汽车变速器说明书1.docx

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汽车变速器说明书1

毕业设计

题目三轴五档汽车变速器设计

学院机械工程学院

专业机械设计制造及其自动化

姓名

学号

指导教师

二OO年月日

三轴五档汽车变速器设计

Three-axisgearboxdesignofthefivestallacars

专业：

学生：

指导教师：

济南大学机械工程学院

二零零年月

摘要

本设计的任务是设计一台用于轿车上的手动变速器。

本设计采用中间轴式变速器，该变速器具有两个突出的长处：

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形下仍然能够取得较大的一档传动比。

按照轿车的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量和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能够得动身动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要的参数。

再结合某些轿车的大体参数，选择适当的主减速比。

按照上述参数，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。

它功用是：

①改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的转变范围，以适应常常转变的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作；②在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；③利用空档，中断动力传递，以使发动性能够起动、怠速，并便于发动机换档或进行动力输出。

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。

关键词：

变速器；锁环式同步器；传动比；校核

ABSTRACT

ThedutyofthisdesignistodesignaFRtypemanualtransmissionusedinthesaloon,It’sthecountershaft-typetransmissiontransmissionhastwoprominentmerits:

Firstly,thetransmissionefficiencyofthedirectdrivekeepsoffhigh,theattritionandthenoisearealsoslightest;Secondly,it’sallowedtoobtaininthebigergearratioofthefirstgearwhenthecenterdistanceissmaller.

Accordingtothecontour,track，wheelbase，thesmallestgroundclearance,thesmallestturningradium,thevehiclesweight,theall-upweightaswellasthehighestspeedandsoon,unionthechoosingenginemodelwecanobtaintheimportantparametersofthemaxpower,themaxtorque,thedisplacementandsoon.Accordingtothebasicparametersofthecertainsaloon,choosethesuitablefinaldrivetotheaboveparameters,combiningtheknowledgeofautomobiledesign,automobiletheory,machinedesignandsoon,calculatethecorrelatedparametersofthegearboxandprooftherationalityofthedesign.

Itsfunctionis:

①Changinggearratio,expandingthetorqueofthedrivingwheelandtherangeoftherotationalspeed,toadaptthetravelconditionwhichfrequentlychanges,likestart,acceleration,climbingandsoon,simultaneouslycausestheenginetoworkundertheadvantageousoperatingmode;②Underthepremiseoftheinvariablerotation,enablestheautomobiletotravelback;③Usingneutral,severancesthepowertransmission,tomaketheenginestart,idle,andisadvantageousfortheenginetoshiftgearsortocarryonthedynamicoutput.Thisgearboxhasfive（includingoverdrive—fifthgear）andareversegear,andthroughtheinertialtypeofsynchronizertorealizeshiftgears.

KEYWORDS:

transmission;inertialtypeofsynchronizer;gearratio;countershaft

第一章前言

此刻，每当人们观看F1大赛，总会被那种极速的感觉所折服。

此刻，大家似乎谈论得最多的就是发动机的性能和车手的驾驶技术。

而且，不忘在自己驾车的时候体会一下极速感觉或是在买车的时候关注一下发动机的性能，这似乎成了横量汽车品质好坏的一个标准。

的确，拥有一颗“健康的心”是超级重要的，因为它是动力的创造者。

可是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器。

从此刻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）、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（ManualTransmission）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,二档是,再到五档的,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，阻碍了汽车高速进展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物进展的角度来讲，这话确实有道理。

可是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者以为手动变速器不会过早的离开。

第一，从商用车的特性上来讲，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物，面对如此高的“压力”，除发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。

咱们都明白一档有“劲”，如此在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。

专门是面对爬坡路段，它的特点显露的超级明显。

而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具有。

第二，对于老司机和大部份男士司机来讲，他们的最爱仍是手动变速器。

从我国的具体情形来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车进展历史，资历较深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的熟悉程度是超级深刻的，若是让他们改变常规的做法，这是不现实的。

虽然自动变速器和无级变速器已超级的普遍，可是大多数年轻的司机仍是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高级的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易舍弃手动变速器。

另外，此刻在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的大体功和锻炼驾驶协调性。

第三，随着生活水平的不断提高此刻轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来讲，经济型轿车最为适合，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，它们的各款车型大体上都是5档手动变速。

自动变速器（AT）

自动变速器（AutomaticTransmission）[7]，利用行星齿轮机构进行变速，它能按照油门踏板程度和车速转变，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聚散器，但自动变速器中有很多聚散器，这些聚散器能随车速转变而自动分离或合闭，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。

利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，这是个表现地超级完美。

而且，以济南市来讲，此刻的交通状况不好，堵车是常常的情形，有时要不断地起步停步数次，司机若是利用手动档，则会反复地挂档摘档，操作十分烦琐，尤其对于新手来讲更是苦不堪言。

利用自动档，就不会如此麻烦了。

在市场上，此类汽车销售状况仍是不错的，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，此刻的路况状况不均匀，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，他们并非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。

如此手动/自动变速器便由此诞生。

这种变速器在德国保时捷车厂911车型上第一推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车没必要受限于传统的自动档束缚，让驾驶者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（+），犹如手动档一样。

自动—手动变速系统向人们提供两种驾驶方式—为了驾驶乐趣利用手动档，而在交通拥堵时利用自动档，如此的变速方式对于我国的现状仍是超级适合的。

笔者曾在上面提到，手动变速器有着专门大的利用群体,而自动变速器也能适应女士群体和解决交通堵塞带来的麻烦，如此对于一些夫妻两边均会驾车的家庭来讲，可谓是兼顾了两边，表现了“夫妻档”。

虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这种的汽车并非会在价钱上都高不可攀，比如广州本田飞度1.3LCVT两厢、南京菲亚特2004派力奥HLSpeedgear、南京菲亚特西耶那SpeedgearEL这些“二合一”的车型价钱均在10万元左右，那个价钱层面还比较低的。

所以，手动/自动车在普及上仍是具有相当的优势。

而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，按照市场要求精心打造此类变速器。

因为这种变速器是有比较广漠的市场的。

无级变速器

现今汽车产业的进展[3]，是超级迅速的，用户对于汽车性能的要求是愈来愈高的。

汽车变速器的进展也并非仅限于此，无级变速器即是人们追求的“最高境界”。

无级变速器最先由荷兰人范·多尼斯（VanDoorne’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，其传动比能够随意转变，没有换档的突跳感觉。

它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反映慢、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。

虽然它们有着一路点，可是自动变速器只有换档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是咱们常说的档，一般自动变速器有2～7个档。

而无级变速器能在必然范围内实现速比的无级转变，并选定几个常常利用的速比作为常常利用的“档”。

装配该技术的发动机可在任何转速下自动取得最适合的传动比。

从市场走向来看，虽然无级变速器是一个技术分量比较高的部件，可是也已经走进了普通轿车的“身体”当中，广本两厢飞度每一个排量都有一款配置了CVT无级变速器，既方便又省油，且售价也仅在～万元。

而且奇瑞汽车销售公司表示QQ无级变速器型年末上市。

看来无级变速器在中档车中的运用将越为普遍。

奇瑞东方之子1.8L奢华型

本设计是按照东方之子手动奢华车型而开展的，设计中所采用的相关参数均来源于此种车型：

主减速比：

最高时速：

190km/h

轮胎型号：

205/65R15

发动机型号：

SQR481FC

最大扭矩：

170Nm/4500

最大功率：

95kw/5750

最高转速：

6000r/min

第二章机械式变速器的概述及其方案的肯定

变速器的功用和要求

变速器的功用是按照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，并同时维持发动机在最有利的工况范围内工作。

为保证汽车倒车和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，按照汽车载重量、发动机参数及汽车利用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来知足这一要求。

2.工作靠得住，操纵轻便。

汽车在行驶进程中，变速器内不该有自动跳档、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，操纵轻便的要求日趋显得重要，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，采用合理的热处置，设计适合的齿形，提高齿轮精度和选用圆锥滚柱轴承能够减小中心距。

4.传动效率高。

为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。

提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都能够提高传动效率。

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。

变速器结构方案的肯定

变速器由传动机构与操纵机构组成。

2.2.1变速器传动机构的结构分析与型式选择

有级变速器[1]与无级变速器相较，其结构简单、制造低廉，具有高的传动效率（η=~），因此在各类汽车上均取得普遍的应用。

设计时第一应按照汽车的利用条件及要求肯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级传动比的比值。

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~；一般用途的货车和轻型以上的客车为~；越野车与牵引车为~。

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6~16个乃至20个。

变速器档位数的增多可提多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，降低运输本钱。

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讲是困难的。

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，或需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于必然行驶工况。

某些轿车和货车的变速器，采用仅在好路和空载行驶时才利用的超速档。

采用传动比小于1（~）的超速档，能够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，因此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量、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴和壳体等零件的制造精度、刚度等。

三轴式变速器取得的最普遍的应用。

三轴式变速器第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮别离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。

现在，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长处。

其他前进档需依次通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）较小的情形下仍然能够取得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一长处。

其缺点是：

除直接档外其他各档的传动效率有所下降。

有级变速器结构的进展趋势是增多常啮合齿轮副的数量，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。

可是在本设计中，由于倒档齿轮采用的是常啮式，因此也采用斜齿轮。

图2-1a所示[2]方案，除一，倒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，如此布置除能够提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还能够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2-1中间轴式五档变速器传动方案

以上各类方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式能够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，那么必然是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。

变速器用图2-1c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，就可以较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。

图2-1c所示方案的高级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那个方案的特点。

2.2.2倒档传动方案

图2-2为常见的倒挡布置方案[2]。

图2-2b所示方案的长处是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因此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2-2c所示方案能取得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。

图2-2d所示方案针对前者的缺点做了修改，因此取代了图2-2c所示方案。

图2-2e所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2-2f所示方案适用于全数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2-2g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。

图2-2变速器倒档传动方案

本设计采用图2-2f所示的传动方案。

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仍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，然后依照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，如此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，但因为利用倒挡的时刻超级短，从这点动身有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处。

变速器主要零件结构的方案分析

变速器的设计方案必需知足利用性能、制造条件、保护方便及三化等要求。

在肯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。

2.3.1齿轮型式

与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有利用寿命长，工作时噪声低等长处；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，虽然如此会使常啮合齿轮数增加，并致使变速器的转动惯量增大。

直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。

可是，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。

2.3.2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[2]。

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、换档时齿端面受到专门大冲击、致使齿轮初期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，除一档、倒档外很少采用。

啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动利用的。

由于齿轮常啮合，因此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利用。

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，缩短了换档时刻，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，另外，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，铜质同步环的利用寿命较短。

目前，同步器普遍应用于各式变速器中。

自动脱档是变速器的主要障碍之一。

为解决那个问题，除工艺上采取办法外，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2-3a）

或两接合齿的啮合位置错开（图2-3b），如此在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约1~3mm。

利用中因接触部份挤压和磨损，因此在接合齿端部形成凸肩，以阻止自动脱档。

此段切薄

ab

图2-3避免自动脱档的结构办法Ⅰ图2-4避免自动脱档的结构办法Ⅱ

2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（~0.6mm），如此，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2-4）。

3）将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜20~30），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力（图2-5）。

这种结构方案比较有效，用较多。

加工成斜面

图2-5避免自动脱档的结构办法Ⅲ

在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依托摩擦作用实现同步的。

但它能够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，以避免齿间冲击和发生噪声。

同步器的结构如图2-6所示：

图2-6锁环式同步器

l、4-同步环;2-同步器齿鼓;3-接合套;5-弹簧;6—滑块;

7-止动球;8-卡环;9—输出轴;10、11-齿轮

2.3.3变速器轴承

变速器轴承[12]常采用圆柱滚子轴承，球轴承，滚针轴承，圆锥滚子轴承，滑动轴套等。

至于何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所经受的载荷特点不同而不同。

汽车变速器结构紧凑，尺寸小，采用尺寸大些的轴承结构受限制，常在布置上有困难。

如变速器的第二轴前端支撑在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。

变速器第一轴前端支撑在飞轮的内腔里，因有足够大的空间常采用球轴承来经受轴向力。

作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传给变速器壳体，此处常采用轴承外圈有挡圈的球轴承。

第二轴后端常采用球轴承，以经受轴向力和径向力。

中间轴上齿轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来经受都能够；但当在壳体前端面布置轴承盖有困难的时候，必需由后端轴承经受轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来经受径向力。

变速器内采用圆锥滚子轴承虽然直径小，宽度较宽因此容量大，可经受高负荷等长处，但也有需要调整预紧，装配麻烦，磨损后轴承易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点，所以不适用于线性膨胀系数较大的铝合金壳体。

变速器第一轴、第二轴的后部轴承和中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。

轴承的直径按照变速器中心距肯定，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于6～20mm,下限适用于轻型车和轿车。

滚针轴承、滑动轴套[13]主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求二者有相对运动的地方。

滚针轴承有转动摩擦损失小，传动效率高，径向配合间隙小，定位及运转精度高，有利于齿轮啮合等长处。

滑动轴套的径向配合间隙大，易磨损，间隙增大后影响齿轮的定