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机械毕业设计车辆工程
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CL01-176@松花江微型车变速器设计,机械毕业设计车辆工程
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本科学生毕业设计 松花江微型汽车 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 BW07-10 班 学 生姓名 ： 孟祥林 指 导教师 ： 吕德刚 职 称 ： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院 二 一一 年六月 nts The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Song Hua Jiang Micro-car transmission Candidate： Meng XiangLin Specialty： Vehicle Engineering Class： BW07-10 Supervisor： Lecterur. Lv DeGang Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin nts I 摘 要 汽车变速器是汽车总成部件中的重要组成部分，是主要的传动系统。变速器的结构对汽车的动力性、经济性、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。 本设计 是依据哈飞 HFJ6351B 的有关参数，通过各部分参数的选择和计算，设计出 一个令自己满意的 手动变速器。 设计 的基本内容 是 ：变速器传动机构布置方案，变速器各挡传动比的分配，变速器齿轮参数选择，变速器各挡齿轮齿数分配，变速器齿轮设计计算，变速器轴和轴承的设计计算，同步器和操纵机构及箱体的设计，利用 Auto CAD 软件绘制装配图和零件图等八项 内容。在设计过程中主要需解决的问题有：变速器 各 参数的确定，变速 器齿轮的设计、计算及校核，变速器轴的设计、计算及校核和轴承的校核 计算，同步器和操纵机构及箱体的设计以及绘制装配图及零件图五大主要问题。 关键词： 变速器 ； 传动比 ； 参数 ； 设计计算 ； 校核 nts II ABSTRACT Automotive transmission parts in the automobile assembly of an important part of the main drive system. Transmission of the power structure of the vehicle, economy, manipulation of the reliability and portability, the smooth drive and have a direct impact on efficiency. The design is mainly based on the relevant parameters Hafei HFJ6351B through the transmission parameters of the various parts of the selection and Design a to my own satisfaction manual transmission. Research on the basic content for: transmission transmission layout program block transmission of the transmission ratio of the distribution, transmission gear selection parameters, transmission gear unit of the block distribution, design and calculation of transmission gear, transmission shaft and bearing design, the synchronization and manipulation of body and tank design, the use of Auto CAD software draw assembly drawings and parts of eight elements, such as Fig. During the design process, the main issues to be addressed are: the determination of parameters of transmission, gear transmission design, calculation and checking, transmission shaft of the design, calculation and check calculation and design of bearings, synchronization and manipulation of bodies and body the design and assembly drawings and parts mapping the top five major problems Fig. Key words: Transmission； Transmission Ratio； Parameters； Design and Calculation；Checking nts 目 录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 变速器 的 论 述 说明 . 1 1.2 变速器设计的目的和意义 . 1 1.3 变速器国内外发展 现状和 趋势 . 1 1.3.1 变速器国内外的现状 . 2 1.3.2 变速器的发展趋势 . 3 1.4 手动变速器的特点和设计要求及内容 . 3 1.4.1 手动变速器的特点 . 3 1.4.2 手动变速器的设计要求 及优点 . 4 1.4.3 设计的主要内容 . 4 第 2 章 变速器传动机构布置方案确定 . 6 2.1 变速器设计依据的 主要技术参数 . 6 2.2 变速器传动机构的结构分析和形式选择 . 6 2.2.1 中间轴式变速器特点分 析 . 7 2.2.2 倒挡布置方案 说明 . 8 2.2.3 传动机构布置的其他问题 . 9 2.3 零部件 传动设计 . 10 2.3.1 齿轮 传动 . 10 2.3.2 换挡机构形式 . 10 2.3.3 自锁互锁 结构 . 11 2.3.4 轴承选择及分析 . 11 2.4 本设计所采用的传动机构布置方案 . 11 2.5 本章小结 . 12 第 3 章 变速器主要参数的选择和齿数分配 . 13 nts 3.1 变速器各挡传动比的确定 . 13 3.1.1 变速器最低挡传动比的确定 . 13 3.1.2 变速器其他各挡传动比的确定 . 14 3.2 中心距的确定 . 14 3.3 变速器外形尺寸的初选 . 15 3.4 变速器齿轮参数的选择 . 15 3.4.1 齿轮 模数 的选择 . 15 3.4.2 齿形、压力角及螺旋角 . 16 3.4.3 齿宽 及 齿顶高系数 . 16 3.5 变速器各挡齿轮齿数的分配 . 17 3.5.1 确定一挡齿轮的齿数 . 17 3.5.2 对中心距进行修正 . 19 3.5.确定常啮合齿轮的齿数 及其他各档齿轮齿数 . 18 3.6 本章小结 . 23 第 4 章 变速器齿轮的 设计计算 . 24 4.1 变速器齿轮的几何尺寸计算 . 24 4.2 计算变速器各轴的扭矩和转速 . 24 4.3 齿轮的强度计算和材料选择 . 25 4.3.1 齿轮损坏的原因和形式 . 25 4.3.2 齿轮的材料选择 及强度计算 . 26 4.4 本章小结 . 38 第 5 章 变速器轴和轴承的设计计算 . 39 5.1 初选变速器轴的轴径和轴长 . 39 5.2 轴的结构设计 . 39 5.3 变速器轴的强度计算 . 40 5.3.1 齿轮和轴上的受力计算 . 40 5.3.2 轴的强度 与刚度 计算 . 41 5.4 变速器轴承的选择和校核 . 49 5.4.1 第一 轴 轴承的选择和校核 . 49 5.4.2 第二轴轴承的选择和校核 . 50 5.4.3 中间轴轴承的选择和校核 . 51 nts 5.5 本章小结 . 51 第 6 章 同步器和操纵机构的设计选用 . 52 6.1 同步器的设计选用 . 52 6.1.1 同步器的选择 . 52 6.1.2 锁环式同步器主要尺寸的确定 . 54 6.1.3 同步器主要参数的确定 . 55 6.2 变速器操纵机构的设计选用 . 57 6.2.1 变速器操纵机构的分类 . 57 6.2.2 变速器常用操纵机构分析 . 58 6.3 变速器箱体的设计 . 59 6.4 本章小结 . 60 结论 . 61 参考文献 . 62 致谢 . 63 附录 . 错误 !未定义书签。 nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 汽车变速器 的论 述 说明 汽车 变速器，是一套用于来协调发动机的 转速 和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。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 。 变速器按其传动比的改变方式可分为有级、无级和综合式的。有级变速器按其前进 挡 的 挡 位数分为三、四、五 挡 和多 挡 的；而按其轴中心线的位置又可分为固定轴线式、旋转轴线式和综合式的。固定轴式变速器又分为两轴式、三轴式和多轴式的。变速器按其操纵方式又可分为自动式、半自动式、预选式、指令式、直接操纵式和远距离操纵式。 变速器 可以 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 对汽车的动力性、经济性、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，对接合齿采取倒锥齿侧措施以及其他结构措施，可 使 操纵可靠，不跳 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；采用高齿、修形及参数优化等措施可 使 齿轮传动平稳、噪声低，降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展，增力式同步器，双 、 中间轴变速器，后置常啮合传动齿轮、短第二轴的变速器 ，各种自动、半自动以及电子控制的自动换 挡 机构等新结构也相继问世。 1.2 汽车变速器设计的目的和意义 通过专业综合训练，综合运用汽车设计课程和其他相关纤秀课程的理论与实际知识，掌握汽车设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力；使我们学会从工程一线的角度出发，合理选择各总成的结构类型，制定设计方案，正确地分析、计算、校核，并考虑制造工艺、经济、使用、维修等问题，培养汽车设计能力。通过汽车设计专业综合训练，使学生掌握运用标准、手册和查阅相关技术资料等，培养汽车设计技能，为学生毕业设计打下良 好的基础。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nts 2 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，因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，其设计意义明显。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，而变速器的设计如果不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大。 汽车变速器是一种能够改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速的传动部件，目的是起步、爬坡、转弯、加速等各种工况下是汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的范围内工作。 汽车变速器是汽车传动系的重要组成，变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，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，对汽车的动力性、燃油经济性有重要的影响。因此，根据整车的主要技术指标、发动机功率、转速和车辆行驶条件，变速器的结构型式选择、设计参数选取及设计计算对汽车的整车设计极其重要。设计一台匹配性好的变速器，就成为了汽车设计的一项重要工作 。 1.3 汽车变速器国内外现状和发展趋势 1.3.1 变速器国内外的现状 早期的汽车传动系，从发动机到车轮 之间的动力传动形式是很简单的。 1892 年法国制造出第一辆带有变速器的汽车。 1921 年英国人赫伯特 福鲁特采用耐用的摩擦材料进一步完善了变速器的性能。现代汽车变速器是 1894 年由法国人路易斯 雷纳 本哈特和艾米尔 拉瓦索尔推广 使 用的。目前为止，变速器经历了几个发展阶段，主要为： 1、手动变速器 手动变速器（ ManualTransmission，简称 MT）又称机械式变速器，即必须用手拨动变速杆（俗称 挡把 ）才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。轿车手动变速器大多为四挡或五挡有级式齿轮 传动变速器，并且通常带同步器，换挡方便，噪音小。手动变速在操纵时必须踩下离合，方可拨得动变速杆。 手动变速器主要采用齿轮传动的降速原理。变速器内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行 驶 时的换 挡 工作，也就是通过操纵机构 使 变速器内的不同的齿轮副工作。手动变速器又称手动齿轮式变速器，含有可以在轴向滑动的齿轮，通过不同齿轮的啮合达到变速变矩的目的。手动变速器的换 挡 操作可以完全遵从驾 驶 者的意志，且结构简单、故障率相对较低、价廉物美。 手动变速器是与 自动变速器 相对而言的，其实在自动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。手动变速器是利用大小不同的齿轮配合而达到变速的。最常见的手动变速器多为 5 挡位（ 4 个前进挡 、 1 个倒挡），也有的汽车采用 6 挡位变速器。 nts 3 一般来说，手动变速器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶者技术好，手动变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。 1.3.2 汽车变速器的发展趋势 回顾汽车变速器的发展可以清楚的知道，变速器作为汽车传动系统的重要组成部分，其技术的发展， 是衡量汽车技术水平的一个重要依据。现代汽车变速器的发展趋势，是向着可调自动变速器或无级变速器的方向发展。 自动变速器多 挡 化虽能扩大自动变速的范围，但它并非安全迅速。理想的无级变速器是在整个传动范围内能连续的、无 挡 比的切换变速比，是变速器始终按最佳换 挡规律自动变速。无级化是对自动变速器的理想追求。 现代无级变速器传动效率提高，变速反应快、油耗低。随着电子技术的发展，变速器的自动控制进一步完善，在各种 使 用工况下能实现发动机与传动系的最佳匹配，控制更加精确、有效，性能价格比大大提高。无级变速器装有自动控制装置，行 车中可以根据车速自动调整 挡 位，无需人工操作，省去了换 挡 及踩踏离合器踏板的操作。其不足之处在于价格昂贵、维修费用很高，而且 使 用起来比手动 挡 车费油，尤其是低速行 驶 或堵车中走走停停时，更会增大油耗。 当今世界各大汽车公司对无级变速器的研究都十分活跃。不久的将来，随着电子控制技术的进一步完善，电子控制式的无级变速器可望得到广泛的发展和应用。 1.4 手动变速器的特点和设计要求及内容 1.4.1 手动变速器的特点 手动变速器的 挡 数通常在 6 挡 以下，当 挡 数超过 6 挡 时，可以在 6 挡 以下的主变速器的基础上，再行配置副变速器，通 过两者的组合获得多 挡 变速器。 近年来，为了降低油耗，变速器的 挡 数有增加的趋势。目前，乘用车一般采用 4-5个 挡 位的变速器。发动机排量大的乘用车多用 5 个 挡 。商用车变速器采用 4-5 个 挡 或多 挡 。载质量在 2.0-3.5t 的货车采用五 挡 变速器，载质量在 4.0-8.0t 的货车采用六 挡 变速器。多 挡 变速器多用于总质量大些的货车和越野车上。 某些汽车的变速器，设置有用在良好的路面上轻载或空车驾 驶 的场合的超速 挡 ，超速 挡 的传动比小于 1。采用超速 挡 ，可以提高汽车的燃油经济性。但是如果发动机功率不高，则超速 挡 使 用频率很低，节油效果不显 著，甚至影响汽车的动力性。 从传动机构布置上来说，目前，两轴式和三轴式变速器都得到了广泛的应用。其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。三轴式变速器的第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各 挡 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转矩则称为直接 挡 。此时，齿轮、轴承及中间轴均nts 4 不承载，而第一、第二轴也仅传递转矩。因此，直接 挡 的传动效率高，磨损及噪声也最小，因为直接 挡 的利用率要高于其它 挡 位，因此提高了变速器的 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和第二轴之间的距离（中心距）不大的情况下，一挡 仍有较大的传动比； 挡 位高的齿轮采用长啮合齿轮传动， 挡 位低的齿轮可以采用或不采用长啮合齿轮传动；多数传动方案中除一 挡 以外的其它 挡 位的换 挡 机构，均采用同步器或啮合套换 挡 ，少数结构的一 挡 也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。 手动变速器的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮有更长的寿命、更低的噪声，虽然其制造稍微复杂且在工作时有 轴向力。因此，在变速器中，除低 挡 及倒 挡 齿轮外，直齿圆柱齿轮已被斜齿圆柱齿轮所取代。当然，常啮合齿轮副的增多将导致旋转部分总惯性力矩的增大。 1.4.2 设计的主要内容 本次设计主要是依据哈飞 HFJ6351B 的有关参数，通过变速器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的手动变速器。本 设计 主要完成下面一些主要工作： 1、 参数计算。包括变速器传动比计算、中心距计算、齿轮参数计算、各挡齿轮齿数的分配； 2、变速器齿轮设计计算。 变速器齿轮几何尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及材料选择；计算各轴的扭矩和转速；齿轮强 度计算及检验； 3、 变速器轴设计计算。包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的加工工艺分析； 4、 变速器轴承的选择及校核； 5、 同步器的设计选用和参数选择； 6、 变速器操纵机构的设计选用； 7、 变速器箱体的设计。 1.4.3 手动变速器的设计要求 及优点 1、 正确选择变速器的挡位数和传动比，使其和发动机参数优化匹配，以保证汽车具有良好的动力性和经济性； 2、 设置空挡以保证汽车在必要时能将发动机和传动系长时间分离，设置倒挡使汽车能倒退行驶； 3、 操纵简单、方便、迅速、省力； 4、 传动效率高，工作 平稳、无噪声； nts 5 5、体积小、质量轻、承载能力强，工作可靠； 6、 制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长； 7、 贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定； 8、 需要时应设置动力输出装置。 nts 6 第 2 章 变速器传动机构布置方案确定 2.1 设计所依据的主要技术参数 根据 松花江中意的技术参数来设计一种 微型 汽 车变速器，其具体参数如表 2.1。 表 2.1 松花江 微型 中意 HFJ6351B 的主要技术参数 型号 HFJ6351B 发动机额定功率 (kw) 35.5 外廓尺寸 (mm)(长 宽 高 ) 356214801918 发动机最大扭矩 (N.m) (3000 3500r/min) 82 轮距 (前 )(mm) 1215 满载轴荷 前 (kg) 678 轮距 (后 )(mm) 1200 后 (kg) 852 轴距 (mm) 1960 主减速器减速比 5.125 最高车速 (km/h) 105 载质量 (kg) 560 最大爬坡度 (%) 20 整车整备质量 (kg) 970 轮胎规格 155R12C 满载总重 (kg) 1530 2.2 变速器传动机构的结构分析和形式选择 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（ =0.960.98），因此在各种类型的汽车上均得到了广泛的应用。 通常，有级变速器具有三个、四个、五个前进 挡 ；重型载货汽车和重型越野车则采用多 挡 变速器，其前进 挡 位数多大 6 16 个甚至 20 个。变速器 挡 位的增多可提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性和平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但 挡 位数的增多也 使 变速器的尺寸及质量增大，结构复杂，制造成本提高，操纵也复杂。 某些轿车和货车的变速器 ，采用仅在良好的路面和空载行 驶 时才 使 用的超速 挡 。采用传动比小于 1（约为 0.7 0.8）的超速 挡 ，可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 挡 比较，采用超速 挡 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。 两轴式和三轴式变速器都得到了广泛的应用。 nts 7 2.2.1 两轴式变速器的特点分析 图 2.1 两轴式变速器传动方案 2.2.2 中间轴式变速器特点分析 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承在发动机的飞轮上，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。 而相对 中间轴式变速器相比较，两轴式变速器结构简单、紧凑且除最高挡外其他各挡的传动效率高、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减少 6% 10%。两轴式变速器则方便于这种布置且使传动系的结构简单。两轴式变速器没有直接挡， 因此在高挡工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声较大，也增加了磨损，这是它的缺点。 两轴式变速器 特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均用常啮合齿轮传动。图 2.1c 中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并用同步器换挡；图 2-1a 所示方案的变速器有辅助支承，用来提高轴的刚度。 如图 2.2a d 所示为中间轴式变速器的传动方案，其中 a b 为中间轴式五 挡 变速器， c d 为中间轴式六 挡 变速器的传动方案。中间轴式变速器的共同特点为：变速器第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体。绝大多数方案的 第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保证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 的利用率要高于其他 挡 位，因而提高了变速器的 使 用寿 nts 8 图 2.2 中间轴式变速器传动方案 命；在其他前进 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（中心距）不大的条件下，一 挡 仍然有较大的传动比； 挡 位高的齿轮采用常啮合齿轮传动， 挡 位低的齿轮可以不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案件中除一 挡 以外的其他 挡 位的换 挡 机构，均采用同步器或接合套换 挡 ，少数结构的一 挡 也采用同步器或接合套换 挡 ，各 挡 同步器或接合套多数情况下装在第二轴上。 在除直接 挡 以外的其他 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。 以上各方案中，凡采用常啮合齿轮传动的 挡 位，其换 挡 形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 2.2.3 倒 挡 布置方案分析 如图 2.3 所示为常见的倒 挡 布置方案。图 2.3b 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 2.3c 方案能获得较大的倒 挡 传动比，缺点是换 挡 程序不合理。图 2.3d 方案对 2.3c 的缺点做了修改。图 2.3e 所示方案是将一、倒 挡 齿轮做成一体，将其齿宽加长。图 2.3f 的方案适用 nts 9 图 2.3 倒 挡 布置方案 于全部齿轮副均为常啮合的齿轮， 挡 换更为轻便。 为了缩短 变速器轴向长度，有的货车倒 挡 传动采用图 2.3g 所示方案；其缺点是一、倒 挡 各用一根变速器拨叉轴， 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增大，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，最终表现出轮齿磨损加快和工作噪声增加。为此，无论是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，以便改善上述不良情况，然后按照从低 挡 到高 挡 的顺序布置各 挡 齿轮，这样做既能 使 轴具有足够大的刚性，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 布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒 挡 。 为防止意外挂入倒 挡 ，一般在挂倒 挡 时设有一个挂倒 挡 时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾 驶 员注意。 2.2.4 传动机构布置的其他问题 常用 挡 位的齿轮因接触应力过高而易造成表面点蚀损坏。将高 挡 布置在靠近轴的两端支承中部区域较为合理，在该区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮可保持较好的啮合状态，以减少偏载并提高齿轮寿命 7。 某些汽车的变速器有仅 在好路或空车行 驶 时才 使 用的超速 挡 。 使 用传动比小于 1的超速 挡 ，能够更充分的利用发动机的功率， 使 汽车行 驶 1Km 所需发动机曲轴的总转数减少，因而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接 挡 比较， 使 用超速挡 会 使 传动效率降低、工作噪声增加。 nts 10 机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数、每分钟转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮和壳体等零件的制造精度等 8。 2.3 零 部件 传动设计 2.3.1 齿轮 传动 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；缺点是制造时稍有复杂，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 常啮合齿轮数增加，并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 。 2.3.2 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度，所以用轴向滑动直齿齿轮方式换 挡 ，会在轮齿端面产生冲击，并伴随噪声。这不仅 使 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 乘坐舒适性降低。只有驾 驶 员用熟练的操作技术（如两脚离合器）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、拆装与维修工作皆容易，并能减小变速器旋转部分的惯性力矩，但除一 挡 、倒 挡 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 冲击载荷的接合齿数多，而轮齿又不参与换 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 员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮， 使 变速器旋转部分的总惯性力矩增大。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 ，并且与同步器比较还有结构简单、制造容易、能够减低制造成本及减小变速器长度等优点。 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。利用同步器换 挡 ，其换 挡 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。为了操纵方便发，要求换入不同 挡 位的变速杆行程应尽可能一样，nts 11 如利用同步器或啮合套换 挡 ，就很容易实现这一点。 2.3.3 自锁互锁 结构 图 2.4 防止自动脱 挡 的结构措施 自动脱 挡 是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱 挡 。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种： 1、将两接合齿 的啮合位置错开，如图 2.4a 所示。这样在啮合时， 使 接合齿端部超过被接合齿的 1 3mm。 使 用中两齿接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可用来阻止接合齿自动脱 挡 。 2、将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下 0.3 0.6mm），这样，换 挡 后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱 挡 ，如图 2.4b 所示。 3、将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜 2。 3。 ）， 使 接合齿面产生阻止自动脱 挡 的轴向力，如图 2.4c 所示。这种方案比较有效，应用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状 ，也具有相同的阻止自动脱 挡 的效果。 2.3.4 变速器轴承 变速器的第二轴前端支承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、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，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于 6 20mm。 2.4 本设计所采用的传动机构布置方案 在本次设计中 采用 5+1 挡 中间轴式变速器 。 采用如图 2.5 所示的传动机 构布置方案。其中齿轮结构形式斜齿圆柱齿轮；换 挡 机构形式为环式同步器的方案。 nts 12 图 2.5 变速器传动机构布置方案 2.5 本章小结 本章主要依据 常见的 变速器的传动机构布置方案，对两轴式和中间轴式的变速器的结构特点作了简要说明，分析了各种方案的优缺点， 而且介绍了 几种常见的倒 挡 机构布置方案，并比较了各个方案的优缺点。 综上所述 结合本次设 计所依据车辆的主要技术参数，选择了本设计的传动机构布置方案和零 部件的结构形式，作为以后各章节设计的基础。 nts 13 第 3 章 变速器主要参数的选择和齿数分配 3.1 变速器各 挡 传动比的确定 3.1.1 变速器最低 挡 传动比的确定 在选择最低 挡 传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮和地面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等来综合考虑、确定。 汽车爬坡时车速不高，空气阻力可忽略， 对于经常在城市和良好公路上行驶的汽车，最大爬坡度在 10左右即可。 则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。 根据 m a xm a x01m a x s inc o s fmgriiTrTge 由最大爬坡度要求的变速器 1 挡 传动比为 Terg iT rfmgi 0m a xm a xm a x1 )s inc os( (3.1) 式中 ： m 汽车总质量， 1530m Kg； g 重力加速度， 8.9g m/s2； r 驱动车轮 的滚动半径， 269rr mm； f 道路附着系数， 015.0f ； maxeT 发动机最大转矩， 82max eTNM 0i 主减速比， 125.50 i； T 汽车传动系的传动效率， 85.0T 。 将各数据代入式 (3.1)中得 326.285.0125.582269.0)11s in11c os015.0(8.91530)s inc os(0m a xm a xm a x1Terg iTrfmgi根据驱动车轮与路面的附着条件 201max Gr iiTrTge 可求得变速器一 挡 传动比为 nts 14 Terg iT rGi 0max21 (3.2) 式中 ： 2G 汽车满载静止与水平路面时驱动桥给地面的载荷， 8522 G Kg； 道路 的附着
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