捷达轿车变速器的设计.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 前 言1.1选题背景目的捷达轿车在我国应用十分广泛，而变速器是整车的关键总成之一。其功用是在不同的使用条件下, 改变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。通过捷达轿车变速器的设计，使其变速器性能更好具有一定的实际意义。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速度，变速器可以汽车行驶过程中，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最佳动力性能状态下，根据上述情况目前，改革开放30年来，我国汽车变速器行业随着整车行业的快速发展而不断发展壮大，形成了一批颇具规模的变速器企业。大多数本土变速器企业在引进消化吸收国外先进技术方面取得了突出成绩，并不断坚持自主创新，在手动变速器领域,，尤其是在重型车用和微型车用手动变速器上，涌现了大量自主创新的产品。另外，一些跨国公司独资或合资的变速器企业开始陆续在中国设厂，为满足持续高速增长的中国汽车市场需求作出了非常大的贡献。在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。具体有两个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定程度上加大了手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣。在自动变速器方面，除吉利汽车开发出有自主知识产权的液压控制的三速自动变速器外，其他企业尚没有一家具有自主知识产权，悉数依赖国外技术和进口。1.2发展现状从技术、节能和基础设施角度，对各种变速器在中国和国外的发展情况作以下简要分析：（1）手动变速器（MT）：手动变速器应该说是最为节能的变速方式，另外由于中国企业已经掌握该技术，而且在生产方面也积累了长期经验，从而在价格和质量方面会有较大优势。所以在短期内仍将是变速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工况。（2）自动手动变速器（AMT）：自动手动变速器实际上是由一个机器系统来完成操作离合器和选挡这两个动作。AMT的汽车驾驶简单，省去了离合器踏板，驾驶者只要踩油门，选速器系统会自动选择换挡的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速器的错误使用，以避免错换挡位。这一点对新手和整车的可靠性都非常重要。选速器大大简化了驾驶的复杂性，令AMT汽车驾驶更加简便、省心，且能够保证最低的动力损耗。由选速器完成驾驶者踩离合器换挡的动作，选择的换挡时机要比驾驶者完成得更准确。因此，在能源日益紧缺和CO2排放压力越来越大这一背景下，AMT顺应了“节能减排”这一趋势，是一项非常适合中国市场的先进技术。AMT的制造成本远低于电液控自动变速器，国内的很多车型都准备采用这一领先技术，即有可能随着中国汽车工业的迅猛发展，将有更多车型采用AMT。中国也将会取代欧洲和美洲，成为世界上最大的AMT的应用市场。（3）电子控制液力自动变速器（AT）：电子控制液力自动变速器近些年新技术也不断在使用，它正朝着多挡位、数字化控制等方面发展。日本最大的自动变速器生产商AISIN AW公司2006年成功推出型号为AA80E型8前速自动变速器，目前被使用在雷克萨斯LS460车上。这就形成了更大的总传动比范围，同时各个传动比之间也比5速变速器更加接近。因此，驾驶员几乎在各种行驶条件中都可以选择最佳传动比。电子控制模块可以选择更多的传动比，传动比取决于行驶条件，从而降低了油耗并提高了换挡平顺性。发动机转速与行驶状态的最优化匹配意味着发动机提高了动力、燃油经济性并降低了运行噪声。（4）无级变速器（CVT）：无级变速器则只需两组可移动锥轮以及传动带或传动链，即可实现无数个前进挡的变速过程。CVT采用传动带、传动链和可变槽宽的锥轮进行动力传递及传动比的选择，即当锥轮变化槽宽时，相应改变主动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速。CVT是真正无级化了，与AT相比具有较高的运行效率，油耗较低。通过近几年市场上的应用看，其发展势头也比较迅猛，目前在我国应用的车型已迅速发展到5、6种以上。目前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力都在大力进行CVT的研发工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽车品牌中都配备CVT的轿车销售，全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。值得注意的一点是，装备有CVT的汽车市场，由最初的日本、欧洲已经渗透到北美市场，CVT汽车已经成为当今汽车发展的主要趋势。1.3意义21世纪，汽车工业成为中国经济发展的支柱产业之一，汽车企业对各系统部件的设计需求旺盛,其实，汽车与人一样，也是有着整套健康系统的有机结合体。发动机是心脏，车轮、底盘与悬挂是躯干与四肢，然而连接它们的，是类似于人体经脉的变速器系统。如果汽车丧失了变速器这个中心环节，心脏、四肢与躯干再好，汽车只能如同植物人般成为废铁一堆！可以说，变速器是伴随着汽车工业出现的必然产物，是汽车上的必需品。在完成了最基本的传动功能之外，我们对变速器的要求也是越来越高，这是变速箱演变过程的首要催产素，由此可见，对汽车的变速器进行研究具有十分重要的意义。1.4设计内容： 利用所选定的发动机参数，发动机功率95KW, 最高车速190 Km/h,转矩170Nm，总质量1091 kg，转矩转速 6000r/min，车轮205/65R15。完成变速器结构布置和设计。设计的主要内容有选择所设计发动机参数，确定变速器结构类型，确定操纵机构的结构形式，确定同步器的形式，对变速器中的各级齿轮和轴等零部件进行设计，并对主要零部件进行校核。第2章 捷达变速器的总体方案的确定本设计是根据捷达轿车1.6L手动车型而开展的，设计中所采用的参数如下：主减速比：4.782最高时速：190km/h轮胎型号：205/65R15发动机型号：EA113最大扭矩：170Nm/4500最大功率：95kw/5750最高转速：6000r/min 2.1 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：1.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。2.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。3.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。4.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。5.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。2.2 变速器结构方案的确定变速器由传动机构与操纵机构组成。2.2.1变速器传动机构的结构分析与型式选择有级变速器与无级变速器相比，其结构简单、制造低廉，具有高的传动效率（=0.960.98），因此在各类汽车上均得到广泛的应用。 设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围、档位数及各档的传动比，因为它们对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。传动比范围是变速器低档传动比与高档传动比的比值。汽车行驶的道路状况愈多样，发动机的功率与汽车质量之比愈小，则变速器的传动比范围应愈大。目前，轿车变速器的传动比范围为3.04.5；一般用途的货车和轻型以上的客车为5.08.0；越野车与牵引车为10.020.0。通常，有级变速器具有3、4、5个前进档；重型载货汽车和重型越野汽车则采用多档变速器，其前进档位数多达616个甚至20个。变速器档位数的增多可提高发动机的功率利用效率、汽车的燃料经济性及平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但采用手动的机械式操纵机构时，要实现迅速、无声换档，对于多于5个前进档的变速器来说是困难的。因此，直接操纵式变速器档位数的上限为5档。多于5个前进档将使操纵机构复杂化，或者需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于一定行驶工况。某些轿车和货车的变速器，采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速档。采用传动比小于1（0.70.8）的超速档，可以更充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传动比为1的直接档比较，采用超速档会降低传动效率。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、刚度等。三轴式和两轴式变速器得到的最广泛的应用。三轴式变速器如图2.1所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此。在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：处直接档外其他各档的传动效率有所下降。 两轴式变速器如图2.2所示。与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力-传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量降低6%10%。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。如图所示，两轴式变速器的第二轴（即输出轴）与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；个档的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高档的同步器也可以装在第一轴的后端，如图示。1） 第一轴；2）第二轴；3）中间轴图2.1 轿车中间轴式四档变速器两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限（ig=4.04.5）也受到较大限制,但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿轮。后者比直齿轮有更长的寿命、更低的噪声，虽然其制造稍复杂些且在工作中有轴向力。因此，在变速器中，除低档及倒档外，直齿圆柱齿轮已经被斜齿圆柱齿轮所代替。但是在本设计中，由于倒档齿轮采用的是常啮式，因此也采用斜齿轮。由于所设计的汽车是发动机前置，后轮驱动，因此采用中间轴式变速器。图2.3、图2.4、图2.5分别示出了几种中间轴式四，五，六档变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接档。使用直接档，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90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少因为直接档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进档位工作时，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（中心距）不大的条件下，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一档以外的其他档位的换档机构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换档方式和到档传动方案上有差别。1） 第一轴；2）第二轴；3）同步器图2.2 两轴式变速器如图2.3中的中间轴式四档变速器传动方案示例的区别：图2.3a、b所示方案有四对常啮合齿轮，倒档用直齿滑动齿轮换档；图2-3c所示传动方案的二，三，四档用常啮合齿轮传动，而一档和倒档用直齿滑动齿轮换档。图2.3 中间轴式四档变速器传动方案图2.4a所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图2.4b、c、d所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图2.4d所示方案中的倒档和超速档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工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前进档的变速器。 图2.4 中间轴式五档变速器传动方案图2.5a 所示方案中的一档、倒档和图b所示方案中的倒档用直齿滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮。图2.5 中间轴式六档变速器传动方案 以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。发动机前置后轮驱动的轿车采用中间轴式变速器，为缩短传动轴长度，可将变速器后端加长，如图2.3a、b所示。伸长后的第二轴有时装在三个支承上，其最后一个支承位于加长的附加壳体上。如果在附加壳体内，布置倒档传动齿轮和换档机构，还能减少变速器主体部分的外形尺寸。变速器用图2.4c所示的多支承结构方案，能提高轴的刚度。这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。图2.4c所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。2.2.2 倒档传动方案图2.6为常见的倒挡布置方案。图2.6c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2.6d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2.6c所示方案。图2.6e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2-6f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。本设计采用图2.6f的传动方案。图2.6 变速器倒档传动方案2.3变速器主要零件结构的方案分析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。2.3.1 齿轮型式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，工作时有轴向力。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。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。但是，在本设计中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动方案，即除一档外，均采用斜齿轮传动。2.3.2 换档结构型式换档结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，初一档、倒档外很少采用。啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中。 图2.7 防止自动脱档的结构措施自动脱档是变速器的主要障碍之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在结构上，目前比较有效的方案有以下几种：1） 将啮合套做得长一些或者两接合齿的啮合位置错开（图2.7b），这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约13mm。使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，以阻止自动脱档。2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.30.6mm），这样，换档后啮合套的后端面便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档（图2.8）。3）将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜2030），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力（图2.9）。这种结构方案比较有效， 采用较多。图2.8 防止自动脱档的结构措施图2.9 防止自动脱档的结构措施在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以免齿间冲击和发生噪声。同步器的结构如图2.10所示：l、4）同步环;2）同步器齿鼓;3）接合套;5）弹簧;6）滑块;7）止动球;8）卡环;9）输出轴;10、11）齿轮图2.10 锁环式同步器2.4本章小结：本章主要介绍了发动机主要参数的确定、选型与车速的确定，变速器形式的选择和确定，主要零件结构的方案确定，这是设计本课题的前提，为以后的设计确定了方向。第3章 变速器主要参数的选择与主要零件的设计3.1 变速器主要参数的选择3.1.1 档数和传动比为保证设计的合理性，轴的强度与刚度应有一定的协调关系。因此，轴的直径d与轴的长度L的关系可按下式选取：第一轴和中间轴： d/L=0.160.18；第二轴： d/L=0.180.21。5.2 轴的校核由变速器结构布置考虑到加工和装配而确定的轴的尺寸，一般来说强度是足够的，仅对其危险断面进行验算即可。对于本设计的变速器来说，在设计的过程中，轴的强度和刚度都留有一定的余量，所以，在进行校核时只需要校核一档处即可；因为车辆在行进的过程中，一档所传动的扭矩最大，即轴所承受的扭矩也最大。由于第二轴结构比较复杂，故作为重点的校核对象。下面对第一轴和第二轴进行校核。5.2.1 第一轴的强度与刚度校核因为第一轴在运转的过程中，所受的弯矩很小，可以忽略，可以认为其只受扭矩。此中情况下，轴的扭矩强度条件公式为 （5-3）式中：-扭转切应力，MPa； T-轴所受的扭矩，Nmm； -轴的抗扭截面系数，； P-轴传递的功率，kw； d-计算截面处轴的直径，mm； -许用扭转切应力，MPa。其中P =95kw，n =5750r/min,d =24mm；代入上式得： 由查表可知=55MPa，故，符合强度要求。轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示。其计算公式为： （5-4）式中：T -轴所受的扭矩，Nmm； G -轴的材料的剪切弹性模量，MPa,对于钢材，G =8.1MPa； -轴截面的极惯性矩，； 将已知数据代入上式可得： 。对于一般传动轴可取；故也符合刚度要求。5.2.2 第二轴的校核计算1）轴的强度校核计算用的齿轮啮合的圆周力、径向力及轴向力可按下式求出： （5-5） （5-6） （5-7）式中： -至计算齿轮的传动比，此处为三档传动比3.85； d -计算齿轮的节圆直径，mm，为105mm； -节点处的压力角，为16； -螺旋角，为30； -发动机最大转矩，为170000Nmm。代入上式可得： ， ，危险截面的受力图为： 图5.1 危险截面受力分析水平面：（160+75）=75 =1317.4N；水平面内所受力矩： 垂直面： （5-8） =6879.9N垂直面所受力矩：。该轴所受扭矩为：。故危险截面所受的合成弯矩为： （5-9）则在弯矩和转矩联合作用下的轴应力（MPa）: （5-10）将代入上式可得：，在低档工作时=400MPa，因此有： ；符合要求。2）轴的刚度校核第二轴在垂直面内的挠度和在水平面内的挠度可分别按下式计算： （5-11） （5-12）式中：-齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）,这里等于； -齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N），这里等于； E-弹性模量（MPa），（MPa），E =MPa； I-惯性矩（），d为轴的直径（）； a、b-为齿轮坐上的作用力距支座A、B的距离（）； L-支座之间的距离（）。将数值代入式（5-11）和（5-12）得： 故轴的全挠度为，符合刚度要求5.3本章小结：本章介绍轴的结构，确定轴的尺寸，计算和强度校核。第6章 变速器同步器的设计和操纵机构6.1同步器的结构在前面已经说明，本设计所采用的同步器类型为锁环式同步器，其结构如下图所示：1、9）变速器齿轮 2）滚针轴承 3、8）结合齿圈 4、7）锁环（同步环） 5）弹簧 6）定位销 10）花键毂 11）结合套图6.1 锁环式同步器如图（6.1），此类同步器的工作原理是：换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推啮合套并带动定位销和锁环移动，直至锁环锥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角速度差，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，并滑块予以定位。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触（图6.2b），使啮合套的移动受阻，同步器在锁止状态，换档的第一阶段结束。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靠近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束，完成换档过程的第二阶段工作。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，接合套上的接合齿在换档力的作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合（图6.2d），完成同步换档。图6.2 锁环同步器工作原理6.2同步环主要参数的确定 (1)同步环锥面上的螺纹槽 如果螺纹槽螺线的顶部设计得窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间的油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强，使磨损加快。试验还证明：螺纹的齿顶宽对摩擦因数的影响很大，摩擦因数随齿顶的磨损而降低，换挡费力，故齿顶宽不易过大。螺纹槽设计得大些，可使被刮下来的油存于螺纹之间的间隙中，但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。图6.3a中给出的尺寸适用于轻、中型汽车；图6.3b则适用于重型汽车。通常轴向泄油槽为612个，槽宽34mm。图6.3 同步器螺纹槽形式(2)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tan。一般=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时就很少出现咬住现象。本次设计中采用的锥角均为取7。(3)摩擦锥面平均半径R R设计得越大，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的尺寸和布置的限制，以及R取大以后还会影响到同步环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R取大些。本次设计中采用的R为5060mm。（4)锥面工作长度b缩短锥面工作长度，便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。设计时可根据下式计算确定 （6-1）设计中考虑到降低成本取相同的b取5mm。（6）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机构布置上的限制，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，不宜取很厚，但是同步环的径向厚度必须保证同步环有足够的强度。轿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，可提高材料的屈服强度和疲劳寿命。货车同步环可用压铸加工。段造时选用锰黄铜等材料。有的变速器用高强度，高耐磨性的钢配合的摩擦副，即在钢质或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀一层钼（厚约0.30.5mm），使其摩擦因数在钢与铜合金摩擦副范围内，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空表面喷上厚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。本设计中同步器径向宽度取10.5mm。（6）锁止角锁止角选取的正确，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、擦锥面的平均半径R、锁止面平均半径和锥面半锥角。已有结构的锁止角在2646范围内变化。本次设计锁止角取。（7）同步时间t同步器工作时，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追面上的轴向力，均对同步时间有影响。轴向力大，同步时间减少。而轴向力与作用在变速杆手柄上的力有关，不同车型要求作用到手柄上的力也不相同。为此，同步时间与车型有关，计算时可在下属范围内选取：对轿车变速器高档取0.150.30s，低档取0.500.80s；对货车变速器高档取0.300.80s，低档取1.001.50s。6.3 变速器的操纵机构设计变速器操纵机构时，应满足以下要求：1. 换档时只允许挂一个档。这通常靠互锁装置来保证，其结构型式有如图所示： 1）自锁钢球 2）自锁弹簧 3）变速器 4）互锁钢球 5）互锁销 6)拨叉轴图6.1 变速器自锁与互锁结构 2.在挂档的过程中，若操纵变速杆推动拨叉前后移动的距离不足时，齿轮将不能在完全齿宽上啮合而影响齿轮的寿命。即使达到完全齿宽啮合，也可能由于汽车震动等原因，齿轮产生轴向移动而减少了齿轮的啮合长度，甚至完全脱离啮合。为了防止这种情况的发生，应设置自锁装置（如图6.1所示）。3.汽车行进中若误挂倒档，变速器齿轮间将发生极大冲击，导致零件损坏。汽车起步时如果误挂倒档，则容易出现安全事故。为此，应设置倒档锁。结论本次设计是大众捷达车型的变速器部分。变速器是车辆不可或缺的一部分，其中机械式变速箱设计发展到今天，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。对于本次设计的变速箱来说，其特点是：扭矩变化范围大可以满足不同的工况要求，结构简单，易于生产、使用和维修，价格低廉，而且采用结合套挂挡，可以使变速器挂挡平稳，噪声降低，轮齿不易损坏。在设计中采用了三轴五档手动变速器，设计中通过计算，传动比依次是3.85,2.55,1.69,1.12（修正为1）。中心距为77.08，齿轮模数2.5.传动比分别是通过较大的变速器传动比变化范围，可以满足汽车在不同的工况下的要求，从而达到其经济性和动力性的要求；变速器挂档时用结合套，虽然增加了成本，但是使汽车变速器操纵舒适度增加，齿轮传动更平稳。本着实用性和经济性的原则，在各部件的设计要求上都采用比较开放的标准，因此，安全系数不高，这一点是本次设计的不理想之处。但是，在以后的工作和学习中，我会继续学习和研究变速器技术，以求其设计更加合理和经济。参考文献1 臧杰 . 汽车构造m.北京：机械工业出版社，下册.2005.82 刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001：1582003 张洪欣.汽车设计.北京：机械工业出版社，1981：1061264 陈家瑞.汽车构造.第二版.北京：机械工业出版社，2005：40615 张文春.汽车理论.北京：机械工业出版社，2005：70836 彭文生，张志明，黄华梁.机械设计.北京：高等教育出版社，2002：961387 董宝承.汽车底盘.北京：机械工业出版社，2004：32818 陈焕江，徐双应.交通运输专业英语.北京：机械工业出版社，2002：20309 刘鸿文.简明材料力学.北京：高等教育出版社，1997：25425910 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DC6J80T六档变速器设计J. 机械传动, 2002, (01) .13贺萍.汽车自动变速器综合性能检测台架试验项目的国内外现状与研究J.实验室研究与探索，2007,26(12):164-166. 14夏际金，方凯，张广斌，等.变速器综合性能试验台系统体系结构及控制软件的开发J.电子技术应用，2003，29（5）:36-38.15陈开考,骆美富.电喷发动机故障诊断教学系统研究J.实验室研究与探索.2007，26（6）：153-155.16陈立旦,郑尧军,陈开考.基于图形化电喷发动机教学软件的开发研究J.拖拉机与农用运输车，2006，33(5):75-76.17李庆，罗锡文，陆华忠，等.汽车液力自动变速器试验台的计算机测试系统J.华南农业大学学报，2007，28(2)：110-112.18骆美富,郑尧军,陈开考.随车式摩托车废气分析仪J.机电工程,2008,25(6):91-94.19陈开考，郑文锺，何勇.基于模糊技术的电控自动变速箱故障诊断专家系统研究J，浙江大学学报:工学版，2004，30(6)：259-26220Machin, A.S. Sparrow, J.G. and Stimson, M.G. The thermoelasticconstant SPIE 731 (1987) pp 26-3121Stanley, P. and Chan, W.K., The application of thermoelastic stress analysis to composite materials J Strum Anal23 No 3 (1988) pp 137-143致 谢转眼间，大学四年很快就要结束了。而作为大学生活的最后一个环节毕业设计，经过近14周的紧张准备，也将接近尾声。在这次毕业设计中，我不但巩固了以前所学的知识，并从中学到了很多新的东西，尤其是汽车设计和汽车理论这两门课程。在这里，我向那些在这四年里给于过我巨大帮助的老师和同学们表示衷心的感谢，正是他们的帮忙才让我得以圆满的完成四年的学业和最后的毕业设计。在这次设计的过程中，指导老师王永梅一直都关注着我的每一步进展，并给了我很多好的意见和建议，同时也对我提出了严格的要求。我之所以能很顺利地完成毕业设计任务，这与周老师的指导是分不开的，在此，我对他表示感谢。另外，遇到技术困难的时候，车辆工程专业的老师们也给了我很多帮助。其实他们中我大多都不认识，平时很陌生，但在恳求他们帮助的时候，他们却无微不至，因此我非常感谢他们。附 录A Transmission oil temperature control For people who buy the car, reliability and fuel efficiency is the second oftwoimportant price considerations. No doubt, for the new owner is concerned, the most terrifying thing on the way to remove car. In addition, owner and expect the car can try to durable. Meanwhile, due to current global fuel prices have risen to make owners pay more attention。thefuelefficiency, and hope to try to reduce carbon emissions. Auto power transmission system includes an internal combustion engine, transmission and more than a gear than wheels. Engine torque and speed will be needed for the railway traction power and car in the transmission of conversion. In addition, the transmission can also control wheel rotation direction. Manual and automatic transmission speed generally fall into two. Automatic transmission can automatically control friction unit, selection of gear ratios and shift. Automatic transmission will adopt hydraulic oil to achieve lubrication and frozen effect, hydraulic oil is a very special liquid, can be in any severe conditions operation. Automatic transmission oil (the main function of ATF) from the motivation for: transferred engine torque converter power transmission device; Absorb the torque converter produces thermal and moved to the front of a frozen device; car As clutch friction of the coolest refrigerants, it can absorb and by clutch or take out meshing the heat energy produced; Through a complex hydraulic control system, the liquid pressure transmission to the system USES valve, servo machines, pump, clutch always pump, hydraulic pipe and pipe to control; As a planetary gears, bearings, servo machines, clutch and target group-exact marketing of lubricant and coolant. Automatic transmission oil in operating temperature (about 90 C / F) viscosity 195 is general very low. But if the oil temperature is too low (for example is 0 C / 30 F below), its viscosity will greatly increased, lead to a very high drag torque (dragtorque). As a result, gear meshing, it can cause is commonly synchronous devices of this couldnt cope with high torque force. If gear cant mesh or shift, car will not start. For this reason, cold start program will respond to the oil temperature and activated, to ensure that at least one gear can succeed mesh. Warm car driving car started after process when, unless required by obvious acceleration or dragged heavy objects (such as trailer), otherwise the hydraulic oil temperature will only slowly rising, but it also means drag torque will slowly rising. If