毕业设计（论文）任务书
题目名称五档位变速器设计
一、设计（论文）目的、意义
变速器是汽车不可或缺的组成部分，其功用是使汽车在起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况下工作由于变速器在汽车的运行中扮演着非常重要的角色。所以很多汽车常见的故障也来源于此。而技术先进的变速箱不仅能够降低汽车的故障而且还能够降低动力损失，减少燃油消耗。正因为如此，现在不少的客车用户在选择车辆的时候，变速箱都是一项重要的指标。
通过该设计使学生在设计变速器的过程中进一步掌握变速器的构造、工作特性、动力传动方式及操纵方式，了解不同形式变速器的优缺点，掌握汽车零部件设计的基本思路，为学生以后的发展打下坚实的基础。通过毕业设计学生应当达到以下基本要求：
具有综合应用所学理论知识和实践技能，初步解决本专业范围内的工程技术问题的能力，善于应用新技术、新工艺、新材料。
具有查阅科技文献资料、使用各种手册以及独立工作、创新的能力
综合考核学生掌握知识的广度和深度、运用知识处理问题的能力、实验能力、计算机应用水平、科技写作能力、口头表达能力等。
多档位、大速比变化范围的变速箱改善了汽车的动力性、燃油经济性和换挡平顺性。档位细化，使驾驶员可以根据路况及装载情况选择档位行驶，减少重型车在行驶中高档位挂不动、低档位速度上不去的现象。如匹配中国重汽集团大同齿轮有限公司生产的12档位变速箱的东风牵引汽车在爬坡档速比高达12，超速档速比可达0.82，不仅使重型车在低等级公路与山区公路上表现出良好的爬坡性能，而且使重型车在公路上的高速运营能力得到了很大的提升，有效的降低了燃油费用的支出。同时，变速箱档间级差小，整车燃油经济性提高。因此，随着油价的提升，多档位、大速比变速箱的市场需求将会越来越大。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）
本次设计的变速器是在原有中型货车的变速器的基础上，在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。
。
（二）、本设计主要研究方法
本次设计主要是查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料，结合所学专业知识，在老师的正确指导下进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；同时对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析设计；另外，对现有传统变速器的结构进行改进、完善。
三、设计（论文）完成后应提交的成果
（一）计算说明部分
要求：内容完整，数据详实，字数1.5万字以上。 （二）图纸部分
1、参考文献篇数：10篇以上（其中不少于3篇外文文献）；2、内容充实，结构清晰合理，符合规范；3、撰写设计说明书；4、绘制装配图以及零件图若干。
四、设计（论文）进度安排
1、 2013年8月26日—2013年8月31日 资料收集、调研选题
2、 2013年9月1日—2013年9月8日 撰写开题报告
3、 2013年9月9日 开题答辩
4、 2013年9月10日—2013年10月11日 确定设计方案，完成设计计算过程
5、 2013年10月12日 中期自检
6、 2013年10月13日—2013年11月6日 完成设计草图
7、 2013年11月7日—2013年11月29日 完成正式图纸
8、 2013年11月30日—2013年12月5日 撰写说明书
9、 2013年12月6日 上交毕业设计
10、2013年12月7日—2013年12月14日 毕业答辩
五、主要参考资料
《汽车设计课程设计指导书》 王丰元
《汽车构造（底盘篇）》 林家让
《汽车构造（底盘篇）》 纪常伟
《汽车构造（第二版）》 吴 明
《机械设计》 关晓东
《汽车是如何奔跑的》 裴保纯
摘 要
汽车传动系是汽车的核心组成部分。其任务是调节变换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满足汽车的使用要求。变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的设计水平对汽车的动力性、燃料经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展,中型货车变速器的设计趋势为增大变速器传递功率与重量之比,并要求变速器具有较小的尺寸和良好性能。
本文阐述了发动机的选择、变速器方案的确定、变速器设计、变速器同步器设计、变速器箱体设计。在给定中型货车发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下,着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算。
关键词：变速器；齿轮；同步器；设计；结构
ABSTRACT
Drivetrain is the core components of automobile. Its task is transforming and regulateing the performance of engine. Transmission can effectively and economically conveyed the power to the wheel which can meet the requirement of vehicles. Transmission is the important part of drivetrain components to complete the tasks. as well as one of the main factor to decide the whole performance of vehicle. The standards of Transmission designing can directly impact the vehicle dynamics, fuel economy, the reliability and portability of shifting, the smoothness and efficiency of Transmiting. Along with the development of the automobile industry, the trend of car transmission designing is to increase its transmission power and decrese its weight ,and hope have smaller size and excellent performance.
This thesis are expounded the engine choice, transmission solution, transmission design , design for transmission the synchronizer, design for transmission the first axis ,design for transmission box.In conditions that knowing the Reg engine out put torque, speed of engine and maximum speed of vehicles, maximum degree, focus on the designing of transmission gear structural parameters, axis geometry design computation; as well as the transmission and drive program structure design.
Key words: Transmission；Gear；Synchronizer ；Design；Structure
目 录
摘要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 概述1
1.1.1 汽车变速器的设计要求1
1.1.2 国内外汽车变速器的发展现状2
1.2 设计的内容及方法2
第2章 变速器传动机构与操纵机构的布置3
2.1 变速器传动机构布置方案3
2.1.1 变速器传动方案分析与选择3
2.1.2 倒档布置方案3
2.1.3 零部件结构方案分析4
2.2 变速器操纵机构布置方案6
2.2.1 概述6
2.2.2 典型的操纵机构及其锁定装置7
2.3 本章小结9
第3章 变速器的设计与计算10
3.1 变速器主要参数的选择10
3.1.1 档数10
3.1.2 传动比范围10
3.1.3 变速器各档传动比的确定10
3.1.4 中心距的选择13
3.1.5 变速器的外形尺寸13
3.1.6 齿轮参数的选择13
3.1.7 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算15
3.1.8 变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整18
3.2 变速器齿轮强度校核19
3.2.1 齿轮材料的选择原则19
3.2.2 变速器齿轮弯曲强度校核20
3.2.3 轮齿接触应力校核23
3.2.4 倒档齿轮的校核27
3.3 轴的结构和尺寸设计30
3.3.1 初选轴的直径30
3.4 轴的强度验算32
3.4.1 轴的刚度计算32
3.4.2 轴的强度计算39
3.5 轴承选择与寿命计算44
3.5.1 输入轴轴承的选择与寿命计算45
3.5.2 输出轴轴承的选择与寿命计算47
3.6 本章小结49
第4章 变速器同步器及结构元件设计50
4.1 同步器设计50
4.1.1 同步器的功用及分类50
4.1.2 惯性式同步器50
4.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定51
4.1.4 主要参数的确定52
4.2 变速器壳体54
4.3 本章小结54
结论55
参考文献56
致谢57
附录58
绪 论
1.1 概述
随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，对中型货车而言，其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天，车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标，而变速器的设计不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大，影响汽车的整体性。
1.1.1 汽车变速器的设计要求
汽车传动系是汽车的核心组成部分。其任务是调节、变换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满足汽车的使用要求[1]。变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展，中型货车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽车变速器的设计工作开始之前，首先要根据变速器运用的实际场合来对一些主要参数做出选择。主要参数包括中心距、变速器轴向尺寸、轴的直径、齿轮参数、各档齿轮的齿数等。
变速器的基本设计要求[2]：保证汽车有必要的动力性和经济性；设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输；设置倒档，使汽车能倒退行驶；换档迅速、省力、方便；工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档，以及换档冲击等现象出现；工作效率高，噪声小；结构简单、方案合理；在满载及冲击载荷条件下，使用寿命长；除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。
变速器传动机构有两种分类方法。
根据前进档数分为：三档变速器，四档变速器，五档变速器，多档变速器。
根据轴的形式分为：固定轴式，旋转轴式。其中固定轴式又分为：两轴式变速器，中间轴式变速器，双中间轴式变速器，多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。
1.1.2 国内外汽车变速器的发展现状
目前，国内外汽车变速器的发展十分迅速，普遍研究和采用电控自动变速器，这种变速器具有更好的驾驶性能、良好的行驶性能、以及更高的行车安全性[3]。但是驾驶员失去了驾驶乐趣，不能更好的体验驾驶所带来的乐趣。机械式手动变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠，具有良好的驾驶乐趣等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。在档位的设置方面，国外对其操纵的方便性和档位数等方面的要求愈来愈高。目前，4档特别是5档变速器的用量有日渐增多的趋势。同时，6档变速器的装车率也在日益上升[4]。
1.2 设计的内容及方法
本次设计的变速器是在原有中型货车的变速器的基础上，在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。
1、对变速器传动机构的分析与选择
通过比较两轴和中间轴式变速器各自的优缺点，以及所设计车辆的特点，确定传动机构的布置形式。
2、变速器主要参数的选择
变速器主要参数的选择：档数、传动比、中心距、齿轮参数等。
3、变速器齿轮强度的校核
变速器齿轮强度的校核主要对变速器的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行校核。
4、轴的基本尺寸的确定及强度计算。
对于轴的强度计算则是对轴的刚度和强度分别进行校核。
5、轴承的选择与寿命计算。
对变速器轴的支撑部分选用圆锥磙子轴承，寿命计算是按汽车的大修里程来衡量。
本次设计主要是查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料，结合所学专业知识，在老师的正确指导下进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；同时对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析设计；另外，对现有传统变速器的结构进行改进、完善。
变速器传动机构与操纵机构的布置
2.1 变速器传动机构布置方案
机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。
2.1.1 变速器传动方案分析与选择
机械式变速器传动机构布置方案主要有两种：两轴式变速器和中间轴式变速器。
其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档速比不能设计的很大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时直接输出动力。
而中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体绝大多数方案的第二轴与一轴在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，此时噪声低，齿轮、轴承的磨损减少。
对不同类型的汽车，具有不同的传动系档位数，其原因在于它们的使用条件不同、对整车性能要求不同、汽车本身的比功率不同[5]。而传动系的档位数与汽车的动力性、燃油经济性有着密切的联系。就动力性而言，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区下作的能力，降低了油耗。从而能提高汽车生产率，降低运输成木。不过，增加档数会使变速器机构复杂和质量增加，轴向尺寸增大、成本提高、操纵复杂。
综上所述，由于此次设计的中型货车变速器是中档中型货车变速器，驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且可布置变速器的空间较小，对变速器的要求较高，要求运行噪声小，设计车速高，故选用二轴式变速器作为传动方案。选择5档变速器，并且五档为超速档。
2.1.2 倒档布置方案
常见的倒档布置方案如图2.1所示。图2.1b方案的优点是倒档利用了一档齿轮，缩短了中间轴的长度。但换档时有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难；图2.1c方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理；图2.1d方案对2.1c的缺点做了修改；图2.1e所示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长；图2.1f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档换更为轻便。
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