摘 要

变速器是汽车动力传输系统的核心部件之一，其通过不同齿轮间的啮合来改变汽车的传动比，从而将发动机输出的驱动力划分成不同挡位，以满足汽车在不同工况下顺利行驶的条件。变速器对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性都有较大影响，其性能的好坏也关系到整车性能的高低。在充分了解手动变速器结构和原理的基础上，本文以2015款本田crv车型为参考，根据其最高车速、转矩、功率等基本数据，对变速器进行包括传动方案和结构形式、传动比的分配、齿轮和轴以及同步器等在内的设计。

关键词：手动变速器设计；齿轮和轴；同步器

Abstract

Transmission is one of the core components of automotive power transmission system, it can change vehicle’s ratios by engaging different gears, which will divide the driving force of the engine output into different ranks, so as to meet the condition needed for car’s smoothly driving in different conditions. Transmission has a direct impact on vehicle’s dynamic performance, fuel economy and driving stability, its performance is also related to the level of vehicle performance. Based on full knowledge of the structure and principles of the manual transmission, this paper takes Honda crv of 2015 model as a reference, according to its maximum speed, torque, power and other basic data, to carry out a design for the transmission including designing transmission scheme ,structure, gear ratio, gears and shafts, etc., as well as synchronizer.

Keywords: Manual transmission; gears and shafts; synchronizer

目 录

摘 要 I

第1章 绪论 1

1.1设计的目的及意义（含国内外研究现状） 1

1.2设计的基本内容、拟采用的技术方案及措施 2

1.2.1设计的基本内容 2

1.2.2 拟采用的技术方案及措施 2

第2章 变速器结构方案的确定 3

2.1变速器的总体结构方案 3

2.2倒挡的型式及布置方案 4

2.3主要零部件结构方案分析 5

2.3.1齿轮选型 5

2.3.2换挡的结构型式 5

2.3.3轴承型式 5

第3章 变速器主要参数的选择与齿轮的设计计算 7

3.1 变速器主要参数的选择 7

3.1.1挡数选择 7

3.1.2 初选传动比 8

3.1.3初算中心距 9

3.1.4变速器的轴向尺寸 10

3.2变速器齿轮的计算 10

3.2.1齿轮参数计算 10

3.2.2各挡齿轮齿数的分配 12

3.2.3 各齿轮变位后参数 14

3.3齿轮的强度校核 20

3.3.1齿轮材料的选择 20

3.3.2各轴转矩 20

3.3.3齿轮弯曲强度校核 21

3.3.4各挡齿轮接触强度校核 24

3.3.5各挡齿轮受力计算 26

第4章 轴和轴承的设计计算与校核 28

4.1材料的选择 28

4.2初选轴径 28

4.3 轴的刚度强度校核 29

4.3.1 轴的刚度校核 29

4.3.2 轴的强度计算 31

4.4 轴承的计算与校核 32

4.4.1 初选轴承型号 32

4.4.2 计算当量动载荷 33

4.4.3 轴承寿命的计算 33

第5章 同步器设计与壳体 34

5.1 同步器的分类和选型 34

5.2 锁环式同步器结构原理 34

5.3 锁环式同步器主要尺寸及参数设计 35

5.4 变速器壳体 36

结 论 38

参考文献 39

致 谢 40

第1章 绪论

1.1设计的目的及意义（含国内外研究现状）

21世纪，汽车产业已经成为我国的国民经济支柱产业之一，汽车销量与日俱增的同时，汽车各零部件的需求也越加旺盛。汽车的主要零部件包括发动机、离合器、变速器、悬架和车轮等。现代汽车上的发动机一般都是往复式的活塞内燃机，其优点在于体积小、质量轻、稳定性和可靠性较高。但其也有缺点，主要在于发动机输出的转矩和转速可变化范围比较小^[1]。如果汽车传动部分只有单独的发动机，那么内燃机的缺点将导致汽车无法满足其驱动力和车速能在较大范围内变化的使用条件，因此汽车动力从发动机传输出来时，需要经过变速器变换传动比以达到汽车在不同工况下对动力性和经济性的需求。作为汽车动力传输中重要的一环，汽车变速器的品质优劣在很大程度上决定了一辆汽车性能的高低，因此汽车的变速器设计对于汽车品质具有重要意义^[2]。

目前的汽车变速器从大类上主要分为手动变速器和自动变速器，其中，自动变速器包括AT、AMT、CVT、DCT等，自动变速器的优点在于驾驶员操作较为简便，因此自动变速的汽车驾驶起来较为舒适，但是由于自动变速器的缺点：结构相对复杂，有较高的技术和制造工艺要求，因而生产成本较高，目前在变速器市场上占比不大，主要应用于高端车型上。对于手动变速器来说，其优点众多，主要在于以下方面：

1.结构简单，成本低。

2.安装与维修简便。

3.传动效率相对高，经济性好，使用寿命长^[3]。

所以，尽管存在相对新手司机而言的操纵不便等缺陷，手动变速器仍然在汽车变速器市场中占据最大份额，因此本文选择手动变速器进行设计，具有重要的现实意义和价值。

因为自动变速器的兴起，国内外关于自动变速器这类新技术的研究相对较多，而关于手动变速器的研究，主要在于缩小手动变速器的体积和减少其制造成本等方面。传统的AT制造工艺中，变速器制造需要高精密的加工机械来进行机加工和装配等操作，这就造成了变速器加工成本的负担和机器需要的操作空间留存等问题。而最近新兴的关于变速器的技术中，对以上问题有所改进。比如，福特/格特拉克设计的变速器中，所采用的换挡机构是滑动直齿轮，其中的一个轴套部件是由激光焊接冲压直接成型的。相比于传统制造方法，这种新技术制造出来的部件更加精确和牢固。另外，Renault公司设计的五档副轴圆型变速器中采用了Electromagnetic Interference的技术，其原理是使用齿轮盘片的激光和摩擦进行焊接，可以保证所设计的机器空间可以足够小，这项技术的主要优点是简单和轻便，仅22公斤的变速箱即可提供140N·m的转矩。另一方面，设计人员也对其齿轮可提供的转矩输出进行了研究设计，提高了齿轮的寿命的和轮齿传动时的低噪声水平^[4]。同时，新兴的手动变速器设计中，倒挡齿轮的换挡机构大多由原来的滑动直齿轮换挡变成了同步器换挡，而此前一般将倒挡主动齿轮设计为和同步器结合为一体，现在一般优化为将倒挡齿轮设计在轴上。

从手动变速器的现状研究中我们可以看出，尽管设计工程师们设法降低变速器的制造成本和空间，手动变速器在设计和使用方面仍存在一些不足之处，因而在设计变速器时，大多都会选择设计后进行优化处理，以期减小体积和质量^[5][6]。相比于自动变速器的复杂结构，手动变速器应该扬长避短，在其结构布置的设计方面下文章，才能在和自动变速器的竞争中取得竞争优势。

1.2设计的基本内容、拟采用的技术方案及措施

1.2.1设计的基本内容

以2015款2.0L两驱经典版本田crv为例，了解机械式手动变速器的基本结构和工作原理。根据crv的驱动形式和主要设计参数等进行分析和选型，按设计要求确定各轴齿轮、轴和轴承等零部件的参数，包括挡数、传动比和齿轮各项参数等，并校核主要零部件的强度，选择适合的同步器并完成同步器的设计。在设计计算的过程中应同步进行样图的绘制，主要包括变速器总装配图和零件图的绘制，最后完成设计说明书。

1.2.2 拟采用的技术方案及措施

本次本田crv手动变速器的设计主要以汽车设计和机械设计中的主要步骤及内容为参考，根据crv车型的实际参数，完成手动变速器的结构选型、参数设计计算和校核等工作。