机械式六档变速器设计说明书（含10张CAD图纸）.doc

毕业设计（论文）摘要变速器是汽车传动系中的主要部件之一。主要用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，它设计的好坏直接影响到汽车的实际使用性能。变速器由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转距和转速的数值和方向；操纵机构的主要作用是控制传动机构，实现变速器传动比的改变，即实现换挡，以达到变速变距。本题目主要进行轿车三轴六挡机械式变速器的设计，包括变速器的整体结构和齿轮传动部分的设计，并进行相关的计算与校核。经过设计与校核，该变速器主要结构符合设计标准、零件强度也达到了使用要求。汽车变速器是通过改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。通俗上分为手动变速器(MT)，自动变速器(AT)， 手动/自动变速器，无级式变速器。 汽车变速器一般由前箱体和后箱体组成。关键词：机械式变速器、三轴六挡、传动比、齿轮AbstractTransmission in the automotive transmission lines, one of the most important components.mainly used to change the engine driving wheel on the spread of torque and speed, Transmission speed by a variable speed transmission and control mechanism of two parts. The main role of the variable-speed transmission is to change the value of torque and rotational speed and direction; manipulation of the organizations main role is to control the transmission mechanism, transmission gear ratio to achieve the exchange, that is, to achieve shift in order to achieve variable-speed pitch. This subject, mainly for automotive six-axis mechanical transmission gear structural design, including the gear drive parts, control of part of the, etc., and the associated calculation and verification, through the design and verification,The main structure of the transmission line design standards, parts intensity reached the use requirements.Automobile transmission is by changing the transmission ratio, the engine crankshaft in turn refused to change and adapt at the start, acceleration, road traffic and to overcome the obstacle of different driving conditions and speed of the drive wheel traction with different demands and needs. Popular divided into manual transmission (MT), automatic transmission (AT), manual / automatic transmission, non-stage transmission. Automotive Transmission usually after the former cabinet and cabinet composition. Keywords:Transmission,Axis 6 block,gear ratio,gear wheel（说明书含80页）需要整套联系QQ 605039661注:此说明书含部分内容，需要完整版联系QQ 605039661目录摘要1Abstract1目录3第1章 绪论51.1 选题的背景及意义51.2 变速器的功用和要求71.3 国内外研究状况81.4 部分已知的主要参数101.5 本章小结11第2章 机械式变速器的概述及其方案的确定122.1 变速器的功用和要求122.2 变速器结构方案的确定122.2.1 变速器传动机构的结构分析与型式选择122.2.2 倒挡传动方案172.3 变速器主要零件结构方案的分析182.3.1 齿轮型式182.3.2 换挡机构型式192.4 本章小结21第3章 变速器主要参数的选择与主要零件的设计223.1 变速器主要参数的选择223.1.1 挡数和传动比223.1.2 中心距233.1.3 轴向尺寸243.1.4 齿轮参数243.2各挡传动比及其齿轮齿数的确定263.2.2确定常啮合齿轮副的齿数273.2.3 确定其他挡位的齿数283.2.4确定倒挡齿轮的齿数293.3 齿轮变位系数的选择303.4 变速器齿轮的强度计算与材料的选择333.4.1 齿轮的材料及其选择原则333.4.2 齿轮的损坏原因及形式353.4.3 齿轮的强度计算与校核353.4.4齿轮材料及热处理403.5 变速器轴的强度计算与校核413.5.1变速器轴的结构和尺寸413.5.2 轴的校核433.6 轴承的选择与校核543.6.1 几种轴承的特点与选择543.6.2 轴承的计算核563.7 变速器同步器的设计603.7.1 同步器的结构603.7.2 同步环主要参数的确定623.8 本章小结64第4章 操作机构654.1操纵机构的功用654.2 换挡位置图654.3变速杆的布置 664.4远距离操纵手动换挡变速器664.4.1锁止装置66第5章 结论69致谢70参考文献71附录172附录27652- -第1章 绪论1.1 选题的背景及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。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（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。(1)手动变速器（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。比如，一档变速比是3.85，二档是2.55，再到五档的0.75，这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值（即有5个级），所以它是有级变速器。曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。首先从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能代替的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货物，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力外,还需要变速器的权利协助。我们都知道“一档”有劲，这样在起步的时候有足够的力量将车带动。特别是面对爬坡的路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器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，他们对手动变速器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。虽然自动变速器以及无极变速器已经非常的普遍，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，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车），也不轻易放弃手动变速。另外，在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能让学员打好坚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，手动变速器以及自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济实用型轿车的销量一直在车市名列前茅。（2）自动变速器（AT）自动变速器（AutomaticTransmission），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，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，从而达到自动变速的目的。在中档车的市场上，自动变速器有着自己的一片天空。实用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时的快乐感觉。在高速公路上，这体现的非常完美。而且，以北京市来说，现在的交通状况不好，堵车时经常地事情，有时要不停地起步停车数次，司机如果使用手动挡，则会反复的挂档摘挡，操作十分繁琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动挡就不会有这样的麻烦。在市场上，此类汽车销售状况还是不错的，尤其是对于女性朋友比较适合，通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普及这种车型，关键是要解决路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动挡汽车的优势。（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。这种变速器在德国保时捷911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动挡束缚，让驾驶者也能享受手动换挡的乐趣。此型车在其挡位上设有“+”、“-”选择挡位。在D挡时，可自由变换降挡(-)或加挡(+)，如同手动挡一样。（4）无级变速器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”。无级变速器最早由荷兰人范多尼斯（VanDoornes）发明。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，没有换挡的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些人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挡是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的挡，一般自动变速器有48个挡。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“挡”。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。1.2 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，变速器具有倒挡和空挡。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，选择合理的变速器挡数及传动比，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挡、乱挡、换挡冲击等现象的发生。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挡或自动、半自动换挡来实现。（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，应有直接挡。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。1.3 国内外研究状况20世纪90年代以来，科学技术的急速发展和市场竞争的日益加剧，促使汽车工业发生了根本性的变革，其生产组织方式从传统的大批量、少品种的刚性生产结构向着多品种、中小批量的柔性生产结构转变。以CAD/CAE等为代表的现代汽车设计方法正逐渐代替传统的设计方法。许多大型应用软件也应运而生，如文件处理、绘图软件、数学分析软件、数据库管理软件、加上计算机网络的建立，以及基于这些通用软件的专业应用软件的诞生，使“无纸化设计”在一些发达国家的机械制造企业中得以实现。但是计算机辅助设计的意义不仅仅在于摆脱笔和图纸，还应该包括设计参数的优化计算；专家设计经验和知识的自动智能推理和学习；设计图纸的自动生成或从数据库中提取；甚至开始采用虚拟设计的方法，从而帮助设计人员进行方案设计，以实现半自动甚至全自动的设计。这就要求计算机具有专业领域内的专家知识和思维能力，能根据设计者的要求给出一定的设计结果，一般人们把这种掌握大量知识，能从事各种专业领域内专家级水平工作的计算机程序称为专家系统（Expert System）。一个专家系统至少由知识库、推理机和学习机三部分组成。在实际应用中，专家系统一般还应具有一个人机交互界面，用于向用户提问，接受用户回答并对其进行判别。对于较完善的专家系统而言，还有一个知识获取部分，可以及时补充最新得到的人类专家知识并将其整理为系统可识别的表达方式；还有一个解释部分，用来向用户解释系统的“思维过程”。帮助部分则是解释部分的补充，用来就已知的事实或得出的结果向用户提出详细的建议，如应采取的措施和步骤。对专家系统的研究源于1965年E.A.Feigenbaum等人对DENDRAL（解析化学质谱分析和预测的化学专家系统）的研究，至今专家系统的研究和应用有了长足的进展，特别是七十年代中期形成知识工程方向之后，专家系统具体应用领域几乎没有限制，如故障诊断、分析解释、咨询、设计、规划、教学、监控等。通过国际联机检索（工程索引，NTIS美国政府报告）和国内科技期刊情报检索发现，专家系统在工程技术领域中应用广泛，其中应用在设计方面的例子有很多。例如，日本佳能公司开发一个设计长焦距镜头的专家系统OPTEX，镜头设计组已经总结有50 种长焦距镜头类型的设计手册以及一个复杂的进行光学物理射线跟踪的FORTRAN程序，他们把这些知识和设计过程的启发性知识（包括有关制造能力的经验规则，如磨出的镜头玻璃片能达到多薄，镜片间的距离能靠多近，空气间隙有什么作用等）都放入专家系统，这样只要设计人员输入要设计镜头的技术性能要求和挑选一种镜头设计作为样板，系统就能自动地设计出所需的新镜头来。据称，该系统运行的效果可提高工效10倍，设计人员由原先的40人降为4人就能以同样的数量和质量完成设计任务。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。传统的设计方法一般是根据性能要求利用经验公式取初值，然后验算其强度，传动质量指标等，如果不符合要求则根据经验改变某些参数，继续验算，直至符合所有的条件与要求。这种设计方法计算量较大，得到的答案仅仅是符合要求的一个解，而一般的经验公式又较保守，对于不符合要求时改变的参数有一定的局限性，导致结果过于保证安全性。产品笨重，而许多性能未必很好甚至变的较差。在当今轿车市场日益竞争激烈，国际市场已趋于饱和，而国内市场正在蓬勃发展的同时，又是各主要厂家占领市场的良好机会。那么凭什么来吸引大量客户呢？只有良好的性能价格比，尽量在降低成本的基础上提高性能，才是所有产品打开市场的根本所在。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。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。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50:50。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。1.4 部分已知的主要参数本设计主要进行中级轿车三轴六挡机械式变速器的结构设计，包括齿轮传动部分、操纵机构部分等，并进行相关的计算与校核。设计中所采用的相关参数均来源于中级轿车车型：主传动比：6.33最高时速：200km/h 轮胎型号：9.00-20驱动型式：4X2 最大扭矩：315.15N.m/3000rpm 最大输入转速：3000r/min1.5 本章小结 本章主要对变速器的基本分类及其一些发展状况进行了分析，在遵循变速器设计要求并结合所设计车型的具体参数确立了基本的研究设计方向。本设计为手动换挡形式的机械式变速器，通过以上的初步研究为今后具体的结构分析和零部件设计做好了准备工作。第2章 机械式变速器的概述及其方案的确定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，变速器具有倒挡和空挡。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，选择合理的变速器挡数及传动比，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挡、乱挡、换挡冲击等现象的发生。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挡或自动、半自动换挡来实现。（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，应有直接挡。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、挡位数及各挡的传动比，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4、5、6个前进挡；重型载货汽车和重型越野汽车则采用多挡变速器，其前进挡位数多达616个甚至20个。变速器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6个前进挡的变速器来说是困难的。因此，直接操纵式变速器挡位数的上限为6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挡。采用传动比小于1（0.70.8）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扭矩则称为直接挡。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，直接挡的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进挡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挡传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：除直接挡外其他各挡的传动效率有所下降。 图2-1 轿车中间轴式四挡变速器1 第一轴；2第二轴；3中间轴两轴式变速器如图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。除倒挡常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他挡均采用常啮合斜齿轮传动；个挡的同步器多装在第二轴上，这是因为一挡的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高挡的同步器也可以装在第一轴的后端，如图示。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，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低挡传动比取值的上限（ig=4.04.5）也受到较大限制,但这一缺点可通过减小各挡传动比同时增大主减速比来取消。 图2-2 两轴式变速器1 第一轴；2第二轴；3同步器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，除低挡及倒挡外，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，由于倒挡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挡变速器传动方案。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高于其它挡位，因而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（一挡）可以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他挡位的换挡机构，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在第二轴上。再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。在挡数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到挡传动方案上有差别。图2-3 中间轴式四挡变速器传动方案如图2-3中的中间轴式四挡变速器传动方案示例的区别：图1-3a、b所示方案有四对常啮合齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡；图1-3c所示传动方案的二，三，四挡用常啮合齿轮传动，而一挡和倒挡用直齿滑动齿轮换挡。图2-4a所示方案，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器后部的副箱体内。 图2-4 中间轴式五挡变速器传动方案图2-5a 所示方案中的一挡、倒挡和图b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡，其余各挡均用常啮合齿轮。图2-5 中间轴式六挡变速器传动方案 以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方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。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，布置倒挡传动齿轮和换挡机构，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器壳体的中间跨距里，而中间挡的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。2.2.2 倒挡传动方案图2-6为常见的倒挡布置方案。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，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器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。本设计采用图2-6所示的传动方案。图2-6 变速器倒挡传动方案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挡与倒挡，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，然后按照从低挡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。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。2.3 变速器主要零件结构方案的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、换挡结构型式、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挡和倒挡。但是，在本设计中由于倒挡采用的是常啮合方案，因此倒挡也采用斜齿轮传动方案，即除一挡外，均采用斜齿轮传动。2.3.2 换挡机构型式换挡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，采用直齿滑动齿轮换挡时，换挡行程长也是它的缺点。因此，除一挡、倒挡外很少采用。 采用同步器换挡可保证齿轮在换挡时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换挡时间，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。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结合齿齿数多，而齿轮又不参与换挡，所以他们都不会过早损坏，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使用。采用同步器换挡可保证齿轮在换挡时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换挡时间，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。自动脱挡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（如图2-7a）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，以阻止自动脱挡。（2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.30.6mm），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2-7 防止自动脱挡的结构措施（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挡的轴向力（图2-8）。这种结构方案比较有效，采用较多 加工成斜面图2-8 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，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2-9所示：图2-9 锁环式同步器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2.4 本章小结本章根据机械式变速器的设计要求并联系实际设计车型确定了变速器的结构方案与倒挡布置方案，并确定了所采用的齿轮形式，同步器为锁环式同步器为下一步各部件具体结构参数的设计打下基础。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 挡数和传动比近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，乘用车一般用46个挡位的变速器。本设计也采用6个挡位。选择最低挡传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽略，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。故有则由最大爬坡度要求的变速器挡传动比为 （3-1） 式中，m-汽车总质量(kg)； g-重力加速度(m/s)； max-道路最大阻力系数； rr-驱动轮的滚动半径(m)； Temax-发动机最大转矩(N.m)； i0-主减速比； -汽车传动系的传动效率。根据驱动车轮与路面的附着条件： 求得的变速器I挡传动比为： （3-2）式中，G2-汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷；-路面的附着系数，计算时取=0.50.6。由已知条件：满载质量 9500kg；G2=95009.8N=9310N rr=335mm； Te max=315.15Nm； i0=6.33； =0.95。根据公式（3-2）可得：igI =7.31。超速档的传动比一般为0.70.8，本设计取五挡传动比为1，中间挡的传动比理论上按公比为： （3-3）的等比数列，实际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用挡位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。根据上式可的出：q=1.49。故有：ig2=4.91 ig3=3.30ig4=2.2ig5=1.49ig6=1ig倒档=7.663.1.2 中心距中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的强度。三轴式变速器的中心距A（mm）可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定： (3-4)式中， K A-中心距系数。对轿车，K A =8.99.3；对货车，K A =8.69.6；对多挡变速器:K A =9.511；TI max -变速器处于一挡时的输出扭矩：TI max=Te max igI =2787.34Nm本设计中选取 KA =8.8， 则：mm故可得出初始中心距A=114.65mm。3.6 轴承的选择与校核3.6.1 几种轴承的特点与选择（1）几种轴承：圆锥滚子轴承：可以同时承受径向载荷及单向的轴向载荷（30000型以径向为主，30000B型以轴向载荷为主）。内外圈可以分离，安装时可以调整轴承的游隙。一般成对使用，对称安装。深沟球轴承：主要承受径向载荷，也同时承受少量双向轴向载荷。在高速时，可以用来承受纯轴向载荷。工作中允许内外圈轴线偏斜量。摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。但承受冲击载荷能力较差，适用于高速场合。圆柱滚子轴承：能够承受较大的径向载荷而不能承受轴向载荷。因是线接触，内、外圈只允许有极小的相对偏转。轴承内、外圈可分离。滚针轴承 径向尺寸紧凑切承载能力很大，价格低廉。但不能承受轴向载荷，摩擦系数较大，不允许有偏斜。常用于径向尺寸受限制而径向载荷又较大的装置中。（2）轴承类型的选择选用轴承选择时，首先是轴承的类型，我国常用的标准轴承共分九种类型，下面是正确选择轴承类型时应考虑的几大因数：轴承的载荷轴承所受载荷的大小，方向和性质是选择轴承的主要依据。根据载荷的大小选择轴承类型时，由于滚子轴承中主要元件是线接触，适宜用于承受较大的载荷，承载后的变形也较小。而球轴承中主要为点接触，适宜用于承受较轻的或中等的载荷。故在载荷较小时，应优先选用球轴承。根据载荷的方向选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力滚子轴承。对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。在轴承在承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，当轴向载荷较大时，可选用接触角较大角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。轴承的转速在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。从工作转速对轴承的要求看，可以确定以下几点：球轴承与滚子轴承比较，有较高的极限转速，故在高速时应优先选用球轴承。在内径相同的条件下，外径越小，则滚动体就越轻小，运转时滚动体在外圈滚道上的离心惯性力也就越小，因而也就更加适合于在更高的转速下工作，故在高速时，宜选用超轻、特轻及轻系列的轴承。重及特重系列的轴承，只用于低速重载的场合。如用一个轻系列轴承而承载能力达不到要求时，可考虑采用宽系列的轴承，或者把两个轻系列的轴承并装在一起使用。保持架的材料与结构对轴承的转速影响极大。实体保持架比冲压保持架允许更高一些的转速。推力轴承的极限转速均很低。当工作转速高时，若轴向载荷不十分大时，可以采用角接触球轴承承受纯轴向力。若工作转速略超过样本中规定的极限转速，可以用提高轴承的公差等级，或者适当的加大轴承的径向游隙，选用循球润滑或油雾润滑，加强对循环油的冷却等措施来改善轴承的高速性能。若工作转速超过极限转速较多，应选用特制的高速转动轴承。便于拆装也是选择轴承类型时应考虑的一个因素。此外，轴承类型的选择还应考虑轴承装置整体设计的要求。如轴承的配置使用要求、游动要求等。综合考虑以上因素，本次设计第一轴后轴承为外座圈上带有止动槽的深沟球轴承。此轴承承受径向载荷和第一轴上的轴向载荷。第二轴前、后端采用带止动槽的圆锥滚子轴承。变速器第二轴上常啮合齿轮与第二轴之间采用滚针轴承，在第二轴穿过壳体处采用圆柱滚子轴承以承受径向力，第二轴后部采用深沟球轴承支撑在轴承盖内。3.6.2 轴承的计算变速器轴承一般是根据结构布置并与同类型车相比后，按照国家规定的轴承标准选定的，然后对轴承的使用寿命进行验算。轴承的验算步骤按以下进