两轴手动变速器结构设计
本次设计的两轴手动变速器主要目的是为各档位选择恰当的传动比，确定齿轮的尺寸及齿数，轴的尺寸和齿轮在轴上的分布位置，选择设计满足其承载能力的同步器。在本设计中，我分析了变速器各部件尺寸和传动比的选择原则；对初步设计的轮齿进行了弯曲强度和接触应力校核；对初步设计的轴进行了刚度和强度的校核，按要求完成了同步环的主要尺寸确定。此外，根据所设计的变速器特点，完成了对换档机构的设计。最后，利用AUTCAD软件绘制了两轴手动变速器的装配图。
关键词 汽车，变速器，齿轮，轴
目 录
1 绪论 1
1.1 变速器设计的基本要求 1
1.2 设计参考数据 2
2 变速器各结构布置方案 2
2.1 传动结构布置方案分析 2
2.2 变速器零、部件结构方案分析 4
3 变速器主要参数确定 5
3.1 初选传动比 5
3.2 中心距A 7
3.3 外形尺寸 7
3.4 齿轮参数 8
3.5 格挡齿轮齿数的分配与计算 9
4 变速器齿轮强度的计算和材料的选择 12
4.1 齿轮的强度计算和校核 12
4.2 变速器齿轮材料选择 17
5 变速器轴的强度计算与校核 18
5.1 初选轴的尺寸与结构18
5.2 轴的刚度与强度验算 20
5.3 轴的刚度与强度校核 21
5.4 各轴重要部位尺寸 23
6 同步器的设计 23
6.1 锁环式同步器的结构 23
6.2 锁环式同步器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的工作原理 23
6.3 同步环重要参数确定 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
变速器作为传递力和改变车速的主要装置，现在对其操纵的方便性和档位数方面的要求越来越高。目前，4、5档较为普遍，且5档的变速器的用量有日渐增加的趋势。同时，6档变速器的装车率也在逐年上升。
变速器是用于改变发动机的转矩和转速以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种路障的不同条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的汽车总成。设置变速器的目的是在各种行驶状况下，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作范围内工作。因此，它的性能直接影响到汽车的动力性和经济性。
我们知道，汽车发动机在一定的转速下能够达到最优的状态，此时发出的功率比较大，燃油经济性也比较好。因此，我们希望发动机总能在其最佳状态下工作。但是，汽车在实际使用中需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。这个矛盾需要通过变速器来解决。
变速器的作用用一句话来概括就是变速变扭，即减速增扭或增速减扭。在相同情况下，发动机输出的功率是不变的，功率可以表示为，其中ω是传动角速度，T是扭矩。当N固定的时候，ω和T是成反比的。所以减速必增扭，反之亦然。汽车变速器的就是根据变速器变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。[1]
1.1 变速器设计的基本要求
1)、保证汽车有必要的动力性和经济性；
2)、设置空档，用来切断发动机向驱动轮的动力传输；
3)、设置倒档，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)、换档迅速、省力、方便；
6)、工作可靠。汽车在行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档以及换档冲击等现象发生；
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，变速器还要满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易和维修方便等要求。[3]
1.2 设计参考数据
本设计是以桑塔纳2000的某些参数为依据开展的，设计中采用的相关参数如下：
主减速比：4.5
最高车速：175km/h
轮胎型号：195/60 R14
最大扭矩：155N*m
最大功率：74KW
最高转速：5200r/min
整车装备质量：1210kg
允许最大总质量：1630kg
2 变速器各结构布置方案
2.1 传动机构布置方案分析
2.1.1 两轴式变速器传动机构布置方案
图2-1 两轴式变速器传动方案简图
两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。图2-1示出用在发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案，其特点是：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双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他档位均用常啮合齿轮传动；图2－1f中的倒档齿轮为常啮合齿轮，并且用同步器换档；同步器多数用在输出轴上，这是因为1档主动齿轮尺寸小，同步器装在输入轴上有困难，而高档的同步器可以装在输入轴后端，如图2－1d、e所示；图2－1d所示方案有辅助支撑，用来提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。图2－1f所示方案为5档全同步器式变速器，以此为基础，只要将5档齿轮用尺寸相当的隔套替代，即可改变为4档变速器，从而形成一个系列产品。[3]
2.1.2 倒档布置方案
与前进档相比，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换档。为了实现倒档传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案。
图2-2倒档布置方案
图2－2为常见的倒档布置方案。图2－2b所示方案的优点是倒档时利用了中间轴上的一档齿轮，因而缩短了中间轴的长度；但倒档时要求有两队齿轮同时进入啮合，使倒档困难，图2－2c所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。图2－2d所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图2－2c 所示方案。图2－2e所示方案是将中间轴上的一倒档齿轮做成一体，将齿宽加长 。图2－2f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器的轴向长度，有的货车倒档传动采用图2－2g所示方案；其缺点是1档、倒档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。[4]
超速档的传动比一般为0.7-0.8，本设计初取5档传动比=0.75。
中间档位的传动比理论上按公比为：
式(3-4)
所选模数数值应符合国家标准GB/T1357—1987的规定，见下表。选用时应用第一系列，括号内的模数尽可能不用。
已知此次所设计的变速器是桑塔纳2000手动五速变速器，发动机的排量是1.8L，为中级汽车，一般情况下，汽车的1档、倒档会使用较大的模数，故根据以上表3-1、表3-2的内容，1档、倒档选用模数为m=3，其余各档的模数m=2.75。
1 绪论 1
1.1 变速器设计的基本要求 1
1.2 设计参考数据 2
2 变速器各结构布置方案 2
2.1 传动结构布置方案分析 2
2.2 变速器零、部件结构方案分析 4
3 变速器主要参数确定 5
3.1 初选传动比 5
3.2 中心距A 7
3.3 外形尺寸 7
3.4 齿轮参数 8
3.5 格挡齿轮齿数的分配与计算 9
4 变速器齿轮强度的计算和材料的选择 12
4.1 齿轮的强度计算和校核 12
4.2 变速器齿轮材料选择 17
5 变速器轴的强度计算与校核 18
5.1 初选轴的尺寸与结构18
5.2 轴的刚度与强度验算 20
5.3 轴的刚度与强度校核 21
5.4 各轴重要部位尺寸 23
6 同步器的设计 23
6.1 锁环式同步器的结构 23
6.2 锁环式同步器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的工作原理 23
6.3 同步环重要参数确定 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
变速器作为传递力和改变车速的主要装置，现在对其操纵的方便性和档位数方面的要求越来越高。目前，4、5档较为普遍，且5档的变速器的用量有日渐增加的趋势。同时，6档变速器的装车率也在逐年上升。
变速器是用于改变发动机的转矩和转速以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种路障的不同条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的汽车总成。设置变速器的目的是在各种行驶状况下，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作范围内工作。因此，它的性能直接影响到汽车的动力性和经济性。
我们知道，汽车发动机在一定的转速下能够达到最优的状态，此时发出的功率比较大，燃油经济性也比较好。因此，我们希望发动机总能在其最佳状态下工作。但是，汽车在实际使用中需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。这个矛盾需要通过变速器来解决。
变速器的作用用一句话来概括就是变速变扭，即减速增扭或增速减扭。在相同情况下，发动机输出的功率是不变的，功率可以表示为，其中ω是传动角速度，T是扭矩。当N固定的时候，ω和T是成反比的。所以减速必增扭，反之亦然。汽车变速器的就是根据变速器变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。[1]
1.1 变速器设计的基本要求
1)、保证汽车有必要的动力性和经济性；
2)、设置空档，用来切断发动机向驱动轮的动力传输；
3)、设置倒档，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)、换档迅速、省力、方便；
6)、工作可靠。汽车在行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档以及换档冲击等现象发生；
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，变速器还要满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易和维修方便等要求。[3]
1.2 设计参考数据
本设计是以桑塔纳2000的某些参数为依据开展的，设计中采用的相关参数如下：
主减速比：4.5
最高车速：175km/h
轮胎型号：195/60 R14
最大扭矩：155N*m
最大功率：74KW
最高转速：5200r/min
整车装备质量：1210kg
允许最大总质量：1630kg
2 变速器各结构布置方案
2.1 传动机构布置方案分析
2.1.1 两轴式变速器传动机构布置方案
图2-1 两轴式变速器传动方案简图
两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。图2-1示出用在发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案，其特点是：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双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他档位均用常啮合齿轮传动；图2－1f中的倒档齿轮为常啮合齿轮，并且用同步器换档；同步器多数用在输出轴上，这是因为1档主动齿轮尺寸小，同步器装在输入轴上有困难，而高档的同步器可以装在输入轴后端，如图2－1d、e所示；图2－1d所示方案有辅助支撑，用来提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。图2－1f所示方案为5档全同步器式变速器，以此为基础，只要将5档齿轮用尺寸相当的隔套替代，即可改变为4档变速器，从而形成一个系列产品。[3]
2.1.2 倒档布置方案
与前进档相比，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换档。为了实现倒档传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案。
图2-2倒档布置方案
图2－2为常见的倒档布置方案。图2－2b所示方案的优点是倒档时利用了中间轴上的一档齿轮，因而缩短了中间轴的长度；但倒档时要求有两队齿轮同时进入啮合，使倒档困难，图2－2c所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。图2－2d所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图2－2c 所示方案。图2－2e所示方案是将中间轴上的一倒档齿轮做成一体，将齿宽加长 。图2－2f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器的轴向长度，有的货车倒档传动采用图2－2g所示方案；其缺点是1档、倒档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。[4]
超速档的传动比一般为0.7-0.8，本设计初取5档传动比=0.75。
中间档位的传动比理论上按公比为：
式(3-4)
所选模数数值应符合国家标准GB/T1357—1987的规定，见下表。选用时应用第一系列，括号内的模数尽可能不用。
已知此次所设计的变速器是桑塔纳2000手动五速变速器，发动机的排量是1.8L，为中级汽车，一般情况下，汽车的1档、倒档会使用较大的模数，故根据以上表3-1、表3-2的内容，1档、倒档选用模数为m=3，其余各档的模数m=2.75。
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