目录
摘要Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章绪论1
1.1选题目的及意义1
1.2国内外研究现状1
1.3国内外研究方法2
1.4设计内容及方法3
1.5汽车变速器的设计要求4
第2章变速器总体方案设计5
2.1变速器传动机构布置方案分析5
2.1.1变速器选择5
2.1.2档位布置6
2.2倒挡布置方案7
2.3零、部件结构方案分析8
2.3.1齿轮形式8
2.3.2变速器轴承的选择8
2.3.3操纵机构的布置8
2.3.4换挡机构形式9
2.3.5自动脱挡9
2.4本章小结10
第3章变速器的设计与计算11
3.1变速器主要参数的选择11
3.1.1传动比范围11
3.1.2初选中心距13
3.1.3变速器的外形尺寸13
3.1.4齿轮参数选择13
3.2各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算14
3.2.1一挡齿数及传动比的确定14
3.2.2二挡齿数及传动比的确定15
3.2.3计算三挡齿轮齿数及传动比15
3.2.4计算四挡齿轮齿数及传动比16
3.2.5计算五挡齿轮齿数及传动比16
3.2.6计算倒挡齿轮齿数及传动比16
3.3齿轮变位系数选择和螺旋角的修正17
3.3.1计算一挡齿轮变位系数及螺旋角修正18
3.3.2计算二挡齿轮变位系数及螺旋角修正18
3.3.3计算三档齿轮变位系数及螺旋角修正19
3.3.4计算四档齿轮变位系数及螺旋角修正20
3.3.5计算五档齿轮变位系数及螺旋角修正20
3.3.6计算倒档齿轮变位系数及螺旋角修正21
3.4各挡齿轮主要参数的确定22
3.4.1一挡齿轮参数22
3.4.2二挡齿轮参数23
3.4.3三挡齿轮参数23
3.4.4四挡齿轮参数25
3.4.5五挡齿轮参数26
3.4.6倒挡齿轮参数27
3.5齿轮的校核29
3.5.1齿轮材料的选择原则29
3.5.2变速器齿轮的材料及热处理30
3.5.3变速器齿轮弯曲强度校核30
3.5.4齿轮接触应力校核34
3.6本章小结38
第四章轴的设计及轴的强度校核39
4.1轴的结构尺寸设计39
4.2轴的校核40
4.2.1轴的刚度校核40
4.2.2轴的强度校核47
4.3轴承选择与寿命计算50
4.3.1变速器输入轴工作时51
4.3.2变速器输出轴工作时52
4.4本章小结53
第五章变速器同步器及壳体的设计54
5.1同步器的功用及分类54
5.1.1惯性式同步器54
5.2同步器主要尺寸的确定56
5.2.1摩擦因数56
5.2.2同步环主要尺寸的确定57
5.2.3锁止角58
5.3变速器壳体58
5.4本章小结58
第6章变速器操纵机构59
6.1直接操纵手动换挡变速器59
6.2远距离操纵手动换挡变速器59
6.3本章小结60
结论61
参考文献62
致谢63
附录64
附录1 PRO/E实体建模64
附录2英文文献69
附录3文献翻译71
二、设计（）内容、技术要求（研究方法）
主要内容：
1.研究东方之子1.8轿车机械变速器的组成、结构与设计；
2.计算变速器各部件的尺寸参数并进行验证；
3.变速器传动方案设计；
4.变速器关键零部件校核计算；
5.在UG/Proe软件平台上建立零件的等比例物理模型；
6.进行三维零件的虚拟装配（利用部件的链接关系建立部件之间的装配）；
主要技术指标：
1.主减速比4.133
2.最高车速190km/h
3.车重1440kg
4.发动机最大功率97/5750(kw/rpm)
5.发动机最大转矩170/4500(Nm/rpm)
6.轮胎规格205/65R15
7.长宽高4770 1815 1445mm
研究方法：
1.要求研究汽车变速器原理、结构以及设计等基本理论，并将其与机械制图、机械设计、计算机软件等相关知识有机结合、熟练运用；
2.要求运用Pro/E进行主要零件建模与零件装配；
第2章变速器总体方案设计
2．1变速器传动机构布置方案分析
按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线式和综合式的。其中固定轴式应用广泛，有两轴式和三轴式之分，前者多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，而后者多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。
2.1.1变速器选择
（1）两轴式变速器
两轴式变速器如图2-1所示：因轴和轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间档位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时工作噪声校因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易受损。对与前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反；而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向相同。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。除倒挡常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他挡均采用常啮合斜齿轮传动；各挡的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高挡的同步器也可以装在第一轴的后端[1]。
2.3.3操纵机构的布置
1．直接操纵手动换挡变速器
当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动换挡变速器，称为直接操纵变速器。
2．远距离操纵手动换挡变速器
平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器，受总体布置限制变速器距驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种手动换挡变速器称为远距离操纵手动换挡变速器。
3．电控自动换挡变速器
80年代以后，在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换挡时刻的判断，接着自动实现收油门、离合器分离、选
挡、换挡、离合器接合和回油门等一系列动作，使汽车动力性、经济性有所提高，简化操纵并减轻了驾驶员的劳动强度。
由于本设计的变速器为两轴式变速器，采用发动机前置前轮驱动，变速器离驾驶员座椅较近，所以采用直接操纵式手动换挡变速器。
2.3.4换挡机构形式
换档机构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。
直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，初一档、倒档外很少采用。
啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。
采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中[1]。
在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以免齿间冲击和发生噪声。
2.3.5自动脱挡
目前在结构上采取措施比较有效的方案有以下几种：
1.将两接合齿的啮合位置错开，这样在啮合时，使接合齿端部超
过被接合齿约1～3mm。使用中接触部分挤压和磨损。
2.将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下0.3～0.6mm），这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档。
3.将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜2°～3°），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力[7]。
2.4本章小结
本章主要介绍了变速器传动机构和操纵机构的类型，并简要分析各类型机构的优缺点，针对本次设计变速器类型、特点及功用，对变速器的传动机构操纵机构的布置方案，主要零件的形式进行选择，为后期的设计工作打下基矗
