9吨中型载货汽车三轴式五档变速器设计
51页 23000字数+说明书+任务书+开题报告+8张CAD图纸
9吨中型载货汽车三轴式五档变速器设计开题报告.doc
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中间轴常啮合齿轮.dwg
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第二轴二档齿轮.dwg
第二轴四档齿轮.dwg
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目 录
摘要Ⅰ
Abstract Ⅱ
第 1章 绪 论1
1.1 概述选题的目的及意义1
1.2 国内外研究状况1
1.3 变速器的设计思想3
1.4 设计的主要内容4
第 2章 变速器结构方案的设计5
2.1两轴式和三轴式变速器5
2.1.1变速器的径向尺寸5
2.1.2变速器的寿命5
2.1.3变速器的效率6
2.2齿轮安排6
2.2.1整车总布置6
2.2.2驾驶员的使用习惯6
2.2.3提高平均传动效率6
2.2.4改善齿轮受载状况7
2.3换档结构方式7
2.3.1滑动齿轮换档7
2.3.2啮合套换档7
2.3.3同步器换档7
2.4倒档的结构方案及倒档轴的位置8
2.5变速器最低档传动比的确定8
2.6中心距的确定10
2.7变速器的传动方案及相关参数11
第3章 变速器齿轮的设计12
3.1齿轮传动的失效形式12
3.1.1齿轮折断12
3.1.2齿面点蚀12
3.1.3齿面胶合13
3.2 变速器齿轮设计步骤13
3.2.1模数的选取13
3.2.2压力角14
3.2.3螺旋角14
3.2.4齿宽b15
3.2.5变位系数的选择原则15
3.3各档齿轮齿数的分配17
3.3.1确定一档齿轮的齿数17
3.3.2对中心距进行修正18
3.3.3确定常啮合传动齿轮副的齿数18
3.3.4确定其他各档的齿数18
3.3.5确定倒档齿轮齿数19
3.3.6齿数和螺旋角具体计算如下19
3.4 齿轮的材料及其选择原则21
3.4.1常用的齿轮材料21
3.4.2齿轮材料的选择原则22
3.5圆柱齿轮强度的简化计算方法23
3.5.1接触强度计算23
3.5.2弯曲强度计算24
第4章 变速器轴的设计29
4.1轴的设计29
4.1.1轴的功用及其设计要求29
4.1.2轴的尺寸29
4.1.3轴的结构设计30
4.1.4接合器设计31
4.2轴的受力分析与校核计算31
4.2.1轴的受力分析31
4.2.2轴的强度计算34
4.2.3轴的刚度计算37
第5章 同步器设计40
5.1惯性式同步器40
5.2同步器工作原理42
5.3同步器的主要参数的确定43
5.3.1摩擦系数43
5.3.2同步环主要尺寸的确定44
5.3.3锁止角45
5.3.4同步时间t45
第6章 变速器操纵机构46
6.1操纵机构的功用46
6.2 换档位置图46
6.3变速杆的布置47
6.3.1直接操纵手动换挡变速器47
6.3.2远距离操纵手动换挡变速器47
6.4锁止装置47
6.4.1互锁装置47
6.4.2自锁装置49
6.4.3倒档锁装置49
结 论51
参考文献52
致 谢53
附 录54
本设计是根据东风中型货车EQ1090E车型而开展的，设计中所采用的相关参数均来源于此种车型：
表2.2 设计基本参数表
项目参数值
车型东风EQ1090E
发动机东风EQ6100-1
额定功率（kw/r/min）99/3000
最大扭矩(N·m/n)353/1200～1600
额定总质量（kg）9200
车长/宽/高（mm）69100/2470/2455
最高车速（km/h）90
最大爬坡度28%
轮胎9．00-20
1.1选题的目的及意义
现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速的变化范围很小，而复杂的使用条件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，用来改变传动比，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，同时使发动机在最有利的工况范围下工作；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。变速器设计的目的就是为了满足上述的要求，使汽车在特定的工况下稳定的工作。
变速器除了要能满足一定的使用要求外，还要保证使其和汽车能有很好的匹配性，可以提高汽车的动力性和经济性，保证发动机在有利的工况范围内工作提高汽车的使用寿命、降低能源消耗、减少汽车的使用噪声等。这就要求设计人员依据汽车的技术参数，合理的选择变速器的参数，使所设计的变速器能和整车具有很好的匹配性。
对变速器的要求。除一般便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑外，主要还有以下几点：
1）保证汽车有必要的动力性和经济性。
2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。
3）设置倒档，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，乱挡以及换挡冲击等现象发生。
7）变速器应当有高的工作效率。
8）变速器的工作噪声低。
1.2 国内外研究状况
现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化，机械式变速器不能满足人们的需要。从40年代初，美国成功研制出两挡的液力-机械变速器以来，自动变速器技术得到了迅速发展。80年代，美国已将液力自动变速器作为轿车的标准装备。1983年时，美国通用汽车公司的自动变速器装车率已经达到了94%。近些年来，由于电子技术和电子计算机技术的发展，自动变速器技术已经达到了相当高的水平。自动变速器与机械式变速器相比，具有许多不可比拟的优势：提高发动机和传动系的使用寿命；提高汽车的通过性；具有良好的自适应性；操纵更加方便。
目前，国内变速器厂商都朝无级变速器和自动变速器方向发展，国内现已有好几款轿车已经应用上无级变速器，而重型汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。
汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速(Continuously Variable Transmission简称"CVT") 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。
在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。
围绕汽车变速箱四个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。
1．摩擦传动CVT
金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ，能传动142kw（193bhp）功率，280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。
另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330Nm/194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。
从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：
（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。
（2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。
（3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的。
（4）摩擦传动CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比。
2．液力传动1.3 变速器的设计思想
根据发动机匹配的载货汽车的基本参数，及发动机的基本参数，设计能够匹配各项的新型后驱动变速器。
新型后驱动变速器应满足：
（1）发动机排量5.42升；
（2）五个前进挡，一个倒档；
（3）输入、输出轴保证两点支承；
（4）采用同步器，保证可靠平稳换挡；
（5）齿轮、轴及轴承满足使用要求。
1.4 设计的主要内容
中间轴式变速器主要用于后轮驱动变速器，所以，根据实际汽车发动机匹配所需，本文计划对适用于后驱动发动机固定中间轴式变速器作为总的布置方案。
1.确定合适的布置结构
变速器中各档齿轮按照档位先后顺序在轴上排列；各档的换挡方式；齿轮与轴的配套方案；轴承支承位置等结构。
2.进行主要参数的选择
确定变速器的档位数；各档传动比；中心距；轴向长度等。
3.进行主要零部件及其他结构的设计
齿轮参数；各档齿轮齿数分配；轮齿强度计算；轴的设计及校核；轴承的设计及校核；同步器主要参数的选取；操纵机构的设计等。
4.绘制图纸
根据设计方案，通过CAD完成装配图及零件图的绘制。第2章 变速器结构方案的设计
目前，汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的，这是由于各国汽车的使用、制造、修理等条件不同，也是由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的。尽管如此，一般变速器的结构形式，仍具有很多共同点。各种机构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随主观和客观条件的变化而变化。因此，设计人员应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化，最后确定较合适的方案。
2.1两轴式和三轴式变速器
现代汽车大多数采用三轴式变速器。两轴式变速器只用于发动机前置、前轮驱动或发动机后置、后轮驱动的轿车上。究竟采用哪种形式，除了汽车总布置的要求外，主要考虑以下三个方面：
2.1.1变速器的径向尺寸
两轴式变速器的前进档均由一对齿轮传递动力。当需要大的传动比时，需将主动齿轮做得小些，而将从动齿轮做得大些，因此两轴的中心距和变速器壳体的相关尺寸也必然增大。而三轴式变速器由两对齿轮传递动力，在同样传动比的情况下，可将大齿轮的径向尺寸做得小些，因此中心距及变速器壳的相关尺寸均可减小。
2.1.2变速器的寿命
两轴式变速器的低档齿轮幅大小相差悬殊，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寿命短。三轴式变速器各前进档（除直接档），均为常啮合斜齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，工作循环次数和寿命也比较接近，用直齿轮工作时，因第一轴与第二轴直接连接在一起，齿轮只是空转，并不传递动力，故不影响齿轮的寿命。
2.1.3变速器的效率
两轴式变速器虽然可以由等于1的传动比，但仍要经过一对齿轮传递动力，因此用功率损失。而三轴式变速器可将输入轴和输出轴直接相连，得到直接档，这种动力传递方式几乎无功率损失，且噪声较小。
轿车、尤其是微型汽车，采用两轴式变速器比较多，这样可将变速器和主传动器组成一个整体，使传动系的结构紧凑，汽车得到较大的有效空间，便于汽车的总体布置。因此，近年来在欧洲的轿车中采用的比较多。
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