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1、 1第 1 章 绪 论1.1 本次设计的目的意义随着经济和科学技术的不断发展，汽车工业也渐渐成为我国支柱产业，汽车的使用已经遍布全国。而随着我国人民生活水平的不断提高，微型客货两用车、轿车等高级消费品已进入平常家庭。全套图纸，加在我国，汽车工业起步较晚。入世后，我国的汽车工业面临的是机遇和挑战。随着我国汽车工业不断的壮大，以及汽车行业持续快速发展，如何设计出经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题。在面临着前所未有机遇同时不得不承认在许多技术上，我国与发达国家还存在着一定的差距。发动机的输出转速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。为了发挥发动机
2、的最佳性能，就必须有一套变速装置，来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。在经济方面考虑合适的变速器也非常重。本次设计对轿车变速器的结构进行了介绍，阐述了轿车主要参数的确定，在机构方面选择了机械式变速器确定变速设计的主要参数，在变速器的寿命方面以及与变速器相关的操纵机构也进行了介绍。1.2 变速器的发展现状汽车问世百余年来，特别是从汽车的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车已经成为世界经济的发展、为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，为人 2类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献，掀起了一场划时代的革命。自从汽车采用内燃机作为动力装置开始变速器就成为了汽车重要的组成部分，现代汽车广泛采
3、用的往复活塞式内燃机具有体积小、质量轻、工作可靠和使用方便等优点，但其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化，故其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾，这对矛盾靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。因此在汽车传动系中设置了变速器和主减速器，以达到减速增矩的目的。变速器对整车的动力性与经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有着较为直接的影响。汽车行驶的速度是不断变化的，即要求汽车变速器的变速必要尽量多，尽管传统的齿轮变速器并不理想但以其结构简单、效率高、功率大三大显著特点依然占领者汽车变速器的主流地位。虽然传统机械师的手动变速器
4、具有换挡冲击大，体积大，操纵麻烦等诸多缺点，但仍以其传动效率高、生产制造工艺成熟以及成本低等特点，广泛应用于现代汽车上。早在 1889 年，法国标致研制成功世界上第一台手动机械式 4 挡齿轮传动汽车变速器。在现在汽车中，变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数作优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒档安全装置可使操纵可靠，不跳档、乱档、自动脱档和误挂倒档；采用同步器可使换挡轻便，无冲击及噪声；采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺
5、水平的关键。随着汽车技术的发展，增力式同步器，双中间轴变速器，后置常啮合传动齿轮变速器，各种自动、半自动以及电子控制的自动换挡机构等新结构也相继问世 。9到目前为止变速器主要经历了以下发展阶段：1)手动变速器手动变速器（MT:Manual Transmission）主要采用了齿轮传动的降速原理。变速器内多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶的换挡工作，也就是通过操纵机构式变速器内不同的齿轮副工作。如在低速时，让让传动比大的齿轮副工作，而在高速时让传动比小的齿轮副工作。由于每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的速度比是个定值。手动变速器是最常见的变速器，它的基本构造用一句话概括，就是两轴一中轴，即指
6、输入轴、输出轴和中间轴，它们构成了变速器的主体，当然还有一根倒档轴。手动变速器又称为手动齿轮变速器，含有可以在轴向滑动的齿轮，通过不同齿轮的啮合达到变速变矩的目的。手动变速器的换挡操作可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、故障相对较低、物美价廉。 3手动变速器也有自身的缺点：在当今的大城市中，“堵车”现象愈演愈烈，驾驶员需要频繁地踩离合器换挡，体力消耗大，发动机很难工作在最佳的状态，动力性没有完全发挥，经济性差，排气中有害物质含量高，污染严重。2)自动变速器自动变速器（AT:Automatic Transmission）是根据车速和负荷来进行双参数控制，档位根据上面的两个参数来自动升降。AT
7、与 MT 的共同点，就是二者都是有级式变速器，只不过 AT 能根据车速的快慢来自动实现换挡，可以消除手动变速器“顿挫”的换挡感觉。AT 的结构与手动变速器相比，液力自动变速器在结构和使用上有很大不同。手动变速器主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而自动变速器是液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。自动变速器采用液力便举起来代替离合器，因此减少了离合器换挡带来的冲击，档位少变化大，连接平稳，因此容易操作，提高驾驶方便性，减少驾驶员的劳动强度，也提高了驾驶员的舒适性。自动变速器也存在不足之处：一是对速度变化反应慢，没有手动离合器灵敏，因
8、此许多驾驶员选用手动变速器车；二是费油不经济，液力变矩器的传动效率不高，变矩范围有限，近几年引入电子控制技术对此做了改进；三是机构复杂，维修困难。在液力变矩器内告诉循环流动的液压油会产生高温所以要用指定的耐高温液压油。机 械 式 自 动 变 速 器 是 在 传 统 干 式 离 合 器 和 手 动 齿 轮 变 速 器 的 基 础 上 改 造 而 成主 要 改 变 了 手 动 换 挡 操 纵 部 分 。 即 在 手 动 变 速 器 结 构 不 变 的 情 况 下 改 用 电 子 控 制来 实 现 自 动 换 挡 。 机 械 式 自 动 变 速 器 控 制 单 元 （ 简 称 ECU） 的 输 入
9、信 号 有 驾 驶 员的 意 图 （ 加 速 踏 板 的 位 置 和 党 委 的 选 择 ） 和 汽 车 的 工 作 状 态 （ 包 括 发 动 机 转 速 、节 气 门 开 度 、 车 速 等 ）3)无 级 变 速 器无 级 变 速 器 （ CVT： Continuously Variable Transmission） ， 又 称 为 连 续 变速 式 无 级 变 速 器 。 这 种 变 速 器 与 一 般 齿 轮 式 自 动 变 速 器 的 最 大 区 别 是 它 省 去 了 复杂 而 笨 重 的 齿 轮 组 合 变 速 传 动 。 金 属 带 式 无 级 变 速 器 主 要 包 括 主
10、 动 轮 组 、 从 动 轮组 、 金 属 带 和 液 压 泵 等 基 本 部 件 主 动 和 被 动 工 作 轮 由 固 定 和 可 动 两 部 分 组 成 ， 形成 V 型 槽 ， 与 金 属 片 构 成 的 金 属 带 啮 合 。 当 主 动 轮 和 被 动 轮 和 被 动 轮 可 动 部 分 作轴 向 移 动 时 ， 相 应 改 变 主 动 轮 与 从 动 轮 上 传 动 带 的 接 触 半 径 ， 从 而 改 变 传 动 比 。可 动 轮 的 轴 向 移 动 通 过 液 压 控 制 系 统 进 行 连 续 的 调 节 可 实 现 无 级 变 速 。4)无 限 变 速 式 机 械 无
11、级 变 速 器无 限 变 速 式 机 械 无 级 变 速 器 （ IVT:Infinitely Variable Transmission） 4由 英 国 Torotrak 公 司 研 发 出 来 ， 只 是 业 界 一 直 将 他 视 为 CVT， 直 至 2003 年 3 月在 美 国 底 特 律 举 行 的 SAE（ 美 国 汽 车 工 程 师 学 会 ） 年 会 上 才 将 他 单 独 分 类 。 IVT采 用 的 是 一 种 摩 擦 板 式 变 速 原 理 。 早 在 1905 年 就 出 现 过 这 种 无 级 变 速 器 ， 它 由圆 盘 和 滚 轮 构 成 ， 结 构 简 单
12、， 但 由 于 摩 擦 本 身 带 来 的 能 量 损 耗 大 ， 发 热 量 高 ， 传递 转 矩 小 和 材 料 不 耐 用 等 缺 点 ， 没 有 进 行 批 量 生 产 。 这 种 变 速 器 原 理 便 是 今 天 的IVT 的 基 础 。IVT 与 其 它 自 动 变 速 器 之 一 是 不 使 用 变 矩 器 ， Torotrak 公 司 开 发 的 IVT 使用 了 2 套 离 合 器 ， 驱 动 力 由 一 套 称 为 Variato 的 装 置 传 递 ， 通 过 锁 止 离 合 器 和 行星 齿 轮 机 构 将 动 力 传 递 至 传 动 轴 。 IVT 的 核 心 部
13、分 由 输 入 传 动 盘 、 输 出 传 动 盘 分别 位 于 两 端 ， 输 出 传 动 盘 只 有 1 个 位 于 中 间 位 置 ， Variato 传 动 盘 则 夹 于 输 入 传动 盘 和 输 出 传 动 盘 中 间 ， 他 们 之 间 的 接 触 点 以 润 滑 油 作 介 质 ， 金 金 属 间 不 接 触 ，通 过 改 变 Variato 装 置 的 角 度 变 化 而 实 现 传 动 比 的 连 续 而 无 限 的 变 化 。12回 顾 变 速 器 的 技 术 的 发 展 可 以 清 楚 的 知 道 ， 变 速 器 作 为 汽 车 传 动 系 统 的 主 要组 成 部 分
14、 ， 其 技 术 的 发 展 是 衡 量 汽 车 技 术 水 平 的 一 项 主 要 依 据 。 21 世 纪 能 源 与环 境 、 先 进 的 制 造 技 术 、 新 型 材 料 技 术 、 信 息 与 控 制 技 术 发 展 的 重 要 领 域 ， 这 些领 域 的 科 技 进 步 推 动 了 变 速 器 的 发 展 。 并 且 向 着 节 能 与 环 境 保 护 ； 应 用 新 型 材 料 ；高 性 能 、 成 本 低 、 微 型 化 ； 智 能 化 、 集 成 化 发 展 。1.3 变 速 器 设 计 面 临 的 主 要 问 题在汽车工业高速发展的今天，随着世界燃油价格的日益上涨和运用
15、在汽车各种配件上的技术日趋成熟，变速器发展面临的主要问题如下：1. 如何设计出节能环保、经济型的变速器，将是变速器乃至汽车发展所要面临的一个巨大问题。2. 自动变速器之所以发展如此迅速是因为它操纵起来简单方便，但同时也减少了驾车乐趣。因此，在不减少驾车娱乐性的同时，又能使操纵更加方便快捷，也是变速器设计时要考虑的一个重要问题。3. 如何设计出结构简单、传动效率更高、使汽车车速变化更加平稳以及驾车舒适性更高的变速器，则一直都是变速器设计所要攻克的技术难关。 5第 2 章 变速器的总体方案设计2.1 变速器的功用及设计要求变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，又称变速箱。它作
16、为汽车动力系统重要的组成部分，主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动轮牵引力以及车速的不同需求。此外，变速器还用于使汽车能倒退行驶和在启动发动机以及汽车滑行或停车时使发动机传动系保持分离；必要时还应有动力输出功能 。7为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求：1.保证汽车有必要的动力性和经济型。2.设置空挡。用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3.设置倒档，使汽车能倒退行驶。4.设置动力传输装置，需要时进行功率输出。5.换挡迅速、省力、方便。6.工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。7.变速器应有高的工作效率。8.变速器的工作噪声低。除此之外，变速器还应该满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便 6等要求。满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器挡数、传动比范围和各挡传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小，变速器传动比范围越大。2.2 变速器传动机构的形式选择与结构分析变
