CA5-38汽车变速器的设计【汽车类】【9张CAD图纸】【优秀】

CA5-38汽车变速器的设计

88页 28000字数+说明书+任务书+开题报告+9张CAD图纸

A0装配图.dwg

A1中间轴.dwg

A2中间轴四档齿轮.dwg

A2中间轴常啮合齿轮.dwg

A2倒档辅助齿轮.dwg

A2输出轴一档齿轮.dwg

A2输出轴倒档齿轮.dwg

A2输出轴四档齿轮.dwg

A4传动系统图.dwg

CA5-38汽车变速器的设计开题报告.doc

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目  录

摘要…………………………………… Ⅰ

Abstract………………………… ……Ⅱ

第1章 绪  论1

1.1汽车变速器研究状况、发展趋势及成果1

1.2汽车变速器设计的目的和意义3

1.3汽车变速器设计的研究方法和主要内容4

第2章变速器的结构方案的确定5

2.1变速器传动机构分析和布置方案的确定5

2.1.1两轴式与中间轴式变速器的优缺点分析6

2.1.2变速器倒档布置方案分析确定6

2.2.1齿轮形式8

2.2.2变速器自动脱档机构形式分析确定9

2.3本章小结9

第3章 载货汽车主要参数的确定10

3.1发动机的选择10

3.2质量参数的确定11

3.3 车速的确定12

3.4本章小结13

第4章 变速器主要参数的选择13

4.1变速器档位数目及各档传动比14

4.1.1变速器档位数目的确定14

4.1.2主减速比的确定14

4.1.3 变速器一档传动比的确定15

4.1.4变速器各档传动比的确定17

4.2变速器中心距的确定17

4.3变速器的齿轮参数的确定19

4.3.1齿轮齿数19

4.3.2齿轮模数19

4.3.3齿形、压力角及螺旋角21

4.3.4齿宽23

4.3.5齿顶高系数23

4.4变速器的外形尺寸24

4.5变速器各档齿轮齿数的分配25

4.5.1对中心距进行修正25

4.5.2确定一档齿轮的齿数及其参数26

4.5.3确定五档齿轮的齿数及其参数27

4.5.4确定二档齿轮的齿数及其参数29

4.5.5确定三档齿轮的齿数及其参数31

4.5.6确定四档齿轮的齿数及其参数33

4.5.7确定倒档齿轮齿数34

4.6本章小结37

第5章 变速器齿轮的设计及校核37

5.1 齿轮的材料选择37

5.1.1齿轮的失效形式37

5.1.2齿轮的常用材料及材料的选择38

5.2计算各轴的转矩40

5.3齿轮的强度计算40

5.3.1轮齿的弯曲应力41

5.3.2轮齿接触应力42

5.3.3各档齿轮的强度计算校核44

5.4计算各档齿轮的受力52

5.5本章小结55

第6章 变速器轴和轴承的设计及校核56

6.1轴的设计56

6.1.1轴的功用及其要求56

6.1.2轴的结构设计56

6.1.3轴的尺寸58

6.2轴的刚强度计算59

6.2.1轴的刚度验算59

6.2.2轴的强度计算65

6.2.3轴承的选择及校核70

6.3本章小结75

第7章同步器的确定76

7.1锁销式同步器76

7.2锁环式同步器77

7.3本章小结79

第8章操纵机构和箱体的确定79

8.1操纵机构的功用79

8.2 换档位置图79

8.3变速杆的布置80

8.3.1直接操纵手动换挡变速器80

8.3.2远距离操纵手动换挡变速器80

8.4锁止装置80

8.4.1互锁装置80

8.4.2自锁装置82

8.4.3倒档锁装置82

8.5变速器箱体的设计83

8.6本章小结84

结    论85

参考文献86

致    谢87

摘  要

货车作为一种常用的商务车，已在现代社会中占有举足轻重的地位。由于货车的快速发展，人们的生活才变得如此便利。货车，成为了一个国家乃至整个世界不可缺少的一样运输工具。

变速器是汽车传动系统结构中最重要的部分之一，汽车的前进、后退，增速、减速都要靠变速器传动来实现。而且变速器在汽车动力性和燃油经济性上也有重要的影响。

本设计的CA5-38变速器，主要任务是完成齿轮、轴、箱体等的设计及校核，和位置的确定，并满足其承载能力的同步器。另外，针对齿轮作用力的不同，可以在不同的轴上选择合适的轴承。利用AUTCAD完成变速器的总成图、第一轴、第二轴、中间轴、各个挡齿轮及同步器的设计。

随着我国汽车行业的迅猛发展，人们对汽车的需求也越来越高。通过对载货汽车变速器的设计我了解到变速器在汽车结构中具有着重要的作用。变速器结构的改进对汽车行业的发展与进步具有着深远的意义。

关键词：变速器；轴；齿轮；设计计算；校核

ABSTRACT

Nowadays, van as a kind of Business Purpose Vehicle has been common and played a very important role in our modern society. Because van develops so fast, people’s life become more and more convenience.  Van, has been become an indispensable vehicle in a country, even all the world.

Transmission is the most important part in transmission agent in an auto. The reason is that forward, backward, speed up, slowdown and other manipulate of auto have to be completed by transmission. And transmission is also important in Automotive dynamica perform and fuel economy.

The main purpose of this design--CA5-38 gearbox is to complete the design, check and position among gears, axles, case, and this design should have enough capability. In addition, it can choose an appropriate bearing, which based on the different gears’ forces. We can complete this design, primary shaft, secondary shaft, intermediate shaft, any gear, and synchro by AUTCAD.

With the rapid development of Chinese automobile industry, people has more and more demands in autoes. To design this transmission of van; I realized that transmission is very important in van’s conformation. The developed of transmission is profound for growth and progress of autoes.

Key words: Transmission; Axis; Gear; Design calculation; checking

第3章 载货汽车主要参数的确定

3.1发动机的选择

根据现在载货汽车选用发动机的情况，参照CA1051K26L4-3中型货车，针对本次设计任务选用大柴 CA4DC2-12E3柴油机。

表3.1 大柴 CA4DC2-12E3柴油机技术参数

发动机型号大柴 CA4DC2-12E3

发动机形式四缸直列，电控共轨

燃油种类柴油

排量3.168L

排放标准国Ⅲ

最大输出功率88KW

最大马力120马力

最大扭矩245N·m

最大扭矩转速2000

全负荷最低燃油耗率210g/kW·h

发动机净重290KG

发动机尺寸790×784×796mm

额定转速3200RPM

汽缸行程105mm

汽缸缸径98mm

1.2汽车变速器设计的目的和意义

随着经济和科学技术的不断发展，汽车工业也渐渐成为我国支柱产业，汽车的使用已经遍布全国，而随着我国加入WTO，人民的生活水平不断提高，微型客货两用车、轿车等高级消费品已经入平常家庭。

在我国，汽车工业起步较晚。入世后，我国的汽车面临的是机遇和挑战。随着我国汽车工业的不断壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题。在面临着前所未有的机遇的同时，不得不承认在许多技术上，我国与发达国家还有一定差距，所以我们要努力为我国的汽车工业做出应有的贡献。

现代汽车的动力设置，几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等优点。但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。

此外，汽车的使用条件颇为复杂，变化很大。如汽车的载货量、道路坡度、路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围，以及适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上，以高速行驶时，可挂入变速器的高速档；而在不平的路上或爬较大的坡道时，则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件，选择合适的变速器档位，不仅是汽车动力性的要求，而且也是汽车燃料经济性的要求。例如，汽车在同样的载货量、道路、车速等条件下行时，往往可挂入较高的变速器档位，也可挂入较低的档位工作。此时只是发动机的节气门开度和转速或大或小而已，可是发动机在不同的工况下，燃料的消耗量是不一样的。一般变速器具有四个或更多的档位，驾驶员可根据情况选择合适的档位，使发动机燃料消耗量减小。

经过这几年的学习，我掌握了多门基础知识和专业知识。在大学毕业，即将走向工作岗位之际，按学校的要求，进行了CA5-38变速器的设计。充分体现了设计者的知识掌握和创新思维。通过本次设计，我将进一步巩固所学的知识，提高实际运用能力，并为以后参加工作打下良好的基础。

1.3汽车变速器设计的研究方法和主要内容

在本次设计中，由于是对传统的变速器进行改进性设计，我在设计中参考了一汽集团的CA1051K26L4-3中型货车的变速器，采用了锁环式同步器的换档方式。

在设计中，我们除了对汽车变速器的结构进行了合理的布置外，还运用了材料力学、机械原理、机械设计等知识，对变速器的重要零件—轴和齿轮进行受力分析，强度、刚度的校核，以及为这些零件选择合理的工程材料和热处理方法，同时也为变速器选择合理的同步器和操纵机构。

通过参考CA1051K26L4-3中型货车的变速器及学校实验室里的松花江中型货车的变速器，对变速器进行整体结构布置，校核轴和齿轮的强度、刚度，选择材料和热处理方法；接下来的主要任务是绘制变速器的装配图和重要的零件图，确定个零件的精度等级及其它参数；最后，是对整体论文的编写整理整个设计过程中的各种资料，以及对前期设计中的错误做出修改。

本次设计主要是依据参考的中型货车的参数，通过对变速器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的手动5档变速器。本文主要完成下面一些主要工作：

1．参数计算。包括变速器传动比计算、中心距计算、齿轮参数计算、各档齿轮齿数的分配；

2．变速器齿轮设计计算。变速器齿轮几何尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及材料选择；计算各轴的扭矩和转速；齿轮强度计算及检验；

3．变速器轴设计计算。包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的加工工艺分析；

4．变速器轴承的选择及校核；

5．同步器的设计选用和参数选择；

6．变速器操纵机构的设计选用；

7．变速器箱体的结构设计。

第2章变速器的结构方案的确定

2.1变速器传动机构分析和布置方案的确定

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。

机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。

通常，有级变速器具有三个、四个、五个前进档；重型载货汽车和重型越野车则采用多档变速器，其前进档位数多大6～16个甚至20个。变速器档位的增多可提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性和平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但档位数的增多也使变速器的尺寸及质量增大，结构复杂，制造成本提高，操纵也复杂。

某些轿车和货车的变速器，采用仅在良好的路面和空载行驶时才使用的超速档。采用传动比小于1（约为0.7～0.8）的超速档，可充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传动比为1的直接档比较，采用超速档会降低传动效率。

机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括齿轮副的数目、齿轮的转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。

2.1.1两轴式与中间轴式变速器的优缺点分析

1．两轴式变速器  两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他档位均采用常啮合齿轮传动。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高，同时噪声低。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏；受结构限制其一档速比不能设计的很大；对于前进档，两轴式变速器输入轴的传动方向与输出轴的传动方向相反。

2．中间轴式变速器  中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档，变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用率要高于其他档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其他前进档位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除了一档以外的其他档位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一档也采用同步器或结合套换挡，还有各档同步器或结合套多数情况下装在第二轴上。

在除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。

2.1.2变速器倒档布置方案分析确定

倒档齿轮的结构及其轴的位置，应与变速器的整体结构方案同时考虑。倒档设计在变速器的左侧或右侧在机构上均能实现，不同之处是挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了。在结构布置上，要注意的是在不挂入倒档时，为了防止意外挂入倒档，一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。倒档齿轮不能与第二轴齿轮有啮合的状况。换倒档时能顺利换入倒档，而不和其它齿轮发生干涉。

与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒档。为实现倒档传动，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；也有利用两个联体齿轮方案的。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，并使倒档传动比略有增加。也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的啮合套或同步器方案换入倒档。