机械式四挡变速箱设计

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离。需要时还应有动力输出的功能。

为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出如下基本要求：

1） 应正确选择变速器的档数和传动比，保证汽车有必要的动力性和经济性指标；

2） 设置空档和倒档，保证发动机与驱动轮能长期分离，使汽车能进行倒退行使；

3） 换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性能；目前有发展自动、半自动和电子操纵机构的趋势；

4） 工作可靠。汽车行使过程中，变速器不得有跳档、乱档冲击等现象发生；

此外，变速器还应当满足效率高、噪音低、体小质轻、制造容易、成本低等要求。

变速器由变速传动机构和操纵机构组成。

1.变速器传动机构的方案分析

根据前进挡数的不同，变速器有三、四、五和多档几种。根据轴的形式不同分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者分为两轴式、中间轴式、两中间轴式和多中间轴式变速器。

固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器 多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，中间挡位传动效率高和噪声低等优点。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，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。

发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案，其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他挡位均用常啮合齿轮传动；各档的同步器多数装在输入轴的后端。

中间轴式四，五，六挡变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接挡。使用直接挡，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一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率高于其它挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，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，一挡仍然有较大的传动比；挡位高

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的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在挡数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到档传动方案上有差别。

2 .变速器零、部件结构方案分析

1.齿轮型式

变速器分斜齿和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮虽然制造时复杂、工作时有轴向力，但因其使用寿命长、噪音小而仍然得到广泛的使用。直齿圆柱齿轮用于低档和倒档。

2.换档结构型式

变速器换档结构型式有直齿滑动齿轮、啮合套、同步器等三种。

汽车行驶时各档齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动齿轮方法换档，会在齿轮端面产生冲击，并伴有噪音。这使齿轮端面磨损加剧并过早损坏。同时使驾驶员精神紧张，而换档时的噪音又使汽车的舒适度减低。只有驾驶员用熟练的技术，使齿轮换档时无冲击，才能克服上述缺点。但是，该瞬间驾驶员注意力被分散，影响行使安全性。因此尽管这种换档方法结构简单。除一档、倒档外已很少使用。

由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮啮合状态，所以可用啮合套换档。这时，因同时承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换档。它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的惯性力矩增大。因此，这种换档方法，目前只在某些要求不高的档位大货车变速器上使用。

使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，而与操作技术熟练程度无关，从而提高汽车的加速性、经济性、和行驶安全性。同上述两种换档方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大、同步环使用寿命较短等缺点，但仍然得到广泛的应用。 轴承形式

过去，变速器轴的支撑广泛用滚珠轴承。近来，变速器的设计趋势是增大其转递功率与质量之比，并要求它有更大的容量和更好的性能，而上述轴承型式已不能满足对变速器可靠性和寿命提出的要求，故使用圆锥滚柱轴承的增多。

3.其他问题

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因为变速器在低档工作时有较大的力，所以典型的中间轴式变速器的低档，布置在靠近后支撑处，然后按照从低档到高档顺序不止各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，有能保证容易装配。多数情况下，中间轴和第二轴及凄伤的零部件是通过变速器壳体上方孔口设计在变速器壳替下方或者侧面。第一轴上的齿轮外径，应该比壳体前壁轴承孔的尺寸小，因为它要经过该孔装。

变速器整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。对于典型的中间轴式变速器，通过控制轴的长度既控制档数，可以作到有足够的刚性。通常壳体是整体的，有些地方设计有加强筋。壳体前或后壁轴承孔之间的连接部分应当留有足够的尺寸。内装操纵机构的变速器盖，用螺栓固定到壳体上，装配后的变速器结构刚度，还与该螺栓的扭紧程度有关。

3.变速器操纵机构

变速器的操作结构，应满足如下主要要求：换档时只能挂入一个档；

防止误挂倒档；换档后应使齿轮在全齿长啮合，并防止自动脱档。 1）直接操纵

依靠手力换档的变速器成为手动变速器称为手动变速器。是最简单的换档方案，已得到广泛的应用。其优点是减少了变速叉轴，各档同一组用一组自锁装置，因而使操作机构简化。 2）远距离操纵

受总布置限制，有些车辆变速器距驾驶员坐椅较远，此外，换档时力需通过转换机构才能完成换档功能，这种手动换档称为远距离操纵变速器。这种结构复杂，且在撞车时直接驾驶员的安全，故新车设计中这种结构已不多见。

1变速器主要参数选择

1.1一档齿轮齿数的确定

设计轿车四档变速器，已知：发动机输出功率p=80千瓦，转速n=4800r/min，载荷平稳，可靠性一般。 确定一档齿轮齿数： 一档传动比

i?=

Z2Z7Z1Z8

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取中间轴一档的齿数

轿车中间轴式变速器一档传动比i=3.5～3.8时，货车在12～17个齿之间选用。由于所设计为一般轻形轿车，载荷平稳、可靠性要求一般。所以选择一档齿轮传动比i=3.6、一档主齿轮齿数Z8=15。 取变速器模数m

选取齿轮模数，要保证齿轮有足够的强度，同时兼顾它对噪声和质量的影响。减少模数，增加齿宽会使噪音减低，反之则能减轻变速器质量。 减低噪音对轿车有较大意义，减轻质量对货车比较重要。 直齿轮模数m与弯曲应力σω之间有如下关系： m=32Tgkfk??Zkcy??2?12

80 =3?9.55?10?648003.14?15?1?1?400?1.1?1.65 =2.48 （取k=1） Tg=Temax

21 Temax=9.55?106?pn

式中Tg——计算载荷，为N2mm;

Kf——摩擦力影响系数，主动齿轮和被动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不

同，对弯曲应力影响也不同；主动齿轮Kf=1.1，被动齿轮Kf=0.9；

K?——应力集中系数，可以近似取K?=1.65； Z——齿轮系数； Kc——齿宽系数； Y——齿形系数；

σω——弯曲应力，当计算载荷Tg取作发动机最大转；

一档倒直齿轮许用弯曲应力在400～850N/mm2，货车可取下数。 所取模数值应符合JB111-60规定的值，所以取模数m=2.5

1.2中心距A的选择

要选中心距（A为mm）时，可根据下式计算： A=k3T1max? =9.0?3T1max

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