5+1档轿车手动变速箱设计【说明书+CAD+三维+动画】.zip

5+1 档轿车手动变速箱设计说明书 - 1 - 符符 号号 说说 明明 汽车总质量 kgm 重力加速度 N/kgg 道路最大阻力系数 max 驱动轮的滚动半径 mm r r 发动机最大扭矩 Nm maxe T 主减速比 0 i 汽车传动系的传动效率 一档传动比 gI i 汽车满载载荷 N 2 G 路面附着系数 第一轴与中间轴的中心距 mmA 中间轴与倒档轴的中心距 mm A 第二轴与中间轴的中心距 mm A 中心距系数 A K 直齿轮模数m 斜齿轮法向模数 n m 齿轮压力角 斜齿轮螺旋角 齿轮宽度 mmb 齿轮齿数 x Z 齿轮变位系数 齿轮弯曲应力 MPa W 齿轮接触应力 MPa j 齿轮所受圆周力 N t F 轴向力 N a F 径向力 N r F 计算载荷 Nm g T 应力集中系数 K 5+1 档轿车手动变速箱设计说明书 - 2 - 摩擦力影响系数 f K 齿轮材料的弹性模量 MPaE 重合度影响系数 K 主动齿轮节圆半径 mm z r 从动齿轮节圆半径 mm b r 主动齿轮节圆处的曲率半径 mm z 从动齿轮节圆处的曲率半径 mm b 扭转切应力 MPa T 轴的抗扭截面系数 T W 3 mm 轴的材料的剪切弹性模量 MPaG 轴截面的极惯性矩 P I 4 mm 垂直面内的挠度 mm c f 水平面内的挠度 mm s f 5+1 档轿车手动变速箱设计说明书 - 3 - 前前 言言 现在，每当人们观看 F1 大赛，总会被那种极速的感觉所折服。此刻，大家似 乎谈论得最多的就是发动机的性能以及车手的驾驶技术。而且，不忘在自己驾车 的时候体会一下极速感觉或是在买车的时候关注一下发动机的性能，这似乎成为 了横量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一颗“健康的心”是非常重要的， 因为它是动力的缔造者。但是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器。 从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（MT） 、 自动变速器（AT） 、手动/自动变速器（AMT） 、无级变速器（CVT） 。 一、手动变速器(MT) 手动变速器（Manual Transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定 的，所以各档的变速比是个定值(也就是所谓的“级” )。比如，一档变速比是 3.85,二 档是 2.55,再到五档的 0.75,这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有 5 个值(即有 5 级)，所以说它是有级变速器。 曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变 速器会在不久“下课” ，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前市 场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。 首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代 的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力” ， 除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有 “劲” ，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它 的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性， 但这些特点尚不具备。 其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从 我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历郊 深的司机都是“手动”驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如 果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已非 常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带 来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速 器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济 适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。 5+1 档轿车手动变速箱设计说明书 - 4 - 第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶 级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经 济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、 奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车，它们的各款车型基本上 都是 5 档手动变速。 二、自动变速器（AT） 自动变速器（AutomaticTransmission） ，利用行星齿轮机构进行变速，它能根 据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制 车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但自动变速器中有很多离合器，这些 离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。 在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户 希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时 快乐的感觉。在高速公路上，这是个体现地非常完美。而且，以北京市来说，现 在的交通状况不好，堵车是经常的事情，有时要不停地起步停步数次，司机如果 使用手动档，则会反复地挂档摘档，操作十分烦琐，尤其对于新手来说更是苦不 堪言。使用自动档，就不会这样麻烦了。 在市场上，此类汽车销售状况还是不错的，尤其是对于女性朋友比较适合， 通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普及这种车型，关键要解决的是路况问 题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。 三、手动/自动变速器（AMT） 其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传统的手动变速器，而且在 某些时候也需要自动的感觉。这样手动/自动变速器便由此诞生。这种变速器在德 国保时捷车厂 911 车型上首先推出，称为 Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于 传统的自动档束缚，让驾驶者也能享受手动换档的乐趣。此型车在其档位上设有 “+” 、 “-”选择档位。在 D 档时，可自由变换降档(-)或加档(+)，如同手动档一样。 自动手动变速系统向人们提供两种驾驶方式为了驾驶乐趣使用手动档， 而在交通拥挤时使用自动档，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。 笔者曾在上面提到，手动变速器有着很大的使用群体,而自动变速器也能适应女士 群体以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些夫妻双方均会驾车的家庭来说， 可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档” 。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含 5+1 档轿车手动变速箱设计说明书 - 5 - 量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如广州本田飞度 1.3L CVT 两厢、 南京菲亚特 2004 派力奥 1.3 HL Speedgear、南京菲亚特 西耶那 Speedgear EL 这些 “二合一”的车型价格均在 10 万元左右，这个价格层面还比较低的。 所以， 手动/自动车在普及上还是具有相当的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该 以此为契机，根据市场要求精心打造此类变速器。因为这类变速器是有比较广阔 的市场的。 四、无级变速器 当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高 的。汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的“最高境界” 。 无级变速器最早由荷兰人范多尼斯（VanDoornes）发明。无级变速系统不像 手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速， 其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然 换档” 、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友将自动变速器称为无级变速器， 这是错误的。虽然它们有着共同点，但是自动变速器只有换档是自动的，但它的 传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有 27 个档。而无级变 速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的 “档” 。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。 从市场走向来看，虽然无级变速器是一个技术分量比较高的部件，但是也已 经走进了普通轿车的“身体” 之中，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了 CVT 无级变速器，既方便又省油，且售价也仅在 9.6811.68 万元。而且奇瑞汽车销售 公司表示 QQ 无级变速器型年底上市。看来无级变速器在中档车中的运用将越为广 泛。 本设计是根据东方之子 1.8L 手动豪华车型而开展的，设计中所采用的相关参 数均来源于此种车型： 主减速比：4.782 最高时速：190km/h 轮胎型号：205/65R15 发动机型号：SQR481FC 最大扭矩：170Nm/4500 最大功率：95kw/5750 最高转速：6000r/min 奇瑞东方之子 1.8L 豪华型 5+1 档轿车手动变速箱设计说明书 - 6 - 第一章第一章 机械式变速器的概述及其方案的确定机械式变速器的概述及其方案的确定 1.1 变速器的功用和要求 变速器的功用是根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机的扭 矩和转速，使汽车具有适合的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有利的工况 范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离，变速器具有倒档 和空档。在有动力输出需要时，还应有功率输出装置。 对变速器的主要要求是： 1. 应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车 载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足 这一要求。 2. 工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱 档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵 轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动 换档来实现。 3. 重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质 钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴 承可以减小中心距。 4. 传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度 和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。 5. 噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚 性可减小齿轮的噪声。 1.2 变速器结构方案的确定 变速器由传动机构与操纵机构组成。 5+1 档轿车手动变速箱设计说明书 - 7 - 1变速器传动机构的结构分析与型式选择 有级变速器与无级变速器相比，其结构简单、制造低廉，具有高的传动效率 （=0.960.98） ，因此在各类汽车上均得到广泛的应用。 设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围、档位数 及各档的传动比，因为它们对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。 传动比范围是变速器低档传动比与高档传动比的比值。汽车行驶的道路状况 愈多样，发动机的功率与汽车质量之比愈小，则变速器的传动比范围应愈大。目 前，轿车变速器的传动比范围为 3.04.5；一般用途的货车和轻型以上的客车为 5.08.0；越野车与牵引车为 10.020.0。 通常，有级变速器具有 3、4、5 个前进档；重型载货汽车和重型越野汽车则 采用多档变速器，其前进档位数多达 616 个甚至 20 个。 变速器档位数的增多可提高发动机的功率利用效率、汽车的燃料经济性及平 均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但采用手动的机械式操纵 机构时，要实现迅速、无声换档，对于多于 5 个前进档的变速器来说是困难的。 因此，直接操纵式变速器档位数的上限为 5 档。多于 5 个前进档将使操纵机构复 杂化，或者需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于一定行驶工况。 某些轿车和货车的变速器，采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速档。采 用传动比小于 1（0.70.8）的超速档，可以更充分地利用发动机功率，降低单位行 驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传 动比为 1 的直接档比较，采用超速档会降低传动效率。 有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力的齿轮副数 目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精 度、刚度等。 三轴式和两轴式