红旗轿车二轴变速器设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 I 摘 要 从 汽车诞生时起，汽车变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。 现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的动力性和燃油经济性能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器。 本文以 红旗汽 车 的 一些 整车参数和发动机参数为依据 ，进行变速器的设计。设计的主要内容包括变速器传动机构布置方案的确定，变速器 主要参数 如挡数、传动比范围、 中心距、 各挡传动比、外形尺寸 、 齿轮参数、各挡齿轮齿数的选择，齿轮、轴、轴承的设计校核，同步器 、 操纵机构及箱体的设计。在 设计的过程中，本文 根据 轿 车 变速器的设计要求 和车辆动力传动系统自身的 特点， 参考多篇 文献资料，以及国内外变速器设计图册，从 经济性 和 实用性 方面着手进行分析 ,设计出一种 两轴式变速器。 关键词： 轿 车 ； 变速器 ； 齿轮； 轴； 箱体 ； 设计 买文档就送您 01339828或 11970985 a in as of s in a To is up in is on i in of of as of of of of on of a of at a of is 01339828或 11970985 目 录 摘 要 I 1 章 绪 论 1 的 目的及意义 1 内外研究状况 1 究内 容及研究方法 2 期结果及意义 错误 !未定义书签。 第 2 章 变速器传动机构布置方案 4 构布置方案分析 4 轴式和中间轴式变速器 4 间轴结构 4 挡的形式和布置方案 5 、部件布置方案分析 5 轮形式 5 挡的结构形式 5 止自动脱 档 的措施 7 承形式 7 合式变速器 7 章小结 8 第 3 章 变速器主要参数的选择及设计计算 9 计依据的主要技术参数 9 位数确定 9 动比范围 10 速器各挡传动比的确定 10 定一挡传动比 10 定五挡传动比 11 定其它各挡传动比 12 买文档就送您 01339828或 11970985 心距 A 12 形尺寸 13 轮参数 13 数 13 力角 14 旋角 14 宽 b 15 轮的变位系数的选择原则 15 顶高系数 17 挡齿轮齿数的分配 17 定一挡齿轮的齿数 18 中心距 A 进行修正 18 定一挡齿轮变位系数 18 定其他挡位的齿轮齿数及变位系数 19 章小结 25 第 4 章 变速器主要结构元件的设计与计算 26 轮损 坏的原因及形式 26 齿强度计算 27 齿弯曲应力计算 27 齿接触应力计算 错误 !未定义书签。 轮材料的选择及热处理 错误 !未定义书签。 的强度计算 错误 !未定义书签。 选轴的直径 错误 !未定义书签。 的刚度验算 错误 !未定义书签。 的强度计算 错误 !未定义书签。 承校核 错误 !未定义书签。 入轴轴承校核 错误 !未定义书签。 出轴轴承校核 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 5 章 同步器设计 错误 !未定义书签。 性式同步器 错误 !未定义书签。 买文档就送您 01339828或 11970985 环式同步器结构 错误 !未定义书签。 环式同步器工作原理 错误 !未定义书签。 步器主要尺寸的确定 错误 !未定义书签。 要参数的确定 错误 !未定义书签。 擦因数 f 错误 !未定义书签。 步环主要尺寸的确定 错误 !未定义书签。 止角 错误 !未定义书签。 步时间 t 错误 !未定义书签。 动惯量的计算 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 6 章 变速器操纵机构和箱体设计 错误 !未定义书签。 接操纵手动换挡变速器 错误 !未定义书签。 锁销式 错误 !未定义书签。 动锁块式 错误 !未定义书签。 动钳口式 错误 !未 定义书签。 距离操纵手动换挡变速器 错误 !未定义书签。 挡操纵机构 错误 !未定义书签。 挡机构 错误 !未定义书签。 控自动换挡变速器 错误 !未定义书签。 速器箱体 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 结 论 错误 !未定义书签。 参考文献 错误 !未定义书签。 致 谢 错误 !未定义书签。买文档就送您 01339828或 11970985 1 第 1章 绪 论 题的目的及意义 现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器。它的功用是：改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作；在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或 进行动力输出。 变速器作为汽车传动系统的主要组成部分，是汽车动力性和燃油经济性的重要保证。随着科技的高速发展，人们对汽车的要求越来越高，汽车的性能、使用寿命、能源消耗、振动噪声等在很大程度上取决于变速器的性能的设计和研发。变速器技术的发展是衡量汽车技术水平的一项 总要 依据。 内外研究状况 汽车变速器技术的发展历史 ： 手动变速器（ 要采用了齿轮传动的降速原理。变速器内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换挡工作，也就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副工作。 自 动变速器（ 由液力变矩器 ， 行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力变矩器和齿轮组合的方式来达到变速变矩。 在传统干式离合器和手动齿轮变速器的基础上改造而成，主要改变了手动换挡操纵部分。即在 体结构不变的情况下改用电子控制来实现自动换挡。 无级变速器 （ ,又称为连续变速式机械变速器。金属带式无级变速器主要包括主动轮组 ， 从动轮组，金属带和液压泵等基本部件。主要靠主动轮，从动轮和传 动带来实现速比的无级变化，传动带一般用橡胶带，金属带和金属链等。 无限变速式机械无级变速器（ 用的是一种摩擦板式变速原理。 核心部分由输入传动盘，输出传动盘和 动盘组成。它们之间的接触点以润滑油作介质，金属之间不接触，通过改变 置的买文档就送您 01339828或 11970985 2 角度变化而实现传动比的连续而无限的变化 1。 汽车的发展经历了三大革命，动力革命（内燃机的使用），传动革命（机械传动的完善和液体传动的使用）和控制革命（用传感器、微机和 电液阀进行信息处理）。 从先进国家来看，动力革命和传动革命已经完成，目前正处于控制革命阶段，要解决的主要是机械太“机械”，没有灵性的问题，过去机械全靠人来操纵控制，然而人的生理和心理能力（感觉器官的功能、头脑分析的能力和体能）是有限的，操纵汽车这样复杂的机械对于人来说体力和脑力负担是很重 要 的，更主要的是单靠人力操纵将阻碍汽车的发展和其性能的提高。因此必须对汽车各部分（发动机、变速器、悬架、制动和转向机构等）进行自动控制，并从各部分的单独控制向整车一体化控制发展，从一般控制向智能控制发展。要解决机械信息处理能 力问题，机械本身是无能为力的，液压控制在性能上也达不到要求，必须引入具有良好控制性能和信息处理能力的电子技术。但是仅仅采用机电液技术还不够，还需要应用声学、光学、和化学等多学科技术才能使机械具有良好的信息处理能力，实现高度自动化 2。 从技术发展角度来看，汽车传动技术中的关键是电子技术、电液控制技术和传感器技术。目前，世界主要的变速器制造生产厂家都致力于这些关键技术的研究与应用，极大地促进了自动变速器的发展 3。 究方法 根据 此次设计要求， 依据红旗轿 车的整车参数和发动机参数 ，完成变速器 的结构布置和设计 。设计的主要内容有确定变速器传动机构布置方案 ， 变速器主要参数的选择，变速器齿轮的 设计计算，轴与轴承的设计校核。 查阅图书馆电子资源、 馆藏图书 和文献 ，以及本市各大型图书馆的馆藏图书资源，了解变速器研究领域的最新发展动向；阅读关于变速器设计方面的书籍，学习前人进行变速器设计的过程、步骤、方法和经验教训；向指导教师请教；同学之间互相讨论；亲自去实验室动手拆装各种类型的变速器，了解各种变速器的结构与工作原理进行变速器的设计和计算。 究 内容 （ 1） 变速器设计的目的意义、国内外现状； （ 2） 变速器方案的确定、各挡传动比等参数的确 定； （ 3） 各挡齿轮的设计及校核； （ 4） 传动轴的设计及校核，轴承的选择校核； 买文档就送您 01339828或 11970985 3 （ 5） 同步器和操纵机构的设计选用等 ； （ 6） 制变速器装配图一张（ 0） （ 7） 零件图 3 张 买文档就送您 01339828或 11970985 4 第 2章 变速器传动机构布置方案 动机构布置方案分析 变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类，而前者又分为两轴式 ， 中间轴式和多轴式变速器 4。 轴式和中间轴式变速器 现代汽车大多数都采用三轴式变速器，而发动机前置前轮驱动的轿车，若变 速器传动比小，则常用两轴式变速器。在设计时，究竟采用哪一种方案， 除了汽车总布置的要求外，主要 考虑以下四个方面： 1、 结构工艺性 两轴式变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体。当发动机纵置时，主减速器可用螺旋圆锥齿轮或双曲面齿轮；而发 动机横置时用圆柱 齿轮，因而简化了制造工艺。 2、 变速器的径向尺寸 两轴式变速器输出轴的前进挡均为一对齿轮副，而中间轴式变速器则有两对齿轮副。因此，对于相同的传动比要求，中间轴式变速器的径向尺寸可以比两轴式变速器小得多。 3、 变速器齿轮的寿命 两轴式变速器的低档齿轮副，大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多。因此，小齿轮的寿命比大齿轮的短。中间轴式变速器的各前进 挡均为常啮合斜齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，因而寿命较接近。在直接挡时，齿轮只空转，不影响齿轮寿命。 4、 变速器的传动效率 两轴式变速器虽然有等于 1 的传动比，但仍要有一对齿轮传动，因而有功率损失。而中间轴式变速器可将输入轴和输出轴直接相连，得到直接挡，因而传动效率较高，磨损小，噪声也较小。轿车尤其是微型汽车，采用两轴式变速器比较多，而中、重型载重汽车则采用中间轴式变速器 。 中间轴结构 当变速器安装在转矩高于 1200 1300Nm 的大功率柴油即时，其齿轮轴和轴承都要承受很大的载荷。为防止过早被破坏，所 以才采用多中间轴式 5。 买文档就送您 01339828或 11970985 5 挡的形式和布置方案 图 常见的布置方案。图 a 方案广泛用于前进挡都是同步器换挡的四挡轿车和轻型货车变速器中； b 方案的优点是可以利用中间轴上的 1 挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度，但换挡时两对齿轮必须同时啮合，致使换挡困难，某些轻型货车四挡变速器采用这种方案； c 方案能获得较大的倒挡速比，突出的缺点是换挡程序不合理； 而在货车变速器中取代了 c 方案； e 方案中，将中间轴上的一挡和倒挡齿轮做成一体，其齿宽加大，因而缩短了一些长度； f 方案采用了全部齿轮副均为常 啮合齿轮，换挡更为轻便；为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车采用 g 方案，其缺点是一挡和倒挡得各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。后述五种方案可供五挡变速器的选择： 图 挡布置方案 本次设计 采用两轴式变速器 ， 图 a） 所示的倒挡布置方案 。 、部件布置方案分析 轮形式 变速器用 齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。 与 直齿圆柱齿轮 比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。变速器中的常啮合齿轮均采 用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的质量和转动惯量增大。 直齿圆柱齿轮 仅用于低档和倒挡 6。 挡的结构形式 如图 示， 变速器换挡机构形式 分为 直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三买文档就送您 01339828或 11970985 6 种。 （ a）滑动齿轮换挡 （ b）啮合套换挡 （ c）同步器换挡 图 挡机构形式 1、 滑动齿轮换挡 通常采用滑动直齿轮换挡，也有采用斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换挡时齿面承受很大的冲击，会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作 噪声大，所以这种换挡方式一般仅用于一挡和倒挡。 2、 啮合套换挡 用啮合套换挡，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合的斜齿轮。用啮合套换挡，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操纵技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器的轴向尺寸和旋转部分的总惯性力矩增大。因此 ，这种换挡方法目前只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。 3、 同步器换挡 现代大多数汽车的变速器都采用同步器能保证迅速，无冲击，无噪声换挡，而与操纵 技术熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和行车安全性。同上述两种换挡方法相比，虽然它有结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸大。同步环使用寿命短缺等缺点，但仍然得到广泛应用。由于同步器的广泛应用，寿命问题已得到基本解决。如瑞典的萨伯 公司，用球墨铸铁制造同步器的关键部件，并在其工作表面上镀上一层钼，不仅提高了耐磨性，而且提高了工作表面的摩擦系数，这种同步器试验表明，它的寿命不低于齿轮寿命，法国的贝利埃（ 。德国择孚（ 公司的同步器均采用了这种工艺。 上述三种换挡方案，可同时用在一变速器中的不同挡位上，一般倒挡和一挡采用结构较简单的滑动直齿轮或啮合套的形式；对于常用的高挡位则采用同步器或啮合套。轿车要求轻便性和缩短换挡时间，因此采用全同步器变速器。 买文档就送您 01339828或 11970985 7 止自动脱档的措施 自动脱挡是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱挡。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种： 1、 将两接合齿的啮合位置错开，如图 示。这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿的 1 3用中两 齿接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可用来阻止接合齿自动脱挡。 2、 将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下 这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱挡，如图 示。 3、 将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜 2 3 ），使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力，如图 示。这种方案比较有效，应用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱挡的效果。 图 止 倒挡的措施 图 止 倒挡的措施 图 止 倒挡的措施 承形式 过去，变速器轴的支承广泛采用滚珠轴承、滚柱轴承和滚针轴承，近年来，变速器的设计趋势是增大其传递功率与质量之比，并要求它有更多的容量和更好的性能。而上述 轴承形式已不能满足对变速器可靠性和寿命提出的要求， 故使用圆锥滚柱轴承的增多。其主要优点如下：滚锥轴承的接触线长，如果锥角和配合选择合适，可提高轴和齿轮沿纵向平面分开或沿中心线所在平面分开，这样可使装拆和调整轴承方便。由于上述特点，滚锥轴承已在欧洲一些轿车、货车和重型货车变速器上得到应用。 合式变速器 近年来，增加汽车变 速器的挡位，是一个重要的发展趋势，这与许多因素有关，如载货汽车上更多地使用柴油发动机，平均车速和汽车总质量增加，以及要求降低燃买文档就送您 01339828或 11970985 8 料耗量等。 本次设计 初步 选择 的齿轮形式是 前进挡皆为斜齿圆柱齿轮，倒挡为直齿圆柱齿轮，采用全同步器式换挡形式，轴承选取 深沟球轴承、 圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥 滚子 轴承。 章小结 本章 对变速器传动机构的布置方案 和零、部件结构方案进行了系统的分析，并给出了此次设计的具体方案，即 设计 两轴式变速器， 倒挡布置方案 如 图 a） 所示 ，前进挡皆为斜齿圆柱齿轮，倒挡为直齿圆柱齿轮，采用全同步器式换 挡形式， 轴承选取深沟球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承。 买文档就送您 01339828或 11970985 9 第 3章 变速器主要参数的选择及设计计算 计依据的 主要技术 参数 本次设计是根据 技术参数来设计的一种变速器，其具体参数如表 表 主要技术参数 型号 胎型号 165 65车整备质量 1295减速比 大总质量 1870 大转矩 272Nm 3000 3500r/高车速 220km/h 最大功率 5000 r/ 大爬坡度 36% 轮距（前 /后） 1360355距 2835廓尺寸（长宽高） 358815631574 位 数 确定 变速器的挡数可在 3 20 个挡位范围内变化，通常变速器的挡数在 6 挡以下，当挡数超过 6 挡以后，可在 6 挡以下的主变速器基础上，再行配置副变速器，通过两者的组合获得多挡变速器。 增加变速器的挡数，能够改变汽车的动力性和燃油经济性以及平均车速。挡数越多，变速器的结构越复杂，并且使轮廓尺寸和质量加大，同时操纵机构复杂，而且在使用时换挡频率增高并增加了换挡难度 。 在最低挡传动比不变的条件，增加变速器的挡数会使变速器相邻的低档与高档之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。要求相邻挡位之间的传动比值在 下，该值越小换挡工作越容易进行。因高挡使用频繁，所以又要求高档区相邻挡位之间的传动比比值，要比低档区相邻挡位之间的传动比比值小。 近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，乘用车一般用 4 5个挡位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用 5 个挡。商用车变速器采用 4 5 个挡或多挡。载质量在 货车多采用 5 个挡，载质量在 货车采用六挡变速器。多挡变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。 本次设计的变速器 采用 5 个 前进 挡 位 ， 1 个倒挡位 。 买文档就送您 01339828或 11970985 10 动比范围 变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值 。 最高挡通常 是 有的变速器最高挡是超速挡 ,传动比为 响最低挡传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚 动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前乘 用车的传动比范围在 间，总质量轻的商用车在 间 ，其他商用车则更大。 本次设计的变速器传动比范围是 速器各挡传动比的确定 定一挡传动比 确定最低挡传动比时，要考虑下列因素：汽车最大爬坡度，驱动轮与地面的附着力，汽车最低稳定车速及主传动比等 7。 1、 根据最大爬坡度确定一挡传动比 汽车在最大上坡路面上行驶时，最大驱动力应能克服轮胎与地面间滚动阻力及上坡阻力。由于汽车上坡行驶时，车速不高，故忽略空气阻力。这时 fF+ 式中 最大驱动力 ，r 01 滚动阻力 ， 最大上坡阻力 ， 将上述有关参数 代入 式 （ 得 r 01 mg(+)=mg 1 0 式中 发动 机最大转矩，72Nm； 0i 主减速比，0i= 买文档就送您 01339828或 11970985 11 m 汽车总质量 ,m=1870 道路最大阻力系数； f 滚动阻力系数（良好的沥青或混凝土路面 f= f=8； 1变速器一挡传动比； 汽 车传动系效率 , = g 重力加速度 ,g= r 驱动轮滚动半径， r = 道路最大上坡角（最大爬坡度 i= 则 。 将上述 有关参数 代入 式 （ 得 1 =、 根据驱动轮与路面的附着力确定一挡传动比 汽车行驶时，为了使驱动轮不打滑，必须使驱动力等于或小于驱动轮与路面间的附着力，此条件可用下列不等式表示 r 012G 1 0iT 式中 道路附着系数，计算时取 = = 2G 汽车满载静止于水平路面 时 驱动桥给地面的载荷， 2G =11000N。 将上述有关参数代入式 （ 得 1 0 00 =取1 定五挡传动比 为了提高汽车经济性，高速行驶时发动机转速不致过高，而设置一个超速挡，超速挡的传动比 一般取为 五挡设为超速挡，则取5 买文档就送您 01339828或 11970985 12 定其它各挡传动比 一般汽车各挡传动比大致符合如下关系 21324354q （ 式中 q 常数，也就是各挡之间的公比， q=451 因此，各挡传动比为 1q=q=心距 A 初选中心距 A 时，可根据下述经验公式计算 A= 31（ 式中 A 变速器中心 距 （ ； 中心距系数，乘用车： 挡变速器： 9.5；发动机最大转矩 （ Nm） ； 1i 变速器一挡传动比； g 变速器传动效率，g= 将上述有关参数代入式 （ 得 A=3 =文档就送您 01339828或 11970985 13 形尺寸 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。 影响变速器壳体的轴向尺寸的因素有挡数、换挡机构形式以及齿轮形式。 乘用车四挡变速器壳体的轴向尺寸为 （ A。 商用车四挡变速器壳体的轴向尺寸可参考下列数据选用： （ 1） 四挡 （ A （ 2） 五挡 （ A （ 3） 六挡 （ A 当变速器选用的挡数和同步器多时，上述中心距系数应取给出范围的上限。为了检测方便，中心距 A 最好取为整数。 轴向尺寸为（ A=为 635 轮参 数 数 齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。 应该指出，选取齿轮模数时一般要遵守的原则是： 在变速器中心距相同的条件下，选取较小的模数，就可以增加齿轮的齿数，同时增加齿宽可以使 齿轮啮合的重合度增加，并减少齿轮噪声，所以为了减少噪声 应合理减少模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数，而从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数；减少乘用车齿轮工作噪声有较为重要的意义，因此齿轮的模数应选得小些；对货 车，减少质量不减少噪声更重要，故齿轮应选用大些的模数；变速器低档齿轮应选用大些的模数，其他挡位选用另一种模数。少数情况下，汽车变速器各挡齿轮均选用相同的模数，变速器用齿轮模数的范围 如 表 。 所选模数值应符合国家标准 1357 1987 的规定，如表 用时，应优先选用第一系列，括号内的模数尽可能不用。 啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿形。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。其取用范围是：乘用车和总质量 货 车为 文档就送您 01339828或 11970985 14 质量货车为 取较小的模数值可使齿数增多，有利于换挡。 表 车变速器齿轮的法向模数乘用车的发动机