四驅(qū)越野汽車變速器及操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[三軸五檔]【9張CAD圖紙+PDF圖】

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編 號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 四驅(qū)越野汽車變速器 及操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923069 學(xué)生姓名： 柴亦浩 指導(dǎo)教師： 過金超（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四驅(qū)越野汽車變速器 及操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的 內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫 的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 92 學(xué) 號(hào)： 0923069 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學(xué)院 信 機(jī)系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 四驅(qū)越野汽車變速器及操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷的發(fā)展，汽車工業(yè)也漸漸成為我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)， 汽車的使用已經(jīng)遍布全國(guó)。而隨著我國(guó)加入 WTO，人民生活水平的不斷提 高，微型客貨兩用車、轎車等高級(jí)消費(fèi)品已進(jìn)入平常家庭。在我國(guó)，汽車工 業(yè)起步較晚。入世后，我國(guó)的汽車工業(yè)面臨的是機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著我國(guó)汽車 工業(yè)不斷的壯大， 以及汽車行業(yè)持續(xù)快速的發(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(guó)國(guó)情的汽車已經(jīng)是當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)者的緊迫問題。在面臨著前所未 有的機(jī)遇同時(shí)，不得不承認(rèn)在許多技術(shù)上，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家還一定的差距， 所以我們要努力為我國(guó)的汽車工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。而在本課題的學(xué)習(xí)中， 我將重點(diǎn)研究四驅(qū)越野車的變速器部分。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： （1）熟悉變速器的功用和要求，變速器結(jié)構(gòu)方案的確定，變速器主要零件 結(jié)構(gòu)的方案分析； （2）熟練掌握用 CAD 軟件進(jìn)行畫圖； II （3）熟練掌握變速器主要參數(shù)的選擇(檔數(shù)和傳動(dòng)比、中心距、軸向尺寸、 齒輪參數(shù))； （4）掌握變速器及操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理； （5）能夠熟練了解變速器一些基本的故障分析。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 92 班 姓名 柴亦浩 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng) 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 四驅(qū)越野汽車變速器的傳動(dòng)方案及傳動(dòng)過程是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，越野汽車變速 與我們之前所做的三級(jí)減速器設(shè)計(jì)不同，我們之前所做的三級(jí)減速中，齒輪與軸是靠鍵 連接在一起的，而本次的設(shè)計(jì)中齒輪與軸不僅有鍵連接，而且有空套的，減速中同步器 起重要作用。 同步器的類型比較多，在諸多同步器中，適合四驅(qū)越野汽車變速器的是鎖銷式同步 器。鎖銷式同步器的工作原理是難點(diǎn)之一，四驅(qū)越野汽車操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的 第三個(gè)難點(diǎn)，他在操縱過程中涉及到掛檔自鎖、掛檔互鎖及倒檔鎖，這是操作系統(tǒng)的重 要部分。 變速器是車上的一個(gè)重要部件，變速器是汽車動(dòng)力系統(tǒng)中重要性僅次于發(fā)動(dòng)機(jī)的部 件,直接涉及操控樂趣和駕乘舒適性，它對(duì)燃油消耗、尾氣排放、行駛動(dòng)力性和舒適性都 會(huì)產(chǎn)生重大影響。 關(guān)鍵詞：變速器；同步器；齒輪 IV ABSTRACT Four-wheel drive off-road car transmission scheme and the transmission process is one of the focuses of this design, off-road vehicle speed and we made three before the reducer designs, we made three before the deceleration, the gear and shaft is linked by key, and this gear and shaft design not only key to connect, and free sets, slow play an important role of synchronization. The type of synchronizer more, in many synchronizer for four-wheel drive off-road vehicle transmission is locking pins synchronizer. Lock pin type synchronizer works by one of the difficulties, four-wheel drive off-road vehicle control system design is the design of this third difficulty, he was involved in manipulating the process of self-locking hanging file, hanging file interlock and reverse lock, this is an important part of the operating system Gearbox is one of the important parts of the vehicle, transmission is the automobile power system importance only to the components of an engine, directly relates to the control pleasure and ride comfort, its fuel consumption, exhaust emissions, driving dynamics and comfort will have a significant impact. Keywords: Transmission; synchronizer; gear V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 2 變速器總體設(shè)計(jì) .3 2.1 全時(shí)四驅(qū)與分時(shí)四驅(qū) .3 2.2 變速器選型 .4 2.3 變速器幾軸式選用 .7 2.3.1 三軸五當(dāng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 .8 2.3.2 兩軸五當(dāng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 .8 2.4 變速器零部件的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 .10 2.4.1 齒輪式 .10 2.4.2 軸的機(jī)構(gòu)分析 .11 2.4.2 軸承形式 .11 3 基本參數(shù)的確定 .12 3.1 變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比 .12 3.1.1 確定變速器的檔數(shù) .12 3.1.2 定一檔傳動(dòng)比 的取值 .121gi 3.2 中心距 .14 3.3 齒輪參數(shù) .14 3.3.1 齒輪模數(shù) .15 3.3.2 齒形、壓力角與螺旋角 .15 3.3.3 齒寬 .15 3.3.4 齒頂高系數(shù) .15 3.3.5 齒輪變位 .15 3.4 各檔齒數(shù)的分配 .16 3.4.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) .17 3.4.2 修正中心距 .17 3.4.3 確定各檔齒輪的齒數(shù) .17 4 齒輪強(qiáng)度的校核 .20 4.1 齒輪的損壞形式 .20 4.2 齒輪的強(qiáng)度校核 .20 4.2.1 接觸強(qiáng)度校核 .20 4.2.2 彎曲強(qiáng)度校核 .22 5 同步器的選擇 .25 5.1 同步器的構(gòu)造及工作原理 .25 5.2 同步器的結(jié)構(gòu)類型 .25 VI 5.2.1 鎖環(huán)式同步器 .25 5.2.2 鎖銷式同步器 .26 5.2.3 多錐式同步器與多片式同步器 .26 5.2.4 慣性增力式同步器 .26 5.3 鎖銷式同步器的選擇 .27 5.4 鎖銷式同步器同步環(huán)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .28 5.4.1 同步環(huán)錐面角的確定 .28 5.4.2 同步環(huán)錐面螺紋和油槽的設(shè)計(jì) .28 5.4.3 同步環(huán)錐面直徑和寬度的確定 .28 5.4.4 同步環(huán)的材料 .28 5.5 鎖銷式同步器鎖銷的設(shè)計(jì)計(jì)算 .28 5.5.1 同步器鎖止角的確定 .28 5.5.2 同步器鎖銷差的確定 .28 5.6 鎖銷式同步器齒套的設(shè)計(jì)計(jì)算 .28 5.6.1 齒套鎖銷孔和定位銷孔的設(shè)計(jì) .28 5.6.2 齒套接合齒的設(shè)計(jì) .28 5.7 同步器零件之間間隙的確定 .28 6 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .30 7 結(jié)論與展望 .34 7.1 結(jié)論 .34 7.2 不足之處及未來展望 .34 致 謝 .35 參考文獻(xiàn) .36 附錄 .37 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 隨著生活水平的提高，人們對(duì)交通工具的要求越來越高。這兩年我國(guó)汽車行業(yè)得到 了長(zhǎng)足的進(jìn)步。汽車已不再作為富貴的奢侈品，被更多的中層階級(jí)接受。 越野車（圖 1.1）作為一種能在無路地面上行使的高通過性汽車。無論是在東部沿海 地區(qū)還是在中西部地區(qū)得到了廣大中青年消費(fèi)者的青睞。此外，汽車行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了 絕大數(shù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門的發(fā)展，越來越多的國(guó)家把汽車工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。 改革開放以來,中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨?，汽車產(chǎn)量不斷飆升,1971 年、1988 年、1992 年和 2000 年分別突破 10 萬輛、50 萬輛、100 萬輛和 500 萬輛，己成功躋身世 界汽車四強(qiáng)之列。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，高速公路、高等級(jí) 公路的不斷建設(shè)，汽車正逐漸進(jìn)入家庭，成為人們生活的一部分.19802001 年，我國(guó)汽 車消費(fèi)量年均增長(zhǎng)高達(dá) 18，特別是進(jìn)入九十年代以后，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)量以 l2 年遞增 10 萬輛的速度高速增長(zhǎng)，目前在汽車市場(chǎng)的比重己超過 30，成為我國(guó)汽車需求增長(zhǎng)的重要 拉動(dòng)力量。大力發(fā)展公共交通， “鼓勵(lì)汽車進(jìn)入家庭 ”己經(jīng)被黨中央寫入“十五計(jì)劃”。國(guó)家 經(jīng)貿(mào)委提出， “十五” 期末我國(guó)汽車產(chǎn)量要達(dá) 320 萬輛左右，力爭(zhēng)到 2010 年使之成為國(guó)民經(jīng) 濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。規(guī)劃預(yù)計(jì)到 2005 年，轎車產(chǎn)量為 110 萬輛左右；汽車工業(yè)增加值為 1300 億元，占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 1左右，汽車產(chǎn)品基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。 隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織，通用、福特、日產(chǎn)一批世界一流汽車生產(chǎn)企業(yè)紛 紛進(jìn)入中國(guó)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈.入世后，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)將是我國(guó)汽車工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。 圖 1.1 越野車 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車己成為人們?nèi)粘Ｉ钪兄匾慕煌ㄟ\(yùn)輸工具。人民 生活水平的不斷提高，則更對(duì)車輛的舒適性能提出高要求, 不僅如此,隨著世界石油的越 來越緊張,全球資源的減少，汽車變速性能還直接影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸生產(chǎn)效率、 變速過程的全面研究以提高汽車的動(dòng)力性，具有積極的社會(huì)效益和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 現(xiàn)代汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源設(shè)置了變速器. 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 我國(guó)正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)，有針對(duì)性地進(jìn)行汽車零部件的設(shè)計(jì)，是進(jìn)行汽車設(shè)計(jì) 的有效切入點(diǎn)。變速器作為重要的部件，我國(guó)正在積極進(jìn)行相關(guān)研究。 由此可見，四驅(qū) 越野車的變速器的設(shè)計(jì)具有很重要的意義 本課題來源：結(jié)合科研進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本條件是如下的一些重 要的技術(shù)數(shù)據(jù)。 外行尺寸(長(zhǎng)寬高)：360015501500( mm)； 額定功率：76kW(3800r/min) ; 最大扭矩：225Nm(2000r/min) 前軸距：2230mm; 輪距：1300mm ;后輪距：1300mm ; 總質(zhì)量：1.5t; 載重量：2.1t ;Vmin:5km/h ; Vmax:140km/h; 最大爬坡度：60%； 技術(shù)要求是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，符合標(biāo)準(zhǔn)和其他有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定。 在過老師的指導(dǎo)下，首先進(jìn)行了方案論證。經(jīng)過討論與研究，確定了課題所要解決的 主要問題以及設(shè)計(jì)思路。主要由以下幾點(diǎn)： （1）變速器系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)。 （2）操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析與計(jì)算。 （3）零部件的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核。 本次設(shè)計(jì)的四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，維修 及調(diào)整方便，貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定；體小、質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠。此外，在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)型汽車變速器市場(chǎng)上，最 大扭矩在 225 Nm 左右有著很大的潛力，不光運(yùn)用在越野汽車，還可以運(yùn)用到輕型運(yùn)輸 車，小貨車上。從理論上來講本次設(shè)計(jì)也是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用。在設(shè)計(jì)過 程中，由于資料不夠齊全，加上沒有任何設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)中一定存在著許多問題，懇 請(qǐng)各位老師指正。 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 2 變速器總體設(shè)計(jì) 變速器用于轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克 服各種道路障礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同要求的需要。 為保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求： （1）變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良 好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性； （2）設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使 汽車可以倒退行駛； （3）操縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力； （4）傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； （5）體小、質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； （6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)； （7）貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； （8）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。 滿足汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)，傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng) 比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。 2.1 全時(shí)四驅(qū)與分時(shí)四驅(qū) 車輛是否是全時(shí)四驅(qū)完全取決于分動(dòng)器的構(gòu)造(如圖 2.1)。作為掌管車輛不同驅(qū)動(dòng)狀 態(tài)的核心部分，可以說分動(dòng)器在一定程度上決定了整車的性能。 分時(shí)四驅(qū)（PART-TIME 4WD）是最常見的四驅(qū)系統(tǒng)。分時(shí)四驅(qū)是不能在附著力良好 的路面上使用。由于沒有中央差速器，在轉(zhuǎn)向時(shí)前后傳動(dòng)軸之間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速差就只能由 某一個(gè)輪胎打滑來抵消掉。而當(dāng)路面附著力良好時(shí)，輪胎就很難打滑。因此，如果在附 著力良好的路面上是不能使用分時(shí)四驅(qū)的。 全時(shí)四驅(qū)就是在分時(shí)四驅(qū)的基礎(chǔ)上增加了中央差速器，使得前后傳動(dòng)軸之間的轉(zhuǎn)速 差得以順利化解。因此，它可以用于任何路面。全時(shí)四驅(qū)也由此得名。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2.1 分動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 在全時(shí)四驅(qū)的基礎(chǔ)上還演化出了恒時(shí)四驅(qū)（分動(dòng)器不帶 2 驅(qū)模式） 。恒時(shí)四驅(qū)采用的 是智能型分動(dòng)器，這種分動(dòng)器可以根據(jù)需要輸出不同的驅(qū)動(dòng)力至前橋。好的智能型分動(dòng) 器可以實(shí)現(xiàn) 0100的動(dòng)力輸出變化。 2.2 變速器選型 汽車變速器是汽車傳動(dòng)系中最主要的一個(gè)部件。它通過改變傳動(dòng)齒輪比，來改變發(fā) 動(dòng)機(jī)曲軸的扭矩，以便適應(yīng)各種不同的行駛條件下對(duì)車輪的牽引力及改變不同的車速需 要。簡(jiǎn)單籠統(tǒng)的說汽車變速器可以分為手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器。為了讓大家對(duì)這兩種 變速器有個(gè)直觀的了解我為對(duì)這兩種變速器做一個(gè)簡(jiǎn)單的分析。 在自動(dòng)變速器出現(xiàn)之前所有的汽車都是采用手動(dòng)變速器。手動(dòng)變速器是一種機(jī)械式的 變速器，它必須用手撥動(dòng)變速桿，如圖 2.2 所示，才能改變變速器內(nèi)的齒輪咬合位置從而 改變傳動(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的。 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 圖 2.2 手動(dòng)擋變速桿 圖 2.3 手動(dòng)變速箱內(nèi)部 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 在操縱手動(dòng)變速器時(shí)必須踩下離合，使咬合齒輪分離，方可撥得動(dòng)變速桿換擋。相 對(duì)自動(dòng)變速器而言的，手動(dòng)變速器直接利用大小不同的齒輪配合達(dá)到變速的目的，所以 手動(dòng)變速器的傳動(dòng)效率要比自動(dòng)變速器的高。駕駛技術(shù)好的司機(jī)，駕馭手動(dòng)變速的汽車 在加速、超車時(shí)會(huì)比自動(dòng)變速器的車快，也更省油。 自動(dòng)變速器的工作原理是利用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車 速變化，自動(dòng)地進(jìn)行變速。有操作容易、駕駛舒適、能減少駕駛者疲勞的優(yōu)點(diǎn),駕駛者只 需操縱加速踏板控制車速即可。當(dāng)前自動(dòng)變速器具已成為現(xiàn)代轎車配置的一種發(fā)展方向。 圖 2.4 自動(dòng)擋變速桿 目前我們常見的汽車自動(dòng)變速器有三種型式：分別是液力自動(dòng)變速器（AT） 、機(jī)械 無級(jí)自動(dòng)變速器（CVT） 、電控機(jī)械自動(dòng)變速器（AMT ） 。我們將在下面的文章中對(duì)其著 重介紹。 DSG 變速器是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的、最具革命性的變速器。由于 DSG 變速器沒有變 矩器，DSG 變速器在傳動(dòng)過程中的能耗損失非常有限，大大提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。 三軸式的錢進(jìn)檔的傳統(tǒng)齒輪變速器，增加了動(dòng)力的分配。此外 DSG 變速器具有手動(dòng)和自 動(dòng) 2 種控制模式。當(dāng)進(jìn)入邏輯控制模式下變速器顆根據(jù)司機(jī)的意愿進(jìn)行換檔控制。 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 圖 2.5 最新的 7 速 DSG 變速器 圖 2.6 DSG 變速器工作原理 圖 2.6 中 DSG 變速器中離合器 1 負(fù)責(zé) 1 檔、3 檔、 5 檔和倒檔，汽車行駛中一旦用 到上述檔位中任何一檔，離合器 1 就會(huì)接合；離合器 2 負(fù)責(zé) 2 檔、4 檔和 6 檔，當(dāng)使用 2、4、6 檔中的任一檔時(shí)，離合器 2 就會(huì)接合，從而形成變速體系。新一代 DSG 變速器 采用了雙離合器和 7 個(gè)前進(jìn)檔的傳統(tǒng)齒輪變速器。 動(dòng)變速器的傳動(dòng)效率要比自動(dòng)變速器的高。駕駛技術(shù)好的司機(jī)，駕馭手動(dòng)變速的汽 車在加速、超車時(shí)會(huì)比自動(dòng)變速器的車快，也更省油。我們這次設(shè)計(jì)選用的是手動(dòng)變速 器。 2.3 變速器幾軸式選用 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 有級(jí)變速器與無級(jí)的相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，因此在各種類型的汽車上均得到 了廣泛的應(yīng)用。其中兩軸式和三軸式變速器得到了最廣泛的應(yīng)用。 2.3.1 三軸五當(dāng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 如圖 2.7 所示： 圖 2.7 三軸五當(dāng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1- 輸入軸 2-軸承 3-接合齒圈 4-同步環(huán) 5-輸出軸 6-中間軸 7-接合套 8-中間軸常嚙合齒輪 此變速器有五個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，由殼體、第一軸（輸入軸） 、中間軸、第二軸 （輸出軸） 、倒檔軸、各軸上齒輪、操縱機(jī)構(gòu)等幾部分組成。 2.3.2 兩軸五當(dāng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 如圖 2.8 所示： 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 圖 2.8 兩軸五當(dāng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1-輸入軸 2-接合套 3-里程表齒輪 4-同步環(huán) 5-半軸 6-主減速器被動(dòng)齒輪 7-差速器殼 8-半軸齒輪 9-行星齒輪 10、11-輸出軸 12-主減速器主動(dòng)齒輪 13-花鍵轂 我選用的是三軸式的，這是我的二維圖樣，如圖 2.9 所示： 圖 2.9 三軸式二維圖 三軸式變速器的其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒 輪相嚙合，且第一、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。此 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩因此，直接檔的傳動(dòng) 效率高，磨損及噪聲也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩 對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距(影響變速器尺寸的重要參數(shù))較小的情況下仍然可 以獲得大的一檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：除直接檔外其他各 檔的傳動(dòng)效率有所降低。 兩軸式變速器與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳 動(dòng)效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的動(dòng) 力傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量減少 6l0。兩軸式變速器則方便于 這種布置且使轉(zhuǎn)動(dòng)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。兩軸式變速器的第二軸 S 4,S 5= S 2- S 1= $d(2tanA)。 ( 5.2 ) 式中: S 齒套與接合齒之間的空檔間隙; S 1錐環(huán)與錐盤兩基面之間的空檔間隙, 設(shè)計(jì)時(shí)取 S 1= 1mm 215mm; S 2錐環(huán)小端與錐盤內(nèi)端面之間的間隙, 設(shè)計(jì)時(shí)取 S 2= 315mm4mm; S 3 鎖銷倒角與齒套鎖銷孔倒角之間的空檔間隙, 設(shè)計(jì)時(shí)取 S 3 = 0195mm111mm; S 4同步器定位銷與同步環(huán)之間的空檔間隙, 設(shè)計(jì)時(shí)取 S 4= 0125mm 0135mm; S 5同步器的后備行程 , 設(shè)計(jì)時(shí)取 S 5 =215mm 3mm; $d 同步環(huán)徑向磨損量。 當(dāng) S S 1 時(shí), 同步器不起作用, 錐面未接觸前, 齒套與被同步齒輪接合齒先碰上, 沖 擊發(fā)響, 同步器等于虛設(shè)。 當(dāng) S S 1+ S 2+ S 3 時(shí), 同步器正常工作, 直到同步器磨損到預(yù)定的尺寸為止。 當(dāng) S 3 S 4 時(shí), 同步器鎖銷過早地進(jìn)入了齒套鎖銷孔, 同步器鎖止條件不能實(shí)現(xiàn), 等 于無同步器。 鎖銷式同步器在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn): R 錐、L 值大, 可以獲得較大的摩擦力矩, 較大的鎖銷角 B, 可防止同步器在工作中發(fā)生燒死現(xiàn)象。R 鎖小, 鎖銷角 B 大, 鎖止面 的單位壓力大, 磨損快, 一般根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置 B 盡量取大值。錐角 A 小, 可獲得較大的 鎖銷角 B, 但過小錐角有可能發(fā)生錐面自鎖。鎖銷式同步器在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理地選擇各零 件之間的間隙, 以保證同步器的正常工作。為了制造方便 , 降低制造成本, 提高通用性, 有時(shí)變速器中幾組鎖銷式同步器要選用相同的同步器。 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 6 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 變速器操縱機(jī)構(gòu)（圖 6.1）由變速桿、撥叉軸、撥叉、自鎖與互鎖裝置、倒檔安全裝 置等組合于變速器蓋上。應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱輕便，檔位清晰，變速桿的換檔位置(合理， 掛檔準(zhǔn)確、迅速，安全可靠(每次只能掛入一個(gè)檔，不誤掛倒檔，不自動(dòng)脫檔)。 圖 6.1 變速器操縱機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)先確定與操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與布置密切相關(guān)的換檔位置圖，它 給出了換檔時(shí)變速桿的移動(dòng)路線。確定時(shí)主要從換檔方便考慮，應(yīng)按檔位次序排列并將 常用檔盡量放在中間位置，其他檔位放到兩邊，倒檔常與 1 檔組成一排放到最靠邊的位 置，嚴(yán)防誤掛倒檔。 直接操縱是最簡(jiǎn)單的操縱方案，在各種類型的汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。其傳統(tǒng)的 市置方法是將變速桿安裝在變速器蓋上并由駕駛座椅旁的地板伸出，以便司機(jī)可直接用 手操縱變速桿進(jìn)行換檔。只有當(dāng)變速 2e 布置在駕駛座位附近時(shí)直接操縱才能實(shí)現(xiàn)。 此外，還須考慮到操縱機(jī)構(gòu)的自鎖與互鎖裝置。 自鎖裝置為檔位定位裝置，通過彈簧、鋼球及撥叉軸上的凹槽定位止自動(dòng)脫檔并保 證按舌齒的全長(zhǎng)嚙合。 互鎖裝置防止兩檔同掛，保證當(dāng)移動(dòng)某一撥叉軸時(shí)，其他撥叉軸互被鎖住。銷、球 式簡(jiǎn)單可靠，另有擺動(dòng)鎖塊式、轉(zhuǎn)動(dòng)鎖環(huán)式及三向鎖銷式等。三向鎖銷式的左右兩塊鎖 板各與兩個(gè)檔的換檔撥叉連接，每塊鎖板可繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而下面的倒檔換檔搖臂則與倒 檔撥叉相連。在這三者中只要有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)即掛檔，另兩個(gè)即被鎖住不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn) 互鎖。 倒檔安全裝置又稱倒檔鎖或選檔阻力裝置。當(dāng)變速桿頭接觸倒檔鎖銷開始掛倒檔時(shí)， 要克服鋼球和彈簧的較大阻力，從而產(chǎn)生明顯手感而引起注意。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 1、自鎖鋼球 2、自鎖彈簧 3、變速器蓋 4、互鎖鋼球 5、互鎖銷 6、撥叉軸 圖 6.2 變速器的自鎖與互鎖裝置 a.自鎖裝置 掛檔過程中，若操縱變速桿推動(dòng)撥叉前移或后移的距離不足時(shí)，齒輪將不能在全齒 寬上嚙合而影響齒輪的壽命。即使達(dá)到全齒寬嚙合，也可能由于汽車振動(dòng)等原因，齒輪 產(chǎn)生軸向移動(dòng)而減小了齒輪的嚙合長(zhǎng)度，甚至完全脫離。為了防止這種情況，應(yīng)設(shè)置自 鎖裝置如圖 6.3 所示。 圖 6.3 自鎖裝置 圖 6.3 說明其結(jié)構(gòu)，自鎖裝置由自鎖鋼球 1 和自鎖彈簧 2 組成。每根撥叉軸的上表面 沿軸的方向分布了三個(gè)凹槽。當(dāng)任一根撥叉連同撥叉軸向移動(dòng)到空擋或某一工作位置時(shí)， 必有一個(gè)凹槽正好對(duì)準(zhǔn)自鎖鋼球 1。于是，鋼球在彈簧的壓力下嵌入該槽中，撥叉的軸向 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33 位置被固定，從而撥叉連同滑動(dòng)齒輪（或接合套）也被固定在空擋或某一工作位置上， 不能自行脫出。當(dāng)需要換檔時(shí)，駕駛員必須通過變速桿對(duì)撥叉或撥叉軸施加一定的軸向 力，克服彈簧的壓力將鋼球由撥叉軸的凹槽中擠出推回孔中，撥叉軸和撥叉方能再進(jìn)行 軸向移動(dòng)。撥叉軸上表面相鄰凹槽之間的距離，即等于為保證在全齒寬上嚙合或完全退 出嚙合所必需的撥叉及其軸的移動(dòng)距離。 b.互鎖裝置 若變速桿能同時(shí)推動(dòng)兩個(gè)撥叉，即同時(shí)掛入兩個(gè)檔位，必將造成輪齒間的機(jī)械干涉， 變速器將無法工作甚至損壞。為此，應(yīng)設(shè)置互鎖裝置。 圖 6.4 的互鎖裝置 由互鎖鋼球 4 和互鎖銷 5 組成的。每根撥叉軸的朝向互鎖鋼球的 側(cè)面都正好對(duì)準(zhǔn)互鎖鋼球 4。兩個(gè)互鎖鋼球直徑之和正好等于相鄰兩軸之間的距離加上一 個(gè)凹槽的深度。中間撥叉軸上兩個(gè)側(cè)面凹槽之間有孔相通，孔中間有一根可以移動(dòng)的互 鎖銷 5，銷的長(zhǎng)度正好等于撥叉軸的直徑減去一個(gè)凹槽的深度。工作時(shí)撥動(dòng)一根軸時(shí)，其 兩側(cè)的鋼球就被從側(cè)槽中擠出，而嵌入到其它兩軸的凹槽中達(dá)到鎖止作用。 圖 6.4 互鎖裝置 圖 6.5 倒檔鎖裝置 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 34 1、倒檔鎖銷 2、倒檔鎖彈簧 3、倒檔撥塊 4、變速桿 圖 6.6 倒檔鎖裝置 c.倒檔鎖 汽車在行進(jìn)中容易掛錯(cuò)檔，變速器齒輪發(fā)生極大的沖擊，導(dǎo)致零件損壞。汽車起步 時(shí)若誤掛倒檔，則容易出現(xiàn)安全事故。為此，應(yīng)設(shè)有倒檔鎖。 圖 6.6 所示為常用的倒檔鎖裝置。它是由倒檔撥塊中的倒檔鎖銷 1 及彈簧 2 組成。因 此，駕駛員要掛到倒檔時(shí)，必須用很大的力使變速桿 4 的下端壓縮彈簧 2，將鎖銷 1 推向 左方后，才能使變速桿下端進(jìn)入倒檔撥快 3 的凹槽中，以撥倒檔叉軸而掛入倒檔。 由此可見，倒檔鎖的作用是使駕駛員必須使用很大的力，方能掛入到倒檔，起到提 醒注意作用，以防止誤掛倒檔。 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 35 7 結(jié)論與展望 7.1 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)，采用了鎖銷式同步器及 相關(guān)技術(shù)方便了掛檔。在變速叉軸上的互鎖與自鎖裝置有效的防止了脫檔和跳檔。本設(shè) 計(jì)具有：輕量化，高承載，低噪音，換檔性好和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性好等優(yōu)點(diǎn)。 7.2 不足之處及未來展望 由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，考慮欠佳。在部分零部件的設(shè)計(jì)中未考慮其優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如說 在撥叉的設(shè)計(jì)上，考慮欠缺。此外，在部分的零件的設(shè)計(jì)上經(jīng)濟(jì)性能不足。在今后的設(shè) 計(jì)中應(yīng)充分考慮這些問題。 變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中關(guān)鍵的零部件，它用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和 轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎，加速等各種行駛工況下使汽車獲得不同的牽引 力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。由于變速器在汽車的運(yùn)行中扮演 著非常重要的角色。所以很多汽車常見的故障也來源于此。而技術(shù)先進(jìn)的變速箱不僅能 夠降低汽車的故障而且還能夠降低動(dòng)力損失，減少燃油消耗。正因?yàn)槿绱?，現(xiàn)在不少的 客車用戶在選擇車輛的時(shí)候，變速箱都是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。 對(duì)于未來，自動(dòng)變速器系統(tǒng)是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，雖然我國(guó)乘用車還以手動(dòng) 檔居多，但就近年來的發(fā)展行情看，在轎車領(lǐng)域自動(dòng)檔車也占了一半的比例，而其他部 分發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)自動(dòng)檔車早已是其主流產(chǎn)品。但無論怎樣發(fā)展，變速器作為汽車部件 中的一個(gè)重要地位是不會(huì)改變的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 36 致 謝 本文是在過金超老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的選擇、到選到課題的 研究和論證，再到本畢業(yè)設(shè)計(jì)的編寫、修改，每一步都有過老師的細(xì)心指導(dǎo)和認(rèn)真的解 析。在過老師的指導(dǎo)下，我在各方面都有所提高，老師以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，一絲不茍的治學(xué)態(tài) 度和勤勉的工作態(tài)度深深感染了我，給我巨大的啟迪，鼓舞和鞭策，并成為我人生路上 值得學(xué)習(xí)的榜樣。使我的知識(shí)層次又有所提高。同時(shí)感謝所有教育過我的專業(yè)老師，你 們傳授的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉也是完成本論文的基礎(chǔ)。也感謝我同一組的組員 和班里的同學(xué)是你們?cè)谖矣龅诫y題是幫我找到大量資料，解決難題。再次真誠感謝所有 幫助過我的老師同學(xué)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅提高了我獨(dú)立思考問題解決問題的能力而 且培養(yǎng)了認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度。由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，能力有限，設(shè)計(jì)中難免有許 多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。 四驅(qū)越野汽車變速器及其操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37 參考文獻(xiàn) 1 陳家瑞汽車構(gòu)造：(上冊(cè) ) M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000,3: 32-49. 2 陳家瑞汽車構(gòu)造：(下冊(cè) ) M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000,5:76-99 . 3 王望予汽車設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000,15:107-123. 4 余志生汽車?yán)碚揗. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000.,8:65-88. 5 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件 （GB7258-2004 ）S 北京：2004,4:46-66. 6 徐灝.新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1995,5:53-78. 7 錢志峰.工程圖學(xué)基礎(chǔ)教程M. 北京：科學(xué)出版社，2001,4: 51-89. 8 甘永立.幾何量公差與檢測(cè)M. 上海：上?？茖W(xué)出版社， 2001,5:58-67. 9 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001,2:12-33. 10沈世德.機(jī)械原理M.北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社,2001,5:55-61. 11 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社， 2001,3:23-32. 12 汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè)M ：設(shè)計(jì)篇 . 北京：人民交通出版社，2001.,9:77-109. 13 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