三轴四档式手动变速器设计

三轴四档式手动变速器设计

1 绪论

1.1概述

自1886年世界上第一辆汽车诞生以来，汽车已经历了近120年的发展。随着科学技术的日益发展，汽车的各项性能也日臻完善。现代汽车已成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的交通工具。现代汽车除了装有性能优良的发动机外还应该有性能优异的传动系与之匹配才能将汽车的性能淋漓尽致的发挥出来，因此汽车变速器的设计显得尤为重要。

动力传动系统是指动力装置输出的动力，经过传动系统到达驱动车轮之间的一系列部件的总称，它使汽车实现起步、变速、减速、差速、变向等功能，为汽车提供良好的动力性与燃油经济性能。其基本功能是将发动机发出的动力传给驱动车轮。动力传递的方式按结构和传动介质可分为机械式、液力机械式、静液式（容积液压式）、电力式等。传动系的组成及其在汽车上的布置形式，取决于发动机的形式和性能、汽车总体结构形式、汽车行驶系及传动系本身的结构形式等许多因素。

变速器在发动机和汽车之间主要起着匹配作用，通过改变变速器的传动比，可以使发动机在最有利的工况范围内工作。

变速器通常还设有到档，在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，在滑行或停车时发动机和传动系能保持分离。变速器还应能进行动力输出。手动变速器基本上是由齿轮、轴、轴承、同步器等动力传动部件组成。

变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定转速是难以达到的。变速器的倒档使汽车可以倒退行驶；其空档使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机与传动系分离。

变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。根据需要，还可以加装动力输出器。

按传动比变化方式，变速器可以分为有级式、无级式和综合式三种。

有级式变速器应用最为广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同，有轴线固定式（普通变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两

种。目前，轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有3～5个前进档和一个倒档，在重型货车用的组合变速器中，则有更多档位。所谓变速器档数即指其前进档位数。

无级式变速器的传动比在一定的数值范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式（动液式）两种。电力式无级变速器的变速传动部件为直流串激电动机，除在无轨电车上应用外，在超重型自卸车传动系中也有广泛采用的趋势。动液式无级变速器的传动部件是液力变矩器。

综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大值与最小值之间的几个间断的范围内作无级变化，目前应用较多。

强制操纵式变速器靠驾驶员直接操纵变速杆换挡，为大多数汽车所采用。

半自动操纵式变速器有两种型式。一种是常用的几个档位自动操纵，其余档位则由驾驶员操纵；另一种是预选式，即驾驶员预先用按钮选定档位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通一个电磁装置或液压装置来进行换档。

在多轴驱动汽车上，变速器之后还装有分动器，以便把转矩分别输送给各驱动桥。

除此之外，变速器还应当满足拆装容易和维修方便等要求。变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。变速传动机构可按前进档数或轴的形式不同分类。具体分类如下：

变速器的结构对汽车的动力性、燃油经济性、换档操纵的可靠性与轻便性，传动的

平稳性与效率性等都有直的影响。采用优化设计方法对变速器与主减速器，以及发动机的参数作优化匹配，可得到良好的动力性与燃油经济性；采用自锁及互锁装置、倒档安全装置，对接合齿采取倒锥齿侧（或越程咬合、错位接合、齿厚减薄、台阶齿侧）等措施，以及其它结构措施，可使操纵可靠，不跳档、乱档、自行脱档和误挂倒档；采用同步器可使换档轻便、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、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展，增力式同步器，双及三中间轴变速器，后置常啮合传动齿轮、短第二轴的变速器，各种自动、半自动以及电子控制的自动换档机构等新结构也相继问世。

变速器多采用飞溅润滑，重型汽车有时强制润滑第一、二轴等。

变速器都装有单向的通气阀，以防壳内空气热胀而漏油及润滑油氧化。壳底的放油塞多置磁铁，以吸附油中铁屑。涉水车需有防水措施。

变速器的设计系列按输出转矩分级，供各种车型选用，也可根据具体车型的使用寿命要求进行设计。可根据同类型在典型路段上实测的随机载荷，用统计分析法组成载荷谱，进行变速器的疲劳寿命计算。这种可靠性设计方法比较符合实际，如果再以油画设计方法选择有关设计参数作最佳匹配，则可得到以最小零部件尺寸满足设计所要求的寿命和性能的设计方案。有时亦可辅以有限元分析。

为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下的设计要求。

(1)正确地选择变速器的档位数和传动比，并使之与发动机参数及主减速比作优化

匹配，以保证汽车具有良好的动力性与燃料经济性。

(2)设置空挡，以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离；使汽车可以

倒退行驶。

(3)体积小、质量小、承载能力强、使用寿命长、工作可靠。

(4)操纵简单、准确、轻便、迅速。

(5)传动效率高、工作平稳、无噪声或低噪声。

(6)制造工艺性好、造价低廉、维修方便。

(7)贯彻零件标准化、部件通用化和变速器总成系列化等设计要求，遵守有关标准

和法规。

(8)需要时应设置动力输出装置。

1.2 国内外发展趋势

回顾变速器技术的发展可以清楚的知道，变速器作为汽车传动系统的重要组成部分，其技术的发展，是衡量汽车技术水平的一项重要依据。21世纪能源与环境、先进制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等是科学技术发展的重要领域，这些领域的科技进步推动了变速器技术的发展。

变速器技术的发展动向如下：

（1）节能与环境保护。表示且的节能与环境保护既包括传动系统本身的节能与环境保护，也包括发动机本身的节能与环境保护。因此研究高效率的传动副来节约能源，采用零污染的工作介质或润滑油来避免环境污染，根据发动机的特性和形式工况来设计变速器，提高传动效率和最低污染物排放区运行等措施。

（2）应用新型材料。材料科学与技术是21世纪重点发展的科学技术领域。各种新型材料在变速器中的应用已经推动了汽车技术的发展和性能的提高。

（3）高性能、低成本、微型化。高性能、高效、精密、低噪声、长寿命、重量轻、体积小、低成本一直以来是变速器的发展方向。