变速箱毕业设计

第一章概述

手动变速器（Manual Transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值(也就是所谓的“级” )。比如，一档变速比是3.85,二档是2.55,再到五档的0.75,这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值(即有5级)，所以说它是有级变速器。

曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。

首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。

其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历郊深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾

驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。

第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车，它们的各款车型基本上都是5档手动变速

第二章变速器的结构与原理

第一节变速器的分类

从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。

手动变速器(MT)

手动变速器（Manual Transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值(也就是所谓的“级” )。比如，一档变速比是3.85,二档是2.55,再到五档的0.75,这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值(即有5级)，所以说它是有级变速器。

曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。

首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。

其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展

历史，资历郊深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。

第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车，它们的各款车型基本上都是5档手动变速。

自动变速器（AT）

自动变速器（AutomaticTransmission），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但自动变速器中有很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。

在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。在高速公路上，这是个体现地非常完美。而且，以北京市来说，现在的交通状况不好，堵车是经常的事情，有时要不停地起步停步数次，司机如果使用手动档，则会反复地挂档摘档，操作十分烦

琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动档，就不会这样麻烦了。

在市场上，此类汽车销售状况还是不错的，尤其是对于女性朋友比较适合，通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普及这种车型，关键要解决的是路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。

手动/自动变速器（AMT）

其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传统的手动变速器，而且在某些时候也需要自动的感觉。这样手动/自动变速器便由此诞生。这种变速器在德国保时捷车厂911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动档束缚，让驾驶者也能享受手动换档的乐趣。此型车在其档位上设有“+”、“-”选择档位。在D档时，可自由变换降档(-)或加档(+)，如同手动档一样。

自动—手动变速系统向人们提供两种驾驶方式—为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通拥挤时使用自动档，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。笔者曾在上面提到，手动变速器有着很大的使用群体,而自动变速器也能适应女士群体以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些夫妻双方均会驾车的家庭来说，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如广州本田飞度1.3L CVT 两厢、南京菲亚特2004派力奥1.3 HL Speedgear、南京菲亚特西耶那Speedgear EL这些“二合一”的车型价格均在10万元左右，这个价格层面还比较低的。所以，手动/自动车在普及上还是具有相当的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，根据市场要求精心打造此类变速器。因为这类变速器是有比较广阔的市场的。

无级变速器

当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高的。汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的“最高境界”。无级变速器最早由荷兰人范·多尼斯（VanDoorne’s）发明。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友将自动变速器称为无级变速器，这是错误的。虽然它们有着共同点，但是自动变速器只有换档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有2～7个档。而无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。本次我设计的主要是五速手动变速器。

第二节变速器的功用、结构与原理

2.2.1变速器的功用

汽车行驶条件是比较复杂的，行驶速度和行驶阻力的变化非常大，这就要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，而汽车上普遍采用的动力装置是汽油或柴油发动机，其转矩与转速变化范围都较小，因此在汽车传动系中设置了变速器来解决这一矛盾。

功用：

（1）改变传动比：扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应汽车在各种行驶条件下所需的牵引力和合适的行驶速度，并使发动机经常能够在动力性和经济性比较有利的工况下工作。

（2）实现倒车：利用倒挡，改变驱动轮的旋转方向，从而实现汽车倒向行驶。

（3）中断动力：利用空挡，切断离合器与传动轴之间的动力传递，以便发动机起动及怠速运转。

2.2.2 结构与原理

手动变速器通常采用平行轴式，由齿轮传动的原理可知，一对齿数不同的齿轮啮合传动时可以变速变矩（如图2-1）。

图2-1 变速类型

根据主要轴的数目可分为两轴式（如图2-2）和三轴式变速器（如图2-3）。

图2-2

图2-3

两轴式变速器：

两轴式变速器多应用在发动机前置前轮驱动（轿车）或发动机后置后轮驱动（客车）的汽车上，其特点是结构比较紧凑。

基本结构：如图2-4所示

图2-4 （桑塔纳2000 GSI330型）两轴式变速器结构图

三轴式变速器：

三轴式变速器除有第一轴、第二轴外，还增设了中间轴。其特点是空间布置比较灵活，传动比的范围大，可设有直接挡传动。

（1）基本结构：（如图2-5）

图2-5 三轴式五挡变速器

（2）动力传递路线及传动比：（如图2-6）

图2-6动力传动路径

2.2.3 变速箱惯性同步器

惯性同步器有锁环式和锁销式等形式。

（1）锁环式同步器：

①锁环式惯性同步器的构造（如图2-7）；它由锁环滑块、弹簧圈、花键毂及接合套等组成。

图 2-7 变速器类型

②锁环式惯性同步器工作过程：当接合套刚从3挡退出到空挡位置时

（如图2-8a），接合套压下弹簧圈继续左移与锁环的花键齿进入接合图（如图2-8b）。

如果此时接合套花键齿与接合齿圈的花键齿发生抵触（如图2-8c）。接合套与接合齿圈的花键齿圈进入接合（如图2-8d所示），最后完成了换入4挡的全过程。

图 2-8

（2）锁销式惯性同步器：

为了改变锁环惯性式同步器摩擦力矩不大的缺点，有的货车上采用了锁销式惯性同步器。如图2-9所示为锁销式惯性同步器结构图。

图 2-9

第三节变速器的设计要求

汽车的使用条件颇为复杂，如汽车的载货量，道路坡度，路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围，以适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上，以高速行驶时，挂入变速器高档；而在不平的路上或爬较大的坡道时，则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件，选择合适的变速器档位，不仅是汽车动力性的要求，而且也是汽车燃油经济性的要求。

汽车在某些情况下，需要倒向行驶。然而，汽车发动机不能倒转工作，因此在变速器内设有倒档。此外，变速器还设有空挡，可中断动力传递，以满足汽车暂时停驶和对发动机检查调整的需要。对变速器的要求，除一般便于制造，使用和维护以及质量轻，尺寸紧凑外，主要还有一下几点:

一、应保证汽车具有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，来满足这一要求。

二、工作可靠，操纵轻便

汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。

三、重量轻、体积小

影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用

合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。

四、传动效率高

为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。

五、噪声小

采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。

第三章变速器的主要参数及设计

第一节变速器结构方案的选择

目前，汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的，这是由于各国汽车的使用，创造，修理等条件不同，也是由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的。尽管如此，一般变速器的结构形式，仍具有很多共同点。

各种结构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随主管和客观条件的变化而变化。因此，在设计过程中我们应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化，通用化和标准化，最后确定较合适的方案。

机械式变速器因具有结构简单，传功效率高，制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛的应用。本设计采用的结构方案如图2-1所示，下文将对其进行具体说明。

图3-1

变速器结构方案图

一、两轴式变速器和中间轴式变速器

现代汽车大多数大多数都采用中间轴式变速器。两轴式变速器只用于发动机前置，前轮驱动或发动机后置，后轮驱动的轿车上。除了汽车总体布置的要求外，主要思考以下几个方面，本次轻型汽车变速器的设计中选择三轴式变速器。

（一）变速器的径向尺寸

两轴式变速器的前进挡均由一对齿轮传递动力，当需要大的传动比时，需将主动齿轮做的小些，而将从动轮做的很大，因此两轴的中心距

和变速器间的相关尺寸也必然增大。受结构限制，两轴式变速器的一档

传动比不可能设计的很大。而三轴式变速器，由两对齿轮传递动力。在

同样传动比的情况下，可将大齿轮的径向尺寸做的小些，因此中心距及

变速器壳的相关尺寸均可减小。在中心距不大的条件下，一档仍然有较

大的传动比。

（二）变速器的功率

两轴式变速器，虽然可以有等于1的传动比，但仍要经过一对齿轮

传递动力，因此有功率损失。而三轴式变速器，第二轴的前端经轴承在

第一轴孔内，且保持两轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接后可得

到直接挡，使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，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，齿轮的磨损减少。然而，在除直接挡以外的

其他挡工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。

（三）变速器的寿命

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。因此小齿轮的寿命，比大齿轮的寿命短。三轴式变

速器各前进挡（除直接挡），均为常啮合齿轮传动，大小齿轮的径向尺

寸相差较小，工作循环次数和齿轮寿命也比较接近。用直接挡工作时，

因第一轴与第二轴直接连在一起，齿轮只是空转，并不传通动力，故不

影响齿轮寿命。应为直接挡的利用率要高于其他挡位，因而提高了变速

器的使用寿命。

二、齿轮的安排

各齿轮副的相对安装位置，对于整个变速器的结构布置有很大的影响。各挡位置的安排，考虑到以下四个方面的要求：

（一）整车总体布置

根据整车的总体布置，对变速器输入轴与输出轴的相对位置和变速器的轮廓形状以及换挡机构提出要求。

（二）驾驶员的使用习惯

有人认为人们习惯于按档位的高低顺序，由左到右或由右到左排列

来换挡，但是也有人认为应该将常用档放在中间位置而将不常用的低档

放在两边。值得注意的是倒档，虽然它是平常换挡序列之外的一个特殊

档位，但它却是决定序列组合方案的重要环节。按习惯，倒档最好不与

序列结合。否则，从安全考虑，按倒挡与一档放在一起较好。在五档变

速器中，倒档与序列结合与不结合两者比较，前者在结构上可以省去一

个拨叉和一根变速滑杆；后者如布置适当，则可使变速器的轴向长度缩短。本设计中采用如图2-1所示的方案：倒档与序列结合，并与一档放

一起。

（三）提高平均传动效率

为提高平均传动效率，采用具有直接挡的传动方案，并尽可能地将使用时间最多的档位设计成直接挡。

（四）改善齿轮受载状况

各档位齿轮在变速器中的位置安排，考虑到齿轮的受载状况。承受载荷大的低档齿轮，安置在离轴承较近的地方，以减少轴的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。变速器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高档齿轮安排在离两支承较远处。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转叫较小，故齿轮的偏载也小。因为变速器在一档和倒档工作时有较大的力。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档，都应当布置在我靠近轴的支承处。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，又能保证容易装配。本设计中采用了中间支承这种结构形式，将五档和倒档分别布置在中间支撑板两侧。这种方案不仅可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声，而且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挡的变速器。

三、换挡结构形式

目前汽车上的机械式变速器采用的换挡结构形式有三种：（一）滑动齿轮换挡

通常是采用滑动直齿轮进行换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单，紧凑，容易制造。缺点是换挡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。所以这种换挡方式，一般仅用在一档和倒档上。采用滑动斜齿轮换挡，虽有工作平稳，承载能力大，噪声小的优点，但它的换挡仍然避免不了

齿端面承受冲击，所以现代汽车的变速器中，前进挡采用滑动齿轮换挡的已甚为少见。

（二）啮合套换挡

用啮合套换挡，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合的斜齿轮。而斜齿轮上另外有一部分做成直的接合齿，用来与啮合套相啮合。这种结构既具有斜齿轮传动的优点，同时克服了滑动齿轮换挡时，冲击力集中在1~2个轮齿上的缺陷。因为在换挡时，由啮合套以及相啮合的接合齿上所有的轮齿共同承担所受到的冲击，所以啮合套和接合齿的轮齿所受的冲击损伤和磨损较小。它的缺点是增大了变速器的轴向尺寸，未能彻底消除齿轮端面所受到的冲击。

（三）同步器换挡

现在大多数汽车的变速器都采用同步器。使用同步器可减轻接合齿在换挡时引起的冲击及零件的损坏。并且具有操纵轻便，经济性和缩短换挡时间等优点，从而改善了汽车的加速性，经济性和山区行驶的安全性。其缺点是零件增多，结构复杂，轴向尺寸增加，制造要求高，同步环磨损大，寿命低。但是近年来，由于同步器广泛使用，寿命问题已解决。比如在其工作表面上镀一层金属，不仅提高了耐磨性，而且提高了工作表面的磨镲系数。本设计中前进挡采用锁环式同步器换挡方式，其结构如下图 3-2（锁环式同步器）所示。

图 3-2

1—第一轴 2、13—滚动轴承 3—四挡结合齿圈 4、9—锁环 5—滑块 6—定位销7—结合套 8—三挡结合齿圈 10—第二轴三挡齿轮 12、18、19—卡环14—第二轴 15—花键 16—弹簧 17—中间轴三挡齿轮 20—挡圈

此外，自动脱档是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损，变速器轴刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱档。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，在结构上也采用相应的措施。本设计中将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（倾斜2°），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力，如图3-3所示

图3-3 防止自动脱档的结构措施

四、倒档的结构方案及倒档的位置

倒档齿轮的结构及倒档轴位置，应与变速器的整体结构方案同时

考虑。有些方案利用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；也有利用两个联体齿轮方案的。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正，负交替对称变化的弯

曲应力状态下工作，而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒档传动比略有增加。在轻型汽车中，通常只采用一个倒档齿轮，结构较简单。为了使结构更加紧凑，本设计中采用前一种结构方案，如图3-4所示。