【车辆工程类】三轴六档汽车变速器设计【全套CAD图纸+毕业论文】【汽车专业】【毕业论文说明书】
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毕业设计（论文） - I - 摘要 变速器是汽车传动系中的主要部件之一。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 。 关键词 ： 汽车机械变速器； 三轴六挡；传动比； 齿轮 毕业设计（论文） - in of by a of of is to of of s is to to to in to of of he of 毕业设计（论文） - 目录 摘要 I 1 章 绪论 错误 !未定义书签。 题的背景及意义 错误 !未定义书签。 速器的功用和要求 错误 !未定义书签。 内外研究状况 错误 !未定义书签。 分已知的主要参数 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 2 章 机械式变速器的概述及其方案的确定 错误 !未定义书签。 速器结构方案的确定 错误 !未定义书签。 速器传动机构的结构分析与型式选择 错误 !未定义书签。 挡传动方案 错误 !未定义书签。 速器主要零件结构方案的分析 错误 !未定义书签。 轮型式 错误 !未定义书签。 挡机构型式 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 3 章 变速器主要参数的选择与主要零件的设计 错误 !未定义书签。 速器主要参数的选择 错误 !未定义书签。 数和传动比 错误 !未定义书签。 心距 错误 !未定义书签。 向尺寸 错误 !未定义书签。 轮参数 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 定各挡齿轮的齿数 错误 !未定义书签。 轮变 位系数的选 错误 !未定义书签。 速器齿轮的强度计算与材料的选择 错误 !未定义书签。 轮的损坏原因及形式 错误 !未定义书签。 轮的强度 计算与校核 错误 !未定义书签。 速器轴的强度计算与校核 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 的校核 错误 !未定义书签。 承的选择与校核 错误 !未定义书签。 种轴承的特点与选择 错误 !未定义书签。 承的校核 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文） - 速器同步器的设计 错误 !未定义书签。 步器的结构 错误 !未定义书签。 步环主要参数的确定 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 结论 错误 !未定义书签。 致谢 错误 !未定义书签。 参考 文献 错误 !未定义书签。 附录 1 错误 !未定义书签。 附录 2 错误 !未定义书签。 - 1 - 附录 1 变速箱齿轮的设计准则： 由于汽车变速箱各挡齿轮的工作情况是不相同的，所以按齿轮受力、转速、噪声要求等情况，应该将它们分为高挡工作区和低挡工作区两大类。齿轮的变位系数、压力角、螺旋角、模数和齿顶高系数等都应该按这两个工作区进行不同的选择。 高挡工作区：通常是指三、四、五挡齿轮，它们在这个区内的工作特点是行车利用率较高，因为它们是汽车的经济性挡位。在高挡工作区内的齿轮转速都比较高，因此容易产生较大的噪声，特别是增速传动，但是它们的受力却很小，强度应力值都比较低，所以强度裕量较大，即使削弱一些小齿轮的强度 ，齿轮匹配寿命也在适用的范围内。因此，在高挡工作区内齿轮的主要设计要求是降低噪声和保证其传动平稳，而强度只是第二位的因素。 低挡工作区：通常是指一、二、倒挡齿轮，它们在这个区内的工作特点是行车利用率低，工作时间短，而且它们的转速比较低，因此由于转速而产生的噪声比较小。但是它们所传递的力矩却比较大，轮齿的应力值比较高。所以低挡区齿轮的主要设计要求是提高强度，而降低噪声却是次要的。 在高挡工作区，通过选用较小的模数、较小的压力角、较大的螺旋角、较小的正角度变位系数和较大的齿顶高系数。通过控制滑动比的噪声指标和控 制摩擦力的噪声指标以及合理选用总重合度系数、合理分配端面重合度和轴向重合度，以满足现代变速箱的设计要求，达到降低噪声、传动平稳的最佳效果。而在低挡工作区，通过选用较大的模数、较大的压力角、较小的螺旋角、较大的正角度变位系数和较小的齿顶高系数，来增大低挡齿轮的弯曲强度，以满足汽车变速箱低挡齿轮的低速大扭矩的强度要求。以下将具体阐述怎样合理选择这些设计参数。 变速箱各挡齿轮基本参数的选择： 1 合理选用模数： 模数是齿轮的一个重要基本参数，模数越大，齿厚也就越大，齿轮的弯曲强度也越大，它的承载能力也就越大。反 之模数越小，齿厚就会变薄，齿轮的弯曲强度也就越小。对于低速挡的齿轮，由于转速低、扭矩大，齿轮的弯曲应力比较大，所以需选用较大的模数，以保证其强度要求。而高速挡齿- 2 - 轮，由于转速高、扭矩小，齿轮的弯曲应力比较小，所以在保证齿轮弯曲强度的前提下，一般选用较小的模数，这样就可以增加齿轮的齿数，以得到较大的重合度，从而达到降低噪声的目的。 在现代变速箱设计中，各挡齿轮模数的选择是不同的。例如，某变速箱一挡齿轮到五挡齿轮的模数分别是： 3； 2；从而改变了过去模数相同或模数拉不开的状况。 2 合理选用 压力角： 当一个齿轮的模数和齿数确定了，齿轮的分度圆直径也就确定了，而齿轮的渐开线齿形取决于基圆的大小，基圆大小又受到压力角的影响。对于同一分度圆的齿轮而言，若其分度圆压力角不同，基圆也就不同。当压力角越大时，基圆直径就越小，渐开线就越弯曲，轮齿的齿根就会变厚，齿面曲率半径增大，从而可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。当减小压力角时，基圆直径就会变大，齿形渐开线就会变的平直一些，齿根变薄，齿面的曲率半径变小，从而使得轮齿的弯曲强度和接触强度均会下降，但是随着压力角的减小，可增加齿轮的重合度，减小轮齿的刚度，并 且可以减小进入和退出啮合时的动载荷，所有这些都有利于降低噪声。因此，对于低速挡齿轮，常采用较大的压力角，以满足其强度要求；而高速挡齿轮常采用较小的压力角，以满足其降低噪声的要求。 例如：某一齿轮模数为 3，齿数为 30，当压力角为 压力角为 25度时，基圆齿厚为 基圆齿厚增加了 25%左右，所以增大压力角可以增加其弯曲强度。 3 合理选用螺旋角： 与直齿轮相比，斜齿轮具有传动平稳，重合度大，冲击小和噪声小等优点。现在的变速箱由于带同步器，换挡时不再直接移动一个齿轮与另一 个齿轮啮合，而是所有的齿轮都相啮合，这样就给使用斜齿轮带来方便，因此带同步器的变速箱大多都使用斜齿轮。 由于斜齿轮的特点，决定了整个齿宽不是同时全部进入啮合的，而是先由轮齿的一端进入啮合，随着轮齿的传动，沿齿宽方向逐渐进入啮合，直到全部齿宽都进入啮合，所以斜齿轮的实际啮合区域比直齿轮的大。当齿宽一定时，斜齿轮的重合度随螺旋角增加而增加。承载能力也就越强，平稳性也就越好。从理论上讲，螺旋角越大越好，但螺旋角增大，会使轴向分力也增大，从而使得传递效率降低了。 在现代变速箱的设计中，为了保证齿轮传动的平稳性、低噪 声和少冲击，- 3 - 所有齿轮都要选择较大的螺旋角，一般都在 左右。对于高速挡齿轮由于转速较高，要求平稳，少冲击，低噪声，因此采用小模数，大螺旋角；而低速挡齿轮则用较大模数，较小螺旋角。 4 合理选用正角度变位： 对于具有良好润滑条件的硬齿面齿轮传动，一般认为其主要危险是在循环交变应力作用下，齿根的疲劳裂纹逐渐扩张造成齿根断裂而失效。变速箱中齿轮失效正是属于这一种。为了避免轮齿折断，应尽量提高齿根弯曲强度，而运用正变位，则可达到这个目的。一般情况下，变位系数越大，齿形系数值就越小，轮齿上弯曲应力越小，轮齿弯曲强度就 越高。 在硬齿面的齿轮传动中，齿面点蚀剥落也是失效原因之一。增大啮合角，可降低齿面间的接触应力和最大滑动率，能大大提高抗点蚀能力。而增大啮合角，则必须对一副齿轮都实行正变位，这样既可提高齿面的接触强度，又可提高齿根的弯曲强度，从而达到提高齿轮的承载能力效果。但是，对于斜齿轮传动，变位系数过大，又会使轮齿总的接触线长度缩短，反而降低其承载能力。同时，变位系数越大，由于齿顶圆要随之增大，其齿顶厚度将会变小，这会影响齿顶的强度。 因此在现代变速箱的设计中，大多数齿轮均合理采用正角度变位，以最大限度发挥其优点。主 要有以下几个设计准则： 对于低速挡齿轮副来说，主动齿轮的变位系数应大于被动齿轮的变位系数，而对高速挡齿轮副，其主动齿轮的变位系数应小于被动齿轮的变位系数。 主动齿轮的变位系数随挡位的升高而逐渐 是因为低挡区由于转速低、扭矩大，齿轮强度要求高，因此需采用较 各挡齿轮的总变位系数都是正的（属于角变位修正），而且随着挡位的升高而逐渐减小。总变位系数越小，一对齿轮副的齿根总的厚度就越薄，齿根就越弱，其抗弯强度就越 低，但是由于轮齿的刚度减小，易于吸收冲击振动，故可降低噪声。而且齿形 重合度会增加，这使得单齿承受最大载荷时的着力点距齿根近，使得弯曲力矩减小，相当于提高了齿根强度，这对由于齿根减薄而消弱强度的因素有所抵消。所以总变位系数越大，则齿根强度越高，但噪声则有可能增大。因此高速挡齿轮要选择较小的总变位系数，而低速挡齿轮则必须选用较大的总变位系数。 5 提高齿顶高系数： 齿顶高系数在传动质量指标中，影响着重合度，在斜齿轮中主要影响端面重合度。由端面重合度的公式可知，当齿数和啮合角一定时，齿顶圆压力- 4 - 角是受齿顶高系数影响的，齿顶高系数越大，齿顶圆压力角也越大，重合度也就越大，传动也就越平 稳。但是，齿顶高系数越大，齿顶厚度就会越薄，从而影响齿顶强度。同时，从最少不根切齿数公式来看，齿顶高系数越大，最少不根切齿数就会增加，否则的话，就会产生根切。因此，在保证不根切和齿顶强度足够的情况下，增大齿顶高系数，对于增加重合度是有意义的。 因此在现代变速箱的设计中，各挡齿轮的齿顶高系数都选择较大的值，一般都大于 为细高齿，这对降低噪声，增加传动平稳性都有明显的效果。对于低速挡齿轮，为了保证其具有足够的齿根弯曲强度，一般选用较小的齿顶高系数；而高速挡齿轮，为了保证其传动的平稳性和低噪声，一般选用较 大的齿顶高系数。 以上是从模数、压力角、螺旋角、变位系数和齿顶高系数这五个方面去独立分析齿轮设计趋势。实际上各个参数之间是互相影响、互相牵连的，在选择变速箱的参数时，既要考虑它们的优缺点，又要考虑它们之间的相互关系，从而以最大限度发挥其长处，避免短处，改善变速箱的使用性能。 - 5 - 附录 2 As is so to be so on be on of to in is by a of In so to a of of so so of is of in of is to a is to in is by of is is so to is is is to is In of is a by of of a of of in to of to of In of is 6 - a To to a of of A is an of On be to so we to a in to to is is so of a so of in to a o as to In is a to a 3; 2; of or a 2 a on of of of if it is of is is of be of of be of of - 7 - as of of of to a in to a in to a , 0, 7.5 5 5%, so A of a of As is no a of of so a of of is be at of of is to so a is of of In In in to a to a a so a a 4 is a of - 8 - of is is in of by of in is a of In to it of on In of is a it be on a is of to of of is of to be be of in of a of is in to in be to be is to to a da of of is of of - 9 - a of of of of to so of a to on is to of is to of of ut is to So to a a to of of on in of we of a is to he is of be of At at a is of at it In to of of of is of a of as a is to a in to it in to 10 - is of to an of In of it is to in to to of 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - I - 摘要 变速器是汽车传动系中的主要部件之一。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 。 关键 词 ： 汽车机械变速器； 三轴六挡；传动比； 齿轮 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - in of by a of of is to of of s is to to to in to of of he of 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 目录 摘要 I 1 章 绪论 1 题的背景及意义 1 速器的功用和要求 2 内外研究状况 3 分已知的主要参数 5 章小结 6 第 2 章 机械式变速器的概述及其方案的确定 7 速器结构方案的确定 7 速器传动机构的结构分析与型式选择 7 挡传动方案 12 速器主要零件结构方案的分析 13 轮型式 13 挡机构型式 13 章小结 16 第 3 章 变速器主要参数的选择与主要零件的设计 17 速器主要参数的选择 17 数和传动比 17 心距 18 向尺寸 19 轮参数 19 21 定各挡齿轮的齿数 21 轮变 位系数的选 23 速器齿轮的强度计算与材料的选择 24 轮的损坏原因及形式 24 轮的强度 计算与校核 24 速器轴的强度计算与校核 28 28 的校核 30 承的选择与校核 34 种轴承的特点与选择 34 承的校核 36 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 速器同步器的设计 42 步器的结构 42 步环主要参数的确定 43 章小结 46 结论 47 致谢 48 参考 文献 49 附录 1 50 附录 2 54 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 1 - 第 1 章 绪论 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（ 自动变速器（ 手动 /自动变速器（ 无级变速器（ （ 1） 手动变速器 (手动机械式变速器采用齿轮组，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。虽然这种变速器在操作时比较繁琐，驾驶工作强度大，但具有成本低、起速快、传递扭矩大等特点，从目前市场实际需求和适用角度来看，手动变速器还不能被其它新型汽车变速器所完全替代。 （ 2） 自动变速器（ 自动变速器（ 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 。 （ 3） 手动 /自动变速器（ 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 可使高性能跑车 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 2 - 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（ s）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 4 8 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。 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。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 3 - （ 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。 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 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（ 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 人对 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。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 4 - 通过 国际联机检索（工程索引， 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 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 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 5 - 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。 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： 主减速比： 高时速： 215km/h 轮胎型号 ： 205/55大扭矩： 200/600大功率： 115400高转速： 6500r/ 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 6 - 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。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 7 - 第 2 章 机械式变速器的概述及其方案的确定 速器结构方案的确 定 变速器由传动机构与操纵机构组成。 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、 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 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 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（ 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 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 8 - 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 纵性好且可使汽 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 9 - 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（ =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。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 10 - 图 2 2 2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间轴 式四 挡 变速器传动方案 如图 2的中间轴式四 挡 变速器传动方案示例的区别：图 1b 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 2c、 d 所示方案的各前进 挡 ，均用常啮合齿轮传动；图2 和超速 挡 安装在位于变速器后部的副箱体内。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 11 - 图 2间轴式五 挡 变速器传动方案 图 2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 2b 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 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 12 - 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。 挡 传动方案 图 2常见的倒挡布置方案。图 2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示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图 2示方案。图 2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示的传动方案。 图 2速器倒 挡 传动方案 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 13 - 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。 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。 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 。 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， 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 14 - 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 或者两接合齿的啮合位置错开（图2这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约 13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（ 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 。 （ 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这种结构方案比较有效，采用较多 图 2止自动脱 挡 的结构措施 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 15 - 加工成斜面 图 2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示： 图 2环式同步器 l、 4环 ;2356 滑块 ; 789 输出轴 ;10、 11 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 16 - 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。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 17 - 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 m a x 2e g I r 2m i 第 3 章 变速器主要参数的选择与主要零件的设计 速器主要参数的选择 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 45 个 挡 位的变速器。本设计也采用 5 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 式中 ， m/； m)； 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 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 18 - 式中 ， 算时取 = 由已知条件：满载质量 1800 07 Te 00 = 根据公式（ 3得： 本设计取六 挡 传动比为 1， 中间 挡 的传动比理论上按公比为： （ 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=有： 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局 A（ 根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初 定： 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 19 - A = 31 (3式中 ， K 轿车， K A =货车， K A =多 挡 变速器 :K A =1； TI 时的输出扭矩： TI e =m 故可得出初始中心距 A= 向尺寸 变速器的横向外形 尺寸，可根据齿轮直径以及倒 挡 中间齿轮和换 挡 机构的布置初步确定。 轿车四 挡 变速器壳体的轴向尺寸 车变速器壳体的轴向尺寸与 挡 数有关： 五 挡 ( 六 挡 ( 当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数 取给出系数的上限。为检测方便， A 取整。 本次设计采用 6+1 手动挡变速器， 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定。 轮参 数 （ 1）齿轮模数 建议用下列各式选取齿轮模数，所选取的模数大小应符合 定的标准值。 第一轴常啮合斜齿轮的法向模数 m a 4 7 m m(3其中70得出 一 挡 直齿轮的模数 m 31 m a 3mT (3 哈尔滨工业大学 华德应用技术学
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