汽车变速箱主要参数设计系统的开发

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变速器是汽车传动系统的主要组成之-，其作用是扩大发动机的输出转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时还能够使发动机在有利的工况下(功率较高、油耗较低)工作 .虽然自动变速器与手自-体式变速器有了长足的发展，但装配手动变速器的汽车在加速和超车时比自动变速车更快更省油，所以手动变速箱仍然有广阔的市场.但是，手动变速箱在设计过程中需要用到大量的公式，如果采用手工计算，效率和准确度都难以得到保证，而现有的变速箱设计软件价格又非常高.近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势.目前，乘用车-般用4～5个挡位的变速器 J.为此，以Vc作为开发环境，开发了汽车变速箱主要参数设计系统，以期实现复杂计算的简易化并缩短开发周期。

1 汽车变速箱主要参数设计原理1.1 主减速比的确定发动机转速与汽车行驶速度之间的关系为o.377 ， (1)其中， 为汽车行驶速度，n为发动机转速，r为车轮滚动半径，i 表示变速器传动比，i。表示主减速器传动比。

由式(1)可知，在已知汽车最高车速、发动机额定转速的情况下，超速挡传动比和主减速比知道其-即可得到另-数值，本设计选择指定主传动比为已知。

1.2 最低档传动比的确定选择最低档传动比时应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速、主减速比和驱动轮的滚动半径来综合考虑。

按照最大爬坡度设计，满足最大通行能力的条件，即用-档通过要求的最大坡度角 坡道时，驱动力应大于或者等于此时的滚动阻力和上坡阻力(加速度为0，空气阻力忽略不计)，用公式表示如下：，≥ ， (2)1 e叼 0式(2)中，G为车辆总质量，，为坡道滚阻系数， 为发动机最大扭矩，叼 为传动效率， 为最大坡度角。

满足不产生滑转的条件，即用-档输出最大驱动力时驱动轮不产生滑转现象，用公式表述如下：。≤ ， (3)收稿日期 ：2012-09-28作者简介：马宗正(1981-)，男，山东济南人，讲师，博士，主要从事发动机零部件计算分析研究第4期 马宗正：汽车变速箱主要参数设计系统的开发 ·47·式(3)中，G 为汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷； 为路面的附着系数，计算时取 0.5～0.6。

1.3 中间档位传动比的确定.广 中间档的传动比理论上按公比为q y 的等比数列，实际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常mi”用挡位间的公比宜小些 ，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。

1.4 中心距中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距应能保证齿轮的强度 J.三轴式变速器的中心距A(mm)可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定 ：A ， (4)式(4)中， 为中心距系数.对于轿车， 8.9～9.3。

1.5 轴向尺寸变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中间齿轮和换挡机构的布置初步确定。

轿车四挡变速器壳体的轴向尺寸为(3.0-3.4)A，当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数 应取给出系数的上限.为检测方便，A取整数。

1.6 齿轮模数第-轴常啮合斜齿轮的法向模数 m 0.47 ，-档直齿轮的模数 m 0.33 。

同步器和啮合套的接合大都采用渐开线齿形.由于制造工艺上的原因，同-变速器中的接合套模数都取相同数值，轿车和轻型货车取 2～3.5。

1.7 齿形、压力角、螺旋角和齿宽汽车变速器齿轮的齿形、压力角 及螺旋角口按表 1选取。

表 1 汽车变速器齿轮的齿形、压力角 与螺旋角Tab.1 Toothed，pressure angle，helix angle of transmission gears需要注意的是，压力角较小时，重合度大、传动平稳、噪声低；压力角较大时，轮齿的抗弯强度和表面接触强度增加.-般来说，对于轿车来说，为加大重合度以降低噪声，取小些；对于货车来说，为提高齿轮承载力，取大些。

齿轮宽度的大小直接影响齿轮的承载能力，齿宽的选择原则是在保证齿轮强度条件下尽量选认小的齿宽。

通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽：直齿 b：(4.5～8.0)m，斜齿 6(6.0～8.5)m。

1.8 各挡传动比及其齿轮齿数的确定在初选了中心距、齿轮的模数和螺旋角后，可根据预先确定的变速器挡数、传动比和结构方案来分配各挡齿轮的齿数。

-挡传动比 Z2·，为了确定z 和z 。的齿数，先求其齿数和 ：Z 2 A。

上式中，根据初选的A及，n计算出的z 可能不是整数，需将其调整为整数，再以这个修正后的中心距为以后计算的依据。

1.8.1 确定长啮合齿轮副的齿数· 48· 河南工程学院学报(自然科学版)常啮合齿轮的传动 ： .. ，而常啮合齿轮的中心距与-挡齿轮的中心距相等，A： ，1 Z，9 COs由上述两式联立可得z 和z ，此时，-档实际传动比则需重新计算。

1.8.2 确定其他挡位的齿数二挡传动比 ·zZ7 ，而 z。 Z2为已知量，故象可得.同时，对于斜齿轮， 望，通过上述两个数值联立可得z 和 。

按同样的方法可分别计算出三挡齿轮 z 和z ，四挡齿轮 z，和z 。

1.8.3 确定倒挡齿轮的齿数- 般情况下，倒挡传动比与-挡传动比较为接近，在本设计中倒挡传动比与-挡传动比相等；中问轴上倒挡传动齿轮的齿数比-挡主动齿轮的齿略小，本设计取-挡主动齿轮少-齿；而通常情况下，倒挡轴齿轮ZI3取 21～23。

由i6 ·乏·象可计算出z 根据公式 号m (z )可得出中间轴与倒挡轴的中心距；而倒挡轴与第二轴的中心距则可由公式A÷(z。z )得到。

1.9 变速器轴变速器轴的确定和尺寸，主要依据结构布置上的要求并考虑加工工艺和装配工艺要求而定 ].可由下列经验公式初步选定：第-轴和中间轴的直径 d(0.4～0.5)A；第二轴的直径d1.07 Vt7。

为保证设计的合理性，轴的强度与刚度应有-定的协调关系，所以轴的直径 d与轴长度L的关系可按下式选取：第-轴和中间轴的d/L0.16～0.18；第二轴的d/L0.18～0.21。

2 程序化实现具体的程序化实现过程可分三步完成，如图 1所示。

第-步为基本界面的设计，主要包括基本开发界面的建立、基本控件的添加和显示界面的设计，本设计过程中用到的主要控件有文本框、标签(用于显示文本信息)、命令按钮(用于触发相应的事件过程)、列表框(显示计算结果)和图形框等 .其中，文本框的作用是用于接受数据输入，在本系统中用于数据的输入，包括主减速比、最高时速、最大扭矩、最大功率、最高转速、传动功率、满载时对地面的静载荷及路面附着系数及车轮直径；标签的作用是用于显示数据，但是不接受输入，用以显示输入参数的说明和显示输出结果；列表框的作用与此类似，也是用于显示数据，不同点是可以多行输出；命令按钮的作用是执行某个命令，当按钮控件被按下时实现程序的计算；图形框的作用是显示位图、图标、方框和图元文件，通过插入资源选项中的位图，可在工程中实现图片显示，在本设计中用于显示具体参数的实际位置。

基本界向i程序编写I系统验证图1 程序化实现步骤Fig.1 Steps of programming最终建立的总体界面分为两部分，-是输入参数部分，主要用于基本参数的输入；二是输出部分，主要用于计算结果的输出.另外，为了便于理解输入参数，还添加了辅助图片，用以表示输入和输出参数的具体定义。

第二步是程序的编写，通过软件编程的方式将上述基本公式实现，从而获得具体参数。