毕业设计（论文）轻型汽车手动变速箱的设计.doc

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1、第一章 概述手动变速器（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。 曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。 首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输

2、，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。 其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历郊深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，

3、尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。 第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车，它们的各款车型基本上都是5档手动变速 第二章 变速器的结构与原理第一节 变速器的分类从现在市场上不同车型所配置的变

4、速器来看，主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。手动变速器(MT)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。 曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变

5、速器不会过早的离开。 首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。 其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历郊深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，

6、如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。 第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车

7、，它们的各款车型基本上都是5档手动变速。自动变速器（AT） 自动变速器（AutomaticTransmission），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。 在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。在高速公路上，这是个体现地非常完美。而且，以北京市来说，现在的交通状况不好，堵车是经常的事情，有时要

8、不停地起步停步数次，司机如果使用手动档，则会反复地挂档摘档，操作十分烦琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动档，就不会这样麻烦了。 在市场上，此类汽车销售状况还是不错的，尤其是对于女性朋友比较适合，通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普及这种车型，关键要解决的是路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。手动/自动变速器（AMT） 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车厂911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动档束缚，让驾驶者

9、也能享受手动换档的乐趣。此型车在其档位上设有“+”、“-”选择档位。在D档时，可自由变换降档(-)或加档(+)，如同手动档一样。 自动手动变速系统向人们提供两种驾驶方式为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通拥挤时使用自动档，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。笔者曾在上面提到，手动变速器有着很大的使用群体,而自动变速器也能适应女士群体以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些夫妻双方均会驾车的家庭来说，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如广州本田飞度1.3L CVT 两厢、南京菲亚特2004派力奥1.3 HL S

10、peedgear、南京菲亚特 西耶那Speedgear EL这些“二合一”的车型价格均在10万元左右，这个价格层面还比较低的。 所以，手动/自动车在普及上还是具有相当的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，根据市场要求精心打造此类变速器。因为这类变速器是有比较广阔的市场的。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（VanDoornes）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

11、化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友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档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有27个档。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“档”。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。本次我设计的主要是五速手动变速器。第二节 变速器的功用、结构与原理2.2.1变速器的功用汽车行驶条件是比较复杂的，行驶速度和行驶阻力的变化非常大，这就要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，而汽车

12、上普遍采用的动力装置是汽油或柴油发动机，其转矩与转速变化范围都较小，因此在汽车传动系中设置了变速器来解决这一矛盾。功用：（1）改变传动比： 扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应汽车在各种行驶条件下所需的牵引力和合适的行驶速度，并使发动机经常能够在动力性和经济性比较有利的工况下工作。（2）实现倒车：利用倒挡，改变驱动轮的旋转方向，从而实现汽车倒向行驶。（3）中断动力：利用空挡，切断离合器与传动轴之间的动力传递，以便发动机起动及怠速运转。2.2.2 结构与原理手动变速器通常采用平行轴式，由齿轮传动的原理可知，一对齿数不同的齿轮啮合传动时可以变速变矩（如图2-1）。 图2-1 变速类型根据主要轴的

13、数目可分为两轴式（如图2-2）和三轴式变速器（如图2-3）。 图2-2图2-3两轴式变速器：两轴式变速器多应用在发动机前置前轮驱动（轿车）或发动机后置后轮驱动（客车）的汽车上，其特点是结构比较紧凑。基本结构：如图2-4所示 图2-4 （桑塔纳2000 GSI330型）两轴式变速器结构图三轴式变速器：三轴式变速器除有第一轴、第二轴外，还增设了中间轴。其特点是空间布置比较灵活，传动比的范围大，可设有直接挡传动。（1）基本结构：（如图2-5） 图2-5 三轴式五挡变速器 （2）动力传递路线及传动比：（如图2-6） 图2-6动力传动路径 2.2.3 变速箱惯性同步器惯性同步器有锁环式和锁销式等形式。（

14、1）锁环式同步器： 锁环式惯性同步器的构造（如图2-7）；它由锁环滑块、弹簧圈、花键毂及接合套等组成。 图 2-7 变速器类型锁环式惯性同步器工作过程：当接合套刚从3挡退出到空挡位置时（如图2-8a），接合套压下弹簧圈继续左移与锁环的花键齿进入接合图（如图2-8b）。 如果此时接合套花键齿与接合齿圈的花键齿发生抵触（如图2-8c）。接合套与接合齿圈的花键齿圈进入接合（如图2-8d所示），最后完成了换入4挡的全过程。 图 2-8（2）锁销式惯性同步器：为了改变锁环惯性式同步器摩擦力矩不大的缺点，有的货车上采用了锁销式惯性同步器。 如图2-9所示为锁销式惯性同步器结构图。 图 2-9第三节 变速器

15、的设计要求汽车的使用条件颇为复杂，如汽车的载货量，道路坡度，路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围，以适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上，以高速行驶时，挂入变速器高档；而在不平的路上或爬较大的坡道时，则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件，选择合适的变速器档位，不仅是汽车动力性的要求，而且也是汽车燃油经济性的要求。汽车在某些情况下，需要倒向行驶。然而，汽车发动机不能倒转工作，因此在变速器内设有倒档。此外，变速器还设有空挡，可中断动力传递，以满足汽车暂时停驶和对发动机检查调整的需要。对变速器的要求，除一般便于制造，使用和维护以及质量轻，尺寸紧凑外，主要还有一下

16、几点:一、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。二、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。三、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。四、传动效率高为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量

17、，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。五、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。第三章 变速器的主要参数及设计 第一节 变速器结构方案的选择目前，汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的，这是由于各国汽车的使用，创造，修理等条件不同，也是由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的。尽管如此，一般变速器的结构形式，仍具有很多共同点。各种结构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随主管和客观条件的变化而变化。因此，在设计过程中我们应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化，通用化和标准化，最后确定较合适的方案。机械式变速器因具

18、有结构简单，传功效率高，制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛的应用。本设计采用的结构方案如图2-1所示，下文将对其进行具体说明。 图3-1 变速器结构方案图一、两轴式变速器和中间轴式变速器现代汽车大多数大多数都采用中间轴式变速器。两轴式变速器只用于发动机前置，前轮驱动或发动机后置，后轮驱动的轿车上。除了汽车总体布置的要求外，主要思考以下几个方面，本次轻型汽车变速器的设计中选择三轴式变速器。（一） 变速器的径向尺寸两轴式变速器的前进挡均由一对齿轮传递动力，当需要大的传动比时，需将主动齿轮做的小些，而将从动轮做的很大，因此两轴的中心距和变速器间的相关尺寸也必然增大。受结构限制，两

19、轴式变速器的一档传动比不可能设计的很大。而三轴式变速器，由两对齿轮传递动力。在同样传动比的情况下，可将大齿轮的径向尺寸做的小些，因此中心距及变速器壳的相关尺寸均可减小。在中心距不大的条件下，一档仍然有较大的传动比。（二） 变速器的功率两轴式变速器，虽然可以有等于1的传动比，但仍要经过一对齿轮传递动力，因此有功率损失。而三轴式变速器，第二轴的前端经轴承在第一轴孔内，且保持两轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接挡，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，可达到90以上，噪声低，齿轮的磨损减少。然而，在除直接挡以外

20、的其他挡工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。（三）变速器的寿命两轴式变速器的低档齿轮副，大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多。因此小齿轮的寿命，比大齿轮的寿命短。三轴式变速器各前进挡（除直接挡），均为常啮合齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，工作循环次数和齿轮寿命也比较接近。用直接挡工作时，因第一轴与第二轴直接连在一起，齿轮只是空转，并不传通动力，故不影响齿轮寿命。应为直接挡的利用率要高于其他挡位，因而提高了变速器的使用寿命。二、齿轮的安排各齿轮副的相对安装位置，对于整个变速器的结构布置有很大的影响。各挡位置的安排，考虑到以下四个方面的要求：（一）整车总体布置

21、根据整车的总体布置，对变速器输入轴与输出轴的相对位置和变速器的轮廓形状以及换挡机构提出要求。（二）驾驶员的使用习惯有人认为人们习惯于按档位的高低顺序，由左到右或由右到左排列来换挡，但是也有人认为应该将常用档放在中间位置而将不常用的低档放在两边。值得注意的是倒档，虽然它是平常换挡序列之外的一个特殊档位，但它却是决定序列组合方案的重要环节。按习惯，倒档最好不与序列结合。否则，从安全考虑，按倒挡与一档放在一起较好。在五档变速器中，倒档与序列结合与不结合两者比较，前者在结构上可以省去一个拨叉和一根变速滑杆；后者如布置适当，则可使变速器的轴向长度缩短。本设计中采用如图2-1所示的方案：倒档与序列结合，并

22、与一档放一起。（三）提高平均传动效率为提高平均传动效率，采用具有直接挡的传动方案，并尽可能地将使用时间最多的档位设计成直接挡。（四）改善齿轮受载状况各档位齿轮在变速器中的位置安排，考虑到齿轮的受载状况。承受载荷大的低档齿轮，安置在离轴承较近的地方，以减少轴的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。变速器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高档齿轮安排在离两支承较远处。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转叫较小，故齿轮的偏载也小。因为变速器在一档和倒档工作时有较大的力。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档，都应当布置在我靠近轴的支承处。以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多;

23、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性，又能保证容易装配。本设计中采用了中间支承这种结构形式，将五档和倒档分别布置在中间支撑板两侧。这种方案不仅可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声，而且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挡的变速器。三、换挡结构形式目前汽车上的机械式变速器采用的换挡结构形式有三种：（一）滑动齿轮换挡通常是采用滑动直齿轮进行换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单，紧凑，容易制造。缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击，会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大。所以这种换挡方式，一般仅用在一档和倒档上。采用

24、滑动斜齿轮换挡，虽有工作平稳，承载能力大，噪声小的优点，但它的换挡仍然避免不了齿端面承受冲击，所以现代汽车的变速器中，前进挡采用滑动齿轮换挡的已甚为少见。（二）啮合套换挡用啮合套换挡，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合的斜齿轮。而斜齿轮上另外有一部分做成直的接合齿，用来与啮合套相啮合。这种结构既具有斜齿轮传动的优点，同时克服了滑动齿轮换挡时，冲击力集中在12个轮齿上的缺陷。因为在换挡时，由啮合套以及相啮合的接合齿上所有的轮齿共同承担所受到的冲击，所以啮合套和接合齿的轮齿所受的冲击损伤和磨损较小。它的缺点是增大了变速器的轴向尺寸，未能彻底消除齿轮端面所受到的冲击。（三）同步器换挡现在大多数汽

25、车的变速器都采用同步器。使用同步器可减轻接合齿在换挡时引起的冲击及零件的损坏。并且具有操纵轻便，经济性和缩短换挡时间等优点，从而改善了汽车的加速性，经济性和山区行驶的安全性。其缺点是零件增多，结构复杂，轴向尺寸增加，制造要求高，同步环磨损大，寿命低。但是近年来，由于同步器广泛使用，寿命问题已解决。比如在其工作表面上镀一层金属，不仅提高了耐磨性，而且提高了工作表面的磨镲系数。本设计中前进挡采用锁环式同步器换挡方式，其结构如下图 3-2（锁环式同步器）所示。 图 3-21第一轴 2、13滚动轴承 3四挡结合齿圈 4、9锁环 5滑块 6定位销7结合套 8三挡结合齿圈 10第二轴三挡齿轮 12、18、

26、19卡环 14第二轴 15花键 16弹簧 17中间轴三挡齿轮 20挡圈此外，自动脱档是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损，变速器轴刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱档。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，在结构上也采用相应的措施。本设计中将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（倾斜2），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力，如图3-3所示图3-3 防止自动脱档的结构措施四、倒档的结构方案及倒档的位置倒档齿轮的结构及倒档轴位置，应与变速器的整体结构方案同时考虑。有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案；也有利用两个联体齿轮方案的。前者虽然结构简单，但

27、是中间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正，负交替对称变化的弯曲应力状态下工作，而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒档传动比略有增加。在轻型汽车中，通常只采用一个倒档齿轮，结构较简单。为了使结构更加紧凑，本设计中采用前一种结构方案，如图3-4所示。图3-4 倒挡布置方案因倒档传动比较大，工作时在齿轮上作用的力也增大，并导致变速器轴产生较大的绕度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出轮齿磨损加快和工作。噪声增加。为此，把倒档布置在靠近轴的中间支承位置，便于改善上述不良状况。此外，结构布置上，倒档齿轮不能与第二轴齿轮有啮合的状况。换倒档时能顺利换入倒档，而不和其他齿轮发生干涉。倒档

28、齿轮安排在变速器的左侧或右侧，在结构上均能表现，但关系到操纵杆拨动的方向和倒档轴的受力状况。挂倒档时，操纵杆向左侧（由变速器后部向前看）拨动，比较符合习惯要求。但此时倒档齿轮需安置右侧，这使倒档轴的轴承受较大的作用力。反之，操纵杆向右侧拨动，虽不符合使用习惯，但可以减轻倒档轴的负荷。图3-5 倒挡轴位置与受力分析为防止意外挂入倒档，设置倒档锁，在挂倒档时需克服倒档锁弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。第二节 变速器主要参数及各挡传动比一、变速器档数及各挡传动比汽车的动力性和经济性指标与变速器的档数，传动比范围和各挡传动比密切相关。挡数多，可以使发动机经常在最大功率附近的转速工作，而且使发动机转

29、速变化范围小，发动机平均功率高，故可提高汽车的动力性，即提高汽车的加速能力和爬坡能力。档数多，也增加了发动机在低油耗区工作的可靠性，因而提高了汽车的燃料经济性。档数多少还影响相邻的低档与高档间传动比的比值。档数多，则此比值小，换挡容易。档数多的缺点是使变速器的结构复杂，质量增大，操纵不轻便等。不同类型汽车的变速器档数也不相同。目前一般用45个档位的变速器，级别高的轿车变速器多用5个挡，货车变速器采用45个挡或多挡。装载质量在23.5t的货车采用5挡变速器，装载质量在48t的货车采用6挡变速器。多挡变速器多用于重型货车和越野车。根据本次毕业设计的要求，采用五档变速方案。各挡传动比如下： 二、中心

30、距对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距A。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸，体积和质量大小，而且对轮齿的接触强度有影响。中心距越小，轮齿的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。变速器的轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与方便和不影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。此外，受一档小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要取大些。此外，受一档小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要取大些。乘用车变速器的中心距在6580mm范围内变化，原则上总质量小的汽车，变速器中心距也小些.根据经验公式： A=，式中，A为变

31、速器中心距（mm）； 为中心距系数，乘用车：=8.99.6；为发动机最大转矩(Nm);为变速器一挡传动比；为变速器传动效率，取96% 可确定中心距： A=（8.99.6）mm为检测方便，圆整中心距取A=65.三、外形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。乘用车五挡变速器壳体的轴向尺寸为（3.43.7）A ,即220240。第三节 变速器齿轮参数及同步器的设计3.3.1 齿轮参数设计一、模数的选取齿轮模数是一个重要的参数，并且影响它的选取因素有很多，如齿轮的强度、质量、噪音、工艺要求、载荷等。决定齿轮模数的因素很多，其中最重要的是载荷的大小。由于高档齿

32、轮盒低档齿轮载荷不同，故高档和低档齿轮的模数不宜相同。从加工工艺及维修观点考虑，同一变速器中齿轮模数种类不应过多。现代汽车变速器通常是高档齿轮用一种模数，一档及倒档齿轮用另一种模数，其他各档齿轮模数在二者之间。根据国家标准GB135778的规定，选取各齿轮副模数如下:常啮合齿轮：一挡： 二挡： 三挡： 五挡： 倒挡： 同步器采用渐开线齿形，同一变速器中的接合齿数相同，取m=1mm.二、压力角压力角较小时，重合度度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为加大重合度以降低噪声，应取用小些的压力角；对于 货车，为提高齿轮承载能力，应选用大些的压力角。实

33、际上,因国家规定的标准压力角为，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为。啮合套或同步器的接合齿压力角有等，但普通采用压力角。三、螺旋角 关于螺旋角的方向，第一轴齿轮采用左旋，这样可使第一轴所受的轴向力直接经过轴承盖作用在变速器壳体上，而不必经过轴承的弹性挡圈传递。中间轴齿轮全部采用友旋，因此同时啮合的两对齿轮轴向力方向相反，轴向力了互相抵消一部分。四、齿宽齿轮宽度大，承载能力高。但齿轮受载后，由于齿向误差及轴的挠度变形等原因，沿齿宽方向受力不均匀，因而齿宽不宜太大。齿宽根据下列公式初选：直齿轮b=(4.57.5)m 斜齿轮为b=(6.08.5)综合各个齿轮的情况，倒档齿轮为直齿轮，齿宽为18mm；前

34、进挡均为斜齿轮，齿宽选为20mm。五、各档齿轮齿数的分配（一） 确定常啮合齿轮副齿数和一挡齿轮齿数在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。先求齿数和：取整得 根据经验数值，第一轴一挡齿轮齿数在 间选取。不妨通过下列关系对由这三个数值得出的参数经行比较。通过比较可以得出当时，与设计要求，最接近。下面以为例对计算过程进行简要说明： 对中心距A进行修正，取A=65mm重新确定螺旋角，其精确值应为下面根据方程组：确定常啮合点齿轮副齿数分别为 重新确定螺旋角，其精确值应为： （二）确定其他各挡的齿数1、 二挡齿轮根据， 可以得出 于是可以解出 重新确

35、定螺旋角，其精确值应为2.三挡齿轮 根据 可以得出 于是可以解出. 重新确定螺旋角，其精确值应为 3、五挡齿轮 根据， 可以得出 于是可以解出 重新确定螺旋角，其精确值应为：齿轮的其他重要参数见表3-1.表3-1（三）确定倒挡齿轮的齿数倒挡齿轮选用短齿制直齿圆柱齿轮。中间轴倒挡齿轮11和第二轴倒挡齿轮131齿顶圆之间留有一定距离，所以，参照一挡齿轮的齿数，选取中间轴倒挡齿轮109齿数。根据给定传动比，可以求得。下面来确定倒挡中间齿轮的齿数。为了结构更加紧凑，箱体外形更为规则，将其齿数选为19.3.3.2 同步器的设计一、摩擦因数摩擦因数除与选用的材料有关外，还与工作面得表面粗糙、润滑油种类和温

36、度等因素有关。作为与同步环锥面接触的齿轮上的锥面部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。同步环选用能保证具有足够高的强度和硬度、耐磨性能良好的黄铜合金制成。由黄铜合金与钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数取为0.1。摩擦因数f对换挡齿轮盒和轴的角速度能迅速达到相同重要作用。摩擦因数大，换挡省力或缩短同步时间；摩擦因数小则反之，甚至失去同步作用。为此，在同步环 锥面处制有破坏油膜的细牙螺纹槽垂直的泄油槽，用来保证摩擦面之间有足够的摩擦因数。二、同步环主要尺寸的确定下面对以三、四挡同步器的尺寸确定过程进行说明：（一） 锥面半锥角摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则每次锥面将产自锁现象，避免自

37、锁现象的条件是 , 于是可知。一般取，本设计中取，这样每次力矩较大，也很少出现咬住现象。（二）摩擦锥面平均半径RR设计得越大，则每次力矩越大。使R受结构限制，包括变速器中心距及相关零件的尺寸和限制，以及R取大以后还会影响同步环径向厚度尺寸要取小的约束，故不能取大。原则上是在可能的条件下，尽可能将R取大些。根据机构和布置要求取平均半径R=25mm。（三）锥面工作长度b缩短锥面工作长度，可使变速器的轴向长度缩短，但同时也减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。根据公式确定工作长度为78mm.(四) 同步环锥面上的螺旋槽如果螺旋槽螺线的顶部设计得窄些，则刮去存在于每次锥面之间的油膜效果好。

38、但顶部宽度过窄会影响接触面压强.使每次加快。实验还证明：螺纹的齿顶宽对f的影响很大，f随齿顶的摩损而降低，换挡费力，故齿顶宽不易过大。轻型汽车同步环尺寸宜选用。图3-6所示的方案。 图3-6 螺纹槽形式螺纹槽设计得大些，可使被刮下来的油存于螺纹之间的间隙中，但螺距增大又会是、使接触面减少，增加摩擦速度。根据上述原则，设定轴向泄油槽位12个，槽宽34mm。（五）同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度受结构布置上的限制，不易取很厚，但是同步环的径向厚度必须保证同步环有足够的强度。乘用车同步环选用锰黄铜等材料通过精密锻造工艺加工制成，这能提高材料的屈服强度和疲劳寿命。同步环基体的锥孔

39、表面喷上厚0.070.12mm的钼制成。三、锁止角的确定锁止角选取得正确，可保证只有省在换挡的两个部分之间角速度差达到零值才能经行换挡。影响锁止角选用的因素主要有摩擦因数f、摩擦锥面平均半径R,锁止面平均r径和锥面半锥角，它们的关系如下：选取经验算满足锁止条件。四、装配间隙同步器的各个零件装配成套后，零件彼此之间的装配间隙正确与否，对同步器能否正常工作十分有关。啮合套端面间隙应大于滑块断面间隙，即（参看图51）。否则换挡时在尚未同步的时刻，会出现摩擦锥面尚未接触，还没有产生使同步环端面和啮合套端面错开成锁止位置的摩擦力矩，啮合套就可能通过同步环齿，导致不同步啮合和换档冲击的情况。取，这样在滑块

40、紧贴同步环缺口的端面时，还可以保证啮合套语同步环之间有一定的工作间隙，这是在两锥面同步过程中所必须的。考虑到同步环锥面的摩擦，同步环齿的端面和结合齿圈之间应保持一定的间隙(图3-7)，使同步环锥面的摩擦在一定程度内不影响正常的同步作用和拔正效果。取 图 3-7 装配间隙第四章 变速器结构元件一、齿轮变速器齿轮可以与轴设计为一体或者与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支撑等方式之一与轴连接。第一轴上的齿轮与轴制成一体制成齿轮轴；中间轴上除一挡齿轮外，均设计成与轴分开的形式，并以花键连接；第二轴上的全部齿轮均设计成与其分开的形式，通过滚针轴承连接。变速器的轴选用与齿轮相同的材料制造。二、 轴的相

41、关零件设计轴时主要考虑到以下几个问题：轴的直径和长度，轴的结构形状，轴的强度和刚度，轴上花键的形状和尺寸等。（一） 轴的尺寸初选1、轴的直径在已经确定了的中间轴式变速器中心距A后，第二轴和中间轴中部直径可以初步确定，。在草图设计过程中，将最大直径初步确定为如下数值：第二轴：d=36mm，中间轴：d=30mm。2、轴的长度轴的长度对轴的强度影响很大，在草图设计得过程中，轴的长度可以初步确定下来。为了满足刚度要求，轴的长度必须和直径保证一定的协调关系。第一轴的长度根据离合器总成轴向尺寸确定。第二轴和中间轴直径和支撑跨度之间关系可按以下方法计算。第二轴L=d/(0.180.21)=(172200)m

42、m中间轴:L=d/(0.160.18)=(143188)mm（二）轴的结构 轴的结构形状应保证齿轮、同步器部件及轴承等安装、固定，并与工艺要求有密切关系。本设计的中间轴式变速器中，第一轴和齿轮做成一体，前端支撑在发动机飞轮内腔的轴承上。其轴径根据前轴承内径确定，公差选。第一轴轴承外径比第一轴上常啮合齿圈外径大，便于装拆。第二轴前轴劲通过轴承安装在第一轴常啮合齿圈的内腔里，前轴劲上安装滚针轴承。第二轴安装同步器花键毂的花键采用渐开线花键。第二轴各档齿轮与轴之间有相对旋转运动，无论装滚针轴承、衬套（滑动轴承）还是钢件对钢件直接接触，轴的表面粗糙度均要求很高，不低于0.8，表面硬度不低于HRC586

43、3。第二轴制成阶梯式，便于齿轮安装，从受力和合理使用材料看，这也是需要的。各截面尺寸避免相差悬殊，轴上供磨削用的砂轮越程槽产生应力集中，易造成轴拆断。轻型汽车变速器各档齿轮常用弹性挡圈轴向定位，弹性挡圈定位简单，但拆装不方便，并且与旋转件表面有相对摩擦，同时弹性挡圈亦不能传递很大的轴向力，这是很不利的。因此只在轻型变速器中采用。第二轴尾端螺纹不应淬硬。中间轴有旋转式和固定式两种，本设计中采用旋转式中间轴。旋转式中间轴支撑在前后两个滚动轴承上，一般轴向力常由后轴承承受。由于中间轴上一挡齿轮尺寸较小，与轴做成一体，成为中间齿轮轴，而其他挡位齿轮则通过花键与中间齿轮轴结合，以便齿轮损坏后更换。（三）

44、花键的形式和尺寸第一轴花键部分直径可按下式初选，式中K为经验系数，K=4.04.6; 为发动机最大转矩。其他花键的形式和尺寸根据周的结构和尺寸确定，公差等级为IT12。具体参数见表4-1， 表4-1序号位置形式大径模数齿数1中间轴常啮合齿轮渐开线花键302142中间轴五挡齿轮渐开线花键251243中间轴三挡齿轮渐开线花键302144中间轴二挡齿轮渐开线花键302145中间轴倒挡齿轮渐开线花键241.5156一、二档同步器渐开线花键322157三、四档同步器渐开线花键19.51.5128五挡同步器渐开线花键3 0214（四）轴承的选用变速器的轴经轴承安装在壳体的轴承孔内，常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滚动衬套等。轴承的选用受到结构的限制，并随所承受载荷的特点不同而不同，在本设计中选用深沟球轴承将轴装与壳体上，轴承的直径根据变速器中心距确定，保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于6mm。在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的