轻型载货车五档变速器总成及变速传动机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

轻型载货车五档变速器总成及变速传动机构设计 目录 第一章 前言 第二章 轻型载货车主要参数的确定 量参数的确定 动机的选型 第三章 变速器的设计与计算 计方案的确定 轴式 轴式 力机械式 定方案 部件的结构分析 本参数的确定 速器的档位数和传动比 心距 速器的轴向尺寸 轮参数 档齿轮齿数的分配 轮的设计计算 何尺寸计算 轮的材料及热处理 轮的弯曲强度 轮的接触强度 第一章 前言 本次设计的课题为轻型载货车五档变速器总成及变速传动机构设计，该课题来源于结合生产实际。 本次课题研究的主要内容是： 包括同步器），完成标准件的选型。 轮等主要零件进行制造工艺分析。 括装配顺序、轴承游隙调整、润滑等 关于变速器的设计， 首先要确定变速器的各档位的传动比和中心距，然后计算出齿轮参数以选择合适的齿轮并且对其进行校核，接着是初选变速器轴与轴承并且完成对轴和轴承的校核，最终完成了变速器的零件图和装配图的绘制。 本课题所设计出的变速器可以解决如下问题： 之与发动机参数匹配，以保证汽车具有良好的动力性与经济性； 置倒档使汽车可以倒退行驶； 便、迅速、省力； 作平稳、无噪声； 轻、 承载能力强，工作可靠； 本低廉、维修方便、使用寿命长； 件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定。 第二章 轻型载货车主要参数确定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 量参数的确定 商用货车的总质量 整备质量 质量 驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即 ma=m0+5 1)整车整备质量 m0+5： m0=5=3720-(1750+65 2） =1840kg 840)质量系数 m0=me/750/1840 = 动机的选型 根据已知数据对发动机最大功率进行估算，由公式： m a x m a x m a 0 0 7 6 1 4 0a r De a g f C AP v v 其中 A 入数据，得： m a x m a x m a 0 0 7 6 1 4 0a r De a g f C AP v v =1/3720 100/3600+1003/71640） = 考数据，选用以下发动机，主要参数如下： 型号 一汽解放 定功率 /转速（ kw/r/ 65/4800 最大扭矩 /转速（ N.m/r/ 157/2800 汽缸数 4 缸径（ 三章 变速器的设计与计算 计方案的确定 轻型载货车变速器一般选用机械式变速器，它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。采用这种变速 器的轻型载货车通常有 3 5 个前进档和一个倒档。 最近几年液力机械变速器和机械式无级变速器在汽车上的应用越来越广泛，根据目前广泛使用变速器的种类，以及应用的范围，初步拟定三种设计方案。 轴式 两轴式变速器结构简单、紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高。两轴式变速器的第二轴（即输出轴）与主减速器主动齿轮做成一体。当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮。除倒档常用滑动齿轮 （ 直齿圆柱齿轮 ） 外，其他档位均采用常啮合齿轮 （ 斜齿圆柱齿轮 ） 传动 ,但两轴式变速器没有直接 档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声较大，也增加了磨损。这种结构适用于发动机前置、前轮驱动或发动机后买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 置、后轮驱动的轿车和微、轻型货车上，其特点是输入轴和输出轴平行，无中间轴。 轴式 三轴式变速器的第一轴常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、二轴同心。将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、二轴也仅传递转矩因此，直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小 , 其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此，在齿轮 中心距 （ 影响变速器尺寸的重要参数 ） 较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，但除了直接档外其他各档的传动效率有所降低，适用于传统的发动机前置、后轮驱动的布置形式。 力机械式 由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成 ,其特点是传动比可在最大值和最小值之间的几个间断范围内作无级变化，但结构复杂，造价高，传动效率低。 定方案 由于轻型载货车一般是传统的发动机前置，后轮驱动的布置形式，同时考虑到制造成本以及便于用户维护等因素，再结合变速器的特点和任务书的要求，现选用三轴式变 速器（见图 3 图 3轴式变速器与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式倒档。变速器的一档或倒档因传动比大，工作时在齿轮上作用的力也增大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声增加。为此，一档与倒档，都应当布置在靠近轴的支承处，以便改善上述买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 不良状况，本课题采用如下方案（见图 3 图 3档布置 部件 的结构分析 考虑到本课题采用三轴式变速器，采用同步器换档，故选用直齿圆柱齿轮用来换档。 变速器轴在工作时承受转矩及弯矩，轴的明显变形将影响齿轮正常啮合，产生较大的噪声，降低使用寿命。轴的结构形状除应保证其强度与刚度外，还应考虑齿轮、轴承等的安装、固定，它与加工工艺也有密切关系。 第一轴通常与齿轮做成一体，其长度决定于离合器总成的轴向尺寸。第一轴的花健尺寸与离合器从动盘毂的内花键统一考虑，目前一般都采用齿侧定心的矩形花键，键齿之间为动配合。 第二轴制成阶梯式的以便于齿轮安装，从 受力及合理利用材料来看，也是需要的。渐开线花键固定连接的精度要求比矩形花键低，但定位性能好，承载能力大，且键齿高较小使小径相应增大，可增强轴的刚度。当一档、倒档采用滑动齿轮挂档时，第二轴的相应花键则采用矩形花键及动配合，这时不仅要求磨削定心的外径，一般也要磨削键齿侧，而矩形花键的齿侧磨削要比渐开线花键容易。 变速器中间轴分为旋转式及固定式两种。 旋转式中间轴支承在前后两个滚动轴承上。其上的一档齿轮常与轴做成一体，而高档齿轮则用键或过盈配合与轴连接以便于更换。 固定式中间轴为仅起支承作用的光轴，与壳体呈轻压配 合并用锁片等作轴向定位。刚度主要由支承于其上的连体齿轮 （ 宝塔齿轮 ） 的结构保证。仅用于当壳体上无足够位置设置滚动轴承和轴承盖时。 变速器多采用滚动轴承，即向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承、滚针轴承以及圆锥滚子轴承。通常是根据变速器的结构选定，再验算其寿命。 第一轴前轴承（安装在发动机飞轮内腔中）采用向心球轴承：后轴承为外圈带止动槽的向心球轴承，因为它不仅受径向负荷而且承受向外的轴向负荷。为便于第一轴的拆装，后轴承的座孔直径应大于第一轴齿轮的齿顶圆直径。 第二轴前端多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承；后 端采用带止动槽的单列向心球轴承，因为它也要承受向外的轴向力。某些轿车往往在加长的第二轴后端设置辅助支承，并选择向心球轴承。 旋转式中间轴前端多采用向心短圆柱滚子轴承，此轴承不承受轴向力，因为在该处布置轴承盖困难；后轴承为带止动槽的向心球轴承。中间轴的轴向力应力求相互抵销，未抵销部分由后轴承承受。中间轴轴承的径向尺寸常受中心距尺寸限制，故有时采用无内圈的短圆柱滚子轴承。 固定式中间轴采用滚针轴承或圆柱滚子轴承支承着连体齿轮（塔轮，宝塔齿轮）。 本参数的确定 速器的档位数和传动比 不同类 型汽车的变速器，其档位数也不尽相同。轿车变速器传动比变化范围较小（约为 3 4），过去常用 3 个或 4 个前进档，但近年来为了提高其动力性尤其是燃料经济性，多已采用 5 个前进档。轻型货车变速器的传动比变化范围约为 5 6，其他货车为 7 以上，其中总质量在 下者多用四档变速器，为了降低油耗亦趋向于增加 1 个超速档；总质量为 用五档变速器；大于 多用 6 个前进档或更多的档位。 选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等来综合考 虑、确定。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有： m a xm a xm a a x )s e （ 3 则由最大爬坡度要求的变速器档传动比为： （ 3 式中 m 汽车总质量； g 重力加速度； f 道路阻力系数； 道路最大阻力系数； 最大爬坡要求； r 驱动车轮的滚动半径； 发动机最大转矩； 0i 主减速比； t 汽车 传动系的传动效率。 主 减 速 比 确 定 ： （ 3 式中 车轮的滚动半径， m； 发动机转速， r/ 变速器最高档传动比； 最高车速， km/h。 本课题变速器 ，一般货车的最大爬坡度约为 30%，即 = f=公式（ 3： 由公式（ 3： +=0 变速器档传动比为： iT 0 （ 3 式中 2G 汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷； 道路的附着系数，计算时取 = 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 因为货车 4 2 后轮单胎满载时后轴的轴荷分配范围为 60% 68%所以 720 68 =24790N 由公式（ 3公式（ 3： iT 综合 a 和 b 条件得： 速器的 1 档传动比应根据上述条件确定。变速器的最高档一般为直接档 ，有时用超速档。中间档的传动比理论上按公比为 1 1 n 中 n 为档位数）的几何级数排列。 因为 41 1 以 q= q=q= 实际上与理论值略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。 在变速器结构方案、档位数和传动比确定后，即可进行其他基本参数的选择与计算。 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。三轴式变速器的中心距 A（ 根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初选： 3 （ 3 式中 中心距系数。对轿车取 货车取 多档主变速器，取 1； 变速器处于档时的输出转矩，1； （ 3 发动机最大转矩， Nm； gi 变速器的档传动比； g 变速器的传动效率，取 由公式（ 3： gge m =157 m 由公式 （ 3得 : ( 33 A 选中心距也可以由发动机最大转矩 按下式直接求出： 3 （ 3 式中 按发动机最大转矩直接求中心距时的中心距系数，对轿车取 货车买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 取 由公式 （ 3得 : 7( 33 用车变速器的中心距约在 80 170围内变化 ,初选 A=100 变速器的轴向尺寸 变速器 的轴向尺寸与档位数、齿轮型式、换档机构的结构型式等都有直接关系，设计初可根据中心距 A 的尺寸参用下列关系初选。 货车变速器壳体的轴向尺寸： 四档 （ A 五档 （ A 六档 （ A 初选轴向尺寸 :（ A=（ 100=270 300速器壳体的轴向尺寸最后应由变速器总图的结构尺寸链确定。 轮参数 齿轮模数由轮齿的弯曲疲劳强度或最大载荷作用下的静强度所决定。选择模数时应考虑到当增大齿宽而减小模数时将降低变速 器的噪声，而为了减小变速器的质量，则应增大模数并减小齿宽和中心距。降低噪声水平对轿车很重要，而对载货汽车则应重视减小质量。 根据圆柱齿轮强度的简化计算方法，可列出齿轮模数 m 与弯曲应力 w 之间有如下关系： 直齿轮模数 3 2（ 3 式中 计算载荷， N K 应力集中系数，直齿齿轮取 摩擦力影响系数，主动齿轮取 动齿轮取 z 齿轮齿数； 齿宽系数，直齿齿轮取 y 齿形系数，见图 3高系数 f 相同、节点处压力角不同时： 9.0 ，9.0 ， .1 ， 2025 23.1 ； 压 力 角 相同 、齿 高 系 数 为 ， ff w 轮齿弯曲应力，当 T 时，直齿齿轮的许用应力 850400 w 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 3形系数 y（ 当载荷作用在齿顶 , =20 , 根据参考同类车型，初选第一轴的轴齿 轮的齿数 z=19，查图 3 y= 由公式（ 3： 333 )850400(1015722 轮齿应力的合理性及强度考虑 ,每对齿轮应有各自的模数 ,但出于工艺考虑，模数应尽量统一 ,多采用折衷方案。表 3出了汽车变速器齿轮模数范围。 表 3车变速器齿轮的法向模数 型 微型、轻型轿车 中级轿车 中型货车 重型汽车 3 6 设计时所选模数应符合国标 定（表 3 满足强度要求。 表 3车变速器常用齿轮模数（ 1 2 - 3 - - - - - - 4 - 5 - 6 - 表 3表 3且参照同类车型选取 m= 力角和螺旋角 汽车变速器齿轮的齿形、压力角和螺旋角按下表取值。 表 3车变速器齿轮的齿形、压力角和螺旋角 项目 车型 齿形 压力角（度） 螺旋角（度） 轿车 高齿并修形 15、 16、 25 45 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 一般货车 标准齿轮0 20 30 重型车 标准齿轮档、倒档 25 小螺旋角 齿形压力角较小时，重合度较大，并降低了轮齿刚度，为此能减少进入啮合和退出啮合时的动载荷，使传动平稳，有利于降低噪声；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。试 验证明对于直齿轮压力角为 28时强度最高，超过 28强度增加不多；实际上，因国家规定的标准压力角为 20，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为 20。本课题的所有齿轮选用标准齿轮。 齿宽的选择既要考虑变速器的质量小、轴向尺寸紧凑，又要保证齿轮强度和工作平稳性。通常是根据齿轮模数来确定齿宽 b： （ 3 式中 齿宽系数，直齿齿轮取 齿轮取 法面模数。 第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。 由公式（ 3： b=（ 以确定各挡的齿轮的齿宽。 常啮合齿轮副：中间轴上的齿轮 b=21一轴轴齿轮 b=21应第二轴齿宽 b=21 档：中间轴上齿轮 b=31应的一档齿轮 b=21 倒档： b=75应的倒档齿轮 b=21 在齿轮加工精度提高以后，短齿制齿轮不再被使用，包括我国在内，规定齿轮的齿顶高系数 一般汽车变速器齿轮所采用。现代轿车变速器多采用齿顶高系数大于 1 的“高齿齿轮”（ 或相对于短齿齿轮而言而称为长齿齿轮 ） ，因为它不仅可使重合度增大，而且在强度、噪声、动载荷和振动等方面均比正常齿高的齿轮有显著改善，但存在相对滑动速度大、易发生轮齿根切或齿顶变尖（齿顶厚小于 等问题。本课题的齿顶高系数 档齿轮齿数的分配 在初选变速器的档位数、传动比、中心距、轴向尺寸及齿轮模数和螺旋角并绘出变速器的结构方案简图后，即可对各档齿 轮的齿数进行分配。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 3课题变速器结构简图 a. 确定 1 档齿轮的齿数 已知 1 档传动比， 且 错误 !未找到引用源。 (3为了确定 齿数，先求其齿数和 z ： 直齿齿轮： （ 3 先取齿数和为整数，然后分配给 了使 z9/量大一些，应将 得尽量小一些，这样，在 定的条件下 z2/传动比可小些，以使第一轴常啮合齿轮可分配到较多齿数，以便在其内腔设置第二轴的前轴承。 最少齿数受到中间轴轴径的限制，因此 选定应与中间轴轴径的确定统一考虑。货车变速器中间轴的 1 档直齿轮的最小齿数为 12 17，选择齿轮的齿数时应注意最好不使相配齿轮的齿数和为偶数，以减小大、小齿轮的齿数间有共约数的机会，否则会引起齿面的不均匀磨损。 由公式（ 3： 0 022 参考数据，取 z =59，考虑到上述条件以及选用了标准齿轮（齿数不要小于 17），故取 7，得出 02。 若计算所得的 是整数，则取为整数后需按该式反算中心距 A，修正后的中心距则是各档齿轮齿数分配的依据。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 由公式（ 3： A=（ 59） /2=91012 g （ 3 确定了 由公式（ 3（ 3立方程求解 故 9 ； 0 2 档齿轮副： 81722 zz g （ 3 由公式（ 3（ 3立方程求解 因为 q=所以先试凑 得出 6、 3，此时 3 档齿轮副： 61523 zz （ 3 由公式（ 3（ 3立方程求解 因为 q =所以先试凑 8、 1，此时 4 档齿轮 副： 41324 zz g （ 3 由公式（ 3（ 3立方程求解 q=所以先试凑 得出 3、 6，此时 .3 通常 1 档与倒档选用同一模数，且通常倒档齿轮齿数 1 23。则中间轴与倒档轴之间的中心距为： 2/)( 1210 （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 初选 2,由公式（ 3 : 2217( 1210 为了避免干涉，齿轮 10 与齿轮 11 的齿顶圆之间应有不小于 间隙，则 （ 3 由公式（ 3 : 1011 mm 69据 择齿数，取 9。 最后计算倒档与第二轴的中心距： 2/)( 119 （ 3 由公式（ 3 : 1942（( 119 91719422240111019122倒档 g 合上述计算修正一下各档的传动比 （ 见下表 ） 。 表 3档速比 档位 1 2 3 4 5 倒档 速比 1:1 轮的设计计算 何尺寸计算 10 常啮合齿轮副： 9 d=19=da=d+2 df=2=40 d=40=140 da=d+240+2 47 df=40 档齿轮副： 7 d=17=da=d+2 df=9=42 d=42=147 da=d+247+2 54 df=47 档齿轮副： 3 d=23=da=d+2 df=7=36 d=36=126 da=d+226+2 33 df=26 档齿轮副： 1 d=31=da=d+2 df=5=28 d=28=98 da=d+28+2 05 df=8 档齿轮副： 6 d=36=126 da=d+226+2 33 df=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 3 d=23=da=d+2 df=档齿轮： 2 d=22=77 da=d+27+2 4 df=711=19 d=19=da=d+2 df=图 3位： 轮的材料及热处理 现代汽车变速器齿轮大都采用渗碳合金钢制造 ,使轮齿表层的高硬度与轮齿心部的高韧性相结合 ,以大大提高其接触强度 ,弯曲强度及 耐磨性。在选择齿轮的材料及热处理时也应考虑到其机械加工性能及制造成本。 国产汽车变速器齿轮的常用材料是 20有采用 200。这些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理，以提高表面硬度，细化材料晶粒。为消除内应力，还要进行回火。变速器齿轮轮齿表面渗碳深度的推荐值如下 4： 渗碳深度 5 渗碳深度 5 渗碳深度 碳齿轮在淬火、回火后，要求轮齿的表面硬度为 63，心部硬度为 48。 本课题变速器齿轮选用材料是 20 轮的弯曲强度 直齿齿轮弯曲应力 w ： （ 3 式中 计算载荷， N K 应力集中系数，直齿齿轮取 摩擦力影响系数，主动齿轮取 动齿轮取 m 齿轮模数； z 齿轮齿数； 齿宽系数，直齿齿轮取 y 齿形系数，见图 3高系数 f 相同、节点处压力角不同时： 9.0 ，9.0 ， .1 ， 2025 23.1 ； 压 力 角 相同 、齿 高 系 数 为 ， ff w 轮齿弯曲应力，当 T 时，直齿齿轮的许用应力 850400 w 因为该变速器所有的齿轮采用同一种材料，所以当校核时只要校核受力最大和危险的档位齿轮。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 故分别计算档、倒档齿 轮的弯曲强度。 齿轮副：主动齿轮 7,从动齿轮 2 档主动齿轮