构简单制造低廉，具有高的传动效率η，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般用途的货车和轻型以上的客车为越野车与牵引车为。通常，有级变速器具有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，其前进档位数多达个甚至个。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档。多于个前进档将使操纵机构复杂化，或者需要加装具有操纵机构的副变速器，后者仅用于定行驶工况。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。三轴式和两轴式变速器得到的最广泛的应用。三轴式变速器其第轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第第二轴同心。将第第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮轴承及中间轴均不承载，而第第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此。在齿轮中心距影响变速器尺寸的重要参数较小的情况下仍然可以获得大的档传动比，这是三轴式变速器的另优点。其缺点是处直接档外其他各档的传动效率有所下降。两轴式变速器与三轴式变速器相比，其结构简单紧凑且除最到档外其他各档的传动效率高噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力传动系统紧凑操纵性好且可使汽车质量降低。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。如图所示，两轴式变速器的第二轴即输出轴与主减速器主动齿轮做成体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒档常用滑动齿轮直齿圆柱齿轮外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动个档的同步器多装在第二轴上，这是因为档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难而高档的同步器也可以装在第轴的后端。两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限Ⅰ也受到较大限制,但这缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿轮。后者比直齿轮有更长的寿命更低的噪声，虽然其制造稍复杂些且在工作中有轴向力。因此，在变速器中，除低档及倒档外，直齿圆柱齿轮已经被斜齿圆柱齿轮所代替。但是在本设计中，由于倒档齿轮采用的是常啮式，因此也采用斜齿轮。由于所设计的汽车是发动机前置，后轮驱动，因此采用中间轴式变速器。图图图分别示出了几种中间轴式四，五，六档变速器传动方案。它们的共同特点是变速器第轴和第二轴的轴线在同直线上，经啮合套将它们连接得到直接档。使用直接档，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少因为直接档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命在其它前进档位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离中心距不大的条件下，档仍然有较大的传动比档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮档可以采用或不采用常啮合齿轮传动多数传动方案中除档以外的其他档位的换档机构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构的档也采用同步器或啮合套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换档方式和到档传动方案上有差别。图中间轴式四档变速器传动方案如图中的中间轴式四档变速器传动方案示例的区别图所示方案有四对常啮合齿轮，倒档用直齿滑动齿轮换档图所示传动方案的二，三，四档用常啮合齿轮传动，而档和倒档用直齿滑动齿轮换档。图所示方案，除，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动图所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成个只有四个前进档的变速器。图所示方案中的档倒档和图所示方案中的倒档用直齿滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮。图中间轴式六档变速器传动方案以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么定是档位高的用同步器换档，档位低的用圆周力径向力及轴向力可按下式求出式中至计算齿轮的传动比，此处为三档传动比计算齿轮的节圆直径为节点处的压力角，为螺旋角，为发动机最大转矩，为。代入上式可得。危险截面的受力图为图危险截面受力分析水平面水平面内所受力矩垂直面垂直面所受力矩。该轴所受扭矩为。故危险截面所受的合成弯矩为则在弯矩和转矩联合作用下的轴应力将代入上式可得，在低档工作时，因此有符合要求。轴的刚度校核第二轴在垂直面内的挠度和在水平面内的挠度可分别按下式计算式中,齿轮齿宽中间平面上的径向力,这里等于齿轮齿宽中间平面上的圆周力，这里等于弹性模量，，惯性矩，，为轴的直径为齿轮坐上的作用力距支座的距离支座之间的距离。将数值代入式和得故轴的全挠度为，符合刚度要求。第五章变速器同步器的设计同步器的结构在前面已经说明，本设计所采用的同步器类型为锁环式同步器，其结构如下图所示图锁环式同步器变速器齿轮滚针轴承结合齿圈锁环同步环弹簧定位销花键毂结合套如图，此类同步器的工作原理是换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推啮合套并带动定位销和锁环移动，直至锁环锥面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后，因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在角速度差，致使在锥面上作用有摩擦力矩，它使锁环相对啮合套和滑块转过个角度，并滑块予以定位。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触图，使啮合套的移动受阻，同步器在锁止状态，换档的第阶段结束。换档力将锁环继续压靠在锥面上，并使摩擦力矩增大，与此同时在锁止面处作用有与之方向相反的拨环力矩。齿轮与锁环的角速度逐渐靠近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束，完成换档过程的第二阶段工作。之后，摩擦力矩随之消失，而拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，接合套上的接合齿在换档力的作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合图，完成同步换档。图锁环同步器工作原理同步环主要参数的确定同步环锥面上的螺纹槽如果螺纹槽螺线的顶部设计得窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间的油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强，使磨损加快。试验还证明螺纹的齿顶宽对摩擦因数的影响很大，摩擦因数随齿顶的磨损而降低，换挡费力，故齿顶宽不易过大。螺纹槽设计得大些，可使被刮下来的油存于螺纹之间的间隙中，但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。图中给出的尺寸适用于轻中型汽车图则适用于重型汽车。通常轴向泄油槽为个，槽宽。图同步器螺纹槽形式锥面半锥角摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自锁的条件是。般。时，摩擦力矩较大，但在锥面的表面粗糙度控制不严时，则有粘着和咬住的倾向在时就很少出现咬住现象。本次设计中采用的锥角均为取。摩擦锥面平均半径设计得越大，则摩擦力矩越大。往往受结构限制，包括变速器中心距及相关零件的尺寸和布置的限制，以及取大以后还会影响到同步环径向厚度尺寸要取小的约束，故不能取大。原则上是在可能的条件下，尽可能将取大些。本次设计中采用的为。锥面工作长度缩短锥面工作长度，便使变速器的轴向长度缩短，但同时也减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。设计时可根据下式计算确定设计中考虑到降低成本取相同的取。同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径样，同步环的径向厚度要受机构布置上的限制，包括变速器中心距及相关零件特别是锥面平均半径和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步环的径向厚度必须保证同步环有足够的强度。轿车同步环厚度比货车小些，应选用锻件或精密锻造工艺加工制成，可提高材料的屈服强度和疲劳寿命。货车同步环可用压铸加工。段造时选用锰黄铜等材料。有的变速器用高强度，高耐磨性的钢配合的摩擦副，即在钢质或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀层钼厚约，使其摩擦因数在钢与铜合金摩擦副范围内，而耐磨性和强度有显著提高。也有的同步环是在铜环基体的锥空表面喷上厚的钼制成。喷钼环的寿命是铜环的倍。以钢质为基体的同步环不仅可以节约铜，还可以提高同步环的强度。本设计中同步器径向宽度取。锁止角锁止角选取的正确，可以保证只有在换档的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换档。影响锁止角选取的因素，主要有摩擦因数擦锥面的平均半径锁止面平均半径和锥面半锥角。已有结构的锁止角在范围内变化。本次设计锁止角取。同步时间同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。除去同步器的结构尺寸，转动惯量对同步时间有影响以外，变速器输入轴，输出轴的角速度差及作用在同步器摩擦追面上的轴向力，均