两轴式四档手动变速箱设计毕业设计(编辑修改稿)

两轴式四档手动变速箱设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

车体结构（ mm） 百公里加速（ S） 总质量 Kg 发动机布置 发动机最大功率 排量 发动机最大扭矩 驱动方式 桑塔纳 2020 GSi时代骄子 （ SVW7182HFi） 4速 手动 4680X1700X1423 三厢轿车 1140 纵置，前置 74Kw@5200转 /分 @3800转 /分 前轮驱动 上 海 理 工 大 学 本 科 毕 业 论 文 5 第二章 变速器 传动机构布置 方案 机械式变速器因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛的应用。 分析 （ 1） 两轴式变速器 固定轴式变速器中的两轴式和中间轴式变速器得到广泛应用。 其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。 与中间轴式变速器比较，两轴式变速器因轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间挡位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时燥声也低。 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，不仅工作燥声增大，容易损坏，还有，受结构限制，两轴式变速器与一挡速比不可能设计的很大。 对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反。 而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动 方向相同。 图 21 两轴式变速器的传动方案 图 21示出用在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；图 2－ 1f中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并且用同步器换档；同步器多数用在输出轴上，这是因为一挡主动齿轮尺寸小，同步器装在输入轴上有困难，而高挡的同步器可以装在输入轴后端，如图 2－ 1d,e所示；图 2－ 1d所示方案有辅助支撑，用来提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。 图 2－ 1f所示方案为五挡全同步器式变速器，以此为基础，只要将五挡齿轮用尺寸相当的隔套替代，即可改变为 四挡变速器，从而形成一个系列产品。 上 海 理 工 大 学 本 科 毕 业 论 文 6 （ 2） 中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。 变速器第一轴的前端经轴承支撑在发动机飞轮上 ,第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘 ,而第二轴的末端经花键与万向节连接。 图分别示出了几种中间轴式变速器的传动方案。 各种传动方案的共同特点是 :变速器的第一轴后端与常啮合 主动齿轮做成一体。 绝大多数方案的第二轴前端经轴支撑在第一轴的后端的孔内 ,并且保持两轴轴线在同一直线上 ,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 ,齿轮和轴承的磨损减少。 因为直接挡的利用率要高于其它挡位 ,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。 档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动 ,挡位低的齿轮 （一档） 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它挡位的换档机构 ,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。 在除直接挡以外的其它挡位工作时 ,中间轴式变速器的 传动效率略有降低 ,这是它的缺点。 在挡数相同的情况下 ,中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数 ,轴的支撑方式 ,换挡方式和倒挡传动方案以及挡位布置顺序上有差别。 图 22 中间轴式四档变速器 如图 22中的中间轴式四档变速器传动方案示例的区别 为 ：图 22a、 b所示方案有四对常啮合齿轮，倒档用直齿滑动齿轮换档。 第二轴为三点支承，前端支承在第一轴的末端孔内，轴的中部和后端分别支承在变速器壳体和附加壳体上。 图 22a所示的传动方案又能达到提高中间轴和第二轴刚度的目的； 图 23c 所示传动方案的二，三，四档用常啮合齿轮传动，而一档和倒档用直齿滑动齿轮换档 ，第二轴为支承点。 如图 2－ 3 中间轴式五档变速器传动方案中 ,图 23a 所示方案中 ,除一 ,倒挡用直齿滑动齿轮换挡外 ,其余各挡为常啮合齿轮传动。 图 23b、 c、 d所示的方案的各前进挡均采用常啮 上 海 理 工 大 学 本 科 毕 业 论 文 7 合齿轮传动。 图 23d所示方案中的倒挡和超速挡安装在位于变速器后部的副箱体内 ,这样布置除可以提高轴的刚度 ,减少齿轮磨损和降低噪声外还可以在不需要超速挡的条件下 ,很容易形成一个只有四个前进挡的变速器。 图 24a 所示方案中的一挡 ,倒挡和图 24b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡 ,其余各挡均为常啮合齿轮。 图 23 中间轴四档变速器传动方案 图 24 中间轴式六挡变速器传动方案 以上各方案中 ,凡采用啮合齿轮传动的挡位 ,其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。 同一变速器中 ,有的挡位用用同步器换挡 ,有的挡位用啮合套换挡 ,那么一定是挡位高的用同步器换挡 ,挡位低的用啮合套换挡。 发动机前置后轮驱动的承用车采用中间轴式变速器 ,为缩短传动轴长度 ,将第二轴加长置于附加壳体内 ,如果在附加壳体内布置倒挡传动齿轮和换挡机构 ,还能减少变速器主体部 上 海 理 工 大 学 本 科 毕 业 论 文 8 分的外形尺寸及提高中间轴和输出轴的刚度。 变速器用图 2－ 3c所示的多支撑结构方案 ,能提高轴的刚度。 这时如用在轴的平面上可分开的壳体 ,就能很好的解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。 图 2－ 3 c所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态 ,同时一挡和倒挡齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里 ,而中间挡的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。 与前进挡相比，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换挡。 为了实现倒挡传动，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。 图 25 倒档布置方案 图 2－ 3为常见的倒挡布置方案。 图 2－ 3b所示方案的优点是倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间周的长度；但倒挡时要求有两队齿轮同时进入啮合，使倒挡困难，图 2－ 3c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。 图 2－ 3d所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图 2－ 3c 所示方案。 图 2－ 3e所示方案是将中间轴上的一倒挡齿轮做成一体，将齿宽加长。 图 2－ 3f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换挡更为轻便。 为了充分利用空间，缩短变速器的轴向长度，有的货车倒挡传动采用图 2－ 3g所示方案；其缺点是一，倒挡各用一根变速器拨叉轴，致使 变速器上盖中的操纵机构复杂一些。 变速器的一挡或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力也大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声增加。 为此，无论使两轴式变速器还是中间轴式变 速器的一挡与倒挡，都应当布置在靠近轴的支撑处，以便改善上述不良状况， 然后按照从低挡到高挡的三顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。 倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒 挡的 时间 非常 短， 从这 点出 发有 些方 案将 一挡 布置 靠近轴 的支 撑处。 上 海 理 工 大 学 本 科 毕 业 论 文 9 倒挡设置在变速器的左侧或右侧，在结构上均能实现，不同之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向改变了。 为防止以外挂如倒挡，一般在挂倒挡时设有一个挂倒挡时需要克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。 本次设计的变速箱是手动四档两轴式变速箱，器传动方案如上图 21b所示，考虑到缩小轴向的尺寸，故将器倒档置于一、二档得结合套上，具体布置如下图 26所示。 图 26 两轴式手动四档变速器布置方案 变速器零、部件结构方案分析 变速器所用的齿轮有斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮两种。 与直齿圆柱齿轮相比，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、工作平稳、噪音小而仍然得到广泛的使用。 变速器中的长啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使长啮合齿轮数增加，并导致变速器的质量和转动惯量增大。 直齿圆柱齿轮用于低档和倒档。 本次设计中除一、倒档，其余全为斜齿圆柱齿轮 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 上 海 理 工 大 学 本 科 毕 业 论 文 10 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。 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、滑动轴承等。 至于何处应当采用什么轴承，是守结构限制并所受的载荷的点不同而不同。 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受限制，常在布置上有困难。 如变速器的第二轴前端支承在第一轴长啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，如空间不足则采用滚针轴承。 第二轴后端常采用球轴承，用来承受轴向力和径向力。 变速器第一轴前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间，常采用一端有密封的的球轴承来承受径向力。 作用在第一轴的长啮合齿轮上的轴向力， 经第一轴后部的轴承传递给变速器壳体，此处常用委员有挡圈的球轴承。 由于变速器向轻量化发展的需要，要求减少变速器中心距，这样就影响到轴承外径尺寸。 为保证轴承有足够的寿命，可选用能承受一定轴向里的无保持架的圆柱滚子轴承。 中间轴上的齿轮工作时产生的的轴向力，原则上由前或后轴承承受都可以，但当在壳体前端布面布置轴承盖有困难，必须由后轴承承受轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力，而后端采用外圆有挡圈的球轴承或圆柱滚子轴承。 圆锥滚子轴承因具有直径较小、宽度较宽，因而容量大，可承受高负荷和通过对轴承的预紧能消除轴向间 隙和轴向传窜动等优点，固在一些变速器上得到应用。 圆锥滚子轴承轴承也有装配后需要调整预紧，是装配变的麻烦且磨损后易歪斜，导致齿轮不能正常啮合而损坏。 因此，锥轴承不适合用在线膨胀系数较大的铝合金壳体上。 变速器第一轴、第二轴的后端轴承，以及中间轴承、后轴承，按直径系列一般选用种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和周不是固定连接，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、有利于齿轮啮合的优点。 滑动轴套的径向配合间隙大、易磨损、间隙大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增大。 滑动轴套的优点是易制造、成本低。 此次设计中采用圆柱滚子轴承。 齿轮变位系数的选择原则 上 海 理 工 大 学 本 科 毕 业 论 文 11 齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节。 何谓变位。 即通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具齿槽宽后切制的齿形为非标准渐开线齿形的齿轮。 采用变位齿轮，除了避免根切和配凑中心距之外，它还影响齿轮强度，使用平稳性，耐磨性、抗校核能力及齿轮的啮合噪声。 齿轮的变位分为高度变位 和角度变位两类。 高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。 高度变位可增加小齿轮齿根部分的强度，使它达到和大齿轮强度相接近的程度。 高度变为的缺点就是不能痛风石增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。 角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。 角度变位既具备了高度变位的优点，又避免饿其缺点。 总体变为系数ξ c=ξ 1+ξ 2越小，一对齿轮的齿根总的厚度。