CL01-200@汽车用三轴五速变速箱的设计
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共51页)
编号：482749
类型：共享资源
大小：5.24MB
格式：ZIP
上传时间：2015-11-04
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
30
积分
- 关 键 词：
-
机械毕业设计车辆工程
- 资源描述：
-
CL01-200@汽车用三轴五速变速箱的设计,机械毕业设计车辆工程
- 内容简介：
-
1 轿车 变速箱的设计 摘要 据中国 汽车工业协会统计分析 ， 2013 年， 汽车 产销 双超 2000 万 辆，增速大幅提升，高于年初预计，并且再次刷新全球纪录， 目前 为止，已连续五年蝉联 全球第一 。 汽车变速箱作为 汽车传动 系统重要 组成部分 ，随着计算机 科学技术的发展， 它历经 了手动变速 、自动变速 、 自动 /手动 变速 时代。 本 设计 的 任务是 关于 前置后驱（ Front engine Rear wheel drive, 简称 FR）式 小轿车用手动变速 箱的 设计。 FR在轴荷 分配上 ， 可以达到 50:50的 最佳比例，因此它具有较好的操控性 、 稳定性、动力 性和制动性 等 优点 。这也是 高性能汽车 设计 至今依然喜欢采用 FR的 主要原因 。三轴式 变速箱具有体积小、 原理 简单、工作可靠和操纵方便等优点， 故在 大多数汽车 中 得到应用。 本文是 在 认真了解 和 学习 了汽车 相关 理论和设计知识的基础上， 首先确定 FR轿车 手动变速 箱 的设计方案， 包括变速箱 传动机构布置、主要参数的选择、设计与计算、同步器设计、操纵机构、结构元件 等 ；其次，根据所给定参数和条件， 完成 齿轮、轴 和 轴承等主要零件的理论分析 ，结合 CAD中的 AutoCAD、 Pro/E、 SolidWorks、 UG 和 CAE中 的 ANSYS软件 ， 对 所建立的 三 维模型 进行 动力学与有限元分析， 继而 优化 ， 将优化后的模型再进行模拟仿真得到 优化后 结果 。 三轴 式五速变速 箱包括五个 前进挡和一个倒 挡 ， 并通过锁环式同步器来实现换挡。 它 有 3 根 主要的传动轴： 第 一轴（ 输入轴 ） 、第 二轴（ 输出轴 ） 、 中间轴（ 主动轴 ） ， 所以称三轴式变速 箱 ，另外还有 倒挡 轴 。它的 功用是： 1.改变 传动比，在较大范围内改变汽车的行驶速度和汽车驱动轮上转矩的数值，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的（ 功率 较高而油耗率较低） 工况 下工作； 2.在发动机 旋转方向不变的前提下，利用 倒挡 实现 汽车倒向 行驶； 3.在发动机 不 熄 火 的情况下，利用空挡中断动力传递，可以使驾驶员松开离合器踏板离开驾驶位置，且便于汽车启动 、 怠速、 换挡 和动力输出。 关键词 ：变速箱，传动比，中间轴，第二轴 ， 齿轮，锁环式同步器 nts 2 THE DESIGN OF SALOON GEARBOX ABSTRACT According to China Association of Automobile Manufacturers, the number of automobiles sales has rapidly increased to 20 million, which is higher than that estimated at the start of the year. The result has set a new record again, and won five consecutive first. With the development of computers, auto gearbox, as an important part of automotive transmission system, has experienced three periods: manual transmission, automatic transmission, and automatic / manual transmission. The paper is aimed at the manual gearbox design of the cars with Front engine Rear wheel drive(FR).On the axle load distribution, FR can reach the optimum ratio of 50:50,for it has extraordinary handling, stability and braking power. Therefore, high-performance cars prefer to use FR. Besides, three-shaft gearbox is widely used in most cars due to its small size, simple principle, reliability and easy operation. The paper is based on a good learning of automotive-related theories and design knowledge. Firstly, I make an FR car manual gearbox design including gearbox transmission layout, choice of the main parameters and calculation, synchronous design, operation mechanism, structural elements, etc. Secondly, according to the parameters and requirements, I have worked out the theoretical analysis about gears, shafts and bearings and other major parts. With CAD in AutoCAD, Pro / E, SolidWorks, UG and ANSYS software in CAE, I analyze the three-dimensional model of established dynamics and finite elements and the model is optimized further to get the simulation results. Three five-speed gearbox shaft includes five forward gears and one reverse gear. It shifts by locking ring synchronizer. It has three main transmission shafts. It is called three-shaft gearbox, owing to the three shafts-the first shaft (input shaft), the second shaft (output shaft) and intermediate shaft (drive shaft). Besides, it has reverse gear shaft. Firstly, it can adjust the transmission ratio to change the speed of the drive wheels and the torque value in a wide range to adapt to frequent changes in driving conditions, in order that the vehicle can work in an advantageous condition where there is higher power and lower fuel consumption rate. Secondly, under the premise of engineer rotation without changing, its a good idea to use reverse gear to achieve backward driving car. Thirdly, in case the engine does not stall, neutral nts 3 gear can interrupt power transmission, allowing the driver to release the clutch pedal to leave the driving position and its easy to start, idle, shift and output power. Key words: transmission, transmission ration, intermediate shaft, second shaft, gear, locking ring synchronizer nts 4 符号表 量 的名称 量的 符号 单位 符号 汽车总质量 m kg 重力加速度 g N/kg 驱动轮的滚动半径 r mm 发动机最大扭矩 maxeTN m 汽车传动系的传动效率 一 挡传动比 1i第一轴与中间轴的中心距 A mm 中间轴与倒挡轴的中心距 A mm 第二轴与中间轴的中心距 A mm 中心距系数 AK 直齿轮模数 m 斜齿轮法向模数 nm齿轮压力角 斜齿轮螺旋角 齿轮宽度 b mm 齿轮齿数 xZ齿轮变位系数 齿轮弯曲应力 WMPa 齿轮接触应力 jMPa 齿轮所受圆周力 tFN 轴向力 aFN 径向力 rFN 计算载荷 gTN m 应力集中系数 K摩擦力影响系数 fK齿轮材料的弹性模量 E MPa 重合度影响系数 K主动齿轮节圆半径 zr mm nts 5 从动齿轮节圆半径 brmm 主动齿轮节圆处的曲率半径 z mm 从动齿轮节圆处的曲率半径 bmm 扭转切应力 T MPa 轴的抗扭截面系数 TW3mm 轴的材料的剪切弹性模量 G 轴截面的极惯性矩 PI4mm 垂直面内的挠度 cfmm 水平面内的挠度 sfmm nts 6 第一章 绪论 相信 看过 速度与激情 系列影片 的人都会被赛车手们那种 高超的 、娴熟的 驾驶 技术所折服 ； 与此同时 ， 在现实 生活中 ， 我们 的 视 野 中也 无不 时刻闪现出汽车的影子。 一定 程度上 来 说，它 似乎已经 成了我们往后生活的必需品了 。 随着我国汽车产销 量 的不断 攀升 ， 人们 对于汽车 基本 理论的认识与了解，也显 现得越来越重要。 汽车变速箱 ，作为 汽车 传动系统的一个重要组成，也是 评价 衡量汽车性能的一个重要参考 依据 。 汽车 发动机 就像人 的心脏一样， 是 动力的缔造者。但是 ， 在它身后的变速箱确是 其 速度 控制 的阀门。 为了 悉知其原理， 于是 ， 基于 对汽车变速箱的研究也 就 应运而生。 汽车 没有变速 箱 会怎样？ 没有 变速 箱 ，汽车也能走，但 只能 以一个速度前进，不能减速和加速，甚至一个小坡就 能让汽车望而却步。 变速箱 发展至今，种类繁多，手动、自动、无极、手自一体、自动离合、双离合，但他们的变速原理，大同小异。 1.1 变速箱 的 工作原理 一旦 发动机制造出来后，其排量大小是不变的，可燃混合气体的成分也基本不变，因此，发动机输出的转矩变化范围小，但汽车在起步和上坡时，需要较大的转矩； 而 在平坦路面上高速行驶时，则只需要较小 的 转矩。 假如 将 发动机 与 驱动轮直接作用， 那就是对应 发动机的最高转速，很高且不变的车速十分不 现实 ，而且有可能因为相应的牵引力小，就无法起步、上坡或高速行驶。 利用 齿轮原理（如图 1-1 所示 ），可以用较轻的物体提升较重的物体。汽车 发动机输出 的转矩较小，但通过变速箱 后却能推动较大的汽车。 图 1-1 变速箱 工作原理 示意图 nts 7 利用 齿轮原理，可以将 较大 的转速转变为较小的转速，也可以将较 小 的转速转变为较大的转速。 变速箱 的作用 就是 扩大汽车驱动转矩和转速的 变化 范围， 当 起步、上坡需要较大汽车驱动 转矩时 ，使用 低速 挡 ，可以实现大转矩、低车速；当需要提高汽车速度 时 ，使用高速 挡 ，可以实现小转矩、高车速。 1.2 变速箱 的功用和要求 变速箱 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，同时使发动机在最有利的工况 范围内 工作。 变速箱 设有空挡，可在起动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速 箱设有倒挡 ，使汽车获得 倒退行驶 能力。需要时 ， 变速 箱还有动力输出动能。 对变速箱 提出如下基本要求： 1) 保证 汽车有必要的动力性和经济型 。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，选择合理的变速箱挡数及传动比，来满足这一要求。 2) 设置 空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输 ； 3) 设置 倒挡，使汽车能倒退行驶； 4) 设置动力 输出装置，需 要时能 进行 功率输出； 5) 工作可靠 ， 操纵 轻便。汽车行驶过程中，变速箱不得有跳挡、乱挡 、 换挡冲击等现象发生 。 为 减轻 驾驶员疲劳强度，提高行驶安全性，操纵 机构 可通过采用同步器和预选气动换挡或自动、半自动换挡来实现。 6) 变速箱 应当有高的工作效率 。 为 减小 齿轮的啮合损失，应当有直接挡。提高 零件 的制造精度和 装配精度 ，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。 7) 变速箱 的工作噪声低。 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。 8) 变速箱还应当 满足轮廓尺寸和质量小 。 影响 这一 指标的主要参数是变速箱的中心距。选用 优质 钢材，采用合理的热处理 工艺 技术，设计适合的齿形，提高齿轮 设计 和制造精度 以及 选用圆锥 滚柱 或滚针 轴承 可以减小中心距。 除此 之外，变速箱还应该 考虑 制造成本、拆装、维修等 方面 问题 。 1.3 变速箱 的分类 从 市场上 不同 车型所配置的变速 箱 来看，主要分为： 手动变速箱 （ MT） 、 自动变速箱 （ AT） 、 手动 /自动变速 箱 （ AMT） 、无极变速箱 （ CVT） 。 nts 8 1.3.1 手动变速箱 （ MT） 手动 变速箱 （ Manual Transmission） 。顾名思义 ， 它 是通过驾驶员用手操纵变速杆来选定 挡位 ，并直接操纵变速 箱 的换挡机构进 行挡位变化 。齿轮式 有级变速 箱 大多 采用这种换挡方式。 手动 变速 箱 的工作原理就是更换不同大小的被动齿轮来与动力输出轴接合，当将挡时，实际上是将被动齿轮换成了更大的齿轮，根据杠杠原理，此时 变速箱 输出的转速就会相对降低 ， 但转矩增大 ； 反之，如果是升 挡 ，则实际上是被动齿轮转换为小齿轮 ， 此时变速 箱 输出转速就会提高， 但 转矩会减小。 轿车 手动变速 箱 通常带同步器，这样可使换挡方便、动力传递直接、动力响应迅速、比较省油、噪声 也小 。 （如图 1-2）最常见 的 手动变 速 箱多为 5挡位 （ 5个 前进挡、 1 个 倒挡） ， 运动型轿车上也有 6挡位变速箱 。手动 变速箱 的缺点是换挡比较麻烦，手脚并用，容易产生驾驶疲劳。 图 1-2 手动 变速箱 工作原理示意图 1.3.2 自动变速箱 （ AT） 自动变速箱（ Automatic Transmission） 。这种 变速 箱 的自动控制系统根据发动机的负荷和车速的变化情况自动地选定挡位，并进行挡位变换 ，即自动 地 改变传动比。驾驶员 只需要 操纵加速踏板即可控制车速。 现在 的自动变速 箱 一般都是液力变矩器式自动变速 箱 ，它主要由两大部分组成。 一是和 发动机飞轮 连接 的夜里变矩器，它和手动 变速箱 车上的离合器位置差不多，其作用也和离合器差 不多，它负责将发动机输出的动力传递给后面的变速机构。 二是 紧跟在 液力变矩器 后面的变速机构，它主要由多片离合器、控制机构和变速齿轮组成。控制机构 按照 设计师们的设定，可以根据行驶情况对多片式离合器发出指令，驱动各 个挡 位上多片离合器进行接合或分离。 由于 第二部分的不同，自动变速 箱可 分 出 好多类，如控制机构有液压阀和电磁阀，则分别 称为 液压自动变速 箱 和电动控制变速 箱 ；如果最后的变速机构不是采用齿轮，二是采用钢带和滑轮，那就是无极变速 箱 了。 1.3.3 手动自动 变速 箱（ AMT） 手动 自动变速箱 （ Automatic Manual Transmission） 。 这种 变速 箱 可以自动换挡，也可以手动换挡 。实际 上它是 由 普通手动变速箱派生出的一种形式 。将它 称之为非离和nts 9 手动变速箱 更为 确切。 AMT 没有 行星齿轮和变矩器，和普通手动变速箱结构一样，它有中间轴、输出轴、离合器和变速拨叉等。 这种变速 箱通常有 三种 换挡方式，其中两种采用拨片 式 换挡， 第三种 则采用传统换挡杆的形式。比较典型的如奥迪 A6的 Tiptronic，上海帕萨特 1.8L也 装有手动自动变速 箱 。 1.3.4 无级变速箱（ CVT） 无级变速箱 （ Continuously Variable Transmission） 。其 传动比在一定数值范围内可 连续无限 多 级 变化 ， 常见的有流体式和机械式两种。 图 1-3 无级 变速箱 工作原理示意图 CVT 不是 通过齿轮 组合 变速， 而 是利用 一对 可以改变直径的工作轮组合来实现变速的 ，如图 1-3所示 。工作轮组合 中的主动轮相当于 手动变速箱中 的主动齿轮 ； 另一个是从动轮，相当于 手动变速箱 中的从动齿轮。 手动变速箱 要想改变传动比，只能更换 不同挡位的齿轮组合，而无极变速箱中的工作轮直径是可以变化的，无需更换其它工作轮组。当 主动 轮的直径变大而同时从动轮的直径变小时，或将主动轮的直径变小 ，从动轮的直径变大时，传动比就会随着改变。 每个 工作轮都是 由 两个锥形盘对扣组成 的 ，传动钢带的边缘时隔斜坡，正好和工作轮的锥面磨合在一起。当 工作轮 的两个锥形盘之间的距离变化时，钢带就会沿锥面上下移动，这就相当于改变了工作轮的直径。 1.3.5 其它 分类 方法 由于变速箱 由变速 传动 机构和操纵机构组成， 根据其 传动机构 的 前进挡 位数 和轴的形式 ， 又有如下两种分类方法 (如 表 1-1所示 )。 nts 10 固定 轴式应用广泛，其中两轴式变速箱多用于前置前驱（ Front engine Front wheel drive，简称 FF） 的 汽车上，中 间轴式变速 箱 多用于 FR的 汽车上。 表 1-1 变速箱基本 分类 分类依据 名 称 前进挡数 3挡 变速箱 4挡 变速箱 5挡 变速箱 多挡 变速箱 轴的 形式 固定轴式 旋转 轴式 固定轴 式 两轴式 变速 箱 中间轴式 变速 箱 双 中间轴式变速箱 多 中间轴式上变速箱 在 原有 变速传动 机构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速箱挡数的目的。近年来 ， 变速箱操纵机构有向自动操纵方向发展的趋势。 1.4 汽车 变速箱的发展现状及其技术趋势 我国在 手动变速 箱 领域，国产品 牌已占主导地位， 为 适应 当代 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 已经 成为当今新型变速箱技术的追求目标。目前 ，无论 是商用车还是其他形式的汽车，自动变速箱 越来 越成为标配。 汽车用 自动变速箱 目前 主要分为 AT、 AMT、 CVT、 DCT四种 变速箱。 由于 它们 各自 的结构特点和工作原理各不相同，技术成熟程度也 不尽 相同，因此 从目前 发展现状上 看 ， 在 制造成本、燃油经济性 、 换挡舒适性以及使用寿命 等 多个方面 也存在 差异，各具优劣 。 在众多形式 的自动变速 箱 中，不能 说哪类好哪类不好，任何变速箱 都有 自身的 优点 和缺点，不同变速箱适用于不同车型， 要适 具体情况而论。然而 ，衡量 一台汽车的好坏，很大程度上决定于变速箱的质量 ， 而变速箱的质量取决于齿轮的设计与制造。变速箱 的 技术核心在于变速箱内部的控制机构 ， 变速箱和发动机动力的配合如果紧密与协调，那么汽车发动机的性能就能够得到良好的发挥。 在 变速箱的设计 和 制造中， CAD、 CAM、 CAE 等 计算机 技术的优势 ， 体现 得淋漓尽致。 虚拟设计 技术 是 利用 计算机 技术对 所要 进行的生产和制造活动的建模和仿真 。 它 通过 并行工作的方式缩短设计周期，也通过仿真 的方式降低试验成本 。 nts 11 由于 汽车变速箱 壳体 尺寸大、形状复杂，进行压铸生产具有比较大的困难， 通过 对压铸充型和凝固过程的仿真分析， 能够 模拟压铸过程 的速度 和 温度场 ，可以 预测 铸件可能出现的缺陷，根据 模拟 结果 优化压铸 工艺 。 同样 ，对于变速箱的 齿轮 零部件，可以通过 UG 与 ANSYS 的 联合模拟， 进行 有限元分析，得出极速工况下的变形规律和应力分布规律， 进而 对齿轮的寿命校核和优化设计提供 可靠依据。 汽车 变速箱的发展 ，在设计 方面将越 趋于高度 数字 一体 化， 其制造 也将追求高 稳度 、高 精度 、高清洁度 ，更加经济化 ， 以保证 整车 性能得到最大优化。 1.5 了解 、认知 手动变速箱 的必要性 看过 一些言论，说 手动变速箱 繁琐的驾驶操作 等 不足，阻碍了汽车高速发展的脚步。手动变速箱 会在不久的将来 “下课 ” 。但是 ，手动变速箱轿车从目前的市场需求和适用角度来说，还不会过早的离开我们的 视野 。 首先，从商用车的特性上来说，手动变速箱的功用是其他变速箱所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速箱的全力协助。我们都知道一 挡 有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段 ，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速箱，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。 其次，从我国的具体情况来看，手动变速箱几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历较深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速箱的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速箱以及无级变速箱已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高 挡 的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速箱。另外， 目前在 我国的 汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速箱 的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。 第三 ， 随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速 箱 其自身的性价比，配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。 继而 ，开展 对 手动变速 箱 的 了解 、学习与研究 和 分析有一定必要 。本 设计的相关 任务 已于上文给出。 nts 12 第二 章 变速箱 传动机构布置方案的确定 机械式 变速箱因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得 到广泛应用。 2.1 传动机构布置方案分析 设计 时首先 应根据汽车 的使用条件及要求确定变速 箱 的传动比范围、挡位数及各 个挡 位 的传动比，它们对汽车的动力性与燃料经济 性 有重要的 直接 影响。 挡位 越多，油耗越低，无级变速箱 最 理 想 。 目前很多轿车采用的是带液力变矩器的自动换挡 变速箱 ，挡位一定时可依靠液力变矩器实现无级变速，其效率仍需进一步提高才能做到真正省油。 变速箱传动比与最小燃油消耗特性曲线的关系： i =0.377nr/ a0ui =An/ au ， n车速（ ua）一定时，燃油消耗率最低（ bmin）时对应的发动机转速。 （图 2-1所示 ） 传动比范围是变速箱低挡传动比与高挡传动比的比值。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也愈小，则变速箱的传动比范围应愈大。目前，轿车变速箱的传动比范围为 3.0 4.5；一般用途的货车和轻型之上的客车为 5.0 8.0；越野车与牵引车为 10.0 20.0。 【 本 设计传动比范围约为 3.7】 图 2-1发动机 外特性和最小燃油消耗特性 曲 线 通常，有级变速箱具有 3、 4、 5个 前进 挡 ；重型载货汽车和重型越野汽车则采用多挡变速箱，其前进挡位数多达 6 16个甚至 20个。 变速箱挡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、无声换挡，对于多于 5个前进挡的变速箱来说是困难的。因此，直接操纵式变速箱挡位数的上限为 5挡 。多于 5个前进挡，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箱，后者仅用于一定行驶工况。 某些轿车和货车的变速箱，采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速挡（最高挡nts 13 位 ） 。采用传动比小于 1（ 0.7 0.8）的超速挡，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的直接挡比较，采用超速挡，会降低传动效率。 有级 变速箱 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、轴，以及壳体等零件的制造精度、刚度等。 2.1.1 固定 轴式变速 箱 1） 两轴式 变速箱 图 2-2示 出用在 FF 乘用车 上的两轴式变速箱传动方案 。 其 特点是 ：变速 箱 输出轴与主减速器主动齿轮做成一体 ，发动机纵置时 图 2-2 两轴式 变速箱传动方案主减速器采用弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均采用常啮合齿轮传动 。 图 2-2 两轴式变速箱 传动方案 2） 中间轴 式变速箱 中间 轴式变速 箱 多用于 FR 和 RR(发动机 后置后轮驱动， rear engine rear wheel drive，简称为 RR)的 汽车和客车上。 变速箱第一轴 的前端经 轴承支承 在发动机飞轮上，第一轴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。 图 2-3中 的中间轴 式四挡变速箱传动方案示例的区别为图 2-3a、 b所示 方案有四对常啮合齿轮，倒挡 用 直齿 滑动 齿轮变挡 。 第二轴 为 三点支承，前端支承在第一轴的末端孔 内，轴的中部 和 后端分别支承在变速箱壳体和附加壳体上。图 2-3a 所示 传动方案又能达到提高中间轴和第二轴刚度的目的；图 2-3c 所示 传动 方案 的 二 、三、四挡用常啮nts 14 合齿轮传动，而一 、 倒挡用直齿 滑动 齿轮换挡，第二轴为两点 支承 。 图 2-4所示 为中间轴式五 挡 变速箱传动方案示例。 图 2-4a 所示方案中，除一、倒挡用直齿 滑动齿轮 换挡外，其余各挡为常啮合齿轮传动。图 2-4b、 c、 d 所示 方案 的各 前进 挡 ，均用常啮合齿轮传动。图 2-4d 所示 方案中的 倒挡 和超速挡 安装 在位于变速 箱 后 部 的副箱体内，这样 布置 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 不需要超速挡的条件下，很容易形成一个只有四个前进挡的变速箱。图 2-5a 所示 方案中的一 挡 、倒挡和图 2-5b 所示方案中的倒挡用直齿 滑动 齿轮换挡，其 余各挡均为常啮合齿轮。 图 2-3、图 2-4、 图 2-5分别示出了 几种 中间轴式四 、 五 、 六 挡变速箱传动 方案。 各 传动方案 的共同特点是：变速箱的第一轴后端与常啮合齿轮做成一 体 。 绝大多数 方案的 第二轴前端经轴承支撑 在 第一轴后端的孔内，且保持两 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 ，变速箱的齿轮 和轴承及中间轴 均不 图 2-3 中间轴式 四挡变速 箱 传动方案 承载 ， 发动机转矩经变速箱 第一轴 和第二轴直接输出，此时变速箱的传动效率高，可达90%以上，噪声低、齿轮和轴承的磨损减 少 。 因为 直接挡的利用率要高于其他挡位，因而提高了变速箱的使用 寿命； 在其他前进挡位工作 时 ，变速箱 传递 的动力需要经过第一轴、中间轴和第二轴上的 两对 啮合齿轮 传递 ， 因此 在变速箱中间轴与第 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；挡位高的齿轮采用或不采用常啮合齿轮传动；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nts 15 换挡，少数结构 的 一 挡 也采用 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置第二轴上。 【本设计 采用中间轴式 五 挡 传动方案 ， 具体 结构 见 相关 图纸 】 图 2-4 中间轴式 五 挡 变速箱传动方案 图 2-5 中间轴式 六挡变速箱传动方案 以上各 方案中 ， 凡采用常啮合齿轮传动的挡位，其它换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一 变速箱 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。 FR乘用车 采用中间轴式变速箱，为缩短传动轴长度，将第二轴加长， 如图 2-3a、 b所示 。如果 在 附加壳体 内 布置倒挡传动齿轮和换挡机构，还能减小变速箱主体部分的外形尺寸及提高中间轴和输出轴的刚度，如图 2-4c所示。 变速箱 用如图 2-4c 所示的多 支承 结构方案，能提高轴的刚度。这时 ， 如果在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴荷齿轮等零部件装配困难的问题。图 2-4c 所示nts 16 方案的高 挡 从动齿轮处于悬臂状态，同时一挡和倒挡齿轮布置在变速 箱 壳体的中 间跨距里 ， 而中间 挡 的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。 2.1.2 倒挡 方案布置方案 与 前进挡比较， 倒挡 使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式倒挡。为实现 倒挡传动 ，有些方案利用 在 中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮方案， 如图 2-2a、 b、 c 和图 2-3a、 b 所示；也有利用两个连体齿轮方案的，如图 2-3c 和图 2-4a、 b 所示。前者 虽然 结构简单，但是中间传 动 的齿轮式在最不利的正、负交变弯曲应力 状态下 工作的；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作， 并使 倒挡传动比略有增加。也有 少数 变速箱采用结构复杂和是成本增加的啮合套 或 同步器方案换入倒挡，如图 2-2f 所示。 图 2-6 为 常见的倒挡布置 挡 案 。 图 2-6b 所示方案的 优点是 换倒 挡时 利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度；但换挡时要求有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。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 前者的缺点进行了修改，取代了图 2-6c所示方案。图 3-6e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 为常啮合的齿轮，换挡更为轻便。为了 充分 利用，缩短变速 箱的 轴 向 长度 ， 有的 货车 倒挡传动采用图 2-6g 所示方案；其缺点是一、倒挡须 各用 一根变速箱拨叉轴，致使变速箱上盖中的操纵机构 复 杂 一 些。 【本设计 采用图 3-6f 所示方案 ， 具体结构见相关图纸】 图 2-6 倒挡布置 方案 变速箱 的一 挡 或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用得 力 也增大，并导致变速箱轴产生较大 的 扰度和转角，使 工作齿轮啮合 状态破坏，最终表现出轮齿磨损加快和工作 nts 17 图 2-7 变速杆 换挡位置与顺序 图 2-8 换挡 轴位置与受力分析 噪声增加。为此 ， 无论是两轴式变速箱还是中间轴式变速箱的一挡与倒挡，都应当布置在靠近 轴 的 支承 处 ，一边改善上述不 良 状况。然后 按照 从低 挡到 高 挡 的顺序布置各挡齿轮，这样既能使 轴 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，考虑到 这点 ，有些方案将一挡布置在靠近轴的支承 处 ， 如图 2-3b、图 2-3b、图 2-5a等所示，然后在 布置 倒挡 。此时在倒挡 工作时，轮齿磨损与 噪声在短时间内略有增加，而在一挡工作时轮齿的 磨损与噪声有所减少。图2-2c将倒挡齿轮布置在附加壳体内，并紧靠轴的支承处，而一挡布置在 变速箱 壳体右侧紧靠支撑处，这个方案能 很好 得 解决 两个传动比大的挡位都布置在靠近支承的地方的这一问题。 倒挡 设置在变速 箱 的左侧和右侧， 在 结构 上均 能实现，不同之处是挂倒挡是驾驶员移动变速杆的方向 改 变了 。 为了 防止 意外挂入倒挡，一般在挂倒挡是设有一个挂 倒挡 时需要克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。从这一点 考虑 ，图 2-7a、 b的换挡方案比图 2-7c的方案更合理。图 2-7c所示方案在挂一 挡 时也需要克服用来防止 误挂 倒挡所产生的力 ，这对换挡技术不熟练的驾驶员是不利的。 除此 之外，倒挡的中间齿轮位于变速 箱 的左侧或右侧对倒挡 轴 的 受力 状况有影响，如图 2-8所示 。 2.2 部件 结构 方案 分析 变速箱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nts 18 变速箱结构方案时，也要考虑齿轮型式、换 挡 结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。 2.2.1 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，运转 平稳、 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， 这对轴承不利 。变速箱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，并导致变速箱的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低 挡 和倒挡。【本设计中由于倒挡采用常啮合方案，故 倒 挡 采用斜齿轮传动方式，即除一 挡 外，均采用斜齿轮传动】 2.2.2 换挡 机构型式 变速箱换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种形式。 直齿滑动齿轮换 挡 的特点是结构简单、紧凑，但由于换 挡 不轻便、换 挡 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 挡 、噪声大等原因，除一 挡 、倒 挡 外很少采用。 啮合套换 挡 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 挡 结构简单，但还不能完全消除换 挡 冲击，目前在要求不高的 挡 位上常被使用。 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， 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、制造精度高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。 【本设计 采用同步器 换挡 】 2.2.3 自动脱挡 自动脱 挡 是变速箱的主要障碍之一。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）将接合齿的工作面 设计 加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜 20 30），使接合齿面产生阻止自动脱 挡 的轴向力（图 2-9）。这种结构方案比较有效，采用较多。 图 2-9 防止自动脱 挡 的结构措施 nts 19 2） 将啮合套做得长一些（如图 2-10a）或者两接合齿的啮合位置错开（图 2-10b），这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约 1 3mm。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 挡 。 3）将啮合套齿座上前齿圈的 齿厚切薄（ 0.3 0.6mm），这样，换 挡 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 挡 （图 2-11）。 此段 切薄 a b 图 2-10 防止自动脱 挡 的结构措施 图 2-11 防止自动脱 挡 的结构措施 在本设计中所采用的是锁环式同步器，如 图 2-12 所示。 花键毂 7 用内 花键套装在二轴外花键上，用垫圈、卡环轴向定位。花键毂 7两端 与齿轮 1和 4 之间 各有一个青铜制成 的锁环 （即同步环 ） 5 和 9。锁环 上有短花键齿圈 ，其花键的尺寸和 齿数 与花键毂齿轮 1和 4的 外花键齿 相同 。 两个齿轮 和锁环上的花键齿 ， 靠近 接 合套 8的 一 端 都有倒角（ 锁止角 ） ，且 与结合套齿端的倒角相同。锁环 有 内锥面，与齿轮 1、 4的 外锥面倒角相同。在锁环 内锥面 上有细密的螺纹（ 或 直槽） ，当 锥面接触后，它能及时破坏油膜，增加锥面间的摩擦力。锁环内 锥面 摩擦副成为摩擦件，外沿带倒角的齿圈是锁止件，锁环上还有 3个 均布的缺口 12。 3个 滑块 2分别 装在花键毂 7上 3个 均布的轴向槽 11内 ，沿槽可以轴向移动。滑块 被 两个弹簧 6的 径向力压 向接 合套，滑块中部的凸起部位压嵌在接合套 中部 的 环槽 10内 。滑块 和 弹簧是推动 件 。滑块两端伸入锁环 5的 缺口 12中 ，滑块窄而缺口宽，两者只差等于锁环的花键齿宽。锁环 相对于 滑块顺转和逆转都只能转nts 20 动半个齿宽，且只有当滑块位于锁环缺口的中央 时， 接合套与锁环才能接合。 图 2-12 锁环式 惯性同步器 1-一轴常啮合齿轮； 2-滑块 ； 3-拨叉； 4-二轴齿轮； 5、 9-锁环 （ 同步环 ） ； 6-弹簧圈 ； 7-花键毂； 8-接合套； 10-环槽； 11-3个 轴向槽； 12-缺口 2.2.4 变速箱 轴承 做旋转 运动的变速 箱 轴支承在壳体或其他部位的地方以及 齿轮与轴不做固定连接处应安置轴承。 变速箱 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。 汽车 变速箱结构紧凑、尺寸较小的特点，采用尺寸大 些 的轴承 受 结构限制 。 如 变速箱 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 圆锥滚子轴承，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。变速箱 第一轴 前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间， 常 采用一端有密封圈的球轴承 来承受径向力。作用在第一轴 常啮合 齿轮上的轴向力， 经 第一轴后部轴承传给变速箱壳体，此处常用轴承外圈 有挡圈的球轴承。由于 变速箱向轻量化 方向发展的需要，要nts 21 求减小变速 箱 中心距，这就 影响 到轴承外径的尺寸。为了 保证 轴承 有足够 的寿命，可选用能承受一定轴向力的无保持架的圆柱滚子轴承。中间轴 上 齿轮工作时产生的轴向力，原则上 由前 或 后轴承 来 承受都可以，但当在壳体前端面布置轴承盖有困难时，必须由后端轴承 承受 轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力，而后端采用外圈有挡圈的球轴承或圆柱滚子轴承。 圆锥滚子轴承 因有直径较小、宽度较宽， 因而 容量大，可承受高负荷和通过对轴承预紧能消除轴向间隙及轴向窜动等优点，故在一些变速箱上得到应用。 圆锥滚子轴承 也有 装配后需要调整 预紧 ，使 装配 麻烦且磨损后轴易歪斜，从而影响齿轮正确啮合等一些缺点。当采用 锥轴承时 ，要注意轴承的预紧，以免壳体受热膨胀后轴承出现间隙而使中间轴歪斜，导致齿轮不能正确啮合而损坏。因此 ， 锥轴承不适合用在线胀系数较大的铝合金壳体上。 变速箱 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棍子轴承。轴承 的 直径根据变速箱中心距确定，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于 6 20cm。 滚针 轴承、滑动轴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 。滚针 轴承 有 滚动摩擦损失小、传动效率高、径向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮 啮合 等优点。滑动 轴套 的径向配合间隙大、易磨损、间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作造成增加。 其 优点是制造容易、成本低。 综上 ， 本设计中第一轴 上 与 箱体支承处选 用 深沟球轴承，变速箱第 一轴 后端 内腔 中选用滚针轴承对第二轴前端进行支承，第二轴后端 与 轴承盖直径采用深沟球轴承，第二轴后端与箱体后盖间用外圈无挡边的圆柱滚子轴承 ， 中间轴前 、 后端 采用 圆锥滚子轴承支承 在箱体内。 nts 22 第三 章 变速箱主要参数 的选择 根据 变速箱运用的实际场合， 结合 同类变速箱的设计 数据和 经验 ，来进行本设计的主要参数的选择，包括：挡数、 传动比范围 、 中心距 、 外形尺寸 、齿轮参数 等。 3.1 挡数 变速箱的挡数可在 3 20个挡位范围内变化。通常变速箱的挡数在 6挡以下，当挡数超过六挡以后，可在 6挡以下的主变速箱基础上，再配置副变速箱，通过两者的组合获得多挡位变速箱。 传动系的挡位增多后，增加了选用 合适挡位使发动机处于工作状况的机会，有利于提高燃油经济性。因此 ，轿车 手动变速箱 已 基本采用 5挡 ，也有 6挡 的。 近年来 ，为了降低油耗， 变 速箱 的挡位也有增加的趋势 。 发动机 排量 大的乘用车多用 5 个 挡 。 【 本设计 采用 5个 挡位 】 3.2 传动比 范围 变速箱 传动比的范围是指变速箱最低挡传动比与最高挡传动比的比值。 高挡 通常是直接挡， 传动比 为 1.0； 有的变速箱最高挡是超速挡，传动比为 0.7
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号