六挡齿轮变速器设计

摘 要本设计的任务是设计一台用于敌国上的设计采用两轴式变速器，该变速器的两个突出优点：一是传动效率高，磨损及噪声最小；二是在齿轮中心距较小的情况下仍可以获得较大的一挡传动比。根据敌国的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数结合自己选择的适合于该敌国的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要参数。再结合某些敌国的基本参数，选择适当的主减速比。根据上述参数，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出相关的变速器参数并论证设计的合理性。变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。因为变速箱在低档工作时作用有较大的力，所以一般变速箱的低档都布置靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。本文设计研究了六挡手动变速器，对变速器的工作原理做了阐述，变速器的各挡齿轮和轴做了详细的设计计算，并进行了强度校核，对一些标准件进行了选型。变速器的传动方案设计。简单讲述了变速器中各部件材料的选择。关键词：挡数；传动比；齿数；轴；操纵机构；壳体of is to a FR in ts of its to in of is to as as we of so to of to of so on,of of at a In to to of of a of of of of do a of a A of of of 摘 要. . 变速器的国内外发展状况及种类. 械式变速器的特点. 速器设计的基本要求. 章主要内容. 3第2章数据计算. 总体方案设计. 车参数的选择.速器设计应满足的基本要求. 传动机构布置方案分析. 定轴式变速器.挡布置方案. 变速器传动比分配及各档传动比确立. 位确定.定最大传动比. 齿轮参数. 数的选取.力角.宽.顶高系数. 各挡齿轮齿数的分配. 定一挡齿轮的齿数.定其他各挡的齿数.定倒挡齿轮齿数. 本章小结. 26第3章齿轮校核. 齿轮材料的选择原则. 足工作条件的要求.理选择材料配对.虑加工工艺及热处理工艺. 计算各轴的转矩. 强度计算. 齿弯曲强度计算.齿接触应力. 计算各挡齿轮的受力. 章小结. 35第4章轴及轴上支承的校核. 轴的工艺要求. 的强度计算. 选轴的直径.的强度验算.的强度计算. 轴承及轴承校核. 章小结. 48第5章换档机构设计. 变速器操纵形式. 接操纵手动换挡变速器.距离操纵手动换挡变速器. 变速杆的布置. 止装置. 锁装置.锁装置.档锁装置. 锁环式同步器. 环式同步器结构.环式同步器工作原理.环式同步器主要尺寸的确定.本章小结. 57结 论. 59致 谢.由于有了内燃机，汽车才得以诞生。然而，内燃机的动力特性表现为低转速时功率小、扭矩低、耗油大。而大功率、高扭矩、低油耗的理想工作状态要在中高转速范围内才能实现。内燃机的这种动力和最大的扭矩。而为了提供最大的动力和最大的扭矩，内燃机必须在中高速的理想工作状态下工作。内燃机的特性和汽车的要求产生了矛盾。为了使汽车的要求产生了矛盾。为了使汽车顺利起步，必须要减变速，于是变速器出现了。变速器是用于改变发动机的转矩及转速，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不同要求的汽车总成。设置变速器的目的是在各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能直接影响汽车的动力性和经济性。速器的国内外发展状况及种类变速器由变速传动机构和操纵机构组成。从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（自动变速器（手动/自动变速器（无级变速器（是从传统的手动变速器演变而来，目前代表变速器的最高技术。手动变速器（用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值 ( 也就是所谓的“级”)。所以说它是有级变速器。世界上最大的手动变速器制造商德2012年北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡。欧洲与美国的情况有很大不同。有机构预测，到2013年，欧洲52%的汽车还是手动挡，配备自动手动变速器的将占10%，配备无极变速器的将占2%，配备双离合器的变速器将占16%。欧洲人崇尚节能、环保，喜欢开小型车，更亲睐手动变速器的经济性。而在日本变速器市场，我国，据调查2007年手动变速器的市场比重为74%，占据较大市场份额。从2002年到2007年间自动挡变速器市场占有率从9%增长到26%。在中国自动挡变速器的市场是十分乐观的。同时手动挡变速器的节能型，经济性以及驾驶娱乐性也决定了不可替代性。针对中国期内，手动变速器仍然占据主要份额，而自动变速器将有更大的增长空间。械式变速器的特点机械式变速器结构简单，维修维护方便，造价低廉，传动效率较高，工作可靠性强。机械式变速器分为两轴式和中间轴式。两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动乘用车，中间轴式发动机前置后轮驱动和发动机后置后轮驱动的中轻型货车。中间轴式机械效率低，噪声大。而两轴式轴和轴承数少，所以有结构简单，轮廓尺寸小和容易布置等优点。根据其发动机前置前驱的特点，本设计采用两轴式结构形式，以使设计的变速器结构紧凑、优化、操作简便，并且性价比更高。速器设计的基本要求变速器的设计应满足如下基本要求：足用来调整与切断发动机动力向驱动轮的传输并使汽车能倒退行驶；车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡，以及换挡冲击等现象出现；声小；结构简单、方案合理；用寿命长。变速器的功用和要求变速器的结构对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性，传动的平稳性与效率等都有直接的影响。采用优化设计方法对变速器与主减速器，以及变速器的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与燃油经济性；采用自锁及互锁装置、倒档安全装置，对接合齿采取倒锥齿侧（或越程接合、错位接合、齿厚减薄、台阶齿侧）等措施，以及其他结构措施，可使操纵可靠，不跳档、乱档、自行脱档和误挂倒档；采用同步器可使换挡轻便、无冲击及噪声；采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低。降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展，以及电子控制的自动换挡机构等新结构也相继问世。变速器多采用飞溅润滑，重型汽车有时强制润滑第一、二轴轴承等。变速器都装有单向的通气阀，以防壳内空气热胀而漏油及润滑油氧化。壳底的放油塞多置磁铁，以吸附油中铁屑。涉水车需有防水措施。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出如下的设计要求。使之与发动机参数及主减速比做优化匹配，以保证汽车具有良好的动力性与燃料经济性。保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离；设置倒档，使汽车可以倒退行驶。确、轻便、迅捷。作平稳、无噪声或低噪声。章主要内容本章首先对机械式重型汽车变速器的技术特点进行了介绍，给出了变速器的总体设计要求，并分别确定了变速器的齿轮形式、换挡形式和倒档形式，最后确定了变速器的总体结构方案。计基本参数表发动机 96高车速 200Km/20N m 总质量 1715750轮 205/55000r/动效率 来切断发动机动力向驱动轮的传输。汽车能倒退行驶。要时能进行功率输出。力，方便。车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。此以外，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，这与变速器的档数，传动比范围和各挡传动比有关。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。定轴式变速器固定轴式又分为两轴式，中间轴式，双中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。我们设计的是乘用车，所以我选择的是两轴式的变速器。0124挡布置方案与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。为实现倒挡传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正，负交替对称变化的弯曲应力状态下工作，而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒挡传动比略有增加。因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，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，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，位确定增加变速器的挡数能改善汽车的动力性和经济性。挡数越多，变速器的结构越复杂，并且是尺寸轮廓和质量加大。同时操纵机构复杂，而且在使用时换挡频率也增高。在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的当属会是变速器相邻的低挡与高挡之间传动比比值减小，是换挡工作容易进行。制约小换挡工作越容易进行。要求高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小。目前轿车一般用45个挡位，级别高的轿车变速器多用5个挡，货车变速器采用45个挡位或多挡。装载质量在2载质量在48挡变速器多用于重型货车和越野车。本次设计选用的是6挡变速器。 p （中： 最高车速发动机最大功率转速r 车轮半径变速器最大传动比0i 主减速器传动比已知：最高车速 =200 km/h；最高档为超速档，传动比 轮滚动半径由所选用的轮胎规格185/60发动机转速n = 4850（r/由公式得到主减速器传动比计算公式：主减速器传动比 0i =p = =定最大传动比按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一档通过要求的最大坡道角坡道时，驱动力应大于或等于此时的滚动阻力和上坡阻力（加速阻力为零，空气阻力忽略不计）。用公式表示如下： 20车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为 g （， 01 （中：G作用在汽车上的重力， ，m汽车质量，g重力加速度， =1715发动机最大转矩， i 主减速器传动比， 0i = 传动系效率， T =轮半径，r =f滚动阻力系数，(对沥青路面=爬坡度，取 =上述数值代入式（ r g 01 （沥青混凝土干路面，=入式（即 1 =1以，初选一档传动比为 1等比级数原则，一般汽车各挡传动比大致符合如下关系： 6554433221 （中：q常数，也就是各挡之间的公比；因此，各挡的传动比为：51 ， 42 ， 33 ， 24 ， 51n 1 5 23456 （中 按发动机最大转矩 接求出A= 3220)A=0速器的轴向尺寸变速器的轴向尺寸与档位数、齿轮形式、换档机构的结构形式等都有直接关系，设计初可根据中心距车变速器壳体的轴向尺寸：四档（五档（六档（轿车变速器壳体的轴向尺寸：四档（轴向尺寸为：（=288306 数的选取遵循的一般原则：为了减少噪声应合理减少模数，增加尺宽；为使质量小，增加数，同时减少尺宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应选用同一种模数，而从强度方面考虑，各挡齿数应有不同的模数。减少轿车齿轮工作噪声有较为重要的意义，因此齿轮的模数应选小；对货车，减小质量比噪声更重要，故齿轮应选大些的模数。低挡齿轮应选大些的模数，其他挡位选另一种模数。少数情况下汽车变速器各挡齿轮均选用相同的模数。数选取范围啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿轮。由于工艺上的原应，同一变速器的接合齿模数相同。其取用范围是：乘用车和总质量 取较小的模数值可使齿数增多，有利换挡。齿轮的模数初选为3 压力角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。螺旋角标准齿形螺旋角：2030初选一挡斜齿轮齿轮螺旋角为23车 型 乘用车的发动机排量V/L 货车的最大总质量 宽c ， 齿宽系数，齿 ， .5；b= （3 取20；顶高系数在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，定一挡齿轮的齿数一挡齿轮齿数，货车可在1217之间选用，最小为1214，取10Z =13，一挡齿轮为斜齿轮。一挡传动比为： 121g （齿 nh （ 3 23 =车 1Z 可以1217之间选取，取13，则 2Z 取43则一档传动比为 121g =，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的 齿轮变位系数重新计算中心距A ，再以修正后的中心距10 4313（3 =整为A=92一挡齿轮进行角度变位：初选一档 =23端面压力角 t ： t =n / =t =合角 ,t ： t = t =位系数之和 n t, ， 确值：A= 21 开线圆柱齿轮基准齿形 号 标 准 齿 短 齿 增大齿形角齿形角 a 20o 20o 25c m r m 虑到某些工艺要求，度圆直径 211n1 m 313/12n2 m 343/ yf = yf =（ =（3=