电控机械变速器电控机械变速器的设计说明书

1、学号： 南湖学院 毕毕业业设设计计 题题目目 电控机械变速器的设计电控机械变速器的设计 作 者届 别届 系 别机械与电子工程系专 业机械设计制造及其自动化 指导老师职 称副教授 完成时间2000 年 5 月 10 日 摘 要 本设计主要研究了电控机械变速器的自动控制装置（操纵机构）与变速装置，通 过对比、分析和改进，主要对变速器的传动部分进行型号选择和校核分析，并且采用 三轴式齿轮传动机构。此次设计中充分利用了电子技术与自动控制等技术，将传统手 动式机械变速器进行改造，并且通过液压系统与电磁系统的配合使变速器控制结构成 为电控形式。其主要用于汽车变速方面。根据汽车行驶条件的改变，相应地改变传动

2、 比，以便使汽车获得所需的驱动力与行驶速度，同时使发动机处于动力性与燃油经济 性均较佳的状况。在发动机曲轴旋转方向不变的前提下，改变传动轴的旋转方向，可 使汽车倒向行驶。 关键词：电控机械变速器；自动控制装置操纵机构；齿轮；轴 abstract the paper mainly studied automatic control gear(manipulation mechanism) of the electronic automatic mechanical transmission and variable-speed device. by contrast， analysis and

3、improvement of transmission models to drive some of the major selection and make verification analysis and use three-axis gear transmission. maked full use of electronic technology and automation technology in design. the traditional mechanical transmission is modified manually， and through together

4、 the hydraulic system with the electromagnetic system to make control structure to be electricity control. it is mainly for automotive speed. according to the changes in driving conditions， the corresponding changes in the transmission ratio in order to obtain the required vehicle driving force and

5、speed， at the same time the engine in power and fuel economy are better. under the premise of invariable the direction of the engine crankshaft rotation to change the direction of shaft otation so that car can travel. keywords: electronic automatic mechanical transmission， automatic control gear( ma

6、nipulation mechanism )， gear， axis 目目 录录 第一章绪 论.1 第二章 变速器的变速传动机构的方案设计与选择.2 2.1 三轴式变速器斜齿轮排布分析.2 2.2 倒档结构方案及倒档轴位置.3 2.3 制动器的设计及工作原理.3 2.4 同步器的选用、结构设计及工作原理.4 第三章 变速器档数与齿轮参数的确定.7 3.1 变速器档数确定.7 3.2 各档传动比计算.7 3.3 变速器齿轮参数的确定.8 3.3.1 模数的确定.8 3.3.2 中心距a的确定.9 3.3.3 齿宽的确定.10 3.3.4 斜齿轮螺旋角的确定.10 3.3.5 原始齿廓参数.10

7、3.3 各档齿轮数的分配.11 3.4 齿轮材料的选择.13 3.5 齿轮的变位系数.13 3.6 齿轮强度.14 3.6.1 齿轮损坏形式.14 3.6.2 齿轮强度校核.14 第四章 轴承的选择与确定.15 4.1 变速器轴承形式选择.15 4.2 选用轴承的形式及尺寸.16 4.3 轴承安装设计.16 4.3.1 轴承配合公差选择.16 4.3.2 轴承轴向定位设计.17 第五章 变速器的箱体和端盖设计.18 5.1 变速器箱体设计.18 5.2 变速器端盖设计.19 第六章 变速器的自动控制装置设计.20 6.1 操纵机构设计.20 6.1.1 换档机构结构形式确定.20 6.1.2

8、换档品质控制装置的结构与工作原理.20 6.2 磁液动换档机构原理.21 6.2.1 液压系统的基本结构与工作原理.21 6.2.2 换挡位置图.23 6.2.3 锁止装置.23 6.3 电路设计.24 6.3.1 电路显示部分设计.24 6.3.2 车内布置.25 6.4 电磁铁及气缸选形.25 6.5 变速器的装配与调试.26 第七章 总 结.28 参考文献.29 致 谢.30 附 录.32 第一章绪 论 电控机械式自动变速器(automated mechanical transmission),简称：amt。电控机 械变速器是在干式离合器和传统固定轴式变速器的基础上，应用自动变速理论以及

9、电 子技术，其核心是电子控制单元（ecu（electronic control unit） ） ，amt （automated mechanical transmission）继承了齿轮传动的工作可靠、机构紧凑、固 有的传动效率高等优点，通过使用液压执行系统来取代原来由驾驶员完成的选档、发 动机的转速同步调节和离合器分离与连接等一系列的操作，最终实现换档、起步等操 作自动化。并且它可实现自动和手动两种模式的选择，因此它具有有较强的适应性与 可靠性。电控机械变速器以其优点：成本低、易于制造以及传动效率高，使得它在自 动变速器中占有着重要的地位。 为了使电控机械变速器工作性能优良得到保证，它应当具

10、有以下的主要功用： （1） 、根据变化的汽车行驶条件，传动比做相应地改变，使汽车获得所需的行驶速 度与驱动力，同时使得发动机工作处于燃油经济性与动力性较佳的状况下； （2） 、发动机在不变曲轴旋转方向的前提下，传动轴旋转方向的改变，使得汽车能 够进行倒向的行驶； （3） 、使得在不熄火的情况下，发动机能够及时切断传动系统中的动力传递，使得 汽车能够起步、换档、滑行及停车。 为了满足上述的功用，在变速器中相应的设置空档、倒档和前进档，并且对变速 器提出如下的基本要求1 （1） 、性能要可靠。在使用过程中不应有换档冲击、脱档和自动跳档现象的发生。 此外，还不应出现有误挂档等现象。 （2） 、要使得

11、汽车具有良好的经济性和动力性，必须合理的选择变速器的传动比 以及档数。 （3） 、噪声小，传动效率高。为齿轮啮合损失的减少，应当设有直接档。另外， 合理的选择及结构参数和齿轮形式，提高它的安装和制造精度，都是减少 噪声以及提高效率有效的措施。 （4）、尽量要使变速器的体积小、质量轻、制造成本低以及结构紧凑。 第二章 变速器的变速传动机构的方案设计与选择 本次变速器设计所采用的是三轴式变速器。由于通过充分的分析发动机置前轮驱 动的变速器的齿轮寿命、变速器的径向尺寸、轿车结构的工艺性和变速器的传动效率， 可知最佳为三轴式变速器。它的档位设定为一个倒退档和七个前进档，其改变传动比 的情况是采用同步器

12、结合。采用的是液压式电控的操作方式，由于不论是在性能方面 或在经济方面都比较好，并且使用更广泛。相对于气压来说，其可靠性更高，并对设 备的要求却不高。在同步器的选择为关键部分，考虑到可靠性与经济性的问题，此次 选择滑块式惯性同步器较佳。 2.1 三轴式变速器斜齿轮排布分析 因为三轴式变速器的各前进档（除直接档）均是常啮合的斜齿轮。为了其提高传 动效率，在三轴式变速器方案中普遍采用的是有直接档的传动方案。对整个变速器的 结构布置有很大影响的是各齿轮副相对的安装位置。尽可能多的将直接档设计为使用 时间最多的档位。 变速器齿轮造成表面点蚀损坏主要由于接触应力过多，在离轴承较近的地方应放 承受载荷大的

13、低档齿轮，这样做可减少轴的变形。在离两支轴承较远的地方安排高档 轴齿轮较好，从而使得不至于下降过多的齿轮重叠系数。基于驾驶员的使用习惯、整 车的总布局，提高改善齿轮受载情况以及平均传动效率的综合考虑，安排形式参考国 内外的汽车变速器齿轮，采用图 2.1 所示排布的形式2 图 2.1 三轴变速器结构图 输入轴为右边第一轴前端，其后端为输出间轴，后端与前端断开不相连，并且断 开点在 3 和 1 之间。传动力的部分为中间的轴，倒档动轴为左边的轴，齿轮啮合传动 用来进行倒档。除了 5、7、9、11、13 斜齿轮以及 15、17 直齿轮空套在第一轴上外， 其余的齿轮都镶嵌在轴的上面。 2.2 倒档结构方

14、案及倒档轴位置 倒档齿轮结构和轴的位置应该和变速器的整体结构方案要同时考虑。在结构的布 置上，利用中间齿轮链接来改变输出轴转动的方向。需要注意的一点是不挂倒档时， 不能和第二轴齿轮发生有啮合的情况，增加一个中间齿轮在从动齿轮和主动齿轮的之 间。换倒档的时侯能够顺利换入倒档，而且不与其他的齿轮发生干涉。考虑到上述的 问题我选用的是一个倒档齿轮，并将其设计在变速器的右侧。选用倒档的机构如图 2.2 所示： 图 2.2 倒档机构图 2.3 制动器的设计及工作原理 换档时，为了抑制被啮合齿轮之间产生的噪声和冲击，应该在变速器中设置第一 轴制动器。因为离合器直接与之相连，是产生噪声与冲击的源头。因此，有

15、必要进行 设计和安装，利用它来对惯性而产生运转的第一轴施加制动作用3如图 2.3 所示： 图 2.3 第一轴制动器 1 第一轴；2 第一轴一档齿轮；3 一档同步器结合套；4 制动片；5 同步环；6 圆锥环 制动器安装在第一轴的右端，其主要是由圆锥环 6、同步环 5、制动片 4 等组和而 成。通过滚针轴承空套在第一轴上设圆锥环，而在圆锥环的两径向槽内并通过内孔的 两个径向凸起嵌设制动片 4。 在驾驶员挂倒档的时侯，通过拨叉使得最右边同步器结合套 3 向右移，推动其同 步环 5 向右移，使圆锥环 6 与同步环接触。并且在二者的锥面间产生摩擦，再利用摩 擦力带动制动片 4 与圆锥环一起旋转，与此同时

16、推动圆锥环向右移，使得变速器壳体 内壁与制动片接触，利用壳体内壁的和制动片产生的摩擦力来实现对其第一轴转动的 制动。 2.4 同步器的选用、结构设计及工作原理 现代汽车的变速器之中，各档基本上采用斜齿轮常啮合传动的变速齿轮，由于它 的传动比直齿轮的稳定性更强、精度更高、传动效率更高，更适合于在大动力的传动。 因此，若要采用滑移齿轮改变其传动比来变速是不现实的。 由于各档的从动轮是用滚针轴承在变速器输出轴上支撑，它不直接与轴有相连。 因此，用花键在第一输出轴上固定并在每两个档位的从动齿轮之间安装同步器。通过 中间轴将第一轴的转矩传递到输出轴上，并利用摩擦力的作用实现同步器的换档，同 步器在工作时

17、换档过程轻便平顺，不会产生冲击。同步器上面装有摩擦面与结合套， 使得两个档位中的一个从动齿轮上的结合齿轮和同步器上的结合套之间产生摩擦，并 且慢慢的达到“同步” ，该齿轮才能带动输出轴与同步器的转动，其同步器的装配图如 下图 2.4 所示： 图 2.4 滑块式惯性同步器装配示意图 因为同步器型号各有所不同，考虑到实用性与经济性。我选择的是滑块式惯性同 步器，其组成的部分如图 2.5 所示： 图 2.5 滑块式惯性同步器 1、6 同步环；2 滑块；3 弹簧圈；4 花毂键；5 结合套；a 滑块中部凸起；b 花键毂轴向槽； c 同步环缺口 它主要由结合套、弹簧圈、同步环、滑块和花键毂组成。外圆柱面与

18、花键毂的内 孔都加工有花键。花键毂通过输出轴与内花键相连接，并且用卡环和垫圈来作轴向的 定位。结合套内花键与花键毂外花键作滑动连接。结合套的外圆柱面有与换档拨叉相 互配合的环槽。换档的拨叉在拨动下，结合套可沿花键毂作轴向的移动。 齿轮 11 和 8 与花键毂的两端之间各有一个同步环 6 和 1。结合齿圈既可与齿轮加 工成一体，又可单独加工后与齿轮焊接在一起。同步环外圆柱面之上有短花键齿圈， 齿轮 11、8 上的结合齿圈 10、9 的外花键齿与花键齿的断面轮廓及尺寸均相同。锁止 角是跟结合套的内花键齿端的倒角相等。所有的外花键齿在对着结合套 5 的一端的一 定倒角。此外，同步环内孔加工形成内圆锥

19、面，同步环和结合齿圈外圆锥面相互配合， 并组成锥面摩擦副。 滑块中部有凸起的 a，将在结合套内表面上压滑块，在两个弹簧圈径向弹力作用下， 使得滑块中部的凸起 a 镶嵌在结合套中部内环槽之中得正好。此外，滑块两端伸入到 同步环缺口的 c 中。在花键毂的三个轴向槽分别装 b 中的三个滑块，滑块可沿槽 b 做 轴向移动。并且，只有当滑块到缺口 c 中央时，结合套才能和同步环相结合。滑块式 惯性同步器的工作过程原理4如图 2.6 所示： 图 2.6 滑块式惯性同步器工作过程示意图 在设计同步环时，要保证在慢慢达到同步之前，结合齿圈作用在拨环力矩总 是小于同步环上的惯性力矩。因此，要适当的选择摩擦锥面的

20、锥角和锁止角。所以， 通过操纵机构的作用无论是驾驶员作用在结合套上的轴向推力有多大，同步环键齿端 与结合套花键齿端总是会互相抵触因而不能结合。这是同步环对于结合套的锁止角作 用时，结合齿圈惯性力造成的。 第三章 变速器档数与齿轮参数的确定 3.1 变速器档数确定 改善汽车的经济性和动力性可以通过增加变速器的档数。档数越多，则发动机的 转速变化范围就越小，而发动机的平均功率就越高，因而可以提高汽车的动力性，即 提高汽车爬坡能力与加速能力。档数越多优点是：1、增加变速器档数会使得相邻高档 与低档之间的传动比比值会减小，使得换挡工作更容易进行。2、在低油耗区发动机工 作的可能性就越大，因而，汽车燃油

21、经济性也就越高；档数越多缺点是：1、变速器结 构就会越复杂，会使得质量和轮廓尺寸增大。2、在使用的时侯换挡频率也会相应地增 高。 选用：倒档+七个前进档形式。档数不采用组合式变速器但选用七档，其原因如下： a. 电控制操纵部分的元件多，操纵实现较困难；b. 组合式变速器的结构复杂。综上所 述，采用七档三轴式的变速器为最佳。变速器两个重要的参数：1、变速器的邻档传动 比的比值；2、传动比范围。目前，多档的变速器多用于越野汽车和重型货车，一般乘 用车的变速器用 45 个档位，而一般来说货车的变速器采用多档或者 45 个档。在 这里选用传动比的变化范围为 9。邻档传动比的比值是几何级数公比，变速器各

22、档的传 动比基本是呈几何级数的关系，为的是使发动机工作在最有利的转速范围内。两种变 速器的传动比变化的范围相同时，若是邻档传动比的比值小，则档数会多。相邻档位 传动比的比值大，则结构简单，档数会少。但是相邻档位之间的传动比的比值要在 1.8 以下。 3.2 各档传动比计算 参照 sr6100 初选的各档位5 5 . 3 1 i3 . 2 2 i5 . 3 3 i 以最大的爬坡度来确定一档的传动比： （3-14 . 3 85 . 0 33 . 6 492 5 . 0458 . 0 8 . 96750 0max 1 , im rmg i e 1） 为轿车的总质量，取=6 750kg。mm r 25

23、2 . 0 sincos maxmax f 道路的上坡角，24%； 主传动器的传动比，6.33； 0 i 0 i 变速器一档的传动比； , 1 i 滚动阻力系数；f 汽车传动系总效率，=0.830.85，取0.85； 驱动轮滚动的半径，0.5m ；rr 发动机的最大输出转矩；150。 maxe m maxe m 初选 0 i7 . 70 . 1 7 i 由于几何级数公比： （3-399 . 1 )0 . 15 . 3()( 6 1 6 1 minmax iiq 2） 又因为： 122334543221gggggggggggg iiiiiiiiiiii 得到初步选定各档位的参数： ， ， ， 5

24、 . 7 1 i27 . 5 2 i66 . 3 3 i57 . 2 4 i ， ， ， 83. 1 5 i33 . 1 6 i0 . 1 7 i66 . 7 8 i 3.3 变速器齿轮参数的确定 3.3.1 模数的确定 主要是抗弯曲疲劳强度和齿轮的强度决定齿轮模数的因素。应合理减小模数来减 少噪声，并同时增加齿宽。增大齿宽会使得齿面上载荷的分布趋于不均匀，但是随之 减少齿轮传动的接触强度和弯曲强度。齿轮越宽，承载能力也就越高，因此齿轮不宜 过窄。所以齿宽必须取得适当。 齿轮模数选取应当符合国家的标准规定。本次设计是基于小型轿车之上，由此， 得来齿轮的受力情况进行分析。 齿轮传动计算载荷： （

25、式中，为载荷系数）lkfkpp nca k 齿根弯曲疲劳强度设计，其模数： 3 2 1 1 2 f safa d yy z kt m 按齿面接触强度设计： （3-3 3 2 1 1 32. 2 h e d z u ukt d ） 式中：齿轮扭矩，：齿宽系数，：传动比，：齿形系数，：应力校正 1 t d u fa y sa y 系数，：材料弹性影响的系数， ：接触疲劳许用应力。 e z h 从齿轮强度的观点出发，并经原始数据带入及运算，得到范围大致如下的变速器 齿轮模数：中级轿车：2.753.0，轻型和微型轿车：2.252.75。 （3-66 . 3 )10492(1)10( 3 1 3 1 m

26、ax en mkm 4） 高档： 0 . 1k （3-95 . 4 )10(7 . 0 3 1 1max imm et 5） 最后，参考同类型汽车齿轮的模数，并符合国家的标准 gb-1357 规定： 取低档： 一、二、三档 5 . 4m 中档： 三、四、五档 25 . 4 n m 高档： 六、七档 75 . 3 n m 3.3.2 中心距的确定a 变速器齿轮的中心距对于变速器整体的质量、尺寸与体积都有很大的影响。它是 变速器很重要的参数。通常，根据经验公式初选的中心距。a 由经验公式： （3- 3 1 max) ( i meka 6） 式中： 中心距系数。对轿车为=1519；kk 发动机的最大

27、输出转矩； max me 变速器在一档时，第二轴输出； maxi me = ； maxi me g ime 1max 变速器的传动效率，取 0.96； g 变速器一档传动比。 1 i 综上所述，取。mma142 确定中心距时需考虑齿轮结构要求以及齿轮的几何参数，使得其与中心距相互匹 配。 3.3.3 齿宽的确定 齿轮的宽度大，承载能力较高。但是在齿轮受载之后，由于轴的绕度变形及齿向 误差等原因，沿齿宽度的方向受力不均匀，因此齿宽不宜取得太大6。 公式初选： 直齿轮： 75.33 5 . 22)5 . 75 . 4(mb42. 2m 斜齿轮： b3627)0 . 85 . 6( n m75 .

28、3 n m b 8 . 3124)5 . 85 . 6( n m25 . 4 n m 取齿宽为：30，30，32； 为：4.25，4.5。 n m 3.3.4 斜齿轮螺旋角的确定 汽车的变速器除了倒档为直齿轮之外，其余的均为斜齿轮设计，变速器斜齿轮的 螺旋角范围 1035，增大螺旋角可使得工作平稳，齿轮捏合重合系数的增加，为的 是提高强度和减少工作噪声以及工作精度。若是螺旋角取得太大，会使得轴承载荷以 及轴向力过大。第一、二轴上的齿轮则取左旋，并初选：，即中间轴上全部8324 的齿轮螺旋方向均做成右旋的形式。因为，在选取斜齿轮的螺旋角时，经轴承盖由壳 体承受第一、二轴上的轴向力，而尽量使得中间

29、轴上轴向力平衡。 3.3.5 原始齿廓参数 1、压力角 ： 增大齿轮的压力角，会提高齿轮传动的接触强度以及齿轮的弯曲强度，齿轮在 节点处的齿廓曲率半径和齿厚都会随之增加。参照现代汽车的参数，选压力角为： 。 20 压力角的增大并不是都对于传动是有利的，对重合度接近 2 的高速齿轮推荐于采 用高系数为 11.2 的齿顶，齿轮的压力角为 1618。但轿车要求噪声小，常常选 用较小压力角。同步器的接合器或者同一变速器的压力角一般主要有， 20 ，。 25 30 2、齿顶高系数，选取正常齿顶高的系数： 0 . 1 a h 3.3 各档齿轮数的分配 确定变速器的各档齿轮齿数时，考虑到根切现象的发生以及各

30、档传动比的要求， 一般尽量将中间轴上一档的小齿轮取得小些，使得传动比更大一些。在初选螺旋 87 / zz 角，确定齿轮模数和中心距以后，并根据预先确定变速器的档数，在 已定的前提之下， 1 i 的传动比分配得大些，于是可分配较多的齿数到第一轴常啮合齿轮，在其内腔以 21/ z z 便设置第二轴前轴承，传动方案及传动比，分配各档的齿轮齿数。如果，第一轴常啮 合齿轮齿数太多会使得齿轮的外径会增大，若是超过变速器壳体上第一轴的轴承孔的 尺寸，就不能进行装配。 。 （3-7141 132 1 zz zz i m d zh ） 若是齿数太少，则加工轴承孔之后，会使得轮辐太薄，即影响齿轮的强度。中间 轴上

31、的小齿轮最小齿数，受到中间轴轴颈的尺寸限制。在选定时，对齿轮齿数和轴 8 z 的尺寸都要进行综合的考虑。 若采用变位齿轮，则可增强小齿轮的强度及避免根切。轿车中间轴式的变速器一 档传动比为7.08.5 时，则中间轴上一档齿轮的齿数可在=1517 之间进行选择。 1 i 8 z 1、一档齿数的确定： （3- 141 132 1 zz zz i 8） 因为 1，2 齿轮都是斜齿轮，按照下述公式可求得： （3-635 . 42842 1413 n mazz 9） （3-6875. 3 6 . 26cos1422cos2 21 n mazz 10） 故取： 21 1 z47 2 z49 13 z14

32、14 z （3- 83 . 7 14 49 1 2 141 132 1 z z zz zz i 11） 2、二档齿数的确定： 有 （3- 121 112 2 zz zz i 12 11 21 47 27 . 5 z z 12） 又因为： 635 . 414222 1211 n mazz 45 11 z18 12 z 3、三档齿数的确定： 101 92 3 zz zz i （3-6125 . 4 16.23cos1422cos2 109 n mazz 13） 取 38 9 z 10= 23 69 . 3 3 i 4、四档齿数的确定： （3-91 . 0 81 72 4 zz zz i 14） 6

33、125 . 4 06.24cos1422cos2 87 n mazz 取： 7= 338= 28 5、五档齿数的确定： （3- 61 52 5 zz zz i 15） 6125 . 4 09.24cos1422cos2 65 n mazz 取： 5= 286= 33 6、六档齿数的确定： （3- 41 32 6 zz zz i 16） 7025 . 4 44.24cos1422cos2 43 n mazz 取： 3= 264= 44 32 . 1 4421 2647 41 32 6 zz zz i 7、倒档齿轮数的确定: 由于一档，则倒档齿轮就选用相同的模数。倒档齿轮数在 2123 之间，于是

34、选定 倒档齿轮为 23。 7 （3-17 161 152 17161 15171 zz zz zzz zzz ir ） 齿轮 9 和 8 的齿顶圆间为了不产生运动干涉保证倒档齿轮啮合，应当保持 0.5 以上。mm 取 a=9；595 . 4)9142(2cos)(2 1615 n maazz 则取： （3-18 45 15 z z16= 14 19 . 7 1521 4541 161 152 zz zz ir ） 中间轴和倒档轴的中心距： （3-19 25.832)2314(46 . 2 2)( 1081 zzma n ） 第二轴和倒档轴的中心距： （3-20） 1532)4523(5 . 4

35、2)( 1082 zzma n 3.4 齿轮材料的选择 一般情况之下，齿轮传动失效主要是由轮齿的失效。工作面磨损和轮齿折断、塑 性变形、点蚀以及胶合是齿轮传动比较常见失效的形式。齿面必须具备有较高的抗点 蚀、抗磨损和塑性变形以及抗胶合的能力，并要求齿根应具有较高抗折断的能力。 因此，根据加工后的优点和材料特性，除结构形状较为复杂或尺寸过大只适合铸 造外，一般都是用锻钢来制造齿轮。常用含碳量在 0.150.6的合金钢或碳钢。此 外，还应当进行磨齿等精加工。目前需精加工的齿轮，多为先切齿再进行表面之间硬 化的处理，最后再进行精加工。热处理方式主要有表面氮化、淬火、渗碳等。所用的 材料根据具体的要求

36、以及热处理的方法来确定。 3.5 齿轮的变位系数 采用兼顾周全的齿轮变位，它能既可避免齿轮产生的根切、干涉和配凑中心距， 又能满足变速器的不同档位齿轮在弯曲强度、接触强度、抗胶合能力使用平稳性和耐 磨性等方面的不同要求。 3.6 齿轮强度 3.6.1 齿轮损坏形式 变速器齿轮的损坏形式主要有下列的几种形式7 1、齿轮折断： 为了提高齿轮抗折断的能力，采取以下的措施： （1） 、增大轴的刚性及支承使得轮齿接触线上承受的载荷较为均匀； （2） 、对齿根的表层进行强化处理采用的是：滚压、喷丸等工艺的措施； （3） 、采用适合的热处理方法使得芯材料具有足够的韧性； （4） 、为了减小齿根的应力集中，采

37、取消除加工刀痕以及增大齿根过度圆角的半径。 2、齿轮点蚀： 为了提高接触的强度，采取以下的措施： （1） 、钢材采用许用应力大的，提高齿面的强度； （2） 、合理选择齿轮的参数，使得接触应力降低。 3、齿面胶合： 为了防止胶合主要有以下的措施：加强润滑的措施。若是采用抗胶合能力强的润 滑油并且在润滑油之中加入极压添加剂，就可以减轻或防止齿面的胶合。 3.6.2 齿轮强度校核 经校核计算各齿轮的强度均满足设计的要求。因为计算过程较长，具体校核计算 过程见附录 1。 第四章 轴承的选择与确定 4.1 变速器轴承形式选择 轴承所承受的载荷性质、大小和方向，是选择轴承类型主要的依据。 根据载荷的大小选

38、择轴承类型： 因为，球轴承中主要是点接触，适合于承受中等或较轻载荷。然而，滚子轴承中 主要是线接触，适合承受较大载荷。因此，当载荷较小的时侯，可以优先的选用球轴 承。 根据载荷的方向选择轴承类型： 对于纯轴向的载荷，一般会选用推力轴承。如果纯轴向载荷比较小选用推力球轴 承，但是纯轴向的载荷较大一般可以选用推力滚子轴承。如果在轴承同时承受径向的 载荷和轴向载荷的时候，可以选用接触角不大的角接触球轴承或者圆锥滚子轴承；当 轴向载荷较大的时侯，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者可以 选用推力轴承和向心轴承组合在一起的结构，分别承担轴向载荷和径向载荷。 从工作转速对于轴承的要求来看，即

39、可以确定以下的几点8： （1） 、保持架的结构与材料对轴承转速的影响极大； （2） 、在内径向相同的时侯，滚动体加在外圈滚道上的离心力也就越小。滚动体越 小相同的外径也就越小。因此，更适合于在更高的转速下工作； （3） 、推理的轴承极限转速都不高； （4） 、在工作转速超出极限的时候，就可以选用较高公差等级或者游隙较大的轴承； 并且加强对循环油冷却，采用循环润滑或油雾润滑改善轴承的高速性能； （5） 、滚子轴承有较低的极限转速与球轴承相比，在高速时一般会优先选用球轴承。 因此，可采用向心球轴承于第一轴的前轴承。此轴承安置在发动机飞轮的内腔之 中。第一轴的后轴承是外座圈上有止动槽的深沟球轴承。为

40、了使第一轴便于拆装，一 般第一轴承齿轮的齿顶圆直径比后轴承的外圈直径小。采用液针轴承于第二轴，采用 了带止动槽的深沟球轴承在后端。采用无套、有保持架的滚针轴承，第二轴间采用滚 针轴承与第二轴上常啮合齿轮，由于受结构限制的径向尺寸，轴与滚针轴承和齿轮孔 间的径向间隙小，转动及定位精度高，这会有利于齿轮的啮合。有时侯可用两个单列 的轴承串联来使用。中间轴的前端选用的是径向滚子轴承，其不承受轴向力。因为， 在壳体的前端面布置轴承盖比较困难。润滑则采用飞溅润滑。 4.2 选用轴承的形式及尺寸 各轴承的尺寸及形式如表 4.1 所示： 表 4.1 选用轴承的尺寸及形式 名称尺寸（ddb） 第一轴后支承深沟

41、球轴承5510021 第二轴前支承滚针轴承404615 第二轴一档齿轮滚针轴承859320 第二轴二档齿轮滚针轴承758220 第二轴三档齿轮滚针轴承758220 第二轴四档齿轮滚针轴承657220 第二轴五档齿轮滚针轴承657220 第二轴七档齿轮滚针轴承556220 第二档后支承深沟球轴承 5510021 第二轴倒档齿轮滚针轴承859320 中间轴前支承圆柱滚子轴承 5510021 中间 中间轴后支承深沟球轴承 5013031 4.3 轴承安装设计 4.3.1 轴承配合公差选择 汽车变速器的轴承选用普通级的精度轴承。配合公差选取如下： 孔座：圆柱滚子轴承和球轴承6k 轴： 球轴承 6k 圆

42、柱滚子轴承： 40 40 dmm6kdmm6m 与滚针轴承配合之处的内外滚道，分别为齿轮箱体孔座与轴配合，其公差分别为 和 。 6g5h 4.3.2 轴承轴向定位设计 变速器工作的时侯，轴向力的方向和大小也在发生变化。为了防止轴承产生轴向 的位移，应该在轴壳体上设置轴向的紧固装置。 轴承内圈的定位 通常由轴肩固定轴承在轴上的位置。轴肩部圆角半径应小于轴承内圈的圆角半径。 轴承的另一端需要用螺母和防松垫，并采用止动垫和紧定套来紧固。 轴承外圈的定位 轴承的外圈用轴承盖来进行固定，并且轴承的外圈有止动槽。 第五章 变速器的箱体和端盖设计 5.1 变速器箱体设计 变速器的箱必须要有足够的强度和刚度，

43、壳体壁厚须均匀，缓慢地过渡，一般使 用灰口铸铁或铸钢制造；并且必须要有良好的机加工工艺性和铸造工艺性，灰铸铁具 有良好的减震性和铸造性。轴承座联接螺栓应当尽量地靠近轴承的座孔，利用合理的 加强筋和大圆角过渡改善壳体的强度与刚度，轴承座的凸台应当有足够面积的承托面， 以便放置联接螺栓，下、上箱盖使用螺栓联接而成一体，使得旋转螺栓所需的空间得 到保证。一般会在轴承孔得附近加了支撑肋，以使箱体具有足够的刚度保证 9，为便 于轴系部件的拆卸与安装，通常不采用完整的平面在箱体底座，箱体使用沿轴心线的 水平剖式并使用铸钢材料。 保证变速器的正常工作，既需要重视轴、齿轮、箱体的结构和轴承组合设计，尽 可能的

44、减少底座平面加工面积并保证在变速器安置底座上的稳定性。理设计与选择变 速器润滑的油池，注意：1、检查油面高度、排油、注油、加工，2、拆装检修时箱座 和箱盖精确的定位，3、部件与吊装等辅助零件的合。 检查孔： 在箱体适当的位置设置检查孔检查传动零件啮合的情况，同时也可以向箱内注入 润滑油。 通气孔： 变速器工作之时，箱体内压力增大、气体膨胀、温度升高。通常，在箱体顶部设 置有通气孔，以使得箱内热膨胀气体能够自由地排出，保持箱内外的压力保持平衡， 不至于使得润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他的缝隙渗漏。 轴承盖： 用轴承盖在轴承座孔的两端来密封，以固定轴系部件的轴向位置，承受轴向的载 荷。轴承盖有凸

45、缘式和嵌入式两种。凸缘式轴承盖和嵌入式轴承盖相比的优点是：调 整、拆装轴承方便；缺点是：外观不平整、零件数目多、尺寸较大。 定位销： 在箱座与箱盖的连接凸缘之上配装有定位销，可以保证每次在拆装箱盖的时侯能 保持轴承座孔的制造加工精度。 油面指示器： 因为，经常保持油池要有适量的油。通常会在箱体便于观察、油面较稳定的位置 油面指示器来检查变速器内油池油面的高度。 放油螺栓： 换油时，排放清洗剂和污油。放油孔一般设置在箱座油池底部的最低的地方，不 放油的时候用螺塞堵住。箱体接合面与放油螺塞间应加装有防漏垫圈。在壳体上开孔， 利于倒档，支承表面的拆装及加工的倒档齿轮。壳体上开设回油槽或孔，以使轴承间

46、 隙外流的润滑油再次流回到壳体之内。顶部装设通气塞，保证变速器的壳体等于大气 压力。变速器的注油孔应当设置在规定的润滑油面高度之处。润滑油应在中间轴轴线 以下的 20。放油螺塞则采用永久磁性的螺塞，为避免齿轮磨粒的磨损。mm 5.2 变速器端盖设计 变速器的侧盖或上盖常成为操纵机的构壳体。一般后、前端盖多使用紧固轴承， 并用变速器与轴承润滑密封。 变速器的端盖应当有足够的强度及刚度，壳体壁缓慢过渡，厚要均匀。在机加工 工艺性和铸造工艺性方面，利用合理的加强筋和大圆角过渡改善壳体的强度与刚度。 壳体上的螺纹孔（处在变速器的润滑油以上）与轴承座孔应尽可能为通孔。应避 免壳体与螺纹孔干涉。壳体的加工

47、面（两端及盖结合面）应当采用平面、避免凸台、 两端应平整光洁，平面度小于 0.10。孔的表面粗糙度和平面位置尺寸要求都很高，输 出孔的形状和大小参照标准的设计 9。 第六章 变速器的自动控制装置设计 随着日趋完善的微型电子计算技术，出现的自动换档系统利用了微机控制。它对 传统手动换档机构进行改造并使用先进的电子技术，利用微机实行汽车的换档与起步 等操作自动化。从而在同步换档的基础上使得轴线固定式变速器实现了自动的换档。 此电控机械变速器不仅具有变速平稳性，而且还保留了原齿轮式变速器的优点、燃油 经济性好和整车动力性，又使得驾驶员不必频繁地换档操作。 6.1 操纵机构设计 6.1.1 换档机构结

48、构形式确定 在手动换档的变速器基础之上，利用微机做为控制单元的核心，通过液压系统的 控制离合器接合、分离及变速器档位的变换，将电控装置的换档机构取代手动形式的 换档机构。此外，还应具有坡道起步辅助装置、巡航行驶控制、快速怠速控制、故障 自诊断、节气门控制等功能9。 6.1.2 换档品质控制装置的结构与工作原理 主要由微机作为控制单元及节气门调节器、各种传感器、液压系统动力单元、执 行器单元等组成电控机械变速器的电控装置，其中液压系统和机械系统是主要的部件。 节气门的调节器功能是调节节气门的开度，进一步调整发动机的转速。执行器单元的 功能是依据换档指令，完成离合器的接合、分离和变速器档位的变换。

49、动力单元则是 液压的系统核心，其功能是向液压系统提供了稳定的工作液压10。其主要的控制器有： 变速控制： 变速控制是根据从 ecu 传输信号，按照已经预设的程序，将换档电信号通过电磁 阀转换为液压信号，去操纵换档的执行元件自动进行换档与选档。换档时间由加速踏 板的行程和车速决定。 离合器控制： 离合器结合的方式（完全接合与半接合两种方式）与车速、加速踏板行程及操作 速度随换档时是降档还是升档等参量变化而改变的。 节气门控制： ecu 依据加速踏板的行程的传感器输出行程信号，通过控制步进电机使得加速踏 板行程与节气门开度一一的对应，即实现两者得连动。在换档之时，为了减小齿轮间 的冲击及防止发动机

50、超速，节气门控制系统来关闭节气门，待换档结束之后，再恢复 加速踏板和节气门之间的联动的关系。 巡航行驶控制： 控制开关接通之时，巡航行驶控制系统即进入工作的状态。通过 ecu 的操作控制 系统使得节气门调节器（即步进电机）控制节气门开度或操纵换档装置自动换档来实 现巡航行驶的控制。 其工作的原理为：控制系统的 ecu 在接受开关输进与各种传感器的反映发动机负 荷与变化和汽车行驶的信号。通过在微机之中固化的最优化控制程序的运算处理之后， 再输出相应地控制信号给到各种控制的装置，最后才由执行单元来完成相应地操作。 其中，发动机节气门的开度通过进步电机来控制，变速器与离合器的操纵通过液压控 制系统，

51、其由电磁阀控制的工作油缸是执行器单元11。 6.2 磁液动换档机构原理 6.2.1 液压系统的基本结构与工作原理 液压系统是进行变速器与离合器操作，接受 ecu 的电信号的装置。它主要是由油 管、执行单元、储油罐及动力单元等组成。动力单元主要由：1、储压器，2、油泵， 3、其驱动电机等组成，作用：动力单元功能是一定的工作液压在为整个液压回路之中 提供；执行器单元是由：1、四个工作油缸，2、十个电磁阀组成，作用：执行器单元 的功能是将换单信号转换成液压信号，并完成相应的操作。磁液动换档的机构如图 6.1 所示。 图 6.1 为液压系统的控制原理图。阀 v1 是液压回路的总阀，它执行器单元和控制

52、动力单元之间液压的关闭与开启。阀 v2 是控制离合器的分离用。阀 v4 与 v3 控制离 合器的接合。阀 v6 与 v5 控制变速器的换档。阀 v9、v8 与 v7 用于完成选档的操作。 手动变速器中的换档操纵与离合器操纵机构被执行器单元取代了。它做为控制执 行的单元安装在变速器的壳体之上。执行器单元主要由挂档用、选档用和操纵离合器 用等驱动它们的 9 个电磁阀及三个工作的油缸所组成。在控制过程中，为了能检测变 速器的工作档位和离合器压盘分离的行程，在执行器单元上，相应的还装有 7 个档位 开关与一个行程传感器。需用二个档位开关来确定变速器的各档位，各档和各档位开 关关系如下表 6.2 示。

53、图 6.1 磁液动换档机构 表 6.2 变速器各档与各档位开关的关系 sw31档3档5档7档 sw2n1（空档）n0（空档）n2（空档）n3（空档） sw12档4档6档倒档 sw4sw5sw6sw7 三个工作油缸为执行器的作动部件。利用电磁阀控制换档过程中的油路，进而来 控制工作的油缸活塞停止和移动。3 档位的油缸是换档工作油缸，4 档位的油缸是选档 工作油缸。 为执行器的单元提供工作压力是动力单元，它主要由 1、限压阀，2、驱动电机, 3、油泵,4、两个压力开关（一个为电机停止、驱动用；另一个为液压报警用） 、储压器、 单向阀等组成。 动力单元一般采用的齿轮式油泵，齿轮式油泵成本底，工作可靠

54、，结构简单。油 泵通过压力开关 2 控制驱动电机的停止与运转。为了确保动力的单元向执行的单元提 供的液压始终处在于正常值（3954kpa4610kpa）范围内是控制驱动电机。即当液压 在低于 3924kpa之时，压力开关 2 接通驱动电机的电路，即驱动油泵开始工作状态； 当液压达到了 4610kpa之时，压力开关 2 切断驱动电机的电路，即电机停止运转状态。 另外，要在动力单元之中设置储压器，避免在执行器单元工作之时，电动机始终处于 工作状态。在执行单元的工作过程之中，既油泵未工作又能利用储压器 3 提供出稳定 的液压。在油泵出油口的附近设置单向阀 7，其主要是防止储压器的工作液在油泵停止 工

55、作之后倒流回入油泵12。 6.2.2 换挡位置图 在换档时应注意如下的三点：a 常用档位置于中间位置；b 倒档置于最靠边处；c 换档次序排列，其他档在两边。换档位置的操作图如图 6.2 所示：， 图 6.2 换档位置操纵图 6.2.3 锁止装置 确保啮合的齿轮以全齿长来进行啮合，避免因小轴向力的作用或汽车振动而脱档。 定位是自锁装置(定位装置)的作用，为避免拨叉和拨叉轴间产生轴向力时使电磁铁与拨 叉轴发生相对位置变动而安装电磁铁处自锁装置，从而使电磁铁不能够把拨叉和拨叉 轴相结合。弹簧的压力通常是电磁铁处在 100150n，将钢球(或锁销)压入电磁铁滑块 的凹臼中或者拨叉轴处在 200250n

56、，变速器轴是通过自锁装置中的弹簧来实现。 6.3 电路设计 6.3.1 电路显示部分设计 在电路显示部分设计主要有由 1、控制信号输出系统，2、计算系统和 3、信号输 入系统这三部分组成电控变速器电子控制的装置。 图 6.3 电路控制框图 由图 6.3 所示信号输入系统有：1、发动机冷却温度传感器，2、变速器输出速度传 感器，3、变速器输入速度传感器,4、制动开关，5、歧管压力开,6、润滑油温度传感器, 7、发动机曲轴转速传感器和 8、节气门位置传感器等信号。将这些信号反馈到 ecu（通用汽车上称为 pcm-动力传动的控制组件） ，在 ecu 上进行运算后输出的控制 信号，通过离合器电磁阀与换

57、档电磁阀等控制锁止与换档动作13。 在驾驶员驾驶部分采用数字的显示装置，可更方便、更好地进行换档的操作。采 用显示的译码器，用显示器件使输入状态显示出十进制的数。如图 6.4 所示为电路显示 连接的示意图14： 图 6.4 电路显示连接示意图 6.3.2 车内布置 由于采用电控气动式的操纵机构，所以将显示面板设置在驾驶员面前，使得驾 驶员在行使的过程中，可以更方便自如的操纵。本来换档手柄打算设置于方向盘的操 纵杆上，但考虑方向盘操纵杆其上已设置了较多手柄，这会加大驾驶员的操纵难度， 并且容易出现误操作，在紧急的情况下发生不必要的危险。而且考虑到从已使用的汽 车变速器的操纵手柄位置，现在驾驶员已

58、非常熟悉现在的换档模式。布置在此处位置， 以便驾驶员能快速上手，熟练的操作。综上，决定将操纵的手柄仍设置在目前大多数 汽车都采用的位置 15。 6.4 电磁铁及气缸选形 根据装配形式来确定汽缸与电磁铁的选择，具体得安装位置见装配图。电磁铁的 外形和安装的尺寸图如图 6.5 所示： 图 6.5 电磁铁的外形以及安装尺寸 单杆双作用汽缸图14如图 6.6 所示： 图 6.6 qga系列中间摆动式汽缸外形尺寸及安装尺寸 6.5 变速器的装配与调试 变速器装配和调试应注意如下的几点16： （1） 、所有的零件装配前须用煤油清洗、滚动轴承用须汽油清洗、箱体的内壁必须 涂耐磨的油漆； （2） 、齿轮啮合侧

59、隙用铅丝进行检查，侧隙值的第一级大于 0.14，第二级的大mm 于 0.16，且铅丝不能大于最小侧隙的 4 倍；mm （3） 、滚动轴承轴向调整的游隙均为 0.040.07； mm （4） 、用涂油法来检查齿面的接触斑点，齿高方向大于 39 ，齿长方向大于 50； （5） 、变速器内须装 n200 工业齿轮油（gb590368） ，油量应达到规定的高度； （6） 、变速器剖分面密封处不得使用任何填料，以及各接触点都不允许渗油或漏油， 但箱体剖分面允许涂密封油漆或水玻璃； （7） 、按变速器试验规程进行试验。 图 6.7 变速器装配示意图 第七章 总 结 电控机械变速器是在原有的手动式换档变速器

60、的基础上加装微机控制的自动控制 系统，通过加装离合器电液控制系统实现换档平稳性，在极大程度上提高了自动变 速器换档品质。其控制系统将传感器采集到的信号通过电控单元(ecu)进行处置，及加 装电液换档控制系统实现换档自动化，对相应的执行机构发出指令，完成一系列的 操作。通过电子控制单元的控制可以实现许多不同自动换档功能。现在的电控机械变 速器与以前的相比功能更强，控制速度更快，精度和稳定性更高，对驾驶员的驾驶技 术要求更低。 参考文献 1 丘宣怀机械设计m北京：高等教育出版社，1997 2 胡光辉，仇雅莉.汽车自动变速器原理与检修m.北京：机械工业出版社，2006. 3 邓楚南桥车构造m北京：人