6档手动变速器论文设计

1 引言

1．1 本次设计的目的和意义

汽车被称为“改变世界的机器”。1894年，一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展[3]。随着经济和科学技术的不断的发展，21世纪，汽车工业已经成为中国经济发展的支柱产业之一，汽车企业对各系统部件的设计需求旺盛。由此可见，对汽车的变速器进行研究具有十分重要的意义。

经过这几年的刻苦学习，我掌握了多门基础知识和专业知识。在大学毕业之即，进行了对五档手动变速器的设计。毕业设计是对每个大学生进行知识掌握与实际运用的一次大检阅，充分体现了一个设计者的知识掌握程度和创新思想。通过本次设计，我将进一步巩固所学的知识并为以后参加工作打下良好的基础。

1．2 变速器的发展现状

近10年来，我国汽车变速器行业随着汽车工业的快速发展而不断发展壮大，形成了一批具有规模的变速器企业。绝大多数国内的变速器企业在引进消化吸收国外先进技术方面取得了突出成绩，并不断坚持自主创新，打造我国自主品牌、开发核心技术，在手动变速器领域，尤其是在重型车用和微型车用手动变速器上，涌现了大量自主创新的产品。

在中国手动变速器仍然有很大的市场。具体有两个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，而且在生产方面也积累了长期经验，所以在一定程度上加大了手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣。因此在国内很多人都选择维修保养成本低，能够带来驾驶乐趣，传动效率比自动变速器高的手动变速器。

目前，世界最大的手动变速器制造商德国ZF公司预测说，到2012年，北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡。而2002年，在美国和加拿大市场出售的汽车中，还有10%配备的是手动变速器。同样地情况也发生在欧洲市场，原本是手动变速器的市场，不断被自动变速器占领。欧洲汽车制造商将诶经销商协会目前统计的数据显示，在英国现在配备自动变速器的汽车占汽车总量的15%。而5年前，这个数字是13.5%。从1996年到今天这几年了，重卡中自动变速器的比例已经从5%上升到18%。

1．3 本次设计面临的主要问题

手动变速器作为常见的变速器，其换挡操作遵从驾驶者的意愿、结构简单、故障率相对较低，价格低[4]。近年来，随着汽车工业的发展、车辆设备性能、结构变化导致车辆传动部的润滑条件较过去更为苛刻：

（1）齿轮箱体积更小。由于使用者对燃油经济性要求提高、汽车制造商提高了后桥及变速器传动功率密度、使齿轮箱内润滑容量变小，齿轮温度和负荷提高。

（2）空气动力学设计改进。采用空气动力学设计可以有效提高燃油经济性，但同时使后桥受变速器周围的空气流速降低。

（3）缓冲器的使用。容易在齿轮齿尖产生剥坑。

（4）同步器的广泛应用。在同步耐久性、抗点蚀、抗擦伤性能上对变速器油提出了更高的要求。

本次设计参数：

最大扭矩（N．ｍ）：155

最大扭矩转速（rpm）：3800

最大功率（kw）：75

最大功率转速（rpm）：5200

2 变速器的总体方案设计

2．1 变速器的功用及设计要求

器变速用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使汽车获得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。变速器设有空挡，可在起动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力[1]。需要时，变速器还有动力输出功能。

为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求：

1）保证汽车有必要的动力性和经济性。

2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。

3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。

4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。

5）换挡迅速、省力、方便。

6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。

7）变速器应当有高的工作效率。

8）变速器的工作噪声低。

除此之外，变速器还应满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。

2．2 变速器传动结构布置方案的确定

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有点，故在不同形式的汽车上广泛应用[2]。

2.2.1 三轴式变速器与两轴式变速器

现代汽车大多都采用三轴式变速器。三轴式变速器如图1所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此。在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：处直接档外其他各档的传动效率有所下降。

图1 轿车三轴式四档变速器

1.第一轴；

2.第二轴；

3.中间轴

2.2.2 传动布置方案的比较

图2为中间轴式五档变速器传动方案。它的特点是：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档。使用直接档，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档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进档位工作时，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，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（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档以外的其他档位的换档机构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。

图2（a）所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图2（b）、（c）、（d）所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图2-4（d）所示方案中的倒档和超速档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工作噪声外，还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档的变速器。

图2 中间轴式五档变速器传动方案

以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定

是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。

2.2.3 倒挡布置方案

图3为常见的倒挡布置方案。图3（b）所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图3（c）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3（d）所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图3（c）所示方案。图3（e）所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图3（f）所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图3（g）所示方案。其缺点是一，倒挡须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。

本设计采用图3（f）所示的传动方案。

图3 变速器倒档传动方案

因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，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挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，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。

2．3 零、部件结构方案分析

变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素[6]。