摘 要

发动机作为汽车三大件之一，发挥着无可替代的作用。为了使发动机在最有利的工况范围内工作，可以通过改变传动比来达到这一要求，也能让汽车在各种路况下获得比较理想的行驶车速。

有时候，需要汽车用相当低的恒定车速行驶，但单纯地依靠内燃机是不能达到这种行驶条件的，与之相比，变速器则能是汽车达到这种状况。在实际工作中，汽车应该不仅仅只有前进行驶功能，还要具有倒退的功能，所以倒挡的设置就是必不可少的了；汽车在起动发动机、停车和滑行的时候，如果想让发动机与传动系时在较长时间的时间内保持分离的状况，可以将汽车挂在空挡。

本文研究并设计了一种机械式六速变速器，阐述了传动的工作原理，对每对齿轮的齿数及其他参数作了详细的计算，并且还分别对齿轮和轴类零件进行了强度校核，确保设计满足所需的要求。其他零件则根据相应的尺寸标准进行选型设计。

关键词：机械式变速器、传动比、齿轮、同步器

Abstract

As one of the three major parts of automobile, engine plays an irreplaceable role. In order to make the engine work in the most advantageous working conditions, this requirement can be achieved by changing the transmission ratio, and the vehicle can also get a better driving speed under various road conditions.

Sometimes, a car is required to drive at a fairly low constant speed, but this condition cannot be achieved by relying solely on the internal combustion engine. In contrast, the transmission can be achieved by the car. In practical work, the car should not only have the function of moving forward, but also have the function of retrogression, so the setting of reverse gear is indispensable; when starting the engine, parking and taxiing, if you want to keep the engine and transmission separated for a long time, you can hang the car in neutral.

This paper studies and designs a mechanical six-speed transmission, expounds the working principle of the transmission, calculates the number of teeth and other parameters of each pair of gears in detail, and checks the strength of gears and shaft parts respectively to ensure that the design meets the requirements. Other parts are selected and designed according to the corresponding size standards.

Key words: mechanical transmission；transmission ratio；gear；synchronize

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1 国内外研究现状 1

第2章 总体方案设计 3

2.1 汽车参数的选择 3

2.2 传动机构布置方案分析 3

2.2.1 固定轴式变速器 3

2.2.2 倒挡布置方案 4

2.3 零部件结构方案分析 5

2.3.1 齿轮形式 5

2.3.2 换挡机构形式 5

2.3.3变速器轴承 6

第3章 变速器结构设计 7

3.1 挡数 7

3.2 各档传动比的确定 7

3.2.1 主减速器传动比的确定 7

3.3.2 最低档传动比计算 7

3.3.3 各档传动比的选定 8

3.3.4 中心距的选择 9

3.4 齿轮参数 9

3.4.1 模数的选取 9

3.4.2 压力角α 9

3.4.3 螺旋角β 9

3.4.4 齿宽b 10

3.4.5 齿顶高系数 10

3.5 各挡齿轮齿数的分配 10

3.5.2 对中心距进行修正 10

3.5.3 确定常啮合传动齿轮副齿数及变位系数 11

3.5.4 计算其余常啮合齿轮的齿数 11

3.5.5 变位系数及倒挡齿轮齿数的确定 12

第4章 变速器的校核 13

4.1 齿轮的损坏形式 13

4.2 齿轮强度计算 13

4.2.1 各轴的转矩 13

4.2.1 齿轮弯曲强度计算 13

4.2.2 校核轮齿的接触应力 15

4.3 轴的结构尺寸设计 16

4.3.1 初选轴径 16

4.4 轴的强度验算 17

4.4.1 轴的刚度的计算 17

4.4.2 轴的强度的计算 20

第5章 同步器的设计 24

5.1 锁环式同步器结构 24

5.2 锁环式同步器工作原理 24

5.3 锁环式同步器主要尺寸的确定 24

5.4主要参数的确定 25

第6章 操纵机构与箱体的设计原则 27

6.1操纵机构的选择 27

6.2箱体设计的原则 27

第7章 总结 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪 论

1.1研究背景

进入二十一世纪以来，科技水平得到了很大的发展，当然汽车行业也不例外。随着人们对汽车功能多样化的需求的增加，汽车不在仅仅是为了出行的一种代步工具，而是有了更广泛的作用，甚至还具有收藏价值。作为一种常用的商用车,货车在现代社会中有着谁也不能替代的作用。随着对商用车的功能和性能的要求逐渐提高，对商用车变速器有了更高的要求和应用。如今的社会，资源成了相当重要的东西，为了减少能源的浪费，节源是现代汽车要满足的一个重要特点。所以这使得变速器的结构尺寸应该比较紧凑，不仅要让体积变得更小，还要使得重量比较轻便。

变速器的优化设计不仅与汽车是否能够平稳换档有关,它关系到行车过程中的安全性。通过汽车变速器的设计中,关键元件的设计方法进行了研究和分析,以便改善和提高汽车的机械传动,它提供了一个有用的参考的相关技术人员,研究了汽车的整体性能传输和确定未来的研究方向。

1.2国内外研究现状

载货汽车分为轻型、中型、重型三种。许多国家都有其各自的分类方法和标准。随着发展的不断进步，人们在运输货物的量的提高，以及现代公路能承受比以往更多的重量而不会损坏，所以很多国家放宽了对轴重和车辆总重量的限制,也因为这样，出现了更多的吨位很大的货车。在城市中，为了让比较小的货物能够得到更加快捷的运输，轻型货车也在不断地设计开发之中。未来载货汽车必然是趋于专用化发展，专用运输车的占比将会提高。

如今，全球重型变速器仍以欧洲和美国为代表，欧洲手动变速器全部为带同步器、单中间轴加行星齿轮结构，近期欧洲以采埃孚为代表的变速器供应商已开始采用双中间轴技术进行重型变速器，以满足大马力发动机和车辆布局的要求。北美手动变速器仍然基于伊顿公司的双中间轴异步技术，适用于北美发达的公路运输和熟练的驾驶员驾驶要求。

当今中国社会，在重型变速器使用的种类中，MT变速器仍处于领先地位，占有着更多的市场。随着国内经济的和科技的持续发展，12速和12速变速器的传动研究受到了制造商的广泛关注。近年来，重型商用车均以配备12速变速器。中国重汽、解放、东风系列的重型汽车都推出了配置有12档、16档的新车型。此外，自动化也是重型传动的主要发展方向，由于重卡对操作性、舒适性等方面有了更高的要求，所以在重卡动力升级中，除了12、16档位不断有新产品产生之外，自动换挡装置已经出现。当前，能够实现自动换挡操作方面的变速器为ATM，其已经成为我国重卡研究的主要领域。

当然，在商用车辆中，也有使用AT变速器的车辆，比如在很多的公交车上都配备有它,它能够使驾驶更加轻松，给乘客带来更好的舒适感，同时它发生故障的几率也比较低等等。但是，在车辆行驶过程中，它会产生更多的油耗，也因此产生更多的成本，这是它未能广泛推广的重要原因。在这种情况下,AMT变速器就有了相当突出性能优点，二者对比可以发现，AMT变速器能带来更好的乘坐舒适性，在行驶过程中，它也能更多地减少驾驶操作频率。而且，AMT变速器有着更低的价格，消耗的燃料也更少，所以AMT变速器逐渐广泛运用在公交车中。不论是AT还是AMT变速器,各种产品都看好公交车市场,相信商用车的自动变速器将在大中型客车领域取得突破。在中型和重型卡车中,AT传动装置较少，因为传动效率低，价格高。基于机械传动的AMT广泛用于中型和重型卡车。由于AMT有着许多优异的性能，所以在中重型卡车的使用中的比例越来越大。

第2章 总体方案设计

2.1 汽车参数的选择

主要技术参数如表2.1：

表2.1 变速器参数表

2.2 传动机构布置方案分析

在现代汽车中，更多的是使用三轴式变速器，两轴式变速器通常在前轮驱动前轮驱动发动机中使用。

2.2.1 固定轴式变速器

大多数现代汽车使用固定轴传动，其中使用最多的是两轴式轴和中间轴式传动。在进行汽车变速器的设计时，究竟采用哪种合适的方案，除了汽车总布置的要求外，还要考虑以下几个方面：

顾名思义，从两轴式变速器的名称可以得知，它的前进挡的动力传递是采用两根轴来实现的，正因为如此，它有着更为简单直观的结构，它拥有更小的尺寸，在安装时也比较方便。而且，在进行动力传递的时候，它有着更高的传动效率，同时产生更小的噪声。但它有个很大缺点就是没有直接档，因此当处于比较高的挡位工作时，由于齿轮和轴承均承载，这会产生更大的噪声，还会使得零件寿命降低。

与两轴式变速器不同的是，中间轴类型变速器可以被设计成直接挡，当行驶过程中处于该档时，变速器的齿轮和轴承都不会承载，发动机转矩通过变速器第一轴和第二轴直接输出。在直接挡时，变速器的传动效率会达到90％，产生的噪音也会变得非常小。在除直接档以外，中间轴变速器的其它齿轮的在工作时传递效率略微降低，这是它的缺点。对于本文使用的设计，采用如图2.1所示的传动方案。

图2.1　中间轴式变速器传动方案

2.2.2 倒挡布置方案

图2.2是比较普遍的布置方案。对于四档轿车和轻型货车，且前进档都是同步器换档的变速器，一般用图2.2（a）方案；图2.2（b）中的方案，它的中间轴的长度相较于其他方案得到了一定的减短。但是必须两对齿轮同时完成啮合才能让换档工作得以顺利进行，那么这将会让换档过程变得不容易发生，因此它一般不会运用在轿车的变速器中；图2.2（c）方案的倒档速比相比较而言是比较大的，但是它的不足之处也是很明显的，那就是在换档过程中，它的零件的运动次序是不符合一般规律的；正因为上述原因，所以在货车变速器中常常采用图2.2（d）方案；为了让中间轴的长度变短，还可以设计为图2.2（e）方案；图2.2（f）方案全部齿轮副都设计为常啮合齿轮，这能让驾驶人在进行换档时，能够感觉更加省力，同时也能更顺利地进行；变速箱内的空间是有限的，为了能够更加合理地运用，有的货车采用图2.2（g）方案，但是该方案也有它的不足之处，那就是驾驶人进行换挡操作时，会感觉更加繁琐，也更费力。

图2.2　倒档布置方案

2.3 零部件结构方案分析

2.3.1 齿轮形式

变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。

相对于与直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮的生产过程是更加复杂的并且在运动时会产生轴向力；但是，它能够使用更长的时间，当处于工作转态的时候，它有着更加稳定的运动，产生的噪声也很小。在变速器齿轮形式的选择中，斜齿圆柱齿轮通常使用在常啮合齿轮中，尽管这会增加的公共同步齿轮的数量和增加的传输的惯性质量和力矩，直齿圆柱齿轮一般在低挡和倒挡中使用。

所以在本次设计中，除一档和倒挡使用直齿圆柱齿轮外，其余均使用斜齿圆柱齿轮。

2.3.2 换挡机构形式

变速器的换挡机构有三种形式：直齿滑动齿轮，啮合套和同步器换挡。汽车行驶的过程中，每个挡位的齿轮之间有着各自的的角速度。如果用第一种形式进行汽车的换挡工作，那么在啮合轮齿的端面上，将会造成一定的冲击，而且在此过程中会伴有噪声的出现，这就会使得齿轮更快地出现损坏，并且使得驾驶人员产生焦虑的情绪。

在汽车行驶过程中，变速器处于工作状态，第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，此时可以通过啮合套的运动进行换挡的操作。在这个时候，齿轮将有更多的齿数受到冲击载荷的作用。另外，作为啮合套筒和恒定啮合齿轮增加传输增大转动部分的总转动惯量。

因此，目前，这种换档方法只适用于某些齿轮，这些齿轮受到的载荷比较小，比如一些重型的商用车。这是因为重型商用车有比较小的公比，因此采用啮合套换挡，不仅能够节约材料的成本，还能使总体机构的长度得到进一步的缩短。

同步器的运用能够确保变速器快速完成换挡工作，在此过程中不会产生冲击和噪音，这使得汽车的加速性变得更好，让汽车有更好的燃油经济性，驾驶过程的安全保障也得到很大的提高。同上述两种换挡方法相比，虽然同步器更加复杂、需要比较高的精密程度、且有更大的尺寸，但仍然有很多汽车会使用它的。

2.3.3 变速器轴承

变速器轴承常采用圆柱滚子轴承，球轴承，滚针轴承，圆锥滚子轴承，滑动轴套等。至于在什么地方应当采用哪种形式的轴承，是受结构制约并根据其承受的负载特性而变化。

在变速器中，常常会用到圆锥滚子轴承，因为它们的直径比较小，而且有更大的宽度尺寸，也能承受更大的负荷，但它们进行预紧的操作，并且在进行装配时，它们的操作过程比较复杂，在运动过程中会产生磨损，这会导致轴难以保持水平，并且还对齿轮的啮合造成一定的影响。

对于不是固定的连接的齿轮和轴，通常情况下会采用滚针轴承和滑动套筒，并且二者在运动时，不能相对静止，而是应该具有相对运动才行。滚针轴承在运动时，产生的滚动摩擦比较小，因而造成的磨损比较小，所以有比较高的传动的效率，径向配合方面，形成的空隙比较小，而且方便定位，同时还有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套与它对比起来就刚好相反，它有着更大的间隙，在进行运动的时候容易产生磨损，还会产生比较大的噪音，但它的好处是制造的工艺流程比较简单，花销少。

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