机械式变速器总体方案的确定

机械式变速器总体方案的确定专项设计题目，任务与分析设计题目：微型面包车变速器设计变速器形式：中间轴式五档变速器设计参数：满载质量整备质量最高车速发动机最大功率发动机最大转矩车轮滚动半径主减速比η─传动系机械效率取0.96设计要求：（1）画出手动机械式变速器的总装配图（1号或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）；（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。

设计功用分析：现代汽车采用的活塞式内燃发动机转矩变化范围较小，不能适应汽车在各种条件下阻力变化的要求，因此在汽车传动系中，采用了可以改变转速比和传动转矩比的装置，即变速器。

变速器不但可以扩大发动机传动到驱动轮上的转矩和转速的变化范围，以适应汽车在各种条件下行驶的需要，而且能在保持发动机转动方向不变的情况下，实现倒车，还能利用空档暂时的切断发动机与传动系统的动力传递，使发动机处于怠速运转状态。

变速器的功用：（1）改变转速比，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，比如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作;（2）在发动机旋转方向不变的情况下，使汽车能倒退行驶;(3)利用空档，中断动力传递，以使发动机能够启动、怠速，并变速器换挡或进行动力输出。

因此变速箱通常还设有倒挡，再不改变发动机旋转方向的情况下汽车能倒退行驶；设有空档，在滑行或者停车时发动机和传动系统能保持分离。

变速器还应能进行动力输出。

为了保证变速器具有良好的工作性能，设计变速器必须满足以下的条件和基本要求：（1）应该合理的选择变速器的档数和传动比，使汽车具有良好的动力性和经济性；（2）工作可靠，在使用过程中不应该有自动跳档、脱档和换挡冲击现象发生；此外，还不允许出现误挂倒挡的现象；（3）操纵轻便，以减轻驾驶员的劳动强度；（4）传动效力高、噪音小。

为了减少齿轮的啮合损失，应设有直接挡。

此外，合理的齿轮形式以及结构参数，提高其制造和安装精度，都是提高效率和减少噪声的有效措施；（5）结构紧凑，尽量做到质量轻、体积小、制造成本低； （6）制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；（7）贯彻零件标准化、部件通用化以及总成系类化等设计要求，遵守有关标准规定； （8）需要时应设置动力输出装置。

变速器主要参数的选择与计算本次专项设计是在已知主要整车数据参数的情况下进行设计，已知的主要汽车整体参数如表1.1所示：og a i i rn u 377.0= 式中：a u -------汽车行驶速度（km/h ）； n -------发动机转速（r/min ）; r -------车轮滚动半径(mm); g i -------变速器传动比;o i -------主减速器传动比。

已知：最高车速m ax a u =m ax a v =105Km/h ；最高档为超速挡，传动比g i =1；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格165/70 R13得到r =（165*0.7）+（13*25.4/2）=280.6mm ；发动机转速n =p n =3800r/min ；由公式得到主减速器传动比计算公式：828.31056.280*3800*377.0377.0===a g o u i nr i 表1.1 整车主要参数1.1 传动方案和零部件方案确定传动方案确定此次设计的汽车是微型面包车，微型面包车大多为发动机中置，后轮驱动，采用中间轴式变速器，变速器的第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体，第二轴前端经轴承支撑在第一轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一直线上，经啮合套将他们连接后可得到直接挡。

使用直接挡，变速器的齿轮和轴承均不承载，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。

因为直接挡的使用率要高于其他档位，因而提高了变速器的使用寿命。

中间轴式变速器的缺点为在除直接挡以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低。

本次专项设计采用如图所示的中间轴式五档变速器传动方案此方案倒挡采用直齿轮传动，其余前进档均采用常啮合齿轮传动，其余档位换挡方式采用同步器。

同步器选用锁环式同步器。

倒挡布置方案零、部件结构方案分析1.齿轮形式变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。

与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等有点；缺点是制造时复杂，工作时有轴向力，这对轴不利。

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，并导致变速器的质量和转动惯量增大。

直齿圆柱齿轮仅用于倒挡。

2.换挡机构形式倒挡采用直齿滑动齿轮换挡，其余档位换挡方式采用同步器。

3.变速器轴承作旋转运动的变速器轴支撑在壳体或者其他部位的地方以及齿轮与轴做不固定连接处应安置轴承。

变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。

至于何处应当采用何种形式的轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。

汽车变速器有结构紧凑、尺寸小的特点，采用尺寸大些的轴承结构受到限制，常在布置上有困难。

变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般采用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。

轴承的直径根据变速器中心距确定，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于6~20mm 。

滚针轴承、滑动轴套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。

滚针轴承有滚动摩擦损失小、传动效率高、径向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮啮合等优点。

滑动轴套的径向配合间隙大、易磨损、间隙增大后影响齿轮的定位和运转进度并使工作噪声增加。

滑动轴套的优点是制造容易，成本低。

变速器主要参数的选择 1.档数此次专项设计的目标为微型面包车，满载质量为1620kg ，采用五档变速器。

2.传动比范围变速器的传动比范围是指变速器最低档传动比与最高档传动比的比值。

最高档通常是直接挡，传动比为1.0；有的变速器最高档为超速挡，传动比为0.7~0.8.影响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着能力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。

目前乘用车的传动比范围在3.0~4.5之间，此次研究目标为微型面包车，属于乘用车范围，我们小组选取的传动比为4.0。

3.最低档传动比计算一档传动比应该满足最大驱动力用于克服车胎与路面的滚动阻力以及最大爬坡力，max **max**ψmg r n i i T rto g e ≥te rg n i T r mg i 0max max 1ψ≥已知：3max e T -------------最大转矩，max e T =85N*M ； r r -------------车轮滚动半径，r r =280.6mm ； 0i -------------主减速器减速比，0i =3.828； mg -------------汽车重力，mg =1620*9.8；t n -------------传动系统传动效率，该车变速器为有级机械变速器传动系，其传动效率可 取为0.9~0.92，本次取t n =0.9；i f +=max ψ，f 为滚动阻力系数，假设为一班的沥青或者混凝土路面，取f =0.0.2；i 为坡度阻力，此次选取道路为山岭重丘区，道路坡度为9%，i =0.28；i f +=max ψ=0.30。

代入公式可得： 563.49.0*828.3*1000*856.280*30.0*8.9*1620=≥g i根据车轮与路面的附着条件则ϕ20max G r n i i T rtg e ≤ Te rg n i T r G i 0max 21ϕ≤ϕ为附着系数，它是由轮胎与路面决定的。

在良好的混凝土或者沥青路面上，路面干燥时ϕ值为0.7~0.8，路面潮湿时为0.5~0.6；假设路面情况为干燥的混凝土路面，ϕ为0.7~0.8，取ϕ=0.75，2G =995kg 。

代入公式可得 008.79.0*828.3*1000*856.280*75.0*8.9*9951=≤g i008.7653.41≤≤g i由于本车型为微型面包车且无超速挡，一档初选传动比不用过大，取1g i =5.0。

2. 其他各档传动比初选 各档传动比为等分配原则：q i i i i i i i i ====54433221 5.10.54451===i i q q 为常数，也就是各档之间的公比，一般认为q 不宜大于1.7~1.8。

所以q=1.5符合要求。

33.35.10.512===q i i ，同理22.23=i ，50.14=i ，5i =1.0。

中心距A 的确定文中设计为中间轴式变速器，初选中心距可以根据经验公式计算 31max g e A n i T K A =A ——变速器中心距（mm ）； A K ——中心距系数，乘用车A K =8.9~9.3； max e T ——发动机最大转距=85（N.m ）；1i ——变速器一档传动比为5.0；g η ——变速器传动效率，取96%。

将其中各参数代入公式31max g e A n i T K A =可得396.0*0.5*85*A K A =)98.68~01.66(42.7*)3.9~9.8(==A乘用车变速器的中心距的变化范围为60~80mm ，初选A=67mm 。

外形尺寸变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中间齿轮和换挡机构的布置初步确定。

影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换挡机构形式以及齿轮形式。

乘用车变速器壳体的轴向尺寸为（3.0~3.4）A 。

轴向尺寸范围为201~227.8mm 。

齿轮参数选择 1. 模数齿轮模数选取的一般原则：（1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽； （2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽； （3）从工艺方面考虑，各档齿轮应该选用一种模数； （4）从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。

对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些。

对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。

所选模数值应符合国家标准的规定。

变速器用齿轮模数的范围见表所选车型为微型面包车，属于乘用车，排量小于1.6L 。

所选模数值应符合国家标准GB/T1357-1987的规定，选用时，应优先选用第一系列，括号内的模数尽可能不用。

汽车变速器常用的齿轮模数（摘自GB/T1357-1987）从工艺方面考虑，各档齿轮应该选用一种模数，而从强度方面考虑，各档齿轮应该选用不同的模数。

在少数情况下汽车变速器各档齿轮均选用相同的模数。