比为： 1-一档主动齿轮 2-一档从动齿轮 3-二档主动齿轮 4-二档从动齿轮 5-三档主动齿轮 6-三档从动齿轮 7-四档主动齿轮 8-四档从动齿轮 9-五档主动齿轮 10-五档从动齿轮 11-倒档主动齿轮 12-倒档中间轴齿轮 13-倒档输出轴齿轮图3.1 五档变速器传动方案简图2、对中心距A进行修正取整得mm，为标准中心矩。3、二档齿数及传动比的确定 （3.6） （3.7）已知：=80mm，=2.345，=2.75，；将数据代入（3.6）、（3.7）两式，齿数取整得：，所以二档传动比为：4、计算三档齿轮齿数及传动比 （3.8） （3.9）已知：=80mm，=1.618，=2.75，；将数据代入（3.8）、（3.9）两式，齿数取整得：，所以三档传动比为：5、计算四档齿轮齿数及传动比 （3.10） （3.11）已知：=80mm，=1.116，=2.75，；将数据代入（3.10）、（3.11）两式，齿数取整得：，所以四档传动比为：6、计算五档齿轮齿数及传动比 （3.12） （3.13）已知：=80mm，=0.77，=2.75，；将数据代入（3.12）、（3.13）两式，齿数取整得：，所以五档传动比为：7、计算倒档齿轮齿数及传动比初选倒档轴上齿轮齿数为=25，输入轴齿轮齿数=13，为保证倒档齿轮的啮合不产生运动干涉齿轮11和齿轮13的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，即满足以下公式： （3.14）已知：，把数据代入（3.14）式，齿数取整，解得：，则倒档传动比为：输入轴与倒档轴之间的距离：mm输出轴与倒档轴之间的距离：mm3.1.8 变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整采用变位齿轮的原因：配凑中心距；提高齿轮的强度和使用寿命；降低齿轮的啮合噪声17。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着档位的降低，总变位系数应该逐档增大。一、二档和倒档齿轮，应该选用较大的值。为了减小轴向力，抵档选用较小的螺旋角，一档选，二档选；为了增加重合度，减小噪声，三档、四档、五档选用较大的螺旋角，都选为。1、一档齿轮的变位查机械设计手册中的齿轮变位系数线图，得 2、二档齿轮的变位查机械设计手册中的齿轮变位系数线图，得 3、其他各档齿轮的变位同理得到三档、四档、五档变位系数如下： 3.2 变速器齿轮强度校核3.2.1 齿轮材料的选择原则（1）满足工作条件的要求。不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。（2）合理选择材料配对。如对硬度350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。（3）考虑加工工艺及热处理工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁；中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常采用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢，经正火或调质处理后，再进行切削加工即可；硬齿面齿轮（硬度350HBS）常采用低碳合金钢切齿后再表面渗碳淬火或中碳钢（或中碳合金钢）切齿后表面淬火，以获得齿面、齿芯韧的金相组织，为消除热处理对已切轮齿造成的齿面变形需进行磨齿。但若采用渗氮处理，其齿面变形小，可不磨齿，故可适用于内齿轮等无法磨齿的齿轮18。由于一对齿轮一直参与传动，磨损较大，齿轮所受冲击载荷作用也大，抗弯强度要求比较高。应选用硬齿面齿轮组合，所有齿轮均选用20CrMnTi渗碳后表面淬火处理，硬度为5862HRC。3.2.2 变速器齿轮弯曲强度校核齿轮弯曲强度校核（斜齿轮） (3.15)式中：圆周力（N），； 计算载荷（Nmm）；节圆直径（mm）， ，为法向模数（mm）；斜齿轮螺旋角； 应力集中系数，=1.50；齿面宽（mm）； 法向齿距，； 齿形系数，可按当量齿数在齿形系数图3.2中查得； 重合度影响系数，=2.0。图3.2 齿形系数图将上述有关参数据代入公式（3.15），整理得到 (3.16)（1）一档齿轮校核主动齿轮：已知： Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.191，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.182，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa（2）二档齿轮校核主动齿轮：已知： Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.168，把以上数据代入(3.16)式，得： MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.175，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa（3）三档齿轮校核主动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.148，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.154，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa（4）四档齿轮的校核主动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.149，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.151，把以上数据代入(3.16)式，得：Nmm（5）五档齿轮的校核主动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.154，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.144，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa对于轿车当计算载荷取变速器输入轴最大转距时，其许用应力不超过180350MPa，以上各档均合适。3.2.3 轮齿接触应力校核 （3.17）式中：轮齿接触应力（MPa）；齿面上的法向力（N），；圆周力（N），；计算载荷（Nmm）；为节圆直径（mm）；节点处压力角，为齿轮螺旋角；齿轮材料的弹性模量（MPa）；齿轮接触的实际宽度（mm）；，主从动齿轮节点处的曲率半径（mm），直齿轮，斜齿轮，；、 主从动齿轮节圆半径（mm）。表3.3 变速器齿轮许用接触应力齿轮/MPa渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一档和倒档1900-2000950-1000常啮合齿轮和高档齿轮1300-1400650-700将作用在变速器第一轴上的载荷作为作用载荷时，变速器齿轮的许用接触应力见表3.3：1、一档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mmN由于作用在两齿轮上的力为作用力与反作用力，故只计算一个齿轮的接触应力即可，将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷，将以上数据代入（3.17）可得：MPa2、二档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3.17）可得：MPa3、三档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3.17）可得：MPa4、四档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3.17）可得：MPa5、五档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3-17）可得：MPa以上各档变速器齿轮的接触应力均小于齿轮的许用接触应力，所以各档均合格。3.2.4 倒档齿轮的校核1、齿面接触疲劳许用应力的计算19 （3.18）式中：齿轮的接触疲劳极限应力（MPa）；寿命系数； 润滑油膜影响系数；工作硬化系数；尺寸系数；最小安全系数。查机械设计手册得到：=1500；=1；=1；=1；=1；=1将这些数据代入（3.18）式，得：MPa2、齿根弯曲疲劳许用应力计算 （3.19）式中：齿根弯曲疲劳极限应力；寿命系数；相对齿根圆角敏感系数；尺寸系数； 表面系数；最小安全系数。查机械设计手册得到：=920 MPa；=1；=1；=0.9；=1；=1.25将这些数据代入（3.19）式，得：MPa3、接触疲劳强度校核 （3.20）式中： 节点区域系数； 弹性系数； 重合度系数； 齿轮上的圆周力（N）； 表示齿宽（mm）； 齿轮直径； 表示传动比； 使用系数。查机械设计手册得到：=2.33；=189.8；0.73；已知：mm；N将以上数据代入（3.20）式，得：MPaMPa。4、齿根弯曲疲劳强度校核 （3.21）式中：齿形修正系数；重合度系数。查机械设计手册得到：=4.9；=0.64将以上数据代入（3.21）式得：MPa所以倒档齿轮接触疲劳强度和弯曲疲劳强度均合格。3.3 轴的结构和尺寸设计变速器在工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用，变速器的轴要承受转矩和弯矩。要求变速器的轴应有足够的刚度和强度。因为刚度不足会产生弯曲变形，结果破坏了齿轮的正确啮合，对齿轮的强度、耐磨性等均有不利影响。3.3.1 初选轴的直径在已知两轴式变速器中心距时，轴的最大直径和支承距离的比值可在以下范围内选取：对输入轴，=0.160.18；对输出轴，0.180.21。输入轴花键部分直径（mm）可按下式初选取：式中： 经验系数，=4.04.6；发动机最大转矩（N.m）。输入轴花键部分直径：=22.5825.97mm初选输入、输出轴支承之间的长度=265mm。按扭转强度条件确定轴的最小直径： （3.22）式中： d轴的最小直径（mm）；轴的许用剪应力（MPa）；P发动机的最大功率（kw）；n发动机的转速（r/min）。将有关数据代入（3.22）式，得：mm所以，选择轴的最小直径为25mm。根据轴的制造工艺性要求20，将轴的各部分尺寸初步设计如图3.3、3.4所示：图3.3 输入轴各部分尺寸图3.4 输出轴各部分尺寸3.4 轴的强度验算3.4.1 轴的刚度计算对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。前者使齿轮中心距发生变化，破坏了齿轮的正确啮合；后者使齿轮相互歪斜，致使沿齿长方向的压力分布不均匀。初步确定轴的尺寸以后，可对轴进行刚度和强度验算。图3.5 变速器轴的挠度和转角轴的挠度和转角如图3.5所示，若轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为和转角为，可分别用下式计算： （3.23） （3.24） （3.25）式中： 齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）；齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N）； 弹性模量（MPa），=2.1105 MPa； 惯性矩（mm4），对于实心轴，； 轴的直径（mm），花键处按平均直径计算；、齿轮上的作用力距支座、的距离（mm）； 支座间的距离（mm）。轴的全挠度为mm。轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为=0.050.10mm，=0.100.15mm。齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad。一档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=25mm；b=236mm；L=261mm；d=30mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=25mm；b=236mm；L=261mm；d=45mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmrad二档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=76mm；b=185mm；L=261mm；d=40mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=76mm；b=185mm；L=261mm；d=42mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmrad三档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=99；b=162mm；L=261mm；d=50mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：=mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=99mm；b=162mm；L=261mm；d=40mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmrad四档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=150mm；b=111mm；L=261mm；d=50mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=150mm；b=111mm；L=261mm；d=35mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmmm五档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=166mm；b=95mm；L=261mm；d=60mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=166mm；b=95mm；L=261mm；d=35mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmmm倒档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=216mm；b=45mm；L=261mm；d=30mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmmm输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=216mm；b=45mm；L=261mm；d=30mm，把有关数据代入（3.23）、（3.24）、（3.25）得到：mmmmmmmm由以上可知道，变速器在各档工作时均满足刚度要求。3.4.2 轴的强度计算变速器在一档工作时：对输入轴校核：计算输入轴的支反力：NNN已知：a=25mm；b=236mm；L=261mm；d=30mm1、垂直面内支反力对B点取矩，由力矩平衡可得到C点的支反力，即： （3.26）将有关数据代入（3.26）式，解得：=3314.07N同理，对A点取矩，由力矩平衡公式可解得：2、水平面内的支反力由力矩平衡和力的平衡可知： （3.27） （3.28）将相应数据代入（3.27）、（3.28）两式，得到：3、计算垂直面内的弯矩B点的最大弯矩为：NmmNmmNmmB点的最小弯矩为：Nmm4、计算水平面内的弯矩Nmm5、计算合成弯矩NmmNmm轴上各点弯矩如图3.6所示：作用在齿轮上的径向力和轴向力，使轴在垂直面内弯曲变形，而圆周力使轴在水平面内弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的支反力之后，计算相应的弯矩、。轴在转矩和弯矩的同时作用下，其应力为 (3.29)式中：（N.m）；轴的直径（mm），花键处取内径；抗弯截面系数（mm3）。将数据代入（3.29）式，得：MPaMPa在低档工作时，400MPa，符合要求。图3.6 输入轴的弯矩图对输出轴校核：计算输出轴的支反力：齿轮受力如下：NNN已知：a=25mm；b=236mm；L=261mm；d=30mm，c=50mm主动锥齿轮的受力分析： （3.30）式中： 发动机输出的最大转矩； 锥齿轮齿宽中点处的直径； 一档传动比。NNN1、垂直面内支反力对A点取矩，由力矩平衡可得到C点的支反力，即： （3.31）将有关数据代入（3.31）式，解得：=1152.05N同理，对C点取矩，由力矩平衡公式：，可解得：N2、水平面内的支反力由力矩平衡和力的平衡可知： （3.32） （3.33）将相应数据代入（3.32）、（3.33）两式，得到：N，N3、计算垂直面内的弯矩A点的弯矩为：NmmB点的弯矩为：NmmNmmNmmD点弯矩为：Nmm4、计算水平面内弯矩：A点的弯矩为：NmmB点的弯矩为：NmmNmm5、计算合成弯矩 Nmm Nmm Nmm轴上各点弯矩如图3.7所示：图3.7 输出轴弯矩图把以上数据代入（3.29），得：MPaMPaMPa在低档工作时，400MPa，符合要求。3.5 轴承选择与寿命计算轴承的使用寿命可按汽车以平均速度行驶至大修前的总行驶里程S来计算，对于汽车轴承寿命的要求是轿车30万公里，货车和大客车25万公里。式中，h3.5.1 输入轴轴承的选择与寿命计算初选轴承型号根据机械设计手册选择30305型号轴承KN，KN。1、变速器一档工作时N，N轴承的径向载荷：=3314.07N；N轴承内部轴向力： 查机械设计手册得：Y=2NNN所以NN计算轴承当量动载荷查机械设计手册得到，查机械设计手册得到；，查机械设计手册得到当量动载荷：NN为支反力。h表3.4 变速器各档的相对工作时间或使用率车型档位数最高档传动比/%变速器档位轿车普通级以下3113069410.532076.541182368中级以上3112277410.5210.587410.532076.5510.52418.575510.521557.525查表3.4可得到该档的使用率，所以：h所以轴承寿命满足要求。2、变速器四档工作时NNN轴承的径向载荷：=730.21N；N轴承内部轴向力： 查机械设计手册得：Y=2NNN所以NN计算轴承当量动载荷查机械设计手册得到，查机械设计手册得到；，查机械设计手册得到当量动载荷：支反力。NNh查表3.4可得到该档的使用率，于是h所以轴承寿命满足要求。3.5.2 输出轴轴承的选择与寿命计算1、 初选轴承型号根据机械设计手册选择轴承型号为：右轴承采用30305型号KN，KN左轴承采用30210型号KN，KN变速器一档工作时：一档齿轮上力为：N，N锥齿轮上的力：NNN轴承的径向载荷：=1668.02N；N轴承内部轴向力： 查机械设计手册得：Y=2NNN所以NN2、计算轴承当量动载荷查机械设计手册得到，查机械设计手册得到：；，查机械设计手册得到：当量动载荷：NNh查表3.4可得到该档的使用率，于是h所以轴承寿命满足要求。3.6 本章小结本章主要对变速器的主要参数进行了选择，基本上完成了变速器主要尺寸的计算；同时对变速器各档齿轮进行弯曲疲劳强度和接触疲劳强度校核、对输入轴、输出轴的基本尺寸进行了设计；完成了轴的刚度和强度校核，以及完成了各轴轴承校核。第4章 变速器同步器及结构元件设计4.1 同步器设计4.1.1 同步器的功用及分类目前所有的同步器几乎都是摩擦同步器，它的功用是使工作表面产生摩擦力矩，以克服被啮合零件的惯性力矩，使之在最短的时间内达到同步状态。同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。常压式同步器结构虽然简单，但有不能保证啮合件在同步状态下（即角速度相等）换档的缺点，现已不用。得到广泛应用的是惯性式同步器。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。虽然它们结构不同，但是它们都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。考虑到本设计为轿车变速器，故选用锁环式同步器。4.1.2 惯性式同步器惯性式同步器能做到换档时，在两换档元件之间的角速度达到完全相等之前不允许换档，因而能很好地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。1、锁环式同步器（1）锁环式同步器结构如图4.1所示，锁环式同步器的结构特点是同步器的摩擦元件位于锁环1或4和齿轮5或8凸肩部分的锥形斜面上。作为锁止元件是在锁环1或4上的齿和做在啮合套7上齿的端部，且端部均为斜面称为锁止面。在不换档的中间位置，滑块凸起部分嵌入啮合套中部的内环槽中，使同步器用来换档的零件保持在中立位置上。滑块两端伸入锁环缺口内，而缺口的饿尺寸要比滑块宽一个接合齿21。（2）锁环式同步器工作原理换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推啮合套并带动滑块和锁环移动，直至锁环面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后，因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在速度差，致使在锥面上作用有摩擦力矩，它使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，并由滑块予以确定。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触（图4.2a），使啮合套的移动受阻，同步器处于锁止状态。换档力将锁环继续压靠在锥面上，并使摩擦力矩增大，与此同时在锁止面处作用有与之方向相反的拨环力矩。齿轮与锁环的角速度逐渐接近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束。之后，摩擦力矩随之消失，而拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，啮合套上的接合齿在换档力作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合（图4.2b），完成同步换档。1、4-锁环（同步环） 2-滑块 3-弹簧圈 5、8-齿轮 6-啮合套座 7-啮合套图4.1 锁环式同步器(a) 同步器锁止位置 (b) 同步器换档位置1-锁环 2-啮合套 3-啮合套上的接合套 4-滑块图4.2 锁环式同步器的工作原理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，因而主要用于乘用车和总质量不大的货车变速器中。4.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定1、接近尺寸同步器换档第一阶段中间，在摩擦锥环侧面压在摩擦锥盘侧边的同时，且啮合套相对锁销作轴向移动前，滑动齿套接合齿与锥环接合齿倒角之间的轴向距离，称为接近尺寸。尺寸应大于零，取=0.20.3mm。本设计取为0.2。2、分度尺寸锁销中部倒角与销孔的倒角互相抵触时，滑动齿套接合齿与摩擦锥环接合齿中心线间的距离，称为分度尺寸。尺寸应等于1/4接合齿齿距。尺寸和是保证同步器处于正确啮合锁止位置的重要尺寸，应予以控制。3、锁销端隙 锁销端隙系指锁销端面与摩擦锥环端面之间的间隙，同时，滑动齿套端面与摩擦锥环端面之间的间隙为，要求。若，则换档时，在摩擦锥面尚未接触时，滑动齿套接合齿的锁止面已位于接触位置，即接近尺寸0，此刻因摩擦锥环浮动，摩擦面处无摩擦力矩作用，致使同步器失去锁止作用。为保证0，应使，通常取=0.5mm左右。摩擦锥环端面与齿轮接合齿端面应留有间隙，并可称之为后备行程。预留后备行程的原因是摩擦锥环的摩擦锥面会因摩擦而磨损，在换档时，摩擦锥环要向齿轮方向增加少量移动。随着磨损的增加，这种移动量也逐渐增多，导致间隙逐渐减少，直至为零；此后，两摩擦锥面间会在这种状态下出现间隙和失去摩擦力矩。而此刻，若摩擦锥环上的摩擦锥面还未达到许用磨损的范围，同步器也会因失去摩擦力矩而不能实现摩擦锥环等零件与齿轮同步后换档，故属于因设计不当而影响同步器寿命。一般应取=1.22.0mm，取为1.6mm。在空档位置，摩擦锥环锥面的轴向间隙应保持在0.20.5mm。4.1.4 主要参数的确定1、摩擦因数汽车在行驶过程中换档，特别是在高档区换档次数较多，意味着同步器工作频繁。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。为了获得较大的摩擦力矩，又要求用摩擦因数大而且性能稳定的材料制作同步环。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因数减小，这就为设计工作带来困难。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、润滑油种类和温度等因数有关。作为与同步环锥面接触的齿轮上的锥面部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。对锥面的表面粗糙度要求较高，用来保证在使用过程中摩擦因数变化小。若锥面的表面粗糙度值大，则在使用初期容易损害同步环锥面。同步环常选用能保证具有足够高的强度和硬度、耐磨性能良好的黄铜合金制造，如锰黄铜、铝黄铜和锡黄铜等。由黄铜合金与钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数取为0.1。摩擦因数对换档齿轮和轴的角速度能迅速达到相同有重要作用。摩擦因数大，则换档省力或缩短同步时间；摩擦因数小则反之，甚至失去同步作用。为此，在同步环锥面处制有破坏油膜的细牙螺纹槽及与螺纹槽垂直的泄油槽，用来保证摩擦面之间有足够的摩擦因数。2、同步环主要尺寸的确定（1）锥面半锥角摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自锁的条件是。一般取=68。=6时，摩擦力矩较大，但在锥面的表面粗糙度控制不严时，则有粘着和咬住的倾向；在=7市就很少出现咬住现象。本设计取=7。（2）摩擦锥面平均半径设计得越大，则摩擦力矩越大。往往受结构限制，包括变速器中心距及相关零件的尺寸和布置的限制，以及取大以后还会影响同步器径向厚度尺寸要取小的约束，故不能取大。原则上是在可能的条件下，尽可能将取大些。（3）锥面工作长度缩短锥面长度，可使变速器的轴向长度缩短，但同时也减小了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。（4）同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度受结构布置上的限制，包括变速器中心距及相关零件特别是锥面平均半径和布置上的限制，不易取得很厚，但必须保证同步环有足够的强度。乘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。锻造时选用锰黄铜等材料，铸造时选用铝黄铜等材料。有的变速器用高强度、高耐磨性的钢与钼配合的摩擦副，即在钢质或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀一层钼（厚约0.30.5），使其摩擦因数在钢与铜合金的摩擦副范围内，而耐磨性和强度有显著提高。也有的同步环是在铜环基体的锥孔表面喷上厚0.070.12mm的钼制成。喷钼环的寿命是铜环的23倍。以钢质为基体的同步环不仅可以节约铜，还可以提高同步环的强度。3、锁止角 锁止角选取得正确，可以保证只有在换档的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换档。影响锁止角选取的因素，主要有摩擦因数、摩擦锥面平均半径、锁止面平均半径和锥面半锥角。已有结构的锁止角在2642。4.2 变速器壳体变速器壳体的尺寸要尽可能小，同时质量也要小，并具有足够的刚度，用来保证轴和轴承工作时不会歪斜。变速器横向断面尺寸应保证能布置下齿轮，而且设计时还应当注意到壳体侧面的内壁与转动齿轮齿顶之间留有58mm的间隙，否则由于增加了润滑油的液压阻力，会导致产生噪声和使变速器过热。齿轮齿顶到变速器底部之间要留有不小于15mm的间隙。为了加强变速器壳体的刚度，在壳体上应设计有加强肋。加强肋的方向与轴支承处的作用力方向有关。变速器壳壁不应该有不利于吸收齿轮振动和噪声的大平面。采用压铸铝合金壳体时，可以设计一些三角形的交叉肋条，用来增加壳体刚度和降低总成噪声。为了注油和放油，在变速器壳体上设计有注油孔和放油孔。注油孔位置应设计在润滑油所在平面处，同时利用它作为检查油面高度的检查孔。放油孔应设计在壳体的最低处。放油镙塞采用永久磁性镙塞，可以吸住存留于润滑油内的金属颗粒。为了使从第一轴或第二轴后支承的轴承间隙处流出的润滑油再流回变速器壳体内，常在变速器壳体前或后端面的两轴承孔之间开设回油孔。为了保持变速器内部为大气压力，在变速器顶部装有通气塞。为了减小质量，变速器壳体采用压铸铝合金铸造时，壁后取3.54mm 。采用铸铁壳体时，壁厚取56mm。增加变速器壳体壁厚，虽然能提高壳体的刚度和强度，但会使质量加大，并使消耗的材料增加，提高了成本。4.3 本章小结本章主要介绍了同步器结构、分类和功用，并对其主要参数进行了选择，最后简单介绍了变速器壳体应该满足的要求。并对一些变速器附件进行了选择设计，使变速器的结构更加合理。结论变速器是汽车上的一个重要组成部分，它的技术参数直接影响整车的性能，其参数必须经过严格计算，有些部件还要进行试验，以检验它的可靠性。以捷达GIF汽车主要技术指标，发动机功率转速及车辆行驶环境为依据，通过计算已有的数据得出变速器的各项参数。从而设计一台符合要求的汽车变速器。所设计的变速器，中心距为80mm，最大输入扭矩为180，该变速器有五个前进挡、一个倒挡，都采用锁环式同步器换挡，各挡的传动比分别为一挡是3.05、二挡是2.35、三挡是1.6、四挡是1.1，五挡是0.77、倒挡是2.85。本设计说明书从发动机选择开始，综合地考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合理的设计方案，进而对变速器二轴和操纵机构进行设计，并对一些部件进行必要的校核。并且通过CAD软件进行绘图，共画了1张总成图和6张零件图。手动变速器结构比较经典，以它的工作可靠、制造成本低、拆装容易、维修方便等众多优点在市场上仍然有着相当大的竞争力。但是，它也存在传动比变化范围小、操纵麻烦等缺点。它的发展趋势应该是向着智能化、集成化、高性能、低成本、微型化、应用新型材料、应尽量节能与环境保护。参考文献1陈家瑞.汽车构造(上，下册) M.北京：人民交通出版社，1994.2高维山.变速器M.北京：人民交通出版社，1990.3李君，张建武，冯金芝，雷雨龙，葛安林.电控机械式自动变速器的发展、现状和展望J.汽车技术，2000(03).4晓青.汽车变速器的百年变迁J.汽车运用，2003(12).5Yolaro Halamura et al.Actual conceptual design process for an intelligent machining centerJ.Annals of the CIRP, 1995(44)：123-128.6刘海江，于信汇，沈斌.汽车齿轮M.上海：同济大学出版社，1997. 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If you have even a passing interest in the act of driving, then chances are you also appreciate a fine-shifting manual gearbox. But how does a manual transmission actually work?A history hows that manual transmissions preceded automatics by several decades. In fact，up until General Motors offered an automatic in 1938, all cars were of the shift-it-yourself variety. While its logical for many types of todays vehicles to be equipped with an automaticsuch as a full-size sedan, SUV or pickupthe fact remains that nothing is more of a thrill to drive than a tautly suspended sport sedan, snort coupe or two-sealer equipped with a precise-shifting five-or six-speed gearbox We know whicn types or cars have manual trannies. Now lets take a look at how they work. From the most basic four-speed manual in a car from the60s to the most high-tech six-speed one in a car of today, the principles of a manual gearbox are the same. The driver must shift from gear to gear. Normally, a manual transmission bolts to a clutch housing (or bell housing）, in turn, bolts to the back of the engine. If the vehicle has front-wheel drive, the transmission still attaches to the engine in a similar fashion but is usually referred to as a transaxle. This is because the transmission, differential and drive axles are one complete unit. In a front-wheel-drive car, the transmission also serves as part of the front axle for the front wheels. In the remaining text, a transmission and a transaxle will both be referred to using the term transmission.The function of any transmission is transferring engine power to the driveshaft and rear wheels (or axle halfshafts and front wheels in a front-wheel-drive vehicle). Gears inside the transmission change the vehicles drive-wheel speed and torque in relation to engine speed and torqueLower(numerically higher) gear ratios serve as torque multipliers and help the engine to develop enough power to accelerate from a standstill.Initially, power and torque from the engine comes into the front of the transmissions and rotates the main drive gear (or input shaft), which meshes with the cluster or counter shaft geara series of gears forged into one piece that resembles a cluster of gears. The cluster-gear assembly rotates any time the clutch is engaged to a running engine，whether or not the transmission is in gear or in neutral. There are two basic types of manual transmissions. The sliding-gear type and the constant-mesh design. With the basicand now obsoletesliding-gear type，nothing is turning inside the transmission case except the main drive gear and cluster gear when the trans is in neutral. In order to mesh the gears and apply engine power to move the vehicle, the driver presses the clutch pedal and moves the shifter handle, which in turn moves the shift linkage and forks to slide a gear along the mainshaft, which is mounted directly above the cluster. Once the gears are meshed, the clutch pedal is released and the engines power is sent to the drive wheels. There can be several gears on the mainshaft of different diameters and tooth counts, and the transmission shift linkage is designed so the driver has to unmesh one gear before being able to mesh another. With these older transmissions, gear clash is a problem because the gears are all rotating at different speeds. All modern transmissions are of the constant-mesh type, which still uses a similar gear arrangement as the sliding-gear type. However，all the mainshaft gears are in constant mesh with the cluster gears. This is possible because the gears on the mainshaft are not splined to the shaft, but are free to rotate on it. With a constant-mesh gearbox, the main drive gear, cluster gear and all the mainshaft gears are always turning, even when the transmission is in neutral. Alongside each gear on the mainshaft is a dog clutch, with a hub thats positively splined to the shaft and an outer ring that can slide over against each gear. Both the mainshaft gear and the ring of the dog clutch have a row of teeth. Moving shift linkage moves the dog clutch against the adjacent mainshaft gear, causing the teeth to interlock and solidly lock the gear to the mainshaft.To prevent gears from grinding or clashing during engagement, a constant-mesh, fully synchronized manual transmission is equipped with synchronizers. A synchronizer typically consists of an inner-splined hub, an outer sleeve, shifter plates，lock rings（or springs）and blocking rings. The hub is splined onto the mainshaft between a pair of main drive gears. Held in place by the lock rings，the shifter plates position the sleeve over the hub while also holding the floating blocking rings in proper alignment. A synchros inner hub and sleeve are made of steel, but the blocking ringthe part of the synchro that rubs on the gear to change its speedis usually made of a softer material, such as brass. The blocking ring has teeth that match the teeth on the dog clutch. Most synchros perform double dutythey push the synchro in one direction and lock one gear to the mainshaft. Push the synchro the other way and it disengages from the first gear, passes through a neutral position, and engages a gear on the other side.Thats the