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畢 業(yè) 設 計（論文）
說 明 書
專業(yè)班次： 04機電工程
姓 名：
陽泉職業(yè)技術學院
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）題目
機電 系（部）年級專業(yè) 機電工程 姓名 丁偉
設計（論文）題目：
機械式四檔變速器
設計開始時間：07年3月12日
設計結束時間：07年6月10日
設計指導人：
教研室主任：
系 主 任：
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）評閱書
題目：
機械式四檔變速器
機電 系（部）年級專業(yè)04機電工程 姓名
評閱意見：
成績：
指導教師：
職 務：
年 月 日
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）答辯評定書
年級專業(yè)班級：04機電工程（1）班 姓名： 丁偉
答辯過程
問題提問
回答情況
記錄員：
成績評定
指導教師
答辯小組
綜合成績
專業(yè)答辯組組長：
年 月 日
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）任務書
畢業(yè)設計（論文）題目：
機械式四檔變速器設計
畢業(yè)設計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：
1. 發(fā)動機額定功率級最高轉速：80KW，4800r/min;
2. 變速器的參數(shù)選擇.
（1） 中心距A的選擇.
（2） 變速器軸向尺寸，四檔(3.0～3.4)A
（3） 軸的直徑d.
（4） 齒輪參數(shù).
（5） 各檔齒輪齒數(shù)的分配.
3.變速器傳動簡圖.
畢業(yè)設計（論文）主要內(nèi)容：
1. 變速器傳動系統(tǒng)的總體設計.
2. 傳動系統(tǒng)的設計.
3. 軸 齒輪的加工.
學生應交出的設計文件（論文）：
1、設計說明書一份。
2、總裝配圖一張。（O號）
3、組件圖一張。（1號）
4、零件圖兩張(手工繪制)。（2號）
主要參考文獻（資料）：
⑴ 李澄. 機械制圖. 高等教育出版社出版；
⑵ 卜炎. 機械設計傳動裝置手冊. 機械工業(yè)出版社發(fā)行 1998.12出版
⑶ 鄧文英. 金屬工藝學. 高等教育出版.2000.7出版
⑷ 沈養(yǎng)中. 工程力學. 高等教育出版社.2003.7出版
⑸ 屠衛(wèi)星. 汽車底盤構造. 人民交通出版社.2001.8出版
⑹ 成大先. 機械設計圖圖冊. 化學工業(yè)出版社.2000.3出版
⑺ 張勇. 電機拖動與控制. 機械工業(yè)出版社. 2004.6出版
⑻ 李澄、吳天生、聞百橋. 機械制圖. 高等教育出版社.2003.8出版
⑼ 吳昌林、唐增寶、鐘毅芳.機械設計.華中科技大學出版社 2001.2出版
專業(yè)班級 機電工程1班 學生 丁 偉
要求設計（論文）工作起止日期 3月12日 — 6月10日
指導教師簽字 日期
教研室主任審查簽字 日期
系主任批準簽字 日期
目錄
摘要························································3
Abstract····················································3
變速器的簡介················································4
1.變速器傳動機構的方案分析································6
2.變速器零、部件結構方案分析······························7
3.變速器操縱機構··········································8
1.變速器的參數(shù)選擇··········································8
1.1 一檔齒輪齒數(shù)的確定····································8
1.2 中心距A的選擇········································9
1.3 確定齒輪參數(shù)·········································10
1.3.1 齒寬選擇·······································10
1.3.2 壓力角·········································11
1.3.3 齒輪螺旋角·····································11
1.3.4 校驗齒輪的接觸強度·····························11
1.4 變速器軸向尺寸·······································13
1.5 軸的直徑·············································13
1.6 各檔齒輪齒數(shù)的分配···································14
1.6.1 確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)·····················14
1.6.2 確定其他各檔的齒數(shù)·····························15
2.變速器傳動···············································16
2.1 傳動簡圖·············································16
2.2 同步器（簡介）········································16
2.2.1 慣性式同步機···································18
2.2.2 同步器工作原理·································18
2.2.3 齒輪材料·······································19
2.2.4 齒輪材料、熱處理·······························20
2.2.5 齒輪精度等級···································20
3.故障診斷與檢修···········································21
3.1 常見故障與檢修·······································21
3.1.1 變速器的異常聲響·······························21
3.1.2 變速器跳檔·····································22
3.1.3 掛檔困難·······································22
3.1.4 變速器亂檔·····································23
3.1.5 變速器發(fā)熱·····································23
3.1.6 變速器漏油·····································24
3.2 變速器零件的檢修·····································24
3.2.1 齒輪與花鍵的檢修·······························24
3.2.2 軸的檢修·······································24
3.2.3 鎖環(huán)式變速器的檢修·····························24
4.變速器的潤滑·············································25
4.1 潤滑的基本知識·······································25
4.2 變速器潤滑油·········································25
4.3 變速器潤滑系統(tǒng)·······································25
4.4 變速器零件的清洗·····································26
5.變速器的裝配·············································26
5.1 變速器裝配注意事項 ··································26
5.2 變速器總成的裝配 ····································27
5.3 中間軸后軸承間隙調整方法·····························28
英文說明···················································29
參考文獻···················································30
致 謝···················································31
摘要
變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。變速箱由變速傳動機構和變速操縱機構兩部分組成。變速傳動機構的主要作用是改變轉距和轉速的數(shù)值和方向；操縱機構的主要作用是控制傳動機構，實現(xiàn)變速器傳動比的交換，即實現(xiàn)換檔，以達到變速變距。
關鍵字：變速傳動機構、變速操縱機構、齒輪
Abstract
Become soon box form become to spread to move the organization and become soon to manipulate the organization two parts to constitute soon. Main function that becomes to spread to move the organization soon is the change turns the and turn soon of the number and the direction; The main function that manipulates the organization is a control to spread to move the organization, carry out the transformation that the gearbox spreads to move the ration, then the realization shift gear, to attain to become to change the soon.
Keywords: Variable-speed control mechanism， speed change control
Mechanism,gear.
畢 業(yè) 設 計（論文）
說 明 書
專業(yè)班次： 04機電工程
姓 名：
陽泉職業(yè)技術學院
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）題目
機電 系（部）年級專業(yè) 機電工程 姓名 丁偉
設計（論文）題目：
機械式四檔變速器
設計開始時間：07年3月12日
設計結束時間：07年6月10日
設計指導人：
教研室主任：
系 主 任：
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）評閱書
題目：
機械式四檔變速器
機電 系（部）年級專業(yè)04機電工程 姓名
評閱意見：
成績：
指導教師：
職 務：
年 月 日
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）答辯評定書
年級專業(yè)班級：04機電工程（1）班 姓名： 丁偉
答辯過程
問題提問
回答情況
記錄員：
成績評定
指導教師
答辯小組
綜合成績
專業(yè)答辯組組長：
年 月 日
陽泉職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）任務書
畢業(yè)設計（論文）題目：
機械式四檔變速器設計
畢業(yè)設計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：
1. 發(fā)動機額定功率級最高轉速：80KW，4800r/min;
2. 變速器的參數(shù)選擇.
（1） 中心距A的選擇.
（2） 變速器軸向尺寸，四檔(3.0～3.4)A
（3） 軸的直徑d.
（4） 齒輪參數(shù).
（5） 各檔齒輪齒數(shù)的分配.
3.變速器傳動簡圖.
畢業(yè)設計（論文）主要內(nèi)容：
1. 變速器傳動系統(tǒng)的總體設計.
2. 傳動系統(tǒng)的設計.
3. 軸 齒輪的加工.
學生應交出的設計文件（論文）：
1、設計說明書一份。
2、總裝配圖一張。（O號）
3、組件圖一張。（1號）
4、零件圖兩張(手工繪制)。（2號）
主要參考文獻（資料）：
⑴ 李澄. 機械制圖. 高等教育出版社出版；
⑵ 卜炎. 機械設計傳動裝置手冊. 機械工業(yè)出版社發(fā)行 1998.12出版
⑶ 鄧文英. 金屬工藝學. 高等教育出版.2000.7出版
⑷ 沈養(yǎng)中. 工程力學. 高等教育出版社.2003.7出版
⑸ 屠衛(wèi)星. 汽車底盤構造. 人民交通出版社.2001.8出版
⑹ 成大先. 機械設計圖圖冊. 化學工業(yè)出版社.2000.3出版
⑺ 張勇. 電機拖動與控制. 機械工業(yè)出版社. 2004.6出版
⑻ 李澄、吳天生、聞百橋. 機械制圖. 高等教育出版社.2003.8出版
⑼ 吳昌林、唐增寶、鐘毅芳.機械設計.華中科技大學出版社 2001.2出版
專業(yè)班級 機電工程1班 學生 丁 偉
要求設計（論文）工作起止日期 3月12日 — 6月10日
指導教師簽字 日期
教研室主任審查簽字 日期
系主任批準簽字 日期
畢業(yè)設計（論文）說明書
目錄
摘要························································3
Abstract····················································3
變速器的簡介················································4
1.變速器傳動機構的方案分析································6
2.變速器零、部件結構方案分析······························7
3.變速器操縱機構··········································8
1.變速器的參數(shù)選擇··········································8
1.1 一檔齒輪齒數(shù)的確定····································8
1.2 中心距A的選擇········································9
1.3 確定齒輪參數(shù)·········································10
1.3.1 齒寬選擇·······································10
1.3.2 壓力角·········································11
1.3.3 齒輪螺旋角·····································11
1.3.4 校驗齒輪的接觸強度·····························11
1.4 變速器軸向尺寸·······································13
1.5 軸的直徑·············································13
1.6 各檔齒輪齒數(shù)的分配···································14
1.6.1 確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)·····················14
1.6.2 確定其他各檔的齒數(shù)·····························15
2.變速器傳動···············································16
2.1 傳動簡圖·············································16
2.2 同步器（簡介）········································16
2.2.1 慣性式同步機···································18
2.2.2 同步器工作原理·································18
2.2.3 齒輪材料·······································19
2.2.4 齒輪材料、熱處理·······························20
2.2.5 齒輪精度等級···································20
3.故障診斷與檢修···········································21
3.1 常見故障與檢修·······································21
3.1.1 變速器的異常聲響·······························21
3.1.2 變速器跳檔·····································22
3.1.3 掛檔困難·······································22
3.1.4 變速器亂檔·····································23
3.1.5 變速器發(fā)熱·····································23
3.1.6 變速器漏油·····································24
3.2 變速器零件的檢修·····································24
3.2.1 齒輪與花鍵的檢修·······························24
3.2.2 軸的檢修·······································24
3.2.3 鎖環(huán)式變速器的檢修·····························24
4.變速器的潤滑·············································25
4.1 潤滑的基本知識·······································25
4.2 變速器潤滑油·········································25
4.3 變速器潤滑系統(tǒng)·······································25
4.4 變速器零件的清洗·····································26
5.變速器的裝配·············································26
5.1 變速器裝配注意事項 ··································26
5.2 變速器總成的裝配 ····································27
5.3 中間軸后軸承間隙調整方法·····························28
英文說明···················································29
參考文獻···················································30
致 謝···················································31
摘要
變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。變速箱由變速傳動機構和變速操縱機構兩部分組成。變速傳動機構的主要作用是改變轉距和轉速的數(shù)值和方向；操縱機構的主要作用是控制傳動機構，實現(xiàn)變速器傳動比的交換，即實現(xiàn)換檔，以達到變速變距。
關鍵字：變速傳動機構、變速操縱機構、齒輪
Abstract
Become soon box form become to spread to move the organization and become soon to manipulate the organization two parts to constitute soon. Main function that becomes to spread to move the organization soon is the change turns the and turn soon of the number and the direction; The main function that manipulates the organization is a control to spread to move the organization, carry out the transformation that the gearbox spreads to move the ration, then the realization shift gear, to attain to become to change the soon.
Keywords: Variable-speed control mechanism， speed change control
Mechanism,gear.
變速器簡介
我們知道，汽車發(fā)動機在一定的轉速下能夠達到最好的狀態(tài)，此時發(fā)出的功率比較大，燃油經(jīng)濟性也比較好。因此，我們希望發(fā)動機總是在最好的狀態(tài)下工作。但是，汽車在使用的時候需要有不同的速度，這樣就產(chǎn)生了矛盾。這個矛盾要通過變速器來解決。
汽車變速器的作用用一句話概括，就叫做變速變扭，即增速減扭或減速增扭。為什么減速可以增扭，而增速又要減扭呢？設發(fā)動機輸出的功率不變，功率可以表示為N=Wt,其中w是轉動的角速度，T是扭矩。當N固定的時候，w與T是反比的。所以增速必減扭，減速必增扭。汽車變速器齒輪傳動就是根據(jù)變速變扭的原理，分成各個檔位對應不同的傳動比，以適應不同的運行狀況。
一般的手動變速器內(nèi)設置輸入軸、中間軸和輸出軸，又稱三軸式，另外還有倒檔軸。三軸式是變速器的主體結構，輸入軸的轉速也就是發(fā)動機的轉速，輸出軸轉速則是中間軸與輸出軸之間不同齒輪嚙合所產(chǎn)生的轉速。不同的齒輪嚙合就有不同的傳動比，也就有了不同的轉速。我們設計的手動變速器，它的傳動比分別是：1檔3.545：1；2檔2.105：1；3檔1.429：1；4檔1：1。
如圖所示：
當汽車啟動司機選擇1檔時，拔插將1/2檔同步器向后結合1檔齒輪并將它鎖定輸出軸上，動力經(jīng)輸入軸、中間軸和輸出軸上的1檔齒輪，1檔齒輪帶動輸出軸，輸出軸將動力傳遞到傳動軸上，。典型1檔變速器齒輪傳動軸是3.545：1，也就是說輸入軸轉動3.5圈，輸出軸轉1圈。
當汽車增速司機選擇2檔時，拔叉將1/2檔同步器與1檔分離后接合2檔齒輪并鎖定輸出軸上，動力傳遞路線相似，所不同的是輸出軸上的1檔齒輪換成2檔齒輪帶動輸出軸。典型2檔變速齒輪傳動比是2.105：1，輸入軸轉2圈，輸出軸轉1圈，比1檔轉速增加，扭矩降低。
當汽車增速司機選擇3檔時，拔叉將1/2檔同步器回到空檔位置，又使3/4檔同步器移動直至將3檔齒輪鎖定在輸出軸上，使動力可以從輸入軸-中間軸-輸出軸上的3檔變速齒輪，通過3檔變速齒輪帶動輸出軸。典型3檔傳動比是1.5：1，輸入軸轉1.5圈，輸出軸轉1圈是進一步的增速。
如圖所示：
當汽車加油增速司機選擇4檔時，拔叉將3/4檔同步器脫離3檔齒輪直接與輸入軸主動齒輪接合，動力直接從輸入軸傳遞到輸出軸，此時傳動比1：1，即輸出軸與輸入軸轉速一樣。由于動力不經(jīng)中間軸，又稱直接檔，該檔傳動比的傳動效率最高。汽車多數(shù)運行時間都用直接檔以達到最好的燃料經(jīng)濟性。
換檔時要先進入空檔，變速器處于空檔時變速齒輪沒有鎖定在輸出軸上，它們不能帶動輸出軸轉動，沒有動力輸出。
一般汽車手動變速器傳動比主要分上述1-4檔，通常設計者首先確定最低（1檔）與最高（4檔）傳動比后，中間各檔傳動比一般按等比級數(shù)分配。
倒檔時輸出軸要向相反的方向旋轉。如果一對齒輪嚙合時大家反向旋轉，中間加上一個齒輪就會變成同向旋轉。利用這個原理，倒檔就要添加一個齒輪做“媒介”，將軸的轉動方向掉轉，因此就有了一根倒檔軸。倒檔軸獨立裝在變速器殼內(nèi)，與中間軸平行，當軸上齒輪分別與中間軸齒輪和輸出軸齒輪嚙合時，輸出軸轉向會相反。
通常倒檔用的同步器也控制1檔的接合，所以1檔與倒檔位置是在同一側的。由于有中間齒輪，一般變速器倒檔傳動相近與1檔傳動比。
從駕駛平順性考慮，變速器檔位越多越好，檔位多相鄰檔間的傳動比的比值就變化小，換檔容易而且平順。但檔位多的缺點就是變速器結構復雜，體積大，現(xiàn)在輕型汽車變速器一般是4-5檔。同時，變速器傳動比都不是整數(shù)，而且都是帶小數(shù)點的，這是因為嚙合齒輪的齒數(shù)不是整倍數(shù)所致，輪齒數(shù)是整倍數(shù)就會導致兩齒輪嚙合面磨損不均勻，使得輪齒表面質量產(chǎn)生較大的差異。
變速器的功用是在不同的使用條件下，改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉距和轉速，使汽車得到不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。此外，應保證汽車能倒退行使或停車時使發(fā)動機和傳動系保持分離。需要時還應有動力輸出的功能。
為保證變速器具有良好的工作性能，對變速器提出如下基本要求：
1） 應正確選擇變速器的檔數(shù)和傳動比，保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性指標；
2） 設置空檔和倒檔，保證發(fā)動機與驅動輪能長期分離，使汽車能進行倒退行使；
3） 換檔迅速、省力，以便縮短加速時間并提高汽車動力性能；目前有發(fā)展自動、半自動和電子操縱機構的趨勢；
4） 工作可靠。汽車行使過程中，變速器不得有跳檔、亂檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；
此外，變速器還應當滿足效率高、噪音低、體小質輕、制造容易、成本低等要求。
變速器由變速傳動機構和操縱機構組成。
1.變速器傳動機構的方案分析
根據(jù)前進擋數(shù)的不同，變速器有三、四、五和多檔幾種。根據(jù)軸的形式不同分為固定軸式和旋轉軸式兩大類。而前者分為兩軸式、中間軸式、兩中間軸式和多中間軸式變速器。
固定軸式應用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車上，中間軸式變速器 多用于發(fā)動機前置后輪驅動的汽車上。旋轉軸式主要用于液力機械式變速器。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結構簡單，輪廓尺寸小，布置方便，中間擋位傳動效率高和噪聲低等優(yōu)點。因兩軸式變速器不能設置直接擋，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。此外，受結構限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設計得很大。
發(fā)動機前置前輪驅動轎車的兩軸式變速器傳動方案，其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪，發(fā)動機橫置時則采用圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他擋位均用常嚙合齒輪傳動；各檔的同步器多數(shù)裝在輸入軸的后端。
中間軸式四，五，六擋變速器傳動方案。它們的共同特點是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接擋。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機轉矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器的傳動效率高，可達90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因為直接擋的利用率高于其它擋位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進擋位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒輪（一擋）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除一擋以外的其他擋位的換擋機構，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結構的一擋也采用同步器或嚙合套換擋，還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接擋以外的其他擋位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。在擋數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換擋方式和到檔傳動方案上有差別。
2 .變速器零、部件結構方案分析
1.齒輪型式
變速器分斜齒和直齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪雖然制造時復雜、工作時有軸向力，但因其使用壽命長、噪音小而仍然得到廣泛的使用。直齒圓柱齒輪用于低檔和倒檔。
2.換檔結構型式
變速器換檔結構型式有直齒滑動齒輪、嚙合套、同步器等三種。
汽車行駛時各檔齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動齒輪方法換檔，會在齒輪端面產(chǎn)生沖擊，并伴有噪音。這使齒輪端面磨損加劇并過早損壞。同時使駕駛員精神緊張，而換檔時的噪音又使汽車的舒適度減低。只有駕駛員用熟練的技術，使齒輪換檔時無沖擊，才能克服上述缺點。但是，該瞬間駕駛員注意力被分散，影響行使安全性。因此盡管這種換檔方法結構簡單。除一檔、倒檔外已很少使用。
由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪嚙合狀態(tài)，所以可用嚙合套換檔。這時，因同時承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換檔。它們都不會過早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術。此外，因增設了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉部分的慣性力矩增大。因此，這種換檔方法，目前只在某些要求不高的檔位大貨車變速器上使用。
使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，而與操作技術熟練程度無關，從而提高汽車的加速性、經(jīng)濟性、和行駛安全性。同上述兩種換檔方法比較，雖然它有結構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命較短等缺點，但仍然得到廣泛的應用。
軸承形式
過去，變速器軸的支撐廣泛用滾珠軸承。近來，變速器的設計趨勢是增大其轉遞功率與質量之比，并要求它有更大的容量和更好的性能，而上述軸承型式已不能滿足對變速器可靠性和壽命提出的要求，故使用圓錐滾柱軸承的增多。
3.其他問題
因為變速器在低檔工作時有較大的力，所以典型的中間軸式變速器的低檔，布置在靠近后支撐處，然后按照從低檔到高檔順序不止各檔位齒輪。這樣做既能使軸有足夠大的剛性，有能保證容易裝配。多數(shù)情況下，中間軸和第二軸及凄傷的零部件是通過變速器殼體上方孔口設計在變速器殼替下方或者側面。第一軸上的齒輪外徑，應該比殼體前壁軸承孔的尺寸小，因為它要經(jīng)過該孔裝。
變速器整體結構剛性與軸和殼體的結構有關系。對于典型的中間軸式變速器，通過控制軸的長度既控制檔數(shù)，可以作到有足夠的剛性。通常殼體是整體的，有些地方設計有加強筋。殼體前或后壁軸承孔之間的連接部分應當留有足夠的尺寸。內(nèi)裝操縱機構的變速器蓋，用螺栓固定到殼體上，裝配后的變速器結構剛度，還與該螺栓的扭緊程度有關。
3.變速器操縱機構
變速器的操作結構，應滿足如下主要要求：換檔時只能掛入一個檔；防止誤掛倒檔；換檔后應使齒輪在全齒長嚙合，并防止自動脫檔。
直接操縱
依靠手力換檔的變速器成為手動變速器稱為手動變速器。是最簡單的換檔方案，已得到廣泛的應用。其優(yōu)點是減少了變速叉軸，各檔同一組用一組自鎖裝置，因而使操作機構簡化。
2）遠距離操縱
受總布置限制，有些車輛變速器距駕駛員坐椅較遠，此外，換檔時力需通過轉換機構才能完成換檔功能，這種手動換檔稱為遠距離操縱變速器。這種結構復雜，且在撞車時直接駕駛員的安全，故新車設計中這種結構已不多見。
1變速器主要參數(shù)選擇
1.1一檔齒輪齒數(shù)的確定
設計轎車四檔變速器，已知：發(fā)動機輸出功率p=80千瓦，轉速n=4800r/min，載荷平穩(wěn)，可靠性一般。
確定一檔齒輪齒數(shù)：
一檔傳動比
i?=
取中間軸一檔的齒數(shù)
轎車中間軸式變速器一檔傳動比i=3.5～3.8時，貨車在12～17個齒之間選用。由于所設計為一般輕形轎車，載荷平穩(wěn)、可靠性要求一般。所以選擇一檔齒輪傳動比i=3.6、一檔主齒輪齒數(shù)Z8=15。
取變速器模數(shù)m
選取齒輪模數(shù)，要保證齒輪有足夠的強度，同時兼顧它對噪聲和質量的影響。減少模數(shù)，增加齒寬會使噪音減低，反之則能減輕變速器質量。
減低噪音對轎車有較大意義，減輕質量對貨車比較重要。
直齒輪模數(shù)m與彎曲應力σω之間有如下關系：
m=
=
=2.48 （取k=1）
=
=9.55
式中——計算載荷，為N·mm;
——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪和被動齒輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，對彎曲應力影響也不同；主動齒輪=1.1，被動齒輪=0.9；
——應力集中系數(shù)，可以近似取=1.65；
Z——齒輪系數(shù)；
——齒寬系數(shù)；
Y——齒形系數(shù)；
σω——彎曲應力，當計算載荷取作發(fā)動機最大轉；
一檔倒直齒輪許用彎曲應力在400～850N/，貨車可取下數(shù)。
所取模數(shù)值應符合JB111-60規(guī)定的值，所以取模數(shù)m=2.5
1.2中心距A的選擇
要選中心距（A為mm）時，可根據(jù)下式計算：
A=k
=9.0
=73.6mm
=9.553.60.96
=9.553.60.96
=547.2N·m
=9.55
式中k—中心系數(shù)。對轎車k=8.9～9.3，對多檔主變速k=9.5～11；
—變速器器在一檔，第二軸輸出的轉矩，其值為=
—發(fā)動機最大轉矩；
i—變速器一檔傳動比；
—變速器轉動效率，取0.96
轎車變速器的中心距在65～80mm范圍內(nèi)變化。
計算一檔從動齒輪齒數(shù)
=
=60
必須取為整數(shù)，=60
=60-15
=45
1.3確定齒輪參數(shù)
1.3.1 齒寬選擇
齒寬應滿足既能減輕變速器質量，同時又能保證齒輪工作平穩(wěn)的要求。齒寬太小，會使齒輪的工作應力過大。為了使工作應力不過大，必須增加中心距，結果又使變速器的質量增加。而且斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點，也會因齒寬的減小，但這又使軸承承受的軸向力增加。齒寬也不宜大因為這會增加變速器的軸向尺寸。如果保持相同的用材量就必須減小中心距，結果會增大作用在軸承上的載荷，減低軸的剛度和減小軸承外座圈尺寸。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：
直齒b= , 可取為4.5～8.0
斜齒b=，可取為6.0～8.5
第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，使接觸長度增加，接觸應力減低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。
=5m
=52.5
=12.5
1.3.2壓力角
工作時要求轎車變速器齒輪有較小的噪音，因此高檔齒輪采用14.5°、15°、16°、16.5°等較小壓力角才更合理。為提高中、重型汽車倒檔齒輪的承載能力，應采用22.5°或25°壓力角齒輪。實際上因國家規(guī)定的齒輪標準壓力角為20°，所以變速器齒輪普遍的壓力角為20°，=20°。
1.3.3齒輪螺旋角
為減小工作噪音和提高強度，汽車變速器齒輪多數(shù)用斜齒輪，只有倒檔齒輪以及貨車的一檔齒輪才用直齒齒輪。
選擇時應注意下列問題：
首先，增大時、使齒輪嚙合的重合系數(shù)增加、工作平穩(wěn)、噪聲減低。
隨著的增大，齒輪的強度也相應的提高，不過當螺旋角大于30°時，其彎曲強度驟然下降，而接觸強度仍然繼續(xù)上升，因此從提高低檔齒輪的彎曲強度出發(fā)，并不希望過大，而從提高高檔齒輪的接觸強度著眼，可選取較大的值。
其次，斜齒輪傳遞時要產(chǎn)生軸向力。設計時應力與中間軸上的軸向力平衡，故中間軸上全部齒輪的螺旋方向應一律做成右旋，而第一、第二軸上的斜齒輪取左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。
斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍選用：
轎車變速器：
中間軸變速器···················22°～ 34°
兩軸變速器·····················20°～ 25°
貨車變速器·····················18°～ 26°
1.3.4校驗齒輪的接觸強度
輪齒的接觸應力按下式算：
=0.148
=980（N/）
=2
=
=4245N
=2.515
=37.5mm
=1/2
=1/29.5580/4800
=7.96N·mm
F =
=4245/
=4807N
=
=1/260
=10.5mm
=
=1/22.545
=19.2mm
式中—— 齒輪的接觸應力；
F ——齒面上的法向力，F(xiàn) =;
——圓周力，=2;
——刀具載荷；
——節(jié)圓直徑；
——節(jié)點處壓力角；
——螺旋角；
——齒輪材料的彈性模量；
——齒輪接觸的實際寬度；
主被動齒輪節(jié)點處的曲率半徑，對直齒輪: =, =;
——主動齒輪的節(jié)圓半徑；
——被動齒輪的節(jié)圓半徑。
齒輪
滲碳齒輪
氰化齒輪
一檔和倒檔
1900～2000
950～1000
常嚙合和高檔
1300～1400
650～700
1.4變速器軸向尺寸
貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關，可參照下列數(shù)據(jù)選用：
四檔 （2．2～2．7）A
五檔 （2．7～3．0）A
六檔 （3．2～3．5）A
轎車四檔變速器軸向尺寸為（3．0～3．4）A。
1．5 軸的直徑
變速器的軸必須有足夠的剛度和強度。工作時它們除傳遞轉矩外，還承受來自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪還有軸向力。在這些力的作用下，軸的剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形，結果破壞了齒輪的正確嚙合，對齒輪的強度和耐磨性均有不利影響。還會增加工作噪聲。
中間軸是變速器的第二軸和中間軸中部直徑d≈0.45A；
第一軸花鍵部分直徑按d=k選
d=k
=
=21.7mm
式中k 經(jīng)驗系數(shù) k=4～4.6;
-發(fā)電機最大轉矩。
第二軸和中間軸中部直徑
d≈0.45A
≈0.45×75
≈33.8mm
1.6各檔齒輪齒數(shù)的分配
（圖一）
1.6.1確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)
常嚙合傳動齒輪中心距和一檔齒輪的中心距相等，
=()
解得：=25
=28
1.6.2 確定其他各檔的齒數(shù)
二檔齒輪是斜齒輪，螺旋角與常嚙合齒輪的不同：取=22，?=2．105；
解得：
三檔齒輪的齒數(shù)：取
解得：
確定倒檔齒輪齒數(shù)：
一檔、倒檔齒輪常選用相同的模數(shù)。倒檔齒輪的齒數(shù)，一般在21～17之間，可選倒檔齒輪齒數(shù)=22可計算出中間軸與倒檔軸的中心距：
=40
為了保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運動干涉，齒輪8和9的齒頂圓之間應保持0.5mm以上的面間隙。
2 變 速 器 傳 動
2.1 變速器傳動簡圖
2.2 同步器簡介
同步器能實現(xiàn)迅速和無噪音聲換檔，換檔時又能避免嚙合套端部受到損壞，并使操縱輕便，所以近代的汽車變速器，除轎車的倒檔和貨車的一檔、倒檔以外，其它檔位多數(shù)都裝用同步器。
同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類。
慣性式同步器是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的，在其上面設有專設機構保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，從而避免了齒間沖擊。
如下圖所示：
1、4-齒輪 2-滑塊 3-撥差 5、9-鎖環(huán) 6-彈簧圈 7-花鍵轂
8-接合套10-凹槽 11-軸向槽 12-缺口
花鍵轂與第二軸用花鍵連接，并用墊片和卡環(huán)作軸向定位。在花鍵轂兩端與齒輪之間，各有一個青銅制成的鎖環(huán)（也稱同步環(huán)）。鎖環(huán)上有短花鍵齒圈，花鍵齒的斷面輪廓尺寸與齒輪及花鍵轂上的外花鍵齒均相同。在兩個鎖環(huán)上，花鍵齒對著接合套的一端都有倒角（稱鎖止角，且與接合套齒端的倒角相同。鎖環(huán)具有與齒輪上的摩擦面錐度相同的內(nèi)錐面，內(nèi)錐面上制出細牙的螺旋槽，以便兩錐面接觸后破壞油膜，增加錐面間的摩擦。三個滑塊分別嵌合在花鍵轂的三個軸向槽內(nèi)，并可沿槽軸向滑動。在兩個彈簧圈的作用下，滑塊壓向接合套，使滑塊中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽內(nèi)，起到空檔定位作用。滑塊的兩端伸入鎖環(huán)的三個缺口中，只有當滑塊位于缺口的中央時，接合套與鎖環(huán)的齒方可能接合。
常壓式同步器雖然結構簡單，但又不能保證被嚙合件在同步狀態(tài)（即角速度相等）下?lián)Q檔的缺點，故僅在少數(shù)重型汽車上得到應用，而在大多數(shù)變速器中得到廣泛應用的是慣性式同步器。同步器作為一種換檔裝置，是在接合套換檔的基礎上發(fā)展起來的，起功用是使接合套與待接合的齒輪二者之間迅速達到同步，并阻止二者在同步前進入嚙合，從而可消除換檔時的沖擊，縮短換檔時間，簡化換檔過程，使換檔操縱作簡捷而輕便。
2.2.1慣性式同步器
按結構分，慣性式同步器有鎖銷式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式和多錐式幾種。雖然它們結構不同，但是它們都有摩擦元件和鎖止元件。
摩擦元件是同步緩和齒輪上的凸出部分 ，分別在他們的內(nèi)圈和外圈設計有相互接觸的錐形摩擦面，鎖至元件是在換動齒套的圓盤部分的中間做出與同步環(huán)剛性連接專用彈簧下面的鋼球和銷使滑動齒套和頭腦干部環(huán)彈性連接。圖表二所示摩擦元件是用滑動齒套上的錐面來實現(xiàn)的。作為鎖止元件是鎖環(huán)的內(nèi)齒和做在齒輪上的接合齒端部。齒輪和鎖環(huán)之間是彈性連接。
在慣性式同步器中，彈性元件的重要性僅次于摩擦元件和鎖止元件。
它用來使用有關部分保持在中立位置的同時，又不妨礙鎖止，解除鎖止和換檔。
鎖檔式同步器優(yōu)點是零件數(shù)量少，并且摩擦錐面平均半徑教大，使其轉距容量得到提高，故多用于中，重型貨車變速器，它工作可靠，零件耐用，但因結構布置上的限制，轉距容量不大，而且由于鎖止面在同步錐環(huán)的結合齒上，會因齒端磨損而失效，因而主要用語轎車和輕型貨車變速器中。
鎖環(huán)式同步器的鎖止面在同步錐環(huán)和嚙合套的倒錐面上，省去了同步錐環(huán)的結合齒，且軸向尺寸較小，多用于中，重型貨車變速器中。
多錐式同步器的鎖止面仍在同步環(huán)的接合齒上，只是在原有的兩個錐面之間再插入兩個輔助同步錐。由于錐表面的有效摩擦面積成倍的增加，同步轉距也相應的增加，因而具有較大的轉距容量和低的熱負荷。這不但改善了同步的效能，增加了可靠性，而且可使換檔力大為減小。若保持換檔力不變，則可縮短同步時間，多錐式同步器多用與重型貨車得主、副變速器以及分動器中。
慣性增力式同步器又稱為波舍式同步器。它能可靠的保證旨在同步狀態(tài)下實現(xiàn)換檔。只要嚙合套和換檔齒輪之間存在轉速差，彈簧片的支承力就阻止同步縮小，從而也就阻止了嚙合套移動。只有在轉速差為零時，彈簧片卸除載荷，于是對同步環(huán)直徑的縮小失去阻力，這樣才能實現(xiàn)換檔。該同步器的特點是，由于同步環(huán)內(nèi)部的彈簧片作用，同步環(huán)產(chǎn)生的摩控力矩得到成倍增長，增長的程度隨兩嚙合件的轉差而變化，轉差愈大，增力作用愈強，因此，用不大的換檔力冰可以在很短的時間內(nèi)完成換檔。在完成換檔后，同步環(huán)處于嚙合套的屋頂狀凹槽里，被可靠的固定住，幫在掛 檔位置無需采用自鎖裝置，此外，波舍同步器還有結構簡單、工作可靠、軸向尺寸短（與一般嚙合套換檔部件的軸向尺寸相近）等明顯的優(yōu)點，因此適用于貨車變速器，且采用愈來愈多。
2.2.2同步器工作原理
同步器換檔過程由三個階段組成，第一階段，同步器離開中間位置，做軸向移動并靠近在摩擦面上。摩擦面相互接觸瞬間，由于齒輪3的角速度和滑動齒套的角速度不同，在摩 擦力矩作用下鎖銷4相對滑動齒套1轉動一個不大的角度，并占據(jù)圖上所示的位置。此時鎖止面接觸，結果阻止滑動套向換檔方向移動。
第二階段，來自手柄傳至檔并作用在滑動齒套上的力F，經(jīng)過鎖止元件又作用到摩擦面上。由于 1和3的轉速逐漸接近，其角速度差減小了。在角速度差等于0的瞬間同步過程結束。
第三階段，角速度等于0，摩擦力矩消失，而軸向力仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止狀態(tài)，屆時滑動齒套和鎖銷上的斜面相對移動。從而使滑動齒套占據(jù)了換檔位置。
2.2.3齒輪材料
制造齒輪的材料主要是鍛鋼，其次是鑄鐵，球墨鑄鐵、灰鑄鐵和非金屬材料。
1鍛鋼
制造齒輪的鍛鋼按照熱處理方式和齒面硬度的不同他為兩類：
1） 正火或調質鋼
這種齒輪用經(jīng)火或調質處理后的鍛鋼切齒而成。其齒面硬度不超過350HBS，這種齒輪稱為軟齒面齒輪，常用的材料為45號鋼、50號鋼等作正火處理或45鋼、40Cr、35SiMn\38SiMnMo等作為笛質處理，由于嚙合過程中，小齒輪的嚙合的壽命接近相等，推薦小齒輪的齒面硬度比大齒輪高30—50HBS。軟齒面齒輪常用與對齒輪尺寸和精度要求不高的轉動中。
2） 表面硬化鋼和氮化鋼
齒輪一般用鍛鋼切齒后經(jīng)表面硬化處理，淬火后，因熱處理變形大，一般都要求經(jīng)過磨齒等加工，以保證齒輪所需的精度。氮化齒輪變形小，在精度低于7級時，一般不需磨齒。氮化齒輪因硬化層深度很小，不宜用于有沖擊或有磨料磨損的場合。硬齒面齒輪常用的材料為20Cr 20CrMnTi38CrMoAlA等。這類齒輪由于齒面硬度高，承載能力高于一般軟齒面齒輪，軟齒面齒輪將有可能被硬齒面齒輪所取代。
3） 鑄鋼
鑄鋼的耐磨性及強度均較好，其承載能力稍低于鍛鋼，常有于尺寸較大不宜鍛造的場合。
4） 鑄鐵
鑄鐵的抗彎及沖擊性能較差，主要用于低速、工作平穩(wěn)、傳遞功率不大和尺寸與重量無嚴格要求的開式齒輪，常用的材料有灰鑄鐵HT300HT350，球墨鑄鐵QT500-7等。
2.非金屬材料
非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）的彈性模量小，在承受同樣的載荷作用下，其接觸應力小，但它的硬度、接觸強度和抗彎曲強度低。因此，它常用于高速、小功率、精度不高或要求噪聲低的齒輪傳動中。
常用的齒輪材料及其機械性能見表3—3：
材料牌號
熱
處理方式
限強度極
屈服極限
硬度
HBS
HRC（齒面）
45
正火
588
294
169~217
調質
647
373
229~286
表面淬火
40~50
2.2.4齒輪材料、熱處理方法
選擇齒輪材料時，應使輪芯具有足夠的強度和韌性，以抵抗輪齒折斷；齒面具有較高的硬度和耐磨性，以抵抗齒面的點蝕、膠合、磨損和塑性變形。另外，還應考慮齒輪加工和熱處理的工藝及經(jīng)濟性等要求，通常，對于重載、高速或體積、重量受到限制的重要場合，應選用較好的材料和熱處理方式反之，可選用性能較次但經(jīng)濟的材料和熱處理方式。
2.2.5齒輪精度等級
齒輪精度等級，應根據(jù)齒輪傳動的用途、工作備件、傳動功率和圓周速度的大小及其技術要求等來選擇。一般，在偉遞功率大、圓周速度高、要求傳動平穩(wěn)、噪聲小等場合應選用較高的精度等級，反之，為了降低制造的成本，精度等級可選得低些。
表3—5 齒輪傳動精度等級適用的速度范圍
齒
的
種
類
傳動
種類
齒面度HBS
齒 輪 精 度 等 級
3.4.5
6
7
8
9
齒
直
圓柱齒輪
350
12
18
12
6
4
350
10
15
10
5
4
圓錐齒輪
350
7
10
7
4
3
3 故障診斷與檢修
3.1變速器常見故障與診斷
汽車變速器隨著行使里程的增加，以及不正常 的操作，使其零件的磨損、變形隨之增加，這樣會出現(xiàn)異常響聲、掛檔困難、跳檔、發(fā)熱、漏油等變速器常見的故障。
3.1.1變速器的異常聲響
變速器的 異常聲響主要是由于軸承的磨損松和齒輪間不正常的捏合而引起的噪聲。大致表現(xiàn)在空檔發(fā)響和掛檔后發(fā)響。
1. 空檔發(fā)響
現(xiàn)象：
發(fā)動機怠速運轉，變速器處于空檔位置有異響，踏下板時響聲消失。
原因：
1） 變速器與發(fā)動機安裝時曲軸與變速器第一軸中心線不同心，或變速器殼變形；
2） 第二軸前軸承磨損、無垢、起毛；
3） 變速器常嚙合齒輪摩損，齒側間隙過大，或個別齒輪牙齒破裂；
4） 常嚙齒輪未成對更換，嚙合不良；
5） 軸承松曠、損壞、齒輪軸向間隙大；
6） 撥叉玉結合套間隙過大；
2. 掛檔后發(fā)響
現(xiàn)象：
1） 變速器掛入檔位后發(fā)響；
2） 當汽車以40KM/h以上車速行使時，發(fā)出一種不正常聲響，且車速愈高，聲響愈大，而當滑行或低速時響聲減小或消失；
原因：
1） 軸的彎曲變形，軸的花鍵與滑動齒輪配合松動；
2） 齒輪嚙合不當，或軸承松曠；
3） 操縱機構各聯(lián)接處松動，變速叉變形；
4） 主從動齒輪配合間隙過大；
3. 診斷：
4. 變速器產(chǎn)生響聲，是由齒輪或軸的振動及其它生源開始，然后擴散到變速器殼壁產(chǎn)生共振而形成的，診斷步驟為：
1） 發(fā)動機怠速運轉，變速器空檔有異響，踩下離合器踏板后聲響消失，多為常嚙齒輪嚙合不良；
2） 變速器各檔均有響聲，多為基礎件、軸、齒輪、花鍵磨損使行位誤差超限；
3） 掛 入某檔、聲響嚴重，則說明該檔齒輪磨損嚴重；
4） 啟動后稍微掛檔就發(fā)響，且在汽車運行中車速變化時聲響嚴重，說明輸出前后軸承響；
3.1.2變速器跳檔
1.現(xiàn)象：
汽車行駛中，變速桿自動跳入空檔位置（一般多在中、高速負荷時突然變化或汽車劇烈振動時發(fā)生）；
2.原因：
由于磨損成錐形，嚙合時產(chǎn)生軸向力，加之工作過程振抖、轉速變化，近使嚙合齒輪沿變速器軸向脫開。具體表現(xiàn)為：
1） 變速器齒輪或齒套磨損過量，沿齒長方向磨成錐形；
2） 變速叉軸凹槽及定位球磨損，以及定位彈簧過軟或使自鎖裝置失效；
3） 變速器軸、軸承磨損松曠，使跪 輪在齒度位置嚙合不足；
3.診斷
1）發(fā)現(xiàn)某檔跳檔時，仍將變速桿掛入該檔，然后拆下變速器蓋察看齒輪嚙合情況，如嚙合良好，應檢查換檔機構；
2）用手推動變速桿，如無阻力或阻力甚小，說明自鎖裝置失效，應檢查自鎖鋼球和變速叉軸上的凹槽是否磨損過甚，自鎖鋼球彈簧是否過軟、折斷。如是應更換；
3）如齒輪未完全嚙合，應檢查撥叉是否磨損或變形，如石彎曲應校正；
如換檔機構良好，應檢查齒輪是否成錐形，軸承是否松曠，必要時應拆下修理后更換；
3.1.3掛檔困難
1.現(xiàn)象：掛檔時，不能順利掛入檔位，常發(fā)生齒輪撞擊聲；
2.原因：
1）變速器叉軸彎曲變形；
2）自鎖或互鎖鋼環(huán)破裂、毛糙卡滯；
3）變速器聯(lián)接桿調整不當或損壞；
4）同步七耗損有缺陷；
5）變速器軸彎曲變形或花鍵磨損；
除了變速器故障外，離合器分離不徹底，齒輪油規(guī)格不符，也會造成掛檔困難；
3.診斷：
1）發(fā)現(xiàn)某檔跳檔時，仍將變速桿掛 入該檔，然后拆下變速器蓋查看后勤部輪嚙合情況，如嚙合良好，應查看換檔機構；
2）用手推動變速桿，如無阻力或阻力很小，說明自鎖失效，應檢查自鎖鋼球和變速叉軸上的凹槽是否磨損成錐形，軸承 是否松曠，必要是應換下修理或換檔；
3）如齒輪未完全嚙合，應檢查齒輪是否磨損成錐形，軸承是否松曠，必要時應換下修理或換檔；
3.1.4變速器亂檔
1.現(xiàn)象：
汽車起步扗檔或行使中換檔，所掛檔與需要檔位不符，或雖然掛入所需檔位但不能退回空檔，或一次掛入兩個檔位；
2.原因：
1）換檔桿與換檔桿撥動端松曠、損壞或換檔撥動內(nèi)孔磨損過大；、
2）變速控制器彈簧壓縮量達不到規(guī)定的要求；
3）換檔滑桿互鎖銷與小互鎖銷磨損過大，失去互鎖作用；
3.診斷：
1）變速換檔桿如能任意擺動，且能打圈，則為夾箍銷釘折數(shù)據(jù)或失落所致；
2）掛檔時，變速換檔桿稍偏一點位置，就會掛上不需要的檔位，這是換檔桿撥動端工作面磨損過大導致；
3）如同時能掛上兩個檔位，這是互鎖機構失效所致;