低速载货汽车变速器的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

本科毕业设计（论文）通过答辩 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 低速载货汽车变速器的设计 摘 要： 课题来源于生产实际，依据机动车安全技术条件和汽车机械变速器总成技术条件，针对低速载货汽车的运行特点而设计。参与了汽车的总体设计，确定了汽车的质量参数，选择了合适的发动机，并且计算出汽车的最高速度。 关于变速器的设计，首先选择标准的齿轮模数，在总档位和一档速比确定后，合理分配变速器各档位的速比，接着计算出齿轮参数和中心距，并对齿轮进行强度验算，确定了齿轮的结构与尺寸，绘制出所有齿轮的零件图。根据经验公式初步计算出轴的尺寸，然后对每个档位下轴的刚度和强度进行验算，确定 出轴的结构和尺寸，绘制出各根轴的零件图。根据结构布置和参考同类车型的相应轴承后，按国家标准选择合适的轴承，然后对轴承进行使用寿命的验算，最终完成了变速器的零件图和装配图的绘制。 此 变速器的齿轮都为标准齿轮，档位数和传动比与发动机参数匹配，保证了汽车具有良好的动力性和经济性。 该变速器具有操纵简单、方便、传动效率高、制造容易、成本低廉、维修方便的特点，适合低速载货汽车的使用。 关键词： 低速载货汽车 ； 变速器 ； 设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 is on on It s to we s we of s s We s of to we on to s to up of s to we of of of is of s to of 速载货汽车变速器的设计 2 目 录 1 前言 . 3 2 低速载货汽车主要参数的确定 . 5 量参数的确定 . 5 动机的选型 . 5 速的确定 . 6 3 变速器的设计与计算 . 8 计方案的确定 . 8 轴式 . 8 轴式 . 8 力机械式 . 8 定方案 . 8 部件的结构分析 . 9 本参数的确定 . 10 速器的档位数和传动比 . 10 心距 . 12 速器的轴向尺寸 . 13 轮参数 . 13 档齿轮齿数的分配 . 16 轮的设计计算 . 18 何尺寸计算 . 18 轮的材料及热处理 . 19 轮的弯曲强度 . 19 轮的接触强度 . 20 的设计与轴承的选择 . 23 的设计 . 23 承的选择 . 35 4 结论 . 42 参 考 文 献 . 43 致 谢 . 44 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 1 前言 低速载货汽车是一种特殊的货车 ,特殊在于它以前叫 农用运输车 ， 将“四轮农用运输车”更名为“低速货车”，明确 “ 农用运输车 ” 实质上是汽车的一类。 规定以柴油机为动力装置，中小吨位、中低速度，从事道 路运输的机动车辆，包括三轮农用运输车和四轮农用运输车等，但不包括轮式拖拉机车组、手扶拖拉机车组和手扶变型运输机。农用运输车最高设计车速不大于 70km/h，最大设计总质量不大于 4500小于 6m、宽不大于 2 我国农用运输车诞生于 20世纪 80年代初。我国农村运输的特点是运量小、运距短、货物分散、道路条件差。由于同吨位的柴油车较汽油车运载能力强，燃油价格低，且柴油保管无须特殊设备，又为广大农民所 熟悉，所以，农用运输车均选用柴油机为动力。农用运输车的载质量一般 不超过 前四轮农用 运输车载质量分为 4个等级，包括 在传动系统中设置了变速器，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。 本次设计的课题为低速载货汽车变速器的设计，该课题来源于结合生产实际。 本次课题研究的主要内容是： 本说明书以设计低速载货汽车变速器的传动机构为主线。第 2 章着重介绍了在参与总体设计当中，如何确定低速载货汽车参数，进而 明确变速器应满足的条件及其所受的限制。第 3 章则重点介绍低速载货汽车变速器的传动机构的设计说明。在参与总体设计当中，首先是对低速载货汽车的 产品技术规范和标准 进行分析，然后确定低速载货汽车的总质量，以此来选择合适的发动机。根据发动机的功率以及汽车的总质量确定该车的最高速度 （ 满足低速载货汽车 安全技术条件 ） 。 关于 变速器的设计，首先选择合适的变速器确定其档位数，接着对工况进行分析，拟订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； 低速载货汽车变速器的设计 4 件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2 低速载货汽车 主要参数 的确定 量参数的确定 3 汽车的 整备质量利用系数0m ： 00 mm （ 2 式中 汽车的载质量； 0m 整车 整备质量 。 表 2车的质量系数 参数 车型 总质量 m 货 车 1.8 6.0装柴油机的货车为 汽车总质量 商用货车的总质量 质量 三部分组成，即 51 （ 2 式中， 1n 为包括驾驶员及随行人员数在内的人数，应等于座位数。 此低速载货汽车是柴油机，查表 2量利用系数为 载质量 是103由公式 （ 2： 5 0 000 mm m a =1500 1875为 此车设计为单排室 ,所以 1n =2,由公式 （ 2 : 510 =（ 1500 1875） +1500+2 65 =3130 3505课题选用 500 动机的选型 根据现在低速载货汽车选用发动机的情况，参照 2815系列 四轮农用运输车， 针对本次设计任务选用 达到欧 排放 标准 的 低速载货汽车变速器的设计 6 表 2油机技术参数 型号 式 气缸套型式 直喷式 行程 （ 90 缸心距 100 1小时功率 /转速 （ kW/r/ 29/3000 外特 性最低燃油消耗率 （ g/h） 大扭矩 （ Nm ） 104 压缩比 18 排量 （ L） 油压力 （ 22 形尺寸 （ 长宽高 ） 87 494 628 净质量 （ 195 速的确定 4 3m a xm a xm a x 761 40360 01 （ 2 式中 发动机最大功率， T 传动系的传动效率，对单级主减速器驱 动桥的 4 2式汽车取 T 汽车总质量， g 重力加速度， m f 滚动阻力系数，对载货汽车取 矿用自卸汽车取 轿车等高速车辆需考虑车速影响并取 f ； 最高车速， h； 空气阻力 系数，轿车取 车取 车取 汽车正面投影面积，若无测量数据，可按前轮距 车总高 H、汽车总宽 对轿车 A 对载货汽车 A 。 由公式 （ 2： 3m a xm a xm a x 761 40360 01 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 3m a xm a x 7 6 1 4 0 0 0 0 29 算 出 h, 因为低速载货汽车 最高设计车速不大于 70km/h， 所以该车满足要求。 低速载货汽车变速器的设计 8 3 变速器 的 设计 与计算 计 方案 的确定 低速载货汽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。有轴线固定式变速器（普通齿轮变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。采用这种变速器的低速载货汽车通常有 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 5,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 由于低速载货汽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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 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，而且该型只有一对常啮合齿轮副，没有采用同步器换档，故选用直齿圆柱齿轮用来换档。 6 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。 低速载货汽车变速器的设计 10 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。 6 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 4 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 了降低油耗亦趋向于增加 1个超速档；总质量为 于 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 11 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 i nc e （ 3 则 由最大爬坡度要求的变速器档传动比为 ： m （ 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 im a 4 （ 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%7，即ma x= f=公式（ 3： m a i 由公式（ 3： += 0 04 2 4 0 00m a x a g ri变速器档传动比为： 低速载货汽车变速器的设计 12 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 = 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%4，所以 500 68 =23324N 由公式（ 3公式（ 3： 9 3 4 0 3 2 40m a iT 综合 a和 =（ 速器的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 所以 =q= q=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 6： 3 （ 3 式中 中心距系数。对轿车取 货车取 多档主变速器，取 11； 变速器处于档时的输出转矩，e m a xm a x ； （ 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： e m a xm a x =104 m 由公式 （ 3得 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 ( 33 m a x A 选中心距也可以由发动机最大转矩按下式直接求出 4： 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 货车取 由公式 （ 3得 : 7( 33 m a x 用车变速器的中心距约在 80 170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 6： 四档 （ A 五档 （ A 六档 （ A 初选轴向尺寸 :（ A=（ 100=240 280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 8。 轮参数 4 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 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 ；压力角相低速载货汽车变速器的设计 14 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 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=17，查图 3y= 由公式（ 3： 333 )850400(1010422 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 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且参照同类车型选取 m= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 力角和螺旋角 3 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 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 b4： （ 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=16一轴轴齿轮 b=18 档：中间轴上齿轮 b=21应的一档齿轮 b=21 档：中间轴上齿轮 b=19对应的二档齿轮 b=19 档：中间轴上齿轮 b=21对应的三档齿轮 b=21 倒档： b=21mm,b=19 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（等问题 3。本课题的齿顶高系数 低速载货汽车变速器的设计 16 档齿轮齿数的分配 4， 8 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。 12345678910图 3课题变速器结构简图 齿轮的齿数 已知档传动比gi，且 8172 zz （ 3 为了确定 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 z7/将 样，在 已定的条件下 z2/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。 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档直齿轮的最小齿数为 12 14，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 取 z =60，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 03。 若计算所得的 取为整数后需按该式反算中心距 A，修正后的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 中心距则是各档齿轮齿数分配的依据。 由公式（ 3： A=（ 60） /2=105mm 7812 g（ 3 确定了 3（ 3立方程求解 522)(, 故 7 ； 3 档齿轮副： 6152 zz g （ 3 由公式（ 3（ 3立方程求解 因为 = q=所以先试凑 试凑出 3、 7，此时 = 档齿轮副： 4132 zz （ 3 由公式（ 3（ 3立方程求解 因为 =q=所以先试凑 试凑出 4、 6，此时 = 通常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/)( 108 （ 3 初选 2,由公式（ 3 : 2217( 108 了避免干涉，齿轮 8与齿轮 9的齿顶圆之间应有不小于 : 低速载货汽车变速器的设计 18 （ 3 由公式（ 3 : 89 aa mm d9=92据 7。 最后计算倒档与第二轴的中心距： 2/)( 97 （ 3 由公式（ 3 : 1052/( 97 ）（71717 432243981 7102 g 倒档 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 倒档 速比 1:1 轮的设计计算 何尺寸计算 10 常啮合齿轮副： 7 d=17=da=d+2 df=1=43 d=43=da=d+2 df=档齿轮副： 7 d=17=da=d+2 df=7=43 d=43=da=d+2 df=档齿轮副： 7 d=27=da=d+2 df=5=33 d=33=da=d+2 df=档齿轮副： 6 d=36=126 da=d+226+2 33 df=263=24 d=24=84 da=d+24+2 1 df=4档齿轮： 2 d=22=77 da=d+27+2 4 df=7文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 7 d=17=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