三轴五档式汽车变速器设计说明书

1、某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 摘摘 要要 汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速 度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。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。 本设计的任务是设计一台用于轿车上的机械式手动五档变速器。这 台变速器具有五个前进档（包括一个超速档五档）和一个倒档，并通过 锁环式同步器来实现换档。本设计采用中间轴式变速器，该变速器具有 两个突出的优点：一是其直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小；二 是在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得较大的一档传动比。 根据轿车的外形、

2、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自己选择的适合于该轿车的 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。 再结合某些轿车的基本参数，选择适当的主减速比。根据上述参数，再 结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出相关的变速器 参数并论证设计的合理性。 关键词：变速器 锁环式同步器 中间轴 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 abstractabstract automobile transmission is one set of speed- transformation which is used to co

3、ordinate the speed of the engine and the actual speed of the wheels , so that it can play the best performance of engine. in the running process of the automobile, the transmission can produce different transmission ratio between the engine and the wheel, and the engine can work in the best state of

4、 dynamic performance by shifting. the task of this design is to design a mechanical manual five gear transmission used in the saloon. this gearbox has five forward gears (including a overdrive gearfifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. t

5、his design uses the intermediate bearing type of transmission. this transmission has two prominent merits: firstly , the direct transmission has a high transmission efficiency, the attrition and the noise are also minimal ; secondly , its allowed to obtain bigger gear ratio of the first gear when th

6、e center distance is smaller. according to the saloon track，wheel base，the smallest ground clearance, the smallest turning radium, the vehicles weight, the all-up weight as well as the highest speed and so on, consider the choosing engine model we can obtain the 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 important parame

7、ters such as the max power, the max torque, the displacement and so on. according to the basic parameters of the certain saloon, we can choose the suitable final drive ratio. according to the above parameters, combining the knowledge of automobile design, automobile theory, machine design and so on,

8、 we can calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. keykey wordswords: : transmission inertial type of synchronizer countershaft 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 目目 录录 前 言.1 符 号 说 明.6 1 机械式变速器的概述 .8 1.1 变速器的功用和要求.8 1.1 变速器的结构组成.9 1.1 变速器的工作原理.10 2 变速器结构方案的确定.15 2.

9、1 结构分析与型式选择 .15 2.2 倒档传动方案 .22 2.3 变速器主要零件结构的方案分析 .23 2.3.1 齿轮型式.23 2.3.2 换档结构型式.23 3 变速器主要参数的选择与主要零件的设计.27 3.1 变速器主要参数的选择 .27 3.1.1 档数和传动比 .27 3.1.2 中心距 .29 3.1.3 轴向尺寸 .30 3.1.4 齿轮参数 .30 3.2 各档传动比及其齿轮齿数的确定.33 3.2.1 确定一档齿轮的齿数.33 3.2.2 确定常啮合齿轮副的齿数.34 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 3.2.3 确定其他档位的齿数.35 3.2.4 确定倒档

10、齿轮的齿数.35 3.3 齿轮变位系数的选择 .36 4 变速器齿轮的强度计算与材料的选择.38 4.1 齿轮的损坏原因及形式 .38 4.2 齿轮的强度计算与校核 .38 4.2.1 齿轮弯曲强度计算.39 4.2.1 齿轮接触应力.41 5 变速器轴的强度计算与校核.44 5.1 速器轴的结构和尺寸 .44 5.1.1 轴的结构.44 5.1.2 确定轴的尺寸.45 5.2 轴的校核 .46 5.2.1 第一轴的强度与刚度校核.46 5.2.2 第二轴的校核计算.48 6 变速器同步器的设计.51 6.1 同步器的结构 .51 6.2 同步环主要参数的确定 .53 7 变速器的操纵机构.5

11、6 结论.57 致 谢.58 参考文献.59 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 0 前前 言言 汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速 度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。随着汽车变速器技术的发 展，对变速器油提出了更高的性能要求，并提供了广阔的市场空间。由 于汽车工业的不断发展，汽车变速器技术也正在日益更新。世界知名汽 车企业进入国内汽车市场，促进了国内汽车技术的进步，使得变速器技 术不断更新。 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） 、无级变速器（cvt） 。 一、手动变速器一、手动变速器(mt)(mt)

12、 手动变速器 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 1 如上图，手动变速器（manual transmission）采用齿轮组，每档的 齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值(也就是所谓的 “级” )。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 级)，所 以说它是有级变速器。 手动车型到目前为止还是车市中最主流的车 型。目前手动变速器的技术已经非常的成熟，它是通过齿轮的啮合来传 动发动机的动力。因其传动效率高，结构简单，维修保养成本低，所以 备受青睐。 mt 如果操作熟练的话燃油经济性也

13、比一般的自动挡车型要好，同 时能够充分享受驾驶的乐趣。但不太适合在城市里交通拥堵情况下使用， 而且如果无法掌握好换档时机，油离配合不好的话，燃油经济性也无法 保证。 特点：又称机械式变速器，即必须用手拨动变速杆（俗称“挡把”） 才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。 轿车手动变速器大多为四档或五档有级式齿轮传动变速器，并且 通常用同步器，换挡方便，噪音小。手动变速在操纵时必须踩下离合， 方可拨得动变速杆。手动变速器是与自动变速器相对而言的，其实在自 动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。手动变速器是利用 大小不同的齿轮配合而达到变速的。 优点：维修保养成本低，

14、能够带来驾驶乐趣。一般来说，手动变速 器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶者如果技术好的话，手动 变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。缺点：操作复杂， 而且恶劣的交通状况下驾驶起来比较累人。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 2 二、自动变速器（二、自动变速器（atat） 自动变速器 相对于手动变速器来说自动变速器（如上图）能让开车变得简单方 便，易于新手上路。目前手自一体车型大为兴起，传统的自动变速器已 经被越来越多的车型抛弃，渐有被取代之势。特点是自动变速器，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。而驾驶者只需要操纵加速踏板控制

15、车速即可。一般来讲，汽车 上常用的自动变速器有以下几种类型：液力自动变速器、液压传动自动 变速器、电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无极式自动变 速器。液力自动变速器主要是由液压控制的齿轮变速系统构成，主要包 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 3 含自动离合器和自动变速器两大部分。它能够根据油门的开度和车速的 变化，自动的进行换挡。 优点：操作简单，使用方便。自动变速器具有操作容易、驾驶舒适、 能减少驾驶者疲劳的优点，已成为现代轿车配置的一种发展方向。装有 自动变速器的汽车能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯注 地注视路面交通而不会被换挡搞得手忙脚乱。缺点：传动效率低，

16、经济 性不好;结构复杂，维修成本高。 三、无级变速器三、无级变速器（cvtcvt） 无极变速器 cvt 无级变速器（如上图）采用传送带和工作直径可变的主、从动 轮相互配合来传递发动机的动力，代表的自动变速器的发展方向。它突 出的特点就是没有传统自动变速器换挡时会出现的顿挫感，加速连续性 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 4 更好，燃油经济性也更高。目前它还有许多不完善的地方，所以目前市 场上搭配 cvt 变速器的车型不多(如天籁，轩逸等)，看来是有点曲高和 寡的意思。 特点：无级变速器系统是由两组变速轮盘和一条传动带组成的，要 比传动自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传

17、动比， 从而实现全程无级变速，使汽车的车速变速平稳，没有传统变速器换档 时那种“顿”的感觉。 优点：驾驶平顺性、加速性、经济性以及排放都较好。cvt 最大优 点就是无级控制输出的速比，在行驶中达到行云流水的感觉，没有换档 的感觉，加速也会比自动变速器快。由于行驶中减少了转速的不必要波 动，对省油也大有好处。缺点：技术还不完善;价格较高，维修成本较 高。 本设计是根据家用轿车车型而开展的，设计中所采用的相关参数： 主减速比：4.782 满载质量： 1800kg； 最高时速：190km/h 发动机型号：sqr481fc 轮胎型号：205/65r15 最大扭矩：170nm 最大功率：95kw 最高转

18、速：6000r/min 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 5 符符 号号 说说 明明 汽车总质量 kgm 重力加速度 n/kgg 道路最大阻力系数 max 驱动轮的滚动半径 mm r r 发动机最大扭矩 nm maxe t 主减速比 0 i 汽车传动系的传动效率 一档传动比 gi i 汽车满载载荷 n 2 g 第一轴与中间轴的中心距 mma 中间轴与倒档轴的中心距 mm a 第二轴与中间轴的中心距 mm a 中心距系数 a k 直齿轮模数m 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 6 斜齿轮法向模数 n m 齿轮压力角 斜齿轮螺旋角 齿轮宽度 mmb 齿轮齿数 x z 齿轮变位系数

19、齿轮弯曲应力 mpa w 齿轮接触应力 mpa j 齿轮所受圆周力 n t f 轴向力 n a f 径向力 n r f 计算载荷 nm g t 应力集中系数 k 摩擦力影响系数 f k 齿轮材料的弹性模量 mpae 重合度影响系数 k 主动齿轮节圆半径 mm z r 从动齿轮节圆半径 mm b r 扭转切应力 mpa t 轴的抗扭截面系数 t w 3 mm 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 7 轴的材料的剪切弹性模量 mpag 垂直面内的挠度 mm c f 水平面内的挠度 mm s f 1 1 机械式变速器的概述机械式变速器的概述 1.11.1 变速器的功用和要求变速器的功用和要求 变

20、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

21、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 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 8 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。 1.21.2 变速器的结构组成变速器的结构组成 变速器由传动机构和变速机构组成，可制成单独变速机构或与

22、传动 机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用行星 齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和离合器等。滑移齿 轮有多联滑移齿轮和变位滑移齿轮之分。用三联滑移齿轮变速，轴向尺 寸大；用变位滑移齿轮变速 ，结构紧凑 ，但传动比变化小。离合器有 啮合式和摩擦式之分。用啮合式离合器时，变速应在停车或转速差很小 时进行，用摩擦式离合器可在运转中任意转速差时进行变速，但承载能 力小，且不能保证两轴严格同步。为克服这一缺点，在啮合式离合器上 装以摩擦片，变速时先靠摩擦片把从动轮带到同步转速后再进行接合。 行星齿轮传动变速器可用制动器控制变速。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文

23、 9 1.31.3 变速器的工作原理变速器的工作原理 1、为了了解标准变速器的基本原理，下图显示了处于空挡状态的简单 两速变速器。 图 1-1 两速变速器工作原理 让我们来看看图中的每一个部件，以及它们是如何装配的： 绿色轴将发动机与离合器连接起来。 绿色轴和绿色齿轮连 在一起，形成一个整体。 （离合器是用于连接发动机和 变速器或断开其间连接的装置。 踩下离合器踏板时，发 动机与变速器断开，此时虽然汽车并不移动，但发动机仍 在运转。 而松开离合器踏板时，发动机和绿色轴就直接 连在一起。 绿色轴和齿轮的转速与发动机相同。) 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 10 红色轴及红色齿轮称为副轴

24、。 它们也连为一个整体，因此 副轴上的所有齿轮和副轴本身作为整体旋转。 绿色轴与 红色轴直接通过各自的啮合齿轮连接起来，所以当绿色轴 转动时，红色轴也会转动。 因此，一旦离合器接合，副 轴就直接从发动机获得动力。 黄色轴是花键轴，通过连接到汽车驱动轮的差速器直接与驱 动轴连接。 如果车轮转动，黄色轴也将随之转动。 蓝色齿轮连在轴承上，因此会随黄色轴转动。 如果发动机 已关闭，但汽车还在滑行，则在蓝色齿轮和副轴停止运动 时，黄色轴仍可能在蓝色齿轮内部转动。 轴环将两个蓝色齿轮中的一个连接到黄色驱动轴上。 它通 过齿槽直接与黄色轴相连，并与黄色轴一起转动。 但轴 环也可以沿着黄色轴左右滑动，从而选

25、择性地接合两个蓝 色齿轮中的一个。 轴环中的齿称为犬齿，可与蓝色齿轮 侧面的孔相接合。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 11 2、 一挡齿轮(如图 1-2 ）显示了当轴环换到一挡时如何结合右边的蓝 色齿轮： 图中，发动机的绿色轴转动副轴，副轴则转动右边的蓝色齿 轮。 齿轮通过轴环驱动黄色驱动轴。 同时，左边的齿轮也在转动，但 只是在其轴上空转，对黄色轴并不产生影响。当轴环位于两个齿轮之间 时（如 图 1-1 所示），变速器为空挡状态。 黄色轴上以不同速率运 转的两个蓝色齿轮都通过其与副轴的速比来控制。 图 1-2 一档工作原理 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 12 3、 五

26、档手动变速器在汽车上已经相当普遍了。 其内部结构如下图 所示： 图 1-3 五档手动变速器工作原理 换挡装置（如图 1-4 ）有三个拨叉，由换挡杆接合的三个杆控 制。 俯看换挡叉轴，它们在空挡、倒挡、一挡和二挡中的情形如下 图所示：注意，换挡杆中部有一个旋转点。 在将旋钮前推接合一挡 齿轮时，实际上是在推动杆和拨叉，以便将一挡齿轮拉回来。可以 看到，左右移动变速杆也是在接合不同的拨叉（从而接合不同的轴 环）。 将旋钮前后移动也就移动了轴环，使它们接合一个齿轮。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 13 图 1-4 换挡原理示意图 新式客车的手动变速器采用同步器，这样就不需要使用双踩离 合

27、。同步器的作用是，在它与犬齿接触前，使轴环与齿轮发生有摩 擦的接触。 这样，在犬齿接合前，就可以使轴环和齿轮速度达到同 步，如图所示：蓝色齿轮上的锥体接合轴环中的锥形区域，锥体与 轴环间的摩擦使轴环和齿轮同步。轴环的外部随之滑动，使犬齿接 合齿轮。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 14 2 2 变速器结构方案的确定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。 2.12.1 结构分析与型式选择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

28、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 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效率、汽车的燃料经济性及平 均车速，从而可提高

29、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。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 15 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（0.70.8）的超速档，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

30、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了最广泛的应用。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（影响变速器尺寸的重要参数）较小的

31、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：处直接档外其他各档的传动效率有所下降。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 16 1 2 图 2-1 轿车中间轴式五档变速器3 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-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

32、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（直齿圆柱齿轮）外，其他档均 采用常啮合斜齿轮传动；个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以装在第一 轴的后端。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 17 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（ig=4.04.5）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。 图 2-2 两轴式变速器

33、 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，由于倒档齿轮 采用的是常啮式，因此也采用斜齿轮。 由于所设计的汽车采取发动机前置，后轮驱动，因此采用中间轴式 变速器。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 18 图 2-3、图 2-4、图 2-5 分别示出了几种中间轴式四，五，六档变 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

34、将它们连接得到直接档。使用直接档，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档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使 用寿命；在其它前进档位工作时，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，一档仍然有较大的传动比；档 位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不 采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一档以外的其他档位的换档机 构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构

35、的一档也采用同步器或啮合 套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接 档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是 它的缺点。在档数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿 轮对数，换档方式和到档传动方案上有差别。 图 2-3 中间轴式四档变速器传动方案 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 19 如图 2-3 中的中间轴式四档变速器传动方案示例的区别：图 2- 3a、b 所示方案有四对常啮合齿轮，倒档用直齿滑动齿轮换档；图 2-3c 所示传动方案的二，三，四档用常啮合齿轮传动，而一档和倒档用直齿 滑动齿轮换档。 图 2-4a 所示方案，除一，倒

36、档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档 为常啮合齿轮传动。图 2-4b、c、d 所示方案的各前进档，均用常啮合 齿轮传动；图 2-4d 所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部 的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作 噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前 进档的变速器。 图 2-4 中间轴式五档变速器传动方案 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 20 图 2-5a 所示方案中的一档、倒档和图 b 所示方案中的倒档用直齿 滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮。 图 2-5 中间轴式六档变速器传动方案 以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位

37、，其换档方式可以 用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有 的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用 啮合套换档。 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，布置倒档传动齿轮和换档机构，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 所示方案的高档

38、从动齿轮处于悬臂状态，同时一 档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置 在中间轴上是这个方案的特点。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 21 2.22.2 倒档传动方案倒档传动方案 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

39、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 2-6f 所示的传动方案。 图 2-6 变速器倒档传动方案 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 22 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

40、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。 2.32.3 变速器主要零件结构的方案分析变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。 2.3.12.3.1 齿轮型式齿轮型式 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

41、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 中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动方案，即 除一档外，均采用斜齿轮传动。 2.3.22.3.2 换档结构型式换档结构型式 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、 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 23 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，初一档、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

42、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。 自动脱档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

43、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，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（0.30.6mm） ，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（图 2-8） 。 (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档的轴向力 a b（图 2-9） 。这种结 构方案比较有效，采用较多。 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 24 图 2-7 防止自动脱档的结构措施 此段

44、切薄 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 25 图 2-8 防止自动脱档的结构措施 加工成斜面 图 2-9 防止自动脱档的结构措施 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- 10 所示： 图 2-10 锁环式同步器 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 26 max0 maxmaxmax (cossin) egit r ti i mg fmg r max max 0 r g e mgr i ti l、4-同步环;2-同步器齿鼓;3-接合套

45、;5-弹簧;6滑块; 7-止动球;8-卡环;9输出轴;10、11-齿轮 3 3 变速器主要参数的选择与主要零件的设计变速器主要参数的选择与主要零件的设计 3.13.1 变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择 3.1.13.1.1 档数和传动比档数和传动比 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 45 个档位的变速器。本设计也采用 5 个档位。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。 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

46、坡阻力。故有 （3-1） 则由最大爬坡度要求的变速器档传动比为 （3-2） 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 27 max 2 egit r ti g r 2 max 0 r gi et gr i ti 式中 m-汽车总质量； g-重力加速度； max-道路最大阻力系数； rr-驱动轮的滚动半径； temax-发动机最大转矩； 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 档传动比为： 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 1800kg； te max=1

47、70nm； i0=4.782； 轻型车轮胎尺寸根据 gb/t2977-1997轻型汽车轮胎系列 ， 由轮 胎型号 205/65r15 查得rr=337.25mm； 取=0.95。 根据公式（3-2）可得：igi =3.85。 超速档的的传动比一般为 0.70.8，本设计取五档传动比 ig=0.75。 中间档的传动比理论上按公比为： 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 28 max 1 min g n g i q i 2.55 1.69 1.12(1) gii giii giv i i i 修正为 3 iamax akt （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档

48、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。根据上式可得出： =1.51。q 故有： 3.1.23.1.2 中心距中心距 对于中间轴式变速器，中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心 距 a。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。中间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 =8.9-9.3；对货车，k a =8.6-9.6；对于本设计取k a =9.1 ti max -变速器处于一档时的输出扭矩： ti max=te max igi =628.3nm 已知t

49、e max =170nm igi =3.85 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 29 取变速器传动效率=0.95 代入数据可得出初始中心距a=77.08mm。轿车变速器的中心距在 6080mm 范围内变化。初取 a=77mm。 3.1.33.1.3 轴向尺寸轴向尺寸 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。 轿车五档变速器壳体的轴向尺寸（3.03.4）a。货车变速器壳体的 轴向尺寸与档数有关： 四档(2.22.7)a 五档(2.73.0)a 六档(3.23.5)a 当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，轴向尺寸系数应取给 出系数的上限。为检测方

50、便，轴向尺寸系数取整数 3.0。 本次设计采用 5+1 手动挡变速器，其壳体的轴向尺寸初选 3 77mm=231mm，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。 3.1.43.1.4 齿轮参数齿轮参数 （1）齿轮模数 变速器齿轮模数选取的一般原则如下 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，各档齿轮应该选用同一种模数； 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 30 从强度方面考虑，各挡齿轮应该选用不同模数； 低挡齿轮选用大一些的模数，其他档位选用另一种模数。 根据设计实践经验，建议用下列各式选取齿轮模数，所选取的

51、模数 大小应符合 jb111-60 规定的标准值。 第一轴常啮合斜齿轮的法向模数mn 3 max 0.47 ne mtmm (3-5) 其中=170nm，可得出mn=2.5。 maxe t 一档直齿轮的模数m mm 3 1max 0.33mt (3-6) 通过计算m=3。 对于轿车，减小噪声比减少质量更加重要，因此模数应该选得大一 些，另外从工艺方面考虑，低档齿轮一档选用大一些的模数m=3，其他各 档齿轮选用同一种模数mn=2.5。同步器和啮合套的接合大都采用渐开线 齿形。由于制造工艺上的原因，同一变速器中的结合套模数都相同，轿 车和轻型货车取 23.5。本设计取 2.5。 （2）齿形、压力角

52、 、螺旋角 和齿宽 b 项 目 车型 齿形压力角螺旋角 轿车 高齿并修形的齿形 14.5，15，16 16.5 2545 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 31 汽车变速器齿轮的齿形、压力角、及螺旋角按表 3-1 选取。 表 3-1 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角 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，应取大些。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。因此在本设计中变速器 齿轮压

53、力角取20,啮合套或同步器取 30；斜齿轮螺旋角取 30。 应该注意的是选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上的轴向力相 互抵消。为此，中间轴上的全部齿轮一律取右旋，而第一轴和第二轴上 的的斜齿轮取左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。 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=(4.58.0)m，mm 斜齿 b=(6.08.5)m，mm 第一

54、轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，使接触线长度增加，接 一般货车 gb1356-78 规定的标准齿 形 202030 重型车同上 低档、倒档齿轮 22.5， 25 小螺旋角 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 32 触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。因此，在此 1 挡第 1 轴常 啮合直齿齿轮宽度取=8.0 x3.0=24（mm） 。第 2 轴常啮合直齿齿轮的宽度 取=7.0 x3.0=21（mm） ，其余档位斜齿齿轮宽度取=7.0 x2.5=17.5（mm） ， 取整 18mm。同时为增加啮合强度和稳定性，相互啮合齿轮宽有 12mm 调整。 3.23.2 各档传动比及其齿轮齿数的

55、确定各档传动比及其齿轮齿数的确定 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。下面结合本设计来 说明分配各档齿数的 方法。 图 3-1 五档变速器示意图 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 33 10 9 1 2 z z z z igi m a z 2 9 10 1 2 z z i z z gi 3.2.13.2.1 确定一档齿轮的齿数确定一档齿轮的齿数 一档传动比 （3-7） 为了确定 z9和 z10的齿数， 先求其齿数和: z （3-8） 其中 a =77mm、m =3；故有。 4 . 51 z 当轿车中间轴式变速器时，则

56、9 . 35 . 3 gi i ，此处取=16，则可得出=35。范围内选择可在1715 10 z 10 z 9 z 上面根据初选的a及m计算出的可能不是整数，将其调整为整数 z 后，从式（2-8）看出中心距有了变化，这时应从及齿轮变位系数反 z 过来计算中心距a，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。 这里修正为51，则根据式（2-8）反推出a=76.5mm。 z 3.2.23.2.2 确定常啮合齿轮副的齿数确定常啮合齿轮副的齿数 由式（3-7）求出常啮合齿轮的传动比 （3-9） 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 34 76. 1 1 2 z z cos2 )( 21 zzm a

57、n n m a zz cos2 21 91 . 3 gi i 8 7 1 2 z z z z ig 425 . 1 8 7 z z n m a z cos2 55 . 2 g i 由已经数据可确定 而常啮合齿轮的中心距与一档齿轮的中心距相等 （3-10） 由此可得： (3-11) 而根据已求得的数据可计算出： 。 53 21 zz 与联立可得：=19、=34。 1 z 2 z 则根据式（3-7）可计算出一档实际传动比为： 。 3.2.33.2.3 确定其他档位的齿数确定其他档位的齿数 二档传动比 （3-12） 而 ，故有： 对于斜齿轮 （3-13） 故有： 53 87 zz 某某大学本科毕业论

58、文某某大学本科毕业论文 35 1 2 12 13 13 11 z z z z z z igr )( 2 1 1312 zzmn )( 2 1 1311 zza 联立得：。2231 87 zz、 按同样的方法可分别计算出：三档齿轮 ；四档齿2726 65 zz、 轮 。3716 43 zz、 3.2.43.2.4 确定倒档齿轮的齿数确定倒档齿轮的齿数 一般情况下，倒档传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档 传动比取 3.7。中间轴上倒档传动齿轮的齿数比一档主动齿轮=16 gr i 10 z 略小，取。13 12 z 而通常情况下，倒档轴齿轮取 2123，此处取=21。 13 z 13 z 由

59、 （3-14） 可计算出。27 11 z 故可得出中间轴与倒档轴的中心距 a=（3-15) =50mm 而倒档轴与第二轴的中心: (3-16) 某某大学本科毕业论文某某大学本科毕业论文 36 =72.5mm。 3.33.3 齿轮变位系数的选择齿轮变位系数的选择 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相接近的程度。角度变位齿

60、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，又避免了其缺点。当齿数 和多的齿轮副采用标准齿轮传动或高度变位时，则对齿数和少些的齿轮 副应采用正角度变位。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