摘 要

汽车变速器在汽车传动系统中占据着重要的位置。变速器能够使汽车的驱动力和车速在很大的范围内变化，还能够使汽车能倒退行驶、中断动力传输。

本次设计任务的主题为家用小型车手动变速器，变速器为五挡三轴式变速器，采用惯性式同步器换挡，一挡和倒挡采用直齿圆柱齿轮轮，其余传动齿轮均为斜齿圆柱齿轮轮，从而使变速器的寿命延长，噪声降低，使换挡轻便、灵活。

本次设计内容包括：1.变速器传动方案的布置，2.变速器主要参数的选择，3.传动齿轮的设计与计算，4.输入轴、输出轴、中间轴的设计与校核，5.同步器设计，6.变速器操作机构设计。

本次设计利用三维建模软件CATIA对变速器进行了三维建模，同时利用AUTOCAD绘制平面图。绘制了变速器平面装配图和大量零件图，进行了数据标注。并用ADAMS软件对变速器进行了运动仿真分析。

关键词：变速器；齿轮；同步器；操作机构

Abstract

Automotive transmissions occupy an important position in the automotive transmission system. The transmission can change the driving force and speed of the car over a wide range, and it can also enable the car to run backwards and interrupt power transmission.

The theme of this design task is a manual transmission for small family vehicles. The transmission is a five-speed three-axle transmission. The inertial synchronizer is used to shift gears. The spur gear wheel is used for one gear and reverse gear, and the rest of the gears are helical cylinders. Gear wheel, so that the life of the transmission is extended, the noise is reduced, making the shift light and flexible.

This design includes: 1. Transmission transmission layout, 2. Selection of transmission main parameters, 3. Design and calculation of transmission gear, 4. Design and check of input shaft, output shaft and intermediate shaft, 5. Synchronization Design, 6. Transmission operating mechanism design.

This design uses three-dimensional modeling software CATIA to perform three-dimensional modeling of the transmission, while using AUTOCAD to draw a plan. The plane assembly drawing of the transmission and a large number of parts drawings are plotted and the data is marked. The ADAMS software was used to analyze the motion of the transmission.

Key Words：transmission；gear；Synchronizer；Operating mechanism

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计任务 1

1.2 手动变速器的应用与发展 1

1.3 变速器的形式 2

第2章 变速器总体方案设计 3

2.1 变速器的性能要求 3

2.2 变速器的结构方案 3

2.2.1 齿轮形式 3

2.2.2 轴承形式 4

2.2.3换挡结构形式 4

2.3 变速器的传动方案 4

2.4 本章小结 5

第3章 变速器主要参数的选择与主要零件的设计 6

3.1 挡数和传动比 6

3.2 中心距 7

3.3 齿轮模数 7

3.4 齿轮参数 8

3.5 确定各挡位传动比及其齿轮齿数 9

3.5.1 确定一挡齿轮的齿数 9

3.5.2 确定常啮合齿轮副的齿数 9

3.5.3 确定其他挡位的齿数 10

3.5.4 确定倒挡齿轮齿数 10

3.6 本章小结 11

第4章 变速器齿轮的计算与强度校核 12

4.1 变速器齿轮的几何参数计算 12

4.2 计算与校核齿轮的强度 14

4.2.1 齿轮弯曲应力计算 14

4.2.2 齿轮接触应力计算 16

4.3 变速器齿轮的材料及热处理 18

4.4 本章小结 18

第5章 计算与校核变速器轴的强度 19

5.1 变速器轴的结构和尺寸 19

5.1.1 设计轴的结构 19

5.1.2 轴的尺寸的确定 19

5.2 轴的校核 20

5.2.1 输入轴的强度与刚度校核 20

5.2.2 校核输出轴的强度与刚度 21

5.3 本章小结 23

第6章 操作机构设计 24

第7章 ADAMS运动仿真分析 25

7.1 五挡传动仿真 26

7.2 一挡传动仿真 27

7.3 倒挡传动仿真 28

第8章 结论 29

致谢 29

中外参考文献 30

第1章 绪论

1.1 设计任务

本次设计的设计任务是家用小型车手动变速器设计，要求变速器结构紧凑、造价低廉、换挡轻便。变速器在汽车传动系统中占据着重要的位置。变速器能够改变传动比、中断动力传递、使汽车有倒退行驶的功能。本次设计中采用的参数为：

表1-1 设计参数表

1.2 手动变速器的应用与发展

近些年来，乘用车的年销量飞速增长，乘用车变速器的需求量也越来越大。2017年中国手动挡乘用车的销量超过千万台。在今天的中国，各个城市的路况越来越拥堵，堵车时汽车缓慢通行的情况下，手动挡汽车起步、换挡操作繁琐的缺点显得非常突出。因此，目前国内乘用车市场上，自动挡车型占据的市场份额远高于手动挡车型，同时每年也在一步步蚕食手动挡车型的份额。但是在汽车工业高度发达的欧美地区，手动挡车型在市场上占据着很大一部分份额，手动挡车型深受欧美驾驶者的喜爱。这显示出，手动挡车型给驾驶者带来的操控刺激感与满足感是自动挡车型所无法比拟的，许多消费者追求的就是这一点，同时手动挡车型具有更好的燃油经济性，价格更便宜，这些都是手动挡车型的优势所在。当今中国，每年都有大量的人学车，绝大多数人开始学车时，学习的就是手动挡车型的操作方法，对手动变速器的操作也都十分熟悉，手动挡车型在中国未来可期。

1.3 变速器的形式

变速器的形式多种多样。按照传动比变化方式，变速器可分为：有级式、无级式和综合式三种。按照操纵方式不同，变速器又可分为：手动操纵式、自动操纵式和半自动操纵式三种。目前，汽车上广泛采用的变速器形式为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、电脑控制液力换挡机械式变速器（AMT）、CVT无级变速器、双离合变速器（DCT）、序列变速器^[10]。

在乘用车市场上，双离合变速器应用最为广泛，大多数汽车生产厂商都在其自动挡车型上配备双离合变速器。而以本田、丰田为代表的日系汽车生产厂商则在其车型上配备CVT无极变速器，AT变速器也广泛配备于自动挡车型上。

第2章 变速器总体方案设计

2.1 变速器的性能要求

在本次设计的变速器中，要使变速器的结构简单、紧凑；驾驶员换挡轻便；同时维修要简单。此外变速器的性能还要有以下几点：