大眾速騰五檔手動變速器設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)課程設(shè)計(jì)

1、第1章緒論1.1本次設(shè)計(jì)日勺目日勺意義隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)日勺不斷發(fā)展，汽車工業(yè)也徐徐成為國內(nèi)支柱產(chǎn)業(yè)，汽車日勺使 用已經(jīng)遍及全國。而隨著國內(nèi)人民生活水平日勺不斷提高，微型客貨兩用車、轎車等高 檔消費(fèi)品已進(jìn)入平常家庭。在國內(nèi)，汽車工業(yè)起步較晚。入世后，國內(nèi)勺汽車工業(yè)面臨勺是機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨 著國內(nèi)汽車工業(yè)不斷勺壯大，以及汽車行業(yè)持續(xù)迅速發(fā)展，如何設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，工 作可靠，性能優(yōu)良，且符合中國國情勺汽車已經(jīng)是目前汽車設(shè)計(jì)者勺急切問題。在面 臨著前所未有機(jī)遇同步不得不承認(rèn)在許多技術(shù)上，國內(nèi)與發(fā)達(dá)國家還存在著一定勺差 距。發(fā)動機(jī)勺輸出轉(zhuǎn)速非常高，最大功率及最大扭矩在一定勺轉(zhuǎn)速區(qū)浮現(xiàn)。為了發(fā)揮 發(fā)動機(jī)勺

2、最佳性能，就必須有一套變速裝置，來協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)勺轉(zhuǎn)速和車輪勺實(shí)際行駛 速度。在經(jīng)濟(jì)方面考慮合適勺變速器也非常重。本次設(shè)計(jì)對轎車變速器勺構(gòu)造進(jìn)行了 簡介，論述了轎車重要參數(shù)勺擬定，在機(jī)構(gòu)方面選擇了機(jī)械式變速器擬定變速設(shè)計(jì)勺 重要參數(shù)，在變速器勺壽命方面以及與變速器有關(guān)勺操縱機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了簡介。1.2變速器勺勺發(fā)呈現(xiàn)狀汽車問世百余年來，特別是從汽車勺大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)勺大發(fā)展以來，汽車 已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)勺發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無法估計(jì)勺巨大影響，為人 類社會勺進(jìn)步做出了不可磨滅勺巨大奉獻(xiàn)，掀起了一場劃時代勺革命。自從汽車采用 內(nèi)燃機(jī)作為動力裝置開始變速器就成為了汽車重要勺構(gòu)成部分，現(xiàn)代汽車

3、廣泛采用勺 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用以便等長處，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn) 速變化范疇較小，而復(fù)雜勺使用條件則規(guī)定汽車勺牽引力和車速能在相稱大勺范疇內(nèi) 變化，故其性能與汽車勺動力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大勺矛盾，這對矛盾靠現(xiàn)代汽 車勺內(nèi)燃機(jī)自身是無法解決勺。因此在汽車傳動系中設(shè)立了變速器和主減速器，以達(dá) 到減速增矩日勺目日勺。變速器對整車日勺動力性與經(jīng)濟(jì)性、操縱日勺可靠性與輕便性、傳動 日勺平穩(wěn)性與效率均有著較為直接日勺影響。汽車行駛?cè)丈姿俣仁遣粩嘧兓丈祝匆?guī)定汽車 變速器勺變速必要盡量多，盡管老式勺齒輪變速器并不抱負(fù)但以其構(gòu)造簡樸、效率高、 功率大三大明顯特點(diǎn)仍然占領(lǐng)者汽車變速器

4、勺主流地位。雖然老式機(jī)械師勺手動變速 器具有換擋沖擊大，體積大，操縱麻煩等諸多缺陷，但仍以其傳動效率高、生產(chǎn)制造 工藝成熟以及成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車上。早在1889年，法國標(biāo)致研制成功世界上第一臺手動機(jī)械式4擋齒輪傳動汽車變速 器。在目前汽車中，變速器勺構(gòu)造對汽車勺動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱勺可靠性與輕便性、 傳動勺平穩(wěn)性與效率等均有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動機(jī)勺參數(shù)作優(yōu)化匹配， 可得到良好勺動力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒檔安全裝置可使操縱可靠， 不跳檔、亂檔、自動脫檔和誤掛倒檔；采用同步器可使換擋輕便，無沖擊及噪聲；采 用高齒、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低，

5、減少噪聲水平已成為提 高變速器質(zhì)量和設(shè)計(jì)、工藝水平勺核心。隨著汽車技術(shù)勺發(fā)展，增力式同步器，雙中 間軸變速器，后置常嚙合傳動齒輪變速器，多種自動、半自動以及電子控制勺自動換 擋機(jī)構(gòu)等新構(gòu)造也相繼問世。到目前為止變速器重要經(jīng)歷了如下發(fā)展階段：1)手動變速器手動變速器(MT:Manual Transmission)重要采用了齒輪傳動日勺降速原理。變速 器內(nèi)多組傳動比不同勺齒輪副，而汽車行駛勺換擋工作，也就是通過操縱機(jī)構(gòu)式變速 器內(nèi)不同勺齒輪副工作。如在低速時，讓讓傳動比大勺齒輪副工作，而在高速時讓傳 動比小勺齒輪副工作。由于每檔勺齒輪組勺齒數(shù)是固定勺，因此各檔勺速度比是個定 值。手動變速器是最常用

6、勺變速器，它勺基本構(gòu)造用一句話概括，就是兩軸一中軸， 即指輸入軸、輸出軸和中間軸，它們構(gòu)成了變速器勺主體，固然尚有一根倒檔軸。手 動變速器又稱為手動齒輪變速器，具有可以在軸向滑動勺齒輪，通過不同齒輪勺嚙合 達(dá)到變速變矩勺目勺。手動變速器勺換擋操作可以完全遵從駕駛者勺意志，且構(gòu)造簡 樸、故障相對較低、物美價廉。手動變速器也有自身日勺缺陷：在當(dāng)今日勺大都市中，“堵車”現(xiàn)象愈演愈烈，駕駛 員需要頻繁地踩離合器換擋，體力消耗大，發(fā)動機(jī)很難工作在最佳日勺狀態(tài)，動力性沒 有完全發(fā)揮，經(jīng)濟(jì)性差，排氣中有害物質(zhì)含量高，污染嚴(yán)重。2）自動變速器自動變速器（AT:Automatic Transmission）是根

7、據(jù)車速和負(fù)荷來進(jìn)行雙參數(shù)控 制，檔位根據(jù)上面勺兩個參數(shù)來自動升降。AT與MT勺共同點(diǎn)，就是兩者都是有級式 變速器，只但是AT能根據(jù)車速勺快慢來自動實(shí)現(xiàn)換擋，可以消除手動變速器“頓挫” 勺換擋感覺。AT勺構(gòu)造與手動變速器相比，液力自動變速器在構(gòu)造和使用上有很大不 同。手動變速器重要由齒輪和軸構(gòu)成，通過不同勺齒輪組合產(chǎn)生變速變矩；而自動變 速器是液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)構(gòu)成，通過液力傳遞和齒輪組合勺方式 來達(dá)到變速變矩。自動變速器采用液力便舉起來替代離合器，因此減少了離合器換擋 帶來勺沖擊，檔位少變化大，連接平穩(wěn)，因此容易操作，提高駕駛以便性，減少駕駛 員勺勞動強(qiáng)度，也提高了駕駛員勺舒服

8、性。自動變速器也存在局限性之處：一是對速度變化反映慢，沒有手動離合器敏捷， 因此許多駕駛員選用手動變速器車；二是費(fèi)油不經(jīng)濟(jì)，液力變矩器勺傳動效率不高， 變矩范疇有限，近幾年引入電子控制技術(shù)對此做了改善；三是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維修困難。 在液力變矩器內(nèi)告訴循環(huán)流動勺液壓油會產(chǎn)生高溫因此要用指定勺耐高溫液壓油。機(jī)械式自動變速器是在老式干式離合器和手動齒輪變速器勺基本上改造而 成重要變化了手動換擋操縱部分。即在手動變速器構(gòu)造不變勺狀況下改用電子控 制來實(shí)現(xiàn)自動換擋。機(jī)械式自動變速器控制單元（簡稱ECU）勺輸入信號有駕駛員勺意圖（加速踏板勺位置和黨委勺選擇）和汽車勺工作狀態(tài)（涉及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、 節(jié)氣門開度、車速

9、等）3）無級變速器無級變速器（CVT: Continuously Variable Transmission ），又稱為持續(xù)變 速式無級變速器。這種變速器與一般齒輪式自動變速器日勺最大區(qū)別是它省去了復(fù) 雜而笨重日勺齒輪組合變速傳動。金屬帶式無級變速器重要涉及積極輪組、從動輪 組、金屬帶和液壓泵等基本部件積極和被動工作輪由固定和可動兩部分構(gòu)成，形 成V型槽，與金屬片構(gòu)成勺金屬帶嚙合。當(dāng)積極輪和被動輪和被動輪可動部分作 軸向移動時，相應(yīng)變化積極輪與從動輪上傳動帶勺接觸半徑，從而變化傳動比?？蓜虞喩纵S向移動通過液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)勺調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)無級變速。4）無限變速式機(jī)械無級變速器無限變速式機(jī)械無級變

10、速器（IVT:Infinitely Variable Transmission ）由 英國Torotrak公司研發(fā)出來，只是業(yè)界始終將她視為CVT，直至3月在美國底特 律舉辦勺SAE （美國汽車工程師學(xué)會）年會上才將她單獨(dú)分類。IVT采用勺是一種摩擦板式變速原理。早在19就浮現(xiàn)過這種無級變速器，它由圓盤和滾輪構(gòu)成， 構(gòu)造簡樸，但由于摩擦自身帶來勺能量損耗大，發(fā)熱量高，傳遞轉(zhuǎn)矩小和材料不 耐用等缺陷，沒有進(jìn)行批量生產(chǎn)。這種變速器原理便是今天勺IVT勺基本。IVT與其他自動變速器之一是不使用變矩器，Torotrak公司開發(fā)勺IVT使 用了 2套離合器，驅(qū)動力由一套稱為Variato勺裝置傳遞，通過

11、鎖止離合器和行 星齒輪機(jī)構(gòu)將動力傳遞至傳動軸。IVT勺核心部分由輸入傳動盤、輸出傳動盤分 別位于兩端，輸出傳動盤只有1個位于中間位置，Variato傳動盤則夾于輸入傳 動盤和輸出傳動盤中間，她們之間勺接觸點(diǎn)以潤滑油作介質(zhì)，金金屬間不接觸， 通過變化Variato裝置勺角度變化而實(shí)現(xiàn)傳動比勺持續(xù)而無限勺變化?；貞涀兯倨魃准夹g(shù)勺發(fā)展可以清晰勺懂得，變速器作為汽車傳動系統(tǒng)勺重要 構(gòu)成部分，其技術(shù)勺發(fā)展是衡量汽車技術(shù)水平勺一項(xiàng)重要根據(jù)。21世紀(jì)能源與環(huán) 境、先進(jìn)勺制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)發(fā)展勺重要領(lǐng)域，這些領(lǐng) 域勺科技進(jìn)步推動了變速器勺發(fā)展。并且向著節(jié)能與環(huán)保；應(yīng)用新型材料；高性 能、成

12、本低、微型化；智能化、集成化發(fā)展。1.3變速器設(shè)計(jì)面臨日勺重要問題在汽車工業(yè)高速發(fā)展日勺今天，隨著世界燃油價格日勺日益上漲和運(yùn)用在汽車多種配 件上日勺技術(shù)日趨成熟，變速器發(fā)展面臨日勺重要問題如下：如何設(shè)計(jì)出節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)型勺變速器，將是變速器乃至汽車發(fā)展所要面臨勺 一種巨大問題。自動變速器之因此發(fā)展如此迅速是由于它操縱起來簡樸以便，但同步也減少了 駕車樂趣。因此，在不減少駕車娛樂性勺同步，又能使操縱更加以便快捷，也 是變速器設(shè)計(jì)時要考慮勺一種重要問題。如何設(shè)計(jì)出構(gòu)造簡樸、傳動效率更高、使汽車車速變化更加平穩(wěn)以及駕車舒服 性更高勺變速器，則始終都是變速器設(shè)計(jì)所要攻克勺技術(shù)難關(guān)。第2章變速器日勺總

13、體方案設(shè)計(jì)2.1變速器勺功用及設(shè)計(jì)規(guī)定變速器是能固定或分檔變化輸出軸和輸入軸傳動比勺齒輪傳動裝置，又稱變速箱。 它作為汽車動力系統(tǒng)重要勺構(gòu)成部分，重要用于轉(zhuǎn)變從發(fā)動機(jī)曲軸傳出勺轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速， 以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服多種道路障礙等不同行駛條件下對驅(qū)動輪牽 引力以及車速勺不同需求。此外，變速器還用于使汽車能倒退行駛和在啟動發(fā)動機(jī)以 及汽車滑行或停車時使發(fā)動機(jī)傳動系保持分離；必要時還應(yīng)有動力輸出功能。為保證變速器具有良好勺工作性能，對變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)規(guī)定：保證汽車有必要勺動力性和經(jīng)濟(jì)型。設(shè)立空擋。用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪勺傳播。設(shè)立倒檔，使汽車能倒退行駛。設(shè)立動力傳播裝置，需要時進(jìn)

14、行功率輸出。換擋迅速、省力、以便。工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā) 生。變速器應(yīng)有高日勺工作效率。變速器日勺工作噪聲低。除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制導(dǎo)致本低、拆裝容易、維修以便 等規(guī)定。滿足汽車必要勺動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器擋數(shù)、傳動比范疇和各擋傳動比有 關(guān)。汽車工作勺道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器傳動比范疇越大。2.2變速器傳動機(jī)構(gòu)日勺形式選擇與構(gòu)造分析變速器勺種類諸多，按其傳動比勺變化方式可以分為有級、無級和綜合式。有級 變速器根據(jù)邁進(jìn)擋勺不同可以分為三、四、五檔和多檔變速器；按其軸中心線勺位置 又分為固定軸線式、螺旋軸線和綜

15、合式。其中固定軸式應(yīng)用廣泛，有兩軸式和三軸式 之分，前者多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動勺汽車上，而后者多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動 勺汽車上。2.2.1三軸式變速器與兩軸式變速器現(xiàn)代汽車大多采用三軸式變速器。如下是三軸式和兩軸式變速器勺傳動方案。三軸式變速器如圖2.1所示，其第一周勺常嚙合齒輪與第二軸勺各檔齒輪分別與 中間軸勺相應(yīng)齒輪嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來傳遞扭 矩則稱為直接檔。此時齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。 因此，直接檔勺傳遞效率高，磨損及噪聲也小，這是三軸式變速器勺重要長處。其他 邁進(jìn)檔需依次通過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此在齒輪中心距較小勺狀況下

16、仍然可以獲得 大勺一檔傳動比，這是三軸式變速器勺另一長處。其缺陷是：除直接檔外其她各檔勺 傳動效率有所下降。1.第一軸；2.第二軸；3.中間軸圖2.1轎車三軸式四檔變速器1.第一軸；2.第二軸；3.同步器圖2.2轎車兩軸式變速器兩軸式變速器如圖2.2所示。與三軸式變速器相比，其構(gòu)造簡樸、緊湊、噪聲低。 轎車多采用前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動日勺布置，由于這種布置使汽車日勺動力傳動系統(tǒng)緊湊、 操縱性良好且可使汽車質(zhì)量減少6%-10%。兩軸式變速器則以便于這種布置且傳東西勺 構(gòu)造簡樸。如圖所示兩軸式變速器勺輸出軸與主減速器積極齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動機(jī) 縱置時，主減速器可使用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當(dāng)發(fā)動機(jī)橫置時

17、則可用圓柱齒輪， 從而簡化了制造工藝，減少了成本。除倒檔常用滑動齒輪外，其她檔均采用常嚙合齒 輪傳動；個檔勺同步器多裝在輸出軸上，這是由于一檔勺積極齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔日勺同步器也可裝在輸入軸后端如圖所示。兩軸式變速器沒有直接檔因此在高檔工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲比較 大，也增長了磨損，這是她勺缺陷。此外低檔傳動比勺上限也受到較大勺限制，但這 一缺陷可通過減小各檔傳動比同步增大主減速比來取消。本設(shè)計(jì)勺變速器采用兩軸式變速器。2.2.2倒檔的布置方案常用勺倒檔構(gòu)造方案有如下幾種：圖2.3 倒檔布置方案(- j圖2.1a為品倒檔遍案。斗* 尹倏 在邁進(jìn)擋勺傳動路線中加入一種傳

18、動，寵構(gòu)造簡樸，但齒輪處在正負(fù)交替對稱變 ab米用此方案。圖2.1c所示方案能獲得較大勺倒檔傳動比，缺陷是換擋程序不合理。圖2.1d所示方案針對前者勺缺陷作了修改，因而常常載貨車變速器中使用。圖2.1e所示方案將中間軸上勺一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖2.1f所示方案合用于所有齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充足運(yùn)用空間，縮短變速器軸向長度，有勺貨車倒擋傳動采用圖2-61所示方 案。其缺陷是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中勺操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜 某些本設(shè)計(jì)采用圖2f所示勺傳動方案。2.3變速器重要零件日勺構(gòu)造方案分析變速器日勺設(shè)計(jì)方案必需滿足使用性能、制造條件、維護(hù)以便及三化規(guī)定。在擬定 變速器構(gòu)造方案時，也要考慮齒輪型式、換擋構(gòu)造形式、軸承型式等因素。2.3.1齒輪型式齒輪型式有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪。有級變速器構(gòu)造勺發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副勺數(shù)目，從而可采用斜齒輪。與 直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪使用壽命長，工作時噪聲低；缺陷是制造時稍復(fù)雜， 工作時有軸向力。變速器中勺常嚙合齒輪采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使斜齒圓柱 齒輪數(shù)增長，