许雯,论文—修改完成稿
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摘要
变速器在汽车整个系统中有着非常重要的作用，它是整个传动系统的核心，对汽车整体性能有着决定性的影响。变速器在使用过程中，主要功能就是调整相关的转矩、转速，一辆汽车性能是否优良，主要取决于变速器安装的好坏。如果一辆汽车系统中有着先进的变速器，他可以给整部车带来众多的优势，比如大幅度提升汽车的驱动力，有效降低油耗，保持整个动力系统的稳定，增加档位变换的合理性等。随着汽车工业的发展，增大传递功率与重量之比，有更小的尺寸和良好的性能，是轿车变速器的未来发展方向。本文重点介绍了变速器的相关功能、相关需求等，然后经过科学计算和分析，来获取需要设计方案和信息。并详细介绍了确定变速器参数的有效方法，特别强调齿轮、轴、同步器相关型号和参数的办法。
关键词：乘用车；变速器；轴；齿轮；计算；
Abstract
Transmission is the core components of automobile.Its task is transforming and regulateing the performance of engine. It can be used to change the engine driving wheel on the spread of torque and speed. Transmission is the important part of drivetrain components to complete the tasks. as well as one of the main factor to decide the whole performance of vehicle. The standards of Transmission designing can directly impact the vehicle dynamics, fuel economy, the reliability and portability of shifting , the smoothness and efficiency of Transmiting. Along with the development of the automobile industry,the trend of car transmission designing is to increase its transmission power and decrese its weight,and hope have smaller size and excellent performance. The design based on the FAW-Volkswagen Automotive Company Passenger car Transmission, In conditions that knowing the engine output torque,speed of engine and maximum speed of vehicles, maximum degree, focus on the designing of transmission gear structural parameters, axis geometry design computation; as well as the transmission and drive program structure design; Meanwhile on the structure of components to manipulation and synchronous design; thereby enhancing the overall performance of cars.
Key words: : Passenger car ；Transmission；Gear ；Compute；Structure
目录
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的目的
1.2 国内外研究现况
2 变速器 设计方案
2.1 变速器结构方案的确定
2.1.1 变速器传动机构的结构分析与型式选择
2.1.2 倒挡传动方案
2.2 变速器零、部件的结构分析与形式选择
2.2.1 齿轮型式 2.2.2 轴的结构与分析
2.2.3 轴承形式
2.2.4 换挡机构的结构形式与分析
2.3 变速器操纵机构的选定 3 变速器 基本 参数的 确定
3.1 变速器基本参数的确定
3.1.1 挡数和传动比
3.1.2 中心距
3.1.3 轴向尺寸
3.1.4 齿轮参数
3.1.5 各档齿轮齿数的分配 4 4 零部件的计算
4.1 齿轮的设计计算
4.1.1 齿轮几何尺寸的计算
4.2 变速器齿轮的强度计算与材料的选择
4.2.1 齿轮的损坏形式及原因
4.2.2 齿轮的强度计算与校核
4.3 变速器轴的选择与校核
4.3.1 变速器轴的计算
4.3.2 轴的校核
4.4 轴承的选择与校核
4.4.1 轴承的选择
4.4.2 轴承的校核
4.5 变速器同步器的选择
4.5.1 同步器的结构类型 4.5.2 同步器理论分析与计算
4.5.3 同步器摩擦副的材料 结论
致谢
参考文献
附录 1 1
附录 2 2
1
绪论
1.1 选题的背景及意义
随着汽车保有量的迅速增长，轻型乘用车性能和质量也有了更高的要求。制造商不仅面临着用户对质量的挑剔，对产品的性能要求也很高，对降低成本也有迫切要求。汽车在设计和开发过程中，广泛采用了各种先进的技术和理论，以满足产品设计的需要。传动系是汽车中最重要的部分，而手动变速器又是传动系中的重要部件，近年来，随着汽车市场需求多元化发展，手动变速器技术呈现出多样化趋势，手动变速器多档位技术有了长足进步，预计未来手动变速器的操纵平顺性、降低油耗等方面将展开技术升级。因此我们要更加全面的了解手动变速器的性能，尤其是它的设计。
2 1.2 研究的内容
首先必须先确定变速器的相关参数，其中包含齿轮、轴的相关分布状况，换挡部分的操作、档位的设计情况等。其次，还要综合考虑发动机的相关参数、整车的使用效果、制造的成本等，从而测算出变速器主要组成部分的相关数据。完成齿轮、轴和轴承等主要零件以及同步器同步过程的分析。
2 变速器设计方案
1 2.1 变速器设计方案的确定
2.1.1 变速器传动机构的结构分析与型式选择
一个简单的机械传动结构，制造成本低，传动效率范围值为η=0.96〜0.98，它被用在各种车辆。在设计条件确认之前，我们首先应确定根据变速器传动参数设置、各种档位的相关比值，这是由于他们与汽车的动力性、燃油经济性有着紧密联系。
传动比范围是变速器低档传动比与高档传动比的比值。汽车行驶时的道路状况越多样，发动机的功率与汽车质量之比与变速器的传动比范围成反比。目前，一般轿车变速器的传动比范围为 3.0-4.5；一般用途的货车和轻型以上的客车为5.0-8.0；越野车为 10.0-20.0。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 6-16 个甚至20 个[4] 。
部分汽车和卡车传输器,超速档位的变换，只能在一个平坦的道路、空载情况下行驶。比例小于 1(0.7 - -0.8)的超速档,可以减少单位总数与里程发动机曲轴的转动,从而大大提升发动机的效率，有效降低发动机损耗，减少燃油消耗。相对于齿轮齿数比为 1 的直接档进行比较，超速传动效率会降低。从变速器的多级情况来分析，传动方法的选择对整个系统的传动效率有着比较大的影响。齿轮数量、转动的速率、传输的功率、对否进行润滑、润滑的效果、轴等零部件在生产过程中是否满足精度要求等,这些都会影响系统的稳定性。
增加传动器的档位数量，可以提高发动机的功率，降低汽车的燃油消耗、维持平均速度，综上所述，上述应用能够提高汽车运输效率，减少运输费用。但如果使用机械手动控制机构，要想满足实现声音小并且速度快的要求，因此对于超过五个前进档位是非常困难的，所以直接操作的传动齿轮的数量的上限通常为 5个档位。以上五个前进档使转向机构在使用中技术比较复杂，所以就需要辅助独立控制变速器的安装，但是仅能在特定的行使路线中运用[5] 。
三轴变速器、两轴式变速器在实际应用中的比较； 图 2-1 就是表示三轴式变速器工作原理模型图。从图中可以看出，中间轴的有关齿轮与第 1、2 两轴的齿轮想对应，而且第 1、第 2 轴公用一个轴心。直接档就是上述两轴共同作用来传输相关档位。当处于直接档模式时，齿轮、轴承等
零部件都没有接受相关力，第 1、第 2 齿轮开始对转矩作用。所以，在实际操作中，就会发现直接档存在诸多的优势：传输的效率很好，对零部件的损耗也低，也能有效降低噪音，这些优点也是三轴变速器的重要优势。剩余的前进挡优势相对来说，比较不明显，都需要通过两副齿轮的对接才能完成，因而，当 2 个齿轮的轴心距离比较近时，就可以获取比较满意的传动比值，这一优势也是三轴变速器重要的功能。综合来说，三轴变速器存在缺点，剩余档位在传动过程中，效率都是下降的，但是直接档除外。
1— 第一轴；2—第二轴；3—中间轴 图 2-1
轿车中间轴式四挡变速器 图 2-2 表示二轴模式变速器，是我们经常所说的二轴式。它的组成比较简单、节省空间、噪音很少。目前，轿车中普遍采用前轮驱动，前轮驱动、发动机前置，在汽车结构安排上，非常节约空间，便于操作。而且对汽车质量要求比较低，可下降 6%~10%的汽车质量。图中可以得出，输出轴和变速器的重要齿轮连成整体，当发动机处于纵向放置，减速器就可以采用双面或者旋转齿轮。当发动机处于横向放置，主要采用圆柱齿轮模式。这样不同模式采用不同的方法，不但使得制造工艺提升，还大大降低了制造成本。目前。只有倒档使用圆柱齿轮，其他档位都使用啮合斜齿轮模式。但是一档在使用中，其主要齿轮比较小，所以一档的同步器基本上设置在第 2 轴上面。不过，如果同步器质量特别好，也能安装在第 1轴。
但是，两轴模式也存在比较明显的缺陷，这种模式不存在直接档，所以系统
处于高位运作时，齿轮、轴承就会承担比较大的压力，而且也会有特别大的噪音，对机械的磨损也特别严重。而且，对抵挡的相关比值（gIi =4.0~4.5）的确定也存在约束，但是一般采用降低各档传递比值，增加主要减速比值来调整改善它的缺点 [6] 。
1—第一轴；2—第二轴；3—同步器 图 2-2 两轴式变速器
增加普通齿轮的数量与传输电平结构的发展趋势，因此可以使用斜齿轮。斜齿轮使用生命更长，噪音也更低。因此，在传输中，除了抵挡、倒档，大部分的正齿轮被替换为斜齿圆柱齿轮。对于这个方案，因为使用倒档常啮模式，因此它使用斜齿轮。
图 2-3、图 2-4、图 2-5 就表示 4，5，6 档，中间轴式变速器设计模式。都存在统一的特点：，中间轴的有关齿轮与第 1、2 两轴的齿轮想对应，而且第 1、第 2 轴公用一个轴心。直接档就是上述两轴共同作用来传输相关档位。当处于直接档模式时，齿轮、轴承等零部件都没有接受相关力，第 1、第 2 齿轮开始对转矩作用，从而提高整个系统的传动效率，延长了使用周期。其它档位在进行时候，剩余的前进挡优势相对来说，比较不明显，都需要通过两副齿轮的对接才能完成，因而，当 2 个齿轮的轴心距离比较近时，就可以获取比较满意的传动比值，这一
优势也是三轴变速器重要的功能。处于高位的齿轮，通常使用啮合齿轮模式进行传输，如果处于一档，就不需要进行上述步骤。基本上，所有的传动设计均都采用同步器或啮合套换档，当然除了一档。很少一部分变速器结构的一档，大多使用同步器模式、啮合套换档方案等，在第 2 轴上，一般都设计同步器、啮合套。但是存在缺陷，当处于其他档位工作模式时，这种模式的传输速率存在下降的趋势。如果处于档数一致的状态下，中间轴模式传动装置存在齿轮对数，在换挡、倒档的设计中，存在一定的差别。
图 2-3 中，主要表示中间轴式，四档变速器传动设计方案的差异：图 2-3a、2-3b 表示的方案，存在四对常啮合齿轮，倒档主要使用直齿滑动齿轮换档；图2-3c 表示传动方案中，2、3、4 档使用的常啮合齿轮传动模式，但是处于一档、倒档时候，使用用直齿滑动齿轮换档。
图 2-3 中间轴式四档变速器传动方案 图 -4 中间轴式五档变速器传动
图 2-4a 表示的设计模式，基本上所有的传动，采用常啮合齿轮传动。图 2-4b、图 2-4c、图 2-4d，表示所有的前进档位，都是采用常啮合齿轮传动模式；图 2-4d就表示倒档和超速档，设计在变速器后面的箱体中，这种设计方案存在优势，不但可以增加轴的承受度降低对齿轮损耗、控制噪声外，还能在一定条件下，使得产生 4 个前进档的传动器的模式。图 2-5a 图 2-5b，主要表示一档、倒档主要采用的换挡模式，都是采用直齿滑动模式，其他的都采用常啮合齿轮。
通过对上述方案的分析，如果经常使用啮合的齿轮方案，则换档方式可以由一个同步器或啮合套来完成。在同一个模型的传动器中，也可能存在一些换档主要采用同步器来完成，可以肯定的是，一个高速档主要使用同步器换档，一个低档位的主要采用啮合套模式
中间轴变速器，普遍使用于前置发动机后轮驱动车中，为了减少该驱动轴的长度，主要增加传动器后端长度，2-3A，B 中表示。如果将第二轴伸长，常常安装在 3 个支撑上面。最后的一个支撑最主要安装在增加后端长度上面。因此，如果在附加外壳布置倒档齿轮、换档机构，所述变速器体尺寸将大幅度降低。
图 2-4C 所示方案，更多的支撑结构用于轴刚度之间传输，性能可以得到改善。不过，壳体的开口可以分离在轴向平面上，然后就可以更好的解决轴和齿轮等部件装配困难的问题。图 2-4C 设计中，高档从动齿轮在工作中是悬臂状态，而第一档位、倒档被设计在变速箱的跨度中间，当同步器处于中间档位的时候被分到中间轴上，这是一个很好的方案。
2.1.2 倒档传动方案
图 2-6a 主要表示目前通用的倒档方案。
2-6B 方案的优势如下：其匠心独具采用中间轴倒档变化时第一齿轮，因此中间轴的长度被降低了。但是在操作中，当有两对换挡同时参与啮合，因此所得图 2-5 中间轴式六档变速器传动方案
到的结果就是造成换挡困难。在他们的工作合计中，图 2-6C 设计的方案，可以获取到满意的反向齿轮比，但在应用过程中，会换挡程序与实际情况不符。对于在 2-6d 所示的实施例，所上述不足和缺点有了显著的改变和完善，完全可以替换所示 2-6C 的设计内容。
图 2-6e 所示的方案，主要促使一档、倒档形成整体，以延长其齿宽。当使用 2-6f 的设计方案时，当所有的齿轮副的常啮合齿轮，这个方案比较的合理科学，应用比较便捷...