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1、5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) I 本 科 畢 業(yè) 設(shè)計(jì) 題目 5+1 轎車(chē)手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 機(jī)制 指導(dǎo)教師： 二 O 一二年 五 月 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) II 轎車(chē)變速箱設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)用于轎車(chē)上的 FR 式的手動(dòng)變速器。本設(shè)計(jì)采用中 間軸式變速器，該變速器具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是其直接檔的傳動(dòng)效率高，磨 損及噪聲也最?。欢窃邶X輪中心距較小的情況下仍然可以獲得較大的一檔傳動(dòng) 比。 根據(jù)轎車(chē)的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車(chē)輛重量、 滿(mǎn)載重量以及最高車(chē)速等參

2、數(shù)結(jié)合自己選擇的適合于該轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)可以得 出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)。再結(jié)合某些轎車(chē)的基本參 數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比。根據(jù)上述參數(shù)，再結(jié)合汽車(chē)設(shè)計(jì)、汽車(chē)?yán)碚?、機(jī)械設(shè) 計(jì)等相關(guān)知識(shí)，計(jì)算出相關(guān)的變速器參數(shù)并論證設(shè)計(jì)的合理性。 它功用是：改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常 變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作； 在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車(chē)能倒退行駛；利用空檔，中斷動(dòng)力 傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于發(fā)動(dòng)機(jī)換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。這臺(tái)變 速器具有五個(gè)前進(jìn)檔（包括一個(gè)超速檔五檔）和一個(gè)倒檔，并通過(guò)鎖環(huán)式同步器

3、來(lái)實(shí)現(xiàn)換檔。 關(guān)鍵詞：變速器，鎖環(huán)式同步器，傳動(dòng)比，中間軸，第二軸，齒輪 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) III THE DESIGN OF SALOON GEARBOX ABSTRACT The duty of this design is to design a FR type manual transmission used in the saloon,Its the countershaft-type transmission gearbox.This transmission has two prominent merits: Firstly,the transmission ef

4、ficiency of the direct drive keeps off high, the attrition and the noise are also slightest;Secondly ,its allowed to obtain in the biger gear ratio of the first gear when the center distance is smaller. According to the contour,track，wheel base，the smallest ground clearance,the smallest turning radi

5、um,the vehicles weight, the all-up weight as well as the highest speed and so on, union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power,the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon,choose the suitable final driv

6、e ratio.According to the above parameters,combining the knowledge of automobile design, automobile theory, machine design and so on, calculate the correlated parameters of the gearbox and proof the rationality of the design. Its function is:Changing gear ratio,expanding the torque of the driving whe

7、el and the range of the rotational speed,to adapt the travel condition which frequently changes, like start, acceleration, climbing and so on, simultaneously causes the engine to work under the advantageous operating mode;Under the premise of the invariable rotation, enables the automobile to travel

8、 back;Using neutral, severances the power transmission, to make the engine start, idle, and is advantageous for the engine to shift gears or to carry on the dynamic output. This gearbox has five (including over drivefifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to rea

9、lize shift gears. KEY WORDS：transmission, inertial type of synchronizer,gear ratio, countershaft,second axis, gear 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) IV 目 錄 符號(hào)說(shuō)明. 1 前言. 3 第一章 機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定. 6 1.1 變速器的功用和要求. 6 1.2 變速器結(jié)構(gòu)方案的確定. 6 1.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析. 12 第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì). 15 2.1 變速器主要參數(shù)的選擇. 15 2.2 各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定.

10、 19 2.3 齒輪變位系數(shù)的選擇. 21 第三章 變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇. 22 3.1 齒輪的損壞原因及形式. 22 3.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核. 22 第四章 變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核. 25 4.1 變速器軸的結(jié)構(gòu)和尺寸. 25 4.2 軸的校核. 27 第五章 變速器同步器的設(shè)計(jì). 30 第六章 變速器的操縱機(jī)構(gòu). 33 結(jié)論.34 參考文獻(xiàn).35 致謝.36 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) V 前 言 現(xiàn)在，每當(dāng)人們觀看 F1 大賽，總會(huì)被那種極速的感覺(jué)所折服。此刻，大家 似乎談?wù)摰米疃嗟木褪前l(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及車(chē)手的駕駛技術(shù)。而且，不忘在自己駕 車(chē)的時(shí)候體會(huì)一下極速感覺(jué)或

11、是在買(mǎi)車(chē)的時(shí)候關(guān)注一下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這似乎成 為了橫量汽車(chē)品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的， 因?yàn)樗莿?dòng)力的締造者。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。 從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車(chē)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） 、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT） 、無(wú)級(jí)變速器（CVT） 。 一、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

12、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。 曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車(chē)高速發(fā)展的步伐，手動(dòng)變 速器會(huì)在不久“下課” ，從事物發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，這話(huà)確實(shí)有道理。但是從目前 市場(chǎng)的需求和適用角度來(lái)看，筆者認(rèn)為手動(dòng)變速器不會(huì)過(guò)早的離開(kāi)。 首先，從商用車(chē)的特性上來(lái)說(shuō)，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代 的。以卡車(chē)為例，卡車(chē)用來(lái)運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對(duì)如此高的“壓力” ，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔 有“勁” ，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車(chē)帶動(dòng)。特別是面對(duì)爬坡路段， 它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對(duì)

13、于其他新型的變速器，雖然具有操作簡(jiǎn)便等特性， 但這些特點(diǎn)尚不具備。 其次，對(duì)于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來(lái)說(shuō)，他們的最?lèi)?ài)還是手動(dòng)變速器。從 我國(guó)的具體情況來(lái)看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國(guó)的汽車(chē)發(fā)展歷史，資歷郊 深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車(chē)的，他們對(duì)手動(dòng)變速器的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如 果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動(dòng)變速器以及無(wú)級(jí)變速器已非 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) VI 常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng)，尤其是喜歡超車(chē)時(shí)手動(dòng)變速帶 來(lái)的那種快感，所以一些中高檔的汽車(chē)（尤其是轎車(chē)）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速 器。另外，現(xiàn)在在我國(guó)的汽車(chē)駕駛學(xué)校中，教練車(chē)都是手動(dòng)變速器的，除

14、了經(jīng)濟(jì) 適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉?cǎi){駛協(xié)調(diào)性。 第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車(chē)已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對(duì)于普通工薪階 級(jí)的老百姓來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)最為合適，手動(dòng)變速器以其自身的性?xún)r(jià)比配套于經(jīng) 濟(jì)型轎車(chē)廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車(chē)的銷(xiāo)量一直在車(chē)市名列前茅。例如，夏利、 奇瑞、吉利等國(guó)內(nèi)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)都是手動(dòng)變速的車(chē)，它們的各款車(chē)型基本上 都是 5 檔手動(dòng)變速。 二、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(mén)踏板程度和車(chē)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(chē)速即可。雖說(shuō)自動(dòng)變速汽車(chē)沒(méi)有

15、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(chē)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。 在中檔車(chē)的市場(chǎng)上，自動(dòng)變速器有著一片自己的天空。使用此類(lèi)車(chē)型的用戶(hù) 希望在駕駛汽車(chē)的時(shí)候?yàn)榱撕?jiǎn)便操作、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時(shí) 快樂(lè)的感覺(jué)。在高速公路上，這是個(gè)體現(xiàn)地非常完美。而且，以北京市來(lái)說(shuō)，現(xiàn) 在的交通狀況不好，堵車(chē)是經(jīng)常的事情，有時(shí)要不停地起步停步數(shù)次，司機(jī)如果 使用手動(dòng)檔，則會(huì)反復(fù)地掛檔摘檔，操作十分煩瑣，尤其對(duì)于新手來(lái)說(shuō)更是苦不 堪言。使用自動(dòng)檔，就不會(huì)這樣麻煩了。 在市場(chǎng)上，此類(lèi)汽車(chē)銷(xiāo)售狀況還是不錯(cuò)的，尤其是對(duì)于女性朋友比較適合， 通常女性朋友駕車(chē)時(shí)力求便捷。而我國(guó)

16、要普及這種車(chē)型，關(guān)鍵要解決的是路況問(wèn) 題，現(xiàn)在的路況狀況不均勻，難以發(fā)揮自動(dòng)檔汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)。 三、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT） 其實(shí)通過(guò)對(duì)一些車(chē)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(chē)廠 911 車(chē)型上首先推出，稱(chēng)為 Tiptronic，它可使高性能跑車(chē)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(chē)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。 自動(dòng)手動(dòng)變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式為了駕駛樂(lè)趣使用手動(dòng)檔， 5+1 轎

17、車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) VII 而在交通擁擠時(shí)使用自動(dòng)檔，這樣的變速方式對(duì)于我國(guó)的現(xiàn)狀還是非常適合的。 筆者曾在上面提到，手動(dòng)變速器有著很大的使用群體,而自動(dòng)變速器也能適應(yīng)女 士群體以及解決交通堵塞帶來(lái)的麻煩，這樣對(duì)于一些夫妻雙方均會(huì)駕車(chē)的家庭來(lái) 說(shuō)，可謂是兼顧了雙方，體現(xiàn)了“夫妻檔” 。雖然這種二合一的配置擁有較高的 技術(shù)含量，但這類(lèi)的汽車(chē)并不會(huì)在價(jià)格上都高不可攀，比如廣州本田飛度 1.3L CVT 兩廂、南京菲亞特 2004 派力奧 1.3 HL Speedgear、南京菲亞特 西耶那 Speedgear EL 這些“二合一”的車(chē)型價(jià)格均在 10 萬(wàn)元左右，這個(gè)價(jià)格層面還比 較低的。 所以

18、，手動(dòng) /自動(dòng)車(chē)在普及上還是具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。而汽車(chē)廠商和 配套的變速器廠家應(yīng)該以此為契機(jī)，根據(jù)市場(chǎng)要求精心打造此類(lèi)變速器。因?yàn)檫@ 類(lèi)變速器是有比較廣闊的市場(chǎng)的。 四、無(wú)級(jí)變速器 當(dāng)今汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶(hù)對(duì)于汽車(chē)性能的要求是越來(lái)越高 的。汽車(chē)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（VanDoornes）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(mén)反應(yīng)慢、油耗高等缺點(diǎn)。通常有些朋友將自動(dòng)變

19、速器稱(chēng)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 27 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。 從市場(chǎng)走向來(lái)看，雖然無(wú)級(jí)變速器是一個(gè)技術(shù)分量比較高的部件，但是也已 經(jīng)走進(jìn)了普通轎車(chē)的“身體” 之中，廣本兩廂飛度每個(gè)排量都有一款配置了 CVT 無(wú)級(jí)變速器，既方便又省油，且售價(jià)也僅在 9.6811.68 萬(wàn)元。而且奇瑞汽車(chē)銷(xiāo) 售公司表示 QQ 無(wú)級(jí)變速器型年底上市?？磥?lái)無(wú)級(jí)變速器在中檔車(chē)中

20、的運(yùn)用將越 為廣泛。 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) VIII 第一章 機(jī)械式變速器的概述及其方案的確定 1.1 變速器的功用和要求 變速器的功用是根據(jù)汽車(chē)在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭 矩和轉(zhuǎn)速，使汽車(chē)具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況 范圍內(nèi)工作。為保證汽車(chē)倒車(chē)以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離，變速器具有倒檔 和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率輸出裝置。 對(duì)變速器的主要要求是： 1. 應(yīng)保證汽車(chē)具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車(chē)整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽 車(chē)載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車(chē)使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來(lái)滿(mǎn) 足這一要求。 2. 工作可靠，操縱輕

21、便。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、 亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行駛安全性，操 縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過(guò)采用同步器和預(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自 動(dòng)換檔來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3. 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu) 質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱 軸承可以減小中心距。 4. 傳動(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精 度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。 5. 噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝 剛性可減小齒輪的噪聲。 1.2 變速

22、器結(jié)構(gòu)方案的確定 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) IX 變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)組成。 1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 有級(jí)變速器與無(wú)級(jí)變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造低廉，具有高的傳動(dòng)效率 （=0.960.98） ，因此在各類(lèi)汽車(chē)上均得到廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)根據(jù)汽車(chē)的使用條件及要求確定變速器的傳動(dòng)比范圍、檔位數(shù) 及各檔的傳動(dòng)比，因?yàn)樗鼈儗?duì)汽車(chē)的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有重要的直接影響。 傳動(dòng)比范圍是變速器低檔傳動(dòng)比與高檔傳動(dòng)比的比值。汽車(chē)行駛的道路狀況 愈多樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車(chē)質(zhì)量之比愈小，則變速器的傳動(dòng)比范圍應(yīng)愈大。目 前，轎車(chē)變速器的傳動(dòng)比范圍為 3.04.5；一般用途的貨車(chē)和

23、輕型以上的客車(chē)為 5.08.0；越野車(chē)與牽引車(chē)為 10.020.0。 通常，有級(jí)變速器具有 3、4、5 個(gè)前進(jìn)檔；重型載貨汽車(chē)和重型越野汽車(chē)則 采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多達(dá) 616 個(gè)甚至 20 個(gè)。 變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用效率、汽車(chē)的燃料經(jīng)濟(jì)性及平 均車(chē)速，從而可提高汽車(chē)的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但采用手動(dòng)的機(jī)械式操縱 機(jī)構(gòu)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)迅速、無(wú)聲換檔，對(duì)于多于 5 個(gè)前進(jìn)檔的變速器來(lái)說(shuō)是困難的。 因此，直接操縱式變速器檔位數(shù)的上限為 5 檔。多于 5 個(gè)前進(jìn)檔將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù) 雜化，或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副變速器，后者僅用于一定行駛工況。 某些轎車(chē)和貨車(chē)的變速器，采

24、用僅在好路和空載行駛時(shí)才使用的超速檔。采 用傳動(dòng)比小于 1（0.70.8）的超速檔，可以更充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低單位 行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，降低燃料消耗。但與 傳動(dòng)比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會(huì)降低傳動(dòng)效率。 有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù) 目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精 度、剛度等。 三軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應(yīng)用。 三軸式變速器如圖 1-1 所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分 別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接 起來(lái)傳遞

25、扭矩則稱(chēng)為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第 二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式 變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此。在齒輪中 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) X 心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比， 這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：處直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所 下降。 圖 1-1 轎車(chē)中間軸式四檔變速器 1第一軸；2第二軸；3中間軸 兩軸式變速器如圖 1-2 所示。與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除 最到檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。轎車(chē)多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前

26、輪驅(qū)動(dòng)的布 置，因?yàn)檫@種布置使汽車(chē)的動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車(chē)質(zhì)量降低 6%10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如圖所示，兩軸 式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)， 主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn) 化了制造工藝，降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔 均采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)；個(gè)檔的同步器多裝在第二軸上，這是因?yàn)橐粰n的主動(dòng) 齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端，如圖 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XI 示。 兩軸式變速器沒(méi)有直接檔，因此在高

27、檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪 聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，低檔傳動(dòng)比取值的上限 （i g =4.04.5）也受到較大限制,但這一缺點(diǎn)可通過(guò)減小各檔傳動(dòng)比同時(shí)增大主 減速比來(lái)取消。 圖 1-2 兩軸式變速器 1第一軸；2第二軸；3同步器 有級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。 后者比直齒輪有更長(zhǎng)的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍復(fù)雜些且在工作中有軸 向力。因此，在變速器中，除低檔及倒檔外，直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪 所代替。但是在本設(shè)計(jì)中，由于倒檔齒輪采用的是常嚙式，因此也采用斜齒輪。 由于所設(shè)計(jì)的汽車(chē)是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，因此采用中間軸式

28、變速器。 圖 1-3、圖 1-4、圖 1-5 分別示出了幾種中間軸式四，五，六檔變速器傳動(dòng)方 案。它們的共同特點(diǎn)是：變速器第一軸和第二軸的軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)上，經(jīng)嚙合套 將它們連接得到直接檔。使用直接檔，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) 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少因?yàn)橹苯訖n的利用率高于其它檔位， 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XII 因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)檔位工作時(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

29、的條件下，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高 的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒 輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外的其他檔位的換檔機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙 合套換檔，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換檔，還有各檔同步器或嚙合 套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接檔以外的其他檔位工作時(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)。在檔數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變 速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)，換檔方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。 圖 1-3 中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案 如圖 1-3 中的中間軸式四檔變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別：圖 1-3a、b 所示方 案有四對(duì)常嚙合齒

30、輪，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔；圖 1-3c 所示傳動(dòng)方案的二， 三，四檔用常嚙合齒輪傳動(dòng)，而一檔和倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔。 圖 1-4a 所示方案，除一，倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪換檔外，其余各檔為常嚙合 齒輪傳動(dòng)。圖 1-4b、c、d 所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；圖 1-4d 所示方案中的倒檔和超速檔安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以 提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件 下，很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)檔的變速器。 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XIII 圖 1-4 中間軸式五檔變速器傳動(dòng)方案 圖 1-5a 所示方案中的一檔、倒檔和圖 b

31、所示方案中的倒檔用直齒滑動(dòng)齒輪 換檔，其余各檔均用常嚙合齒輪。 圖 1-5 中間軸式六檔變速器傳動(dòng)方案 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的檔位，其換檔方式可以用同步器 或嚙合套來(lái)實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有的檔位用嚙合套換 檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合套換檔。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，可將 變速器后端加長(zhǎng)，如圖 1-3a、b 所示。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝在三個(gè)支承上，其 最后一個(gè)支承位于加長(zhǎng)的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒檔傳動(dòng)齒輪和 換檔機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。 變速器用圖 1-4c 所示的多

32、支承結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。這時(shí)，如用在 軸平面上可分開(kāi)的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問(wèn)題。圖 1-4c 所示方案的高檔從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)一檔和倒檔齒輪布置在變速器 殼體的中間跨距里，而中間檔的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。 2倒檔傳動(dòng)方案 圖 1-6 為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖 1-6b 所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了 中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XIV 嚙合，使換擋困難。圖 1-6c 所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程 序不合理。圖 1-6d 所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)做了

33、修改，因而取代了圖 1-6c 所示 方案。圖 1-6e 所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。 圖 1-6f 所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充分 利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車(chē)倒擋傳動(dòng)采用圖 1-6g 所示方案。其 缺點(diǎn)是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一 些。 本設(shè)計(jì)采用圖 1-6f 所示的傳動(dòng)方案。 圖 1-6 變速器倒檔傳動(dòng)方案 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)有較大的力，所以無(wú)論是兩軸式變速器還是 中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變 形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照

34、從低檔到高擋順序布置各擋齒輪，這樣 做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳 動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠 近軸的支承處。 1.3 變速器主要零件結(jié)構(gòu)的方案分析 變速器的設(shè)計(jì)方案必需滿(mǎn)足使用性能、制造條件、維護(hù)方便及三化等要求。 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XV 在確定變速器結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換檔結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤(rùn)滑 和密封等因素。 1.齒輪型式 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)

35、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 柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設(shè)計(jì)中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因 此倒檔也采用斜齒輪傳動(dòng)方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動(dòng)。 2.換檔結(jié)構(gòu)型式 換檔結(jié)構(gòu)分為直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動(dòng)齒輪換檔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時(shí)齒 端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等 原因，初一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少 了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套有分為內(nèi)齒嚙合套和外齒嚙 合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)

36、空間允許，采用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向 尺寸。結(jié)合套換檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔 位上常被使用。 采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時(shí)不受沖擊，使齒輪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮， 同時(shí)操縱輕便，縮短了換檔時(shí)間，從而提高了汽車(chē)的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全 性，此外，該種型式還有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要 求高，軸向尺寸有所增加，銅質(zhì)同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應(yīng)用 于各式變速器中。 自動(dòng)脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施外， 在結(jié)構(gòu)上，目前比較有效的方案有以下 幾種： 1） 將嚙合套做得長(zhǎng)一些（如圖 1- 7a） 或者兩接合齒

37、的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)（圖 1- 7b） ，這樣在嚙合時(shí)使接合齒端部超過(guò) 被接合齒約 13mm。使用中因接觸部分 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XVI 擠壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫檔。 2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。?.30.6mm） ，這樣，換檔后嚙合套 的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動(dòng)脫檔（圖 1-8） 。 3）將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜 2030） ，使接合 齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫檔的軸向力 a b （圖 1-9） 。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效， 圖 1-7 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 采用較多。 此段切薄 圖 1-8 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施

38、 加工成斜面 圖 1-9 防止自動(dòng)脫檔的結(jié)構(gòu)措施 在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。 但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸， 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XVII 以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結(jié)構(gòu)如圖 1-10 所示： 圖 1-10 鎖環(huán)式同步器 l、4-同步環(huán);2-同步器齒鼓;3-接合套;5-彈簧;6滑塊; 7-止動(dòng)球;8-卡環(huán);9輸出軸;10、11-齒輪 第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與主要零件的設(shè)計(jì) 2.1 變速器主要參數(shù)的選擇 一、檔數(shù)和傳動(dòng)比 近年來(lái)，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車(chē)一般用

39、45 個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)也采用 5 個(gè)檔位。 選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽 車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。 汽車(chē)爬陡坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XVIII max0maxaxmax(cosin)egITrif gaxm0rgeiTi max2egITriG2max0rgIeTii 面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有 則由最大爬坡度要求的變速器檔傳動(dòng)比為 （2- 1） 式中 m-汽車(chē)總質(zhì)量； g-重力加速度； max-道路最大阻力系數(shù)； rr-驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑； Temax-發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； i0-主減速比； -汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件 求得的變速器 I 檔傳動(dòng)比為： （2- 2） 式中 G2-汽車(chē)滿(mǎn)載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷； -路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 =0.50.6。 由已知條件：滿(mǎn)載質(zhì)量 1800 kg； 5+1 轎車(chē)手動(dòng)邊素箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) XIX