微型汽车变速器反求分析

廖洋

一、微型汽车变速箱功能分析

1.1  微型汽车变速器的功能

变速器是改变汽车力矩和转速的机构，其主要功能有：

1.满足汽车起步、加速和爬坡行使时所需要的驱动力和转速。

2.保证汽车能实现不同的行驶速度，和倒车。

3.保证汽车在原地启动、怠速运转而不向驱动轮输出功率。

4.使汽车完成对其他机械输出动力。

1.2  变速和保证变速的顺利进行的实现

发动机的曲轴输出功率到变速器，变速器的中间轴上有二个同步器，而每个同步器都与变速器输出轴连在一起，并且可以左右滑动。每个同步器共有左、中、右三个位置，中间不与任何齿轮同步，而左右都可以和齿轮同步，通过拨叉拨动来控制同步器的左右运动，与不同的齿轮同步，而四结齿轮处于常啮全状态，但可以相对于II轴转动，一旦与同步器同步就可带动II轴转动，从而通过拨叉控制同步器与不同的齿轮啮合，实现变速。而拨叉机构具有自锁与互锁功能，每次变速换档都会经过中间位置，即空档，这样就保证了变速的顺利进行。

二、微型汽车变速箱运动分析

2.1  测量微型汽车车轮直径

经测量微型汽车的车轮直径为D=450mm

2.2  最高车速为120KM时变速箱的传动比

v=120km/h=33.34m/s

nⅢ=nⅠ/i总

由车轮的线速度公式v=rω可以求出总的传动比i总，则有：

v=rω=r×2πnⅡ/60=DπnⅠ/60i总

i总=DπnⅠ/60v=4.32

2.3  变速箱的最大和最小载状态

微型汽车的额定功率时一定的，则有：

p=Tω=Tπn/30

T=30p/ωn

根据上式可知，当发动机的额定功率达到最大且变速箱的档位最低，即速度最低时，该轴受到的载荷是最大的;同样当发动机的功率达到了额定功率，变速箱档位最大，即速度最高时，该轴的载荷就是最小。根据传动比可以分析出变速箱中受载荷最大的时候再是汽车处于一档的时候的差速器从动轴上;变速箱中受载荷最小的轴是汽车处于四档的时候中间轴上。

2.4  行驶速度分别为10、20、40、60km/h时应该使用档位的分析

变速箱主减速器的传动比为i：i=4.35

根据速度计算公式V=DπnⅠ/60iⅠi总可以计算出在额定功率下各个档位所能够达到的最大速度。则有：

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

再通过最大速度与所要求的速度进行比较，由于汽车的第四档稳定速V≤25km/h。以汽车在行驶的过程中能够省油为标准选取合适的档位行使，则最后选定：

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

三、微型汽车变速箱结构受力分析

3.1  受力最大的时候各轴的扭矩

发动机输出扭矩最大是60.5N，由于发动机直接输出到变速器的输入轴，所以变速器的输入轴受到的最大扭矩T1，则有：T1=60.5N

根据公式p=Tω=Tπn/30可以計算出中间轴的最大扭矩TⅡ，中间轴的转速是第一根轴的传动比转换过来的，则有：

TⅡ=TⅠ×imax

TⅡ=60.5×3.585=216.89N

同样可以求出差速器所受到的最大扭矩为TⅢ，则有：

TⅢ=TⅠ×imax×i主=60.5×3.585×4.35=943.48N

3.2  各轴的最小直径

根据公式p=Tω=Tπn/30，可以计算出在最大扭矩的前提下轴的功率p，也就是说在发动机输出最大扭矩的时候发动机没有达到额定功率，那么可以计算发动机在额定转速下的扭矩Te，则有：Te=46

远比最大扭矩小，这样在最大扭矩下求得轴的最小直径就是该轴的最小直径，则有各个轴的最小直径为：

3.3  各个档位齿轮强度

变速箱各档齿轮材料为：合金钢（20CrMnTi）。材料强度极限为：[σF]=1100MPa。取7级精度。齿轮的弯曲疲劳强度为：

齿轮的接触疲劳强度为：

可见，齿轮的强度满足要求。

四.汽车变速箱关键零部件反求分析

4.1零件公差反求分析

实测尺寸不等于原设计尺寸，需要从实测尺寸推论出原设计尺寸。假设所测的零件尺寸均为合格，实测值一定是图样上规定的公差范围内一数值，即

实测值 = 基本尺寸± 制造误差± 测量误差

采用基孔制：孔的实测值 - 基本尺寸 ≤1/2 孔公差（ITII级）

采用基轴制：基本尺寸 - 轴的实测值 ≤1/2 轴公差（ITII级

4.2件材料、热处理反求分析

机械零件的材料选择与热处理方法直接影响到零件的强度，刚度，周，寿命，可靠性等指标，材料的选择是机械设计中的重要问题。

材料的成分分析：对材料的整体，局部，表面进行定性分析或定量分析时，可通过以下手段：火花鉴别法，音质判别法，原子发射光谱分析法，化学成分分析法，微探针分析法。

材料的组织结构分析：可以用放大镜观察材料的晶体大小，淬火硬层的分布，缩孔的缺陷等情况。通过对材料的分析，结合我国国产材料的具体性能，选择合适的代用品。

五、设计结论

作为学生我们的设计是不完美的，甚至有不切实际的可能，因为我们没有结合实际考察，没有经过大量的实验与检验。我们应该尽可能结合《机械制图》与《机械设计》中学习到的设计要求以及设计误区进行考虑，避免常见的的设计错误，使我们的设计更加合理，更加人性化，更加符合现代设计概念。

参考文献：

[1]黄靖远.机械设计学[M].北京：机械工业出版社.2005.

[2]黄纯颖.机械创新设计[M]北京：清华大学出版社.1992.