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毕业设计（论文）任务书 学生姓名 刘海粟 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 齐晓杰 职称 教 授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 君威 车变速器设计 一、设计（论文）目的、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，需要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化 ， 它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。设计 一款 好 的 变速器对汽车的性能，安全性以及经济性有着 重要 作用 。 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、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。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 1、 设计 内容 设计一款 君威 车变速器，要求分析变速器的结构形式及工作原理， 确定变速器结类型 ，完成变速器结构布置和 总体 设计， 对 变速器中 的关键齿轮和轴等 零部件 进行设计并 对 其 进行校核 计算 。 2、技术要求 （ 1）利用 成君威 车变速器总装配图设计； （ 2）利用 成君威 车关键齿轮及轴的零件图设计； （ 3）君威 车关键齿轮及轴的校核。 所设计变速器要求 具有良好的动力性与经济性 ， 换挡迅速、省力、方便 、 工作噪声低、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求 。 三、设计（论文）完成后应提交的成果 （ 1） 设计说明书一份（ 字以上） ； （ 2） 折合 纸 3 张 。 四、设计（论文） 进度安排 （ 1） 调研，资料收集，完成开题报告 ； 第 1（ 3 月 2 日 15 日） （ 2） 分析搜集到的资料，提出最优设计方案 ； 第 3（ 3 月 16 日 21 日） （ 3）计算君威 速器的各项参数； 第 5（ 3 月 22 日 5 日） （ 4） 绘制 君威 速器 草图 ； 第 7（ 4 月 6 日 26 日） （ 5） 绘制 君威 速器 总成图、零件图 ； 第 9（ 4 月 27 日 24 日） （ 6） 撰写设计 说明书； 第 13（ 5 月 25 日 7 日） （ 7） 设计说明书审核 及 修改 ； 第 15（ 6 月 8 日 21 日） （ 8） 毕业设计答辩准备 及 答辩 。 第 17 周（ 6 月 22 日 28 日） 五、主要参考资料 1 陈家瑞 上 ， 下册 ) M民交通出版社 ， 1994. 2 余志生 M械工业出版社， 2000. 3 王望予 四版） M械工业出版社， 2004. 4 刘惟信 M华人学出版社， 2001. 5 高维山 M民交通出版社， 1990. 6 刘海江，于信汇，沈 斌 M济大学出版社， 1997. 7 孙恒，傅则绍 M等教育出版社 ， 1990. 8 蔡炳炎 ， 徐勇 ， 林宁 J2005259 李君 ， 张建武 ， 冯金芝 ， 雷雨龙 ， 葛安林 状和展望 J 2000(03). 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）过程管理材料 题 目 君威 速器设计 学生姓名 刘海粟 系部名称 汽车工程系 专业班级 车辆工程 导教师 齐晓杰 职 称 教 授 教 研 室 车辆工程教研室 起止时间 务 处 制 本科学生毕业设计 君威 速器设计 s 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 刘海粟 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 齐晓杰 职称 教 授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 君威 车变速器设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 1、研究现状 发动机的输出转速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。为了发挥发动机的最佳性能，就必须有一套变速装置，来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。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。变速器的发展趋势是越来越复杂，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来的主流。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。 2、 选题 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，需要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化。 它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。设计 一款 好 的 变速器对汽车的性能，安全性以及经济性有着重要 作用 。 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、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。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 1、 设计基本 内容 设计一款 君威 车变速器，要求分析变速器的结构形式及工作原理， 确定变速器结类型 ，完成变速器结构布置和 总体 设计， 对 变速器中 的关键齿轮和轴等 零部件 进行设计并 对 其 进行校核 计算 。 2、 拟解决的主要问题 （ 1）君威 车变速器总装配图设计； （ 2）君威 车关键齿轮及轴的零件图设计； （ 3）君威 车关键齿轮及轴的校核。 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（ 3 月 2 日 15 日） （ 2） 分析搜集到的资料，提出最优设计方案 ； 第 3（ 3 月 16 日 21 日） （ 3）计算君威 速器的各项参数； 第 5（ 3 月 22 日 5 日） （ 4） 绘制 君 威 速器 草图 ； 第 7（ 4 月 6 日 26 日） （ 5） 绘制 君威 速器 总成图、零件图 ； 第 9（ 4 月 27 日 24 日） （ 6） 撰写设计 说明书； 第 13（ 5 月 25 日 7 日） （ 7） 设计说明书审核 及 修改 ； 第 15（ 6 月 8 日 21 日） （ 8） 毕业设计答辩准备 及 答辩 。 第 17 周（ 6 月 22 日 28 日） 掌握变速器设计过程 确定变速器的设计方案 根据整车要求确定汽 车变速器的设计参数 计算变速器各项参数及关键齿轮及轴的强度校核 完成 配图、零件图 完成设计说明书 调研和 收集资料 五、 参考文献 1 陈家瑞 上 ， 下册 ) M民交通出版社 ， 1994. 2 余志生 M械工业出版社， 2000. 3 王望予 四版） M械工业出版社， 2004. 4 刘惟信 M华人学出版社， 2001. 5 高维山 M民交通出版社， 1990. 6 刘海江，于信汇，沈 斌 M济大学 出版社， 1997. 7 孙恒，傅则绍 M等教育出版社 ， 1990. 8 蔡炳炎 ， 徐勇 ， 林宁 J2005259 李君 ， 张建武 ， 冯金芝 ， 雷雨龙 ， 葛安林 状和展望 J 2000(03). 10 晓青 J 2003(12). 11 郑四发，连小珉，蒋孝煜 J 2004（ 5） . 12 谢进，丁剑飞，陈永 束和结构的机构概念设计 J， 1999（ 2） ：3313 徐海山，汤梦蕊 动自动 换档 机构 的设计 J2002(4)： 6814 , A of . 994(10)： 3315 et an of 1995(44)： 123六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）中期 检 查表 填表日期 2009 年 4 月 24 日 迄今已进行 8 周剩余 8 周 学生姓名 刘海粟 系部 汽车工程 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 齐晓杰 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 君威 速器的设计 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，资料收集，完成开题报告 ； 2、 分析搜集到的资料，提出最优设计方案 ； 3、计算君威 速器的各项参数； 4、 绘制 君威 速器 草图 。 1、 绘制 君威 速器 总成图、零件图 ； 2、 撰写设计 说明书； 3、 设计说明书审核 及 修改 。 存在问题及努力方向 按照撰写说明书的标准格式修改说明书的格式，完善说明书内容，包括轴和轴承的校核。修改 图纸不规范的地方，力求完美。 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 毕业设计指导教师评分表 学生姓名 刘海粟 系部 汽车工程 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 齐晓杰 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是否 题目名称 君威 速器设计 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能 力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性 ；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语： （参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 指导教师 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 答辩评分表 学生 姓名 刘海粟 专业 班级 车辆工程 导 教师 齐晓杰 职 称 教授 题目 君威 速器设计 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 出席 人数 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、 与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量， 设计 的规范化程度 （设计栏目齐全合理、 、实用性、科学性和创 新 性 15 5 毕业 设计 答辩准备情况 5 6 毕业 设计 自述情况 20 7 毕业 设计 答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录 、评语 ： 答辩组长 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 评阅人评分表 学生 姓名 刘海粟 专业 班级 车辆工程 导教 师姓名 齐晓杰 职称 教授 题目 君威 速器设计 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算 机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性 ；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 得 分 Y= 评 语： （ 参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点 ） 评阅人 签字 ： 年 月 日 毕业设计（论文）成绩评定表 学生 姓名 刘海粟 性别 男 系部 汽车工程系 专业 车辆工程 班级 计（论文）题目 君威 速器设计 指导教师姓名 齐晓杰 职称 教授 指导教师 评分（ X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（ Y） 答辩组组长 职称 答辩组 评分（ Z） 毕业设计（论文）成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 系部公章： 年 月 日 注： 1、 指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩 百分制 =、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 I 摘 要 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。变速器的设计水平对汽车的动力性、燃料经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。 随着汽车工业的发展 ,轿车变速器的设计趋势为增大变速器传递功率与重量之比 ,并要求变速器具有较小的尺寸和良好性能。 本文阐述了发动机的选择、 变速器方案的确定 、 变速器设计 、 变速器 同步器 设计 、变速器 箱体设计。 在给定 君威 动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下 ,着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算。 关键词： 变速器；齿轮 ；同步器；设计；结构 is of is of to of is of to as as of to of of of of is to .0 of of on of as as 目 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 述 . 1 车变速器的设计要求 . 1 内外汽车变速器的发展现状 . 2 计的内容及方法 . 2 第 2 章 变速器传动机构与操纵机构的布置 . 3 速器传动机构布置方案 . 3 速器传动方案分析与选择 . 3 档布置方案 . 3 部件结构方案分析 . 4 速器操纵机构布置方案 . 6 述 . 6 型的操纵机构及其锁定装置 . 7 章小结 . 9 第 3 章 变速器的设计与计算 . 10 速器主要参数的选择 . 10 数 . 10 动比范围 . 10 速器各档传动比的确定 . 10 心距的选择 . 13 速器的外形尺寸 . 13 轮参数的选择 . 13 档齿轮齿数的分配及传动比的计算 . 15 速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整 . 18 速器齿轮强度校核 . 19 轮材料的选择原则 . 19 速器齿轮弯曲强度校核 . 20 齿接触应力校核 . 23 档齿轮的校核 . 27 的结构和尺寸设计 . 30 选轴的直径 . 30 的强度验算 . 32 的刚度计算 . 32 的强度 计算 . 39 承选择与寿命计算 . 44 入轴轴承的选择与寿命计算 . 45 出轴轴承的选择与寿命计 算 . 47 章小结 . 49 第 4 章 变速器同步器及结构元件设计 . 50 步器设计 . 50 步器的功用及分类 . 50 性式同步器 . 50 环式同步器主要尺寸的确定 . 51 要参数的确定 . 52 速器壳体 . 54 章小结 . 54 结论 . 55 参考文献 . 56 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 581 第 1章 绪 论 述 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， 目的是在各种行驶工况下，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。 因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，对轿车而言，其设计意义更为明显。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，而变速器的设计不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运 行噪声增大，影响汽车的整体性。 车变速器的设计要求 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 1。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。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展，轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽车变速器的设计工作开始之前，首先要根据变速器 运用的实际场合来对一些主要参数做出选择。主要参数包括中心距、变速器轴向尺寸、轴的直径、齿轮参数、各档齿轮的齿数等。 变速器的基本设计要求 2：保证汽车有必要的动力性和经济性；设置空档，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；换档迅速、省力、方便；工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档，以及换档冲击等现象出现；工作效率高，噪声小；结构简单、方案合理；在满载及冲击载荷条件下，使用寿命长；除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。 变速器传动机构有 两种分类方法。 根据前进档数分为：三档变速器，四档变速器，五档变速器，多档变速器。 根据轴的形式分为：固定轴式，旋转轴式。其中固定轴式又分为：两轴式变速器，中间轴式变速器，双中间轴式变速器，多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前2 置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。 内外 汽车变速器 的发展现状 目前，国内外汽车变速器的发展十分迅速，普遍研究和采用电控自动变速器，这种变速器具有更好的驾驶性能、良好的行驶性能 、以及更高的行车安全性 3。但是驾驶员失去了驾驶乐趣，不能更好的体验驾驶所带来的乐趣。 机械式手动变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠，具有良好的驾驶乐趣等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。在档位的设置方面，国外对其操纵的方便性和档位数等方面的要求愈来愈高。目前， 4 档特别是 5 档变速器的用量有日渐增多的趋势。同时， 6 档变速器的装车率也在日益上升 4。 计的内容及方法 本次设计的变速器是在原有 君威 变速器的基础上， 在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下， 主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。 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。 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。 3 第 2章 变速器传动机构与操纵机构 的布置 速器传动机构布置方案 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。 其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单 、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动 ，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档速比不能设计的很大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时直接输出动力 。 而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汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体绝大多数方案的第二轴与一轴在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，此时噪声低，齿轮、轴承的磨损减少。 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 5。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 君威 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。选择 5档变速器，并且五档为超速档。 档布置方案 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，4 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。 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。 图 档布置方案 部件结构方案分析 1、齿轮形式 变速器用齿轮有 直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。直齿圆柱齿轮主要用于一档、倒档齿轮，与直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点，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 6。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取为花键内径的 。 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 围内选用。要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 7。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。 3、变速器轴承的选择 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。 6 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的地方 8。 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 9：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 10。 7 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。 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、换档机构 变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。 采用轴向滑动直齿齿轮换档，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一档、 倒档外已很少使用。 常啮合齿轮可用移动啮合套换档。因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换档冲击。目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上应用。 使用同步器能保证换档迅速、无冲击、无噪声，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。同上述两种换档方法比较，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。利用同步器或啮合套换档，其换档行程要比滑动齿轮换档行程小。 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8 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 11。 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9 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 本章主要介绍了变速器传动机构和操纵机构的类型，分析了各类型机构的优缺点，并针对所设计的变速器的类型、特点、及功用，对变速器的传动方式、操纵机构的布置方式、及主要零件的形式，做出了初步的选择，为后期的设计工作打下基础。 10 第 3章 变速器的设计与计算 速器主要参数的选择 本次毕业设计是在给定主要整车参数的情况下进行设计， 君威 车主要技术参数如表 示： 表 威 车主要技术参数 发动机最大功率 91轮型号 185/60动机最大转矩 180N m 最大 功率 时转速 5400 r/大转矩时转速 4000r/高车速 170km/h 总质量 1488速器形式 手动五档 数 近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。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。商用车变速器采用 4 5个档或多档。载质量在 货车采用五档变速器，载质量在 货车采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。 档 数选择的要求： 1、相邻档位之间的传动比比值在 下。 2、高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档区相邻档位之间的比值小。 因此， 本次 设计的轿车 变速器为 5 档变速器。 动比范围 变速器传动比范围是指变速器最高档与最低档传动比的比值。最高档通常是直接档，传动比为 的变速器最高档是超速档，传动比为 响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前 乘用车的传动比范围在 间，总质量轻些的商用车在 间，其它商用车则更大。 本设计最高档传动比为 速器各档传动比的确定 1、主减速器传动比的确定 11 发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为 12： 0377.0 （ 式中： 汽车行驶速度（ km/h）； n 发动机转速（ r/ r 车轮滚动半径（ m）； 变速器传动比； 0i 主减速器传动比。 已知：最高车速70 km/h；最高档为超速档，传动比轮滚动半径由所选用的轮胎规格 185/60到 r =29(发动机转速 n =400（ r/由公式（ 到主减速器传动比计算公式： 0 ag 2、最抵档传动比计算 按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一档通过要求的最大坡道角道时，驱动力应大于或等于此时的滚动阻力和上坡阻力（加速阻力为零，空气阻力忽略不计） 13。用公式表示如下： m a xm a a x s i nc o s （ 式中： G 车辆总重量 (N)； f 坡道面滚动阻力系数 (对沥青路面 = 发动机最大扭矩 (Nm)； 0i 主减速器传动比； 变速器传动比； 12 t 为传动效率（ R 车轮滚动半径； 最大爬坡度（一般轿车要求能爬上 30%的坡，大约 由公式（ ： 0m a xm a xm a s i s( （ 已知： m=1488015.0f ； ； r=180m； i；g=91.0t，把以上数据代入（ ： 0 i 8 o 8 8(1 满足不产生滑转条件。即用一档发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下： r 10m a x iT 0 （ 式中： 驱动轮的地面法向反力， ； 驱动轮与地面间的附着系数；对混凝土或沥青路面 可取 间。 已知： 14881 m 取 数据代入（ 得： 所以，一档转动比的选择范围是： 初选一档传动比为 3、变速器各档速比的配置 按等比级数分配其它各档传动比，即： 13 心距的选择 初选中心距可根据经验公式计算 14： 31m a x （ 式中： A 变速器中心距（ 中心距系数，乘用车 发动机最大输出转距为 180（ Nm）； 1i 变速器一档传动比为 g 变速器传动效率， 取 96%。 A （ 3 =（ 车变速器的中心距在 60 80围内变化。初取 A=75 速器的外形尺寸 变速器的横向外形尺寸，可以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。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。 乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列 公式 选用 ： 25522575) AL 选长度为 240 轮参数的选择 1、模数 取齿轮模数时一般要遵守的原则是：为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各档齿轮应14 该选用一种模数；从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。 表 车变速器齿轮的法向模数 轿车模数的选取以发动机排量作为依据，由表 取各档模数为 75.2于轿车对降低噪声和振动的水平要求较 高，所以各档均采用斜齿轮。 2、压力角 压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。 对于轿车，为了降低噪声，应选用 15、 16、 小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用 25等大些的压力角 15。 国家规定的标准压力角为 20，所以普遍采用的压力角为 20。啮合套或同步器的压力角有 20、 25、 30等，普遍采用 30压力角。 本变速器为了加工方便，故全部选用标 准压力角 20。 3、螺旋角 齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。 试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于 30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，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；而从提高高档齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。 本设计初选螺旋角全部为 22。 4、齿宽 b 齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。 考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用较小的齿宽。另一方面，齿宽减小使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方车 型 乘用车的发动机排量 V/L 货 车的最大总质量am/t 数nm/5 法给予补偿，但这时轴承承受的轴向力增大，使其寿命降低。齿宽较小又会使齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作中会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀造成偏载，导致承载能力降低，并在齿宽方向磨损不均匀。 通常根据齿轮模数 斜齿 6 nc 、齿顶高系数 齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。若齿顶高系数小，则齿轮重合度小，工作噪声大；但因轮齿受到的弯矩减小，轮齿的弯曲应力也减少。因此，从前因齿轮加工精度不高，并认为轮齿上受到的载荷集中齿顶上，所以曾采用过齿顶高系数为 短 齿制齿轮。 在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为 了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大与 本设计取为 档齿轮齿数的分配及传动比的计算 在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的档数、传动比和传动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 16。根据图 定各档齿轮齿数和传动比。 1、一档齿数及传动比的确定 一档传动比为： o o 取整得 51。轿车 1z 可在 12 17 之间选取，取 13，则 402 z 。则一档传动比为： 16 2 345678910111213图 档变速器传动方案简图 2、对中心距 A 进行修正 o A 取整得 800 3、二档齿数及传动比的确定 342 （ co 430n （ 已知：0A=802i =22 ；将数据代入（ （ 式，齿数取整得： 173 z， 364 z ，所以二档传动比为： 、计算三档齿轮齿数及传动比 563 co 650n （ 已知：0A=80i=22 ；将数据代入（ （ 式，齿数取整得： 215 z， 326 z，所以三档传动比为： 算四档齿轮齿数及传动比 784 （ co 870n （ 已知：0A=804i =22 ；将数据代入（ （ 式，齿数取整得： 267 z， 278 z，所以四档传动比为： 算五档齿轮齿数及传动比 9105 （ co 1090n （ 已知：0A=80i=22 ；将数据代入（ （ 式，齿数取整得： 309 z， 2310