微型汽车传动系设计.docx

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微型汽车传动系设计

山东大学

毕业论文（设计）

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题目:

微型汽车传动系设计

院（系）:

机械工程学院

专业年级:

机械制造设计及其自动化2008级

姓名:

王江涛

学号:

指导教师:

王海东

2012年03月10日

摘要

随着世界汽车整车产业的发展，我国买车的家庭也越来越多，人们对其性能的要求也越来越高。

微型汽车受人们的关注，微型汽车一般是指发动机排量不超过1.1L，车身长度、宽度、高度不超过3.8m、1.6m和2m，最大载货量不超过600kg的汽车。

汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系。

传动系是汽车动力传动的重要部分，汽车传动系的基本功用是将引擎输出的动力传输给驱动车轮。

它应保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等功能，使汽车具有良好的动力性和燃油经济性；还应保证汽车能倒车，以及左、右驱动轮能适应差速要求，并使动力传递能格局需要而平稳地结合或彻底、迅速地分离。

传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等部分。

关键词：

微型汽车，传动系，设计。

Abstract

Author:

Gengyu-long

Tutor:

ShanXiao-min

Alongwiththeautomobileindustrydevelopment,ourcountrycarfamiliesarealsomoreandmore,theincreasinglyhighperformancerequirements.Miniaturecarattention,miniaturecargenerallyreferstotheenginedisplacementdoesnotexceed1.1L,bodylength,width,heightofnotmorethan3.8m,1.6mand2m,maximumcargovolumeofnotmorethan600kgcar.

Automobileengineandthedrivewheelstotransmitpowerbetweenadevicecalledadrivetrainofamotorvehicle.Transmissionsystemistheimportantpartofautomobilepowertransmissionsystem,thebasicfunctionistotransmitthepoweroutputoftheenginetothedrivingwheels.Itshouldguaranteethatthevehiclehasinalldrivingconditionsarenecessaryforthetraction,speed,andtoensurethattractionforceandthespeedofcoordinationbetweenchangesandotherfunctions,sothatthecarhasagoodpowerperformanceandfueleconomy;alsoshouldensurethattheautomobilecanreverse,aswellasleft,rightdrivingwheelcanadapttothedifferentialrequirements,andmakethepowertransferpatternneedandsmoothlywithorcompletely,rapidseparation.Thedrivetrainincludesaclutch,gearbox,transmissionshaft,themainreducer,differentialandtheaxleshaftparts.

Keywords:

Minicar;Transmissionsystem;Design;

1前言

汽车发动机所发出的动力靠传动系传递到驱动车轮。

传动系具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。

汽车传动系，直接关系到汽车的安全性、操控性、舒适性和经济性等各种关键的性能，人们对传动系的了解也显得很重要。

2传动系

汽车传动系是从发动机到驱动车轮之间所有动力传递装置的总称。

不同配置的汽车，传动系的组成不同。

如载货汽车及部分轿车，其传动系一般由离合器、手动变速器、万向传动装置（万向节和传动轴）、驱动桥（主减速器、差速器、半轴、桥壳）等组成，如图2-1示；而轿车中采用自动变速器的越来越多，其传动系包括自动变速器、万向传动装置、驱动桥等，即用自动变速器取代了离合器和手动

变速器。

汽车传动系的功用是将发动机的动力传给驱动车轮。

图2-1汽车传动系示意图

1-发动机2-离合器3-变速器4-万向传动装置5-减速器6-变速器7、9-半轴8-驱动桥壳体

2.1传动系的功用

汽车发动机所发出的动力靠传动系传递到驱动车轮。

传动系具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。

2.2传动系的种类和组成

传动系可按能量传递方式的不同，划分为机械传动、液力传动、液压传动、电传动等。

机械式传动系一般组成及布置示意图

图2-2发动机前置、纵置，后轮驱动的布置示意图

1-离合器2-变速器3-万向节4-驱动桥5-差速器

图2-2是传统的发动机纵向安装在汽车前部，后桥驱动的4×2汽车布置示意图。

发动机发出的动力经离合器、变速器、万向传动装置传到驱动桥。

在驱动桥处，动力经过主减速器、差速器和半轴传给驱动车轮。

图2-3发动机前置、纵置，前轮驱动的布置示意图

发动机前置、纵置，前桥驱动，使得变速器和主减速器连在一起，省掉了它们之间的万向传动装置。

典型液力机械传动如图2-4所示。

图2-4液力机械传动示意图

1-液力变矩器2-自动器变速器3-万向传动4-驱动桥5-主减速器6-传动轴

液力传动（此处单指动液传动）是利用液体介质在主动元件和从动元件之间循环流动过程中动能的变化来传递动力。

液力传动装置串联一个有级式机械变速器，这样的传动称为液力机械传动。

静液式传动系如图2-5所示。

图2-5静液式传动系示意图

1-离合器2-油泵3-控制阀4-液压马达5-驱动桥6-油管

液压传动也叫静液传动，是通过液体传动介质静压力能的变化来传递能量。

主要由发动机驱动的油泵、液压马达和控制装置等组成。

混合式电动汽车采用的电传动如图2-6所示。

图2-6混合式电动汽车采用的电传动

1-离合器2-发电机3-控制器4-电动机5-驱动桥6-导线

电传动是由发动机驱动发电机发电，再由电动机驱动驱动桥或由电动机直接驱动带有减速器的驱动轮。

机械式传动系常见布置型式主要与发动机的位置及汽车的驱动型式有关。

可分为：

（1）前置后驱—FR：

即发动机前置、后轮驱动

这是一种传统的布置型式。

国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车都采用这种型式。

它是前轮转向后轮驱动，发动机输出动力通过离合器—变速器—传动轴输送到驱动桥上，在此减速增扭后传送到后面的左、右半轴上，驱动后轮使汽车运行，前后轮各行其职，转向与驱动分开，负荷分布比较均匀。

（2）后置后驱—RR：

即发动机后置、后轮驱动

在大型客车上多采用这种布置型式，少量微型、轻型轿车也采用这种型式。

发动机后置，使前轴不易过载，并能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度或充分利用汽车中部地板下的空间安置行李，也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。

缺点是发动机散热条件差，行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。

远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。

但由于优点较为突出，在大型客车上应用越来越多。

（3）前置前驱—FF：

发动机前置、前轮驱动

这种型式操纵机构简单、发动机散热条件好。

但上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。

现在大多数轿车采取这种布置型式。

微型汽车采用机械式传动系后置后驱—RR。

3微型汽车传动系设计

3.1离合器

3.1.1离合器的功用

离合器安装在发动机与变速器之间，用来分离或接合前后两者之间动力联系。

其功用为：

（1）使汽车平稳起步。

（2）中断给传动系的动力，配合换档。

（3）防止传动系过载。

3.1.2离合器的组成

摩擦离合器的基本组成由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成（如图3-1所示）。

图3-1摩擦离合器的基本组成示意图

1－曲轴 2－从动轴（变速器一轴） 3－从动盘 4－飞轮 5－压盘 6－离合器盖 7－分离杠杆 8、10、15－回位弹簧 9－分离轴承和分离套筒 11－分离叉 12－离合器踏板 13－分离拉杆 14－分离拉杆调节叉 16－压紧弹簧 17－从动盘摩擦片 18－轴承

主动部分包括飞轮、离合器盖和压盘。

离合器盖用螺栓固定在飞轮上，压盘后端圆周上的凸台伸入离合器盖的窗口中，并可沿窗口轴向移动。

这样，当发动机转动，动力便经飞轮、离合器盖传到压盘，并一起转动。

从动部分包括从动盘和从动轴。

从动盘带有双面的摩擦衬片，离合器正常接合时分别与飞轮和压盘相接触；从动盘通过花键毂装在从动轴的花键上，从动轴是手动变速器的输入轴（一轴），其前端通过轴承支承在曲轴后端的中心孔中，后端支承在变速器壳体上。

压紧机构由若干根沿圆周均匀布置的压紧弹簧，它们装在压盘与离合器盖之间，用来将压盘和从动盘压向飞轮，使飞轮、从动盘和压盘三者压紧在一起。

操纵机构包括离合器踏板、分离拉杆、调节叉、分离叉、分离套筒、分离轴承、分离杠杆、回位弹簧等组成。

3.1.3离合器的种类

汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。

摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。

液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。

当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。

电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。

如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。

目前，与手动变速器相配合的绝大多数离合器为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。

湿式摩擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热。

采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，并将这些弹簧沿压盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。

采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器称为膜片弹簧离合器。

3.1.4离合器的工作原理

膜片弹簧离合器的工作原理如图3-2所示，当离合器盖未安装到飞轮上时，膜片弹簧不受力而处于自由状态，此时离合器盖与飞轮之间有一距离S，如图3-2a

所示。

当离合器盖通过螺栓固定在飞轮上时，膜片弹簧在支承环处受压产生弹性变形，此时膜片弹簧的外圆周对压盘产生压紧力使离合器处于接合状态，如图3-2b所示。

当踩下离合器踏板时，分离轴承推动膜片弹簧，使膜片弹簧以支承环为支点外圆周向后翘起，通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离，如图3-2c所示。

图3-2膜片弹簧离合器的工作原理

1-飞轮 2-压盘 3-离合器盖 4-膜片弹簧 5-分离轴承

a）安装前位置 b）安装后（接合）位置 c）分离位置

从上面的介绍中可以看出，膜片弹簧既是压紧弹簧，又是分离杠杆，使结构简化了。

另外膜片弹簧的弹簧特性优于圆柱螺旋弹簧，所以膜片弹簧离合器的应用越来越广泛，在各种车型上都有应用。

离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质（液力偶合器），或是用磁力传动（电磁离合器）来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。

目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器（简称为摩擦离合器）。

发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。

当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。

3.1.5离合器的设计

（1）、结构设计

根据微型汽车载重量可选取单片干式膜片弹簧摩擦离合器，因为这种结构的离合器结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘结合平衡，广泛用于轿车及微、中型客车和货车上，在发动机转矩不大于1000N·m的大型客车和重型货车上也有所推广。

因此该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器。

（2）、离合器基本结构参数的确定

在初步确定了离合器的结构形式之后就要确定其基本结构尺寸参数。

离合器摩擦片的外径D是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，所以应先确定摩擦片的外径D。

在确定外径时，可以根据以下公式计算出

D=KD

式中：

D—片外径，mm

Temax—发动机最大扭矩，N·m

KD—直径系数

离合器摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件，摩擦片的直径大小，后背系数，摩擦片材料及质量等有关。

离合器使用频繁，工作条件比较恶劣，单位压力P较小为好。

当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。

因为在其他条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。

TC=βTemax=

p

（1-

）

式中：

TC—离合器的静摩擦力矩，N·m

ZC—摩擦片模数

3.2变速器

3.2.1变速器的功用及组成

变速器具有改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变的行驶条件，同时使发动机在功率较高而油耗较的工况下工作；在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。

变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。

其组成有变矩器，同步器，变速齿轮。

3.2.2变速器的种类

按传动比变化的方式：

有级式、无级式和综合式按操纵方式分：

强制操纵式、自动操纵式和半自动操纵式按使用方法分：

手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手自一体变速器、无级变速器（CVT）、双离合器变速箱和EMT、AMT序列变速器等。

3.2.3手动变速器的工作原理

如今，五速手动变速器在汽车上已经相当普遍了。

其内部结构如下图所示：

有三个拨叉，由换挡杆接合的三个杆控制。

俯看换挡叉轴，它们在空挡、倒挡、一挡和二挡中的如下图所示：

注意，换挡杆中部有一个旋转点。

在将旋钮前推接合一挡齿轮时，实际上是在推动杆和拨叉，以便将一挡齿轮拉回来。

可以看到，左右移动变速杆也是在接合不同的拨叉（从而接合不同的轴环）。

将旋钮前后移动也就移动了轴环，使它们接合一个齿轮。

倒挡齿轮由一个小惰轮（紫色）来操控。

该图中的蓝色倒挡齿轮总是与其他所有蓝色齿轮的转动方向相反。

因此，当汽车前进时，不可能将变速器切换到倒挡（因为犬齿不能啮合）。

但它们会产生噪音

（1）变矩器

液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变器的汽车中的离合器相似。

它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比，具有一定的减速增扭功能。

（2）变速齿轮机构

自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。

采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用。

目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。

变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换档执行机构两部分。

行星齿轮机构，是自动变速器的重要组成部分之一，主要由于太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。

行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的。

在速比改变的过程中，整个行星齿轮组还存在运动，动力传递没有中断，因而实现了动力换挡。

换挡执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由多片式离合器、制动器和单向超越离合器等组成。

离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。

制动器的作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住，使之不动。

单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换挡元件之一，其作用和多片式离合器及制动器基本相同，也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件，让行星齿轮变速器组成不同传动比的挡位。

（3）供油系统

自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。

油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。

在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、自动换挡控制系统部分提供一定油压的液压油。

油压的调节由调压阀来实现。

（4）换挡控制系统

自动换挡控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动化，从而实现自动换挡。

自动变速器的自动换挡控制系统有液压控制和电液压（电子）控制两种。

液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的，阀门和油路设置在一个板块内，称为阀体总成。

不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装置于上部，有的装置于侧面，纵置的自动变速器一般装置于下部。

在液压控制系统中，增设控制某些液压油路的电磁阀，就成了电器控制的换挡控制系统，若这些电磁阀是由电子计算机控制的，则成为电子控制的换挡系统。

（5）换挡操纵机构

自动变速器的换挡操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。

驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构的工作，实现自动换挡。

3.2.4变速器设计

一、挡数

增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和经济性。

挡数越多，变速器的结构越复杂，使轮廓尺寸和质量加大，而且在使用时换挡频率也增高。

在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的挡数会使变速器相邻的低挡与高挡之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。

挡数选择的要求：

1.相邻挡位之间的传动比比值在1.8以下。

2.高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的比值小。

目前，轿车一般用4～5个挡位变速器，货车变速器采用4～5个挡或多挡，多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。

二、传动比范围

变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动传动比的比值。

传动比范围的确定与选定的发动机参数、汽车的最高车速和使用条件等因素有关。

目前轿车的传动比范围在3～4之间，轻型货车在5～6之间，其它货车则更大。

三、中心距A

对中间轴式变速器，中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距A。

变速器中心距是一个基本参数，对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、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。

初选中心距A时，可根据下面的经验公式计算

式中，KA—中心距系数，轿车：

KA=8.9～9.3，货车：

KA=8.6～9.6，多挡变速器：

KA=9.5～11.0。

轿车变速器的中心距在65～80mm范围内变化，而货车的变速器中心距在80～170mm范围内变化。

四、外形尺寸

轿车四挡变速器壳体的轴向尺寸为（3.0～3.4）A。

货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可参考下列数据选用：

四挡（2.2～2.7）A

五挡（2.7～3.0）A

六挡（3.2～3.5）A

当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时，应取给出范围的上限。

五、轴的直径

中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部直径d≈0.45A，轴的最大直径d和支承间距离L的比值，对中间轴，d/L≈0.16～0.18，对第二轴，d/L≈0.18～0.21。

第一轴花键直径d（mm）可按下式初选

式中：

K为经验系数，K=4.0～4.6；Temax为发动机最大转矩（N·m）。

六、齿轮参数

1．模数的选取

齿轮模数选取的一般原则：

（1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；

（2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；

（3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；

（4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。

对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；

对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。

所选模数值应符合国家标准的规定。

变速器齿轮模数范围大致如下：

微型、普通级轿车中级轿车中型货车重型货车

2.25～2.752.75～3.003.5～4.54.5～6.0

2．压力角α

压力角较小时，重合度较大，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，为了降低噪声，应选用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的压力角。

对货车，为提高齿轮强度，应选用22.5°或25°等大些的压力角。

国家规定的标准压力角为20°，所以普遍采用的压力角为20°。

啮合套或同步器的压力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°压力角。

3．螺旋角β

齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。

选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。

试验证明：

随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于30°时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。

因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高高挡齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。

斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。

设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡。

根据图3-3可知，欲使中间轴上两个斜齿轮的轴向力平衡，须满足下述条件：

Fa1=Fn1tanβ1

Fa2=Fn2tanβ2

由于，为使两轴向力平衡，必须满足

式中，Fa1、Fa2为作用在中间轴承齿轮1、2上的轴向力；Fn1、Fn2为作用在中间轴上齿轮1、2上的圆周力；r1、r2为齿轮1、2的节圆半径；T为中间轴传递的转矩。

斜齿轮螺旋角选用范围：

轿车变速器：

两轴式为20°～25°、中间轴式为22°～