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毕业 设计 中期检查表 填表日期 2009今已进行 8 周剩余 9 周 学生姓名 孙海瑛 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 孙远涛 职称 助理 实验师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 乘用车机械式变速器设计 学 生 填 写 毕业 设计 工作进度 已完成主要内容 待完成主要内容 已完成： （ 1）变速器传动方案的确定； （ 2） 变速器齿轮的设计 计算与校核； （ 3）主减速器主动锥齿轮的设计与计 算； （ 4） 轴的设计 计算与校核； （ 5） 轴承的选用与校核； （ 6） 变速器装配图框架 图的 草图的 完成 。 待完成： （ 1） 变速器操纵机构的设计； （ 2） 变速器装配图的完成； （ 3） 变速器零件图的完成； （ 4） 变速器说明书的完成。 存在问题及努力方向 对于变速器的传动方案的确定，由于经验不足，存在装配问题和操纵等方面的问题 。经老师指导，进行多次修改于改正。还需时间与经验的积累才能有进一步的提高； 对于变速器操纵机构的设计还不是很明确，还有待查找相关材料 ； 对于 图的知识 还有一部分的欠缺，绘图的过程中还存在一些问题，还有待于通过相关的学习来掌握与提高； 学生签字： 孙海瑛 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 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 孙海瑛 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 孙远涛 职称 助理 实验师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 乘用车机械式变速器设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 现状： 世界最大的手动变速器制造 商德国 司预测说，到 2012 年北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡，欧洲与美国的情况不同，有机构预测，到 2013 年欧洲 有 52%的汽车还是手动挡，配备自动手动的变速器将只有 10%,配备无级变速器的将占 2%,配备 双离合变速器的将占 16%，欧洲人崇尚节能 环保，喜欢开小型车，更青睐手动变速器 的经济燃油性。而在日本变速器市场， 市场占据绝对优势。 在我国， 虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，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，所以一些中高档的汽车 是不会 轻易放弃手动变速器 的 。另外，现在在我国的汽车驾 校中，教练 车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好基础 以及锻炼驾驶协调性。 目的和意义： 汽车变速器是汽车传动系的重要组成部分。由于汽油机额定转矩对应的速度范围 很小 ,而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，因此 要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化。 变速器 是传动系的主要部件 ,它的性能对整车的动力性、燃油经济性以及乘坐舒适性等方 面都有十分重要的影响。 手动机械变速器可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、传动效率高、故障率相对较低、 经济性好 、 环保性强 、 物美价廉 ,因此在市场上仍占有一席之地，开发手动机械变速器也适应当代世界经济的发展 和需要 。 随着科技的高速发展，节能与环境保护、应用新型材料、高性能及低成本都可将作为汽车新型变速器的研究方向。 二、设计（ 论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 基本内容： （ 1） 在保证汽车有必要的 动力性和经济性的前提下，进行齿轮和传动轴设计，设置动力输出装置。 （ 2） 对变速器的齿轮和轴进行校核，对轴承的选择 及 校核 ，进行变速器操纵机构的设计等 。 解决的 问题： （ 1） 使变速器能有效的 防 止 脱档， 跳档 ，乱挡 并方便挂档。 （ 2） 减小噪音并尽量能达到轻量化、高承载、低噪声、换档操纵 性 好和经济实用性 （ 3） 使 变速器 具有良好的动力性与经济性 ， 换挡迅速、省力、方便。 （ 4） 变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求 。 三、技 术路线（研究方法） 四、进度安排 料收集，完成开题报告 第 1（ 3 月 2 日 15 日） 出最优设计方案 第 3（ 3 月 16 日 5 日） 用 车 机械变速器 草图 第 6（ 4 月 6 日 26 日） 用 车 机械变速器 总成图、零件图 第 9（ 4 月 27 日 24 日） 改 第 13（ 5 月 25 日 7 日） 第 15（ 6 月 8 日 21 日） 答辩 第 17 周（ 6 月 22 日 28 日） 汽车发动机基本参数的选择 变速器传动方案及型式的选择 变速器主要参数的选择 齿轮的设计与材料的选择 齿轮受力的静态分析 轴系设计与受力计算 同步器设计 操纵机构设计 轴承的选择与校核 图 五、参考文献 1 王望予 M机械工业出版社 2 常思勤 M机械工业出版社 3 刘惟信 M清华大学出版社 4 陈家瑞 M 机械工业出版社 5 王少怀 M电子工业出版社 6 殷玉枫 M 机械工业出版社 7 于志生 M 机械工业出版社 8 向立明 M2007. 9 杨可桢 程光蕴 李仲生 M高等教育出版社 10 成大先 M化学工业出版社 11 王宝玺 贾庆祥 M 机械工业出版社 12 机械工程手册编辑委员会 M 机械工业出版社 13 王大全 M化学工业出版社 14 张立新 李强 M人民交通出版社 15 ,on up of J,005,4 (2) :14016 or of rt ):89、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 I 摘 要 变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，为了使汽车在不同速度下行驶，变速器应设有多个档位，包括空挡和倒档。机械式手动变速器是传统的汽车传动系统，由于其结构简单、体积小、制造成本低、便于装配和修理，传动效率高等优点，一直沿用至今。作为传动机构的重要部件，对变速器的设计都遵循着统一的目标，那就是力求简单和方便。变速器的性能直接体现出整车性能的高低，特别是燃油经济性的好坏。所以变速器的设计质量的高低一直是汽车行业竞争的焦点。 本设计针对乘用车两轴式机械变速器。根据乘用车的外形、轮距、轴距、 最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数，结合选择的适合于该乘用车的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要的参数。结合某些乘用车的基本参数，选择适当的主减速比。根据上述参数，计算出变速器的相关参数，进行合理性的设计。 关键词 ： 变速器；传动机构；传动比；齿轮；轴；同步器 o to of in to at be a of is a of of in as an of of it is of of is or of of in of as of be of of to of on to of a 录 摘要 第 1 章绪论 1 题的目的和意义 1 速器发展和国内外现状 1 速器的设计要求 2 题研究的基本内容 2 第 2 章 机械式变速器方案的设计 3 速器的功用和要求 3 速器结构方案的确定 3 速器主要零件结构分析与型式选择 7 章小结 10 第 3 章 变速器齿轮的设计与校核 11 速器各档传动比的确定 11 轮参数的确定 13 轮尺寸的确定 15 档齿轮齿数的分配 18 位系数的确定 20 轮的校核 21 速器壳体材料的选用 24 章小结 25 第 4章 变速器轴及轴承的设计与校核 26 速器主动锥齿轮的设计概述 26 速器轴的设计 28 速器轴的校核 29 承的校核 37 章小结 49 第 5 章 变速器同步器及操纵机构的设计 40 步器的设计 40 纵 机构的设计 43 章小结 44 结论 45 参考文献 46 致谢 47 附录 48 第 1 章 绪 论 题的目的和意义 汽车变速器是汽车传动系的重要组成部分。由于汽油机额定转矩对应的速度范围很小 ,而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，因此要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化。 变速器是传动系的主要部件 ,它的性能对整车的动力性、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面都有十分重要的影响。 手动机械变速器可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、传动效率高、故障率相对较低、经济性好 、环保性强 、 物美价廉 ,因此在市场上仍占有一席之地，开发手动机械变速器也适应当代世界经济的发展和需要。 随着科 技的高速发展，节能与环境保护、应用新型材料、高性能及低成本都可将作为汽车新型变速器的研究方向。 速器发展和国内外研究现状 教练车都是手动 早期的汽车传动系，从发动机到车轮之间的动力传递形式是很简单的，一般都采用皮革作衬垫的油浴离合器。汽车自动变速器作为一种新型的传动器，最早是 1939年由通用公司奥兹莫比尔部开发的。自 20世纪 40年代起人们就不遗余力地发展自动变速器 1940 年奥兹莫比尔采用液力自动变速器，这是在批量生产的美国汽车上最早采用的全自动变速器，也是第一台现代意义上的自动变速器。 1948年，自 动变速器已经发展到与行星传动组成一体的液力变矩器。 1983年，丰田汽车公司生产了自动变速驱动桥。这是第一种电控换挡自动变速器，开创了变速器发展的新趋势。在我国上海通用汽车公司在其生产的别克轿车上装备了 4电控自动变速器，这是我国第一家汽车公司将自动变速器作为标准装备装于轿车 。 世界最大的手动变速器制造商德国 司预测说，到 2012 年北美市场出售的汽车中将只有 6%是手动挡，欧洲与美国的情况不同，有机构预测，到 2013 年欧洲有 52%的汽车还是手动挡，配备自动手动的变速器将只有 10%,配备 无级变速器的将占 2%,配备双离合变速器的将占 16%，欧洲人崇尚节能 环保，喜欢开小型车，更青睐手动变速器的经济燃油性。而在日本变速器市场， 市场占据绝对优势。在我国， 虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年中高档的汽车是不会轻易放弃手动变速器的。另外，现在在我国的汽车驾校中，变速器的，除了经济适用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，所以一些之外，关键是能够让学员打好基础以及锻炼驾驶协调 1性 。 速器设计的 要求 变速器设计的具体要求应包括：正确选择变速器的档位和传动比，使之与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；设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输；设置倒档，使汽车能倒退行驶；设置动力输出装置，需要时能进行功率输出；换挡迅速、省力、方便；工作可靠，使用寿命长；变速器应有高的工作效率；变速器的工作噪音要低；轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。 究的基本内容 本次设计的具体内容是结合设计要求，在保证汽车有必要的动力性和经济性的前提下，利用所选定的发动机参数，完成 变速器结构布置和设计。需要解决的主要问题包括： 使变速器能有效的防止脱档，跳档，乱挡并方便挂档；减小噪音并尽量能达到轻量化、高承载、低噪声、换档操纵性好和经济实用性；使变速器 具有良好的动力性与经济性 ， 换挡迅速、省力、方便 ； 变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求 。 第 2 章 机械式变速器方案的设计 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。 速器结构方案的确定 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（ =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，轿车变速器的最高传动比范围为 般用途的货车和轻型以上的客车为 野车与牵引车为 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（ 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。 1 第一轴； 2 第二轴； 3 中间轴 图 轿车中间轴式四档变速器 三轴式 变速器如图 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：除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 1 第一轴； 2 第二轴； 3 同步器 图 轴式变速器示意图 与三轴式变速器相比，两轴式变速器结构简单、紧凑且除倒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 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使传动系结构简 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 滑动齿轮外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；低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装在第一轴的后端，如图。 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，倒档齿轮采用直齿轮。 由于本次所设计的汽车是发动机前置，前轮驱动，因此采用两轴式变速器。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受载，因此噪声较大也曾加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限也受到较大限制，但这缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来消除。 ( a ) ( b ) ( c ) （ d ） 图 两轴式变速器的传动方案 图 的 (a)、 (b)、 (c)、 (d)分别示出来了几种两轴式变速器的传动方案，它们的共同的特点是：一档和倒档的齿轮都布置的靠近支撑。为了提高轴的刚度，有的将倒档齿轮移至附加壳体内的支撑旁，如图 （ c）。也有设置附加支撑的，如图 （ d），这些措施均可减小齿轮的磨损及降低噪音。有些两轴式变速 器，将高档的同步器装在第一轴上；低档的同步器装在第二轴上，如图 （ b）、（ d），以减小变速器的轴向尺寸。 2、倒档传动方案 图 倒档传动方案 图 b）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 c）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 d）所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图 c）所示方案。e） 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 2.4(f)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 2.4(g)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 2.4(f)所示的传动方案。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。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 2处 。 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。 1、齿 轮型式的选择 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，在本设计中由于一档采用的是常啮合方案，因此一档也采用斜齿轮传动方案，即除倒档外，均采用斜齿轮传动。 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，除一档、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，同时保证迅 速、无噪音、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。 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，要求换入不同档位的变速杆行程应尽可能一样，如利用同步器或啮合套换挡，就很容易实现这一点。 因此经过比较得出，倒档用直齿滑动齿轮换挡，其余档位选用锁环式同步器换挡。 3、 自动脱档是变速器的主要故障之一。由于结合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱档。为解决这一问题，除工艺上采用措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种： (1)将啮合套做得长一些如图 (a）或者两接合齿的啮合位置错开如图 （ b），这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约 1 3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（ 这样，换档后啮合套的后端面便被后齿 圈的前端面顶住，从而减少自动脱档如图 c）。 (3)图 d）的这种结构方案比较有效，常被应用于变速器中。 ( （ a) (b) （ c） （ d） 图 常 见啮合套形式 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 3示 ： l、 42356 滑块 ; 789 输出轴 ;10、 11图 锁环式同步器 章小结 通过对变速器传动方案的分析，确定了变速器轴的布置方案，选择齿轮的形式，倒档的传动方案， 讨论了防止自动脱档的方法，换挡机构与同步器的工作原理的分析与选择，为下一步做好准备。 m a x 0 m a x m a x m a x( c o s s i n )e g I i i m g f m m g i 第 3 章 变速器齿轮的设计与校核 根据本设计的要求，以桑塔纳 参考依据，该车的发动机最大功率P=66=138N m, n=3300r/减速器传动比 i=高车速 u=161km/h,整车整备质量 1030轮半径 4m . 1、档数的确定 近 年来，为了降低油耗，变速器的档位有增加的趋势。目前，乘用车一般用 4 5个档位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用 5 个档，发动机排量小的可选用4个档。本设计采用 4个档。 2、 传动比范围的确定 选择最低档传动比时，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。目前乘用车的传动比范围在 间，总质量轻些的商用车在 间，其他商用车更大。 速器各档传动比的确定 1、 变速器最高传动比的确定 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档传动比为 （ 式中 ： m 汽车总质量； G 重力 加速度； 道路最大阻力系数； 驱动轮的滚动半径； 发动机最大转矩； 主减速比； 汽车传动系的传动效率。 m a x 2e g I r 2m i m a 根据驱动车轮与路面的附着条件 （ 求得的变速器 I 档传动比为： （ 式中： 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 = 由已知条件：满载质量 1030 Te 38 = 根据公式（ 得： 选 2、变速器各档传动比的确定 发动机转速与汽车行驶速度之间的关系为 500 . 3 7 7 /r n u i （ 式中： 汽车行驶速度，61km/h; n 发动机转速， n=5200r/ 变速器传动比，最高档传动比为4低档传动比为1 0i 主减速器传动比。 03 7 （ 计算得 中间档的传动比理论上按公比为 （ 实 际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，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 = 计算的各档传动比为： i i 3、中心距 A 的确定 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。初选中心距 根据下述经验公式计算 3 1m ax （ 式中： 中心距系数。对轿车，货车， 发动机最大转矩 。 1i 变速器一 档传动比。 g 变速器的传动效率。 计算得： A= 取 A=70 4、轴向尺寸的确定 变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初步确定。 轿车四档变速器壳体的轴向尺寸 车变速器壳体的轴向尺寸与档数有关： 四档 ( 五档 ( 六档 ( 当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数 检测方便， 本次设计为 轿车四档变速器，其壳体的轴向尺寸为 （ A=210 238变速器壳体的最终轴向尺寸应由变速器总图的结构尺寸链确 6定 。 轮参数的确定 变速器四个前进挡采用斜齿圆柱轮，倒档采用直齿圆柱齿轮。 1、模数的选取 齿轮模数是一个重要参数，影响它的选取因素有很多，如齿轮的强度、质量、噪音、工艺要求等。啮合套和同步器的接合齿多数采用渐近线。由于工艺上的原因同一变速器中的接合齿模数相同。其取值范围是：乘用车和总质量 所有齿轮的模数定为 2、 压力角的选取 压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对轿车，为加大重合度已降低噪声，取小些；对货车，为提高齿轮承载力，取大些。在本设计中变速器齿轮 压力角定为 3、 螺旋角的确定 斜齿轮咋变速器中得到广泛的应用。从提高低档齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角，以 515 为宜；而从提高高档齿轮的接触强度和增加重合度着眼，应选用较大的螺旋角。斜齿轮传递转矩时，为使工艺简便，可将螺旋角设计成一样的，中间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律取为右旋。 中间轴式变速器为 422 ； 货车变速器： 618 ； 所以初选斜齿轮螺旋角 。 4、齿宽的确定 齿轮宽度 b 的大小直接影响着齿轮的承载能力， b 加大，齿的承载能力增高。但试验表明，在齿宽增大到一定数值后，由于载荷分配不均匀，反而 使齿轮的承载能力降低。所以，在保证齿轮的强度条件下，尽量选取较小的齿宽，以有利于减轻变速器的重量和缩短其轴向尺寸。 通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽： 直齿 b=(.0)m， 齿 b=(.5)m， 、 齿顶高系数 齿顶高系数对重合度、齿轮强度、工作噪音、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。规定齿顶高系数取 6、 齿轮材料的选择 变速器齿轮可以与轴设计成一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支撑等方式之 一与轴连接。 齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿顶圆处的厚 求尺寸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大一些，至少满足尺寸 2) ， 2d 为花键内径。为了减小质量，轮辐处厚度 应满足强度条件下设计得薄些。 齿轮表面粗糙度数值降低，则 噪音减小，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。 国内汽车变速器齿轮材料主要采用 515 520525 528渗碳齿轮表面硬度为 8 。心部硬度为 3 。值得指出的是，采用喷丸处理、磨齿、加大齿根圆弧半径和压力角等措施能使齿轮得到强 2化 。 轮尺寸的确定 1、一档齿轮尺寸的确定 一档齿轮： 131 z ， 452 z （ 1） 变位系数： ， （ 2） 理论中心距 ：0 21=（ 3） 中心距变动系数： = 4） 齿顶降低系数： = 5） 端面模数： （ 6） 分度圆直径： （ 7）齿顶高： 2 1 1 ( 101 4 1 1 ( 202 （ 8）齿根高： ( 101 ( 202 （ 9）齿全高： 8 （ 10）齿顶圆直径： 11 22 （ 11）齿根圆直径： 11 22 2、二档齿轮尺寸的确定 二档齿轮： 193 z， 404 z （ 1） 变位系数： ， （ 2） 理论中心距：0 43 = 3） 中心距变动系 数： = 4） 齿顶降低系数： = 5） 端面模数：2 = 6） 分度圆直径： （ 7）齿顶高： 9 ( 303 9 ( 404 （ 8）齿根高： ( 303 1 ( 404 （ 9）齿全高： （ 10）齿顶圆直径： 33 44 （ 11）齿根圆直径： 33 8 72 444 3、三档齿轮尺寸的确定 三档齿轮： 255 z， 346 z（ 1） 变位系数： 065 （ 2） 端面模数：3 = 3） 分度圆直径： 9 0 （ 4） 齿顶高： )( 505 )( 606 （ 5）齿根高： ( 505 ( 606 （ 6）齿全高： 6 （ 7）齿顶圆直径： 9 55 0 66 （ 8）齿根圆直径： 55 7 66 4、四档齿轮尺寸的确定 四档齿轮： 317 z， 278 z（ 1）变位系数： 087 （ 2） 端面模数：4 = 3） 分度圆直径： 1 7 （ 4）齿顶高： )( 707 )( 808 （ 5）齿根高： ( 707 6 6 2 ( 808 （ 6）齿全高： 6 （ 7）齿顶圆直径： 1 77 88 （ 8）齿根圆直径： 9 77 88 5、倒档齿轮尺寸的确定 倒档齿轮： 139 z， 4110z， 2311z （ 1） 变位系数： ， ， （ 2） 分度圆直径： 99 1111 （ 3）齿顶高： ( 909 ( 10010 ( 11011 （ 4）齿根高： ( 909 ( 10010 3 ( 11011 （ 5）齿全高： 6 6 （ 6）齿顶圆直径： 99 80 7 22 101010 11111 （ 7）齿根圆直径： 99 01010 11111 档 齿轮齿数的分配 在初选了中心距、齿轮的 模数和螺旋角后，可根据预先确定的变速器档数、传动比和结构方案来分配各档齿轮的齿数。应该注意的是，各档齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。下面结合本设计来说明分配各档齿数的方法。 1、 2 一档齿轮， 3、 4 二档齿轮， 5、 6 三档齿轮 7、 8 四档齿轮， 9、 10、 11 倒档齿轮。 图 传动方案 1、确定一档齿轮的齿数和传动比 一档传动比为： o o (取整 52， 轿车 1Z 可在 1712 之间取，取 131 Z ，则 452 Z 。 入上公式得： 对中心距 1 9 o o A (取整得 00 ，0 2、 确定二档齿轮的齿数和传动比 2c 取整 59 40,1943 , 。 3、确定三档齿轮的齿数和传动比 2c 取整 59 25,3456 i，带入公式得： 4、确定四档齿轮的齿数和传动比 2c 取整 59 31,2778 i，带入公式得： 5、确定倒档齿轮的齿数和传动比 倒档采用直齿圆柱齿轮，且传动比与一档相近，取其为 有 ： 4110z， 139 1z 的齿数一般在 2321 之间，取 2311z 。 则二轴 与倒档轴的中心距有： 80)2341(21 1110 位系数的确定 齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节。采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨性、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。 变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数的和为零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度想接近的程度。高度变位齿轮副的缺点是不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等 于零。角度变位既具有高度变位的优点，有避免了其缺点。 有几对齿轮安装在第一轴和第二轴上组合并构成的变速器，会因保证各档传动比的需要，使各相互啮合齿轮副的齿数和不同。为保证各对齿轮有相同的中心距，此时应对齿轮进行变位。当齿数和多的齿轮副采用标准齿轮传动或高度变位时，对齿数和少些的齿轮副则应采用正角度变位。由于角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用的较多。对斜齿轮传动，还可通过选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要求。 变速器齿轮是在承受循环负荷的条件下工作，有时还承受冲击负荷。对于高档齿轮，其主要损 坏形势是齿面疲劳剥落，因此应按保证最大接触强度和抗胶合剂耐磨损最有利的原则选择变位系数。为提高接触强度，应使总变位系数尽可能取大一些，这 样两齿轮的齿轮渐开线离基圆较远，以增大齿廓曲率半径，减小接触应力。对于低档齿轮，由于小齿轮的齿根强度较低，加之传递载荷较大，小齿轮可能出现齿根弯曲断裂的现象。 总变位系数越小，一对齿轮齿更总厚度越薄，齿根越弱，抗弯强度越低。但是由于轮齿的刚度较小，易于吸收冲击振动，故噪声要小些。 啮合角 ： c o s)(c o t 计算得： 查图得： ， ， 同理计算得： ， ， ， 轮的校核 1、齿轮的损坏原因及形式 齿轮的损坏形式 分三种：轮齿折断、齿面疲劳剥落和移动换档齿轮端部破坏。 轮齿折断分两种：轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在变速器中出现的很少，后者出现的多。 齿轮工作时，轮齿相互啮合，齿面相互挤压，这是存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。 用移动齿轮的方法完成换档的抵挡和倒挡齿轮，由于换档时两个进入啮合的齿轮存在角速度差，换档瞬间在 齿轮端部产生冲击载荷，并造成损坏。 2、 齿轮材料的选择原则 9 齿轮材料的选择原则是：（ 1）满足工作条件的要求； （ 2）合理选择材料匹配； （ 3）考虑加工工艺及热处理工艺。 3、 齿轮的强度计算与校核 与其他机械设备使用的变速器比较，不同用途汽车的变速器齿轮使用条件仍是相似的。此外，汽车变速器齿轮所用的材料、热处理方法、加工方法、精度等级、支撑方式也基本一致。如汽车变速器齿轮 用低碳合金钢制造，采用剃齿或齿轮