二轴式变速器毕业设计说明书.pdf

兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计目 录第 一 章 绪 论 1第 二 章 变 速 器 的 基 本 设 计 方 案 62.1概 述 62.2变 速 器 的 结 构 分 析 与 型 式 选 择 62.3轿 车 变 速 器 机 构 方 案 的 选 择 92.4变 速 器 设 计 的 基 本 要 求 10第 三 章 变 速 器 齿 轮 的 设 计 11 3.1档 位 数 的 确 定 及 传 动 的 初 选 113.2确 定 中 心 距 113.3初 选 齿 轮 参 数 11第 四 章 齿 轮 校 核 144.1计 算 各 轴 的 转 矩 144.2轮 齿 强 度 计 算 14第 五 章 轴 的 设 计 及 校 核 185.1轴 的 工 艺 要 求 185.2轴 的 强 度 计 算 18第 六 章 轴 承 校 核 21 6.1 输 入 轴 的 轴 承 校 核 216.1 输 出 轴 轴 承 校 核 22第 七 章 同 步 器 的 设 计 247.1 同 步 器 的 结 构 247.2 同 步 器 的 主 要 参 数 确 定 25第 八 章 变 速 器 的 操 纵 机 构 278.1 变 速 器 操 纵 机 构 的 功 能 27经 济 技 术 分 析 28结 论 30参 考 文 献 31致 谢 32 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 1 液 控 式 四 速 自 动 变 速 器 设 计第 一 章 绪 论汽 车 是 作 为 一 种 交 通 工 具 而 产 生 的 ， 但 发 展 到 今 天 已 经 不 能 把 它 理 解 为 单 纯 的 行 的手 段 。 因 为 “汽 车 化 ”改 变 了 当 代 世 界 的 面 貌 ， 它 已 经 成 为 当 代 物 质 文 明 与 进 步 的 象 征 及文 明 形 态 的 一 种 代 表 。 中 国 汽 车 工 业 的 振 兴 也 必 然 会 使 中 国 的 面 貌 焕 然 一 新 ， 在 繁 荣 经济 ， 促 进 四 个 现 代 化 的 实 现 ， 提 高 中 国 人 民 的 生 活 水 平 ， 推 动 社 会 与 地 球 上 近 四 分 之 一的 人 类 进 步 方 面 ， 发 挥 重 大 作 用 .现 在 人 类 社 会 在 不 断 的 进 步 与 繁 荣 ， 交 通 的 变 革 与 发 展在 促 进 社 会 的 发 展 中 起 了 突 出 的 作 用 ， 汽 车 作 为 一 种 交 通 工 具 的 产 生 对 社 会 更 具 有 重 要的 意 义 。 人 类 社 会 及 人 们 生 活 的 “汽 车 化 ”， 大 大 地 扩 大 了 人 们 日 常 活 动 的 范 围 ， 扩 大 并 加 速 了 地 区 间 、 国 际 间 的 交 往 ， 成 倍 地 提 高 了 人 们 外 出 办 事 的 效 率 ， 极 大 地 加 速 了 人 们的 活 动 节 奏 ， 促 进 了 世 界 经 济 的 大 发 展 与 人 类 的 快 速 进 步 ， 开 创 了 现 代 “汽 车 社 会 ”这 样一 个 崭 新 的 时 代 。据 统 计 ： 在 以 前 蒸 汽 机 轮 船 与 蒸 汽 机 车 的 问 世 曾 推 动 了 当 时 的 产 生 革 命 。 继 蒸 汽 机轮 船 与 火 车 出 现 之 后 ， 1886年 德 国 工 程 师 戴 姆 勒 与 奔 茨 二 人 以 汽 油 内 燃 机 为 动 力 ， 分 别独 立 地 制 成 了 最 早 的 实 用 汽 车 。 1903年 美 国 人 亨 利 福 特 创 建 了 福 特 汽 车 公 司 ， 1908年推 出 了 “T”型 车 ， 并 于 1913年 建 成 了 流 水 作 业 装 配 线 进 行 汽 车 的 大 批 量 生 产 。 这 项 大 生产 技 术 的 出 现 ， 为 提 高 汽 车 质 量 、 降 低 生 产 成 本 及 以 后 的 汽 车 工 业 大 发 展 创 造 了 条 件 。1921年 “T”型 汽 车 的 产 量 已 占 世 界 汽 车 产 量 达 200万 辆 。 1927年 夏 。 “T”型 车 成 为 历 史 ，共 售 出 1500多 万 辆 。 汽 车 问 世 百 余 年 来 ， 特 别 是 从 汽 车 产 品 的 大 批 生 产 以 及 汽 车 工 业 的 大 发 展 以 来 ， 汽车 已 经 为 世 界 经 济 的 大 发 展 、 为 人 类 进 入 现 代 生 活 ， 产 生 了 无 法 估 量 的 巨 大 影 响 ， 为 人类 社 会 的 进 步 作 出 了 不 可 磨 灭 的 巨 大 贡 献 ， 掀 起 了 时 代 的 革 命 。汽 车 的 作 用 对 国 际 化 的 发 展 起 着 不 可 磨 灭 的 作 用 ， 首 先 ， 以 美 国 为 例 ： 美 国 汽 车 工业 早 已 经 发 展 成 为 与 钢 铁 、 建 筑 并 列 的 三 个 最 大 的 行 业 之 一 。 如 今 美 国 的 信 息 产 业 与 高薪 技 术 产 业 发 展 迅 猛 ， 但 汽 车 工 业 仍 不 失 为 美 国 产 业 最 主 要 的 支 柱 之 一 。 在 全 球 的 汽 车保 有 量 中 ， 美 国 生 产 的 汽 车 占 34.8%。 日 本 汽 车 工 业 在 1941年 已 经 有 5万 辆 的 年 产 能力 ， 1955年 就 能 达 到 15万 辆 。下 面 具 体 介 绍 一 下 我 国 汽 车 工 业 的 发 展 。在 旧 中 国 没 有 真 正 的 制 造 汽 车 的 工 业 ， 只 有 到 中 华 人 民 共 和 国 成 立 之 初 ， 毛 泽 东 主 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 2 席 、 周 恩 来 总 理 等 第 一 代 国 家 领 导 人 非 常 关 注 、 亲 自 参 与 建 立 中 国 汽 车 工 业 的 重 大 决 策 ，在 前 苏 联 援 助 中 国 建 设 一 批 重 点 工 业 项 目 中 列 入 建 设 一 座 现 代 化 的 载 货 汽 车 工 厂 ， 并 在中 央 重 工 业 部 下 属 机 器 工 业 局 筹 备 组 建 期 间 ， 开 始 了 筹 建 的 前 期 工 作 。 1953年 7月 ， 毛主 席 亲 笔 题 名 的 第 一 汽 车 制 造 厂 在 吉 林 省 长 春 市 动 工 兴 建 ， 在 中 央 动 员 、 全 国 支 援 和 参与 建 设 者 的 奋 力 拼 搏 下 ， 实 现 了 党 中 央 提 出 “力 争 三 年 建 成 长 春 汽 车 厂 和 出 汽 车 、 出 人才 、 出 经 验 ”的 目 标 ， 国 产 第 一 辆 解 放 牌 载 货 汽 车 于 1956年 7月 13日 驶 下 总 装 配 生 产线 ， 从 此 结 束 了 中 国 自 己 不 能 制 造 汽 车 的 历 史 ， 圆 了 中 国 人 自 己 生 产 国 产 汽 车 之 梦 。 1957年 5月 ， 一 汽 开 始 仿 照 国 外 样 车 自 行 设 计 轿 车 ； 1958年 先 后 试 制 成 功 CA71型 东 风 牌 小轿 车 和 CA72型 红 旗 牌 高 级 轿 车 ， 毛 主 席 等 国 家 领 导 人 亲 自 试 乘 了 东 风 牌 小 轿 车 ， 十 分高 兴 地 称 赞 ： “坐 上 自 己 制 造 的 汽 车 了 ”； 之 后 ， 红 旗 牌 高 级 轿 车 被 列 为 国 家 礼 宾 用 车 ， 并 用 作 国 家 领 导 人 乘 坐 的 庆 典 检 阅 车 。进 入 60年 代 ， 国 民 经 济 实 行 “调 整 、 巩 固 、 充 实 、 提 高 ”方 针 ， 在 国 家 和 省 市 支 持下 ， 形 成 了 一 批 汽 车 制 造 厂 、 汽 车 制 配 厂 和 改 装 车 厂 ， 其 中 ， 南 京 、 上 海 、 北 京 和 济 南共 4个 较 有 基 础 的 汽 车 制 配 厂 ， 经 过 技 术 改 造 成 为 继 一 汽 之 后 第 一 批 地 方 汽 车 制 造 厂 ，发 展 汽 车 品 种 ， 相 应 建 立 了 专 业 化 生 产 模 式 的 总 成 和 零 部 件 配 套 厂 ， 为 今 后 发 展 大 批 量 、多 品 种 生 产 协 作 配 套 体 系 形 成 了 初 步 基 础 。在 这 个 历 史 阶 段 ， 力 求 探 索 汽 车 工 业 管 理 的 改 革 ， 国 家 决 定 试 办 汽 车 工 业 托 拉 斯 ，实 施 了 促 进 汽 车 工 业 发 展 的 多 项 举 措 ， 60年 代 中 期 工 业 托 拉 斯 停 办 。 与 此 同 时 ， 汽 车 改装 业 和 摩 托 车 制 造 业 起 步 ， 重 点 发 展 了 一 批 军 用 改 装 车 ， 民 用 消 防 车 、 救 护 车 、 自 卸 车和 牵 引 车 相 继 问 世 ， 并 为 社 会 经 济 发 展 提 供 了 城 市 、 长 途 和 团 体 这 三 大 类 客 车 。 北 京 最 早 试 制 二 轮 摩 托 车 提 供 军 用 ， 之 后 南 京 、 南 昌 和 济 南 等 地 相 继 试 制 三 轮 摩 托 车 和 机 器 脚踏 车 ， 当 时 主 要 用 于 军 事 、 邮 电 、 体 育 和 城 市 短 途 运 输 ， 摩 托 车 工 业 处 于 起 步 阶 段 ， 与汽 车 工 业 创 建 密 切 相 关 的 汽 车 科 研 事 业 和 专 业 教 育 体 系 初 步 形 成 。1964年 ， 国 家 确 定 在 三 线 建 设 以 生 产 越 野 汽 车 为 主 的 第 二 汽 车 制 造 厂 、 四 川 和 陕 西汽 车 制 造 厂 。 二 汽 是 国 内 自 行 设 计 、 国 内 提 供 装 备 的 工 厂 ， 采 取 了 “包 建 ”（ 专 业 对 口 老厂 包 建 新 厂 、 小 厂 包 建 大 厂 ） 和 “聚 宝 ”（ 国 内 的 先 进 成 果 移 植 到 二 汽 ） 的 方 法 ， 同 时 在湖 北 省 内 外 安 排 新 建 、 扩 建 26个 重 点 协 作 配 套 厂 。 一 个 崭 新 的 大 型 汽 车 制 造 厂 在 湖 北省 十 堰 市 兴 建 和 投 产 ， 当 时 主 要 生 产 中 型 载 货 汽 车 和 越 野 汽 车 。 与 此 同 时 ， 川 汽 、 陕 汽和 与 陕 汽 生 产 配 套 的 陕 西 汽 车 齿 轮 厂 ， 分 别 在 四 川 省 重 庆 市 大 足 县 和 陕 西 省 宝 鸡 市 （ 现已 迁 西 安 ） 兴 建 和 投 产 ， 主 要 生 产 重 型 载 货 汽 车 和 越 野 汽 车 。 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 3 60年 代 中 后 期 ， 国 家 提 出 “大 打 矿 山 之 仗 ”的 决 策 ， 矿 用 自 卸 车 成 为 其 重 点 装 备 ， 上海 32吨 试 制 成 功 投 产 之 后 ， 天 津 15吨 、 常 州 15吨 、 北 京 20吨 、 一 汽 60吨 （ 后 转 本溪 ） 和 甘 肃 白 银 42吨 电 动 轮 矿 用 自 卸 车 也 相 继 试 制 成 功 投 产 ， 缓 解 了 冶 金 行 业 采 矿 生产 装 备 需 要 。为 适 应 国 民 经 济 发 展 对 重 型 载 货 汽 车 的 需 求 ， 济 南 汽 车 制 造 厂 扩 建 黄 河 牌 8吨 重 型载 货 汽 车 的 生 产 能 力 ， 安 徽 淝 河 、 南 阳 、 丹 东 、 黑 龙 江 和 湖 南 等 地 方 汽 车 也 投 入 同 类 车型 生 产 。 邢 台 长 征 牌 12吨 重 型 载 货 汽 车 （ 源 于 北 京 新 都 厂 迁 建 ） 、 上 海 15吨 重 载 载 货汽 车 投 产 问 世 。据 不 完 全 统 计 ： 在 此 期 间 ， 一 汽 、 南 汽 、 上 汽 、 北 汽 和 济 汽 5个 老 厂 分 别 承 担 了 包建 和 支 援 三 线 汽 车 厂 （ 二 汽 、 川 汽 、 陕 汽 和 陕 齿 ） 的 建 设 任 务 ， 其 自 身 投 入 技 术 改 造 扩 大 生 产 能 力 ； 地 方 发 展 汽 车 工 业 ， 几 乎 全 部 仿 制 国 产 车 型 重 复 生 产 ； 据 粗 略 统 计 ， 解 放牌 车 型 20多 家 ， 北 京 130车 型 20多 家 ， 跃 进 车 型 近 20家 ， 北 京 越 野 车 近 10家 ； 改 装车 生 产 向 多 品 种 、 专 业 化 发 展 ， 生 产 厂 点 近 200 家 ； 1980 年 大 中 轻 型 客 车 生 产 13400辆 ， 其 中 ： 长 途 客 车 6000多 辆 ； 汽 车 零 部 件 品 种 增 多 ， 厂 家 增 加 到 2100家 ； 摩 托 车 工业 初 步 形 成 ， 1980年 24个 厂 家 生 产 4.9万 辆 。汽 车 设 计 理 论 是 指 导 汽 车 设 计 实 践 的 ， 而 汽 车 设 计 实 践 经 验 的 长 期 积 累 和 汽 车 生 产技 术 的 发 展 与 进 步 ， 又 使 汽 车 设 计 理 论 得 到 不 断 的 发 展 与 提 高 。 汽 车 设 计 技 术 是 汽 车 产品 设 计 的 方 法 和 手 段 ， 是 汽 车 设 计 实 践 的 软 件 和 硬 件 。汽 车 设 计 技 术 在 近 百 年 中 也 经 历 了 由 经 验 设 计 发 展 到 以 科 学 实 验 和 技 术 分 析 为 基础 的 设 计 阶 段 ， 进 而 自 60年 代 中 期 在 设 计 中 引 入 电 子 计 算 机 后 又 形 成 了 计 算 机 辅 助 设 计 等 新 方 法 ， 并 使 设 计 逐 步 实 现 半 自 动 化 和 自 动 化 。在 20世 纪 90年 代 ， 国 际 汽 车 界 兴 起 一 种 逆 向 工 程 的 汽 车 产 品 开 发 新 方 式 。 经 过 几年 的 发 展 ， 积 累 了 很 多 经 验 ， 取 得 巨 大 进 步 ， 可 以 说 已 成 为 现 代 汽 车 产 品 开 发 的 主 流 形式 。 逆 向 工 程 主 要 是 依 靠 高 度 集 成 化 、 可 视 化 、 开 放 型 的 计 算 机 技 术 和 网 络 技 术 ， 构 筑汽 车 产 品 ， 从 概 念 构 思 、 产 品 设 计 、 工 程 分 析 、 工 艺 制 造 、 应 用 工 程 、 市 场 服 务 ， 全 过程 实 现 无 纸 化 、 高 精 度 、 系 统 化 的 操 作 平 台 。 虽 然 ， 目 前 仍 需 制 造 样 品 ， 进 行 实 物 试 验 、论 证 和 评 价 ， 但 这 已 经 不 是 一 种 重 要 的 手 段 ， 最 终 将 会 取 消 这 一 过 程 。 就 这 种 思 维 的 方法 而 言 ， 是 思 维 先 于 实 体 、 实 体 用 于 反 证 思 维 的 逆 向 逻 辑 形 式 ， 国 际 汽 车 界 称 之 为 逆 向工 程 。 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 4 实 施 逆 向 工 程 的 目 的 是 为 了 更 好 地 实 现 汽 车 产 品 设 计 的 并 行 工 程 ， 使 产 品 设 计 及 其相 关 过 程 实 行 同 步 作 业 ， 并 使 之 优 化 ， 大 大 提 高 产 品 设 计 的 一 次 成 功 率 ， 从 而 缩 短 周 期 ，降 低 成 本 ， 减 少 风 险 ， 提 高 质 量 ， 增 强 企 业 竞 争 力 。我 国 汽 车 工 业 在 实 行 逆 向 工 程 中 已 经 做 了 一 些 工 作 ， 并 且 具 有 广 泛 的 社 会 基 础 ， 特别 是 军 工 和 院 校 部 门 已 经 先 行 一 步 ， 水 平 也 不 算 低 ， 如 果 我 们 能 把 集 成 和 整 合 工 作 做 得好 些 ， 进 步 就 会 更 快 、 更 大 。汽 车 的 设 计 开 发 工 作 是 由 根 据 市 场 调 查 及 使 用 要 求 而 制 定 的 设 计 任 务 书 开 始 的 。汽 车 设 计 的 内 容 包 括 整 车 总 体 设 计 、 总 成 设 计 和 零 件 设 计 。 整 车 总 体 设 计 又 称 为 汽车 的 总 布 置 设 计 ， 其 任 务 是 使 所 设 计 的 产 品 达 到 设 计 任 务 书 所 规 定 的 整 车 参 数 和 性 能 指标 的 要 求 ， 并 将 这 些 整 车 参 数 和 性 能 指 标 分 解 为 有 关 总 成 的 参 数 和 功 能 。 在 这 项 高 层 次 的 设 计 工 作 中 ， 既 有 汽 车 各 总 成 间 的 联 系 问 题 ， 又 有 人 与 汽 车 之 间 的 联 系 问 题 。 解 决 人车 之 间 的 联 系 问 题 属 于 人 机 工 程 设 计 ， 它 在 汽 车 设 计 工 作 中 占 有 极 重 要 的 位 置 。 零 件 标 准 化 、 部 件 通 用 化 、 产 品 系 列 化由 于 汽 车 的 产 量 大 、 品 种 及 型 号 多 ， 设 计 中 实 行 零 件 标 准 化 、 部 件 通 用 化 和 产 品 系列 化 ， 可 简 化 生 产 ， 提 高 工 效 ， 保 证 产 品 质 量 ， 降 低 生 产 成 本 ， 减 少 配 件 品 种 ， 方 便 维修 。 所 谓 “系 列 化 ”是 指 制 造 厂 为 了 能 供 应 各 种 型 号 的 产 品 （ 可 为 汽 车 ， 亦 可 为 总 成 和 部件 ） ， 又 能 进 行 大 量 生 产 ， 而 将 产 品 合 理 分 挡 ， 组 成 系 列 ， 并 考 虑 各 种 变 型 。 例 如 驱 动型 式 为 44的 越 野 汽 车 加 上 一 根 驱 动 桥 则 可 变 成 66的 越 野 汽 车 ， 加 上 两 根 则 又 可 变 成88的 越 野 汽 车 ， 组 成 系 列 ； 发 动 机 可 按 缸 数 分 为 4缸 、 6缸 或 V6缸 、 V8缸 等 组 成 系 列 。 这 样 即 可 较 少 的 基 本 型 衍 生 出 较 多 的 系 列 产 品 ， 以 满 足 广 泛 的 需 求 。所 谓 “通 用 化 ”是 指 在 同 一 系 列 或 总 质 量 相 近 的 一 些 车 型 上 ， 采 用 通 用 的 总 成 或 部件 ， 以 简 化 生 产 。所 谓 “标 准 化 ”是 指 在 设 计 中 广 泛 采 用 标 准 件 ， 以 利 于 组 织 生 产 、 提 高 质 量 、 降 低 造价 和 方 便 维 修 。 考 虑 使 用 条 件 的 复 杂 多 变为 了 使 所 设 计 的 汽 车 产 品 在 全 国 和 全 世 界 这 样 的 广 阔 市 场 上 具 有 竞 争 力 ， 设 计 中 就要 充 分 考 虑 提 高 其 对 复 杂 多 变 的 使 用 条 件 的 适 应 性 。 特 别 应 注 意 热 带 、 寒 带 等 不 同 的 气候 条 件 和 高 原 、 山 区 、 丘 陵 、 沼 泽 、 沿 海 等 不 同 的 地 理 条 件 ， 以 及 燃 料 供 应 、 维 修 能 力等 不 同 的 使 用 条 件 对 汽 车 结 构 、 性 能 、 材 料 、 附 件 等 的 特 殊 要 求 。 例 如 ： 在 高 原 地 区 发 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 5 动 机 应 增 压 ； 在 热 带 地 区 要 考 虑 车 厢 的 隔 热 、 空 调 或 通 风 ； 在 寒 带 要 考 虑 发 动 机 的 冷 起动 ； 在 山 区 则 应 提 高 汽 车 的 爬 坡 能 力 并 附 加 发 动 机 排 气 制 动 等 。 重 视 汽 车 使 用 中 的 安 全 、 可 靠 、 经 济 与 环 保良 好 的 使 用 性 能 显 然 是 各 种 产 品 的 设 计 者 都 要 追 求 的 目 标 ， 汽 车 设 计 者 更 是 如 此 ，所 不 同 的 是 汽 车 的 使 用 性 能 是 多 方 面 的 （ 例 如 ： 动 力 性 、 燃 油 经 济 性 、 制 动 性 、 操 纵 稳定 性 、 平 顺 性 、 舒 适 性 、 通 过 性 以 及 可 靠 性 、 耐 久 性 、 维 修 性 和 对 环 境 保 护 的 影 响 性 能等 ） ， 而 且 在 默 写 性 能 之 间 有 时 是 相 互 矛 盾 的 。 因 此 ， 汽 车 设 计 的 特 点 还 在 于 ： 要 在 给定 的 使 用 条 件 下 ， 协 调 各 种 使 用 性 能 的 要 求 、 优 选 各 种 使 用 性 能 指 标 ， 使 汽 车 在 该 使 用条 件 下 的 综 合 使 用 性 能 达 到 最 优 。 特 别 要 重 视 使 用 中 的 安 全 、 可 靠 、 经 济 与 环 保 。 车 身 设 计 既 重 视 工 程 要 求 更 注 重 外 观 造 型 汽 车 车 身 的 外 形 、 油 漆 及 色 彩 是 汽 车 给 人 们 的 第 一 个 外 观 印 象 ， 是 人 们 评 价 汽 车 的最 直 接 方 面 ， 也 是 轿 车 的 最 重 要 市 场 竞 争 因 素 ， 是 汽 车 设 计 非 常 重 要 的 内 容 。 车 身 造 型既 是 工 程 设 计 ， 又 是 美 工 设 计 。 从 工 程 设 计 来 看 ， 它 既 是 满 足 结 构 的 强 度 要 求 、 整 车 布置 的 匹 配 要 求 和 冲 压 分 快 的 工 艺 要 求 ， 又 要 适 应 车 身 的 空 气 动 力 学 的 要 求 而 具 有 最 小 的风 阻 系 数 ； 从 美 工 设 计 来 看 ， 它 应 当 适 应 时 代 的 特 点 和 人 们 的 爱 好 ， 要 像 对 待 工 艺 品 那样 进 行 美 工 设 计 ， 给 人 以 高 度 美 感 ， 起 到 美 化 环 境 的 作 用 。 在 保 证 可 靠 性 的 前 提 下 尽 量 减 小 汽 车 的 自 身 质 量和 固 定 的 机 械 设 备 不 同 ， 作 为 运 输 用 的 汽 车 其 自 身 质 量 直 接 影 响 起 燃 油 经 济 性 。 和单 间 生 产 、 小 批 量 生 产 的 产 品 不 同 ， 作 为 大 批 量 生 产 的 汽 车 ， 减 小 其 自 身 质 量 可 节 约 大量 的 制 造 材 料 ， 降 低 生 产 成 本 。 合 理 地 减 小 汽 车 的 自 身 质 量 对 汽 车 工 业 和 汽 车 运 输 业 会 带 来 巨 大 的 经 济 效 益 。 最 优 化 设 计 方 法 可 满 足 这 方 面 的 设 计 要 求 。 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 6 第 二 章 变 速 器 的 基 本 设 计 方 案2.1 概 述变 速 器 的 结 构 对 汽 车 的 动 力 性 、 燃 油 经 济 性 、 换 挡 操 纵 的 可 靠 性 与 轻 便 性 ， 传 动 的平 稳 性 与 效 率 等 都 有 直 接 的 影 响 。 采 用 优 化 设 计 方 法 对 变 速 器 与 主 减 速 器 ， 以 及 变 速 器的 参 数 做 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 接 合 、 错 位 接 合 、 齿 厚 减 薄 、 台 阶 齿 侧 ） 等 措施 ， 以 及 其 他 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 挡 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 。 汽 车 传 动 系 统 的 基 本 功 能 是 将 发 动 机 输 出 的 运 动 和 动 力 传 给 车 轮 ， 以 驱 动 汽 车 行使 。 变 速 器 是 汽 车 传 动 系 统 的 重 要 组 成 部 分 。 变 速 器 用 于 转 变 发 动 机 曲 轴 的 转 矩 及 转 速 ，以 适 应 汽 车 在 起 步 ， 加 速 ， 行 使 以 及 克 服 各 种 道 路 障 碍 等 不 同 行 使 条 件 下 对 驱 动 轮 牵 引力 及 不 同 要 求 的 需 要 。 用 变 速 器 转 变 发 动 机 转 矩 ， 转 速 的 必 要 性 在 与 内 燃 机 转 矩 -转 速变 化 特 性 的 特 点 是 具 有 相 对 小 的 对 外 部 载 荷 改 变 的 适 应 性 。 以 下 从 变 速 器 的 作 用 分 类 来介 绍 。变 速 器 是 汽 车 传 动 系 中 最 主 要 的 部 件 之 一 。 它 的 作 用 是 ：在 较 大 范 围 内 改 变 汽 车 行 驶 速 度 的 大 小 和 汽 车 驱 动 轮 上 扭 矩 的 大 小 。 由 于 汽 车 行 驶 条 件 不 同 ， 要 求 汽 车 行 驶 速 度 和 驱 动 扭 矩 能 在 很 大 范 围 内 变 化 。 例如 在 高 速 路 上 车 速 应 能 达 到 100km/h， 而 在 市 区 内 ， 车 速 常 在 50km/h左 右 。 空 车 在 平 直 的 公 路 上 行 驶 时 ， 行 驶 阻 力 很 小 ， 则 当 满 载 上 坡 时 ， 行 驶 阻 力 便 很 大 。 而 汽 车 发 动 机的 特 性 是 转 速 变 化 范 围 较 小 ， 而 转 矩 变 化 范 围 更 不 能 满 足 实 际 路 况 需 要 。 实 现 倒 车 行 驶汽 车 发 动 机 曲 轴 一 般 都 是 只 能 向 一 个 方 向 转 动 的 ， 而 汽 车 有 时 需 要 能 倒 退 行 驶 ， 因此 ， 往 往 利 用 变 速 箱 中 设 置 的 倒 挡 来 实 现 汽 车 倒 车 行 驶 。 实 现 空 挡当 离 合 器 接 合 时 ， 变 速 箱 可 以 不 输 出 动 力 。 例 如 可 以 保 证 驾 驶 员 在 发 动 机 不 熄 火 时松 开 离 合 器 踏 板 离 开 驾 驶 员 座 位 。 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 7 变 速 箱 由 变 速 传 动 机 构 和 变 速 操 纵 机 构 两 部 分 组 成 。 变 速 传 动 机 构 的 主 要 作 用 是 改变 转 矩 和 转 速 的 数 值 和 方 向 ； 操 纵 机 构 的 主 要 作 用 是 控 制 传 动 机 构 ， 实 现 变 速 器 传 动 比的 变 换 ， 即 实 现 换 挡 ， 以 达 到 变 速 变 矩 。机 械 式 变 速 箱 主 要 应 用 了 齿 轮 传 动 的 降 速 原 理 。 简 单 的 说 ， 变 速 箱 内 有 多 组 传 动 比不 同 的 齿 轮 副 ， 而 汽 车 行 驶 时 的 换 挡 行 为 ， 也 就 是 通 过 操 纵 机 构 使 变 速 箱 内 不 同 的 齿 轮副 工 作 。 如 在 低 速 时 ， 让 传 动 比 大 的 齿 轮 副 工 作 ， 而 在 高 速 时 ， 让 传 动 比 小 的 齿 轮 副 工作 。2.2 变 速 器 的 结 构 分 析 与 型 式 选 择 简 单 式 变 速 器 的 基 本 结 构 ： 由 壳 体 、 传 动 部 分 和 操 纵 部 分 组 成 。 a 壳 体壳 体 是 基 础 件 ， 用 以 安 装 支 承 变 速 器 全 部 零 件 及 存 放 润 滑 油 )： 其 上 有 安 装 轴 承 的精 确 镗 孔 。 变 速 器 承 受 变 载 荷 ， 所 以 壳 体 应 有 足 够 的 刚 度 ， 内 壁 有 加 强 ， 形 状 复 杂 ， 多为 铸 件 (材 料 为 灰 铸 铁 ， 常 用 HT200)。为 便 于 安 装 ， 传 动 部 分 和 操 纵 部 分 常 做 成 剖 分 式 ， 箱 盖 与 壳 体 用 螺 栓 联 接 并 可 靠 定位 。 壳 体 上 有 加 油 、 放 油 口 ， 油 面 检 查 尺 口 ， 还 应 考 虑 散 热 。b 传 动 部 分是 指 齿 轮 、 轴 、 轴 承 等 传 动 件 。 轴 的 几 何 尺 寸 通 过 强 度 、 刚 度 计 算 确 定 。 因 主 要 决定 于 刚 度 ， 而 碳 钢 与 合 金 钢 弹 性 模 量 近 乎 相 等 ， 所 以 一 般 用 碳 钢 。 只 有 齿 轮 与 轴 制 成 一体 或 轴 载 荷 严 重 才 用 合 金 钢 。 轴 与 齿 轮 多 为 花 键 联 接 (对 中 性 好 ， 能 可 靠 传 递 动 力 ， 挤 压 应 力 小 等 )。 轴 的 花 键 部 分 和 放 轴 承 处 经 表 面 淬 火 处 理 。 轴 多 用 滚 动 轴 承 支 承 ， 润 滑简 单 ， 效 率 高 、 径 向 间 隙 小 ， 轴 向 定 位 应 可 靠 。 润 滑 方 式 多 用 飞 溅 润 滑 (25m/s， 只要 粘 度 适 宜 可 甩 到 壁 上 )。c 操 纵 部 分主 要 零 件 位 于 变 速 器 盖 内 。组 成 式 变 速 器 结 构 特 点简 单 式 变 速 器 有 效 率 高 、 构 造 简 单 使 用 方 便 钧 优 点 挡 数 少 ， i变 化 范 围 小 (牵 引 力 、速 度 范 围 小 )， 只 宜 在 挡 数 不 多 的 某 些 车 工 采 用 。 若 增 加 i的 范 围 ， 则 使 变 速 器 尺 寸 加 大 ，轴 跨 度 增 加 ， 为 了 既 增 加 挡 数 又 不 使 轴 跨 度 过 大 ， 可 采 用 组 成 式 变 速 器 。 组 成 式 变 速 器 的 优 点 ： 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 8 可 以 减 少 齿 轮 个 数 ， 而 且 挡 数 越 多 减 少 齿 轮 个 数 的 优 点 愈 明 显 。 同 简 单 式 变 速 器 相比 ， 它 可 缩 短 轴 的 长 度 ， 减 少 整 个 变 速 器 的 外 部 尺 寸 和 重 量 ， 并 且 能 方 便 地 得 到 不 止 一个 倒 挡 。缺 点 ：a 挡 组 间 传 动 比 有 对 应 关 系 ， 不 易 使 每 挡 的 2， (速 度 及 牵 引 力 )都 很 理 想 。b 换 挡 操 纵 麻 烦 ， 有 时 要 操 纵 两 个 变 速 部 分 ， 若 为 插 花 换 挡 还 不 便 记 忆 。为 了 减 少 操 纵 动 作 ， 最 好 能 顺 序 换 挡 。 为 此 要 求 重 视 挡 次 编 排 十 使 第 灭 挡 组 传 动 比全 部 大 于 第 11挡 组 ， 达 到 多 数 相 领 排 挡 的 变 换 只 需 操 纵 主 变 速 的 目 的 ， 这 样 才 最 为 方便 。 变 速 器 是 由 变 速 传 动 机 构 和 操 纵 机 构 组 成 ， 需 要 时 ， 还 可 以 加 装 动 力 输 出 器 。 在 分 类 上 有 两 种 方 按 传 动 比 变 化 方 式 和 按 操 纵 方 式 的 不 同 来 分 。按 传 动 比 变 化 方 式 来 分 ：a)有 级 式 变 速 器这 是 目 前 使 用 最 广 的 一 种 。 它 采 用 齿 轮 传 动 ， 具 有 若 干 个 定 值 传 动 比 。 按 所 用 轮 系型 式 不 同 ， 有 轴 线 固 定 式 变 速 器 (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 挡 和 一 个 倒 挡 ， 在 重型 货 车 用 的 组 合 式 变 速 器 中 ， 则 有 更 多 挡 位 。 所 谓 变 速 器 挡 数 即 指 其 前 进 挡 位 数 。b)无 级 式 变 速 器传 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 为 液 力 变矩 器 。c)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 指 与 最 小 值 之 间 的 几 个 间 断 的 范 围 内 作 无 级 变 化 。按 操 纵 方 式 来 分 ：a)强 制 操 纵 式 变 速 器 是 靠 驾 驶 员 直 接 操 纵 变 速 杆 换 挡 。b)自 动 操 纵 式 变 速 器 其 传 动 比 选 择 和 换 挡 是 自 动 进 行 的 ， 所 谓 “自 动 ”， 是 指 机 械变 速 器 每 个 挡 位 的 变 换 是 借 助 反 映 发 动 机 负 荷 和 车 速 的 信 号 系 统 来 控 制 换 挡 系 统 的 执行 元 件 而 实 现 的 。 驾 驶 员 只 需 操 纵 加 速 踏 板 以 控 制 车 速 。 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 9 c)半 自 动 操 纵 式 变 速 器有 两 种 型 式 ： 一 种 是 常 用 的 几 个 挡 位 自 动 操 纵 ， 其 余 挡 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 挡 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 挡 。本 设 计 采 用 的 是 二 轴 式 四 档 变 速 器 。2.3 轿 车 变 速 器 机 构 方 案 的 选 择汽 车 变 速 器 的 结 构 方 案 必 须 满 足 使 用 性 能 、 制 造 条 件 、 维 修 简 便 及 标 准 化 、 系 列 化和 通 用 化 等 要 求 ， 应 从 齿 轮 型 式 、 换 挡 结 构 、 轴 型 布 置 、 倒 挡 设 置 以 及 轴 承 型 式 、 润 滑和 密 封 等 方 面 综 合 考 虑 及 全 面 评 价 ， 以 求 得 到 合 理 的 设 计 方 案 。 a)齿 轮 型 式汽 车 变 速 器 普 遍 采 用 直 齿 或 斜 齿 的 圆 柱 齿 轮 。 前 者 啮 合 性 能 较 差 、 重 合 小 、 强 度 低 、噪 音 大 ， 仅 在 低 挡 和 倒 挡 中 使 用 ； 后 者 应 用 广 泛 。 本 设 计 使 用 直 齿 。b)换 挡 结 构汽 车 变 速 器 的 换 挡 方 式 常 用 有 直 齿 滑 移 齿 轮 、 啮 合 套 和 同 步 器 等 三 种 方 式 。直 齿 滑 移 齿 轮 的 换 挡 结 构 简 单 、 紧 凑 ； 啮 合 套 换 挡 一 般 是 配 合 斜 齿 圆 柱 齿 轮 副 使 用的 。 这 两 种 型 式 在 滑 移 齿 轮 或 啮 合 套 的 圆 周 速 度 与 相 啮 合 的 圆 周 速 度 不 一 致 的 情 况 下 ，会 产 生 换 挡 冲 击 与 燥 声 ， 容 易 引 起 齿 轮 的 破 坏 和 磨 损 。采 用 同 步 器 换 挡 可 保 证 齿 轮 不 发 生 换 挡 冲 击 ， 同 时 操 作 轻 便 ， 缩 短 了 换 挡 的 时 间 ，相 应 提 高 了 汽 车 的 加 速 性 、 经 济 性 、 行 使 安 全 性 ， 而 且 有 利 于 实 现 操 纵 自 动 化 。 但 是 这 种 换 挡 方 式 的 结 构 复 杂 、 制 造 精 度 要 求 高 ， 轴 向 尺 寸 有 所 增 加 。 而 本 变 速 器 就 是 应 用 的同 步 器 换 挡 机 构 。c)同 步 器 的 选 择同 步 器 是 在 接 合 套 换 挡 机 构 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 除 有 接 合 套 、 花 键 毂 、 对 应 齿 轮 上的 接 合 齿 圈 外 ， 还 增 设 了 使 接 合 套 与 对 应 接 合 齿 圈 的 圆 周 速 度 达 到 并 保 持 一 致 （ 同 步 ）的 机 构 ， 以 及 阻 止 二 者 在 达 到 同 步 之 前 接 合 以 防 止 冲 击 的 结 构 。同 步 器 有 常 压 式 、 惯 性 式 、 自 行 增 力 式 等 种 类 ， 目 前 广 泛 采 用 的 是 惯 性 式 同 步 器 。类 型 :a： 锁 环 式 惯 性 同 步 器 ， 锁 销 式 惯 性 同 步 器 ， 滑 块 式 同 步 器 。本 次 设 计 采 用 锁 销 式 惯 性 同 步 器 。 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 10 2.4 变 速 器 设 计 的 基 本 要 求1） 保 证 汽 车 有 必 要 的 动 力 性 和 经 济 性 。2） 设 置 空 挡 ， 用 来 切 断 发 动 机 的 动 力 传 输 。3） 设 置 倒 挡 ， 使 汽 车 能 变 速 倒 退 行 驶 。4） 设 置 动 力 输 出 装 置 。5） 换 挡 迅 速 、 省 力 、 方 便 。6） 工 作 可 靠 。 变 速 器 不 得 有 跳 挡 、 乱 挡 及 换 挡 冲 击 等 现 象 发 生 。7） 变 速 器 应 有 高 的 工 作 效 率 。8） 变 速 器 的 工 作 噪 声 低 。除 此 之 外 ， 变 速 器 还 应 当 满 足 轮 廓 尺 寸 和 质 量 小 、 制 造 成 本 低 、 维 修 方 便 等 要 求 。 固 定 轴 式 应 用 广 泛 ， 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 。 旋 转 轴 式 主 要 用 于 液 力 机 械 式 变 速器 。 两 轴 式 变 速 器 有 结 构 简 单 、 轮 廓 尺 寸 小 、 布 置 方 便 、 中 间 挡 位 传 动 效 率 高 和 噪 声 低等 优 点 。 两 轴 式 变 速 器 不 能 设 置 直 接 挡 ， 一 挡 速 比 不 可 能 设 计 得 很 大 。 兰 州 工 业 学 院 毕 业 设 计 11 第 三 章 变 速 器 齿 轮 的 设 计3.1档 位 数 的 确 定 及 传 动 比 初 选选 择 五 个 前 进 挡 及 一 个 倒 档初 选 传 动 比 为 ：i1=2.8i2=1.5i3=1i4=0.7iR=2.63.2确 定 中 心 距 初 选 中 心 距 A时 可 根 据 下 面 的 经 验 公 式 计 算 ：A=KA3 1max ge iT 式 中 A变 速 器 中 心 距 （ mm） ；KA 中 心 距 系 数 ， 轿 车 ： K=8.99.3 取 9.3；Temax 发 动 机 最 大 转 矩 （ Nm） ；I1变 速 器 一 挡 传 动 比 2.8 g 变 速 器 传 动 效 率 ， 取 96%；所 以 A=KA3 1max ge iT =9.33 96.08.2152 =69mm符 合 轿 车 变 速 器 的 中 心 距 变 化 范 围 6580mm。初 选 ： A=69mm.3.3初 选 齿 轮 参 数1、 模 数 :对 货 车 ，