摘 要

变速器通过改变输入轴以及输出轴的传动比改变发动机的转矩及转速，从而协调了汽车行驶中动力性以及燃油经济性之间的矛盾，且允许汽车进行倒挡操作，是决定汽车整车性能的重要部件之一。

本文简单叙述了变速器国内外发展现状和前景，比对了现有应用较为广泛的变速器种类，并以东风雪铁龙爱丽舍车型作为参考车型，对中间轴式五挡变速器进行了优化设计，完成了包括对变速器传动方案的选择，各挡传动比的计算，齿轮挡数及尺寸，轴的形状尺寸以及同步器型式选择等设计内容，并对齿轮和轴进行了校核，最后借助软件CATIA和CAD对所设计变速器进行了建模。结果表明本文所设计变速器结构紧凑，并可以满足运行要求。

关键词：中间轴；传动比；齿轮；同步器

Abstract

Transmission changes the torque and rotation speed of the engine by using different transmission ratio between the input and output shaft. In the mean time, it balances the contradiction between dynamic characteristics and fuel economy, therefore improving the vehicle performance, which has made it one of the most important parts of vehicle.

This paper briefly introduced the current state and develop trend of transmissions worldwide, and compared a few different existing types of transmissions. Also, this paper used Faw Citroen Elysee as a model to optimize the intermediate shaft five-gear transmission.This paper finished the design of the transmission scheme and ratio, gear teeth number and size, shaft shape and synchronizer type, while modeling the transmission with the help of CATIA and CAD. The result showed that the transmission designed in this paper can function well with a compact structure.

Key Words: intermediate shaft; transmission ratio; gear; synchronizer

目 录

第一章 绪论 1

1.1 论文研究意义与目的 1

1.2 国内外变速器的发展现状及趋势 1

第二章 变速器概述及结构方案选择 3

2.1 变速器的功能及设计要求 3

2.2 机械变速器传动机构方案设计 3

2.2.1 传动机构布置设计 3

2.2.2 换挡机构形式选择 5

2.2.3 倒挡的形式选择 5

第三章 变速器基本参数计算及选择 6

3.1 设计初始条件 6

3.2 变速器挡数及传动比计算 6

3.2.1 变速器挡数确定 6

3.2.2 变速器最大传动比计算 6

3.2.3 各挡传动比计算 7

3.3 中心距A 8

3.4 外形尺寸 8

3.5 齿轮参数 8

3.5.1 模数的选取 8

3.5.2 压力角ɑ 8

3.5.3 螺旋角β 9

3.5.4 齿宽b 9

3.5.5 齿轮变位系数 9

3.6 各挡齿轮齿数的分配 9

3.6.1 一挡齿轮齿数的确定 9

3.6.2 确定常啮合传动齿轮副的齿数 10

3.6.3 确定其它挡齿轮的齿数 10

3.7 变速器各挡齿轮几何参数设计计算 10

3.7.1 一挡齿轮几何参数 10

3.7.2 常啮合传动齿轮副几何参数 11

3.7.3 第二挡齿轮几何参数 11

3.7.4 第三挡齿轮几何参数 12

3.7.5 第四挡齿轮几何参数 12

3.7.6 倒挡齿轮齿数及几何参数 13

第四章 齿轮的强度计算与校核 15

4.1 各轴的转矩计算 15

4.2 齿轮的弯曲强度计算 15

4.3 齿轮的接触应力计算 18

第五章 轴的设计计算与校核 21

5.1 轴的结构设计 21

5.2 轴的尺寸设计 21

5.3 轴的校核 22

5.3.1 输入轴的刚度校验以及强度校核 22

5.3.2 输出轴的刚度校验以及强度校核 22

5.4 轴承的选择 24

第六章 同步器设计 25

6.1 同步器选型 25

6.2 同步器工作原理 25

6.3 同步器主要参数的选择 25

6.3.1 锥面半锥角及摩擦系数 25

6.3.2 锥面平均半径和锥面工作长度 26

6.3.3 同步环锁止角β 26

6.3.4 同步时间t 26

第七章 操纵机构设计 27

7.1 操纵机构设计要求 27

7.2 换挡位置图 27

7.3 直接操纵 27

第八章 结论 28

参考文献 29

致谢 30

第一章 绪论

1.1 论文研究意义与目的

自1889年法国标致研发出第一台通过拨杆来改变传动比的变速器以来^[1]，它的发展一直在影响着汽车的传动系统效率和性能。变速器通常由传动还有操纵机构组成，其主要作用在于通过分挡改变输入轴还有输出轴之间的传动比，来协调发动机转速以及车轮行驶速度，从而平衡汽车行驶的燃油经济性以及动力性之间矛盾，已达到最佳性能，如汽车高速形势与平坦道路时选用高速挡，以提高燃油经济性，在汽车遇到坎坷的路面或需要上坡时则可以选择较低档位，以提高汽车的动力性。除此之外，变速器所设置的空挡也有利于发动机的怠速等工况。

由于以上原因，变速器已成为汽车系统中必不可少的部分，且是决定车辆整车性能的重要零件之一。变速器的优化设计对于汽车的整车设计质量有着重大影响，其各项参数的合理选择可以保证发动机在一定工况范围内提高汽车动力性和经济性，并延长汽车使用寿命。固然自动变速器越来越多出现在人们的视野中，但手动变速器仍然拥有最大的市场份额，因此本文选择对传统手动变速器进行优化设计。

1.2 国内外变速器的发展现状及趋势

变速器发展至今已有百年以上的历史，目前其发展趋势为多挡位，自动变速器由最初的4AT,6AT产品向8AT,9AT方向发展；提高变速器传动效率，合理选择传动比以更好提高汽车整车性能，在如今科技发展的驱使下，变速器的发展也逐渐趋于自动化和电子化，且在全球主张绿色环保，节能低碳的大环境下，变速器的发展也在趋于轻量化，设计人员也均在如何利用优化变速器对汽车进行减排这一课题上进行深入研究。

中国对于变速器的研究起步较晚，1952年才手工制造处中国第一台变速器^[2]，且我国目前变速器发展在技术和制造工艺上还处于落后地位。中国的汽车市主要以乘用车和商用车为主，在商用车中我国仍以手动变速器为主，在乘用车中我国目前虽然仍大范围采用手动变速器，自动变速器的市场占有也在再逐步升高，但我国自动变速器大部分依赖于国外进口^[3]，或是合资企业，且自动变速器的价格一直居高不下，也成为其在国内完全普及的障碍之一，为改变这一情况，国家高度重视汽车产业中如变速器等重要零部件的自主发展，近年中国企业正在对自动变速器进行自主研发，回顾美国，德国等其他国家这些年对变速器研究的过程，他们多采用企业间联合开发，集合各企业间的优势以得到技术突破，因此中国企业也可以借鉴这种开发模式，不仅在国内企业之间进行交流，更可以与已具备更先进技术的国外企业进行合作，但是受宏观经济波动影响，国民收入增长缓慢且不稳定，对乘用车市场产生了影响，整车价格趋于下降趋势，而整车企业多通过降低零部件购买成本的方式降低其销售整车价格，致使变速器生产企业盈利降低，不利于企业对于自主研发的资金投入，为了解决或缓解这一问题，政府可以适当对自主研发提供资金支持，但目前汽车零部件采购趋于本土化，为我国零部件企业还是提供了不少机遇。总之随着中国汽车行业合资品牌的增多，更多中的变速器技术会被引进，在考虑我国国情和市场需求的情况下，国内变速器也正朝多元化发展。