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SY-025-BY-1
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目審定表
指導(dǎo)教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
五檔變速器設(shè)計
課題適用專業(yè)
車輛工程
課題類型
W
課題簡介：（主要內(nèi)容、意義、現(xiàn)有條件、預(yù)期成果及表現(xiàn)形式。）
主要內(nèi)容：
（1）變速器的結(jié)構(gòu)形式選擇
（2）變速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算
（3）變速器中心距的設(shè)計與計算
（4）各檔齒輪和軸的校核計算
（5）用CAD畫裝配圖和零件圖。
選題意義：
本次畢業(yè)設(shè)計正是利用CAD技術(shù)來完成五檔變速器的設(shè)計。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅可以鞏固所學(xué)的理論知識，還可以培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識的能力，同時提高了應(yīng)用Pro/E軟件的能力，因而是一次很好的理論和實(shí)踐相結(jié)合的鍛煉機(jī)會。本次畢業(yè)設(shè)計源于生產(chǎn)世紀(jì)，對于我們今后從事實(shí)際技術(shù)工作有很大的幫助，有利于我們掌握壓鑄模設(shè)計的過程和要點(diǎn)，熟悉Pro/E軟件在壓鑄模設(shè)計中的應(yīng)用步驟，為日后的工作打下一個堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教
研
室
意
見
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合度
□好
□較好
□一般
□較差
2
對學(xué)生能力培養(yǎng)及全面訓(xùn)練的程度
□好
□較好
□一般
□較差
3
選題與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度
□好
□較好
□一般
□較差
4
論文選題的理論意義或?qū)嶋H價值
□好
□較好
□一般
□較差
5
課題預(yù)計工作量
□較大
□適中
□較小
6
課題預(yù)計難易程度
□較難
□一般
□較易
教研室主任簽字： 年 月 日
系（部）教學(xué)指導(dǎo)委員會意見：
負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日
注：課題類型填寫 W.科研項(xiàng)目；X.生產(chǎn)（社會）實(shí)際；Y.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；Z.其它。
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
常圣英
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程
指導(dǎo)教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
五檔變速器設(shè)計
一、設(shè)計（論文）目的、意義
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和重型車的增多,對變速器的操縱、可靠和耐久性提出了更高的要求。
變速器為解決汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。變速器用以擴(kuò)大發(fā)動機(jī)扭矩和改變轉(zhuǎn)速，變速器還應(yīng)設(shè)有倒檔和空檔變速器換擋應(yīng)輕便，無沖擊，并應(yīng)有自鎖和互鎖裝置，不自動脫檔、亂檔和跳檔。目的就是改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機(jī)在有利的工況下工作；在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；利用空擋，中斷動力傳遞，以使發(fā)動機(jī)能夠起動、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動力輸出。
因此，變速器的結(jié)構(gòu)型式選擇、設(shè)計參數(shù)選取及設(shè)計計算對汽車的行駛極其重要。通過變速器設(shè)計熟悉汽車變速器的結(jié)構(gòu)、性能及設(shè)計過程。
課題綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計、工程材料、汽車設(shè)計、汽車構(gòu)造、CAD繪圖等知識。
二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
設(shè)計內(nèi)容
（1）變速器的結(jié)構(gòu)形式選擇
（2）變速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算
（3）變速器中心距的設(shè)計與計算
（4）各檔齒輪的疲勞壽命的計算
（5）用CAD畫裝配圖和零件圖。
技術(shù)要求（研究方法）
（1） 充分利用圖書館及現(xiàn)有的資源收集資料，調(diào)研了解變速器的組成、功用，掌握CAD制圖的規(guī)范及要求，了解國內(nèi)外變速器的發(fā)展?fàn)顩r
（2） 到生產(chǎn)車間及實(shí)驗(yàn)室了解變速器的構(gòu)造，各零部件的裝配位置
（3） 編寫課題研究大綱和開題報告
（4） 選擇基本參數(shù)并對各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計與計算
（5） 遵守設(shè)計進(jìn)度的安排，設(shè)計結(jié)構(gòu)要合理、CAD制圖要規(guī)范、說明書按畢業(yè)設(shè)計的要求編寫，
書寫規(guī)范，保質(zhì)保量的完成畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。
三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果
CAD零號圖紙一張 CAD零件圖若干
說明書一份，字?jǐn)?shù)不少于1.5萬字
四、設(shè)計（論文）進(jìn)度安排
（1）收集資料，調(diào)研，撰寫開題報告 第一周
（2）周四交開題報告，實(shí)習(xí)了解變速器的構(gòu)造 第二周
（3）完成各參數(shù)的設(shè)計、計算和校核工作，至少應(yīng)有裝配圖的草圖 第三周~第七周
（4）中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周
（5）畫裝配圖和零件圖，編寫說明書 第九周~第十一周
（6）交畢業(yè)設(shè)計說明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周
（7）畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師審核 第十三周
（8）畢業(yè)設(shè)計修改 第十四周
(9) 畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱或預(yù)審 第十五周
(10) 畢業(yè)設(shè)計修改 第十六周
(11)畢業(yè)設(shè)計答辯 第十七周
五、主要參考資料
[1]陳家瑞. 汽車構(gòu)造 .北京：人民交通出版社，2006
[2]龔溎義.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計圖冊.北京：高等教育出版社，1989
[3]余志生.汽車?yán)碚?，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[4]《機(jī)械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編.機(jī)械設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2004
[5]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊，北京：人民交通出版社，2001
[6]劉惟信.汽車設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,2001
[7]王望予.汽車設(shè)計.第3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目: 五檔變速器設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-2班
學(xué) 生 姓 名: 常圣英
導(dǎo) 師 姓 名: 姚佳巖
開 題 時 間: 2011年2月28日
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
開題報告撰寫要求
一、“開題報告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義；
2. 文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）；
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題；
4. 技術(shù)路線或研究方法；
5. 進(jìn)度安排；
6. 主要參考文獻(xiàn)。
二、“開題報告”撰寫規(guī)范
請參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
常圣英
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程07-2班
指導(dǎo)教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
五檔變速器設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
研究現(xiàn)狀:
1886年，世界上誕生的第一輛汽車并未安裝變速器，直到1902年才由法國人造出了第一部裝有變速器的汽車。目前，絕大多數(shù)汽車仍采用機(jī)械式變速器、分動器、主減速器，構(gòu)成整車的傳動系，其結(jié)構(gòu)簡單、操縱方便、造價低廉仍不失為汽車傳東西中常用的主要總成。由于汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為此在傳動系中設(shè)置了變速器。機(jī)械式手動汽車變速器因結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在不同形式的汽車上得到廣泛的應(yīng)用，機(jī)械式手動變速器在今后相當(dāng)長的時間里，依然會在我國車輛傳動系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
自1940年美國通用汽車公司首次將液力機(jī)械式自動變速器裝車應(yīng)用以來，液力機(jī)械式自動變速器的生產(chǎn)形成系列化和專業(yè)化。其發(fā)展之快，應(yīng)用之廣，以致于人們直接命名其為”自動變速器”。AT以優(yōu)越的動力性能，乘坐舒適性和簡便的操作，在汽車工業(yè)中占有相當(dāng)?shù)牡匚?。我國幾種系列轎車中和重型載貨車上雖有應(yīng)用，但限于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，獨(dú)立開發(fā)，成批生產(chǎn)AT的能力尚不具備。省油，排污低，操縱方便，行駛舒適的機(jī)械式無級自動變速器(CVT)一直是人們追求的目標(biāo)。CVT與其它傳動相比，操縱方便性和乘坐舒適性均可與液力變矩器相媲美，而其傳動效率卻遠(yuǎn)高于液力變矩器。更主要的是它能夠協(xié)調(diào)車輛外界行駛條件與發(fā)動機(jī)負(fù)荷，充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)潛力，提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性，使汽車具有良好的牽引特性，顯著地提高超車性能，這是現(xiàn)有的有級式變速器無法相比的，故CVT是國內(nèi)外汽車傳動研究和推廣的重點(diǎn)之一。電傳動與液壓車輛的馬達(dá)相似，它一改機(jī)械傳動中的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，代之以電流輸至電動機(jī)來驅(qū)動汽車。另一種以新型蓄電池，燃料電池作為能源的電動車，它不用石油燃料，無污染，能量轉(zhuǎn)換效率高，因而將廣泛用于短途運(yùn)輸?shù)霓I車，大客車，貨車上。日本的電源公司，美國通用公司，德國大眾公司等研制的電動車已基本上滿足使用者的需要。電力式自動變速器噪聲低，污染小，自動化程度高，元件布置方便，可用電池代替原動機(jī)，在不可再生資源日益枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，電力式自動變速器無疑是重要的發(fā)展方向之一。電子控制機(jī)械式自動變速器(AMT)是自動變速器的一種，它是在原有固定軸式齒輪變速器的基礎(chǔ)上，把選，換檔和離合器及發(fā)動機(jī)油門的操縱自動化。與液力機(jī)械式自動變速器和機(jī)械式無級變速器相比，它具有傳動效率高，成本低，易制造，生產(chǎn)繼承性好等優(yōu)點(diǎn)，從世界范圍來看，它是自動變速器的一個重要發(fā)展方向。
近年來，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和車輛密度的加大，對變速器的性能要求也越來越高。眾多的汽車工程師在改進(jìn)汽車變速器性能的研究中傾注了大量的心血，使變速器技術(shù)得到飛速的發(fā)展。雖然它有諸多缺點(diǎn)，如換擋沖擊大，體積大，操縱麻煩等；但是，它也有很多優(yōu)點(diǎn)，如傳動效率高，工作可靠，壽命長，制造工藝成熟和成本低等。所以，如果能改善機(jī)械式變速器上述的缺點(diǎn)，它還是有很大的發(fā)展空間的。如果在減小機(jī)械式變速器的體積和提高傳動平穩(wěn)性兩方面做一些研究，就可以解決這些問題。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子控制自動變速器的問世，給汽車帶來了更理想的傳動系統(tǒng)。機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，推動騎車變速器裝置的重大變革。自動變速器裝置出現(xiàn)了電子化趨勢，特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使由微機(jī)控制發(fā)動機(jī)和變速器換擋成為可能?？傮w看來，目前世界上應(yīng)用較多的汽車變速器是手動變速器、電控液力自動變速器、金屬帶式無級變速器、電控機(jī)械式自動變速器、雙離合器變速器及環(huán)形錐盤滾輪引式無級變速器等數(shù)種，并具有各自優(yōu)勢，但其中金屬帶式無級變速器前景看好。
我國的汽車及各種車輛的零部件產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上和發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距，其中一個重要原因就是設(shè)計手段落后，發(fā)達(dá)國家在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計上早以進(jìn)入了分析設(shè)計階段，他們利用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，采用機(jī)械CAD系統(tǒng)在計算機(jī)上進(jìn)行建模、分析、仿真、干涉檢查，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計，大大地提高產(chǎn)品設(shè)計的一次成功率，減少了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計手段仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計為主的二維設(shè)計階段，設(shè)計完成后在投產(chǎn)中往往要進(jìn)行很大的改動，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長，性能質(zhì)量低等。為改變我國的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的CAD系統(tǒng)，對已開發(fā)的CAD系統(tǒng)需進(jìn)一步提高和完善。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，許多國家和部門都對其進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，隨之開發(fā)并形成一些成套硬件和軟件系統(tǒng)。在美國、日本及歐洲發(fā)達(dá)國家中，利用CAD技術(shù)解決眾多繁瑣的設(shè)計和分析計算。形成了以圖形系統(tǒng)為基礎(chǔ)、以數(shù)據(jù)庫為核心、以工具系統(tǒng)為支撐和以分析計算為應(yīng)用的集成化系統(tǒng)。
選題目的：
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和重型車的增多,對變速器的操縱、可靠和耐久性提出了更高的要求?；仡欁兯倨骷夹g(shù)的發(fā)展可以清楚的知道，變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的總要組成部分，其技術(shù)的發(fā)展，是衡量汽車技術(shù)水平的一項(xiàng)總要依據(jù)。世紀(jì)能源與環(huán)境、先進(jìn)的制造技術(shù)、新型材料技術(shù)、信息與控制技術(shù)等是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的科技進(jìn)步推動了變速器技術(shù)的發(fā)展。
選題意義：
本次畢業(yè)設(shè)計正是利用CAD技術(shù)來完成五檔變速器的設(shè)計。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅可以鞏固所學(xué)的理論知識，還可以培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識的能力，同時提高了應(yīng)用Pro/E軟件的能力，因而是一次很好的理論和實(shí)踐相結(jié)合的鍛煉機(jī)會。本次畢業(yè)設(shè)計源于生產(chǎn)世紀(jì)，對于我們今后從事實(shí)際技術(shù)工作有很大的幫助，有利于我們掌握壓鑄模設(shè)計的過程和要點(diǎn)，熟悉Pro/E軟件在壓鑄模設(shè)計中的應(yīng)用步驟，為日后的工作打下一個堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
設(shè)計內(nèi)容：
（1）變速器的結(jié)構(gòu)形式選擇
（2）變速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算
（3）變速器中心距的設(shè)計與計算
（4）各檔齒輪和軸的校核計算
（5）用CAD畫裝配圖和零件圖。
合計：三張零號圖紙
擬解決的主要問題：
1. 改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機(jī)在有利(功率較高而油耗較低)的工況下工作；
2. 在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變情況下，使汽車能倒退行駛；
3. 利用空擋，中斷動力傳遞，以發(fā)動機(jī)能夠起動、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動力輸出；
4.使換擋迅速、省力、方便；
5.工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有挑擋、亂擋及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；
6.使變速器的工作噪聲低。
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研
撰寫開題報告
查找相關(guān)資料
五檔變速器設(shè)計
說明書
變速器傳動機(jī)構(gòu)方案的選擇
變速器參數(shù)的確定
校核計算
同步器的設(shè)計
采用兩軸式變速器
全同步器換擋
擋數(shù)和傳動比范圍
齒輪參數(shù)
齒輪彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度校核
軸的強(qiáng)度和剛度校核
同步器方案的選擇
同步器參數(shù)的設(shè)計
完成設(shè)計說明書
完成繪圖
四、進(jìn)度安排
（1）收集資料，調(diào)研，撰寫開題報告 第一周
（2）周四交開題報告，實(shí)習(xí)了解變速器的構(gòu)造 第二周
（3）完成各參數(shù)的設(shè)計、計算和校核工作，至少應(yīng)有裝配圖的草圖 第三周~第七周
（4）中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周
（5）畫裝配圖和零件圖，編寫說明書 第九周~第十一周
（6）交畢業(yè)設(shè)計說明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周
（7）畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師審核 第十三周
（8）畢業(yè)設(shè)計修改 第十四周
（9）畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱或預(yù)審 第十五周
（10）畢業(yè)設(shè)計修改 第十六周
（11）畢業(yè)設(shè)計答辯 第十七周
五、參考文獻(xiàn)
[1]陳家瑞. 汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社，2006.
[2]高維山.變速器[M].北京：人民交通出版社，1990.
[3]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
[4]李君，張建武，馮金芝，雷雨龍，葛安林.電控機(jī)械式自動變速器的發(fā)展、現(xiàn)狀和展望[J].汽車技術(shù)，2000（03）
[5]《機(jī)械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編.機(jī)械設(shè)計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
[6]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.
[7]劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001
[8]王望予.汽車設(shè)計[M].第3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000
[9]蔡炳炎，徐勇，林寧.機(jī)械式汽車變速器的速比配置分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2005(2):12-18.
[10]陳一永，張家璽.汽車變速器齒輪副磨損分析及改善措施[J].潤滑與密封，2006(8):41-46.
[11]曉青.汽車變速器的百年變遷[J].汽車運(yùn)用，2003（12）:16-19.
[12]徐海山，湯夢蕊.變速器電動自動換擋機(jī)構(gòu)的設(shè)計[J].機(jī)械工程師，2002（4）：68-72
[13]謝進(jìn)，丁劍飛，陳永.基于功能、約束和結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)概念設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與研究,1999（2）：33-55
[14]鄭四發(fā)，連小珉，蔣孝煜.系列化汽車變速器設(shè)計中模型參數(shù)化的研究[J].汽車，2004（5）：20-23.
[15]趙世琴，黃宗益，陳明.慣性式同步器的結(jié)構(gòu)分析[J].《起重運(yùn)輸機(jī)械》2000（5）：50-52.
[16]Jonathan S, Cohonel al.A form verification system for the conceptual design of complex mechanical systems[J]. Engineering with computers,1994(10):33-44.
[17]Yolaro Halamura et al.Actual conceptual design process for an intellingent machining center[J].Annals of the CIRP,1995(44):123-128.
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-4
畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)記錄
日期
地點(diǎn)
指導(dǎo)方式
指導(dǎo)記錄
（指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路）
學(xué)生（記錄人）簽名： 指導(dǎo)教師簽名：
日期
地點(diǎn)
指導(dǎo)方式
指導(dǎo)記錄
（指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路）
學(xué)生（記錄人）簽名： 指導(dǎo)教師簽名：
日期
地點(diǎn)
指導(dǎo)方式
指導(dǎo)記錄
（指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路）
學(xué)生（記錄人）簽名： 指導(dǎo)教師簽名：
SY-025-BY-5
畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表
填表日期
年 月 日
迄今已進(jìn)行 周剩余 周
學(xué)生姓名
常圣英
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-2班
指導(dǎo)教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
五檔變速器設(shè)計
學(xué)
生
填
寫
畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進(jìn)度
已完成主要內(nèi)容
待完成主要內(nèi)容
存在問題及努力方向
學(xué)生簽字：
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室
意 見
教研室主任簽字： 年 月 日
SY-025-BY-6
畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評分表
學(xué)生姓名
系部
專業(yè)、班級
指導(dǎo)教師姓名
職稱
從事
專業(yè)
是否外聘
□是□否
題目名稱
序號
評 價 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；選題的理論意義或?qū)嶋H價值
10
3
查閱文獻(xiàn)資料能力；綜合運(yùn)用知識能力
15
4
研究方案的設(shè)計能力；研究方法和手段的運(yùn)用能力；外文應(yīng)用能力
25
5
文題相符程度；寫作水平
15
6
寫作規(guī)范性；篇幅；成果的理論或?qū)嶋H價值；創(chuàng)新性
15
7
科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)態(tài)度、紀(jì)律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進(jìn)度
10
得 分
X=
評 語：（參照上述評價項(xiàng)目給出評語，注意反映該論文的特點(diǎn)）
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
SY-025-BY-6
畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評分表
學(xué)生姓名
常圣英
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-2班
指導(dǎo)教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
五檔變速器設(shè)計
序號
評 價 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；題目與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識能力（設(shè)計涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計（實(shí)驗(yàn)）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力
20
5
計算機(jī)應(yīng)用能力；對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）
10
6
插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計說明書撰寫水平；設(shè)計的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計規(guī)范化程度（設(shè)計欄目齊全合理、SI制的使用等）
5
8
科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)態(tài)度、紀(jì)律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進(jìn)度
10
得 分
X=
評 語：（參照上述評價項(xiàng)目給出評語，注意反映該論文的特點(diǎn)）
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
SY-025-BY-7
畢業(yè)論文評閱人評分表
學(xué)生
姓名
專業(yè)
班級
指導(dǎo)教
師姓名
職稱
題目
序號
評 價 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
15
2
題目工作量；選題的理論意義或?qū)嶋H價值
10
3
查閱文獻(xiàn)資料能力；綜合運(yùn)用知識能力
20
4
研究方案的設(shè)計能力；研究方法和手段的運(yùn)用能力；外文應(yīng)用能力
25
5
文題相符程度；寫作水平
15
6
寫作規(guī)范性；篇幅；成果的理論或?qū)嶋H價值；創(chuàng)新性
15
得 分
Y=
評 語：（參照上述評價項(xiàng)目給出評語，注意反映該論文的特點(diǎn)）
評閱人簽字： 年 月 日
SY-025-BY-7
畢業(yè)設(shè)計評閱人評分表
學(xué)生
姓名
常圣英
專業(yè)
班級
車輛工程B07-2班
指導(dǎo)教
師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
題目
五檔變速器設(shè)計
序號
評 價 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；題目與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識能力（設(shè)計涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計（實(shí)驗(yàn)）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力
25
5
計算機(jī)應(yīng)用能力；對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）
15
6
插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計說明書撰寫水平；設(shè)計的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計規(guī)范化程度（設(shè)計欄目齊全合理、SI制的使用等）
5
得 分
Y=
評 語：（參照上述評價項(xiàng)目給出評語，注意反映該論文的特點(diǎn)）
評閱人簽字 ： 年 月 日
SY-025-BY-8
畢業(yè)論文答辯評分表
學(xué)生
姓名
專業(yè)
班級
指導(dǎo)
教師
職 稱
題目
答辯
時間
月 日 時
答辯組
成員姓名
出席
人數(shù)
序號
評 審 指 標(biāo)
滿
分
得
分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況，題目難易度、工作量、理論意義或價值
10
2
研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力、綜合運(yùn)用知識的能力、應(yīng)用文獻(xiàn)資料和外文的能力
20
3
論文撰寫水平、文題相符程度、寫作規(guī)范化程度、篇幅、成果的理論或?qū)嶋H價值、創(chuàng)新性
15
4
畢業(yè)論文答辯準(zhǔn)備情況
5
5
畢業(yè)論文自述情況
20
6
畢業(yè)論文答辯回答問題情況
30
總 分
Z=
答辯過程記錄、評語：
答辯組長簽字： 年 月 日
SY-025-BY-8
畢業(yè)設(shè)計答辯評分表
學(xué)生
姓名
常圣英
專業(yè)
班級
車輛工程B07-2班
指導(dǎo)
教師
姚佳巖
職 稱
副教授
題目
五檔變速器設(shè)計
答辯
時間
6月 22 日 10時
答辯組
成員姓名
出席
人數(shù)
序號
評 審 指 標(biāo)
滿
分
得
分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況，題目難易度、工作量、與實(shí)際的結(jié)合程度
10
2
設(shè)計（實(shí)驗(yàn)）能力、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力、計算能力、綜合運(yùn)用知識能力
10
3
應(yīng)用文獻(xiàn)資料、計算機(jī)、外文的能力
10
4
設(shè)計說明書撰寫水平、圖紙質(zhì)量，設(shè)計的規(guī)范化程度（設(shè)計欄目齊全合理、SI制的使用等）、實(shí)用性、科學(xué)性和創(chuàng)新性
15
5
畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備情況
5
6
畢業(yè)設(shè)計自述情況
20
7
畢業(yè)設(shè)計答辯回答問題情況
30
總 分
Z=
答辯過程記錄、評語：
答辯組長簽字： 年 月 日
SY-025-BY-9
畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表
學(xué)生姓名
常圣英
性別
男
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)
車輛工程
班級
車輛工程B07-2班
設(shè)計（論文）題目
五檔變速器設(shè)計
指導(dǎo)教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
指導(dǎo)教師
評分（X）
評閱教師姓名
職稱
評閱教師
評分（Y）
答辯組組長
職稱
答辯組
評分（Z）
畢業(yè)設(shè)計（論文）成績
百分制
五級分制
答辯委員會評語：
答辯委員會主任簽字（蓋章）： 系部公章： 年 月 日
注：1、指導(dǎo)教師、評閱教師、答辯組評分按百分制填寫，畢業(yè)設(shè)計（論文）成績百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z
2、評語中應(yīng)當(dāng)包括學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）選題質(zhì)量、能力水平、設(shè)計（論文）水平、設(shè)計（論文）撰寫質(zhì)量、學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）實(shí)施或?qū)懽鬟^程中的學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)生答辯情況等內(nèi)容的評價。
SY-025-BY-10
優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）推薦表
題 目
五檔變速器設(shè)計
類別
畢業(yè)設(shè)計
學(xué)生姓名
常圣英
系、專業(yè)、班級
車輛工程B07-2班
指導(dǎo)教師
姚佳巖
職 稱
副教授
設(shè)計成果明細(xì)：
答辯委員會評語：
答辯委員會主任簽字（蓋章）： 系部公章： 年 月 日
備 注：
注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計
五檔變速器設(shè)計
系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級： 車輛工程B07-2班
學(xué)生姓名： 常圣英
指導(dǎo)教師： 姚佳巖
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of The Five gear Transmission
Candidate：ChangShengying
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B07-2
Supervisor：Associate professor . YaoJiayan
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是汽車總成部件中的重要組成部分，是主要的傳動系統(tǒng)。變速器的結(jié)構(gòu)要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。
本文設(shè)計研究了三軸式五檔手動變速器，其目的主要是基于對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、AutoCAD等知識的熟練運(yùn)用和掌握，同時運(yùn)用汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計、材料力學(xué)、互換性測量等學(xué)科知識，對三軸式變速器的各部件進(jìn)行設(shè)計，并利用AutoCAD軟件繪制裝配圖和零件圖等六項(xiàng)內(nèi)容。首先，本文將概述變速器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹變速器領(lǐng)域的最新發(fā)展?fàn)顩r。其次，對工作原理做了闡述，對不同的變速器傳動方案進(jìn)行比較，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計。再次，對變速器的各檔齒輪和軸以及軸承做了詳細(xì)的設(shè)計計算，并進(jìn)行了受力分析、強(qiáng)度和剛度校核計算,并為為這些元件選擇合適的工程材料及熱處理方法。對一些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了選型以及變速器的傳動方案設(shè)計。簡單講述了變速器中各部件材料的選擇。最后，本文將對變速器換檔過程中的重要部件—同步器以及操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行闡述，講述同步器的類型、工作原理、選擇方法以及重要參數(shù)。
關(guān)鍵詞：變速器；傳動比；軸；齒輪；花鍵；校核
ABSTRACT
Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, Automotive transmission parts in the automobile assembly of an important part of the main drive system. Transmission of the power structure of the vehicle, economy, manipulation of the reliability and portability, the smooth drive and have a direct impact on efficiency.
This design study of the three-axis 5-speed manual transmission, the purpose is based on the skillful of using mechanic theory ,mechanic design, AutoCAD. Meanwhile, my paper is incorporated structure of vehicle, design of vehicle, mechanic of materials, and survey of interchangeability. I will design the parts of three-shaft transmission, and using Auto CAD software, drawing assembly drawings and parts diagrams of five elements. At the same time the use of vehicle construction, automotive design, material mechanics, interchangeability of measurement knowledge of the subjects on the three-axis gearbox design file 12.At first, I will give a summary of the current situation and the tendency of development of the vehicle transmission, and introduce the latest development state in the field of the transmission.The second, I will compare the transmitting scheme of different transmission, and choose a better structure scheme.Next, I will do some mechanic analyses, strength, stiffness check of the shafts and gears, which are the important parts of the transmission, and choose appropriate materials and heat treatment.At last, I will introduce the operation mechanism and the synchronizer, which plays an important role in changing gear. I will give an account of the type, operation, design procedure and major parameter of the synchronizer.At the supplement, I will write some thing like formula, tableau graph and so on. It may be helpful for the future design.
Key words: Transmission；Transmission Ratio；Shaft；Gear；spline； Checking
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1汽車變速器的概述 1
1.2汽車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果 2
1.3汽車變速器設(shè)計的目的和意義 4
1.4汽車變速器的設(shè)計方法和研究內(nèi)容 5
第2章 變速器的結(jié)構(gòu)方案的確定 6
2.1變速器傳動機(jī)構(gòu)分析和布置方案的設(shè)計 6
2.1.1兩軸式變速器和中間軸式變速器的特點(diǎn)分析 6
2.1.2變速器倒擋布置方案分析確定 7
2.1.3傳動機(jī)構(gòu)布置中齒輪安排的分析確定 8
2.2變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析確定 9
2.2.1齒輪形式 9
2.2.2變速器自動脫檔機(jī)構(gòu)形式分析確定 10
2.3本章小結(jié) 11
第3章 變速器主要參數(shù)的選擇 12
3.1變速器檔位數(shù)目及各檔傳動比 12
3.1.1變速器檔位數(shù)目的確定 12
3.1.2主減速比的確定 12
3.1.3 變速器Ⅰ檔傳動比的確定 13
3.1.4變速器各檔傳動比的確定 15
3.2變速器中心距的確定 15
3.3變速器的外形尺寸 16
3.4變速器的齒輪參數(shù)的確定 17
3.4.1齒輪齒數(shù) 17
3.4.2齒輪模數(shù) 17
3.4.3齒形、壓力角及螺旋角 19
3.4.4齒寬 21
3.4.5齒頂高系數(shù) 21
3.4.6齒輪的修正 21
3.5變速器各檔齒輪齒數(shù)的分配 23
3.5.1確定一擋齒輪的齒數(shù) 23
3.5.2對中心距進(jìn)行修正 23
3.5.3確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù) 24
3.5.4確定其他各檔的齒數(shù) 26
3.5.5確定倒檔齒輪齒數(shù) 31
3.6本章小結(jié) 33
第4章 變速器齒輪的設(shè)計及校核 34
4.1 齒輪的材料選擇 34
4.1.1 齒輪壞損形式及避免錯失 34
4.1.2 齒輪的材料選擇 35
4.2計算各軸的轉(zhuǎn)矩 36
4.3齒輪的強(qiáng)度計算 36
4.3.1輪齒的彎曲應(yīng)力 36
4.3.2輪齒接觸應(yīng)力 39
4.3.3各檔齒輪的強(qiáng)度計算校核 40
4.4計算各檔齒輪的受力 48
4.5本章小結(jié) 51
第5章 變速器軸和軸承的設(shè)計及校核 52
5.1軸的設(shè)計 52
5.1.1軸的功用及其設(shè)計要求 52
5.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 52
5.1.3軸的尺寸 53
5.2軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 54
5.2.1軸的剛度驗(yàn)算 54
5.2.2軸的強(qiáng)度計算 59
5.2.3軸承的選擇及校核 61
5.3本章小結(jié) 65
第6章 同步器的確定 66
6.1鎖銷式同步器 66
6.2鎖環(huán)式同步器 67
6.3本章小結(jié) 68
第7章 操縱機(jī)構(gòu)和箱體的確定 69
7.1操縱機(jī)構(gòu)的功用 69
7.2 換檔位置 69
7.3變速桿的布置 69
7.3.1直接操縱手動換擋變速器 69
7.3.2遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器 70
7.4鎖止裝置 70
7.4.1互鎖裝置 70
7.4.2自鎖裝置 71
7.4.3倒檔鎖裝置 71
7.5變速器箱體的設(shè)計 71
7.6本章小結(jié) 72
結(jié)論 73
參考文獻(xiàn) 74
致謝 75
附錄 76
第1章 緒 論
1.1汽車變速器的概述
汽車是一種快速機(jī)動的道路交通工具。一般是指自帶動力裝置的可以獨(dú)立行駛并完成運(yùn)載任務(wù)的輪式車輛，具有四個或四個以上的車輪。按照國家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)規(guī)定，汽車可分為載貨汽車，越野汽車，自卸汽車，牽引汽車，專業(yè)汽車，客車，轎車等種類。汽車的基本組成是相同的，均由發(fā)動機(jī)，底盤，車身和電氣設(shè)備四大部分組成，現(xiàn)代汽車將以往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)為主要動力源，而發(fā)動機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速與汽車的牽引力、車速要求之間的矛盾，靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。為此，在汽車傳動系中設(shè)置了變速器和主減速器。既可使驅(qū)動車輪的扭矩增大為發(fā)動機(jī)扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的若干分之一。
變速器用于改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(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，滿足驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，今后要求汽車車型的多樣化、個性化、智能化已成為汽車的發(fā)展趨勢。但變速器設(shè)計一直是汽車設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。變速器能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛，而這種低的車速只靠內(nèi)燃機(jī)的最低穩(wěn)定車速是難以達(dá)到的。變速器的倒檔使汽車能倒退行駛；其空檔使汽車在啟動發(fā)動機(jī)、停車和滑行時能長時間將發(fā)動機(jī)和傳動系分離[1]。
變速器的結(jié)構(gòu)除了對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性有影響同時對汽車操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒檔安全裝置，其他結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不產(chǎn)生跳檔、亂檔、自動脫檔和誤掛倒檔；采用同步器可使換檔輕便，無沖擊及噪聲；采用斜齒輪、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低，不同的傳動比還可以使在其不同路面提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，使汽車和發(fā)動機(jī)有良好的匹配性。
1.2汽車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果
現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機(jī)械式變速器不能滿足人們的需要。從40年代初，美國成功研制出兩檔的液力-機(jī)械變速器以來，自動變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。80年代，美國已將液力自動變速器作為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。1983年時，美國通用汽車公司的自動變速器裝車率已經(jīng)達(dá)到了94%。近些年來，由于電子技術(shù)和電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動變速器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。自動變速器與機(jī)械式變速器相比，具有許多不可比擬的優(yōu)勢：提高發(fā)動機(jī)和傳動系的使用壽命；提高汽車的通過性；具有良好的自適應(yīng)性；操縱更加方便。
目前，國內(nèi)變速器廠商都朝無級變速器和自動變速器方向發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無級變速器，而重型汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。
汽車行駛的速度是不斷變化的，這就要求汽車的變速器的變速比要盡量多，這就是無級變速(Continuously Variable Transmission簡稱"CVT") 。盡管傳統(tǒng)的齒輪變速箱并不理想，但其以結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點(diǎn)依然占領(lǐng)著汽車變速箱的主流地位[2]。
在跨越了三個世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級變速箱。這是汽車的無奈和缺憾。但是,人們始終沒有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力,各大汽車廠商對無級變速器(CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極度重視CVT在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標(biāo)。
圍繞汽車變速箱四個研究方向，各國汽車變速器專家展開了激烈的角逐 。
1．摩擦傳動CVT
金屬帶式無級變速箱[3] (VDT-CVT)的傳動功率已能達(dá)到轎車實(shí)用的要求，裝備金屬帶式無級變速箱的轎車已達(dá)100多萬輛。據(jù)報道：大排量6缸內(nèi)燃機(jī)（2.8L）的奧迪A6轎車上裝備的金屬帶式無級變速箱Multitronic CVT ，能傳動142kw（193bhp）功率，280 N·m扭矩。這是真正意義的無級變速器[4]。
另一種摩擦傳動CVT(名為Extroid CVT)是滾輪轉(zhuǎn)盤式。日產(chǎn)把它裝在概念車XVL上首次于去年東京車展展示，新款公爵(Cedric)車也裝用這種CVT?？膳c3L以上排量的大馬力內(nèi)燃機(jī)(XVL的引擎輸出為330 N·m /194kw)搭配使用，可謂汽車變速箱發(fā)展史上又一重要進(jìn)步。從V形橡膠帶CVT到V型金屬帶CVT再到滾輪轉(zhuǎn)盤式CVT，摩擦傳動CVT的研究已持續(xù)了整整一個世紀(jì)，盡管摩擦傳動無級變速器的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到很高的水平，也已經(jīng)裝備上汽車達(dá)到了實(shí)用的水平[5]。但齒輪變速箱依然占據(jù)著半壁河山，這至少說明了四個問題：
（1）無級變速（CVT）是汽車變速箱始終追逐的目標(biāo)。
（2）摩擦傳動CVT實(shí)現(xiàn)大功率的無級變速傳動是極為困難的。
（3）摩擦傳動CVT傳動效率低是必然的。
（4）摩擦傳動CVT的效率，功率無法與齒輪變速相比。
2．液力傳動[6]
人們經(jīng)常把液力自動變速器（AT）和無級變速器（CVT）兩個概念混為一談。實(shí)際上這兩種變速器工作原理完全不同。液力自動變速器免除了手動變速器繁雜的換檔和腳踩離合器踏板的頻繁操作，使開車變得簡單、省力。但是, 液力自動變速器（AT）不是無級變速，是有級變速的自動控制，沒有從根本上滿足汽車對變速器的要求。從原始橡膠帶無級變速箱到現(xiàn)代金屬鏈無級變速箱、滾輪轉(zhuǎn)盤式CVT，百年大回轉(zhuǎn)說明：無級變速箱是汽車變速箱的最終歸屬，液力自動變速器只不過是一種過渡產(chǎn)品。
3．電控機(jī)械式自動變速器
電控機(jī)械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission簡稱"AMT")和液力自動變速器（AT）一樣，不是無級變速器，是有級變速器的自動換檔控制。其特點(diǎn)是機(jī)械傳動部分沿用了傳統(tǒng)的有級變速箱，但控制參量太多，實(shí)現(xiàn)自動控制相當(dāng)困難。
4．齒輪無級變速器
齒輪無級變速器（Gear Continuously Variable Transmission）這是一種全新的設(shè)計思想，是利用齒輪傳動實(shí)現(xiàn)高效率、大功率的無級變速傳動。
據(jù)最新消息：一種"齒輪無級變速裝置"(Gear Continuously Variable Transmission簡稱"G-CVT")已經(jīng)試制成功，并已經(jīng)進(jìn)行了多次樣機(jī)試驗(yàn)。"齒輪無級變速裝置"結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，只有不足20種非標(biāo)零件，51個零件，生產(chǎn)成本甚至低于手動變速箱。預(yù)計今年進(jìn)行裝車試驗(yàn)[7]。
齒輪無級變速器的優(yōu)勢表現(xiàn)為：
（1）傳動功率大，200KW的傳動功率是很容易達(dá)到的；
（2）傳動效率高，90%以上的傳動效率是很容易達(dá)到的；
（3）結(jié)構(gòu)簡單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當(dāng)于自動變速箱的1/10；
（4）對汽車而言，提高傳動效率，節(jié)油20%；
（5）發(fā)動機(jī)在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對環(huán)境的污染。
1.3汽車變速器設(shè)計的目的和意義
現(xiàn)代汽車的動力設(shè)置，幾乎都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。它具有體積小，質(zhì)量輕，工作可靠，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但其性能與汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。
大家知道，汽車需要克服作用在它上面的阻力，才能起步和正常的行駛。即使在平坦的柏油路上，汽車以低速等速直線行駛，也需要克服約占汽車總質(zhì)量1.5%的滾動阻力。 例如，NJ130汽車，滿載時總質(zhì)量為5360kg，其滾動阻力為800N左右。若需要滿載汽車在坡度為9%的道路上等速上坡行駛，僅上坡阻力就達(dá)4824N。如果用發(fā)動機(jī)直接帶動汽車驅(qū)動輪，則發(fā)動機(jī)需要發(fā)出2050 N·m的扭矩。而NJ130汽車發(fā)動機(jī)的最大扭矩只有205N·m，此時，所產(chǎn)生的最大牽引力為482N，和上坡阻力相差10倍之多。顯然，如此小的牽引力，不僅不能上坡行駛，即使在平坦的道路上也不能行駛。
另一方面，NJ130汽車發(fā)動機(jī)，最大功率為51.5kW，此時曲軸的轉(zhuǎn)速為2800r/min。如發(fā)動機(jī)和車輪直接相連，則對應(yīng)于該轉(zhuǎn)速所換算的汽車速度，竟達(dá)到458km/h。顯然，這樣高的車速是不能實(shí)現(xiàn)的。
上述發(fā)動機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速與汽車的牽引力、車速要求之間的矛盾，靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。汽車發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化范圍小，而多變的使用環(huán)境要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為此，在傳動系中設(shè)置了變速器，用于轉(zhuǎn)變發(fā)動機(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驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同要求的需要，以適應(yīng)汽車經(jīng)常變化的行駛條件，并與發(fā)動機(jī)配合工作，使汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。既可使驅(qū)動車輪的扭矩增大為發(fā)動機(jī)扭矩的若干倍，同時又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的若干分之一。
此外，汽車的使用條件頗為復(fù)雜，變化很大。如汽車的載貨量、道路坡度、路面好壞以及交通情況等。這就要求汽車的牽引力和車速具有較大的變化范圍，以及適應(yīng)使用的需要。當(dāng)汽車在平坦的道路上，以高速行駛時，可掛入變速器的高速檔；而在不平的路上或爬較大的坡道時，則應(yīng)掛入變速器的低速檔。根據(jù)汽車的使用條件，選擇合適的變速器檔位，不僅是汽車動力性的要求，而且也是汽車燃料經(jīng)濟(jì)性的要求。例如，汽車在同樣的載貨量、道路、車速等條件下行時，往往可掛入較高的變速器檔位，也可掛入較低的檔位工作。此時只是發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速或大或小而已，可是發(fā)動機(jī)在不同的工況下，燃料的消耗量是不一樣的。一般變速器具有四個或更多的檔位，駕駛員可根據(jù)情況選擇合適的檔位，使發(fā)動機(jī)燃料消耗量減小。
汽車在某些情況下，如進(jìn)出停車場或車庫，或在較窄的路上掉頭等需要倒向行駛。然而，汽車發(fā)動機(jī)不能倒轉(zhuǎn)工作，因此在變速器設(shè)立倒檔。此外，變速器還設(shè)有空檔，可中斷動力傳遞，以滿足汽車暫時停止行駛和對發(fā)動機(jī)檢查調(diào)整的需要。
1.4汽車變速器的設(shè)計方法和研究內(nèi)容
在本次設(shè)計中，由于是對傳統(tǒng)的變速器進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計，在設(shè)計中參考了一汽集團(tuán)的CA1051K26L4-3中型貨車的變速器，采用了鎖環(huán)式同步器的換檔方式[8]。
在設(shè)計中，我們除了對汽車變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的布置外，還運(yùn)用了材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等知識，對變速器的重要零件—軸和齒輪進(jìn)行受力分析，強(qiáng)度、剛度的校核，以及為這些零件選擇合理的工程材料和熱處理方法，同時也為變速器選擇合理的同步器和操縱機(jī)構(gòu)。
通過參考CA1051K26L4-3中型貨車的變速器，對變速器進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)布置，校核軸和齒輪的強(qiáng)度、剛度，選擇材料和熱處理方法；后面的主要任務(wù)是繪制變速器的裝配圖和重要的零件圖，確定個零件的精度等級及其它參數(shù)；最后，是對整體論文的編寫整理整個設(shè)計過程中的各種資料，以及對前期設(shè)計中的錯誤做出修改。
本設(shè)計是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的變速器作為設(shè)計原型，在給定發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，自己獨(dú)立設(shè)計出符合要求的中間軸式五檔變速器。其中本設(shè)計的重點(diǎn)部分是檔位傳動比的選擇及計算依據(jù)、齒輪參數(shù)的選擇計算及校核、二軸及中間軸的強(qiáng)度校核等。
第2章 變速器的結(jié)構(gòu)方案的確定
2.1變速器傳動機(jī)構(gòu)分析和布置方案的設(shè)計
目前，汽車上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國汽車的使用、制造、修理等條件不同，也是由于各種類型汽車的使用要求不同所決定的。盡管如此，一般變速器的結(jié)構(gòu)形式，仍具有很多共同點(diǎn)。各種機(jī)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)隨主觀和客觀條件的變化而變化。因此，設(shè)計人員應(yīng)深入實(shí)際，收集資料，調(diào)查研究，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并盡可能地考慮到產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后確定較合適的方案。
機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用[9]。
通常，有級變速器具有三個、四個、五個前進(jìn)檔；重型載貨汽車和重型越野車則采用多檔變速器，其前進(jìn)檔位數(shù)多大6～16個甚至20個。變速器檔位的增多可提高發(fā)動機(jī)的功率利用率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和平均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但檔位數(shù)的增多也使變速器的尺寸及質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，操縱也復(fù)雜。
某些轎車和貨車的變速器，采用僅在良好的路面和空載行駛時才使用的超速檔。采用傳動比小于1（約為0.7～0.8）的超速檔，可充分地利用發(fā)動機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會減少發(fā)動機(jī)的磨損，降低燃料消耗。但與傳動比為1的直接檔比較，采用超速檔會降低傳動效率。
機(jī)械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括齒輪副的數(shù)目、齒輪的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。
2.1.1兩軸式變速器和中間軸式變速器的特點(diǎn)分析
1．兩軸式變速器 兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，發(fā)動機(jī)橫置時則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他檔位均采用常嚙合齒輪傳動。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高，同時噪聲低。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞；受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計的很大；對于前進(jìn)檔，兩軸式變速器輸入軸的傳動方向與輸出軸的傳動方向相反。
2．中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保持兩軸軸線在同一條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔，變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器的傳動效率高，可達(dá)90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訖n的利用率要高于其他檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其他前進(jìn)檔位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設(shè)置在第一軸、中間軸和第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一檔仍然有較大的傳動比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除了一檔以外的其他檔位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或結(jié)合套換擋，還有各檔同步器或結(jié)合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。
在除直接檔以外的其他檔位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。
2.1.2變速器倒檔布置方案分析確定
倒檔齒輪的結(jié)構(gòu)及其軸的位置，應(yīng)與變速器的整體結(jié)構(gòu)方案同時考慮。倒檔設(shè)計在變速器的左側(cè)或右側(cè)在機(jī)構(gòu)上均能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒檔時駕駛員移動變速桿的方向改變了。在結(jié)構(gòu)布置上，要注意的是在不掛入倒檔時，為了防止意外掛入倒檔，一般在掛倒檔時設(shè)有一個掛倒檔時需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕駛員注意。倒檔齒輪不能與第二軸齒輪有嚙合的狀況。換倒檔時能順利換入倒檔，而不和其它齒輪發(fā)生干涉[10]。
與前進(jìn)檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒檔，故多數(shù)方案采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案；也有利用兩個聯(lián)體齒輪方案的。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒，是在最不利的正、負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作；而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，并使倒檔傳動比略有增加。也有少數(shù)變速器采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。
圖2-1 倒檔布置方案
圖2-1為常見的倒檔布置方案。圖2-1b所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒檔時利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進(jìn)入嚙合，使換檔困難。圖2-1c所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理。圖2-1d所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便，且能獲得較大的倒檔傳動比。圖2-1e所示方案針對圖2-1c所示方案的缺點(diǎn)做了修改，因而取代了圖2-1c所示方案。圖2-1f所示方案是將中間軸上的一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖2-1g所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒檔傳動采用圖2-1h所示方案。其缺點(diǎn)是倒檔須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。故采用2-1a方案。
2.1.3傳動機(jī)構(gòu)布置中齒輪安排的分析確定
各齒輪副的相對安裝位置對于整個變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各檔位置的安排應(yīng)考慮以下四個方面：
1．整車總布置 根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸和輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。
2．駕駛員的使用習(xí)慣 有人認(rèn)為人們習(xí)慣于按檔的高低順序，由左到右或由右到左排列來換檔。但是也有人認(rèn)為應(yīng)該將常用檔位放在中間位置。值得注意的是倒檔，雖然他是平常換檔序列之外的一個特殊檔位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。按習(xí)慣，倒檔最好與序列不接合。否則，從安全角度考慮，將倒檔與一檔放在一起較好。
在五檔變速其中，倒檔與序列接合與不接合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個撥叉和一根變速滑桿，后者的布置適當(dāng)，則可使變速器的軸向長度縮短。
3．提高平均傳動效率 為提高平均傳動效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動方案，并盡可能地將使用時間最多的檔位設(shè)計成直接檔。
4．改善齒輪受載狀況 各檔齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。承受載荷大的低檔齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以較小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支撐較遠(yuǎn)處較好。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。
因?yàn)樽兯倨髟谝粰n和倒檔工作時有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒檔，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高檔順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒檔的傳動比雖然與一檔的傳動比接近，但因?yàn)槭褂玫箼n的時間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一檔布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒檔。此時在倒檔工作時，齒輪磨損與噪聲在短時間內(nèi)略有增加，與此同時在一檔工作時齒輪的磨損與噪聲有所減少。
綜上所述，由于本次設(shè)計的為中型貨車變速器，布置形式采用發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動，變速器布置的空間較大，對變速器的結(jié)構(gòu)要求較高，要求運(yùn)行時噪聲要小，故選用三軸五檔變速器，并且五檔為直接檔。采用圖2-1d的倒檔布置形式。
2.2變速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析確定
2.2.1齒輪形式
變速器齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪比較，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、作時噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時工藝復(fù)雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔。
變速器齒輪可以與軸設(shè)計為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度（圖2-2）影響齒輪強(qiáng)度。要求尺寸應(yīng)該大于或等于輪齒危險斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸要求：
(3.1)
式中：——花鍵內(nèi)徑。
圖2-2 變速器齒輪尺寸控制圖
為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度應(yīng)在滿足強(qiáng)度條件下設(shè)計得薄些。圖3-2中的尺寸可取為花鍵內(nèi)徑的1.25～1.40倍。
齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在μm范圍內(nèi)選用。
2.2.2變速器自動脫檔機(jī)構(gòu)形式分析確定
自動脫檔是變速器的主要故障之一。由于接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動等原因，都會導(dǎo)致自動脫檔。為解決這個問題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種：
1．將兩接合齒的嚙合位置錯開，如圖2-3a所示。這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒的1～3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來阻止接合齒自動脫檔。
2．將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?.3～0.6mm），這樣，換檔后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動脫檔，如圖2-3b所示。
3．將接合齒的工作面設(shè)計并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2～3°），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力，如圖2-3c所示。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計并加工成臺階形狀，也具有相同的阻止自動脫檔的效果。
a） b) c)
圖2-3防止自動脫擋的機(jī)構(gòu)措施
2.3本章小結(jié)
本章主要針對變速器傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和布置方案方案的確定以及變速器零、部件的結(jié)構(gòu)的確定，為下面的設(shè)計過程作鋪墊。
第3章 變速器主要參數(shù)的選擇
3.1變速器檔位數(shù)目及各檔傳動比
3.1.1變速器檔位數(shù)目的確定
對不同類型的汽車，具有不同的傳動系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同。而傳動系的檔位數(shù)的多少對汽車動力性、經(jīng)濟(jì)性影響很大。檔數(shù)多，可以使發(fā)動機(jī)經(jīng)常在最大功率附近的轉(zhuǎn)速工作，而且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍小，發(fā)動機(jī)平均功率高，故可提高汽車的動力性。即提高汽車的加速能力和爬坡能力。檔數(shù)多也增加了發(fā)動機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性，因而提高了汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。檔數(shù)多少還影響相鄰的低檔與高檔間傳動比的比值。檔數(shù)多，則此比值小，換檔容易。相鄰的低檔與高檔間傳動比的比值不應(yīng)大于1.8，而且高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。檔數(shù)多的缺點(diǎn)是使變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量增大、操縱不輕便等。
CA5-38變速器參數(shù)：
發(fā)動機(jī)最大功率
88 Kw
車輪滾動半徑
0.41m
發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
245 N·m
額定轉(zhuǎn)速
3200 r/min
最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速
2000 r/min
最高車速
95 km/h
總質(zhì)量
5500 r/min
最大功率時轉(zhuǎn)速
5000 r/min
3.1.2主減速比的確定
(3.1)
式中： ——汽車行駛速度（km/h）；
——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；
——車輪滾動半徑（m）；
——變速器傳動比；
——主減速器傳動比。
(3.2)
式中： ——發(fā)動機(jī)最大扭矩（N·m）；
——發(fā)動機(jī)最大功率（Kw）；
——發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速（r/min）
——轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)=1.1～1.3
(3.3)
式中： ——發(fā)動機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速
已知：最高車速==95 km/h；最高檔為直接檔，傳動比=1；車輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格7.50—16得到=0.41(m)；發(fā)動機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速=2000 (r/min)；轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)=1.1～1.3；由公式（3.2）和（3.3）得到發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速=4000 (r/min)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速==4000（r/min）；由公式（3.1）得到主減速器傳動比：
3.1.3 變速器一檔傳動比的確定
在選擇最低檔傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動車輪和地面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動車輪的滾動半徑等來綜合考慮來確定。
汽車行駛方程式
(3.4)
汽車爬坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有：
(3.5)
一般貨車的最大爬坡度約為30%，即=16.7°則由最大爬坡度要求的變速器1擋傳動比為：
(3.6)
式中：——汽車總質(zhì)量，Kg；
——重力加速度，m/s2；
——道路附著系數(shù)，；
——驅(qū)動車輪的滾動半徑，m；
——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m
——主減速比，；
——汽車傳動系的傳動效率，。
將各數(shù)據(jù)代入式(3.6)中得：
根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件：
(3.7)
可求得變速器一檔傳動比為：
(3.8)
式中：——汽車滿載靜止與水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷，因?yàn)樨涇?×2后輪雙胎滿載時后軸的軸荷分配范圍為60%～68%[4]，所以G2=5500×9.8×65％=35035N
——道路的附著系數(shù)，計算時取～；
其他參數(shù)同式(3.6)。
將各數(shù)據(jù)代入式(3.8)得：
通過以上計算可得到5.313＜＜6.006，國產(chǎn)汽車中，轎車變速器傳動比變化范圍是3～4，中、輕型貨車約為5～6，其他貨車在7以上。所以在本設(shè)計中，取。
3.1.4變速器各檔傳動比的確定
變速器各檔傳動比之間的關(guān)系基本是幾何級數(shù),故相鄰檔位傳動比比值就是幾何級數(shù)的公比；但是實(shí)際上與理論值略有出入，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小些，另外還要考慮與發(fā)動機(jī)參數(shù)的合理匹配。
此變速器的最高檔為直接檔，其傳動比為1.0，一檔傳動比初選為5.625中間各檔的傳動比按理論公式 （其中n為檔位數(shù)）求得公比。
因?yàn)?，所以?
3.2變速器中心距的確定
對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距；對兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸線之間的距離稱之為變速器中心距。它是一個基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一檔小齒輪齒數(shù)不能過少的限制，要求中心距也要取大些。還有，變速器中心距取得過小，會使變速器長度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。
中間軸式變速器的中心距(mm)可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選，經(jīng)驗(yàn)公式為：
(3.9)
式中：——中心距系數(shù)，乘用車： ，商用車：
——發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(N·m)；
——變速器一擋傳動比；
——變速器的傳動效率，取96%；
將各數(shù)代入式(3.9)中得
也可以由發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出：
(3.10)
式中：——按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩直接求時的中心距系數(shù)，對乘用車取14.5～16.0；對商用車取17.0～19.5
將各數(shù)代入式(3.10)中得
綜上所述，初選中心距=110mm。
3.3變速器的外形尺寸
變速器的外形尺寸主要指變速器的軸向尺寸，其軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式、換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系，設(shè)計初可根據(jù)中心距的尺寸參照下列關(guān)系式初選。
商用車變速器殼體的軸向尺寸可參考下列數(shù)據(jù)選用：
四檔 （2.2～2.7）
五檔 （2.7～3.0）
六檔 （3.2～3.5）
此變速器為五檔，故外形尺寸為（2.7～3.0）=291～330mm。
3.4變速器的齒輪參數(shù)的確定
3.4.1齒輪齒數(shù)
確定變速器齒輪齒數(shù)時，應(yīng)考慮：
1．盡量符合動力性、經(jīng)濟(jì)性等對各檔傳動比的要求；
2．最少齒數(shù)不應(yīng)產(chǎn)生根切。通常，變速器中間軸一檔齒輪是齒數(shù)最少的齒輪，此齒輪不應(yīng)產(chǎn)生根切，而且齒根圓直徑應(yīng)大于中間軸直徑；
3．互相嚙合的齒輪，齒數(shù)間不應(yīng)有公因數(shù)，速度高的齒輪更應(yīng)注意這點(diǎn)；
4．齒數(shù)多，可降低齒輪傳動的躁聲。
3.4.2齒輪模數(shù)
齒輪模數(shù)由輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所決定。選擇模數(shù)時應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對轎車很重要，而對載貨汽車則應(yīng)重視減小質(zhì)量。
根據(jù)圓柱齒輪強(qiáng)度的簡化計算方法，可列出齒輪模數(shù)m與彎曲應(yīng)力之間有如下關(guān)系：
直齒輪模數(shù)
(3.11)
式中 ——計算載荷，N·mm；
——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒齒輪取1.65；
——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9；
——齒輪齒數(shù)；
——齒寬系數(shù)，直齒齒輪取4.4～7.0；
——齒形系數(shù)，見圖3-1；
——輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng)時，直齒齒輪的許用應(yīng)力MPa。
斜齒輪法向模數(shù)
(3.12)
式中 ——計算載荷，N·mm；
——應(yīng)力集中系數(shù)，斜齒齒輪取1.5；
——斜齒螺旋角；
——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9；
——齒輪齒數(shù)；
——齒寬系數(shù)，斜齒齒輪取7.0～8.6；
——齒形系數(shù)，見圖3-1；
——輪齒彎曲應(yīng)力，當(dāng)時，對乘用車變速器斜齒齒輪的許用應(yīng)力MPa，商用車變速器斜齒齒輪的許用應(yīng)力MPa。
從輪齒應(yīng)力的合理性及強(qiáng)度考慮,每對齒輪應(yīng)有各自的模數(shù),但出于工藝考慮，模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一,多采用折衷方案。表3.1給出了汽車變速器齒輪模數(shù)范圍。
表3.1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù)（mm）
車型
乘用車的發(fā)動機(jī)排量V/L
貨車的最大總質(zhì)量/t
1.0＞V≤1.6
1.6＜V≤2.5
6.0＜≤14.0
＞14.0
模數(shù)/mm
2.25～2.75
2.75～3.00
3.50～4.50
4.50～6.00
設(shè)計時所選模數(shù)應(yīng)符合國標(biāo)GB1357-78規(guī)定（表3.1）并滿足強(qiáng)度要求。
表3.2 汽車變速器常用齒輪模數(shù)（mm）
一系列
1.00
1.25
1.5
2.00
2.50
3.00
4.00
5.00
6.00
二系列
1.75
2.25
2.75
（3.25）
3.50
（3.75）
4.50
5.50
—
圖3-1 齒形系數(shù)y（當(dāng)載荷作用在齒頂,=20°,=1.0）
嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量在1.8～14.0t的貨車為2.0～3.5mm；總質(zhì)量大于14.0t的貨車為3.5～5.0mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換檔。
由表3.1和表3.2并且參照同類車型選取模數(shù)
3.4.3齒形、壓力角及螺旋角
壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。變速器齒輪用20°,嚙合套或同步器的接合齒壓力角用30°。
斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。選斜齒輪的螺旋角，要注意它對齒輪工作噪聲齒輪的強(qiáng)度和軸向力的影響。從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。
斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用：
兩軸式變速器為 ：20°～30°
中間軸式變速器為：22°～34°
貨車變速器：18°～34°
汽車變速器的齒形、壓力角及螺旋角按表3.3選取。
表3.3 汽車變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角
項(xiàng)目
車型
齒形
壓力角
螺旋角
轎車
高齒并修形的齒形
，，，
～
一般貨車
GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形
～
重型車
GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形
低檔、倒檔齒輪，
小螺旋角
3.4.4齒寬
在選擇齒寬時，應(yīng)該注意齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時的受力均勻程度等均有影響。
考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減少質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬窄又會使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用寬些的齒寬，工作時會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)m(mn)的大小來選定齒寬
直齒，為齒寬系數(shù)，取為4.5～8.0；
斜齒，取為6.0～8.5。
采用嚙合套或同步器換檔時，其接合齒的工作寬度初選時可取為2～4mm。
第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，使接觸線長度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動平穩(wěn)性和齒輪壽命。對于模數(shù)相同的各檔齒輪，檔位低的齒輪的齒寬系數(shù)取的稍大。
3.4.5齒頂高系數(shù)
齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.75～0.80的短齒制齒輪。我國規(guī)定，齒頂高系數(shù)取為1.00。
3.4.6齒輪的修正
為了改善齒輪傳動的某些性能，常對齒輪進(jìn)行修正。修正的方法有三種：
1．加工時改變刀具與齒輪毛坯的相對位置，又稱變位；
2．改變刀具的原始齒廓參數(shù)；
3．改變齒輪齒廓的局部漸開線，又稱修形。
齒輪的變位是齒輪設(shè)計中一個非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。
變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對嚙合齒輪的變位系數(shù)的和為零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度想接近的程度。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時增加一對齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免了其缺點(diǎn)。
有幾對齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器，會因保證各檔傳動比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對齒輪有相同的中心距，此時應(yīng)對齒輪進(jìn)行變位。當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動或高度變位時，則對齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質(zhì)量指標(biāo)，故采用的較多。對斜齒輪傳動，還可通過選擇合適的螺旋角來達(dá)到中心距相同的要求。
變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時還承受沖擊負(fù)荷。對于高檔齒輪，其主要損壞形勢是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大一些，這樣兩齒輪的齒輪漸開線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對于低檔齒輪，由于小齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象。
總變位系數(shù)越小，一對齒輪齒根總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。但是由于輪齒的剛度較小，易于吸收沖擊振動，故噪聲要小些。
根據(jù)上述理由，為降低噪聲，對于變速器中除去一、二檔和倒檔以外的其它各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動。
3.5變速器各檔齒輪齒數(shù)的分配
圖3-3變速器傳動示意圖
在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。
3.5.1確定一檔齒輪的齒數(shù)
一檔齒輪選用斜齒圓柱齒輪，模數(shù)=4mm，初選螺旋角=22°。中間軸一檔齒輪齒數(shù)，貨車可在12-17之間選用，最小為12-14，取=13，一檔齒輪為斜齒輪。
一檔傳動比為: (3.15)
為了求，的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和，
斜齒: