微型汽車變速器反求分析

廖洋

一、微型汽車變速箱功能分析

1.1 ?微型汽車變速器的功能

變速器是改變汽車力矩和轉速的機構，其主要功能有：

1.滿足汽車起步、加速和爬坡行使時所需要的驅動力和轉速。

2.保證汽車能實現不同的行駛速度，和倒車。

3.保證汽車在原地啟動、怠速運轉而不向驅動輪輸出功率。

4.使汽車完成對其他機械輸出動力。

1.2 ?變速和保證變速的順利進行的實現

發動機的曲軸輸出功率到變速器，變速器的中間軸上有二個同步器，而每個同步器都與變速器輸出軸連在一起，并且可以左右滑動。每個同步器共有左、中、右三個位置，中間不與任何齒輪同步，而左右都可以和齒輪同步，通過撥叉撥動來控制同步器的左右運動，與不同的齒輪同步，而四結齒輪處于常嚙全狀態，但可以相對于II軸轉動，一旦與同步器同步就可帶動II軸轉動，從而通過撥叉控制同步器與不同的齒輪嚙合，實現變速。而撥叉機構具有自鎖與互鎖功能，每次變速換檔都會經過中間位置，即空檔，這樣就保證了變速的順利進行。

二、微型汽車變速箱運動分析

2.1 ?測量微型汽車車輪直徑

經測量微型汽車的車輪直徑為D=450mm

2.2 ?最高車速為120KM時變速箱的傳動比

v=120km/h=33.34m/s

nⅢ=nⅠ/i總

由車輪的線速度公式v=rω可以求出總的傳動比i總，則有：

v=rω=r×2πnⅡ/60=DπnⅠ/60i總

i總=DπnⅠ/60v=4.32

2.3 ?變速箱的最大和最小載狀態

微型汽車的額定功率時一定的，則有：

p=Tω=Tπn/30

T=30p/ωn

根據上式可知，當發動機的額定功率達到最大且變速箱的檔位最低，即速度最低時，該軸受到的載荷是最大的;同樣當發動機的功率達到了額定功率，變速箱檔位最大，即速度最高時，該軸的載荷就是最小。根據傳動比可以分析出變速箱中受載荷最大的時候再是汽車處于一檔的時候的差速器從動軸上;變速箱中受載荷最小的軸是汽車處于四檔的時候中間軸上。

2.4 ?行駛速度分別為10、20、40、60km/h時應該使用檔位的分析

變速箱主減速器的傳動比為i：i=4.35

根據速度計算公式V=DπnⅠ/60iⅠi總可以計算出在額定功率下各個檔位所能夠達到的最大速度。則有：

V1=29.9m/s V2=49.5m/s V3=80.4m/s V4=119.1m/s

再通過最大速度與所要求的速度進行比較，由于汽車的第四檔穩定速V≤25km/h。以汽車在行駛的過程中能夠省油為標準選取合適的檔位行使，則最后選定：

10km/h用1檔，20km/h用2檔，40km/h用3檔，60km/s用4檔。

三、微型汽車變速箱結構受力分析

3.1 ?受力最大的時候各軸的扭矩

發動機輸出扭矩最大是60.5N，由于發動機直接輸出到變速器的輸入軸，所以變速器的輸入軸受到的最大扭矩T1，則有：T1=60.5N

根據公式p=Tω=Tπn/30可以計算出中間軸的最大扭矩TⅡ，中間軸的轉速是第一根軸的傳動比轉換過來的，則有：

TⅡ=TⅠ×imax

TⅡ=60.5×3.585=216.89N

同樣可以求出差速器所受到的最大扭矩為TⅢ，則有：

TⅢ=TⅠ×imax×i主=60.5×3.585×4.35=943.48N

3.2 ?各軸的最小直徑

根據公式p=Tω=Tπn/30，可以計算出在最大扭矩的前提下軸的功率p，也就是說在發動機輸出最大扭矩的時候發動機沒有達到額定功率，那么可以計算發動機在額定轉速下的扭矩Te，則有：Te=46

遠比最大扭矩小，這樣在最大扭矩下求得軸的最小直徑就是該軸的最小直徑，則有各個軸的最小直徑為：

3.3 ?各個檔位齒輪強度

變速箱各檔齒輪材料為：合金鋼（20CrMnTi）。材料強度極限為：[σF]=1100MPa。取7級精度。齒輪的彎曲疲勞強度為：

齒輪的接觸疲勞強度為：

可見，齒輪的強度滿足要求。

四.汽車變速箱關鍵零部件反求分析

4.1零件公差反求分析

實測尺寸不等于原設計尺寸，需要從實測尺寸推論出原設計尺寸。假設所測的零件尺寸均為合格，實測值一定是圖樣上規定的公差范圍內一數值，即

實測值 = 基本尺寸± 制造誤差± 測量誤差

采用基孔制：孔的實測值 - 基本尺寸 ≤1/2 孔公差（ITII級）

采用基軸制：基本尺寸 - 軸的實測值 ≤1/2 軸公差（ITII級

4.2件材料、熱處理反求分析

機械零件的材料選擇與熱處理方法直接影響到零件的強度，剛度，周，壽命，可靠性等指標，材料的選擇是機械設計中的重要問題。

材料的成分分析：對材料的整體，局部，表面進行定性分析或定量分析時，可通過以下手段：火花鑒別法，音質判別法，原子發射光譜分析法，化學成分分析法，微探針分析法。

材料的組織結構分析：可以用放大鏡觀察材料的晶體大小，淬火硬層的分布，縮孔的缺陷等情況。通過對材料的分析，結合我國國產材料的具體性能，選擇合適的代用品。

五、設計結論

作為學生我們的設計是不完美的，甚至有不切實際的可能，因為我們沒有結合實際考察，沒有經過大量的實驗與檢驗。我們應該盡可能結合《機械制圖》與《機械設計》中學習到的設計要求以及設計誤區進行考慮，避免常見的的設計錯誤，使我們的設計更加合理，更加人性化，更加符合現代設計概念。

參考文獻：

[1]黃靖遠.機械設計學[M].北京：機械工業出版社.2005.

[2]黃純穎.機械創新設計[M]北京：清華大學出版社.1992.