两轴式四档手动变速箱设计.docx

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两轴式四档手动变速箱设计

两轴式四档手动变速器设计

摘要

轿车作为一种最常用汽车，已在现代的社会中占有举足轻重的地位。

而变速器是汽车传动系统结构中最重要的部分之一，汽车的前进、后退，增速、减速都要靠变速器传动来实现。

而且变速器在汽车的动力性和燃油经济性上也有很重要的影响。

本次设计的汽车变速箱主要是从强度方面来对齿轮的尺寸计算及校核，轴的尺寸计算和位置的确定，选择设计满足其承载能力的同步器。

另外，针对齿轮作用力的不同，在不同的轴上选择合适的轴承。

利用软件AUTCAD完成变速器总成图、第一轴、第二轴、中间轴、各个挡齿轮及同步器的设计。

随着我国汽车行业的迅猛发展，人们对汽车的需求也越来越高。

通过对轿车车变速器的设计，我了解到变速器在汽车结构中具有着重要的作用，因此变速器结构的改进对汽车行业的发展与进步具有着深远的意义。

关键词：

汽车；变速器；齿轮

Abstracts

Asaautomobilecommonlyusedbycommercialvehicles，inmodernsocietyoccupiesapivo-talposition．Andthetransmissiongearboxisoneofmostimportantpartsintheautomobiletransmissionsystemstructure，automobile'sadvance，thebacklash，thegrowthrate，thedecelerationmustdependonthetransmissiongearboxtransmissiontorealize．Moreoverthetransmissiongearboxalsohastheveryimportantinfluenceinautomobilespowerandthefueloilefficiency．

Thisdesignismainlygear'ssizecomputationandtheexamination，theaxissize'scalcul-ationandtheposition'sdetermination，thechoicedesignsatisfiesitsbearingcapacitythesyn-chromesh.Moreover，inviewofthegearaction'sdifference,choosestheappropriatebearingonthedifferentaxis．Completesthetransmissiongearboxunitchart，thefirstaxis，thesecondaxis,theintermediateshaftusingsoftwareAUTCAD,tokeepoffthegearandthesynchromeshdesignonebyone．

Alongwithourcountryautomobileprofessionrapiddevelopment，thepeoplearealsog-ettinghigherandhighertoautomobile'sdemand，Throughtothetrucktransmissiongearbox'sdesign，Iunderstoodthetransmissiongearboxishavingthevitalroleintheautomobilestruct-ure，sothetransmissiongearboxstructureimprovementishavingtheprofoundsignificancetotheautomobileprofessiondevelopmentandtheprogress．

Keyword:

Automobile;Transmissiongearbox;Gear;

摘要

ABSTRACT

第1章绪论---------------------------------------------1

1.1变速器的概述------------------------------------------1

1.2变速器的种类-------------------------------------------1

1.3机械式变速器的特点---------------------------------------4

第二章变速器传动机构布置方案-----------------------------5

2.1传动机构的布置方案分析---------------------------5

2.1.1固定轴式变速器-----------------------------------5

2.1.2倒档的布置方案--------------------------------------8

2.2变速器零、部件结构方案分析----------------------------9

2.2.1齿轮型式----------------------------------------9

2.2.2换档结构型式---------------------------------------9

2.2.3变速器轴承形式-------------------------------10

2.2.4齿轮变位系数的选择原则-------------------------11

2.2.5其他问题------------------------------------11

第三章变速器主要参数选择----------------------------------12

3.1中心距A的选定-----------------------------------12

3.2齿轮参数-----------------------------------------12

3.2.1模数的选取-------------------------------------12

3.2.2压力角α----------------------------------------13

3.2.3螺旋角β---------------------------------------14

3.2.4齿宽b----------------------------------------14

3.3各档齿数的分配与计算-------------------------------14

3.3.1一档齿轮齿数的确定---------------------------------14

3.3.2二档齿轮齿数的确定--------------------------------15

3.3.3三档齿轮齿数的确定--------------------------------15

3.3.4四档齿轮齿数的确定---------------------------------15

3.3.5倒档齿轮齿数的确定--------------------------------16

3.3.6各档齿轮参数表--------------------------------16

第四章变速器的设计与计算-------------------------------17

4.1齿轮的损坏形式---------------------------------17

4.2齿轮的强度计算---------------------------------17

4.3轴的强度计算---------------------------------------20

4.3.1初选轴的直径---------------------------------------21

4.3.2轴的强度验算------------------------------------21

4.3.3校核各挡齿轮处轴的强度和刚度-------------------22

第五章同步器的设计----------------------------------30

5.1惯性式同步器----------------------------------30

5.2锁环式同步器-------------------------------------30

5.2.1锁环式同步器的结构---------------------------30

5.2.2锁环式同步器的工作原理-----------------------31

5.3同步器重要参数的确定---------------------------------31

第六章变速器的操纵机构--------------------------------34

参考文献------------------------------------------------35

致谢------------------------------------------------------36

第一章绪论

1.1变速器的概述

变速器作为传递力和改变汽车车速的主要装置，现在对其操纵的方便性和档位数方面的要求愈来愈高。

目前，四、五档特别是五档的变速器的用量有日渐增加的趋势。

同时，六挡变速器的装车率也在上升。

变速器是用于改变发动机的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种路障的不同条件下对驱动车轮牵引力级车速不同要求的汽车总成。

设置变速器的目的是在各种行驶状况下，是汽车获得不同的牵引力和速度，同时是发动机在最有利的工作范围内工作。

因此它的性能直接影响到汽车的动力性和经济性。

我们知道，汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态，此时发出的功率你较大，燃油经济性也比较好。

因此，我们希望发动机总能在其最佳状态下工作。

但是，汽车在实际使用中还是需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。

这个矛盾需要通过变速器来解决。

变速器的作用用一句话来概括就是变速变扭，即减速增扭或增速减扭。

为什么减速可以增扭，而增速又要减扭呢？

在相同情况下，发动机输出的功率是不变的，功率可以表示为N=ωT，其中ω是传动角速度，T是扭矩。

当N固定的时候，ω和T是成反比的。

所以减速必增扭，反之亦然。

汽车变速器的就是根据变速器变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。

那么变速器的具体作用是什么？

1）改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的形式条件、如起步、加速、上坡等，同时是发动机机在最有利的情况下工作；

2）在发动机的旋转方向不变的前提下，是汽车能倒退行驶；

3）利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够启动、怠速，并是变速器便于换挡或进行动力输出。

必要时变速器还有动力输出功能。

对于变速器提出如下基本要求：

1）保证汽车有必要的动力性和经济性

2）设置空挡，用来切断发动机向驱动轮的动力传输

3）设置倒档，使汽车能倒退行驶

4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出

5）换挡迅速、省力、方便

6）工作可靠。

汽车在行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱档以及换挡冲击等现象发生

7）变速器应当有高的工作效率

8）变速器的工作噪声低

此外，变速器还要满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易和维修方便等要求。

1.2变速器的种类

变速器有传动机构和操纵机构组成。

从现在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/自一体变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。

一、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，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，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。

二、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。

三、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1.3LCVT两厢、南京菲亚特2004派力奥1.3HLSpeedgear、南京菲亚特西耶那SpeedgearEL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。

四、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（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，其传动比可以随意变化，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2～7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。

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，但是也已经走进了普通轿车的“身体”之中，广本两厢飞度每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9.68～11.68万元。

而且奇瑞汽车销售公司表示QQ无级变速器型年底上市。

看来无级变速器在中档车中的运用将越为广泛。

本次设计的变速器为手动变速器。

1.3机械式变速器的特点

机械式变速器结构简单，维修维护方便，造价低廉，窗洞效率高，工作可靠性强。

机械式变速器分为两轴式和中间轴式。

两轴式多用于发动机前置的前驱的乘用车上，中间轴式为发动机前置后驱和后置后驱的中型货车上。

中间轴式机械效率低，噪声大。

为两轴式轴和轴承数少，所以结构简单，轮廓尺寸小和容易布置等有点。

本次设计中的所选择的汽车及其主要参数如下所示：

表1-1变速器设计的主要参数

项目

参数

车型名称

基本参数

变速箱

常X宽X高

车体结构（mm）

百公里加速（S）

总质量Kg

发动机布置

发动机最大功率

排量

发动机最大扭矩

驱动方式

桑塔纳2000

GSi时代骄子1.8（SVW7182HFi）

4速手动

4680X1700X1423

三厢轿车

14.4

1140

纵置，前置

74Kw@5200转/分

1.8

155N.m@3800转/分

前轮驱动

第二章变速器传动机构布置方案

机械式变速器因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛的应用。

2.1传动机构布置方案分析

2.1.1固定轴式变速器

（1）两轴式变速器固定轴式变速器中的两轴式和中间轴式变速器得到广泛应用。

其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。

与中间轴式变速器比较，两轴式变速器因轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间挡位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时燥声也低。

因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作燥声增大，容易损坏，还有，受结构限制，两轴式变速器与一挡速比不可能设计的很大。

对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反;而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向相同。

图2-1两轴式变速器的传动方案

图2-1示出用在发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案，其特点是：

变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他挡位均用常啮合齿轮传动；图2－1f中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并且用同步器换档；同步器多数用在输出轴上，这是因为一挡主动齿轮尺寸小，同步器装在输入轴上有困难，而高挡的同步器可以装在输入轴后端，如图2－1d,e所示；图2－1d所示方案有辅助支撑，用来提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。

图2－1f所示方案为五挡全同步器式变速器，以此为基础，只要将五挡齿轮用尺寸相当的隔套替代，即可改变为四挡变速器，从而形成一个系列产品。

（2）中间轴式变速器中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。

变速器第一轴的前端经轴承支撑在发动机飞轮上,第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘,而第二轴的末端经花键与万向节连接。

图分别示出了几种中间轴式变速器的传动方案。

各种传动方案的共同特点是:

变速器的第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体。

绝大多数方案的第二轴前端经轴支撑在第一轴的后端的孔内,并且保持两轴轴线在同一直线上,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,齿轮和轴承的磨损减少。

因为直接挡的利用率要高于其它挡位,因而提高了变速器的使用寿命;在其它前进挡位工作时,变速器传递的动力需要经过设置在第一轴,中间轴和第二轴上的两对齿轮传递,因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下,一挡仍然有较大的传动比;档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动,挡位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动,多数传动方案中除一挡以外的其它挡位的换档机构,均采用同步器或啮合套换挡,少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡,还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。

在除直接挡以外的其它挡位工作时,中间轴式变速器的传动效率略有降低,这是它的缺点。

在挡数相同的情况下,中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数,轴的支撑方式,换挡方式和倒挡传动方案以及挡位布置顺序上有差别。

图2-2中间轴式四档变速器

如图2-2中的中间轴式四档变速器传动方案示例的区别为：

图2-2a、b所示方案有四对常啮合齿轮，倒档用直齿滑动齿轮换档。

第二轴为三点支承，前端支承在第一轴的末端孔内，轴的中部和后端分别支承在变速器壳体和附加壳体上。

图2-2a所示的传动方案又能达到提高中间轴和第二轴刚度的目的；图2-3c所示传动方案的二，三，四档用常啮合齿轮传动，而一档和倒档用直齿滑动齿轮换档，第二轴为支承点。

如图2－3中间轴式五档变速器传动方案中,图2-3a所示方案中,除一,倒挡用直齿滑动齿轮换挡外,其余各挡为常啮合齿轮传动。

图2-3b、c、d所示的方案的各前进挡均采用常啮合齿轮传动。

图2-3d所示方案中的倒挡和超速挡安装在位于变速器后部的副箱体内,这样布置除可以提高轴的刚度,减少齿轮磨损和降低噪声外还可以在不需要超速挡的条件下,很容易形成一个只有四个前进挡的变速器。

图2-4a所示方案中的一挡,倒挡和图2-4b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡,其余各挡均为常啮合齿轮。

图2-3中间轴四档变速器传动方案

图2-4中间轴式六挡变速器传动方案

以上各方案中,凡采用啮合齿轮传动的挡位,其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。

同一变速器中,有的挡位用用同步器换挡,有的挡位用啮合套换挡,那么一定是挡位高的用同步器换挡,挡位低的用啮合套换挡。

发动机前置后轮驱动的承用车