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1、 第1章 绪 论1.1 概述选题的背景、目的及意义 汽车上所应用的发动机具有转矩变化范围小、转速高的特点，这与汽车实际的行驶状况是不相适应的。如果没有变速器而直接将发动机与驱动桥连接在一起，首先由于发动机的转矩小，不能克服汽车的行驶阻力，使汽车根本无法起步；其次假使汽车行驶起来，也会由于车速太高而不实用，甚至无法驾控。所以必须改造发动机的转矩、转速特性，使发动机的转矩增大、转速下降以适应汽车实际行驶的要求。因此就出现了车用变速箱和主减速器。它们的共同努力使驱动轮的扭矩增大到发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的几分之一。设计档位不同的变速器，能让汽车在条件良好的平直路面上的高速
2、行驶，在路面不平和有较大坡度时输出较大的扭矩。从经济性出发，驾驶员可以根据具体情况，选择变速箱的某一挡位，来减少燃油的消耗。从改变行驶方向上，发动机的旋转方向从前往后看为顺时针方向，且是不能改变，在某些情况下，设置了倒档变速器的汽车还能倒向行驶。另外，在发动机起动和怠速运转、变速器换档、汽车滑行和暂时停车等情况下，都需要中断发动机的动力传动，变速器中设有的空档能实现这些功能。“十一五”期间，汽车工业发展迅猛，年产量由571万辆上升到1826万辆，私人汽车保有量由2365万辆上升到6539万辆，中国已成为世界最大的汽车生产和消费国之一。汽车作为一个在方方面面影响居民生产、生活的用品，它的动力性、
3、经济性、通过性、操纵方式等任何一项突破都会对整个行业产生巨大的影响。作为车辆工程专业的本科学生，选择变速器进行设计，在设计过程中会复习所学的专业课程、了解大量的专业知识，设计方案具有足够的复杂程度，同时在生产有可行性。1.2 国内外研究状况现在汽车变速器的发展趋势是向着可调自动变速箱或无级变速器方向发展。现在市场上流行的变速器种类：1)双离合变速器(Dual Clutch Transmission)，基于手动变速器而又不是自动变速器，除了拥有手动变速器的灵活性及自动变速器的舒适性外，还能提供无间断的动力输出。DCT的核心技术仅掌握在美国博格华纳(BorgWarner)和德国舍弗勒(Schaef
4、fler)集团手中。基于DCT技术的各公司不同变速器 ：大众 DSG (Direct Shift Gearbox) ，奥迪 S Tronic，宝马 M DKG (Doppel Kuppling Getriebe, M Double Clutch gearbox) ，福特、沃尔沃 Powershift，保时捷 PDK (Porsche Doppelkupplungsgetribe)，三菱 Twin Clutch SST。2)电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission)，是在原有齿轮式机械变速器的基础上加装电脑控制系统，对油门、离合器、变速杆的控制均采
5、用了电动机驱动或液压驱动的执行机构，从而实现选挡、换挡的自动化控制，使汽车成为自动变速的汽车。它保持了原有的机械传动结构基本不变，所以齿转传动固有的传动效率高、机构紧凑、工作可靠等优点被很好的继承下来。3)无级变速器(Continuous Variable Transmission)，结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，它主要靠主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化。奥迪、日产 、三菱、奥迪、 日产天籁、本田飞度、菲亚特、福特等世界名牌车系都有配备CVT变速器的轿车销售。全套图纸，加1538937061.3 选题的研究设想、研究方法
6、在此次设计中对变速器作了总体设计，对变速器的传动方案和操作方式进行了选择，对变速器主要参数的确定做了详细说明，计算变速器的齿轮和轴的尺寸结构，对同步器和一些标准件做了选型设计。 采用文献研究法。根据选题，通过查找文献获得资料，了解研究对象的组成、工作原理和待解决的问题。了解有关问题的历史和现状，帮助确定研究课题。形成关于研究对象的一般印象，有助于明确设计的内容和设计过程。能得到现实资料的比较资料。有助于了解事物的全貌。采用定量分析法。在科学研究中，通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识进一步精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物的发展趋势。采用模拟法。模拟设计原形的主要
7、特征，将已知信息转化为设计的依据，根据设计原形的各种机构的零部件间的力学、配合关系，通过大量的计算与校核，以此为条件确定使用的理论和经验公式，保证设计的正确、合理。1.4 设计的主要内容1、总体方案的设计，按照任务书给定的主要参数选择相应车型，参照其变速器的主要结构选择自己设计的变速器的类型、传动机构和倒挡布置方案；2、变速器的主要参数的选择计算，内容包括：轴的直径，传动比范围、中心距、外形尺寸，齿轮的模数、压力角、螺旋角、齿宽、各档齿轮齿数；4、齿轮、轴的计算和校核，内容包括：齿轮弯曲应力、接触应力计算，轴的强度、刚度计算，轴承的选择和寿命计算；5、同步器、操纵机构的工作原理、结构和选择。1
8、.5 预期结果和意义设计方案预计传动机构、操纵机构布置方便，结构简单紧凑。换挡迅速，齿轮接触平稳，各挡齿轮的变位系数、压力角、螺旋角、模数和齿顶高系数的选择考虑齿轮的受力、转速和噪声情况，按传动比高低不同选择不同：在高档工作区,通过选用较小的模数,较小的正角度变位系数和较大的齿顶高系数.，合理分配端面重合度和轴向重合度，以满足现代变速箱的设计要求,达到降低噪声，传动平稳的最佳效果；而在低档工作区，通过选用较大的模数，较大的正角度变位系数和较小的齿顶高系数，来增大低档齿轮的弯曲强度，以满足汽车变速箱低档齿轮的低速大扭矩的强度要求，以获得最有力的输出功率。轴和齿轮要具有足够的强度和刚度，通过校核检
9、验设计是否合理，选择的轴承在工作时间内具有足够的使用寿命。 本次设计的意义是将研究转化为生产力。结合当前汽车行业的发展前景，自主学习新技术，研究工艺流程，培养思维的严谨性和专研学术的扎实作风，围绕经济社会创造价值。第2章 总体方案设计2.1 技术参数根据变速器设计所选择的汽车基本参数如下表。表2.1 设计基本参数表项目参数值车型东风EQ1092发动机东风EQ6100-1改进型额定转速(r/min)3000最大扭矩(Nm/n)353额定总质量(kg)9400车长/宽/高(mm)8145/2470/2485最高车速(km/h)90最大爬坡度30%轮胎900-202.2 设计应满足的基本要求对设计的
10、变速器基本要求如下:1)改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的工况下工作； 2)设置倒档，在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶； 3)设置空挡，中断动力传递，使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡；4)设置动力输出装置，需要时能进行功率输；5)换挡迅速，省力，方便。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)变速器应当有高的工作效率；8)变速器还应当满足轮廓尺寸小、质量轻，制造成本低，维修方便等要求。2.3 变速器的类型选择变速器的种类很多，按其传动比的改变方式可以分为有级、无级和综合式的
11、。有级变速器根据前进档档数的不同，可以分为三、四、五档和多档变速器；而按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线(行星齿轮)式和综合式的。其中，固定式变速器应用较广泛，又可分为两轴式，三轴式和多轴式变速器。其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，两轴式变速器的缺点也很明显：1)不能设置直接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。2)两轴式变速器主减速器用螺旋圆锥齿轮或双曲面齿轮，制造工艺复杂；三轴式变速器主减速器用圆柱齿轮，简化了制造工艺。3
12、)两轴式变速器的前进档均为一对齿轮副，而三轴式变速器则有两对齿轮副。4)两轴式变速器的低档齿轮副大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多，因此，小齿轮工作寿命比大齿轮要短。三轴式变速器的各前进档均为常啮合齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，因此寿命比较接近。5)两轴式变速器，虽然可以有等于1的传动比，但是仍要有一对齿轮传动，因而有功率损失。而三轴式变速器，可以将输入轴和输出轴直接相连，得到直接档，因而传动效率高，磨损小，噪声也较小。 综上所述此次设计采用三轴五挡式变速器，其使用在东风EQ1092改进型汽车上。选择该车的依据是该车的主要技术指标与任务书上给定的参数基本一致。2.4 变速
13、器传动机构的分析2.4.1 换档机构的选择1、滑动齿轮换档，通常是采用滑动直齿轮换档，但也有采用滑动斜齿轮换档的。滑动直齿轮换档的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换档时齿端面承受很大的冲击会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大，所以这种换档方式一般仅用在一档和倒档上。2、啮合套换档，用啮合套换档，可以将结构为某传动比的一对齿轮，制造成常啮合的斜齿轮。用啮合套换档，因同时承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换档，因此它们都不会过早损坏，但是不能消除换档冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器的轴向尺寸和旋转部分的总惯量增大。因此，这种换
14、档方法目前只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上使用。这是因为重型货车档位间的公比较小，要求换档手感强，而且在这种车型上又不宜使用同步器(寿命太短，维修不便)。3、同步器换档，现在大多数汽车的变速器都采用同步器换档。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，与操作技术熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性。同上述两种换档方法相比，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大、同步环使用寿命短等缺点，但仍然得到广泛应用。近年来，由于同步器广泛使用，寿命问题已得到基本解决。本次设计方案所有挡位均采用同步器换档。2.4.2倒档布置方案 与前进挡位比较，倒挡使用率不高，为实现倒挡传
15、动，在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案。使在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒挡传动比略有增加。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，然后按照从低挡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，又能保证容易装配。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，然后再布置倒挡。此时在倒挡工作时，齿轮磨损与噪声在短时间内略有增加，与此同时在一挡工作时齿轮的磨损与噪声有所减少。图2.2 倒挡布置方案图2.2为常见的倒挡布置方案。图2.2 B)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2.2 C)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2.2 D)所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2.2 C)所示方案。图2.2 E)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2.2 F)所示方案适用于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2.2 G)所示方案。其缺点是一，倒挡须各用一根
