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毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工程 专业、班级 车辆工程 07导教师姓名 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 速器设计 一、 课题研究 现状 ,选题的 目的、 依据和意义 1、研究现状 1） 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，变速器的结构形式选择 、 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。 汽车变速器发展经历了 100 多年，从最初采用侧链传动到手动变速器，到现在的液力自动变速器和电控机械式自动变速器，再向无级自动变速器方向发展。变速器是汽车传动系的重要组成部分，其发展无疑代表着汽车行业的发展，他的设计是汽车设计的一个重要组成部分。从现代汽车变速器的市场状况和发展来看全世界各大厂商都对提高 性能及研制无级变速器（ 现积极，汽车业界非常重视 汽车上的使用化进程。然而，因无级变速器技术难度很大，发展相对较慢，从而成为世界范围内尚未解决的难题之一。目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器（ 电控液力自动变速器（ 、 金属带（链）式无级变速器（ 、 电控机械式自动变速器（ 双离合器变速器（ 环形锥盘滚轮牵引式无级变速器（ 数种。 手动变速器（ 汽车的使用垄断近百年，自从汽车的问世，汽车变速器一直伴随着手动变速器的身影。手动变速器主要采用齿轮传动的变速原理，变速器内有多组传动比不同的齿轮副，汽车行驶 时的换挡就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副工作，从而达到变速的目的。一般来说，手动变速器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶技术好，手动变速器的汽车在加速 、 超车时比自动变速器快也省油。 手动变速器之所以应用广泛，是由于优点众多： （ 1） 结构简单 传动机件均使用齿轮 、 花键毂 、 接合套等机械性零部件组装而成，传动可靠 、 结构简单 是传动系统中最传统的设计思想，并得到了广泛的应用。 （ 2）体积较小 由于结构简单，制造起来可以使其变速箱体设计 较小，所以汽车传动系统结构紧凑，有 利于减小汽车整体的外形尺寸。 （ 3） 制造成本低 由于结构简单，机械零件设计与制造精度不十分高，装配精度也比较低。所以工人装配与修理均比较容易。手动变速器以其特点，换挡操作完全遵从驾驶者的意志，且结构简单，故障率相对较低。价廉物美等等，占据大部分市场份额。大部分轻型轿车都是装备二轴变速器，在汽车向节能方向发展的今天，二轴变速器将是新时代的宠儿。 2） 手动变速器的发展趋势 手动变速箱的许多最近的发展集中在为降低成本和体积的新制造方法上。传统来 说，变速箱制造包含大量的昂贵的机器，以及为机械加工和装配操作所需留出空间限制的设计。最新的技术包括，比如说在最新的 变速箱总可以看到的激光焊接冲压钢滑动齿轮选择器轴套。为替代前一代变速箱的铸铁拨叉，这种精铁而坚固的设计方案可以导致更少的对内部的伤害。齿轮盘片的激光和摩擦焊接同时保证 了所需机器设计空间的降低，这是一种由雷诺公司在 5 速副轴原型变速箱设计中发明的技术，命名为 在 2000 年展出并因为它的简单和轻便仅 22 公斤却能提供 转矩而出名。另一个方面上，设计人员也在其 齿轮提供高转矩输出的设计上认真地研究过，提高了耐久性和低噪声水平。 2、目的、 依据 和意义 （ 1）目的：设计一台匹配性好的变速器，是汽车设计的一项重要工作。在设计过程中可以详细了解 、 掌握变速器中齿轮 、 轴的设计方法，不同条件下轴承的选取方法，操纵机构的设计和分析方法以及箱体的设计方法。 （ 2）依据：运用 现代设计方法并结合设计经验公式进行设计。 （ 3）意义 :变速器是汽车的重要部件之一，主要是在汽车行进过程中改变传动比，从而改变汽车的行驶速度和驱动轮上的转矩，以适应变化的行驶条件；或利用 倒档实现汽车的倒向行驶；在发动机不熄火的情况下利用空挡中断动力传递，便于汽车起动 、 怠速 、 换挡和动力输出。它由几十个零件组成，零件直接的装配关系复杂。对于车辆工程的本科生，通过本毕业设计可以充分复习所学知识，并能提高计算机及 件的使用水平，为以后的工作打下坚实的基础。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 1、研究的 基本 内容 （ 1） 变速器传动机构布置方案确定； （ 2）变速器各档传动比的分配确定； （ 3）变速器齿轮参数的选择 、 分配和设计计算； （ 4）变速器轴和轴承的设计计算； （ 5）同步器及箱体的 设计； （ 6）加载进行应力分析和结构分析； （ 7）建立有限元计算模型，变速器参数整体优化设计。 2、 拟解决的主要问题 （ 1） 变速器各参数的确定； （ 2）变速器齿轮的设计 、 计算及校核； （ 3）变速器的设计 、 计算及校核轴承的设计计算； （ 4）同步器的操纵机构及箱体的设计； （ 5）利用 装配图和零件图。 三、技术路线（研究方法） 四、进度安排 （ 1）调研、资料收集、完成开题报告 第 1 (2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2）整体方案设计，完成结构示意图（手绘）第 3 周（ 3 月 14 日 3 月 20 日） （ 3）结构设计计算，有限元分析 第 4（ 3 月 21 日 4 月 24 日） （ 4）绘制设计图 第 9（ 4 月 25 日 5 月 22 日） （ 5）编写设计说明书 第 13 周（ 5 月 23 日 5 月 29 日） （ 6）毕业设计（论文）审核、修改 第 14、 15 周（ 5 月 30 日 6 月 12 日） （ 7）毕业 设计（论文）答辩准备及答辩 第 16 周（ 6 月 13 日 6 月 19 日） 调查研究 变速器结构分析与类型选择 变速器传动机构 变速器操纵机构 零部件结构 变速器设计计算 同步器 齿轮、轴与轴承 外壳及操纵机构 绘制图纸 形成研究成果 五、 参考文献 1 刘惟信 M清华大学出版社 ,2001 2 王望予 M 版 机械工业出版社 ,2000 3 成大先机械设计手册 M北京 :化学工业出版社， 2004 4 余志生 M 版 机械工业出版社 ,2000 5 张洪欣 M机械工业出版社 ,1998 6 刘选变速器锁销式同步器的设计计算 J机械工程与自动化， 2006， 10 7 冯樱 . 汽车变速器自顶向下设计方法研究 J. 北京汽车， 2007， 5 8 石允国 . 汽车变速器的现状与前景 J 2007,4 9 韦志林 . 汽车变速器轴承寿命的校核计算 J. 广西工学院学报 ,2000,6 10 林绍义 . 一种汽车变速器设计 J. 机电技术 ,2004,1 11 丁华 J. 机械研究与应用 ,2001,12 12 罗春香 . 汽车变速器设计中速比分配问题的研究 J. 西南民族大学学报 ,2004,6 13 刘法顺 J2008,4 14 李爱琴 科技咨询导报 J5 15 胡朝峰，过学讯，汪斌 J16 a 006(17 in 006,2 18 2002. 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 1 目 录 摘 要 . 4 . 5 第 1 章 绪论 . 1 述 . 6 车变速器设计的目的和意义 . 6 车变速器国内外现状和发展趋势 . 7 车变速器国内外现状 . 7 车变速器的发展趋势 . 8 动变速器的特点和设计要求及内容 . 8 动变速器的特点 . 8 动变速器的设计要求 . 9 速器设计的主要内 容 . 9 第 2 章 变速器传动机构与操纵机构的布置 . 11 速器传动方案布置机构 . 11 速器传动方案分析与选择 . 11 档布置方案分析 . 13 部件结构方案分析 . 14 速器操纵机构布置方案 . 16 述 . 16 型的操纵机构及其锁定装置 . 17 章小结 . 19 第 3 章 变速器主要参数的选择 . 20 数的确定 . 20 动比范围 . 20 速器各挡传动比的确定 . 21 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 心距的选择 . 24 速器的外形尺寸 . 24 轮参数的确定 . 25 档齿轮齿数的分配及传动比的计算 . 27 速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整 . 30 速器齿轮尺寸的确定 . 32 章小结 . 33 第 4 章 变速器齿轮及轴强度校核 . 34 速器齿轮强度校核 . 34 速器齿轮弯曲强度校核 . 34 齿接触应力校核 . 39 档齿轮的校核 . 44 轮材料的选择原则 . 46 速器壳体材料的选用 . 48 轮损坏的原因和形式 . 48 的结构和尺寸设计 . 49 的强度验算 . 50 的刚度计算 . 50 的强度计算 . 58 承选择与寿命计算 . 61 入轴轴承的选择与寿命计算 . 61 出轴轴承的选择与寿命计算 . 64 章小结 . 65 第 5 章 变速器同步器及结构元件设计 . 67 步器设计 . 67 步器的功用及分类 . 67 性式同步器 . 67 环式同步器主要尺寸的确定 . 68 要参数的确定 . 69 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 速器壳体 . 71 章小结 . 71 第 6 章 轴的有限元分析 . 73 介 . 73 限元分析基本理论 . 73 限元求解问题的基本步骤 . 73 速器输出轴的有限元分析的主要步骤 . 74 章小结 . 81 结 论 . 82 参考文献 . 83 致 谢 . 84 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 摘 要 汽车作为人类的代步工具，在生活中起着至关重要的作用。 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。它用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速。目的是在各种工作状况下，使汽车获得不同的牵引力和速度。从而使汽车拥有良好的动力性和燃油经济性。而且，变速器的结构要求对汽车换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率都有直接的影响。所以变速器设计的质量高低一直是汽车行业竞争的焦点。 本文设计研究了两轴式六档手动变速器，以瑞麒 梅西版 车的整车参数和发动机参数为设计依 据，进行手动变速器的设计。首先，本文将概述变速器的现状和发展趋势，介绍变速器领域的最新发展状况。其次，对工作原理做了阐述，对不同的变速器传动方案进行比较，选择合理的结构方案进行设计。再次，对变速器的各挡齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算，并进行了受力分析、强度和刚度校核计算 ,并为这些元件选择合适的工程材料及热处理方法。对一些标准件进行了选型以及变速器的传动方案设计。简单讲述了变速器中各部件材料的选择。最后，本文将对变速器换档过程中的重要部件 同步器以及操纵机构进行阐述，讲述同步器的类型、工作原理、设计方法以 及重要参数。 关键词 ：变速器；传动比；齿轮；轴；校核 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 as a of of an is of is of to of It is to s is to in a of so of of of of of in y 52010 .0 CI of I a of of of in of I of a I do of of I an in I an of of I so It be 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 第 1 章 绪 论 述 近几年国内外汽车工业迅猛发展，车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。 但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，变速器用于改变发动机 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 。因此变速器 的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能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。 变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车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，不产生跳挡、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。 车变速器设计的目的和意义 现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速的变化范围很小，而复杂的使用条件要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器，用来改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在最有利的工况范围下工作；在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出。变速器设计的目的就是为了满足上述的 要求，使汽车在特定的工况下稳定的工作。 变速器除了要能满足一定的使用要求外，还要保证使其和汽车能有很好的匹配性，可以提高汽车的动力性和经济性，保证发动机在有利的工况范围内工作提高汽车的使用寿命、降低能源消耗、减少汽车的使用噪声等。这就要求设计人员依据汽车的技术黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 参数，合理的选择变速器的参数，使所设计的变速器能和整车具有很好的匹配性。 车变速器国内外现状和发展趋势 车变速器国内外现状 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。 2、自动变速器 自动变速器是根据车速和负荷（油门踏板的行程）来进行双参数控制，挡位根据上面的两个参数来自动升降。自动变速器与手动变速器的共同点，就是二者都属于有级式变速器，只不过自动变速器可以根据车速的快慢来自动实现换挡，可以消除手动变速器“顿挫”的换挡感觉。 自动变速器是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵机构组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩的目的。 3、无级变速器 无级变速器又称为连续变速式无级变速器。这种变速器与一般齿轮式自动变速器的最大区别，是它省去了复杂 而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。无级变速器结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，主要靠主动轮、从动轮和传动带来实现速比的无级变化。 4、无限变速式机械无级变速器（ 无限变速式机械无级变速器与其它自动变速器的差别之一是不使用变矩器。变矩器的作用是通过油液介质将发动机动力传递给变速器，它的传递效率通常只有 80%。于不使用变矩器，与其它变矩器比较， 有效率高、不易打滑、油耗低、不需要工艺复杂造价高昂的金属传 送带、结构简单、成本低等一系列优点，加上传递黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 扭矩大，长时间使用也不会过度发热，不但使用于轿车，也使用于越野车，是一种新型变速器。 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。 动变速器的特点和设计要求及内容 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动机排量大的乘用车多用 5 个挡。商用车变速器采用 4挡或多挡。载质量在 货车采用五挡变速器，载质量在 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、轴承及中间轴均黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 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。 动变速器的设计要求 (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； (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。 速器设计的主要内容 本设计主要是依据瑞麒 梅西版 动舒适性汽车的有关参数，通过对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 6 档手动变速器，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。 本文主要完成下面一些主要工作： 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 第 2 章 变速器传动机构与操纵机构的布置 速器传动方案布置机构 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。 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。 与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 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。 如图 c 所示为发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案。其特点是：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 的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并用同步器换挡；图 2示方案的变速器有辅助支承，用来提高 轴的刚度。 图 轴式变速器传动方案 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 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。 如图 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命；在其他前进挡位工作时，变速器传递的动 图 间轴式变速器传动方案 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，这是黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 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。 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。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。 档布置方案分析 倒挡布置应注意以下几点： （ 1）倒挡齿轮在非工作位置时，不得与第二轴的齿轮有啮合现象； （ 2）换入倒挡时不得与其他齿轮发生干涉； （ 3）倒挡轴在变速器壳体上的支承不得与与中间轴的齿轮相碰。 常见的倒档布置方案如图 示。图 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 案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理；图 案对 缺点做了修改；图 示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长；图 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。 图 档布置方案 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 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。 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 示方案。 部件结构方案分析 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。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 b（图 响齿轮强度。要求尺寸 b 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 C ，在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求： 2) （ 式中： 2d 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 的尺寸 1。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 图 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 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。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 度不低于 58 63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。 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 的地方。 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。 速器操纵机构布置方案 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：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。 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 型的操纵机构及其锁定装置 图 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、换挡机构形式 （ a） 直齿滑动齿轮换挡 （ b）啮合套换挡 （ c）同步器换挡 图 挡机构形式 如图 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。 直齿滑动齿轮换挡要求驾驶员有熟练的操作技术（如两脚离合器）才能使换挡时齿轮无冲击；换挡行程长，换挡瞬间驾驶员注意力被分散，又影响行驶安全。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。 啮合套换挡不能消除换挡冲击，而且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。 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，虽黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 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。 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 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 a 为空档位置，此时任一叉轴可自由移动。图 b、 c、 d 为某一叉轴在工作位置，而其它叉轴被锁住。 图 锁销式互锁机构 （ 2）摆动锁块式 图 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 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。 图 动锁块式互锁机构 图 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 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。 章小结 本章主要依据变速器几种常见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，同时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。在零部件的选择部SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名贲书海系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-10指导教师姓名崔宏耀职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称HLJIT6H-240变速器设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容 （1）调研、收集资料、完成开题报告 第1-2周 （2）整体方案设计，完成机构示意图 第3周 （3）结构设计计算，有限元分析第4-8周（4）绘制设计图9-12周（5）编写设计说明书13周（6）毕业设计（论文）审核、修改 第14、15周（7）毕业设计（论文）答辩准备及答辩 第16周 存在问题及努力方向 再设计过程中对有些知识点理解不透彻，思路还不够清晰，在老师的指点下问题得到解决。学生签字： 指导教师意 见 指导教师签字： 年 月 日教研室意 见教研室主任签字： 年 月 日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名贲书海系部汽车与交通工程专业、班级车辆工程07-10指导教师姓名崔宏耀职称副教授从事专业车辆工程是否外聘否题目名称HLJIT6H-240变速器设计一、设计（论文）目的、意义为了往复活塞式发动机的工作特性，满足消费者对汽车高性能、安全、可靠、舒适性的需求，所以对变速器的性能要求也更高。现代汽车上广泛采用的往