汽车自动变速器三行星排传动系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘要 随着科学技术的进步，汽车工业得到了迅速发展，而人类对舒适性的更高追求，使得自动变速器的发展更加深入。本文通过对三行星排行星齿轮传动变速器的研究和阐述，计算了每个行星排传动比的表达式。通过此次设计，我们可以了解到该变速器的基本结构：即换挡执行元件（ 2 个离合器和 3 个制动器）与行星排以适当方式连接组成，得到 5 个前进档和 1 个倒档。采用该机构的汽车自动变速器，结构简单紧凑、档位数多、传动效率高、换档平稳、操纵性能好。 关键词 ：机械工程、变速器、行星齿轮传动、行星排 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 of a a of A we of of of By in of be is in in of in in in 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 符号说明 m 模数 Z 齿数 b 齿宽 i 传动比 x 变位系数 a、d齿宽系数 K 载荷系数 E 齿轮副材料对传动尺寸的影响系数 u 齿数比 许用接触应力 接触疲劳极限 使用系数 节点区域系数 弹性系数 21 载荷作用于单对齿轮啮合区上界点时的齿形系数 疲劳极限 齿顶高系数 c 顶隙 径向力 P 功率 T 转矩 a 中心距 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 水平弯矩 水平支反力 轴承载荷系数 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 目 录 摘要 . 1 . 2 符号说明 . 3 前言 . 5 第一章 五前一倒三行星排传动系统的概述及其方案的确定 . 10 星齿轮变速器的原理和功用 . 10 星齿轮机构的简介 . 10 档执行机构的简介 . 10 星齿轮变速器的基本工作原理 . 11 第二章行星齿轮变速器传动比的确定 . 13 星齿轮变速器传动比方案的确定 . 13 动比计算 . 14 第三章 行星排的设计 . 17 1 行星排的设计 . 17 2 行星排的设计 . 19 3 行星排的设计 . 21 阳轮、行星轮和行星架的结构设计 . 22 阳轮的结构： . 22 星轮及行星架的结构： . 22 第四章 轴和轴承的设计 . 24 的设计及检验 . 24 承校核 . 27 第五章 离合器与制动器的设计 . 28 合器的设计 . 28 动器的设计： . 29 第六章 主要零件的工艺设计 . 31 阳轮和行星轮的加工工艺 . 31 艺过程： . 31 键工序分析： . 31 齿圈加工工艺 . 31 艺工程： . 31 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 艺分析： . 31 第七章 辅助系统设计 . 33 制系统设计 . 33 滑系统设计 . 34 第八章 结论 . 35 参考文献 . 36 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 前言 这次的毕业设计课题是“五前一倒三行星排传动系统设计”，即我们通常所说的行星齿轮变速器。让我们先来说说现在市场上 变速器的种类。主要分为：手动变速器（ 自动变速器（ 手动 /自动变速器（ 级变速器（ 一、 手动变速器（ 手动变速器（ 称 称机械式变速器，即必须用手拨动变速杆（俗称 “ 挡把 ” ）才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。轿车手动变速器大多为四挡或五挡有级式齿轮传动变速器，并且通常带同步器，换挡方便，噪音小。手动变速在操纵时必须踩下离合，方可拨得动变速杆。 手动变速器是 自动变速器 与 相对而言的，其实在自动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。手动变速器是利用大小不同的齿轮配合而达到变速的。最常见的手动变速器多为 5 挡位（ 4 个前进挡 、 1 个倒挡），也有的汽车采用 6 挡位变速器 （见图 0 与自动变速器的比较： 优点： 与自动变速器相比较可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。 传输效率比自动变速箱为高，当然理论上会比较省油。维修保养上会比自动变速箱便宜。 如果愿意以较高成本使用自动 手排，则可以兼顾自排的方便性及手排的高效率。引擎煞车的效能较强 ， 缺点： 有人会觉得开车的时候还要控制离合器换档非常的麻烦。 新手会常常在马路上熄火，特别是上坡， 操作不当的话有几率把引擎跟变速箱弄坏 。 一般来说，手动变速器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶者技术好，手动变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。 二、自动变速器（ 自动变速器（ 利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油踏板程度和车速变化，自动地进行变换。而 驾驶者只需操纵加速器踏板控制车速即可。自动变速器中有很多离合器，这些离合器能根据车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。 在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操纵、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。在高速公路上，这是体现非常完美的。而且，现在堵车是经常的事，有时要不停地起步停步数次，司机如果使用手动变速器，则会反复地挂档摘档，操纵十分麻烦，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动档，就不会这样麻烦了。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 我国要普及这种车型，关键要 解决的是路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。 三、手动 自动变速器（ 自动 手动变速系统向人们提供两种驾驶方式：为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通拥挤时使用自动档。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如广州本田飞度 厢、南京菲亚特 2004 派力奥 。这些“二合一”的车型价格均在 10 万元左右，这个价格层面还是比较低的。所以，手动 自动车在普及上还是具有相当的优势。 四、无级变速器 当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求越来越高。汽车变速器的发展也是并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的“最高境界”。无级变最是由荷兰人 明。无级变速器系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以任意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最 合适的传动比。 图 0-1 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 本设计是根据宝马 3 系发动机 2011 款 318i 领先型开展的，设计中所采用的相关 数据均来源于此种车型： 燃油箱容积 63L 燃油类型 汽油 燃油标号 97# 燃料供给型号 多点电喷 型号 量 1995大功率 100大功率转速 5750 r/ 0 2 宝马 3 系 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 第一章 五前一倒三行星排传动系统的概述及其方案的确定 星齿轮变速器的原理和功用 五前一倒三行星排传动系统，即行星齿轮变速器，由行星齿轮机构和换档操纵机构两部分组成。行星齿轮机构作用：改变传动比和转动方向，即构成不同档位。换档操纵机构作用：实现档位的变换。 星齿轮机构的简介 行星齿轮机构的类型： 最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮、一个内齿圈、一个行星架及若干个行星齿轮组成，一般称为单排行星齿轮机构。如图 1 1排行星齿轮机构 多排行星齿轮机构是由几个单排行 星齿轮机构组成（如图 1多排行星齿轮机构可以比单排行星齿轮机构得到更多的档位，故本设计即采用三行星排。 用行星齿轮机构作为变速机构，由于有多个行星齿轮同时工作，且利用内啮合方式，故与普通齿轮变器机构相比，在传递同样大小功率的情况下，可减少变速器的尺寸和重量，能实现同向、同轴减速传动。由于采用常啮合传动，可使动力不间断。 档执行机构的简介 行星齿轮变速器的换档执行机构主要由离合器（如图 1制动器、和单向离合器等三种执行元件构成。离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而 单向离合器则以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。 离合器的作用：连接轴和行星齿轮机构的旋转元件。 制动器的作用：固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 星齿轮变速器的基本工作原理 行星齿轮与操纵执行机构结合，构成了具有不同档位的行星齿轮变速器，即在输入转速、转矩相同的条件下，可以通过行星齿轮变速器的档位变换，得到不同的输出转速和转矩。（如图 11 图 1离合器 图 1理简图 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 图 1理实物图 图 1排行星齿轮机构 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第二章行星齿轮变速器 传动比的确定 星齿轮变速器传动比方案的确定 如图 2示，我们逐个分析传动比方案，为总方案的确定提供依据。 图 2动比方案 a) 行星架制动，太阳轮输入，齿圈输出； b）行星架制动，齿圈输入，太阳轮输出； c）齿圈制动，行星架输入，太阳轮输出； d）太阳轮制动，行星架输入，齿圈输出； e）太阳轮制动，齿圈输入，行星架输出； f）齿圈制动，太阳轮输入，行星架输出。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 动比计算 1 2345311 Z 182 Z 293 Z 204 Z 235 Z 666 Z 607 Z 158 Z 309 Z 图 2 2 设计简图 功能表： 挡次 换挡执行元件状态 实现传动比 1 2 3 4 5 1 O O O O O O O O O O 1 O O O 0 注： 挡次 1 的传动比： 46461 ， 111446464 11纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 79792 ， 21222779797 11故 的传动比： 31311 ， 111331313 1179792 ， 222779797 11故 1 0 3 的传动比： 31311 ，111331313 11111634646 212222 6799797 联立，得 挡次 4 的传动比： 79792 ， 2 的传动比： 太阳轮、齿圈、行星架中的任意两个锁定在一起，这时各齿轮之间都不会有转动，整个行星轮系将作速体转动，即 00.1i 倒挡 传动比： 644646 1 ， 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 22122 669797 1 ，所以976 12 的传动比： 太阳轮、齿圈、行星架都不制动，也无两个互相锁定，这时，太阳轮、齿圈、行星架均可自由转动。输入轴转动时，输出轴可以不转动，这种情况下行星齿轮不传递动力，实现空挡，即 0i 。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 第三章 行星排的设计 1 行星排的设计 1. 齿数选择： 311 Z 182 Z 293 Z 07.2i 2. 材料选择及热处理方法： （ 1） 齿轮 3 与齿轮 2：用 20碳后淬火 58 62300 ，00 （ 2） 齿轮 1： 35质， 250 280. 齿轮 2接触强度计算： 按表 2式： 3 231483 （ 3 1） (1) 齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数 E 按表 2 E =1 (2) 计算 5 ) 按 K= K=4) 649 6 09 5 5 09 5 5 033 (5) 计算齿宽系数 123 d，取 d。 故 （ 6）计算 1 1 7 01 3 0 i m （ 7）初定中心距： 20 （ 8）计算模数： 52123 0 uZ m=3mm 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 （ 9）中心距 2 4. 动系主要尺寸： （ 1） 太阳轮 3 的主要尺寸 ： 729333 （ 2） 行星轮 2 的 主要尺寸 ： (541833222 （ 3） 齿轮 1 的主要尺寸 ： 5. 验算 星传动排的接触强度 (1) 圆柱齿轮接触应力计算公式： 0（ 3 2） 0H 计算接触应力的基本值 （ 3 3） 式中：“ +”用于外啮合传动，“ -”用于内啮合传动。 （ 2）计算 6 6 0 02 0 0 033 (3) 确定公式中的参数： 03 H /00060 33 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 由机械设计：表 10得： K ； 图 10得： K； 表 10得： 4）确定参数 Z 1 Z= Z= 5）计算 H 将以上各数值代人接触应力计算公式中，得： 又 170 所以 , 故合格。 6. 齿轮抗弯强度校核 （ 1）齿根应力计算公式： 0（ 3 4） 式中：0F 齿根应力的基本值 t 0查得： Y, Y , 79 （ 2）验算： M P l i m ， 故合格。 2 行星排的设计 1. 齿数选择： 3.4i 20 23 66 取 42. 材料选择及热处理方式： (1) 太阳轮与行星轮： 20碳后淬火 58 62300 ， 00 （ 2）内齿圈： 35质， 250 280. a c 齿轮按接触强度初步计算 按（ 3 1）公式： 3 21148 3 （ 1）齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数 E 按表 2 E =1 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 （ 2） 3） K=，取 K= 4） 01 （ 5）计算齿宽系数： ， 式中取 5.0d（ 6）计算 M P 1 7 01 3 0 l i m （ 7）初定中心距： 7 04 6 3 320 （ 8）计算模数 m am a 0212 0 取标准值 m=4（ 9）中心距： 62320242 (10) 太阳轮 a 的主要尺寸： 0204 （ 11）行星轮 c 的主要尺寸： 2234 55405 (12) 内齿圈 b 的主要尺寸： 6 4664 05. 验算 轮传动的接触强度： （ 1）圆柱齿轮接触应力计算公式为 （ 2）计算 5 250 82 0 0 02 0 0 0 1 （ 3）确定参数： 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 00060 由机械设计：表 10得 K ；图 10得 0得 Z ， ， 重合度系数 Z（ 4）代入公式 得 120 。 又 170 ， 故合格。 6. 齿轮抗弯强度校核 （ 1）齿根应力计算公式为 由于行星轮 c 受对称循环的弯曲应力，其承载能力较低，应按该齿轮计算。根据机械设计查得 Y, Y , Y 将相关数据代入公式 得 （ 2）验算： M P l i m ， 故合格。 7. 轮传动的接触强度和抗弯强度的校核 由于 轮是 内啮合齿轮传动，承载能力高于外啮合传动，故不再进行验算。 3 行星排的设计 我们参照 星排，取模数 m=4 607 Z 158 Z 309 Z ， 故： 4 060477 ， 015488 2 030499 9 ， 5)560(8 097 齿轮 8 因为齿数少于 17，故需要变位。其变位系数 517 x。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 阳轮、行星轮和行星架的结构设计 阳轮的结构： 设计行星传动时，太阳轮的结构取决于所采用的均载机构。当太阳轮不动时，它可简支安装或悬臂安装。在本设计中，根据太阳轮尺寸的大小，我们做成了齿轮轴（如图 3 图 3轮轴 星轮及行星架的结构： 行星轮和 行星架是行星传动中结构较复杂的一个重要零件。行星架可分为双臂整体式、双臂分离式和单臂式三种。可采用铸造、锻造和焊接式等方法制造毛坯。 双臂整体式行星架（如图 3结构刚性比较好。 双臂分离式行星架（如图 3结构较复杂，刚性较差。 单臂式行星架（如图 3结构简单，装配方便，轴向尺寸小。本次设计部分即采用这种结构。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 图 3双臂整体式行星架 图 3双臂分离式行星架 图 3 单臂式行星架 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 第四章 轴和轴承的设计 的设计及检验 已知： 960n r/100P 1）根据表 9取 45 号钢（调质处理）的 T 及0A，取 T =35 A=110 （ 2）圆周力 F 1 9 6 1879 6 0 09 5 5 02 0 0 02 0 0 0 径向力 9 9 320t 9 6 1t （ 3）根据轴受力情 况，按弯扭强度条件计算： 300 考虑到轴与联轴器有键连结，故轴径可增加 5%，即 m i n （ 4）按弯扭合成强度理论校核轴的强度 1) 水平支反力 ： FF 2 8 46 9 4 4 8 32 1 9 6 12 FF 4 66 9 4 2 1 12 1 9 6 11 垂直支反力： FF 8379932 FF 1179931 2）计算弯矩 水平弯矩： C 点左侧 2 4 9 52 1 2 8 411C 点右侧 1 0 2 5 94 8 4 622垂直弯矩： C 点左侧 1 1 7 3 7 7 22 1 2 8 411C 点右侧 7 3 7 3 84 8 3 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 25 3) 求合成弯矩 C 点左侧： 22 12 11 C 点右侧： 22 22 22 4) 求扭矩 C 点左侧： T 955298960 C 点右侧： 02 5） 求合成弯扭矩 该轴为单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取 ，则 C 点左侧 ： 87 89 9 22212 1 C 点右侧： 1 8 3 5 6222 22 6）按弯扭合成强度理论校核轴的强度 校核剖面 C 处强度： M P 7 7 8 7 3 根据表 9得 45 号钢的 ，因此 1 合格。 7）应力图见图 45) 轴的刚度校核： 阶梯轴 m/ 取 m/ ，所以 ，故合格。 （ 6）轴的设计如图 4-2 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 26 图 4的应力图 图 4轴的设计图 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 27 承校核 已知： ， 000， 960n r/初选 6310 型轴承。 查附表 9知深沟球轴承 6310 的基本额定动载荷 NC r 61800 ， 由表 9 e=值法求得）。又 取 X=Y=值法求得）。 由表 9载荷系数 f 。 所以 9 82 0 0 6 验算轴承寿命： h 66 即，该轴承可以使用 3 年（按平均每天工作 8 小时，每年工作 300 天算）。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 28 第五章 离合器与制动器的设计 离合器与制动器是行星齿轮变速器必不可少的元件。 合器 的设计 离合器的作用：连接行星排二元件成为一体，采用的是多片湿式结构。通常有离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片与摩擦片组、离合器毂及密封圈组成。 特点：径向尺寸小，结合柔和，能获得较大的摩擦面积，所以能传递较大的转矩。改变离合器片数的多少，即可改变传递转矩的大小。 离合器钢片有钢板冲压而成，靠外齿与离合器鼓连接，可轴向移动。 离合器摩擦片通常靠内齿与离合器毂连接。离合器摩擦片分为钢片与摩擦材料两部分。其摩擦材料以纸基摩擦材料为主，以石棉、碳、纤维素等纤维或棉、木材、合成纤维作为母体材料，添加无机、有机的高摩擦 性材料，搅拌后，浸渍酚醛树脂硬化而成。然后将其粘在钢板上，厚度位 种材料特点是多孔，网状，具有弹性，摩擦系数高，高压、高温、高圆周速度时稳定性好。 离合器片每片厚 均每片间的间隙为 间隙因片数不同而异，一般为 25 离合器接合：当压力油经过油道进入活塞缸时，油压克服弹簧力推动活塞 ,将所有主、从动件依次压紧，即钢片与摩擦片在摩擦力的作用下一同旋转。离合器接合，动力从输入轴经离合器传到输出轴。 离合器分离：当油压撤除后，活塞在回位弹簧作用下回位。 离合器分离，切断输入轴至输出轴的动力传递。 离合器单向阀的作用：离合器液压缸内的离心油压，在接合时影响压紧力和储备系数，分离时影响彻底分离。为防止上述现象，设置单向阀，当压力油经油道进入活塞游腔时，单向阀的钢球在油压作用下封闭活塞上的排油孔，使工作油液不能从活塞缸内排出，这时油压