三轴五档变速器设计项目说明书高级轿车三轴五档手动机械式变速器目录一、 设计任务书 4二、 机械式变速器的概述及总体方案论证 4变速器的功用、要求、发动机布置形式分析 .4变速器传动机构布置方案 .5传动机构布置方案分析 5倒挡布置方案 7变速器零部件结构方案分析 .8三、 变速器主要参数的选择与主要零件的设计 11变速器主要参数选择 .11档数与传动比 13中心距 14夕卜形尺寸 14齿轮参数 15各档齿轮齿数的分配 .15确定一档齿轮的齿数 15确定常啮合齿轮副的齿数 16确定其他档位的齿数 18确定倒挡齿轮的齿数 18齿轮变位系数的选择 .19四、 变速器齿轮的强度计算与材料的选择 .22齿轮的损坏原因及形式 ..22 ...22 ..23 ..24 五、变速器轴的强度计算与校核.26...26轴的结构 .26确定轴的尺寸 ..26 27第一轴的强度与刚度校核 ..28第二轴的校核计算 ..29六、变速器同步器的设计及操纵机构 ...30同步器的结构 31同步环主要参数的确定 33变速器的操纵机构 35参考文献 .36一、设计任务书某款四座高级轿车整备质量 1458kg,拟设计最高车速203km?h-1,最大功 率124kW，对应转速6000r/min;最大转矩226N?m，对应转速4000r/min,前 后轮胎尺寸均为205/60 R16。
第四组(1) 画出手动机械式变速器的总装配图(0号图纸)；(2) 画出所有手动机械式变速器内零部件图纸(需要标注装配尺寸、配合公 差与明细栏，撰写装配技术要求等)；(0/1/2/3号图纸)(3) 选取、设计和确定手动机械式变速器内各零部件结构、尺寸等，能实现 所设计零部件的相关功能要求；(4) 校核手动机械式变速器内的关键零部件；(5) 设计说明书一份(5000字左右)二、机械式变速器的概述及总体方案论证变速器的功用、要求、发动机布置形式分析变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、 爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时 使发动机在最有利的工况范围内工作变速器设有空档，可在启动发动机、汽 车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输变速器设有倒挡，使汽车 获得倒退行驶能力需要时，变速器还有动力输出功能变速器设计应该满足以下基本要求：(1) 具有正确的档数和传动比，保证汽车有需要的动力性和经济性指标；(2) 有空档和倒档，使发动机可以与驱动轮长期分离，使汽车能倒车；(3) 换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性(自动、半自动和电子操纵机构)；(4) 工作可靠。
汽车行驶中，变速器不得跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生；(5) 应设置动力输出装置，以便必要时进行功率输出；(6) 效率高、噪声低、体积小、重量轻便于制造、成本低变速器是由变速传动机构和操纵机构组成根据前进档数的不同，变速器 有三、四、五和多挡几种根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大 类而前者乂分为两轴式、中间轴式和多中间轴式变速器相比丁经济型轿车，高级轿车更加追求汽车性能发动机纵置具有以下特点：(1) 为复杂的前悬:架腾出足够的布置空间(2) 均衡轴荷，减轻前桥轴荷(3) 体积庞大的大排量发动机只能纵置(4) 修长的车头有非凡的魅力因此高级轿车普遍采用发动机纵置、前置后驱的形式而中间轴式变速器多用 丁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因此本设计采用 中间轴式机械变速器根据给出的设计条件和发动机布置形式的分析，变速器具体的参数说明如下:发动机纵置变速器中间轴式MT发动机取大扭矩226/4000发动机取大功率124/6000驱动形式FR汽车整备质量kg1458最局车速203kn?h-1前后轮胎尺寸205/60 R16变速器传动机构布置方案分析传动机构布置方案分析有级变速器⑴与无级变速器相比，其结构简单、制造低廉，具有高的传动 效率(可=~,因此在各类汽车上均得到广泛的应用。
设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确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档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，~； ~； ~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个变速器档位数的增多可提高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，降低运输成本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说是困 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，或者需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于一定 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使用的超速档采用传动比小于1 (~)的超速档，可以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，因而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 数目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制 造精度、刚度等三轴式变速器得到的最广泛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分别与中间轴的相 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 则称为直接档此时，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 主要优点其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩在齿轮中心距 (影 响变速器尺寸的重要参数)较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是 三轴式变速器的另一优点其缺点是：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发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，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丁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工作噪声外，还可以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种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步 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，那么一定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，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题图2-1c所示方案的高档从动齿轮处丁悬臂状态，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这个方案的特点倒挡布置方案图2-2为常见的倒挡布置方案［2］图2-2b所示方案的优点是换倒挡时利用 了中间轴上的一挡齿轮，因而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所示方案能获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，因而取代了图 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所示方案适用丁全部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义轴，致使变速器上盖中的操纵机图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还是中 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，然后按照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，这 样做既能使轴有足够大的刚性，乂能保证容易装配倒挡的传动比虽然与一挡 的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布 置在靠近轴的支承处变速器零部件结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求 在确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 滑和密封等因素与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点;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，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大直 齿圆柱齿轮仅用丁低档和倒挡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，但由丁换档不轻便、换档时 齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、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使用的。
由丁齿轮常啮合，因而减 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 不高的档位上常被使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，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安 全性，此外，该种型式还有利丁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，铜质同步环的使用寿命较短目前，同步器广 泛应用丁各式变速器中自动脱档是变速器的主要障碍之一为解决这个问题，除工艺上采取措施 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）或者两接合齿的啮合位置错开（图 2-3b）,这样在啮合时使接合齿端部超过被接 合齿约1~3mm使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩， 以阻止自动脱档工一’ 电HIT图2-3防止自动脱档的结构措施I 图2-4防止自动脱档的结构措施n图2-5防止自动脱档的结构措施m2） 将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（~）,这样，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 2~3）,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，用较多在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步 的但它可以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|、4-同步环;2-同步器齿鼓;3-接合套；5-弹簧;6一滑块；7-止动球；。