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1、课程设计说明书课程 课程 题名 称：产品结构原理课程设计代码：8202941学院（直属系）机械工程与自动化学院07机械设计制造及其自动5班化学生姓名学号指导教师开题时间完成时间年级/专业/班2010年 11 月 18日2010 年 2-月 8 日目录一、功能原理分析二、装配、总体结构分析三、零件反求分析四、结论一、功能原理分析（一）变速器的作用在汽车传动系中，变速器的功用为：1、根据汽车在不同的行驶条件下的需要，改变发动机输出的扭矩和转速，使汽车具有合 适的牵引力和行驶车速，并同时使发动机在最有利的工况范围内运转。2、汽车起步时，需要较大扭矩来牵引汽车，加速到一定车速。这时就需要挂在低档位，
2、输出扭矩大，转速低。3、汽车告诉行驶时，汽车需要的是高转速，因而就需要挂在高档位，此时输出扭矩较小， 而转速较高。4、变速器设立倒档，是为了保证汽车能够倒车。5、变速器设立空挡，是为了使发动机与传动系统能够分开。（二）汽车变速器的主要技术要求1、应保证汽车具有较高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量发 动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来达到这一要求。2、工作可靠，操纵轻便。变速器各个档位不应有自动跳档、乱档和换挡冲击等现象；为 减轻驾驶员劳动强度，确保形式安全，可通过采用同步器和半自动、自动换挡来实现 操纵轻便性。3、重量要轻，体积要小。可通过选用优质材
3、料，合理的热处理，合理的齿形设计，较高 的齿轮精度等以实现较小的中心距，使变速器小而轻。4、传动效率要高。可采用直接档，提高零件的制造精度和装配质量，选择合适的润滑方 式和润滑油均可提高传动效率。5、噪声小。采用斜齿传动，选择合理的变位系数，提高制造精度和装配刚性，均可减小 齿轮的啮合噪声。（三）变速器的组成 变速器组成的种类较多，可分为有级式和无极式。其中有级式变速器按换挡方式可分 为机械式手动换挡和机械式自动那个换挡变速器。按档位数可分为三档变速器、四档变速 器、五档变速器以及多档变速器。在这里，采用的是机械式四档手动变速器，主要组成部分有上下箱体、输入轴、中间轴、I、II、III、W档齿
4、轮副、倒档齿轮副、转速表蜗轮蜗杆、主减速器齿轮、差动器壳、差 速器行星齿轮及半轴齿轮、换挡拨叉轴、换挡拨叉、换挡杆等。（四）变速器的工作原理变速器各个档位进行传递工作流程如下：1、由于各前进档齿轮副（驱动齿轮和从动齿轮）处于常啮合状态。输入轴上各驱动齿轮 与轴硬连接随轴一起转动；中间轴上各从动齿轮通过轴套空套在轴上，可以自由绕轴 空转。因此，当操纵杆置于空挡位置时，尽管有发动机动力输入，只会带动中间轴上 的各从动齿轮绕中间轴空转，中间轴不会转动，当然也就没有动力和转速的输出。I档：档操纵杆置一档位置时，将带动低速拨叉把低速同步器推向I档从动齿轮，使 同步器啮合套与I档从动齿轮的齿圈啮合，而同步
5、器是通过华健联在中间轴上的。结果动 力传递是:输入轴一一I档驱动齿轮一一I档从动齿轮低速同步器一一中间轴一一主 减速器齿轮差速器两输出轴的这样一个过程。II档：将操纵杆置于II档位置时，将带动低速拨叉使同步器与II档从动齿轮啮合，动力 传递:输入轴一一 II档驱动齿轮一一 II档从动齿轮低速同步器一一中间轴一一主减速 齿轮一一差速器两端输出轴。III档：将操纵杆推向III档位置时，将带动高速拨叉推动高速同步器与III档从动齿轮啮合, 实现:输入轴III档驱动齿轮III档从动齿轮一一高速同步器一一中间轴一一主减速 齿轮一一差速器两端输出轴的传输过程。W档：将操纵杆推向W档位置时，将带动高速拨叉推
6、动高速同步器与W档从动齿轮啮 合,实现：输入轴W档驱动齿轮W档从动齿轮高速同步器中间轴主 减速齿轮一一差速器两端输出轴的传递过程。倒档：将操纵杆推至倒档位置时，使换向齿轮拨叉将倒档轴上的倒档空转齿轮同时与 输入轴上的驱动齿轮和中间轴上的低速同步器齿套相啮合，实现由输入轴一一倒档驱动齿 轮一一倒档从动齿轮一一低速同步器一一中间轴一一主减速齿轮一一差速器两端输出轴 的传输过程。2、变速器变速原理发动机功率P 一定,根据功率的计算公式P=Mn （其中M为变速器输入扭矩，n为变速器 输入转速）I档时，I档从动齿轮与I档驱动齿轮齿数之比为43/12=3.583，根据齿轮旋转转速与齿 轮齿数成反比，则从动
7、齿轮输出转速为1/3.583n，输出扭矩为3.583M。故而I档能实现大扭矩，低转速。II档时，11档从动齿轮与II档驱动齿轮齿数之比为39/18=2.167，根据齿轮旋转转速与齿 轮齿数成反比，则II档从动齿轮输出转速为1/2.167n，输出扭矩为2.167M。故而实现比 I档转速高，比I档扭矩小。III档时，111档从动齿轮与III档驱动齿轮齿数之比为32/24=1.333，则III档从动齿轮输出转 速为1/1.333n，输出扭矩为1.333M。故而实现比II档转速高，比II档扭矩小。W档时，W档从动齿轮与W档驱动齿轮齿数之比为27/30=0.9，则W档从动齿轮输出转速 为1/0.9n，输
8、出扭矩为0.9M。故而实现比III档转速高，比III档扭矩小。由以上可知：当汽车在平坦路面起步时，由于汽车惯性力的作用，汽车要达到一定的 速度，必须需要较大的扭矩来加速才能得以实现，因此，此时需要挂I档。当汽车达到一 定车速后想继续升高速度很困难，此时挂入II档，当达到一定较高车速再升高很难，这时 挂入III档，当车速达到更高车速后，又很难升高时，挂入W档，踏尽油门，直至加到最高 车速，这就是原地起步，连续换挡，由I档到W档的加速过程。当汽车爬坡时，由于需要克服汽车自重的一部分，因而需要较大的驱动力，这样就根 据坡度的陡峭程度，选择I档或II档。二、装配、总体结构分析奥拓轿车采用的机械式四档手
9、动操纵变速器，其结构设计先进合理，具有许多先进独 特的特点。1 齿轮形式变速器中，除倒档采用直齿圆柱齿轮外，1、II、III、W档均采用斜齿圆柱齿轮。由 于I、11、III、W档运转速度较高，且使用频繁，因此对齿的强度、啮合性能有较高要求。 而采用斜齿轮就是为了满足这一要求。斜齿轮中螺旋角0是表征斜齿传动的主要参数。随着0角的增大，不仅增强了齿的接 触强度，同时还使齿轮间啮合系数增大，运转平稳，噪声下降。但B角过大，又会减小齿 的弯曲刚度、降低传动效率，增大轴向力。根据以上特点，选择一个理想的螺旋角0 就非 常重要了。一般的，轿车和轻型货车0 角选择范围在 2035之间，中型、重型货车在 10
10、 30之间选择。有的重型车为了减小轴向力， 0 角在1017之间较小范围选取。奥拓轿车变速器中齿轮螺旋角根据自身的设计计算，并结合以上特性，对各个档位的 齿轮选择理想的0角：由于I挡传递较大的扭矩，选择了螺旋角25较小角度，以减轻 对支承轴承的轴向载荷；而II、III、W挡传递扭矩较小，故选择了0为34这一较大螺 旋角，使在轴承轴向载荷承受能力范围内，啮合系数大，使高速旋转的齿轮啮合运转平稳， 降低了噪音，从而演唱了齿轮寿命和提高了变速器的性能。倒挡，没有各前进挡使用频繁，因其寿命较长，再加上运转转速较低。故采用直齿圆 柱齿轮就能完全满足使用要求。2、换挡结构形式变速器换挡结构形式分为直齿滑动
11、齿轮、啮合套和同步器三种。在这里，着重描述一 下同步器。同步器换挡不仅具有啮合套的优点，而且因为增加一套同步机构，使换挡时齿轮免受 冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操作轻便，缩短了换挡时间，提高了汽车的加速性、 经济性和行驶安全性。但其缺点就是结构复杂，制造精度要求高，制造困难，轴向尺寸有 所增加，铜质同步环寿命较短等三、零件反求分析变速操纵机构设计 变速器操纵机构的功用是保证各档齿轮、啮合套或同步器移动规定的距离，以获得要 求的档位。而且不允许同时挂上两个档位。变速器操纵机构，应满足一下基本要求：1 、要有锁止装置，包括自锁、互锁和倒档锁；2、要使换挡动作轻便、省力，以减轻驾驶员的劳动强度
12、；3、应使驾驶员得到必要的手感。一、换挡位置图设计操纵机构首先要确定换挡位置图。换挡位置图的确定主要从换挡方便考虑。为此应 注意一下三点：1、按换挡次序来排列；2、将常用档位放在中间位置，其他档位放在两边；3、为了避免误挂倒档，往往将倒档安排在最靠边的位置。上图表示了几种变速器换挡位置图。a图的换挡位置图比较理想，便于操纵，b图的换 挡顺序并不方便， c 图比较理想，但1 档与倒档相距太远，往复倒车时不方便。在这里，我们选择的是C图方式。二、直接操纵和远距离操纵（一）直接操纵多数汽车采用传统的直接操纵方案，即变速杆由驾驶室底板伸出，布置在驾驶室座 位旁。这种操纵方式结构简单，驾驶员的手感强。（
13、二）远距离操纵 某些轿车、大客车和具有平头、短头驾驶室的货车，由于总体布局的关系，变速器布置在离驾驶室座椅较远的位置，因此就需要采用远距离的操纵方案，即通过一套换挡传 动机构操纵变速器，这种机构应有足够的刚性，且各连接件间隙不能过大，否则换挡手感 不明显。此外，变速杆支座应固定在受车架变形、汽车振动影响较小的地方，做好使换挡 传动机构、发动机、离合器、变速器连成一体，以避免对操纵机构的不利影响。变速杆力传动比的范围一般是：当变速杆装在转向柱上时多用 68；当变速杆从 底板直接操纵时多用 57.三、锁止装置（一）互锁装置 互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其他变速叉轴互被锁住，互锁装置的结构主要
14、有以 下几种：1、互锁销式（本次采用这种方式） 汽车上广泛使用的一种互锁装置。在相邻俩变速叉轴之间各有一个互锁销，其长度为 l1. 互锁销的两端可以进入相邻变速叉轴的侧面凹臼内，以锁住这个变速叉轴。凹臼的深度为 h。中间一个变速叉轴的两侧都有互锁凹臼，而且是相互对着的，在此变速叉轴内有通孔 把两个凹臼连通。孔内装有一个顶销，其长度为12。如变速叉轴直径为D,变速叉轴的中 心距为A,则彼此间存在如下的关系：L1=D-h=12-1=11L2=A-D+h=20-12+1=9 从上面的关系可以看出，每当由空挡位置推动任一根变速叉轴时，其它两根变速叉轴即被 锁止在空挡位置。从而避免同时挂上两个档位。2、
15、摆动销式 锁块用同心轴螺钉安装在盖体上，并可绕螺钉轴线自由转动。变速杆头置于锁块槽内，选 档时变速杆摆动锁块选入某一变速叉轴槽内，此时，锁块的一个或者两个突起部分挡在其 它两个变速叉轴槽，保证换挡时不能同时换上两个档。3、转动钳口式 选档时，选档传动机构转动钳形板，使换挡杆头进入某一不俗叉轴槽内，此时钳形板的一个或者两个钳爪挡住其余变速叉轴槽而起到互销作用。这种形式的结构工作也很可靠，适 合于远距离操纵。4、三向锁销式左右两块锁板各与两个档的变速叉连接，每块锁板可绕 A 轴转动，而下面的倒档换挡摇臂 与倒档变速叉轴相连。档换入某一档时，由于三向锁销的作用，其它两锁板不得转动，从 而实现互锁。（二）自锁装置 自锁装置的作用是防止因汽车振动或有小的轴向力作用而导致脱档，保证啮合齿轮 在全齿长上进行啮合，并使驾驶员有换入档位的感觉。自锁的作用通常是由钢球和弹簧组成的自锁装置来保证的。对于中型货车，档钢球落入 变速叉轴凹槽时，其弹簧压力
