第1章绪论随着科学技术的不断进步，汽车工业相应得到了迅速发展。

特别是从汽车的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车已为世界经济的发展、为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，为人类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献，掀起了一场划时代的革命ElI。

1.1选题目的及意义自从汽车采用内燃机作为动力装置开始，变速器就成为了汽车重要的组成部分，现代汽车上广泛采用的往复活塞式内燃机具有体积小、质量轻、工作可靠和使用方便等优点，但其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化，故其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾，这对矛盾靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。

因此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器，以达到减速增矩的目的。

变速器设有空挡和倒挡。

需要时变速器还有动力输出功能。

本次设计车型变速器可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比，换档可以使得发动机工作在其最佳的动力性能状态下。

变速器通过离合器与发动机相连，变速器的输入轴就可以和发动机达到同步转速。

通过本次变速器的设计可以使我们更好的了解变速器的构造和设计方法，把我们大学所学的知识连成线，穿在一起，让我们运用的更加熟练；并根据所确定的参数设计出了变速器的结构，在设计的过程中注重了变速器的合理性与实用性，最后画出了变速器的工程图，同时也为我们以后的工作打下了良好的基础，锻炼了我们的动手和实践能力，让我们的学习生活变的更有意义。

1.2国内外研究现状近年来，随着微电子技术的飞速发展，电子控制自动变速器的问世，给汽车带来了更理想的传动系统。

机电一体化技术进入汽车领域，推动汽车变速器装置的重大变革。

自动变速器装置出现了电子化趋势，特别是大规模集成电路技术的发展，使由微机控制发动机和变速器换挡成为可能。

目前，在汽车上所使用的自动变速器主要有以下几类：液力自动变速器、电子控制机械自动变速器和机械无级自动变速器。

液力自动变速器（Automatic Transmission 或Automatic Transaxle，AT）的基本形式是液力变矩器与动力换档的旋转轴式机械变速器串联。

从50年代起，装备液力自动变速器的轿车开始增多，但由于其效率明显低于机械变速器，而且结构复杂，成本高，从而限制了它的发展。

60年代的研究重点是采用多元件工作轮来提高液力变矩器的效率。

70年代是使用闭锁离合器提高变速器在高速时的效率。

80年代则采用增加行星齿轮变速器档位的方法及使用电子控制。

90年代，大量电子技术的应用，使液力自动变速器的发展进入了一个新的时期，综合性能有了较大的提高。

如今，液力自动变速器在汽车上的装备率，美国为90%，日本为80%[11]。

电子控制机械自动变速器是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级机械自动变速器。

作为汽车关键总成之一，变速器技术在汽车诞生的百年历史中在不断地与时俱进。

手动变速器由于其传递动力的直接与高效性，加上制作技术的成熟与低成本，现代汽车中装备手动变速器的汽车仍然占有很大比例。

但随着人们对汽车舒适性要求越来越高，现代汽车自动变速器装备率越来越高却是一个不争的事实，尤其是当自动变速器也逐渐能够兼顾操控性的时候。

但，传统自动变速器技术却由于其效率的低下而在等待一场革命[4]。

1.3国内外研究方法我国的汽车及各种车辆的零部件产品在性能和质量上和发达国家存在着一定的差距，发达国家再机械产品设计上早已进入了分析阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化设计、可靠性设计等应用到产品设计中，采用机械CAD系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查、实现三维设计，大大地提高产品设计的一次成功率，减少了试验费用，缩短了产品更新周期。

而我们的设计手段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段，设计完成后在投产中往往要进行很大的改动，使得产品开发周期很长，性能质量低等。

为改变我国的车辆零部件的生产和设计手段的落后状况，缩短新产品的开发周期，提高市场竞争力，有必要开发一些适合中国国情的汽车及零部件的CAD系统，对已开发的CAD系统需进一步提高和完善。

美国的CAD技术一直处于领先地位，其主要目标就是建立完善的CAD/CAM集成系统。

美国汽车工业最早应用了CAD系统。

美国通用汽车公司、福特汽车公司等都已广泛应用CAD技术。

他们将结构、强度、刚度等计算、三维实体造型应用于汽车的设计开发中，将CAD、CAM、CAPP、CAE集成，是生产效率提高，产品质量得到保证，市场响应速度提高，从而大大地提高了他们的竞争力，为他们带来了巨大的经济效益。

他们应用的CAD软件主要有PRO/E、UG、CATIA、IGES等[11]。

手动变速器的许多最近的发展集中在为降低成本和体积的新制造方法上。

传统来说，变速器制造包含大量昂贵的机器，以及为机械加工和装配操作所需留出的空间限制的设计[15]。

最新的技术包括，如在最新的Ford／Getra96档变速器中可以看到的激光焊接冲压钢滑动齿轮选择轴套。

为替代前一代变速器的铸铁拨叉，这种精致而坚固的设计方案可以导致更少的对内部的损害。

齿轮盘片的激光和摩擦焊接同时保证了所需机器设计空间的降低，这是一种由雷诺公司在5档副轴圆型变速器设计中发明的技术，命名为EMI，曾在2000年展出并因为它的简单和轻便仅22公斤却能提供140N·m 的转矩而出名。

另一方面，设计人员也在其齿轮提供转矩输出的设计上进行了认真的研究，提高了耐久性和低噪声水平[14]。

1.4设计内容及方法根据车辆的已知条件，运用汽车理论的知识进行设计。

主要内容如下：图1.1图1.1设计系统（1）对变速器传动机构的分析与选择通过比较两轴和中间轴式变速器各自的优缺点，以及所涉及车辆的特点，确定传动机构的布置形式。

（2）变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择：挡数、传动比、中心距、齿轮参数等。

（3）变速器齿轮强度的校核变速器齿轮强度的校核主要是针对变速器的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行校核。

（4）轴的基本尺寸的确定及强度计算对于轴的强度计算原则是对轴的刚度和强度分别进行校核。

（5）轴承的选择和同步器的设计对变速器轴的支撑部分选用圆锥滚子轴承，根据车辆的载质量和使用要求选择锁销式同步器，并确定同步器的尺寸参数。

（6）设计变速器的操纵机构参考多方资料，设计了典型的操纵机构及其互锁装置。

（7）对变速器进行三维建模利用利用AutoCAD软件完成装配图、零件图的绘制。

1.5汽车变速器的设计要求汽车变速器的基本设计要求：保证汽车有必要的动力性和经济性；设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输；设置倒挡，使汽车能倒退行驶；换挡迅速、省力、方便；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出现；工作效率高，噪声小；结构简单、方案合理；在满载及冲击载荷条件下，使用寿命长；除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。

第2章变速器总体方案设计2．1变速器传动机构布置方案分析按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线式和综合式的。

其中固定轴式应用广泛，有两轴式和三轴式之分，前者多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，而后者多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。

2.1.1变速器选择（1）两轴式变速器两轴式变速器如图2-1所示：因轴和轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间档位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时工作噪声小。

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，且易受损。

对与前进挡，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。

当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。

除倒挡常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他挡均采用常啮合斜齿轮传动；各挡的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高挡的同步器也可以装在第一轴的后端[1]。

图2.1两轴式变速器（2）中间轴式变速器三轴式变速器如图2.2所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡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挡。

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，直接挡的传递效率高，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挡传动比，这是三轴式变速器的另一优点。

其缺点是：处直接挡外其他各挡的传动效率有所下降[3]。

图2.2轿车三轴式四档变速器由于本次设计的东方之子变速器是中档轿车变速器，驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且设计车速高，要求运行噪声低，故选用二轴式变速器作为传动方案。

2.1.2档位布置二轴式变速器传动方案的特点是：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准双面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案得倒挡传动常采用滑动齿轮，其他挡位均采用常啮合齿轮传动。

图2-3f）中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并采用同步器换挡；同步器多数装在输出轴上，这是因为一挡主动齿轮尺寸小，同步器装在输入轴上又困难，而高挡的同步器可以装在输出轴后端，如图2-3d）、e）所示；图2-3d）所示方案的变速器有辅助支撑，用来提升轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声[3]。

图2.3两轴式变速器传动方案综上所述，本次设计选择五挡变速器如图2-3f)所示。

2.2倒挡布置方案常见的倒挡结构方案有以下几种：图2-4（a）为常见的倒挡布置方案。

在前进挡的传动路线中，加入一个传动，使结构简单，但齿轮处于正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。

此方案广泛用于轿车和轻型货车的四挡全同步器式变速器中。

图2-4(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。

某些轻型货车四挡变速器采用此方案。

图2-4(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2-4(d)所示方案针对前者的缺点做了修改，因而经常在货车变速器中使用。

图2-4(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2-4(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2-4(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。