越野乘用車變速器設(shè)計(jì)-中間軸式五檔變速器【三維零件圖】【9張CAD高清圖紙、文檔所見(jiàn)所得】【YC系列】

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現(xiàn)代科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 越野乘用車變速器設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名：　 王 鑫 指導(dǎo)教師姓名： 張 曉 東 專 業(yè)： 車輛工程10-1 2014年 3 月 29 日 一、課題名稱：越野乘用車變速器設(shè)計(jì) 二、課題研究背景 隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，汽車的各項(xiàng)性能也日臻完善。現(xiàn)代汽車已成為世界各國(guó) 民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中不可缺少的交通工具?，F(xiàn)代汽車除了裝有性能優(yōu)良的發(fā)動(dòng)機(jī)外還應(yīng) 該有性能優(yōu)異的傳動(dòng)系與之匹配才能將汽車的性能淋漓盡致的發(fā)揮出來(lái)。因此汽車變速 器的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 控制技術(shù)和電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，使得自動(dòng)變速器得到快速發(fā)展。手動(dòng)變速 器向自動(dòng)變速器發(fā)展的趨勢(shì)越發(fā)明顯。新技術(shù)的發(fā)展一方面仍在不斷改善現(xiàn)有變速器 的性能。如自動(dòng)變速器的多段化、電控化及液力變矩器低速區(qū)域的低速化等。另一方 面新軍凸起。雙離合變速器已在市場(chǎng)上得到小范圍應(yīng)用。總體來(lái)看，變速器技術(shù)朝著 兼顧舒適性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方向發(fā)展。 縱觀變速器發(fā)展歷史長(zhǎng)河。我們做一簡(jiǎn)單比較:從1894 年猶如走樓梯的MT 手動(dòng) 變速器批量應(yīng)用，到1908 年AT 自動(dòng)變速器的應(yīng)用。如同乘坐上了自動(dòng)扶梯;1995 年 出現(xiàn)了全新的手自一體變速器，既可以手動(dòng)又可以自動(dòng)操控幾個(gè)固定擋位切換速比。 我們經(jīng)歷了變速器發(fā)展過(guò)程中有擋位的幾個(gè)時(shí)代發(fā)展。直到1997 年CVT 無(wú)級(jí)變速器應(yīng) 運(yùn)而生。從而將變速器的發(fā)展帶入了無(wú)檔位時(shí)代。這種變速器無(wú)齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫加 速，好比乘坐普通升降電梯，成為變速器發(fā)展史的里程碑。隨著2004 年日產(chǎn)研發(fā)的最 新一代的CVT-XTRONIC 面世，就好比是乘坐了高速升降電梯。車輛行駛過(guò)程中，從低 速到高速就如同從商場(chǎng)一樓到五樓。不同的變速器給您帶來(lái)了不同的到達(dá)方式，讓您 體會(huì)到不同的舒適性、操控性和經(jīng)濟(jì)性。 3、 課題研究意義 隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化，個(gè)性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢(shì)。而 變速器設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。它是用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和 轉(zhuǎn)速，因此它的性能影響到汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，在對(duì)汽車性能要求越來(lái)越高 的今天，車輛的舒適性也是評(píng)價(jià)汽車的一個(gè)重要指標(biāo)，而變速器的設(shè)計(jì)如果不合理， 將會(huì)使汽車的舒適性下降，使汽車的運(yùn)行噪聲增大。通過(guò)本題目的設(shè)計(jì)，我們可以綜 合應(yīng)用《汽車構(gòu)造》、《汽車?yán)碚摗?、《汽車設(shè)計(jì)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《液壓傳動(dòng)》等課程的 知識(shí)，達(dá)到綜合運(yùn)用的效果，從而提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 4、 文獻(xiàn)查閱情況 查閱了有關(guān)變速器的文獻(xiàn)，總結(jié)如下： A、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進(jìn)擋數(shù)的不同，有三、四、五和多擋變速器。 根據(jù)軸的形式不同，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式(常配合行星齒輪傳動(dòng))兩類。固定軸式又分 為兩軸式、中間軸式、雙中間軸式和多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機(jī)械式變速器。 與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小、布置方便、中間擋位傳動(dòng)效率高和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋，所以在高擋工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。此外，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設(shè)計(jì)得很大。 B、零部件結(jié)構(gòu)方案分析 ’ 1．齒輪形式 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。 2．換擋機(jī)構(gòu)形式 變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換擋三種形式。 汽車行駛時(shí)各擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動(dòng)直齒齒輪的方式換擋，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨有噪聲。這使齒輪端部磨損加劇并過(guò)早損壞，同時(shí)使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術(shù)(如兩腳離合 器)，使齒輪換擋時(shí)無(wú)沖擊，才能克服上述缺點(diǎn)。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會(huì)影響 行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但除一擋、倒擋外已很少使用。 由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)，所以可用移動(dòng)嚙合套換擋。這 時(shí)。因同時(shí)承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換擋，它們都不會(huì)過(guò)早損 壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性矩增大。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。這是因?yàn)橹匦拓涇嚀跷婚g的公比較小，則換擋機(jī)構(gòu)連接件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋，并且還能降低制造成本及減小變速器長(zhǎng)度。 使用同步器能保證訊速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無(wú)關(guān)，從而提 高汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。 利用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動(dòng)齒輪換擋行程小。在滑動(dòng)齒輪特別寬的情況下，這種差別就更為明顯。為_(kāi)『操縱方便，換人不同擋位的變速桿行程要求盡可能一樣。 3．變速器軸承 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同。 ‘ 汽車變速器結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、采用尺寸大些的軸承受結(jié)構(gòu)限制，常在布置上有困難。 C 、變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 、齒輪的損壞形式 變速器齒輪的損壞形式主要有三種：輪齒折斷，齒面疲勞剝落(點(diǎn)蝕)，移動(dòng)換擋齒輪 端部破壞。 輪齒折斷發(fā)生在兩種情況下：輪齒受到足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒在重復(fù)載荷作用下，齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)得極少，而后者出現(xiàn)得多些。 輪齒工作時(shí)，一對(duì)齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓，這時(shí)存在于齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點(diǎn)，稱之為齒面點(diǎn)蝕。它使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，并可能導(dǎo)致輪齒折斷。 用移動(dòng)齒輪的方法完成換擋的低擋和倒擋齒輪，由于換擋時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪存在角 速度差，換擋瞬間在輪齒端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。 2、輪齒強(qiáng)度計(jì)算 與其它機(jī)械行業(yè)比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車變 速器齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級(jí)別、支承方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒或磨齒精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度為JBl79—83，6級(jí)和7級(jí)。因此，用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算汽車齒輪，同樣可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。 25MnCr5。滲碳齒輪表面硬度為58～63HRC。 3、軸的強(qiáng)度計(jì)算 變速器工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，其軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔愕妮S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞了齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。所以設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)，其剛度大小應(yīng)以保證齒輪能實(shí)現(xiàn)正確的嚙合為前提條件。 D、變速器操縱機(jī)構(gòu) 根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用變速器的操縱機(jī)構(gòu)完成選擋和實(shí)現(xiàn)換擋或退到空 擋。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足如下主要要求：換擋時(shí)只能掛人一個(gè)擋位，換擋后應(yīng)使齒輪在全齒長(zhǎng)上嚙合，防止自動(dòng)脫擋或自動(dòng)掛擋，防止誤掛倒擋，換擋輕便。 用于機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu)，常見(jiàn)的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自 鎖和倒擋鎖裝置等主要件組成，并依靠駕駛員手力完成選擋、換擋或退到空擋工作，稱為手動(dòng)換擋變速器。 1．直接操縱手動(dòng)換擋變速器 當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近，可將變速桿直接安裝在變速器上，并依靠駕駛員手力 和通過(guò)變速桿直接完成換擋功能的手動(dòng)換擋變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，已得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，單軌式操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各擋同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，但它要求各擋換擋行程相等． 軸，各擋同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。 2．遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器 平頭式汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)汽車的變速器，受總體布置限制變速器距駕駛員座位較遠(yuǎn)，這時(shí)需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動(dòng)件，換擋手力經(jīng)過(guò)這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換擋功能。這種手動(dòng)換擋變速器稱為遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換擋變速器 3．電控自動(dòng)換擋變速器 有級(jí)式機(jī)械變速器盡管應(yīng)用廣泛，但是它有換擋工作復(fù)雜、對(duì)駕駛員操作技術(shù)要求高、使駕駛員容易疲勞等缺點(diǎn)。80年代以后，在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板，汽車在行駛過(guò)程中就能自動(dòng)完成換擋時(shí)刻的判斷，接著自動(dòng)實(shí)現(xiàn)收油門、離合器分離、選擋、換擋、離合器接合和回油門等一系列動(dòng)作，使汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性有 所提高，簡(jiǎn)化操縱并減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 E，新技術(shù) 1、 新型機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化 機(jī)械式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器采用連桿(或其他類型)機(jī)構(gòu)組成一個(gè)相，由至少三個(gè)相組成一個(gè)無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)，通過(guò)超越離合器的過(guò)濾作用，濾掉低于某一速度值的轉(zhuǎn)速，輸出符合單向離合器過(guò)濾條件的轉(zhuǎn)速。機(jī)械式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器具有傳動(dòng)可靠、壽命長(zhǎng)、變速范圍大、最低輸出轉(zhuǎn)速可為零、靜止和運(yùn)動(dòng)中均可調(diào)速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造較容易等特點(diǎn)。但這類脈動(dòng)機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器的基本工作機(jī)構(gòu)為多套連桿機(jī)構(gòu)，普遍存在以下缺陷：不平 衡慣性力引起的振動(dòng)大；承載能力和抗沖擊能力相對(duì)較弱；脈動(dòng)度較大；多相結(jié)構(gòu)導(dǎo)致機(jī)械效率降低，磨損加??；整機(jī)效率不高，輸出功率小，不適合用于大功率場(chǎng)合。為克服機(jī)械式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器的缺陷，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作，研究開(kāi)發(fā)了多種類型的新型脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器口。這些變速器距離實(shí)際使用越來(lái)越近。 2、液力自動(dòng)變速器協(xié)同控制的研究 燃油經(jīng)濟(jì)性、低排放和舒適性已經(jīng)成為現(xiàn)代傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。提出模塊化協(xié)同控制軟件架構(gòu)模式，通過(guò)對(duì)液力變矩器、換擋離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行協(xié)同控制，并以失效控制和車載自診斷作為輔助來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋策略。通過(guò)臺(tái)架和整車標(biāo)定測(cè)試，證明了此方法提高了模塊化建模的效率，并通過(guò)標(biāo)定結(jié)果分析得出，應(yīng)用本文所提出的模塊化協(xié)同控制方法，離合器在換擋過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，換擋沖擊小，換擋品質(zhì)得到明顯提升。 3、 轎車自動(dòng)變速器的幾種分類 液力藕合式自動(dòng)變速囂(簡(jiǎn)稱AT變速器)；電控機(jī)械式自動(dòng)變速器{簡(jiǎn)稱AblT變速器)；無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器(簡(jiǎn)稱CVT變速器)；速邏輯思維自動(dòng)變速器；手動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)的自動(dòng)變速器(簡(jiǎn)稱M／AT變速器) 4、汽車手動(dòng)變速器噪聲源識(shí)別 汽車噪聲已經(jīng)成為環(huán)境噪聲污染的主要來(lái)源之一，對(duì)于大中城市尤其如此。汽車噪聲水平是衡量汽車性能的重要指標(biāo)，因此汽車噪聲控制是目前世界汽車工業(yè)的一個(gè)重要課題。變速箱是汽車主要噪聲源之一，在很大程度上影響了汽車的車內(nèi)噪聲和通過(guò)噪聲，因此很有必要對(duì)其進(jìn)行研究并最終達(dá)到減振降噪的目的。變速箱是一個(gè)復(fù)雜的齒輪箱，零件較多，其噪聲成分較復(fù)雜口]。僅僅靠理論分析與仿真計(jì)算很難得到變速器的準(zhǔn)確噪聲特性，為了全面掌握變速器的噪聲變化規(guī)律進(jìn)而對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，需要對(duì)變速器進(jìn)行噪聲測(cè)試，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，來(lái)分析變速器的噪聲特性，這樣得到的規(guī)律更有指導(dǎo)意義。 目前，國(guó)內(nèi)也有學(xué)者對(duì)變速器的振動(dòng)噪聲進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[2]根據(jù)實(shí)車噪聲試驗(yàn)得到車廂聲壓級(jí)組成及變化情況，證明了階次分析方法可用于噪聲源識(shí)別，但沒(méi)有對(duì)變速器噪聲進(jìn)行深入分析，也沒(méi)有得出具體結(jié)論。文獻(xiàn)E3]分析了齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì)，推出齒輪副的嚙合沖擊是變速器嘯叫的主要激勵(lì)源，但該文研究對(duì)象是有故障變速器，針對(duì)激勵(lì)源也沒(méi)有給出相應(yīng)的改進(jìn)措施。筆者介紹變速器噪聲測(cè)試的過(guò)程，進(jìn)而綜合采用頻譜分析，階次分析以及相干分析等方法，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以此來(lái)識(shí)別變速器的主要噪聲源，并提出一些可行性建議來(lái)控制變速器噪聲。分析結(jié)果將用于指導(dǎo)變速器進(jìn)一步的仿真優(yōu)化。 5、輪齒局部缺陷檢測(cè) 在研究齒輪系統(tǒng)中各種齒輪參數(shù)的振動(dòng)響應(yīng)和操作條件時(shí)，齒輪振動(dòng)的動(dòng)態(tài)建 模是一個(gè)非常有用的工具。對(duì)早期的齒輪檢測(cè)提出了一種改進(jìn)理解的振動(dòng)信號(hào)，但還沒(méi)達(dá)到高的可靠性。但是，這項(xiàng)工作的目的是利用一個(gè)6 自由度的齒輪動(dòng)力學(xué)模型對(duì)齒輪輪齒缺陷故障的早期檢測(cè)。該模型包括一對(duì)齒輪副、兩個(gè)軸、兩個(gè)慣性負(fù)載、動(dòng)力傳動(dòng)裝置和軸承。由于齒輪的誤差和變動(dòng)?.該模型被采用時(shí)受到時(shí)變嚙合剛度、阻尼、反彈和勵(lì)磁的影響。模擬信號(hào)顯示的結(jié)果表明?.隨著缺陷尺寸的增加加速度信號(hào)的振幅增加。模擬信號(hào)的波峰因素和峰值隨著缺陷的增加而增加。雖然波峰因素和峰值做同樣的趨勢(shì)，但和波峰因素相比峰值是一個(gè)比較好的指標(biāo)。 F，自動(dòng)變速器的維護(hù)與故障分析 一、自動(dòng)變速器換檔沖擊大故障的排除 (1)故障現(xiàn)象 起步時(shí)，選檔手柄從P或N掛入D或R位時(shí)，汽車振動(dòng)大：行駛中，自動(dòng)變速器升檔瞬間有較明顯的闖動(dòng)。 (2)故障原因 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速過(guò)高；節(jié)氣門拉線或節(jié)氣門位置傳感器調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致主油路油壓高；升檔過(guò)遲；真空式節(jié)-氣1"3閥真空軟管破損；主油路調(diào)壓閥故障，使主油路油壓過(guò)高；減振器活塞卡住，不起減振作用：?jiǎn)蜗蜷y球漏裝，制動(dòng)器或離合器接合過(guò)快；執(zhí)行元件打滑：油 壓電磁閥故障；電控單元故障。 (3)排除方法 檢查發(fā)動(dòng)機(jī)怠速；檢查、調(diào)整節(jié)氣門拉線和節(jié)氣門位置傳感器；檢查真空式節(jié)氣門閥的真空軟管；路試檢查自動(dòng)變速器升檔是否過(guò)遲，升檔之前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否異常升高。檢測(cè)主油路油壓。如果怠速時(shí)主油路油壓高，說(shuō)明主油路調(diào)壓閥或節(jié)氣門閥存在故障：如果怠速油壓正常，而起步；中擊大，說(shuō)明前進(jìn)離合器、倒檔及高檔離合器的進(jìn)油單向閥損壞或漏裝。 檢查換檔時(shí)主油路油壓。正常情況下，換檔時(shí)主油路油壓瞬時(shí)應(yīng)有下降。若無(wú)下降，說(shuō)明減振器活塞卡住，應(yīng)拆檢閥體和減振器。檢查油壓電磁閥的工作是否正常：檢查電控單元在換檔瞬間是否向油壓電磁閥發(fā)出控制信號(hào)。如果電磁閥本身有問(wèn)題則應(yīng)更換；如果線路存在問(wèn)題則應(yīng)修復(fù)。 二、自動(dòng)變速器打滑故障的排除 (1)故障現(xiàn)象 起步時(shí)踩下加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升很快但車速升高緩慢：上坡時(shí)無(wú)力，且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常升高。 (2)故障原因 ATF油油面太低；離合器或制動(dòng)器磨損嚴(yán)重；油泵磨損嚴(yán)重，主油路漏油造成主油路油壓低：?jiǎn)蜗虺诫x合器打滑：離合器或制動(dòng)器密封圈損壞導(dǎo)致漏油；減振器活塞密封圈損壞導(dǎo)致漏油。 (3)排除方法 檢查ATF油油面高度和油的品質(zhì)。若ATF油變色或有燒焦昧，說(shuō)明離合器或制動(dòng)器的摩擦片燒壞，應(yīng)拆檢自動(dòng)變速器。路試檢查，若所有前進(jìn)檔都打滑，原因出在前進(jìn)離合器。若選檔手柄在D位的2檔打滑，而在S位的2檔不打滑，說(shuō)明2檔單向離合器打滑。若不論在D位、 S位的2檔時(shí)都打滑，則為低檔及倒檔制動(dòng)器打滑。若在3檔時(shí)打滑，原因?yàn)榈箼n及高檔離合器故障。若在超速檔打滑，則為超速制動(dòng)器故障。若在倒檔和高檔時(shí)打滑，則為倒檔和高 檔離合器故障。若在倒檔和l檔打滑，則為低檔及倒檔制動(dòng)器打滑。在前進(jìn)檔或倒檔都打滑，說(shuō)明主油路油壓低。此時(shí)應(yīng)對(duì)油泵和閥體進(jìn)行檢修。若主油路油壓正常，原因可能是離合器或制動(dòng)器摩擦片磨損過(guò)度或燒焦，需要更換摩擦片。 三、自動(dòng)變速器升檔緩慢故障的排除 （1）故障現(xiàn)象 汽車行駛中，升檔車速較高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也偏高；升檔前必須松開(kāi)加速踏板才能使自動(dòng)變速器升入高檔。 (2)故障原因 節(jié)氣門拉線或節(jié)氣門位置傳感器調(diào)整不當(dāng)：調(diào)速器存在故障：輸出軸上調(diào)速器進(jìn)出油孔的密封圈損壞；真空式節(jié)氣門閥推桿調(diào)整不當(dāng)：真空式節(jié)氣門閥的真空軟管或真空膜片漏氣；主油路油壓或節(jié)氣門油壓太高；強(qiáng)制降檔開(kāi)關(guān)短路；傳感器故障。 (3)排除方法 電控自動(dòng)變速器應(yīng)首先進(jìn)行故障自診斷。然后檢查、調(diào)整節(jié)氣門拉線或節(jié)氣門位置傳感器，測(cè)量節(jié)氣門位置傳感器電阻，如不符合標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更換。采用真空式節(jié)氣門閥的自動(dòng)變速 器，應(yīng)檢查真空軟管是否漏氣。檢查強(qiáng)制降檔開(kāi)關(guān)是否短路。測(cè)量怠速主油路油壓，若油壓太高，應(yīng)通過(guò)節(jié)氣門拉線或節(jié)氣門位置傳感器予以調(diào)整。采用真空式節(jié)氣門閥的自動(dòng)變速器，應(yīng)用減少節(jié)氣門閥推桿長(zhǎng)度的方法進(jìn)行調(diào)整。若以上調(diào)整無(wú)效，應(yīng)拆檢油壓閥或節(jié)氣門閥。測(cè)量調(diào)速器油壓，調(diào)速器油壓應(yīng)隨車速的升高而增大。將不同轉(zhuǎn)速下測(cè)得的調(diào)速器油壓與規(guī)定值比較，若油壓太低，說(shuō)明調(diào)速器存在故障或調(diào)速器油路存在泄漏。此時(shí)應(yīng)拆檢自動(dòng)變速器，檢查調(diào)速器固定螺釘是否松動(dòng)，調(diào)速器油路密封環(huán)是否損壞，閥芯是否卡滯或磨損過(guò)度。如果調(diào)速器油壓正常，升檔緩慢的原因可能是換檔閥工作不良。應(yīng)拆 卸閥體檢查，必要時(shí)更換。 參考文獻(xiàn) ［1］王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. ［2］余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.3 ［3］劉維信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001. ［4］畢洪新.淺談變速器制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).汽車工藝與材料?.2008,(05):53 ［5］伏喜勝?.潘元青.汽車變速器發(fā)展及其對(duì)變速器油的性能要求.石油商技2009,(03) ［6］陳俊,蔡蕾蕾.乘用車變速器家族的發(fā)展.汽車與配件?.2009,(33): 40~42 ［7］相龍洋，左曙光，何呂昌，孟姝，孫慶《基于試驗(yàn)的汽車手動(dòng)變速器噪聲源識(shí)別》2013.6 ［8］梁科《云南交通科技》第16卷第3期 2000.6《轎車自動(dòng)變速器的分類》 ［9］曾文，王玉興，夏紅梅，卿艷梅《中國(guó)機(jī)械工程》第24卷13期2013.7《新型機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化》 ［10］郭偉，王書(shū)翰，徐向陽(yáng)，董鵬，戴振坤《汽車工程》第35卷2期2013《液力自動(dòng)變矩器協(xié)同控制的研究》 ［11］謝計(jì)紅，劉偉濤，余元強(qiáng)《汽車診所》2010.6《自動(dòng)變速器的維護(hù)與故障分析》 ［12］Fioralba Cakoni and Houssem Haddar《Inverse Problems》2013.10.29《Transmission eigenvalues》 ［13］ Nagwa Abd-elhalim, Nabil Hammed, Magdy Abdel-hady,Shawki Abouel-Seoud and Eid S. Mohamed， Helwan University《Dynamic Modeling of Vehicle Gearbox for Early Detection of Localized Tooth Defect》 5、 設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容 1. 查閱機(jī)械式變速器資料，熟悉其結(jié)構(gòu)及工作原理，了解近年來(lái)有關(guān)機(jī)械式變速器的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新工藝，進(jìn)行綜述。 2. 在查閱機(jī)械式變速器資料的基礎(chǔ)上，確定合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)變速器總體結(jié)構(gòu)，繪制裝配圖。 3. 完成第二軸總成的裝配圖及其所有零件圖（不包括同步器）。完成第一軸和中間軸的所有零件圖。 六、設(shè)計(jì)（論文）提交形式 1. 開(kāi)題報(bào)告1份，字?jǐn)?shù)不少于4～5千字 2. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1本，打印，格式符合教務(wù)處要求，字?jǐn)?shù)不少于2萬(wàn)字 3. 裝配圖：制動(dòng)器總成 零件（部件）圖：制動(dòng)器所有零件 總圖量不少于2張A0，其中手工繪圖不少于1/3 零部件三維效果圖至少1張 4. 查閱相關(guān)文獻(xiàn)20篇以上，含2篇以上英文文獻(xiàn)，翻譯其中1篇，不少于5000漢字 5. 查閱相關(guān)專利10項(xiàng)以上，模擬申請(qǐng)專利1項(xiàng) 七、進(jìn)度安排 第四周 查閱變速器相關(guān)資料 第五周 進(jìn)行綜述 第六周 翻譯外文資料完成開(kāi)題報(bào)告 第七周 進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 第八周 進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 第九周 進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 第十周 裝配圖 第十一周 裝配圖 第十二周 完成裝配圖 第十三周 零件圖 第十四周 完成零件圖 第十五周 三維效果圖 第十六周 完成三維效果圖 第十七周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，形成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部文件，準(zhǔn)備答辯。 第十八周 畢業(yè)答辯 八、指導(dǎo)教師意見(jiàn) 簽名： 200 年 月 日 越野乘用車變速器設(shè)計(jì) 摘要 汽車變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，主要作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的矩經(jīng)過(guò)改變后傳遞給主減速器。改變傳動(dòng)比擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍，來(lái)適應(yīng)不同的行駛條件。設(shè)置空檔用來(lái)中斷動(dòng)力傳遞，設(shè)置倒檔，使汽車能夠倒退行駛。 文中闡述越野乘用車的變速器設(shè)計(jì)，是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的變速器作為設(shè)原型，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，自己獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的中間軸式五檔變速器。其中本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)已知參數(shù)進(jìn)行各檔位齒輪參數(shù)的選擇、二軸及中間軸的選擇計(jì)算、軸承的選擇以及各零件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核。 文中對(duì)變速器的主要參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，包括齒輪強(qiáng)度的校核、變速器軸度和剛度的校核、軸承壽命的驗(yàn)算等。計(jì)算結(jié)果表明整體性能滿足要求。 關(guān)鍵詞：變速器；中間軸；傳動(dòng)比；齒輪 I Abstract Auto transmission is the main component of the transmission agent， it’s main effect is to transfer the torque from engine to the primary retarder， and in which process the torque is changed， is to expand the scope and speed to adapt different driving conditions by changing gear ratio. We set up the neutral position to interrupt the power transmission， set up the reverse position， so the vehicle can drive back. This paper elaborates on the transmission design of Light Truck CA1050， Which use the existing production as a design prototype. It have finished an independent design to meet the requirements of the three-axle five positioned transmission， in the condition of given engine output torque and rotate speed.，vehicle maximum speed and highest gradient. In the design， the major content is the choice and determine of every position ratio， the choice of gear parameters， the choice and the calculate of the intermediate axle and the output axle， the choice of bearings， basing on the known parameters. The main parameters of transmission have been checked， including the strength of geares， the transmission shafts’ strength and stiffness ， bearing life. The results show that the whole performance meet the requirement Key words Transmission; Intermediate Axle; Design ;Gear ratio; Gear II 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 變速器概述 1 1.2 變速器的種類 2 1.3 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展方向 3 第2章 傳動(dòng)方案及零部件結(jié)構(gòu)分析 5 2.1 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 5 2.1.1總體結(jié)構(gòu)選定 5 2.1.2 倒檔布置方案 8 2.1.3 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 8 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與計(jì)算 12 3.1 參數(shù)要求 12 3.2 中心距A的確定 12 3.3 外形尺寸的初選 12 3.4 齒輪參數(shù)選擇 13 3.4.1模數(shù) 13 3.4.2壓力角α 14 3.4.3 螺旋角β 14 3.4.4尺寬b 15 3.5 各擋齒輪齒數(shù)分配 15 3.5.1最低檔傳動(dòng)比計(jì)算 16 3.5.2對(duì)中心距A進(jìn)行修正 16 3.5.3 一檔齒輪齒數(shù)的確定 17 3.5.4 二檔齒數(shù)的確定 17 3.5.5 倒檔齒數(shù)的確定 18 第4章 齒輪與軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 4.1 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 19 4.1.1齒輪材料的選擇原則 19 4.1.2各軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 19 4.1.3齒輪強(qiáng)度計(jì)算 20 4.2 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 25 4.2.1 軸的工藝要求 25 4.2.2 初選軸的直徑 25 4.2.3軸最小直徑的確定 26 4.2.4軸的強(qiáng)度計(jì)算 27 4.3.1一軸軸承的選擇與校核 30 4.3.2中間軸軸承的選擇與校核 32 第5章 變速器同步器及操縱機(jī)構(gòu)的選擇 33 5.1 同步器 33 5.1.1同步器工作原理 33 5.1.2慣性同步器 33 5.2 操縱機(jī)構(gòu)的選擇 35 5.2.1概述 35 5.2.2典型操縱換檔機(jī)構(gòu) 35 5.3 變速器殼體的設(shè)計(jì) 36 結(jié) 論 38 致 謝 39 參考文獻(xiàn) 40 II 第1章 緒論 1.1 變速器概述 變速器作為傳遞力和改變汽車車速的主要裝置，現(xiàn)在對(duì)其操縱的方便性和檔位數(shù)方面的要求愈來(lái)愈高。目前，四、五檔特別是五檔的變速器的用量有日漸增加的趨勢(shì)。同時(shí)，六擋變速器的裝車率也在上升。 變速器是用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種路障的不同條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力級(jí)車速不同要求的汽車總成。設(shè)置變速器的目的是在各種行駛狀況下，是汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工作范圍內(nèi)工作。因此它的性能直接影響到汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 我們知道，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下能夠達(dá)到最好的狀態(tài)，此時(shí)發(fā)出的功率你較大，燃油經(jīng)濟(jì)性也比較好。因此，我們希望發(fā)動(dòng)機(jī)總能在其最佳狀態(tài)下工作。但是，汽車在實(shí)際使用中還是需要有不同的速度，這樣就產(chǎn)生了矛盾。這個(gè)矛盾需要通過(guò)變速器來(lái)解決。 變速器的作用用一句話來(lái)概括就是變速變扭，即減速增扭或增速減扭。為什么減速可以增扭，而增速又要減扭呢？在相同情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率是不變的，功率可以表示為N=ωT，其中ω是傳動(dòng)角速度，T是扭矩。當(dāng)N固定的時(shí)候，ω和T是成反比的。所以減速必增扭，反之亦然。汽車變速器的就是根據(jù)變速器變速變扭的原理，分成各個(gè)檔位對(duì)應(yīng)不同的傳動(dòng)比，以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀況。 那么變速器的具體作用是什么？ 1）改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的形式條件、如起步、加速、上坡等，同時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)在最有利的情況下工作； 2）在發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，是汽車能倒退行駛； 3）利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)、怠速，并是變速器便于換擋或進(jìn)行動(dòng)力輸出。必要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。 對(duì)于變速器提出如下基本要求： 1）保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 2）設(shè)置空擋，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳輸 3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛 4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出 5）換擋迅速、省力、方便 6）工作可靠。汽車在行駛過(guò)程中，變速器不得有跳擋、亂檔以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生 7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率 8）變速器的工作噪聲低 此外，變速器還要滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易和維修方便等要求。 1.2 變速器的種類 變速器有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車型所配置的變速器來(lái)看，主要分為：手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、手/自一體變速器（AMT）、無(wú)級(jí)變速器（CVT）。 （1）手動(dòng)變速器(MT) 手動(dòng)變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各檔的變速比是個(gè)定值(也就是所謂的“級(jí)” )。比如，一檔變速比是3.85，二檔是2.55，再到五檔的0.75，這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動(dòng)比，總共只有5個(gè)值(即有5級(jí))，所以說(shuō)它是有級(jí)變速器。 （2）自動(dòng)變速器（AT） 自動(dòng)變速器（AutomaticTransmission），利用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動(dòng)地進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。雖說(shuō)自動(dòng)變速汽車沒(méi)有離合器，但自動(dòng)變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動(dòng)分離或合閉，從而達(dá)到自動(dòng)變速的目的。 （3）手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT） 其實(shí)通過(guò)對(duì)一些車友的了解，他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器，而且在某些時(shí)候也需要自動(dòng)的感覺(jué)。這樣手動(dòng)/自動(dòng)變速器便由此誕生。這種變速器在德國(guó)保時(shí)捷車廠911車型上首先推出，稱為Tiptronic，它可使高性能跑車不必受限于傳統(tǒng)的自動(dòng)檔束縛，讓駕駛者也能享受手動(dòng)換檔的樂(lè)趣。此型車在其檔位上設(shè)有“+”、“-”選擇檔位。在D檔時(shí)，可自由變換降檔(-)或加檔(+)，如同手動(dòng)檔一樣。 （4）無(wú)級(jí)變速器 當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對(duì)于汽車性能的要求是越來(lái)越高的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此，無(wú)級(jí)變速器便是人們追求的“最高境界”。無(wú)級(jí)變速器最早由荷蘭人范?多尼斯（VanDoorne’s）發(fā)明。無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)不像手動(dòng)變速器或自動(dòng)變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個(gè)滑輪和一個(gè)鋼帶來(lái)變速，其傳動(dòng)比可以隨意變化，沒(méi)有換檔的突跳感覺(jué)。它能克服普通自動(dòng)變速器“突然換檔”、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點(diǎn)。通常有些朋友將自動(dòng)變速器稱為無(wú)級(jí)變速器，這是錯(cuò)誤的。雖然它們有著共同點(diǎn)，但是自動(dòng)變速器只有換檔是自動(dòng)的，但它的傳動(dòng)比是有級(jí)的，也就是我們常說(shuō)的檔，一般自動(dòng)變速器有2～7個(gè)檔。而無(wú)級(jí)變速器能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)速比的無(wú)級(jí)變化，并選定幾個(gè)常用的速比作為常用的“檔”。裝配該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可在任何轉(zhuǎn)速下自動(dòng)獲得最合適的傳動(dòng)比。 本次設(shè)計(jì)的變速器為手動(dòng)變速器。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展方向 變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項(xiàng)總要依據(jù)。21世紀(jì)能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動(dòng)了變速器技術(shù)的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外的變速器主要向著自動(dòng)變速器方向發(fā)展，自動(dòng)變速器在實(shí)際中所占的比例越來(lái)越大，目前有一半以上的轎車和部分重型載貨汽車上使用的是自動(dòng)變速器。變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項(xiàng)總要依據(jù)。21世紀(jì)能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動(dòng)了變速器技術(shù)的發(fā)展。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)分為：三檔變速器，四檔變速器，五檔變速器，多檔變速器。 根據(jù)軸的形式分為：固定軸式，旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為：兩軸式變速器，中間軸式變速器，雙中間軸式變速器，多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機(jī)械式變速器。目前自動(dòng)變速器得到廣泛的應(yīng)用。 變速器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向如下： （1）節(jié)能與環(huán)境保護(hù)。變速器的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)既包括傳動(dòng)系本身的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)，也包括發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能與保護(hù)。因此研究高效率的傳動(dòng)副來(lái)節(jié)約能源，采用零污染的工作介質(zhì)或潤(rùn)滑油來(lái)避免環(huán)境污染，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和行駛工況來(lái)設(shè)計(jì)變速器，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)，以保證汽車在最高傳動(dòng)效率和最低污染物排放區(qū)運(yùn)行； （2）應(yīng)用新型材料。材料科學(xué)與技術(shù)是21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。各種新型材料在變速器中的應(yīng)用已經(jīng)推動(dòng)了汽車技術(shù)的發(fā)展和性能的提高。 （3）高性能、低成本、微型化。高性能、高效、精密、低噪聲、長(zhǎng)壽命、重量輕、體積小、低成本一直以來(lái)是變速器的發(fā)展方向； （4）智能化、集成化。變速器智能化、集成化是信息、電子集成技術(shù)和控制技術(shù)與變速器技術(shù)的結(jié)合。其特點(diǎn)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和汽車的行駛工況，通過(guò)計(jì)算機(jī)智能控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器傳動(dòng)比的實(shí)時(shí)控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)。將變速器智能化，并且普及到大眾化的汽車上。這樣的汽車可以依據(jù)駕車者的性情、路面的狀況、車身的負(fù)荷乃至周邊環(huán)境等多種因素，挑選最適合的功能，實(shí)現(xiàn)智能化駕駛，以充分發(fā)揮車輛的性能，降低油耗，確保安全。變速器的發(fā)展使汽車好像有了人的智慧它根據(jù)外界路面的變化，經(jīng)過(guò)計(jì)算，代替人作出準(zhǔn)確聰明的決斷。 隨著科技的發(fā)展和汽車工業(yè)的不斷向前進(jìn)步，汽車自動(dòng)變速器會(huì)越來(lái)越多的得到使用。 第2章 傳動(dòng)方案及零部件結(jié)構(gòu)分析 變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有倒檔，使汽車獲得倒退行駛能力。變速器設(shè)有空檔，可在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、汽車滑行或停車時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力停止向驅(qū)動(dòng)輪工作。 2.1 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 2.1.1總體結(jié)構(gòu)選定 （1）兩軸式變速器 固定軸式變速器中的兩軸式和中間軸式變速器得到廣泛應(yīng)用。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車上。 與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外，各中間擋位因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，故傳動(dòng)效率高同時(shí)燥聲也低。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋，所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作燥聲增大，容易損壞，還有，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器與一擋速比不可能設(shè)計(jì)的很大。對(duì)于前進(jìn)擋，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反;而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。 圖2-1 兩軸式變速器的傳動(dòng)方案 圖2-1示出用在發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車的兩軸式變速器傳動(dòng)方案，其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器采用弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則采用圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其他擋位均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖2－1f中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并且用同步器換檔；同步器多數(shù)用在輸出軸上，這是因?yàn)橐粨踔鲃?dòng)齒輪尺寸小，同步器裝在輸入軸上有困難，而高擋的同步器可以裝在輸入軸后端，如圖2－1d，e所示；圖2－1d所示方案有輔助支撐，用來(lái)提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲。圖2－1f所示方案為五擋全同步器式變速器，以此為基礎(chǔ)，只要將五擋齒輪用尺寸相當(dāng)?shù)母籼滋娲纯筛淖優(yōu)樗膿踝兯倨?，從而形成一個(gè)系列產(chǎn)品。 （2）中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支撐在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，第一軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤(pán)，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。 圖分別示出了幾種中間軸式變速器的傳動(dòng)方案。各種傳動(dòng)方案的共同特點(diǎn)是:變速器的第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸支撐在第一軸的后端的孔內(nèi)，并且保持兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接擋。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá)到90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訐醯睦寐室哂谄渌鼡跷?，因而提高了變速器的使用壽?在其它前進(jìn)擋位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對(duì)齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動(dòng)比;檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，多數(shù)傳動(dòng)方案中除一擋以外的其它擋位的換檔機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或嚙合套換擋，還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在除直接擋以外的其它擋位工作時(shí)，中間軸式變速器的 傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。 在擋數(shù)相同的情況下，中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)，軸的支撐方式，換擋方式和倒擋傳動(dòng)方案以及擋位布置順序上有差別。 圖2-2 中間軸式四檔變速器 如圖2-2中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別為：圖2-2a、b所示方案有四對(duì)常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔。第二軸為三點(diǎn)支承，前端支承在第一軸的末端孔內(nèi)，軸的中部和后端分別支承在變速器殼體和附加殼體上。圖2-2a所示的傳動(dòng)方案又能達(dá)到提高中間軸和第二軸剛度的目的；以上各方案中，凡采用嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來(lái)實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的擋位用用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的承用車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，將第二軸加長(zhǎng)置于附加殼體內(nèi)，如果在附加殼體內(nèi)布置倒擋傳動(dòng)齒輪和換擋機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸及提高中間軸和輸出軸的剛度。 本次設(shè)計(jì)的變速器結(jié)構(gòu)如下圖： 第二軸齒輪15和16分別與3和5常嚙合。由于斜齒輪具有運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低，壽命長(zhǎng)的突出優(yōu)點(diǎn)，因而這四個(gè)齒輪都使用斜齒輪。5與第二軸（20）之間滑動(dòng)軸承連接，因而在圖示狀態(tài)并不能傳輸動(dòng)力。 在一檔時(shí)，滑動(dòng)直齒輪6滑至A位置，與一檔齒輪13嚙合。動(dòng)力由此傳出。 在二檔時(shí)，結(jié)合套4由b移至c，使二檔接合齒圈與齒轂結(jié)合，從而帶動(dòng)二軸輸出動(dòng)力。 在三檔時(shí)，結(jié)合套4由b移至a，使一軸直接與二軸結(jié)合，直接將動(dòng)力輸出，此時(shí)又叫中間檔。 在倒檔時(shí)，滑動(dòng)直齒輪6移至c位置，與倒檔中間齒輪嚙合，中間軸倒檔齒輪就通過(guò)倒檔中間齒輪將動(dòng)力傳給滑動(dòng)直齒輪，并且改變了轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，將動(dòng)力輸出。 2.1.2 倒檔布置方案 圖2.1為常見(jiàn)的倒檔布置方案。圖2.1b方案的優(yōu)點(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難。圖2.1c方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖2.1d方案對(duì)2.1c的缺點(diǎn)做了修改。圖2.1e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖2.1f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，檔換更為輕便。為了縮短變速器軸向長(zhǎng)度，倒檔傳動(dòng)采用圖2.1g所示方案。缺點(diǎn)是一、倒檔各用一根變速器撥叉軸，使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。 本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際車型，在給定的任務(wù)書(shū)中已經(jīng)確定是中間軸式變速器，全部齒輪為常嚙合齒輪，所以綜合考慮，本身設(shè)計(jì)選擇圖2.1（b）形式進(jìn)行設(shè)計(jì) 圖2.1 倒檔布置方案 2.1.3 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 （1）齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。直齒圓柱齒輪僅用于一檔和倒檔。與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)倒擋選用直齒輪，其他擋選用斜齒輪。 （2）換擋機(jī)構(gòu) 變速器換檔機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。 采用軸向滑動(dòng)直齒齒輪換檔，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，齒輪端部磨損加劇并過(guò)早損壞，并伴隨著噪聲。因此，除一檔、倒檔外已很少使用。 常嚙合齒輪可用移動(dòng)嚙合套換檔。因承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，嚙合套不會(huì)過(guò)早被損壞，但不能消除換檔沖擊。目前這種換檔方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。 使用同步器能保證換擋迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲，而與操作技術(shù)的熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換擋，其換檔行程要比滑動(dòng)齒輪換擋行程小。 通過(guò)比較本設(shè)計(jì)所有擋選用同步器換檔。 （3）典型的操縱機(jī)構(gòu)及其互鎖裝置 圖2.5為典型的操縱機(jī)構(gòu)圖 定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上，并防止自動(dòng)嚙合和分離，一般采用彈簧和鋼球式機(jī)構(gòu)。 互鎖裝置是保證移動(dòng)某一變速叉軸時(shí)，其他變速叉軸互被鎖住，下面介紹幾種常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)： （a）互鎖銷式 圖2.7是汽車上用得最廣泛的一種機(jī)構(gòu)，互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間，用銷子的長(zhǎng)度和凹槽來(lái)保證互鎖。 圖2.6，a為空檔位置，此時(shí)任一叉軸可自由移動(dòng)。圖2.6，b，c，d為某一叉軸在工作位置，而其他叉軸被鎖住。 圖2.6 互鎖銷式工作原理 （b）擺動(dòng)鎖塊式 圖2.7為擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu)工作示意圖，鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上，并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi)，此時(shí)，鎖塊的一個(gè)或兩個(gè)突起部分A檔住其他兩個(gè)變速叉軸槽，保證換檔時(shí)不能同時(shí)掛入兩檔。 （c）轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式 圖2.9為與上述鎖塊機(jī)構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖裝置。操縱桿撥頭置于鉗口中，鉗形板可繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。選檔時(shí)操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi)，此時(shí)鉗形板的一個(gè)或兩個(gè)鉗爪抓住其它兩個(gè)變速叉，保證互鎖作用。上海SH-130型載重汽車的變速器互鎖機(jī)構(gòu)就采用這種型式。 圖2.7 擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu) 圖2.8 轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖機(jī)構(gòu) 上述操縱機(jī)構(gòu)用于長(zhǎng)頭駕駛室時(shí)期車上，為操縱桿由駕駛一室底板伸出的直接操縱機(jī)構(gòu)。 對(duì)于平頭駕駛室汽車，輕型載重汽車或小客車所采用的遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)（操縱桿在方向盤(pán)下），要加上一套聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛性，并保證各連接件在靈活轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，其間隙不能過(guò)大，否則會(huì)使換檔手感不明顯。 為改善操縱輕便性，在小客車或重型載重汽車上的采用電磁、電力和液力控制，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜并需要?dú)庠椿蛞簤涸矗谳d重汽車上一般很少采用。 本次設(shè)計(jì)采用互鎖銷式互鎖裝置。 （4）變速器軸承的選擇 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承等。 第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)，可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承以及中間軸前、后軸承，按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。 滾針軸承、滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)中間軸選用圓錐滾子軸承，二軸左端采用滾針軸承，二軸右側(cè)用圓錐滾子軸承，一軸用球軸承。 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇與計(jì)算 3.1 參數(shù)要求 本次設(shè)計(jì)是在已知發(fā)的機(jī)參數(shù)和變速器傳動(dòng)比的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示。 表3.1主要技術(shù)參數(shù)要求 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 數(shù) 值 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 55 kW /3800 rpm 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 172N · m / 2200 rpm 變速器參數(shù) 數(shù) 值 一擋傳動(dòng)比 3.115 二擋傳動(dòng)比 1.772 三擋傳動(dòng)比 1 倒擋傳動(dòng)比 3.738 3.2 中心距A的確定 由于變速器為中間軸式變速器，初選中心距可根據(jù)以下的經(jīng)驗(yàn)公式（3.5）計(jì)算[7] 。 （3.5） 式中： ——變速器中心距（mm）； ——中心距系數(shù)，=8.6-9.6； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距=172（N.m）； ——變速器一檔傳動(dòng)比為3.115； ——變速器傳動(dòng)效率，取96%。 將各參數(shù)代入式（3.4）得到： （8.6~9.6）=（8.6~9.6）8.01=68.9~76.9mm 貨車的變速器中心距在68.9～76.9mm范圍內(nèi)變化，初取A=70mm。 3.3 外形尺寸的初選 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間（過(guò)渡）齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。 影響變速器的殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。 變速器殼體的軸向尺寸可參考表3.2數(shù)據(jù)選用： 表3.2 變速器殼體的軸向尺寸 三檔 （2.0～2.2） 四檔 （2.2～2.7） 五檔 （2.7～3.0） 六檔 （3.2～3.5） 為了減小變速器的尺寸，取外形尺寸初選為2.2A=154mm。 3.4 齒輪參數(shù)選擇 3.4.1模數(shù) 齒輪模數(shù)選取的一般原則： （1）為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬； （2）為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬； （3）從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)； （4）從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 對(duì)于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些。 對(duì)于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。所選模數(shù)值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 變速器齒輪模數(shù)范圍大致表3.3： 表3.3 變速器齒輪的法向模數(shù) 微型、普通級(jí)轎車 中級(jí)轎車 中型貨車 重型貨車 2.25～2.75 2.75～3.00 3.5～4.5 4.5～6.0 選用時(shí)，優(yōu)先選用第一系列，括號(hào)內(nèi)的盡量不要用，表3.4為國(guó)標(biāo)GB/T1357—1987，可參考表3.4進(jìn)行變速器模數(shù)的選擇。 表3.4 變速器常用的齒輪模數(shù) 第一系列 1 1.25 1.5 — 2.00 — 2.50 — 3.00 —— — 第二系列 — — — 1.75 — 2.25 — 2.75 — （3.25） 3.5 表中數(shù)據(jù)摘自（GB/T1357——1987） 綜合考慮文中設(shè)計(jì)由于是越野乘用車，變速器滑動(dòng)直齒輪及倒檔模數(shù)取3.0mm；其他各檔為2.75mm。 3.4.2壓力角α 壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。 對(duì)于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。對(duì)貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力角。 國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以普遍采用的壓力角為20°。嚙合套或同步器的壓力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。 本變速器是采取了《重要輕型汽車變速器的新技術(shù)》主要內(nèi)容是，在保證齒輪的強(qiáng)度要求之下，盡量將模數(shù)減小。這樣就明顯提高了齒輪的重合度，從而減小了沖擊載荷和噪聲。 3.4.3 螺旋角β 齒輪的螺旋角對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。 試驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于30°時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角；而從提高高檔位齒輪的接觸強(qiáng)度來(lái)著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角值。 斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡。如圖3.1所示： 圖3.1 中間軸軸向力的平衡 欲使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡，須滿足下述條件： （3.6） （3.7） 為使兩軸向力平衡，必須滿足： （3.8） 式中： ——作用在中間軸承齒輪1、2上的軸向力； ——作用在中間軸上齒輪1、2上的圓周力； ——齒輪1、2的節(jié)圓半徑； T——中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。 貨車變速器的螺旋角為：18°～26°，一檔齒輪的螺旋角取下限 3.4.4尺寬b 齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度等均有影響。 選用較小的齒寬可以縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量。但齒寬減少使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，齒輪的工作應(yīng)力增加。 選用較大的齒寬，工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)m（）的大小來(lái)選定齒寬b， 式中： ——齒寬系數(shù)，斜齒為6.0～8.5。 3.5 各擋齒輪齒數(shù)分配 在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。變速器的傳動(dòng)及各部件如圖3.2所示： 圖3.2 越野乘用車變速器傳動(dòng)示意圖 3.5.1最低檔傳動(dòng)比計(jì)算 在一檔時(shí)，滑動(dòng)直齒輪6滑至A位置，與一檔齒輪13嚙合。動(dòng)力由此傳出。 一檔傳動(dòng)比為： 如果一檔齒數(shù)確定了，則常嚙合齒輪的傳動(dòng)比可求出，為了求一檔的齒數(shù)，要先求其齒輪和， ——一檔齒數(shù)和，直齒 斜齒 （3.9） 中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)，還受中間軸軸向尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時(shí)，對(duì)軸上的尺寸及齒輪齒數(shù)要統(tǒng)一考慮。轎車可在12～17之間選取，本設(shè)計(jì)取=15，初選，， 代入公式（3.6）得到： 取整得44，則。 3.5.2對(duì)中心距A進(jìn)行修正 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整使中心距有了變化，所以要根據(jù)取定的齒數(shù)和和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距A，再以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 （3.10） 將各已知條件代入式（3.10）得到： mm，取整為70.5mm。 3.5.3 一檔齒輪齒數(shù)的確定 （3.11） 而常嚙合齒輪的中心距與一檔相等，即： （3.12） 已知各參數(shù)如下： 代入式（3.12）得到： 取整： ， 3.5.4 二檔齒數(shù)的確定 在二檔時(shí)，結(jié)合套4由b移至c，使二檔接合齒圈與齒轂結(jié)合，從而帶動(dòng)二軸輸出動(dòng)力。 已知： 由式子： （3.13） （3.14） （3.15） 此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式： （3.16） 聯(lián)解上述（3.13），（3.14），（3.15）三個(gè)方程式，可采用比較方便的試湊法。解得結(jié)果如下： ， 3.5.5 倒檔齒數(shù)的確定 初選之間，小于取為15， 中間軸與倒檔軸之間的距離的確定： 為保證倒擋齒輪在嚙合不發(fā)生干涉，齒輪9和齒輪頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙。則齒輪11的齒頂圓直徑De11為： De11=53mm Z11=17.67 取整為Z11=18 二軸與倒檔軸之間的距離確定： mm 第4章 齒輪與軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器齒輪的損壞形式主要有輪齒折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、移動(dòng)換檔齒輪端部破壞及齒面膠合等。為防止齒輪損壞需要對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核。 4.1.1齒輪材料的選擇原則 1、滿足工作條件的要求 不同的工作條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。 2、合理選擇材料配對(duì) 如對(duì)硬度≤350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料。 3、考慮加工、工藝及熱處理工藝 常嚙合齒輪因其傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，并且一直參與傳動(dòng)，所以磨損較大，應(yīng)選用硬齒面齒輪組合，小齒輪用20GrMnTi材料滲碳后淬火，硬度為58～62HRC。大齒輪用40Gr調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為48～55HRC。一檔傳動(dòng)比大，齒輪所受沖擊載荷作用也大，所以抗彎強(qiáng)度要求比較高。一檔小齒輪用20GrMNTi滲碳后淬火，硬度為56～62HRC，大齒輪40Gr調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為46～55HRC；其余各檔小齒輪均采用40Gr調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為48～55HRC，大齒輪用45鋼調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為40～50HRC。 4.1.2各軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 一軸轉(zhuǎn)距 中間軸轉(zhuǎn)矩 二軸各檔轉(zhuǎn)距： 一檔齒輪N·m； 二檔齒輪N·m； 三檔齒輪N·m； 倒檔軸： 二軸倒檔齒輪： 4.1.3齒輪強(qiáng)度計(jì)算 1、 斜齒齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （4.1） 式中： ——圓周力（N），； ——計(jì)算載荷（N·mm）； ——節(jié)圓直徑（mm）； ——法向模數(shù)（mm）;為斜齒輪螺旋角； ——應(yīng)力集中系數(shù)，； ——齒面寬（mm）； ——法向齒距，； ——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在齒形系數(shù)圖（圖4.1）中查得； ——重合度影響系數(shù)， 將上述有關(guān)參數(shù)代入（4.1），整理得到： （4.2） 圖4.1 齒型系數(shù)圖 當(dāng)計(jì)算載荷取作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，倒檔直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400～850MPa，貨車可取下限，承受雙向交變載荷作用的倒檔齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。斜齒輪對(duì)貨車為100～200MPa。 （1）一檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核 已知參數(shù)： N·m，N·m 查齒形系數(shù)圖4.1得：； 代入公式（4.2）得： MPa MPa 對(duì)于貨車當(dāng)計(jì)算載荷取變速器第一軸最大轉(zhuǎn)距時(shí)，其許用應(yīng)力應(yīng)該小于250Mpa，，均小于250Mpa，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 （2）常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪彎曲強(qiáng)度校核方法與一檔齒輪相同其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.1： 表4.1各檔齒輪的彎曲強(qiáng)度校核 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 彎曲應(yīng)力MPa 218.58 198.71 232.1 233.48 221.90 222.00 各齒輪的彎曲應(yīng)力均小于250MPa，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 2、倒檔齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （4.3） 式中： ——彎曲應(yīng)力； ——應(yīng)力集中系數(shù)，為1.5； ——計(jì)算載荷（N·mm）； ——節(jié)圓直徑（mm）； ——摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪為1.1，從動(dòng)齒輪為0.9； ——齒寬（mm）； ——端面齒數(shù)（mm），，為模數(shù)； ——齒形系數(shù)； 查齒形系數(shù)圖4.1得：； 代入公式（4.3）得： MPa 當(dāng)計(jì)算載荷取作用在變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)距時(shí)，倒檔直齒輪的許用彎曲應(yīng)力在400-850之間，在許用范圍內(nèi)，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 3、斜齒齒輪輪齒接觸應(yīng)力 （4.4） 式中： ——輪齒接觸應(yīng)力（MPa）； F ——齒面上的法向力（N），； F1 ——圓周力（N），； ——計(jì)算載荷（N·mm）； ——節(jié)圓直徑（mm）； ——節(jié)點(diǎn)處壓力角； ——齒輪螺旋角； E ——齒輪材料的彈性模量（MPa）； ——齒輪接觸的實(shí)際寬度（mm）； ——主從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪； ——主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（mm）。 將作用在變速器第一軸上的載荷作為作用載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)下表4.2 ： 表4.2 變速器的許用接觸應(yīng)力 齒輪 MPa 滲碳齒輪 液體滲氮共滲齒輪 一檔和倒檔 1900——2000 950——1000 常嚙合齒輪和高檔 1300——1400 650——700 （1） 一檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知條件： ， N·mm，N·mm N， N mm 將已知數(shù)據(jù)代入公式（4.4）得： ，均小于1900 MPa，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 （2）常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核 常嚙合齒輪、二檔齒輪、三檔齒輪、四檔齒輪接觸應(yīng)力校核的方法同上，校核計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.3： 表4.3各齒輪的接觸應(yīng)力 常嚙合齒輪 二檔齒輪 三檔齒輪 接觸應(yīng)力（MPa） 894.05 894.05 1073.67 1072.13 983.55 999.785 各齒輪的接觸應(yīng)力均小于1300——1400 MPa，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 4、直齒倒檔齒輪接觸應(yīng)力校核 已知條件： N·m 將已知數(shù)據(jù)代入公式（4.4）得到： N N N MPaMPaMPa ，，均小于1900 MPa，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 4.2 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 變速器的軸是變速器傳遞扭距的主要部件，它的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度直接影響變速器的使用壽命，變速器在工作時(shí)，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力的作用，變速器的軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。要求變速器的軸應(yīng)該有足夠強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度。因?yàn)閯偠炔蛔爿S會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)果破壞了齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲等均有不利影響。因此在設(shè)計(jì)變速器軸時(shí)，其剛度的大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。設(shè)計(jì)階段可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和已知條件先確定軸的直徑，然后根據(jù)公式進(jìn)行有關(guān)剛度和強(qiáng)度方面的驗(yàn)算。 4.2.1 軸的工藝要求 第二軸上的軸頸常常用做滾針的滾道，要求有相當(dāng)高的硬度和表面粗糙度，硬度應(yīng)在HRC58～63，表面光粗糙度不能過(guò)低。 對(duì)于采用高頻或滲碳鋼的軸，螺紋部分不應(yīng)淬硬，以免產(chǎn)生裂紋。 對(duì)于階梯軸來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證工藝簡(jiǎn)單，階梯應(yīng)盡可能少。 本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)綜合考慮中間軸選用齒輪軸，材料與齒輪一樣為20CrMnTi。 4.2.2 初選軸的直徑 在已知中間軸式變速器中心距A時(shí)，第二軸和中間軸中部直徑d為0.45A，軸的最大直徑d和支承間距離的比值：對(duì)中間軸，對(duì)第二軸，。第一軸花鍵部分直徑d可按下式初選： （4.5） 式中： K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)K=4.0-4.6； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距（N·mm）。 第二軸和中間軸中部直徑=0.45mm 的取值： 中間軸長(zhǎng)度初選： mm mm 第二軸長(zhǎng)度初選： mm mm 第一軸長(zhǎng)度初選： mm mm mm mm 取150mm。 4.2.3軸最小直徑的確定 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，這種方法是根據(jù)軸所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算，對(duì)實(shí)心軸，其強(qiáng)度條件為： （4.6） ——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩N·mm，=172N·m； ——軸的抗扭截面模量(mm3)； ——軸傳遞的功率（kw），=55kw； ——軸的轉(zhuǎn)速，=3800； ——軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（MPa），見(jiàn)4.3表： 表4.3 軸常用集中材料的及A值 軸的材料 Q235-A，20 Q237，35 （1C，18Ni9Ti） 45 40Cr，35SiMn，38SiMnMo， 3Cr12，20CrMnTi /MPa 15-25 20-35 25-45 35-55 A 149-126 135-112 126-103 112-97 由式4.5得到軸直徑的計(jì)算公式： （4.7） 對(duì)中間軸為合金鋼則A查表得為100；P為55kw；。 代入式（4.7）得取為25mm。 二軸為查表得為110；P為55kw；代入式（4.6）得mm取為25mm。 4.2.4軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的受力如圖4.2所示： 圖4.2變速器受力圖 1、 軸的撓度驗(yàn)算 軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按《材料力學(xué)》的有關(guān)公式計(jì)算。計(jì)算時(shí)，僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點(diǎn)近，負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如圖4-3 所示時(shí)，若軸在垂直面內(nèi)撓度為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為δ，可分別用下式計(jì)算： （4.8） （4.9） （4.10） 式中： ——齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）； ——齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）； ——彈性模量（MPa），=2.1×105 MPa； ——慣性矩（mm4），對(duì)于實(shí)心軸，； ——軸的直徑（mm），花鍵處按平均直徑計(jì)算；、為齒輪上的作用 力距支座A、B的距離（mm）； ——支座間的距離（mm）。 軸的全撓度為 軸在垂直面和水平面內(nèi)撓度的允許值為=0.05～0.10mm，=0.10～0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)0.002rad。 與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪，常通過(guò)青銅襯套或滾針軸承裝在軸上，也有的省去襯套或滾針軸承裝在軸上，這就能增大軸的直徑，因而使軸的剛度增加。第二軸軸上受力分析如圖4.5所示。 圖4.5變速器的撓度和轉(zhuǎn)角 （1） 變速器在一檔工作時(shí)二軸和中間軸的剛度 第一軸軸上受力分析如圖4.5所示。 N N N 中間軸軸上受力分析如圖4.5所示。 N N N N N N N N N 二軸軸剛度校核： 將各已知參數(shù)代入公式（4.8）得到： N，mm，mm，mm，mm 各已知參數(shù)代入公式（4.9），（4.10）得到： mm mm rad 所以變速器二軸在一檔工作時(shí)滿足剛度要求。 同理：變速器在一檔時(shí)中間軸符合剛度要求 變速器二軸在二檔工作時(shí)滿足剛度要求。 變速器在二檔時(shí)中間軸符合剛度要求。 變速器二軸在三檔工作時(shí)滿足剛度要求。 變速器在三檔時(shí)中間軸符合剛度要求。 4.3 軸承的選擇與校核 軸承的使用壽命可按汽車以平均速度行駛至大修前的總行駛里程S來(lái)計(jì)算，對(duì)于汽車軸承壽命的要求是轎車30萬(wàn)公里，貨車和大客車25萬(wàn)公里。 ，式子中，h 4.3.1一軸軸承的選擇與校核 （1）初選軸承型號(hào)根據(jù)軸承處直徑選擇30205型號(hào)軸承，查得： KN，KN （2）計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P 當(dāng)變速器在一檔工作時(shí)軸承受到的力分別為： N，N，N， 查《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》得到， ，查《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》得到，， 當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算 （4.12） 將各已知參數(shù)代入式（4.12）： 在1.2到1.8之間取，取為1.3， 軸承壽命計(jì)算公式為： （4.13） 將個(gè)已知參數(shù)代入式（4.13）得到： h 對(duì)于汽車軸承壽命的要求是轎車30萬(wàn)公里，貨車和大客車25萬(wàn)公里。 ，式子中，h。 如表4.14所示，變速器各檔位相對(duì)工作使用率為： 表4.14 三檔變速器各檔位相對(duì)工作使用率 車型 檔 位 數(shù) 最高檔 傳動(dòng)比 /% 變速器檔位 貨車 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 5 1 1 3 5 5 <1 1 3 12 所以所選軸承滿足設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)變速器在四檔工作時(shí)軸承受到的力分別為： N，N 查《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》得到， ，查表《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》得到 當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算代入式（4.12）： 在1.2到1.8之間取，取為1.3， 將個(gè)已知參數(shù)代入式（4.13）得到： 對(duì)于汽車軸承壽命的要求是轎車30萬(wàn)公里，貨車和大客車25萬(wàn)公里。本設(shè)計(jì)為貨車，，式子中，h。 =606.08所以軸承符合要求。 4.3.2中間軸軸承的選擇與校核 （1） 初選軸承型號(hào)根據(jù)中間軸裝軸承處軸直徑選擇30207型號(hào)軸承，查得 KN，KN，， 軸承受力為： N，N， N，N 軸承內(nèi)部軸向力為： N，N， 假設(shè)左側(cè)為1，右側(cè)為2， N，N， 所以： N，N 左側(cè)，則 代入式（4.12）得： 在1.2到1.8之間取，取為1.3， 代入式（4.13）得到： h =606.08 所以滿足使用要求。 同理：中間軸右側(cè)和二軸軸承同樣滿足使用要求。 第5章 變速器同步器及操縱機(jī)構(gòu)的選擇 5.1 同步器 同步器是變速器換檔機(jī)構(gòu)的主要部件，能保證汽車穩(wěn)定換檔，防止齒輪的撞擊損壞。同步器有常壓式、慣性式和增力式三種?，F(xiàn)在得到最廣泛的是慣性式同步器。 5.1.1同步器工作原理 目前所有的同步器幾乎都是摩擦同步器，它的工作原理是使工作表面產(chǎn)生摩擦力矩，以克服被嚙合零件的慣性力矩，使之在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到同步狀態(tài)。 同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但有不能保嚙