微型汽车变速箱反求设计拨叉设计

课程设计说明书 课 程 名 称: 产品结构原理课程设计 课 程 代 码: 题 目: 微型汽车变速箱反求设计 学 院 (直 属 系 ) : 机械工程与自动化学院 年级/专业/班: 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 开 题 时 间: 2013 年 11 月 18 日完 成 时 间: 2013 年 12 月 6 日目 录摘要 - 1 -Abstract- 2 -1、任务分析 - 3 -2、微型汽车变速箱功能分析 - 3 -21 微型汽车变速器的功能 - 3 -22 变速箱在微型汽车中的位置 - 3 -23 变速箱在微型汽车中的这样将发动机的动力和运动传递到车轮的 - 4 -24 怎样实现变速和保证变速的顺利进行 - 4 -25 怎样实现各个档位的换档 .- 4 -26 分析微型车变速箱功能结构图（黑箱）分析 - 5 -27 功能结构图 .- 5 -3 微型汽车变速箱运动分析 - 6 -3.1 测量微型汽车车轮直径 .- 6 -3.2 最高车速为 120km 时变速箱的传动比 - 6 -3.3 微型汽车平稳变速行驶的四档的传动比的分配 .- 6 -3.4 变速箱的最大和最小载状态 .- 7 -3.5 行驶速度分别为 10、20、40、60km/h 时应该使用档位的分析 .- 7 -4 微型汽车变速箱结构受力分析 - 8 -4.1 变速箱受力最大的时候各轴的扭矩 .- 8 -4.2 变速箱各轴的最小直径 .- 8 -4.3 各个档位齿轮强度 .- 8 -5.现场变速箱的拆装 .- 10 -5.1 变速器的拆卸 - 11 -5.2 变速器总成装配应注意的问题 - 11 -6 变速器操纵机构方案反求分析 - 15 -6.1 变速器操纵机构的功用 - 15 -6.2 设计变速器操纵机构时，应该满足以下基本要求 .- 15 -6.3 确定换档位置 - 16 -6.4 操纵机构的设计与分析 - 16 -6.5 同步器的作用，工作原理 .- 17 -总结 - 19 -致 谢 - 20 -【参考文献】 - 21 - 1 -摘要本课程是通过对微型汽车变速箱的分析，了解它的变速原理、各轴的布局、自锁与互锁原理、装配工艺过程、润滑方式、同步器的作用和工作原理以及组成、主要零件的热处理要求、形位公差、表面粗糙度等。通过分析、利用反求的方法创造出新的微型汽车变速箱，具体内容有：其轴的布置，同步器的位置，差速器的位置;同步器的作用，组成，工作原理和变速箱操纵机构的组成及变位档的自锁和互锁机构的结构原理和结构；通过拆装变速箱了解并编写操纵的装配工艺过程，确定各零件的装配方法；通过观察变速箱的机构形状，分析其从提高刚度和刚性要求并满足功能要求和工艺要求而设计的结构；对变速箱各轴的结构形状、结构要素作用进行分析，并对其结构尺寸与轴的功能强度刚度装配关系等进行了反求；分析变速箱的主要零件材料及热处理要求、形位公差及箱体和轴的技术要求等。反求设计是创新的重要方法，所以我们通过本课程的学习，可以了解和基本掌握这种技术。反求设计就是从有到新，借助已有的产品、图样、音响等已存在的可感观的实物，创新出更先进、更完美的产品。关键词：分析、反求设计、创新、原理 课 程 设 计 说 明 书- 2 -AbstractThis course is the analysis of the micro- car gearbox , understand its shifting principle , the layout of each axis , self-locking and interlocking principle , the assembly process , lubrication, and how they work synchronizer and composed mainly of parts heat treatment requirements , geometric tolerances , surface roughness . Through the analysis , the use of reverse way to create a new mini- car gearbox, the specific contents are: location arranged synchronizer its axis location differentials ; acting synchronizer , composition , working principle and Transmission Controls structure principle and structure of the composition and organization of self- displacement gear lock and interlock mechanism ; understand and manipulate writing assembly process , identify the parts of the assembly method by dismantling the gearbox ; through institutional shape of the observed transmission , analysis from improving its stiffness and rigidity requirements and meet the functional requirements and process requirements and design structure ; structure and shape of each axis gearbox, to analyze the role of structural elements , and the relationship between its functional strength structural rigidity of the assembly and shaft dimensions , etc. Reverse ; analysis gearbox main parts materials and heat treatment requirements , geometric tolerances and technical requirements , such as housing and the shaft . Inverse Design is an important way of innovation , so we pass this course , you can understand and master the basic techniques. Reverse design is from there to the new , with the existing products , drawings , audio and other already existing can feel kind, innovative more advanced , more perfect product .Keywords: analysis, reverse engineering design, principles of innovation 课 程 设 计 说 明 书- 3 -1、任务分析产品功能原理、结构课程设计是机械设计专业的学生第一次全面结合专业技能的训练，是一个重要的实践性教学环节。目的在于：进一步加强学生应用所学的专业理论、知识以及专业技能，进行独立解决工程实际问题的能力。机械产品功能原理、机构课程设计的重点在于掌握典型机械的功能原理分析方法及分析机械机构的组成要素和机构功能，掌握结构设计要求及特点，丰富学生的机械结构设计知识，启发设计思维，通过实践是学生的机构设计理论得以巩固、加深，为今后进行机械产品设计打下良好基础。2、微型汽车变速箱功能分析21 微型汽车变速器的功能变速箱在汽车中是改变力矩和转速的机构，其主要功能有：1)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；2）在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；3）利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出为保证变速器具有良好的工作性能，设计变速器必须满足以下的使用条件和基本要求：（1）应该合理地选择变速器的档数和传动比，使汽车具有良好的动力性和经济性；（2）工作可靠，在使用过程中不应该有自动跳档、脱档和换档冲击现象发生；此外，还不允许出现误挂倒档的现象；（3）操纵轻便，以减轻驾驶员的劳动强度；（4）传动效力高、噪音小。为了减少齿轮的啮合损失，应设有直接档。此外合理地齿轮形式以及结构参数，提高其制造和安装精度，都是提高效率和减小噪声的有效措施。 （5）结构紧凑，尽量做到质量轻、体积小、制造成本底。（6）制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；（7）贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定；（8）需要时应设置动力输出装置。 22 变速箱在微型汽车中的位置变速器在微型汽车的位置一般是和发动机固连在一起的，他的输出连接差速器，输入和离合器联接。课 程 设 计 说 明 书- 4 -23 变速箱在微型汽车中的这样将发动机的动力和运动传递到车轮的发动机的曲轴输出功率到变速器输入轴上，通过变速器改变驱动力矩和转速再传递到差速器，受力不同的时候两个车轮所获得不同的速度，再通过差速器把动力通过半轴把动力传递到驱动车轮上。24 怎样实现变速和保证变速的顺利进行发动机的曲轴输出功率到变速器， ，变速器的中间轴上有二个同步器，而每个同步器都与变速器输出轴连在一起，并且可以左右滑动。每个同步器共有左、中、右三个位置，中间不与任何齿轮同步，而左右都可以和齿轮同步，通过拨叉拨动来控制同步器的左右运动，与不同的齿轮同步，而四结齿轮处于常啮全状态，但可以相对于 II 轴转动，一旦与同步器同步就可带动 II 轴转动，从而通过拨叉控制同步器与不同的齿轮啮合，实现变速。而拨叉机构具有自锁与互锁功能，每次变速换档都会经过中间位置，即空档，这样就保证了变速的顺利进行。25 怎样实现各个档位的换档变速器的换档操纵机构，其中变速器内部一共有三根控制换档杆，其中每一根杆都有左、中、右三个位置可供控制，可实现六个档位控制。换档是通过换档杆实现的，换档杆纵向有三个位置，旋转有两个位置，从而实现六个位置的控制。但是任何档位之间要切换时都必须先回到中间位置，即空档位置。而且每个档位之间都具有自锁和互锁功能，从而实现不跳档和脱档的现象。变速箱的控制操纵方式如下图：课 程 设 计 说 明 书- 5 -26 分析微型车变速箱功能结构图（黑箱）分析能量开关、速度控制温度、湿度27 功能结构图汽车变速箱系统黑箱图微型汽车变速箱系统黑箱图转矩、转速 不同的转矩、转速噪音、热主轴变速机构操纵机构转动操作噪音 热1 档转速2 档转速3 档转速4 档转速倒档转速课 程 设 计 说 明 书- 6 -3 微型汽车变速箱运动分析3.1 测量微型汽车车轮直径经了解微型汽车的车轮直径为 D=45cm3.2 最高车速为 120km 时变速箱的传动比=120/3.4/vkmhsmin1023车轮的周长 3.14Dlc57.IIni总由车轮的线速度公式 可以求出转速v=rmin85.12735.in023mv则有： 总iDrw603.4175.60vni总33 微型汽车平稳变速行驶的四档的传动比的分配首先应该保证汽车在全部载重后能够平稳的起步，然后是汽车在高速行驶的时候能够达到需要的最高速度。发动机的功率一定、转速一定的情况下只有通过减速器的减速作用来实现汽车的平稳行驶，由已知第四档稳定速度 min67.4125hkv转速 min39.26557.1in64rn传动比 74.0in39.260ri设最大变速时的传动比为 4，最小时传动比为 21;为了保证汽车平稳变速行驶，而从起步换挡到加速 100 所需时间 ，设从最小变速到最大变速的时间为 37s。为了保持hkms3课 程 设 计 说 明 书- 7 -变速平衡，应该平分传动比变化的时间，分为四档每档变化之间的传动比差为： 25.421时间差为： s5.9437由此可知每档的相应传动比一档 二档 三档 四档16.75 12.5 8.25 434 变速箱的最大和最小载状态微型汽车的额定功率时一定的，则有： 30nTpP根据上式可知，当发动机的额定功率达到最大且变速箱的档位最低，即速度最低时，该轴受到的载荷是最大的；同样当发动机的功率达到了额定功率，变速箱档位最大，即速度最高时，该轴的载荷就是最小。根据传动比可以分析出变速箱中受载荷最大的时候再是汽车处于一档的时候的差速器从动轴上；变速箱中受载荷最小的轴是汽车处于四档的时候中间轴上。35 行驶速度分别为 10、20、40 、60km/h 时应该使用档位的分析变速箱主减速器的传动比为 4.35i根据速度计算公式 可以计算出在额定功率下各个档位所能够达到的最大速度。60InVi总则有：12349./58./msVs再通过最大速度与所要求的速度进行比较，由于汽车的第四档稳定速 。25/Vkmh以汽车在行驶的过程中能够省油为标准选取合适的档位行使，则最后选定：10km/h 用 1 档，20km/h 用 2 档，40km/h 用 3 档，60km/s 用 4 档。课 程 设 计 说 明 书- 8 -4 微型汽车变速箱结构受力分析4.1 变速箱受力最大的时候各轴的扭矩发动机输出扭矩最大是 60.5N，由于发动机直接输出到变速器的输入轴，所以变速器的输入轴受到的最大扭矩 T1，则有： 60.5IN根据公式 可以计算出中间轴的最大扭矩 ，中间轴的转速是第一根轴3npIT的传动比转换过来的，则有： max60.58216.9ITiN同样可以求出差速器所受到的最大扭矩为 ，则有：ITmax.354.3.8IITi主42 变速箱各轴的最小直径根据公式 ，可以计算出在最大扭矩的前提下轴的功率 p,30npT也就是说在发动机输出最大扭矩的时候发动机没有达到额定功率，那么可以计算发动机在额定转速下的扭矩 ,则有：e46e远比最大扭矩小，这样在最大扭矩下求得轴的最小直径就是该轴的最小直径，则有各个轴的最小直径为： 0012312.865.pdAnm43 各个档位齿轮强度变速箱各档齿轮材料为:合金钢(20CrMnTi)。材料强度极限为： 。取 7 级10FMPa精度。齿轮的弯邮疲劳强度为： tFaSAVFFnKYKbm课 程 设 计 说 明 书- 9 -齿轮的接触疲劳强度为： 1 10tHHEHaKFuZMPabdA各齿轮参数如下表：I 档 II 档 III 档 IV 档齿数 Z 43 39 32 27螺旋角 2393 3318法面模数 nm2 175齿宽 b 12 12 12 11重合度 a1.58 1.48 1.48 1.5K 2.975FaY24 241 25 257S1.676 1.665 1.635 1.600.80 0.72 0.72 0.72tF3134 2947 2418 2040传动比 3.585 2.166 1.33 0.9HZ233 218E18981d941 815 669 565所以，各档齿轮的弯曲疲劳强度为： 1234.97342.1670.891.25.53.97182.630.74.5052F FF FMPaa P课 程 设 计 说 明 书- 10 -齿面接触疲劳强度为： 1234.975314.8512.389.5.2.67.68.97541.32.189.5426.0H HH HMPaa AA.9360.2 MP可见，齿轮的强度满足要求。5.现场变速箱的拆装1） 、将壳体内腔朝上放好，将中间轴总成从壳体上装入壳体内；2） 、一手持安装有限位卡片的倒档轴对准相应孔从壳体外插入壳体，同时另一手将倒档齿轮从壳体内套在轴上，并将轴固定在壳体相应孔中；3） 、将第二轴总成从一轴总成一轴轴泵孔内插入壳体，同时另一只手将一、二、三挡齿轮在壳体内套在第二轴上(或将整个第二轴总成装配后从壳体上方装入)；4） 、将第一轴总成装入壳体内，并通过滚针轴承与第二轴相连；5） 、用压力机将中间轴两端轴承及第一、第二轴后端轴承压入轴承孔中，并安好止动卡环；6） 、确定壳体前端盖调整垫片厚度，并将其同变速器前端盖(装有油封)一起，用螺栓固定在变速器壳体上，注意在安装前在壳体结合面上涂上密封胶；7） 、整片厚度，并将其同变速器后端盖(包括油封)一起，用螺栓固定在变速器壳体上，注意在安装前在壳体上结合面涂上密封胶，然后将手制动背板总成用螺栓固定在后盖上，课 程 设 计 说 明 书- 11 -然后将输出轴凸缘套在二轴上，且用锁紧螺母锁紧；8） 、将里程表从动齿轮安在后盖上；9） 、将选档摇臂总成，换档摇臂总成，叉压轴及拔叉按顺序安装入变速器上盖内，然后安装自锁和互锁零件，最后将整个上盖通过定位锁在壳体上定位，并用螺栓固好，坚固之前，应在壳体结合面上涂上密封胶；10） 、在取力窗口结合面上放上垫片，再用垫片盖板、螺栓封死；11） 、安装上其它零部件，如：防油塞、通气塞、离合器分离轴承等；12） 、变速器检验、气离性检验、清洁度检验；13） 、变速器总成壳体外表面涂漆，加工面上外露部分涂防锈漆；14） 、钉铭牌；15） 、挂出厂合格证，出厂。5.1 变速器的拆卸1） 、把变速器挂入空档位置，拧去放油塞，将油放干净；2） 、拆下变速器前盖；3） 、拆下变速器上盖及取力窗盖板；4） 、拧去变速器后端的锁止螺母，拆下输出轴突缘及手制动鼓；5） 、拆下变速器后盖；6） 、拆下第一轴总成；7） 、拆下第二轴总成；8） 、拆下倒档轴总成；9） 、将接合套打下，把第二轴连同它上面的零件依次拆下，首先应拆下后端轴承；10） 、拆下中间轴总成；11） 、拆卸其它部件。5.2 变速器总成装配应注意的问题课 程 设 计 说 明 书- 12 -1）注意装配顺序，不可颠倒，否则装配困难，或不符合装配要求；2）各档齿轮、轴承在装配时应抹油，以防卡死；3）装配过程中检验步骤要及时准确，以保证精确要求，防止返工。4)拆卸工艺序号 名称 拆装内容 拆装方法 工具、测量工具 要求、注意事项1 放油 取下箱体下端盖上的放油螺母17 号开口扳手取下放油螺母17 号开口扳手 正确使用工具2 拆离合器分离轴承按下离合器摆杆，取下离合器轴承手工拆装 尖嘴钳3 拆除前端盖用十字螺丝刀将变速箱输入轴前端盖十字沉头螺钉拆下（4 颗）并拆下端盖。并记录型号 M6x15手工拆装 十字螺丝刀 先用十字螺丝刀预松 1 号 2 号螺钉，再预松 3 号 4 号螺钉，后在分别松开1、2 和 3、4 螺钉。最后用已取下的螺钉 2 颗分别插入a，b 两处用作起盖螺钉，两处应缓慢、均匀受力，使端盖受力均匀，以不致端盖在起盖过程中受损变形。4 拆除离合器手柄用手小心取出离合器手柄手工拆装5 拆除螺栓 拆上端盖 M12 螺栓 1、16、6、10手工拆装 12 号扳手 拆螺栓时，先松动两端螺栓，并且对称松动防止端盖受力不均而变形。课 程 设 计 说 明 书- 13 -6 拆除螺栓 拆上端盖 M12 螺栓13、5、4、8、18、17手工拆装 12 号扳手 同上7 拆除螺栓 拆上端盖 M12 螺栓 14、15、9、7手工拆装 12 号扳手 同上8 拆除螺栓 拆上端盖 M12 螺栓 2、11、3、12手工拆装 12 号扳手 同上9 移动上端盖将上端盖与下端盖分开手工拆装 一字螺丝刀 在变速器上下端盖连接的地方有三个地方要突出一点。在此处同时用一字螺丝刀用力撬，则可以把上端盖松掉，现在就可以取下上端盖10 拆除减振支撑用扳手将减振支撑螺钉卸下手工拆装 扳手11 拆下主动轴用手小心从变速器中取出手工拆装 不要碰伤主动轴12 拆下从动轴用手小心从变速器中取出手工拆装 由于从动轴较重，小心不要砸伤人13 拆除差速器拆下差速器 手工拆装14 记录 用相机拍下拆装的过程，并对零件进行编号后拍照相机 500 万像素、标签、记号笔、包装袋拆装过程一定记录完整，并且零件的顺序标号一定要正确无误，以便后续装配还原课 程 设 计 说 明 书- 14 -15 分工 将拆装下来的零部件分配给各队员，分别拆装、测量、绘图手工拆装 千分尺、角度测量尺、塞尺、木锤、固定扳手一套、轴承拆卸专用工具（拉马、套筒）注意保管各零部件，并编号拆装顺序记录课 程 设 计 说 明 书- 15 -6 变速器操纵机构方案反求分析6.1 变速器操纵机构的功用变速器操纵机构的功用是保证各档齿轮、啮合套或同步器移动规定的距离，以获得要求的档位，而且又不允许同时挂入两个档位。6.2 设计变速器操纵机构时，应该满足以下基本要求课 程 设 计 说 明 书- 16 -（一）要有锁止装置，包括自锁、互锁和倒档锁;（二）要使换档动作轻便、省力，以减轻驾驶员的疲劳强度;（三）应使驾驶员得到必要的手感。6.3 确定换档位置设计操纵机构首先要确定换档位置。换档位置的确定主要从换档方便考虑。为此应该注意以下三点：（一）按换档次序来排列 ；（二）将常用档放在中间位置，其它档放在两边；（三）为了避免误挂倒档，往往将倒档安排在最靠边的位置，有时于 1 档组成一排。根据以上三点，本次设计变速器的换档位置如下图所示： 图 2.2传动方案的设计(本次设计传动方案如图 2.3 所示) 传动路线：档：一轴12中间轴1095、9 齿轮间的同步器二轴输出档：一轴12中间轴655、9 齿轮间的同步器二轴输出档：一轴1 2中间轴431、3 齿轮间同步器二轴输出档：一轴11、3 齿轮间同步器二轴输出R 档：一轴12中间轴8117二轴输出6.4 操纵机构的设计与分析1.设计变速器操纵机构时，应满足以下要求：换档时只允许挂一个档。这通常靠互锁装置来保证，其结构型式有如右图所示：课 程 设 计 说 明 书- 17 -1-自锁钢球 2-自锁弹簧 3-变速器盖 4-互锁钢球 5-互锁销 6-拨叉轴2.在挂档的过程中，若操纵变速杆推动拨叉前后移动的距离不足时，齿轮将不能在完全齿宽上啮合而影响齿轮的寿命。即使达到完全齿宽啮合，也可能由于汽车震动等原因，齿轮产生轴向移动而减少了齿轮的啮合长度，甚至完全脱离啮合。为了防止这种情况的发生，应设置自锁装置。3.汽车行进中若误挂倒档，变速器齿轮间将发生极大冲击，导致零件损坏。汽车起步时如果误挂倒档，则容易出现安全事故。为此，应设置倒档锁。6.5 同步器的作用，工作原理同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。常压式同步器结构虽然简单，但有不能保证啮合件在同步状态下（即角速度相等）换档的缺点，现已不用。得到广泛使用的是惯性同步器。6.5.1 惯性式同步器惯性式同步器能做到换档时两换档元件之间的角速度达到完全相等之前，不允许换档，因而能完善的完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁环式、锁销式、滑块式、多片式和多锥式几种。虽然它们的结构不同，但都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。锁销式同步器的优点是零件数量少，摩擦锥面平均半径的较大，使转矩容量增大。这种同步器轴向尺寸长是它的缺点。锁销式同步器多用于中、重型货车的变速器中。滑块式同步器本质上是锁环式同步器，它工作可靠、零件耐用；但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面再同步锥环的结合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于轿车和轻型货车变速器中。多锥式同步器多用于重型货车的主、副变速器及分动器中。综合以上考虑，本次设计选择锁环式同步器。课 程 设 计 说 明 书- 18 -6.5 同步器工作原理同步器的换档过程由三个阶段组成。第一阶段：同步器离开中间位置，作轴向移动并靠在摩擦面上；第二阶段：来自手柄传至换档拨叉并作用在滑动