基于ProE的中型车变速器毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828 或 11970985 摘 要 目前，许多变速器生产企业正在研发一些燃油经济性更好、换挡性能更高的变速器，以满足市场上的多层次需求。汽车变速器是通过改变传动比、改变发动机曲轴的转矩，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动轮牵引力及车速不同要求的需要。变速器是汽车传动系中最重要的部件之一。变速器是用来改变发动机传动到驱动轮上的转矩和转速，在汽车传动系中扮演着至关重要的角色，因此必须重视对变速器的设计研究。 传统的变速器零件设计包括了变速器传动布置方案的确定、变速器主要参数的选择、变速器齿轮的设计及校 核、变速器轴的设计及校核，由于变速器有较多的零件组成且零件之间的装配关系较复杂因此变速器的设计需要较长的时间和反复的实验。本设计是在传统变速器重要零件设计的基础上运用 软件进行三维实体模型的创建 ,可实现变速器的辅助设计，能快速准确的设计出变速器各主要零部件并完成装配。从而可以缩短设计周期，降低开发成本，增加模型可信度，提高产品的质量。 关键词 ：变速器；设计；轴；校核；建模； 买文档就送您 01339828 或 11970985 t to in as as to of on is by of is of is to to on in to a it is to to of of of of of as of of a is an in of on E to it a of So we 01339828 或 11970985 目 录 摘要 . . 第 1章 绪论 .述 .内外研究现状 . 2章 变速器传动机构布置方案 .动机构布置方案分析 .动装置布置方案分析 .章小结 . 3章 变速器主要参数的选择 .数的选择及各挡传动比的确定 . 确定挡 数 . 确定主减速比 . 确定各挡传动比 .心距 .轮参数 . 模数的选取 . 压力角 . 螺旋角 .宽计算 .挡齿轮齿数的分配 . 确定一挡齿轮的齿数 . 对中心距进行修正 . 确定常啮合传动齿轮副的齿数 . 修正螺旋角的值 . 确定其它各挡的齿数 . 确定倒挡的齿数 .文档就送您 01339828 或 11970985 速器齿轮的几何尺寸计算 . 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 . 斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 . 根据以上公式计算各齿轮参数 .速器轮齿强度计算 . 齿轮弯曲强度计算 . 齿轮接触应力计算 . 变速器齿轮具体强度校核计算 .速器齿轮的材料及热处理 .章小结 . 4章 变速器轴设计计算 .的 功用及要求 .尺寸的初选 .的结构形状 .的强度和刚度的计算 . 计算各轴上 齿轮的圆周力与切向力 . 轴的刚度验算 . 轴的强度验算 .章小结 . 5章 变速器的同步器设计及其结构元件 .步器设计 . 惯性式同步器 . 同步器工作原理 . 主要参数的确定 .速器结构元件 . 变速器齿轮 . 变速器的轴 . 变速器壳体 .章小结 . 6章 应用 进行变速器的建模与装配 .软件简介 .速器齿轮几何模型的建立 .文档就送您 01339828 或 11970985 齿圆柱齿轮的几何模型建立 . 斜齿圆柱齿轮的几何模型建立 .速器轴的几何模型的建立 . 变速器第一轴的几何模型建立 . 变速器中间轴的几何模型建立 . 变速器第二轴的几何模型建立 .速器其它附件几何模型的建立 . 48 承的几何模型建立 . 键的几何模型建立 . 箱体的几何模型建立 . 同步器接合套及花键毂的几何模型建立 .速器零件模型的虚拟装配 . 变速器轴上零件与轴的虚拟装配 . 变速器的整体装配 .章小结 .论 .考文献 .谢 .录 .文档就送您 01339828 或 11970985 1 第 1 章 绪 论 述 汽车变速器的任务是传递动力 ,并在动力的传递过程中改变传动比，以调节或变换发动机的特性，同时通过变速来适应不同的驾驶要求。由此可见，变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。随着科技的高速发展，人们对汽车性能的要求越来越高，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，因此必须重视对变速器的研究 1。 变速器由变速传动机构和操纵机构组成，对变速器设计的基本要求如下： （ 1）保证汽车有必要的动 力性和经济性； （ 2）设置有空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输； （ 3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶； （ 4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出； （ 5）换挡迅速、省力、方便； （ 6）工作可靠。汽车行驶过程中变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生； （ 7）变速器应有高的工作效率； （ 8） 变速器的工作噪音低。 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。 满足汽车有必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、传动比范围和各挡传动比有关 2。汽车工作的道路条件越复杂、比功 率越小，变速器的传动比范围越大。 内外研究现状 虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型，它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度。虚拟样机技术，是 20 世纪 80 年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程 (术。虚拟样机技术强调系统的观点，涉及产品全生命周期，支持对产品的全方位测试、分析与评估，强调不同领域的虚拟买文档就送您 01339828 或 11970985 2 化的协同设计 3。制造生产商将虚拟样机技术引入各自的产品开发中，大大简化机械产品的开发过程，大幅缩短产品开发周期，提高产品的系统级性能，获得最优化和创新的 产品，取得了很好的经济效益。 目前，许多变速器生产企业正在研发一些燃油经济性更好、换挡性能更高的变速器，以满足市场上的多层次需求。汽车变速器是通过改变传动比、改变发动机曲轴的转拒，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。传统的变速器设计方法一般是根据性能要求利用经验公式取值，然后验算，如果不符合要求则根据经验改变某些参数，继续验算，直至符合所有的条件与要求。这种设计方法计算量较大，而一般的经验公式又较保守，对于不符 合要求时改变的参数有一定的局限性，导致结果过于保证安全性。产品笨重，而许多性能未必很好甚至变的较差。良好的性价比需要在降低成本的基础上提高性能，并且零部件的限制条件也越来越多，传统的经验公式已经无法满足新型变速器设计的要求。将虚拟样机设计方法引入变速箱的设计是及其必要的。 究内容 研究变速器的组成及其工作原理，计算中间轴式变速器各部件的尺寸参数并验证，利用相关公式及要求确定齿轮、轴、同步器、与轴承的相关参数并对齿轮轴、轴承进行强度校核。 对变速器结构元件、变速器壳体 进行设计。应用 软件建立变 速器各部件的三维实体模型并利用其链接关系进行虚拟装配。 拟解决的主要问题：变速器的基本结构及其工作原理需更深一步了解和研究 ,以免设计时造成结构或原理上的错误。由于确定参数的公式较复杂，所以在选择和计算参数时要倍加认真以免带来重算的麻烦。 的基本知识以及其绘制各种零件的操作方法和步骤需要参考相关资料进行练习和总结以免因 的操作不够熟练而影响毕业设计的进程。 研究方法手段：先研究变速器的结构组成及其工作原理，然后对变速器的参数进行选择和计算并对相关零部件进行强度校核。回顾 的基本知识和操 作方法，在买文档就送您 01339828 或 11970985 3 中建立变速器各部件的模型然后利用各部件的链接关系进行虚拟装配。 拟取得的成果的形式：完成变速器各零部件的计算、并校核。运用 软件建立各零部件的三维实体模型，通过链接关系进行虚拟装配，完成装配图、关键的零件图一份。 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 汽车主要参数如下表 表 体设计中的汽车参数 动装置布置方案分析 我们根据汽车总布置的要求、结构工艺性、变速器的径向尺寸、变速器齿轮的寿命、变速器的传动效率，选择三轴式变速器 3。主要原因有：三轴式变速器第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡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挡。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，直接挡的传动效率高，磨损及噪声也最小，这是三轴式的主要优点。其他前进挡需依次经过两对齿轮传递转矩。因此，在齿轮中心距（影响变速器的主要参数）较小的情况下依然可以获得大的一挡传动比，这是三轴式变速器的另一优点。 额定总质量 9000质量 5000 重 4400 重 9400 长 8145宽 2470 高 2485 距 4700 大转矩 353 N m 最大爬坡度 30% 离合器 单片，干式 轴荷分配 满 载 空 载 前 35%，后 65% 前 45%，后 55% 最高车速 90km/h 发动机功率 99轮直径 974文档就送您 01339828 或 11970985 5 根据变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以变速器的低挡与倒挡，都应布置在靠近轴的支撑处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低挡到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既 能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装载。 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于一挡和倒挡。 章小结 本章对将要设计的变速器的主要参数、传动机构布置方案进行了分析确定，确定 选择中间轴式变速器，一挡和倒挡采用直齿，其它为斜齿。 买文档就送您 01339828 或 11970985 6 第 3 章 变速器主要参数的选择 数的选择及各档传动比的确定 根据题目要求为选择五挡变速器，即五个前进挡、一个倒挡，五挡为直接挡。 车轮半径 r（ 五挡传动比为 1，取 错误 !未找到引用源。 m a xm a x 9550 （ 34 8235 3 0 .0 ii 可知 =7。 动比 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 4。故有 m a xm a xm a a x )s i nc （ 式中： m 汽车总质量； g 重力加速度； 发动机最大转矩； 0i 主减速比； 买文档就送您 01339828 或 11970985 7 T 汽车传动系的传动效率； r 驱动车轮的滚动半径； 道路最大阻力系数； 取 其中 则 i o s i nc o s(0m a xm a xm a iT = 根据驱动轮与路面的附着条件 取 、 错误 !未找到引用源。 取 3 0 0m a 1i 取 据等比级数分配即 433221,已知 错误 !未找到引用源。 =计算得 2i =i=错误 !未找到引用源。 = 心距 对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距 A 。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积和质量大小，而且对齿轮的接触强度有影响 2。 初选中心距 A ，根据经验公式计算： （ 式中： A 变速器中心距（ 中心距系数，根据车的取值范围 .0；动机最大转矩（ Nm），已知53 Nm； 1i 变速器一挡传动比，已知 1i = 变速器传动效率，取 96%。 计算得 A =123.5 A=123。 轮参数 模数的选取 齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素很多，如齿轮的强度、质量、3 1m a x 买文档就送您 01339828 或 11970985 8 噪声、工艺要求。 根据已知汽车参数，变速器低挡齿轮应选用大些的模数，其他挡位选用另一种模数。 从齿轮应力的合理性及强度考虑，每对齿轮应有各自的模数，但从工艺性考虑，一个变速器的齿轮模数应尽量统一，其选取范围是：轿车及轻、中型货车为 2 型货车 为 52。表 出了汽车变速器齿轮法向模数的范围，设计时所选模数值应符合国际 78 规定并满足强度要求。 在给定模数范围内，初选模数：直齿轮模数 m 齿轮法面模数 表 车变速器齿轮的法向模数 车 型 微型、轻型轿车 中级轿车 中级货车 重型货车 3 6 压力角 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；啮合套或同步器的接合齿普遍采用 30的压力角 2。 螺旋角 斜齿螺旋角可在下面提供的范围内选取： 乘用车变速器： 两轴式变速器为 20 25； 中间轴式变速器为 22 34； 货车变速器： 18 262。 宽计算 齿宽的选择既要考虑变速器的质量小、轴向尺寸紧凑，又要保证齿轮的强度及工作平稳性的要求。通常是根据齿轮模数来确定齿宽 b ： 直齿： 选取。 斜齿：，选取 2 买文档就送您 01339828 或 11970985 9 nh 挡齿轮齿数的分配 确定一挡齿轮的齿数 一挡传动比 101921 zz 且已知 1i =了求9z、10求其齿数的和直齿 斜齿 由已知 A =123 m = 图 计算得：直齿0。 计算后取后进行大、小齿轮数的分配。中间轴上的一挡小齿轮的齿数尽可能取小些，由 1i 已定， 12/传动比可分配小些，使第一轴常啮合齿轮齿数多些，以便在其内腔设置第二轴的前轴承并保证轮辐有足够的厚度。货车变速器中间轴的挡直齿轮的最小齿数为 12 172，取10z=17，且9z=10，则9z=53。 对中心距 A 进行修正 因为计算齿数和过取整数使中心距 A 有了变化，所以应根据取定的 ，再以修正后的中心距 A 作为各挡齿轮齿数分配的依据。 由，计算得 A =123 确定常啮合传动齿轮副的齿数 由公式 101921 zz （ 而常啮合传动齿轮中心距和一挡齿轮的中心距相等，即 2121co (n （ 由已知1i =选 21 =25 ，9z=53，10z=17。 计算后取整数得： 2z =45， 1z =19。 买文档就送您 01339828 或 11970985 10 1212131311 )(21 1312 n 修正螺旋角的值 根据所确定的齿数和公式2121(n ，计算校核得 21 = 确定其它各挡的齿数 由二挡齿轮为斜齿轮，螺旋角87和常啮合齿轮的 21 不同，有公式 87 而 8787c (n（ 外，从抵消或减少中间轴的轴向力出发，还必须满足下列关系式 8721212zz z ）（871 联解上述三个公式，采用比较方便的试凑法，即先选定螺旋角87，解式（ 式（ 求出7z、8z，再把7z、8代入式（ ，检查是否满足或近似满足轴向力平衡的关系。如相差太大，则要调整螺旋角87，重复上述过程，直至符合设计要求为止 2，初选87 20 。 根据上述的计算方法得：7z=43，8z=23，87= 由三、四挡齿轮也为斜齿轮，同样的计算方法可得 三挡齿轮：5z=31，6z=35，65= 四挡齿轮：3z=23， 4z =42，43= 确定倒挡的齿数 一般情况下，倒档传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档传动比 间轴上倒档传动齿轮的齿数比一档主动齿轮 10 略小，取， 12Z =14。 而通常情况下，倒档轴齿轮131 23 之间取 2，此处取13Z=22。 由 （ 可计算出13Z=32 故可得出中间轴与倒档轴的中心距 A= （ =63 买文档就送您 01339828 或 11970985 11 )(2m 1311 而倒档轴与第二轴的中心 : （ = 速器齿轮的几何尺寸计算 汽车变速器齿轮均为渐开线齿轮。渐开线齿轮除了能满足传动机构平稳、传动比恒定不变等基本要求外，还有互换性好、中心距具有可分离性及切齿刀具制造容易等优点。渐开线齿轮的正确啮合条件是：两齿轮的模数、分度圆压力角必须分别相等，两斜齿轮的螺旋角必须相等而且方向相反 5 。渐开线圆柱齿轮的基准齿轮（ 78）见表 。 表 开线圆柱齿轮基准齿形 基本要素名称 代 号 标 准 齿 短 齿 增大齿形角 齿形角 20 20 25 齿顶高系数 0f 向间隙系数 c *m 根圆角半径 r ：考虑某些工艺要求，径向间隙允许增大至 根圆角半径允许减少至 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 表 给出了角度变位直齿圆柱齿轮的计算公式，角度变位能获得良好的啮合性能及传动质量指标，故变速器设计多采用之 2。表中的 m 为模数； z , 分别为齿数和变位系数，计算时应分别计算主、被动齿轮的有关项目，主、被动齿轮有关项目的下标分别为“ 1”和“ 2”。表中的0f， c ， 见表 表 开线直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 序号 计算项目 角度变位齿轮的计算公式 已知中心距 A 已知变位系数 21, 1 理论中心距 10 买文档就送您 01339828 或 11970985 12 (续表 ) 2 啮合角 c 21 21t 2v 3 中心距 A （已知） 0 4 中心距变 位系数 5 变位系数之和 t a )(6 齿顶降低系数 7 分度圆直径 8 齿顶高 a )( 0 9 齿根高 f )( 0 10 齿全高 2( 0 11 齿顶圆直径 aa 12 齿根圆直径 ff 13 周节 14 基节 b 15 分度圆弧齿厚 16 基圆直径 b 注： 表中的 值计算主动齿轮时取 1 ，计算被动齿轮时取 2 。 斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 表 出了角度变位斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式。表中的z ， 分别为齿数和变位系数，计算时应分别计算主、被动齿轮的有关项目，主、被动齿轮有关项目的下标分别为“ 1”和“ 2”。表中的0f， c ， 见表 表下面已给出 的介绍。 表 开线斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 序号 计算项目 角度变位齿轮的计算公式 已知中心距 A 已知变位系数 21, 21 买文档就送您 01339828 或 11970985 13 （续表） 1 理论中心距 210 2 端面啮合角 A c 2121 t a n)(2 v 3 中心距 A （已知） 0 4 中心矩变 位系数 nn m 5 变位系数 之和 n tt t a )( 21 6 齿顶降低 系数 7 分度圆直径 8 齿顶高 ( 0 9 齿根高 nf ( 0 10 齿全高 nn 2( 0 11 齿顶圆直径 aa 12 齿根圆直径 ff 13 当量齿数 314 法向基节 15 分度圆弧齿厚 ta 16 基圆直径 tb 据以上公式计算各齿轮参数 1、 计算直齿轮参数 一挡直齿轮 :9z 53、10z 17。 090 122.5 A =123 = = 9d 185.5 10d 59.5 9 00.8 109 109.4 981.8 10p 文档就送您 01339828 或 11970985 14 9s 10s 974.3 10 倒挡直齿轮 : 11z 32、 12z 14、13z=22。 090 123A =123 =20； 0； =0； 0； 11d 112 12d 49 13d 77； 11 213111213 131211 11126.7 131105.7 1213p 错误 !未找到引用源。 =误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 =11 12613、计算斜齿轮参数 斜齿圆柱轮各参数值如下表 示： 表 齿圆柱齿轮各参数值 计算 项目 1z 2z 3z 4z 5z 6z 7z 8z 理论中心 距 123 122 8 面啮合角 20 中心距 123 123 123 123 中心距变位系数 0 位系数之和 0 顶降低系数 0 度圆直径 66.5 57.5 0.5 47 08.5 22.5 50.5 0.5 顶高 根高 5.6 .5 文档就送您 01339828 或 11970985 15 齿 全高 续表） 齿顶圆直径 75.2 62.1 7.2 56.7 16.2 29.3 57.8 0.1 根圆直径 60.2 46.3 0.4 40 00.6 13.7 43.2 0.9 量齿数 25 60 29 53 38 43 50 27 法向基节 度圆弧齿厚 圆直径 48380215速器轮齿强度计算 与其他机械行业比较，不同用途汽车的变速器齿轮使用条件仍是相似的。此外，汽车变速器齿轮用的材料、热处理方法、加工方法、精度级别、支承方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合 金钢制作，采用剃齿或磨齿加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度为 6 级和 7 级 6。因此，用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮，同样可以获得较为准确的结果。下面介绍的是计算汽车变速器齿轮强度用的简化计算公式。 齿轮弯曲强度计算 齿轮的弯曲应力的校核公式： （ 式中： F 齿轮弯曲应力 ,( k 载荷系数，一般取 齿轮轴向力， (N)； b 齿宽 ,( 齿轮模数； 买文档就送您 01339828 或 11970985 16 齿形系数； 应力修正系数； Y 弯曲疲劳强度计算的螺旋角系数，1201 Y Y 弯曲疲劳强度计算的重合度系数， 齿轮弯曲许用应力： m Y （ 式中： 齿轮弯曲许用应力 ,( 弯曲疲劳强度计算的寿命系数； 齿轮弯曲疲劳极限； 弯曲疲劳强度计算的最小安全系数； 齿轮接触应力计算 齿面接触应力应的校核公式： （ 式中： H 齿轮接触应力， ( 齿轮轴向力， (N)； k 载荷系数； b 齿宽， ( d 分度圆直径， ( u 相啮合齿轮的齿数比； 节