长城微型汽车设计（手动五个档位三轴式手动机械式变速器设计）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 长城微型汽车设计（变速器设计） 摘 要 随着时代的不断进步，人们越来越离不开汽车了，然而变速器作为汽车的核心部分，它可以用来传递来自发动机的转矩，另外在发动机的转速一定时，变速器可以输出不同的转速并且可以控制转向，这样一来，汽车就可以在不同的路况中进行爬坡，加速，倒车等，同时还能有效发挥发动机的性能。 这次要设计的是变速器，考虑到任务书的主要技术指标，将变速器设计成 5+1 全同步中间轴式，换挡形式为同步器换挡，操纵机构为直接操纵式，需要我搞明白变速器原理，并且绘制装配图等，通过计算和校核，这次设计的变速器能够 保证汽车的动力性，而且轴和轴承受力合理容易装配。 此说明书将设计过程详细的记录下来了，首先确定变速器的结构方案，然后确定变速器的档位数及各档位的传动比、齿轮模数、中心距，进行计算；这样就确定了各齿轮齿数及直径，再选取轴和齿轮等零件的材料、加工方法和尺寸，最后对齿轮、轴、轴承、键进行校核，通过反复的计算才得出结论，最终结果显示本次设计的变速器满足强度和刚度要求。 关键词 ：汽车，齿轮，轴承，强度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 F t as a of it be to is so in at to of is of of be + 1 of I do to of of is it of of in we of to to to of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第一章 绪论 .二章 机械式变速器设计 .速器设计基本方案 .速器结构方案的确定 .档传动方案 .三章 变速器主要参数选择 .速器挡数的选择 .速器各挡传动比的确定 .心距 . 10 速器轴向的尺 寸 . 11 轮参数 . 11 轮模数 . 11 轮设计计算 . 12 挡齿轮的齿数 . 12 啮合齿轮副的齿数计算 . 13 定其他各挡的齿数 . 13 定倒挡齿轮齿数 . 15 轮变位系数的选择 . 15 第四章 齿轮强度校核 . 17 算各轴的转矩 . 17 齿强度计算 . 17 齿弯曲强度计算 . 17 齿接触 强度计算 . 21 算各挡齿轮的受力 . 22 挡齿轮 9， 10 的受力 . 22 挡齿轮 7， 8 的受力 . 23 挡齿轮 5， 6 的受力 . 23 挡齿轮 3， 4 的受力 . 23 啮合齿轮 1， 2 的受力 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 挡齿轮 13， 14 的受力 . 24 第五章 轴的设计计算 . 25 的工艺要求 . 25 的校核计算 . 25 选轴的直径 . 25 的刚度验算 . 26 的强度计算 . 31 第六章 同步器及操纵机构设计 . 33 步器的结构 . 33 步环锥面上的螺纹槽 . 33 擦锥面平均半径 R . 34 面工作长度 b . 34 步环径向厚度 . 34 止角 . 35 步时间 t . 35 速器的操纵 机构 . 35 第七章 轴承及平键的校核 . 37 轴承选择及校核 . 37 间轴轴承校核 . 37 轴轴承校核 . 38 轴轴承校核 . 38 键选择及强度计算 . 38 结论 . 40 参考文献 . 41 致谢 . 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 绪论 近几十年汽车行业发展迅速 ,追求独特美观 车型的观念已经深入汽车爱好者的心中。当咱们 生产汽车的时候，制作成什么样的变速器就是最重要的问题。即使 最近其他变速器的科技加速进步，向长时间占市场重要位置的机械变速器发起了挑战，但我们将 手动变速器 应用到汽车上 已 经 很长 时间 ,我们多次 改进 ,才出 现 目前的 形式 ,制造工艺与技术已经相当成熟了，与其它各种形式相比较，优势的地方在于： (1)由于手动变速器技术已发展多年，并长期主导传输市场现状，各技术市场长期试验后，经过逐渐积攒，它的技术已经非常高超。 (2)与其他传动相比，它具有传输效率非常高的可以手动机械式的变速器，并可能比自动变速器更加经济。 (3)结构十分简 单，制造的工艺更加成熟，市场的需求量很大，可以获得大规模的生产效益，生产所需成本较低。 (4)维修快捷简单，从而成本就更便宜。 (5)喜欢 驾驶 的朋友们会从中获得超强的 操控快感 。 在 目前 市场经济 占主导地位的 形势下 此时中国 对 轿 车 变速器不能作出完美的计划的时候 轿 车变速器 ,改 良咱们在使用 的变速器 ,从市场 大面积 开发转 形成 深度 多角度 开发 ,让变速器的生产每个场都能用 ,制造成一系列产品 ,制造精度更高 精 确 生产 ,减少 成本 ,提高 产品品 质 ,才能不断缩短同其他先进国家技术水平的差距。 除了汽车的 发动机外变速器是汽车重要部分之一 , 随着时代的进步，汽车科技的不断发展和市场的需要更新换代，咱们在为生产完美变速器而奋斗在不久将来可能会获得更大的成功。变速器会随着人们需要向操作舒服性、轻便性、高效性、经济型、污染少型和产生杂音少方面改进 , 人民对轿 车变速器的需要数量将会不断地增加。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 第二章 机械式变速器设计 速器设计基本方案 速器结构方案的确定 有级与无极的区别主要在于，前者的形状较简单，成本低，高传输效能值如 （ = 所以在各种车都可以看到它的存在。 设计时可以按汽车在什么情况下使用和要求初步设定汽车需要多少个档位，还有就是每个具体的传动之比以及总的传动比的大概范围，原因是这些参数对汽车的烧油消耗率与动力性都会有十分实质性的变化。 轿车的传动比需要在一定的范围内，它的大小和最大最小的传输比有密切关系。轿车可能出现在各种各样的道路上，变速器的总传动比的大小和一个比值（功率与汽车质量比）有关，比值若小，传动比就会越大。现在，变速器传动比是有一定数值限制的，小轿车的话一般在 间；我们常用的货车和比较常见的大巴车一般是在五到八之间；当然了一些专用 车和特殊作用的车（越野）一般在十到二十之间。 正常情况下，传动比固定的变速器常常采用三至五个行进的档位；但是十分重的装货物的车和四驱汽车就需要使用多档的变速器，它的行驶档位个数多达 6 至 16 个更有少数达 20 个。 我们一旦增加变速器的档位数汽车的很多参数都发生了变化，例如提高功率（发动机）的使用率、汽车的燃油利用率及速度平均值，近而汽车的搬运能力大大提升了，搬运的花费减少。如果选择人们控制的机械式操作部分时，要想实现换档快速无噪声，大于五个行进档的变速器做到这些是不太可能的。从而，人为手动操作的变速器最多是五个 前进档位数。行进档的个数大于五个可能会使操作部分变得十分难懂，有的还要增加一个含有单独操作部分的附加变速器，仅仅适用在指定的道路情况。 目前好多载货汽车，往往在路况较好与不载东西驾驶时可能会启用超速的档位。在含有它地汽车上都有一个低于 1 传输比正常是 间，它会将发动机的功率利用到极致，因为此时汽车每前进一千米，发动机不需要再转那么多次，最大程度降低引擎的消耗，当然经济性也更好。和直接传买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 递的档位的主要不同是，后面的传递效能更加大。 对应不同的传动布局的传输效率（传动比不变的变速器）也是不一样的，其 中还有传输扭矩所要求的配对齿轮个数 N，转动速度，功率，油湿润作用是有效的，一个轴，轮齿和箱体这些部件的加工准确程度，强度。 我们一般见得变速器不是三个轴的就是两个轴的。 图 2示的就是含有三个轴的变速器，输入轴的一直配合的轮齿和中间轴上的一直配合的轮齿啮合，然后间接轴的对应轮齿与输出轴齿轮配合，而且第一个轴与第二个的轴总是在一个线上面。直接档可以使第一个轴的转矩直接传输到第二轴。这种情 况下，轴承结构、齿轮啮合、中间传递轴都不受力，并且输入、输出轴也可以传递转矩。所以，直接档具有高的传动效率，损耗和产生的 声音也十分小，含有三个轴的变速器的优势就是这些。别的前进位要想将转矩传到第二轴需要连续经过两副轮齿的配合。所以，虽然传动中心距（在传输大小影响深远）小齿轮的传动比，但仍然可以做得更大，含有三个轴的这种其中的大优势。它的不足之处：只要不是传动比为 1 它传输的比率都会下降。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 图 2轿车 三轴式四档变速器 1 第一轴； 2 第二轴； 3 中间轴 含有两个轴的变速器像上图 2中间轴式变速器作比较，它的构造简洁、布置利用率高而且排掉最低传动比的档位外其他的传输效能很高、产生的声音少。轿车大部分都是发动机前置而且前轮驱动的形式，原因在于这种形式的动力系统有效性、便于操作，更何况汽车的重量降低了约十个百分点。两轴式很适合这种布置形式并且具有简单框架的传动系。就像图中那样的变速器，只有两个轴的，它的输出轴和传动齿（主减速器）制做成一个物体，如果竖向安放发动机，锥齿轮（螺旋形布局，或双齿轮）应用主减速机 ；我们就要使用圆柱齿轮如果发动机是横向放置的，这样不仅使制造时的工艺简单化，还节约开销。倒车时啮合的齿轮一般是滑动的，而其他各档一般使用一直配合的斜齿或直的齿轮传输；同步器一般都放在输出轴上，原因在于一档主动齿轮直径很小，同步器的放卡出现麻烦；但是高的行进档的同步装置有时会出现在输入轴的末尾，像上面那样。 直接档不会出现在两轴式变速器上，档位换到高的档位时，力施加到齿轮和轴承上面，这样的结果就是产生很大的刺耳声，使变速器损耗加快，这就是它的致命弱点。此外，一档传输比的最大数（ =被大大 束缚了 ,但是其中不足可以降低每个档位的比并且加大 弥补。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 图 2轴式变速器 1 第一轴； 2 第二轴； 3 同步器 随着变速器的发展，有级别变速器的一直啮合的齿轮的个数在增加，这样就可以使用斜着的齿轮。斜齿轮的寿命更长久、产生的噪音更少，当然也有不足之处就是制造工艺有点麻烦些并且还多出了轴向力。因此，现在传动的设计中，一般只有最低档和倒车的档位用直的轮齿，其它各档位都用圆柱形齿轮（斜的齿）。可是这次设计中，使用的是一直啮合的倒档齿轮，所以别无选择只能用斜齿轮了。 这次微型车的设计是将引擎放在前面， 让后轮驱动的，所以最佳方法是使用含有三个轴的变速器。 中是不同的中间轴式中含有四至六档位变速器动力传输方式。相似之处：变速器的第一个轴和输出轴会出现共线的情况，它们中间的连接枢纽是结合套，这样地话动力传输就是直接传出即直接档。当它工作时，结合套筒与同步装置锁环结合，此时来自发动机的转矩通过变速器输入轴直接传到输出轴直接输出，可想而知这时的效率有多高，超过了 生的噪音少，由于直接啮合的档工作时，避免了齿轮的啮合，从而它和轴承的疲劳损耗更少，此时变速器就可以使用的更长久；当处于其它行驶档位时 ，力传递先从输入轴经过一直啮合的轮齿传到中间轴，中间间接轴安装的轮齿和第二轴上安装的轮齿配合，此时动力就传到了输出轴，这就是汽车两中心之间距离很小的时候而最低档传输比较大的原因；最低档一般不会使用一直啮合着的齿轮来传递动力；好多动力布局中都是使用同步器还有啮合套来达到换挡的目的，当然最低档除外，也有一些特别汽车的最低档也会使用啮合套和同步器来改变档位，更特别的是有些汽车的变速装置的同步装置都装在输出轴上。不足之处在于各档位（除直接档）工作时，传动效率（含有三个轴的变速器）稍微减少。如果要设计的变速器的档位数 相同，图中这些含有三个轴的变速器的区别在于有几对一直啮合齿轮，怎样改变档位的和档位的布置位置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 图 2轴式四档变速器传动布局 2中三者的区别在于： 中含有四对不停处于啮合状态的齿轮，倒档的换挡方式是使用可以滑动的直齿轮齿来进行改变档位； c 图显示的传输方式是二至四档使用一直处于配合状态的轮齿传输，倒车档和最低档是直的齿轮滑行改变档位。 2显示方法，排除最低，让车反向行驶的档用直形齿移动齿轮改变档位，另外每个档是一直啮合的齿轮传输。 2 b、 c、 d 图中的前进挡齿轮都是一直啮合的 ； d 图中的要进行超速的档与倒档放置在变速器的副壳体里，为的是不仅增加了轴的寿命，降低轮齿啮合的消耗率和避免噪音发生，而且如果没有加上超速的时候，非常简单就可以有个含四个行驶档位的变速器。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 2轴式五档变速器传动布局 5a 可以看到，倒车档和最低档和 b 图方法中的倒车档都是用能够滑动的直齿齿轮改变档位，别的档位的轮齿都是一直处于配合状态地。 图 2轴式六档变速器传动方案 上面的多种传动方式中，只要是这些档位（一直处于啮合状态的轮齿），都可以利用同步装置、配合套筒来实现它的挡位的改变 。任意一个变速器里面，既可以通过同步装置改变档数也可以利用配合套筒来改变档，但是，可以肯定的是同步装置的换档为高档位，啮合套的换档用在比较低的档位。 变速器（三轴式）多应用在前置后驱的轿车上，为了达到减少传动轴的长度的目的，必要时增加变速器的后端盖长度，就像 2b 那样。第二轴加长之后，必要时需要三对轴承来支撑，加长的附加壳体后面可以放一个支承。如果在另一个壳，反向传输齿轮和换档构件设置里面，可以减少传输的主要地方的尺寸。 2示给出的多点受力的形式，可以增加轴的寿命。此时如果使用了这些壳体（轴平 面上），就能容易地处理零部件不容易装配的情况。 2中所表现的被动齿轮（高级档）处在悬空情况，而且最低档和倒车档齿轮处于箱体的中央部分，中央轴上放着中央的档位的同步装置是这个布局的特色。 档传动方案 图 2一般变速器的倒车挡位分布情况。图 2达方法的好处在于改变档位的情形下充分使用了中间间接轴齿轮（最低挡齿轮），从而将中间买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 轴的总长大大减少了。但换挡时就会同时出现两对啮合齿轮，改变档位就不那么容易。图 2以实现将倒档的传动比高于其他方案，不当之处是改变档位的顺序。 2达 情形弥补了前面的不足，因此能够代替 2示方法。图 2情况是是将中间间接接轴做成一个齿轮轴（一档与倒档），加大它的齿轮宽度。图 2示的布局适合所有齿轮都是一直啮合的齿轮，很容易就能改变档位。要想提高空间利用效率，减小变速器的轴方向距离，一些载货汽车倒挡传输布局使用图 2达方法。其缺点是一档和倒挡的拨叉轴必须不同，从而处于变速器盖中的操作构件变得十分繁杂。 本策划选用 2达的传输形式。 图 2速器的倒档传输布局 由于变速器位于最低档和倒挡的齿轮啮合时，中间会有非常大的力 ，是以不管是含有两个轴的变速器或是三个轴的低档与倒挡，都必须放在离轴近的支承位置，从而进来避免轴的形状变化，保持轮齿相同部分减少没多少，继而根据由低档至高挡的次序安放每个不同的轮齿，从而不仅可以让轴有充足的强度，而且又可以保持方便装置。反向的传输比齿轮尽管与齿轮传输比接近，可是由于采用倒车档的时长很短，从这一点上一些方法可以设置在离轴承的轴座近。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第三章 变速器主要参数选择 速器挡数的选择 这次设想的手动五个档位三轴式手动机械式变速器，直接挡是汽车最高档，它的传动比是 1。 速器各挡传动 比的确定 选择最低档传动比的时候，它的影响元素有发动机的转矩最大值和最低稳定转速所需要的汽车最大上坡能力、主动的车轮与地面间的附着力、主减速比和主动轮的转弯半径和需要的最低稳定前进汽车速度等。 根据轿车的最大上坡度需要确定 因为汽车爬斜坡时的汽车速不会太大，此时不用考虑空气阻力，此时汽车的行驶动力用于消除滚动阻力（轮胎与地面）和上坡时的阻力。所以根据汽车前进方程为 20e m a 3 汽车如果用一挡在没风、普通路面前进，计算公式是 )s o s( m a xm a a x （ 3 即 01s s 所以，要想满足最高爬坡度时的变速器最低档的传输比需要满足 g 0m a xm a xm a s s( 已知：10N*M， m=1100 t =f= g 0m a xm a xm a s s( = （ 3 微型车前进轮胎和大地的附着限制： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 te rg 0 这里的 2G 为载满货物的车辆仍在地面水平后驱动桥路面荷载； 2G =0%。 作为地面的附着系数，有沥青的混凝土路面一般是干燥的， = = te rg 0 = （ 3 由（ 3（ 3 1 上面的一系列条件就可以大概获得一档传动比 ,这次的设计首先用1速箱的车速最高档是直接档， 5 普通汽车每个挡传动比大概是如下关系 54433221 （即 1 1 则 q=2 3q =3 2q = 列出的传动比如表 3 表 3动比分配表 类别 档位 一 二 三 四 五 倒档 传动比 心距 对于变速器（中间轴式）的两轴之间距离 A，我们可以由一些公式来作为第一次选择： 3 = 3 1 式中 发动机的转矩最大值， Nm； 在齿轮（一档）的输出 扭矩的传递， 1m ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 轿车的中心距系数 1 变速器的 1 档传动比； g 变速器传动时的效率，这里我们用 则 31m ax = 初选 A=65 速器轴向的尺寸 传输的横向维度，根据齿轮的直径和倒档换档的机构，提前使用布局。轿车变速箱 的轴方向的长度： 四档 ( 五档 ( 六档 ( 当换档机构和更多的转移，应给予最大系数 试方便，舍入。 我这次设计使用 5+1 机械式变速器，它的箱体轴的方向长度是4 6560 变速器总装配图的结构尺寸链会决定变速器箱体的最后轴方向尺寸。 轮参数 轮模数 一般我们利用下面每个式子来选齿轮模数，但使用的模数必须满足定的一定值。 输入轴使用常啮合斜齿轮，它的法向 模数 m a 4 7 m m(3 10 一档要采用直齿轮，它的模数 m 31 m a 3 3mT (3得出 m=档取 m=3。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 由于在制造过程会有困难，在一个设计中的传输模数一般全是一样的，一般（家庭小轿车和轻型卡车）为 2设计取 轮的压力角、齿宽、螺旋角 此次齿轮的压力角 为 20 ,配合套筒和同步装置使用 30；斜齿齿轮的为 25。 一般按照齿轮有多少模数进行指定齿轮宽度： 直齿齿轮 b=()m 斜齿齿轮 b=()m 齿顶高系数： 1 轮设计计算 图 3 速器结构图 挡齿轮的齿数 一档传动比为： 101921 （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 要想得出 9Z ， 10Z 的齿数，就要算出俩齿数的和 一挡齿轮为直齿轮，=52。 取 10Z =15， 9Z = 10Z =37。 d9= 啮合齿轮副的齿数计算 根据（ 3以算出的传动比（常啮合） 910112 （ 3 =据中心距为一 个定值，即 1 n c （ 3 =式（ 3（ 3 1Z =2Z =27 取整为 1Z =20， 2Z =27，则实际传动比： 2=m= 定其他各挡的齿数 二挡斜齿轮 21287 = =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 则7Z=8Z=整得7Z=31,8Z=17 可得 8= m= 81722 = 三挡斜齿轮： 21365 = （ 3 6565 n 5Z+6Z= （ 3 由式（ 3（ 35Z=Z=20 取整5Z=27，6Z=20 6= m=m= 61523 =挡斜齿轮： 2143 4 =1 （ 3 4343 n 3Z+4Z= （ 3 由式（ 3 （ 3 3Z =4Z =整 3Z =24， 4Z =24 4= m=65m=65 41324 =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 )(21 1312 )(2 1311 定倒挡齿轮齿数 向后行驶的档使用直齿进行滑动，采用 m= 3 的模数，反向行驶档齿轮 和齿轮的最低档传动比是差不多的，令 倒档传动比的设计数据。中间间接轴上反向行驶档的轮齿的齿数比最低档主动齿轮 10 稍微小一点，令 1312 Z 。 一般都是反向行驶档轴齿轮131 至 23，不妨令13Z=23。 211 12 1211 =841111 e =26 可计算出 2611Z 。 （ 3 故可得出中间轴与倒档轴的中心距离 （ 3=54 但反向行驶档轴和输出轴 的中心距离 : （ 3 = 轮变位系数的选择 确定改变位置齿轮是变速箱的齿轮想象最重要的一步。让齿轮发生变位，不但能够防止齿轮发生根切和让两啮合齿轮副距满足之外，而且能够改变轮齿的刚度，配合时稳定程度，忍受磨损能力、抵抗粘 住的本领和轮子发出的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 1717Z 配合声音。 齿轮的位移可以分为两种：高度位移的变位与角度位移的变位。如果高层次改变位移齿轮配合齿轮改变的系数之和是零。这种修改可以提高齿轮的弯曲强度，使齿轮的强度和强度非常接近。但这种齿轮副的不足是不可以一起提高这一对配合轮齿的刚度，并且不能减少声音。角度改变的齿轮系数不为 0。这种变位不仅具备高度的变位的长处，还避免了它的缺点。 高等级的齿轮，破坏主要是落在齿轮面部的疲劳，所以变系数的选择应在保证最大接触应力和摩擦磨损最有利的原则性。为了增加齿轮接触的强度，可以取较大的总变位系数，这时的 两齿轮的逐渐分开的线远离它的基圆，这样可以加大齿廓的曲率半径，降低接触时的应力的目的。低齿轮，小齿轮的齿根承受能力低，并传递荷载较大时，可能会发生小齿轮的齿根弯曲断裂情况。 综上所述，为了降低噪声和传输之外的一二齿轮、倒档而其他档齿轮总变位系数的选择小的情况，可能会导致在传输噪声低。由于最低档驱动齿轮10 的齿数 17，所以最低档齿轮就要变位。 变位系数 式中 Z 是需要变位的齿数。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 第四章 齿 轮强度校核 足工作条件的要求 在不一样的行驶情况，对轮齿的要求也不会相同，因此齿轮用什么材料的原因也不相同。 渗碳层的深度的一系列取值： m 时渗碳层深度 m 时渗碳层深度 5法m 时渗碳层深度 算各轴的转矩 前面提到发动机的 速是 5200r/齿 是 99%， 离 是 99%，承 是 96%。 轴 1T = 1 0 4 . 5 4 4 N . m=9 6 %9 9 %1 1 0=m a x 承离 2T = 1 3 4 . 1 3 N . m=2 7 / 2 00 . 9 90 . 9 61 0 4 . 5 4 4=121 承 轴 一挡 3 1 4 . 4 4 N . m=3 7 / 1 50 . 9 90 . 9 61 3 4 . 1 3=109231 承 二挡 2 3 2 . 4 6 N . m=3 1 / 1 70 . 9 90 . 9 61 3 4 . 1 3=87232 承 三挡 1 7 2 . 0 9 N . m=2 7 / 2 00 . 9 90 . 9 61 3 4 . 1 3=65233 承 四挡 1 2