毕业设计机械式四档变速器

毕业设计（论文）说明书 专业班次： 04机电工程姓 名： 张晓勇 阳泉职业技术学院阳泉职业技术学院毕业设计（论文）题目机电系（部）年级专业机电工程姓名 张晓勇 设计（论文）题目：机械式四档变速器设计开始时间：07年3月12日设计结束时间：07年6月10日设计指导人：教研室主任：系主任：阳泉职业技术学院毕业设计（论文）评阅书题目：机械式四档变速器机电系（部）年级专业04机电工程姓名张晓勇评阅意见：成绩： 指导教师：职务：年月日阳泉职业技术学院毕业设计（论文）答辩评定书年级专业班级：04机电工程（1）班 姓名： 张晓勇 答辩过程问题提问回答情况记录员：成绩评定指导教师答辩小组综合成绩专业答辩组组长：年月日阳泉职业技术学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：机械式四档变速器设计 毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：1. 发动机额定功率级最高转速：70KW，4200r/min;2. 变速器的参数选择.（1） 中心距A的选择.（2） 变速器轴向尺寸，四档(3.03.4)A（3） 轴的直径d.（4） 齿轮参数.（5） 各档齿轮齿数的分配.3.变速器传动简图.毕业设计（论文）主要内容：1. 变速器传动系统的总体设计.2. 传动系统的设计.3. 轴 齿轮的加工. 学生应交出的设计文件（论文）：1、设计说明书一份。2、总装配图一张。（O号）3、组件图一张。（1号）4、零件图两张(手工绘制)。（2号）主要参考文献（资料）： 李澄. 机械制图. 高等教育出版社出版； 卜炎. 机械设计传动装置手册. 机械工业出版社发行 1998.12出版 邓文英. 金属工艺学. 高等教育出版.2000.7出版 沈养中. 工程力学. 高等教育出版社.2003.7出版 屠卫星. 汽车底盘构造. 人民交通出版社.2001.8出版 成大先. 机械设计图图册. 化学工业出版社.2000.3出版 张勇. 电机拖动与控制. 机械工业出版社. 2004.6出版 李澄、吴天生、闻百桥. 机械制图. 高等教育出版社.2003.8出版 吴昌林、唐增宝、钟毅芳.机械设计.华中科技大学出版社 2001.2出版 专业班级 机电工程 学生 张晓勇 要求设计（论文）工作起止日期 07年3月12日07年6月10日 指导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期 前 言在大学三年生活即将过去时,我接受了这项设计任务。这是对我三年一来所学知识的一个很好的检验和总结,也是在我即将进入社会以前给我的又一项挑战。刚开始接受这项设计工作时,我并没有想到会有很大的困难,因为以前的设计任务都是针对某一项机械进行的专项的仿型设计,也就是说,是有路可寻的。但这次不同,尽管自动变速器的技术在国际上并不罕见,但是在国内还是一项几乎空白的技术。没有专业性的指导书籍,所以当我拿到课题时真有点犯难。不过,路都是人走出来的,我凭着对机械这门课的热忱,在指导老师的帮助下,展开了我的设计工作。现代轿车装用电子控制自动变速器越来越普及。据统计,在美国的90年代新车型上,作为标准件的自动变速器装车率已经超过90%,日本为73%,欧洲为25%。随着汽车产业国际化的逐步形成,装有国产自动变速器的轿车面世也已为期不远。与手动变速器比较,自动变速器有很多的优点，如：操作简单省力,提高了行车安全性及作业生产率。乘坐舒适性好。机件的使用寿命长。发动机机件寿命提高1.52倍,变速器机件寿命提高23倍,其它零件的寿命也可提高1.52倍。改善了车辆的动力性能。加速性能好提高了车辆的承载能力。排放性能好等等。使用自动变速器是国内汽车发展的大趋势，所以培养一批新的技术人员也是支持国家汽车工业建设的趋势。我通过各种努力找到了一些参考资料，从中得到了参考，在借鉴前人和国外技术的基础上，综合了以前学过的机械专业知识，如：机械制图、计算机绘图、机械设计等，设计这个四档自动变速器的机械结构部分-行星齿轮构造部分。我想这样做才能无愧于祖国和学校对我的培养。我将要为我国社会的进步作出我应有的贡献。 目录摘要4Abstract4变速器的简介5 1.变速器传动机构的方案分析7 2.变速器零、部件结构方案分析8 3.变速器操纵机构91.变速器的参数选择91.1 一档齿轮齿数的确定101.2 中心距A的选择111.3 确定齿轮参数111.3.1 齿宽选择111.3.2 压力角121.3.3 齿轮螺旋角121.3.4 校验齿轮的接触强度131.4 变速器轴向尺寸141.5 轴的直径141.6 各档齿轮齿数的分配14 1.6.1 确定常啮合传动齿轮副的齿数15 1.6.2 确定其他各档的齿数152.变速器传动16 2.1 传动简图162.2 同步器（简介）172.2.1 惯性式同步机21 2.2.2 同步器工作原理22 2.2.3 齿轮材料22 2.2.4 齿轮材料、热处理242.2.5 齿轮精度等级243.故障诊断与检修243.1 常见故障与检修243.1.1 变速器的异常声响243.1.2 变速器跳档253.1.3 挂档困难263.1.4 变速器乱档263.1.5 变速器发热273.1.6 变速器漏油273.2 变速器零件的检修27 3.2.1 齿轮与花键的检修27 3.2.2 轴的检修27 3.2.3 锁环式变速器的检修284.变速器的润滑28 4.1 润滑的功用28 4.2 润滑的基本知识28 4.3 变速器润滑油29 4.4 变速器润滑系统29 4.5 变速器零件的清洗295.变速器的装配30 5.1 变速器装配注意事项 30 5.2 变速器总成的装配 31 5.3 中间轴后轴承间隙调整方法31英文说明32参考文献33致 谢34摘 要变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。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，即实现换档，以达到变速变距。关键字：变速传动机构、变速操纵机构、齿轮 AbstractBecome soon box form become to spread to move the organization and become soon to manipulate the organization two parts to constitute soon. Main function that becomes to spread to move the organization soon is the change turns the and turn soon of the number and the direction; The main function that manipulates the organization is a control to spread to move the organization, carry out the transformation that the gearbox spreads to move the ration, then the realization shift gear, to attain to become to change the soon. Keywords: Variable-speed control mechanism， speed change control Mechanism,gear.变速器简介 我们知道，汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态，此时发出的功率比较大，燃油经济性也比较好。因此，我们希望发动机总是在最好的状态下工作。但是，汽车在使用的时候需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。这个矛盾要通过变速器来解决。变速器是传动系中重要总成之一，其功用是：改变传动比。根据汽车行驶阻力的变化，改变发动机传给驱动轮的转速和力矩，以满足汽车在各种行驶条件下的需要。使汽车能倒向行驶。在发动机旋转方向不变的前提下，利用变速器的倒档使汽车具有倒车能力。切断动力传动。在发动机不熄火的前提下利用变速器空档中断动力传递，以便汽车能够起动、怠速、停车、滑行、换档。汽车变速器的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。为什么减速可以增扭，而增速又要减扭呢？设发动机输出的功率不变，功率可以表示为N=wT,其中w是转动的角速度，T是扭矩。当N固定的时候，w与T是反比的。所以增速必减扭，减速必增扭。汽车变速器齿轮传动就是根据变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。一般的手动变速器内设置输入轴、中间轴和输出轴，又称三轴式，另外还有倒档轴。三轴式是变速器的主体结构，输入轴的转速也就是发动机的转速，输出轴转速则是中间轴与输出轴之间不同齿轮啮合所产生的转速。不同的齿轮啮合就有不同的传动比，也就有了不同的转速。我们所设计的手动变速器，它的传动比分别是：1档3.545：1；2档2.105：1；3档1.429：1；4档1：1。如图所示： 当汽车启动司机选择1档时，拔叉将1/2档同步器向后结合1档齿轮并将它锁定输出轴上，动力经输入轴、中间轴和输出轴上的1档齿轮，1档齿轮带动输出轴，输出轴将动力传递到传动轴上。典型1档变速器齿轮传动轴是3.545：1，也就是说输入轴转动3.5圈，输出轴转1圈。当汽车增速司机选择2档时，拔叉将1/2档同步器与1档分离后接合2档齿轮并锁定输出轴上，动力传递路线相似，所不同的是输出轴上的1档齿轮换成2档齿轮带动输出轴。典型2档变速齿轮传动比是2.105：1，输入轴转2圈，输出轴转1圈，比1档转速增加，扭矩降低。 当汽车增速司机选择3档时，拔叉将1/2档同步器回到空档位置，又使3/4档同步器移动直至将3档齿轮锁定在输出轴上，使动力可以从输入轴-中间轴-输出轴上的3档变速齿轮，通过3档变速齿轮带动输出轴。典型3档传动比是1.5：1，输入轴转1.5圈，输出轴转1圈是进一步的增速。如图所示：当汽车加油增速司机选择4档时，拔叉将3/4档同步器脱离3档齿轮直接与输入轴主动齿轮接合，动力直接从输入轴传递到输出轴，此时传动比1：1，即输出轴与输入轴转速一样。由于动力不经中间轴，又称直接档，该档传动比的传动效率最高。汽车多数运行时间都用直接档以达到最好的燃料经济性。换档时要先进入空档，变速器处于空档时变速齿轮没有锁定在输出轴上，它们不能带动输出轴转动，没有动力输出。一般汽车手动变速器传动比主要分上述1-4档，通常设计者首先确定最低（1档）与最高（4档）传动比后，中间各档传动比一般按等比级数分配。倒档时输出轴要向相反的方向旋转。如果一对齿轮啮合时大家反向旋转，中间加上一个齿轮就会变成同向旋转。利用这个原理，倒档就要添加一个齿轮做“媒介”，将轴的转动方向掉转，因此就有了一根倒档轴。倒档轴独立装在变速器壳内，与中间轴平行，当轴上齿轮分别与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合时，输出轴转向会相反。通常倒档用的同步器也控制1档的接合，所以1档与倒档位置是在同一侧的。由于有中间齿轮，一般变速器倒档传动相近与1档传动比。从驾驶平顺性考虑，变速器档位越多越好，档位多相邻档间的传动比的比值就变化小，换档容易而且平顺。但档位多的缺点就是变速器结构复杂，体积大，现在轻型汽车变速器一般是4-5档。同时，变速器传动比都不是整数，而且都是带小数点的，这是因为啮合齿轮的齿数不是整倍数所致，轮齿数是整倍数就会导致两齿轮啮合面磨损不均匀，使得轮齿表面质量产生较大的差异。变速器的功用是在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转距和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。此外，应保证汽车能倒退行使或停车时使发动机和传动系保持分离。需要时还应有动力输出的功能。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出如下基本要求：1） 应正确选择变速器的档数和传动比，保证汽车有必要的动力性和经济性指标；2） 设置空档和倒档，保证发动机与驱动轮能长期分离，使汽车能进行倒退行使；3） 换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性能；目前有发展自动、半自动和电子操纵机构的趋势；4） 工作可靠。汽车行使过程中，变速器不得有跳档、乱档冲击等现象发生；此外，变速器还应当满足效率高、噪音低、体小质轻、制造容易、成本低等要求。变速器由变速传动机构和操纵机构组成1.变速器传动机构的方案分析根据前进挡数的不同，变速器有三、四、五和多档几种。根据轴的形式不同分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者分为两轴式、中间轴式、两中间轴式和多中间轴式变速器。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。与中间轴式变速器比较，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。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案，其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他挡位均用常啮合齿轮传动；各档的同步器多数装在输入轴的后端。中间轴式四、五、六挡变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接挡。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90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率高于其它挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在挡数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到档传动方案上有差别。 2.变速器零、部件结构方案分析1.齿轮型式变速器分斜齿和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮虽然制造时复杂、工作时有轴向力，但因其使用寿命长、噪音小而仍然得到广泛的使用。直齿圆柱齿轮用于低档和倒档。2.换档结构型式 变速器换档结构型式有直齿滑动齿轮、啮合套、同步器等三种。 汽车行驶时各档齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动齿轮方法换档，会在齿轮端面产生冲击，并伴有噪音。这使齿轮端面磨损加剧并过早损坏。同时使驾驶员精神紧张，而换档时的噪音又使汽车的舒适度减低。只有驾驶员用熟练的技术，使齿轮换档时无冲击，才能克服上述缺点。但是，该瞬间驾驶员注意力被分散，影响行使安全性。因此尽管这种换档方法结构简单。除一档、倒档外已很少使用。 由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮啮合状态，所以可用啮合套换档。这时，因同时承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换档。它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的惯性力矩增大。因此，这种换档方法，目前只在某些要求不高的档位大货车变速器上使用。 使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，而与操作技术熟练程度无关，从而提高汽车的加速性、经济性、和行驶安全性。同上述两种换档方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大、同步环使用寿命较短等缺点，但仍然得到广泛的应用。轴承形式过去，变速器轴的支撑广泛用滚珠轴承。近来，变速器的设计趋势是增大其转递功率与质量之比，并要求它有更大的容量和更好的性能，而上述轴承型式已不能满足对变速器可靠性和寿命提出的要求，故使用圆锥滚柱轴承的增多。3.其他问题因为变速器在低档工作时有较大的力，所以典型的中间轴式变速器的低档，布置在靠近后支撑处，然后按照从低档到高档顺序不止各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，有能保证容易装配。多数情况下，中间轴和第二轴及凄伤的零部件是通过变速器壳体上方孔口设计在变速器壳替下方或者侧面。第一轴上的齿轮外径，应该比壳体前壁轴承孔的尺寸小，因为它要经过该孔装。 变速器整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。对于典型的中间轴式变速器，通过控制轴的长度既控制档数，可以作到有足够的刚性。通常壳体是整体的，有些地方设计有加强筋。壳体前或后壁轴承孔之间的连接部分应当留有足够的尺寸。内装操纵机构的变速器盖，用螺栓固定到壳体上，装配后的变速器结构刚度，还与该螺栓的扭紧程度有关。3.变速器操纵机构1、变速器的操作结构，应满足如下主要要求：为了在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作，对其操纵机构提出一下要求：1）变速器操纵机构应防止变速器自动脱档，并保证齿轮（或接合齿圈）一全齿宽啮合。2）变速器操纵机构应防止变速器同时挂入两个档位。3）变速器操纵机构应防止变速器误挂到档 依靠手力换档的变速器成为手动变速器称为手动变速器。是最简单的换档方案，已得到广泛的应用。其优点是减少了变速叉轴，各档同一组用一组自锁装置，因而使操作机构简化。2、远距离操纵 受总布置限制，有些车辆变速器距驾驶员坐椅较远，此外，换档时力需通过转换机构才能完成换档功能，这种手动换档称为远距离操纵变速器。这种结构复杂，且在撞车时直接驾驶员的安全，故新车设计中这种结构已不多见。3、 自锁装置的作用是：防止自动脱档，并保证轮齿以全齿宽啮合；互锁装置的作用是：防止同时换入两个档位；倒档锁的作用是：防止误挂倒档。1变速器主要参数选择1.1一档齿轮齿数的确定设计轿车四档变速器，已知：发动机输出功率p=70千瓦，转速n=4200r/min，载荷平稳，可靠性一般。确定一档齿轮齿数：一档传动比 = 取中间轴一档的齿数 轿车中间轴式变速器一档传动比 =3.53.8时，货车在1217个齿之间选用。由于所设计为一般轻形轿车，载荷平稳、可靠性要求一般。所以选择一档齿轮传动比 =3.6、一档主齿轮齿数Z8=15。取变速器模数m选取齿轮模数，要保证齿轮有足够的强度，同时兼顾它对噪声和质量的影响。减少模数，增加齿宽会使噪音减低，反之则能减轻变速器质量。减低噪音对轿车有较大意义，减轻质量对货车比较重要。直齿轮模数m与弯曲应力之间有如下关系： m= = =2.43 （取k=1） = =79583.3 =9.55 式中 计算载荷;摩擦力影响系数，主动齿轮和被动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同，对弯曲应力影响也不同；主动齿轮 =1.1，被动齿轮 =0.9；应力集中系数，可以近似取 =1.65；Z齿轮系数；齿宽系数；Y齿形系数；弯曲应力，当计算载荷 取作发动机最大转；一档倒直齿轮许用弯曲应力在400850N/ ，货车可取下数。所取模数值应符合JB111-60规定的值，所以取模数m=2.431.2中心距A的选择要选中心距（A为mm）时，可根据下式计算： A=k =9.0 =73.7mm =9.55 3.6 0.96 =9.55 3.6 0.96 =550.08N m =9.55 式中k中心系数。对轿车k=8.99.3，对多档主变速k=9.511；变速器器在一档，第二轴输出的转矩，其值为 = 发动机最大转矩；i变速器一档传动比；变速器转动效率，取0.96轿车变速器的中心距在6580mm范围内变化。计算一档从动齿轮齿数 = =59必须取为整数， =59 =59-15 =441.3确定齿轮参数1.3.1 齿宽选择齿宽应满足既能减轻变速器质量，同时又能保证齿轮工作平稳的要求。齿宽太小，会使齿轮的工作应力过大。为了使工作应力不过大，必须增加中心距，结果又使变速器的质量增加。而且斜齿轮传动平稳的优点，也会因齿宽的减小，但这又使轴承承受的轴向力增加。齿宽也不宜大因为这会增加变速器的轴向尺寸。如果保持相同的用材量就必须减小中心距，结果会增大作用在轴承上的载荷，减低轴的刚度和减小轴承外座圈尺寸。通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽： 直齿b= m, 可取为4.58.0斜齿b= ， 可取为6.08.5 第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，使接触长度增加，接触应力减低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。 =5 2.4 =121.3.2压力角 工作时要求轿车变速器齿轮有较小的噪音，因此高档齿轮采用14.5、15、16、16.5等较小压力角才更合理。为提高中、重型汽车倒档齿轮的承载能力，应采用22.5或25压力角齿轮。实际上因国家规定的齿轮标准压力角为20，所以变速器齿轮普遍的压力角为20， =20。1.3.3齿轮螺旋角为减小工作噪音和提高强度，汽车变速器齿轮多数用斜齿轮，只有倒档齿轮以及货车的一档齿轮才用直齿齿轮。选择时应注意下列问题：首先，增大 时、使齿轮啮合的重合系数增加、工作平稳、噪声减低。随着 的增大，齿轮的强度也相应的提高，不过当螺旋角大于30时，其弯曲强度骤然下降，而接触强度仍然继续上升，因此从提高低档齿轮的弯曲强度出发，并不希望 过大，而从提高高档齿轮的接触强度着眼，可选取较大的 值。 其次，斜齿轮传递时要产生轴向力。设计时应力与中间轴上的轴向力平衡，故中间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律做成右旋，而第一、第二轴上的斜齿轮取左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围选用：轿车变速器：中间轴变速器2234两轴变速器2025货车变速器18261.3.4校验齿轮的接触强度 轮齿的接触应力按下式算： =0.148 =1250（N/ ） (E=1.76 ) =2 =4244N d=mz =2.43 15 =37mm =1/2 =1/2 9.55 70/4200 =79583.3Nmm F = =4244/ =4519.7N = =1/2 59 =10.1mm = =1/2 2.43 44 =19.2mm 式中 齿轮的接触应力；F 齿面上的法向力，F = ; 圆周力， =2 ; 刀具载荷；d 节圆直径；节点处压力角；螺旋角；E齿轮材料的弹性模量；B齿轮接触的实际宽度；主被动齿轮节点处的曲率半径，对直齿轮: = , = ; 主动齿轮的节圆半径； 被动齿轮的节圆半径。齿轮 渗碳齿轮氰化齿轮一档和倒档190020009501000常啮合和高档130014006507001.4变速器轴向尺寸货车变速器壳体的轴向尺寸与档数有关，可参照下列数据选用：四档 （2227）A五档 （2730）A六档 （3235）A轿车四档变速器轴向尺寸为（3034）A。15 轴的直径变速器的轴必须有足够的刚度和强度。工作时它们除传递转矩外，还承受来自齿轮作用的径向力，如果是斜齿轮还有轴向力。在这些力的作用下，轴的刚度不足会产生弯曲变形，结果破坏了齿轮的正确啮合，对齿轮的强度和耐磨性均有不利影响。还会增加工作噪声。中间轴是变速器的第二轴和中间轴中部直径d0.45A；第一轴花键部分直径按d=k 选 d=k =4 =21.69mm式中k 经验系数 k=44.6;-发电机最大转矩。第二轴和中间轴中部直径 d0.45A 0.4573.7 33mm1.6各档齿轮齿数的分配 （图一）1.6.1确定常啮合传动齿轮副的齿数 常啮合传动齿轮中心距和一档齿轮的中心距相等， A= ( ) 解得： =26 =311.6.2 确定其他各档的齿数 二档齿轮是斜齿轮，螺旋角 与常啮合齿轮的不同：取 =22，=2105； 解得：三档齿轮的齿数：取 解得： 确定倒档齿轮齿数：一档、倒档齿轮常选用相同的模数。倒档齿轮 的齿数，一般在2117之间，可选倒档齿轮齿数 =22可计算出中间轴与倒档轴的中心距 ： 40 为了保证倒档齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮8和9的齿顶圆之间应保持05mm以上的面间隙。2 变 速 器 传 动2.1 变速器传动简图2.2 同步器简介同步器能实现迅速和无噪音声换档，换档时又能避免啮合套端部受到损坏，并使操纵轻便，所以近代的汽车变速器，除轿车的倒档和货车的一档、倒档以外，其它档位多数都装用同步器。为什么要采用同步器？以下图所示两轴变速器三、四档间换档过程为例(并假设在换档机构中只有接合套而无同步环)从结构图中可以看出，输出轴三挡齿轮6与输入轴三档齿轮2的齿数之比（z6/z2）大于输出轴四挡齿轮5与输入轴四挡齿轮4 的齿数之比（z5/z4）。由相互啮合传动齿轮的转速与齿数关系（n2/n6=z6/z2，n4/n5=z5/z4），可以得出齿轮2与齿轮6转速之比（n2/n6）大于输入轴四挡齿轮4与输出轴四挡齿轮5 转速之比（n4/n5）的结论。而输出轴三挡齿轮6与齿轮5的转速又是一样的（n6=n5），所以在传动过程中，齿轮2转速永远比齿轮4转速高，即n2n4。当变速器从低速档（三档）换人高速档（四档）时，首先要踩离合器踏板，使离合器分离，接着通过变速杆等将接合套3右移，进入空档位置。在接合套3与齿轮2刚分离这一时刻，两者转速还是相等的，即n3=n2。而n2n4，由此可以得出n3n4，即接合套3的转速大于齿轮4转速的结论。这时如果立即把接合套3推向齿轮4上接合齿圈，就会发生打齿现象。此时，由于变速器处于空档，接合套和齿轮之间没有联系，离合器从动盘又与发动机脱离，所以接合套与齿轮的转速都在分别逐渐降低。因为齿轮与齿轮、输出轴、万向传动装置、驱动桥、行驶系以及整个汽车联系在一起，惯性很大，所以n4下降较慢；而接合套只与输入轴和离合器从动盘相联系，惯性很小，故n3下降较快。因为n3原先大于n4，n3下降得又比n4快，所以过一会儿后，必然会有n3n4（同步）的情况出现。最好能在n3n4的时刻使接合套右移而挂入四档。与接合套联系的一系列零件的惯性越小，则n3下降得越快，达到同步所需时间越少，并且在同样速度差的情况下，齿间的冲击力也小，因此离合器从动部分转动惯量应尽可能小一些。当变速器从高速档（四档）换人低速档（三档）时，刚从四档推到空档的接合套与齿轮的转速相同，即n3n4，同时又有n2n4，所以n2n3。进入空档后，由于n3下降得比n2快，所以在接合套停下来之前，随着时间的推移，两者（n2与n3）差值将越来越大。为了使接合套3与齿轮2的转速达到相同，驾驶员应在此时重新接合离合器，同时踩一下加速踏板，使变速器输入轴及接合套3的转速高于齿轮2转速（动画子步骤（6），即n3n2，然后再分离离合器，等待片刻，到n3n2时，即可让接合套3与齿轮2上接合齿圈相接合，从而挂入三档。上述相邻档位相互转换时，应该采取不同操作步骤的道理同样适用于移动齿轮换档的情况，只是前者的待接合齿圈与接合套的转动角速度要求一致，而后者的待接合齿轮啮合点的线速度要求一致，但所依据的速度分析原理是一样的。以上变速器的换档操作，尤其是从高档向低档的换档操作比较复杂，而且很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了简化操作，并避免齿间冲击，可以在换档装置中设置同步器。同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类。惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。轿车和轻、中型货车的变速器广泛采用锁环式惯性同步器，其细部结构多种多样, 但工作原理是一样的。花键毂7与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。在花键毂两端与齿轮1和4之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）9和5。锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿轮 1，4及花键毂 7上的外花键齿均相同。在两个锁环上，花键齿对着接合套8的一端都有倒角（称锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿轮1和4上的摩擦面锥度项同的内锥面，内锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩擦。三个滑块2分别嵌合在花键毂的三个轴向槽11内，并可沿槽轴向滑动。在两个弹簧圈6的作用下，滑块压向接合套，使滑块中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽10中，起到空档定位作用。滑块2的两端伸入锁环9和5的三个缺口12中。只有当滑块位于缺口12的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。如下图所示：1、4-齿轮 2-滑块 3-拨差 5、9-锁环 6-弹簧圈 7-花键毂8-接合套10-凹槽 11-轴向槽 12-缺口在挂三档时，用拨叉3拨动接合套8并带动滑块2一起向左移动。当滑块左端面与锁环9的缺口12的端面接触时，便推动锁环9压向齿轮1，使锁环9的内锥面压向齿轮1的外锥面。由于两锥面具有转速差（n1n9），所以一接触便产生摩擦作用。齿轮1即通过摩擦作用带动锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环9的缺口12与滑块的另一侧面,接触时，锁环便与接合套同步转动。此时，接合套的齿与锁环的齿错开了约半个齿厚，从而使接合套的齿端倒角面与锁环相应的齿端倒角面正好互相抵触而不能进入啮合。 当变速器由二档换入三档（直接档）时，接合套8从二档退到空档，齿轮1和接合套 8连同锁环9都在其本身及其所联系的一系列运动件的惯性作用下，继续沿原方向（如下图中箭头所示）旋转。DC316(b齿端受力)驾驶员的换档操纵力通过接合套作用于锁环的锁止角斜面上，在此斜面上产生的法向压力为N。法向压力N可分解为轴向力F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩M2有使锁环相对于接合套向后（用箭头指示M2）转动的趋势，称为拨环力矩。轴向力 Fl则使齿轮1 通过摩擦锥面对锁环9作用一与转动方向同向摩擦力矩M1（用箭头指示M1）。这一摩擦力矩M1阻止锁环相对接合套向后退转。如果拨环力矩M2大于摩擦力矩M1，则锁环9即可相对于接合套向后退转一个角度，以便二者进入接合；若M2M1（此时还有滑块对锁环缺口一侧的阻挡作用），则二者相对位置不变，不可能进入接合。在设计同步器时，适当地选择锁止角和摩擦锥面的锥角，便能保证在达到同步（n1=n9）之前，齿轮1施加在锁环9上的摩擦力矩M1总是大于切向力F2形成的拨环力矩M2，不论驾驶员通过操纵机构加在接合套上的轴向推力有多大，接合套齿端与锁环齿端总是互相抵触而不能接合。锁环9对接合套的锁止作用是由于上述摩擦力矩M1造成的。因为此摩擦力矩的作用与锁环9（及与之连接的接合套8、花键毂7、变速器输出轴及整个汽车等）和齿轮1（及与之连接的离合器从动部分和变速器内部分齿轮）两部分的转动惯性有关，故称此种同步器为惯性式同步器。DC316(C)(D) 应加动画继续加力于接合套上，摩擦作用使齿轮1与锁环9转速很快趋于一致，紧接着两者间的相互转动趋势也迅速降低，摩擦力矩M1也相应迅速降低。当拨环力矩M2大于摩擦力矩M1时，便使锁环相对于接合套向后退转一个角度。在锁环的摩擦带动下，齿轮1及与之相连的所有零件跟锁环一起相对于接合套向后退转一个角度。当滑块对正缺口12的中央时,接合套花键齿圈与锁环的花键齿圈不再抵触，接合套8继续左移，而与锁环的花键齿圈进入接合状态，锁环的锁止作用即行消失。接合套与锁环接合后，轴向力F1不再存在，锥面间的摩擦力矩也就消失。如果此时接合套8花键齿与齿轮1的花键齿发生抵触（见图DC316(C)），则接合套8花键齿作用在齿轮1花键齿端斜面上有切向分力，使齿轮1及其相连零件相对于锁环及接合套转过一个角度，使接合套与齿轮l进入接合（见图DC316(d)），而最后完成了换入三档（由低速档换入高速档）的全过程。如果是由三档（直接档）换入二档（由高速档换入低速档），上述过程也适用。但此时齿轮4是被加速到与锁环5（亦即与接合套8）同步，从而使接合套8先后与锁环5及齿轮4进入啮合而完成换档过程。常压式同步器虽然结构简单，但又不能保证被啮合件在同步状态（即角速度相等）下换档的缺点，故仅在少数重型汽车上得到应用，而在大多数变速器中得到广泛应用的是惯性式同步器。同步器作为一种换档装置，是在接合套换档的基础上发展起来的，起功用是使接合套与待接合的齿轮二者之间迅速达到同步，并阻止二者在同步前进入啮合，从而可消除换档时的冲击，缩短换档时间，简化换档过程，使换档操纵作简捷而轻便。2.2.1惯性式同步器按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们结构不同，但是它们都有摩擦元件和锁止元件。摩擦元件是同步缓和齿轮上的凸出部分 ，分别在他们的内圈和外圈设计有相互接触的锥形摩擦面，锁至元件是在换动齿套的圆盘部分的中间做出与同步环刚性连接专用弹簧下面的钢球和销使滑动齿套和头脑干部环弹性连接。图表二所示摩擦元件是用滑动齿套上的锥面来实现的。作为锁止元件是锁环的内齿和做在齿轮上的接合齿端部。齿轮和锁环之间是弹性连接。在惯性式同步器中，弹性元件的重要性仅次于摩擦元件和锁止元件。它用来使用有关部分保持在中立位置的同时，又不妨碍锁止，解除锁止和换档。锁档式同步器优点是零件数量少，并且摩擦锥面平均半径教大，使其转距容量得到提高，故多用于中，重型货车变速器，它工作可靠，零件耐用，但因结构布置上的限制，转距容量不大，而且由于锁止面在同步锥环的结合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用语轿车和轻型货车变速器中。锁环式同步器的锁止面在同步锥环和啮合套的倒锥面上，省去了同步锥环的结合齿，且轴向尺寸较小，多用于中，重型货车变速器中。多锥式同步器的锁止面仍在同步环的接合齿上，只是在原有的两个锥面之间再插入两个辅助同步锥。由于锥表面的有效摩擦面积成倍的增加，同步转距也相应的增加，因而具有较大的转距容量和低的热负荷。这不但改善了同步的效能，增加了可靠性，而且可使换档力大为减小。若保持换档力不变，则可缩短同步时间，多锥式同步器多用与重型货车得主、副变速器以及分动器中。惯性增力式同步器又称为波舍式同步器。它能可靠的保证旨在同步状态下实现换档。只要啮合套和换档齿轮之间存在转速差，弹簧片的支承力就阻止同步缩小，从而也就阻止了啮合套移动。只有在转速差为零时，弹簧片卸除载荷，于是对同步环直径的缩小失去阻力，这样才能实现换档。该同步器的特点是，由于同步环内部的弹簧片作用，同步环产生的摩控力矩得到成倍增长，增长的程度随两啮合件的转差而变化，转差愈大，增力作用愈强，因此，用不大的换档力冰可以在很短的时间内完成换档。在完成换档后，同步环处于啮合套的屋顶状凹槽里，被可靠的固定住，帮在挂 档位置无需采用自锁装置，此外，波舍同步器还有结构简单、工作可靠、轴向尺寸短（与一般啮合套换档部件的轴向尺寸相近）