Since automobile was born, the transmission has played a critical role in the drivetrain. Modern cars widely uses engines as the power source. The range of torque and speed are small, but complex using conditions require the automobile’s dynamic and fuel economical efficiency can change in a very large range. To solve this contradiction, transmission is set up in the drivetrain.

The transmission is designed based on engine parameters and vehicle parameters of Ha Fei Lu Bao automobile in this text. The main design contents include the layout program of transmission drive-mechanism, the selection of main transmission parameters such as shifts, the range of gear ratio, center-spacing, each gear ratio, size, gear parameters and the numble of each gear, the design and verification of gears, shafts and bearings, the design of synchronizer, manipulation-framework and gearbox.

Bases on the design requirement and the characteristic of power transmission system, consulting a great deal of literatures and transmission design drafts from both home and overseas,at economical efficiency and practicability angle, a small kind of two-shafted five block transmission is designed.

Key words: Transmission；Shell；Gear；Shaft；Design

摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论…………………………………………………………………………………1

1.1 选题的目的及意义……………………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状………………………………………………………………………1

1.3 研究方法设计…………………………………………………………………………2

1.4 研究内容设计…………………………………………………………………………3

第 2 章变速器传动机构布置方案……………………………………………………4

2.1变速器传动机构布置方案分析………………………………………………………4

2.1.1两轴式和中间轴式变速器 ……………………………………………………4

2.1.2倒档的形式和布置方案 ………………………………………………………4

2.2 变速器零、部件布置方案分析 ………………………………………………………5

2.2.1齿轮形式 ………………………………………………………………………5

2.2.2换挡的结构形式 ………………………………………………………………5

2.2.3轴承的形式 ……………………………………………………………………6

2.2.4轴的形式 ………………………………………………………………………7

2.3 变速器操纵机构布置方案设计………………………………………………………7

2.3.1变速器操纵机构的分类 ………………………………………………………7

2.3.2典型的操纵机构及其锁定装置设计……………………………………………7

2.4 本章小结……………………………………………………………………………9

第 3 章变速器主要参数的选择及设计计算 ………………………………………10

3.1 变速器设计依据的主要参数 ………………………………………………………10

3.2 挡数及传动比范围的确定……………………………………………………………10

3.2.1挡数的确定……………………………………………………………………10

3.2.2传动比范围……………………………………………………………………10

3.3 变速器各档传动比的确定 …………………………………………………………11

3.3.1 主减速器传动比………………………………………………………………11

3.3.2 最低挡传动比计算……………………………………………………………11

3.3.3 变速器各挡传动比的分配……………………………………………………13

3.4 中心距的选择…………………………………………………………………………13

3.5 外形尺寸确定…………………………………………………………………………13

3.6 齿轮参数确定…………………………………………………………………………14

3.7 各挡齿轮齿数的分配…………………………………………………………………17

3.7.1 确定一挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………17

3.7.2 确定二挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………18

3.7.3 确定三挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………19

3.7.4 确定四挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………19

3.7.5 确定五挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………20

3.7.6 确定倒挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………20

3.8 变速器齿轮的变位……………………………………………………………………21

3.8.1 确定一挡齿轮变位系数………………………………………………………21

3.8.2 确定二挡齿轮变位系数………………………………………………………22

3.8.3 确定三挡齿轮变位系数………………………………………………………23

3.8.4 确定四挡齿轮变位系数………………………………………………………24

3.8.5 确定五挡齿轮变位系数………………………………………………………25

3.8.6 本次设计所有齿轮的几何尺寸………………………………………………25

3.9 本章小结………………………………………………………………………………27

第 4 章变速器主要结构元件的设计与计算………………………………………28

4.1 齿轮损坏的原因及形式………………………………………………………………28

4.2 齿轮材料的选择原则…………………………………………………………………28

4.3 计算各轴的转矩………………………………………………………………………29

4.4 齿轮强度计算…………………………………………………………………………29

4.4.1 齿轮弯曲强度校核……………………………………………………………30

4.4.2 齿轮接触应力校核……………………………………………………………33

4.5 轴的强度计算…………………………………………………………………………38

4.5.1 初选轴的直径…………………………………………………………………38

4.5.2 轴的刚度计算…………………………………………………………………39

4.5.3 轴的强度校核…………………………………………………………………47

4.6 轴承校核……………………………………………………………………………51

4.6.1输入轴轴承校核………………………………………………………………51

4.6.2输出轴轴承校核………………………………………………………………52

4.7 同步器设计……………………………………………………………………………53

4.7.1惯性式同步器…………………………………………………………………54

4.7.2 同步器主要尺寸的确定………………………………………………………55

4.7.3 主要参数的确定………………………………………………………………56

4.8 轴的有限元分析……………………………………………………………………59

4.8.1有限元基本理论简介…………………………………………………………59

4.8.2 有限元分析基本步骤…………………………………………………………60

4.8.3变速器输出轴的有限元分析的主要步骤……………………………………60

4.9 本章小结………………………………………………………………………………66

第 5 章变速器操纵机构和箱体设计………………………………………………67

5.1直接操纵手动换挡变速器……………………………………………………………67

5.2远距离操纵手动换挡变速器…………………………………………………………69

5.2.1换挡操纵机构（外换挡操纵机构）……………………………………………69

5.2.2 换挡机构（内换挡操纵机构）…………………………………………………70

5.3电控自动换挡变速器…………………………………………………………………71

5.4 变速器箱体 …………………………………………………………………………72

5.5 本章小结……………………………………………………………………………73

结论…………………………………………………………………………………………74

参考文献 ……………………………………………………………………………………75

致谢……………………………………………………………………………………………76

附录……………………………………………………………………………………………77

一、设计（论文）目的、意义

为了往复活塞式发动机的工作特性，满足消费者对汽车高性能、安全、可靠、舒适性的需求，所以对变速器的性能要求也更高。现代汽车上广泛采用的往复活塞式内燃机具有体积小、质量轻、工作可靠和使用方便等优点，但其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化，因此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器，以达到减速增矩的目的。手动变速器有成本低、可靠性高、维护简便的特点。

随着汽车对安全、节能、环保的不断重视，汽车变速器作为整车的一个关键部件，其产品的质量对整车的安全使用及整车性能的影响是非常大的，因而对汽车后桥进行有效的优化设计计算是非常必要的。

二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）

基本参数

驱动型式：4*2

总质量：1.4t

驱动桥满载：0.7T;

最高车速145km/h

最大爬坡：30%

设计5档二轴式变速器

设计的主要内容：

（1）研究汽车机械变速器的组成、结构与设计；

（2）建立有限元计算模型；

（3）研究汽车机械变速器的载荷；

（4）加载进行应力分析与结果分析；

（5）对汽车机械变速器的结构参数进行优化设计。

技术要求（研究方法）：

（1）要求研究汽车有限元分析、优化设计基本理论，并将其与机械制图、机械设计、材料力学、计算机软件等相关知识有机结合、熟练运用；

（2）要求运用CAD/CAM/CAE软件进行建模；

（3）运用有限元分析软件进行有限元静力学分析，重点进行弯曲强度分析；

（4）实现变速器参数的优化设计。

1.1选题的目的及意义

随着经济和科学技术的不断的发展，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，人民生活水平的不断提高，微型客货两用车、轿车等高级消费品已进入平常家庭。在面临着前所未有的机遇同时，不得不承认在许多技术上，我国与发达国家还一定的差距，所以我们要努力为我国的汽车工业做出应有的贡献。

发动机的输出转速非常高，最大功率及最大扭矩仅在一定的转速区出现，为了发挥发动机的最佳性能，就必须有一套变速装置。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性和经济性状态下。变速器是汽车传动系的重要组成部分，其发展无疑代表着汽车工业的发展，它的设计也是汽车设计的一个重要部分。而发动机前置前轮驱动的轿车，若变速器传动比小，则常用两轴式变速器。两轴变速器有其结构简单，体积较小，制造成本低，传动效率高等特点在变速器发展中屹立不倒，虽然现在的自动变速器操作简单，但是效率很低，所以市场的大部分份额被机械式变速器占据着，汽车发展要向节能，舒适，操作方便方向发展，两轴式变速器更是符合条件的。

1.2国内外研究状况

现今的汽车变速器发展的十分迅速，各大公司纷纷推出新的产品，但是变速器技术的每次革新都与汽车相关科学的发展密切相关，计算机技术，先进制造技术，机械自动化技术，模拟仿真材料科学等都为变速器的发展提供了有力的保障，同时变速器的发展也为相关科学技术提出了更高的要求。1894年，一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展。变速器作为汽车重要的组成部分，是承担放大发动机扭矩，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的主要装置。从最初采用侧链传动到手动变速器，及至液力自动变速器和电控机械式自动变速器，再到现在无级自动变速器的普及，在汽车工业技术不断前进的同时，变速器也向着更平顺、更省油、更富驾驶乐趣的方向不断发展。直至双离合自动变速器的出现，变速器技术又伴随着速度和梦想，迈向了一个全新的高度。现代汽车的动力装置，几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有相当多的优点，如体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等。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。如在坡道上行驶时，所需的1.3 研究方法设计

根据此次设计要求，依据哈飞路宝的整车参数和发动机参数，完成变速器的结构布置和设计。设计的主要内容有确定变速器传动机构布置方案，变速器主要参数的选择，变速器齿轮的设计计算，轴与轴承的设计校核。

查阅图书馆电子资源、馆藏图书和文献，以及本市各大型图书馆的馆藏图书资源，了解变速器研究领域的最新发展动向；阅读关于变速器设计方面的书籍，学习前人进行变速器设计的过程、步骤、方法和经验教训；向指导教师请教；同学之间互相讨论；亲自去实验室动手拆装各种类型的变速器，了解各种变速器的结构与工作原理进行变速器的设计和计算。

1.4 研究内容设计

（1）研究汽车机械变速器的组成、结构与设计；

（2）建立有限元计算模型；

（3）研究汽车机械变速器的载荷；

（4）加载进行应力分析与结果分析；

第2章变速器传动机构布置方案

2.1 变速器传动机构布置方案分析

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。变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类，而前者又分为两轴式，中间轴式和多轴式变速器。

2.1.1 两轴式和中间轴式变速器

对于发动机前置前轮驱动的轿车，若变速器传动比小，则常用两轴式变速器。在设计时，究竟采用哪一种方案，除了汽车总布置的要求外，主要考虑以下四个方面：

1、结构工艺性

两轴式变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体。当发动机纵置时，主减速器可用螺旋圆锥齿轮或双曲面齿轮；而发动机横置时用圆柱齿轮，因而简化了制造工艺。

2、变速器的径向尺寸

两轴式变速器输出轴的前进挡均为一对齿轮副，而中间轴式变速器则有两对齿轮副。因此，对于相同的传动比要求，中间轴式变速器的径向尺寸可以比两轴式变速器小得多。

3、变速器齿轮的寿命

两轴式变速器的低挡齿轮副，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短。中间轴式变速器的各前进挡均为常啮合斜齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，因而寿命较接近。在直接挡时，齿轮只空转，不影响齿轮寿命。

变速器的传动效率

两轴式变速器虽然有等于1的传动比，但仍要有一对齿轮传动，因而有功率损失。而中间轴式变速器可将输入轴和输出轴直接相连，得到直接挡，因而传动效率较高，磨损小，噪声也较小。轿车尤其是微型汽车，采用两轴式变速器比较多，而中、重型载重汽车则采用中间轴式变速器。

2.1.2 倒档的形式和布置方案

图2.1为常见的布置方案。图a方案广泛用于前进挡都是同步器换挡的五挡轿车和轻型货车变速器中；b方案的优点是可以利用中间轴上的1挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度，但换挡时两对齿轮必须同时啮合，致使换挡困难，某些轻型货车五挡变速器采用这种方案；c方案能获得较大的倒挡速比，突出的缺点是换挡程序不合理；d方案针对前者的缺点作了修改，因而在货车变速器中取代了c方案；e方案中，将中间轴上的一挡和倒挡齿轮做成一体，其齿宽加大，因而缩短了一些长度；f方案采用了全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便；为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车采用g方案，其缺点是一挡和倒挡得各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。后述五种方案可供五挡变速器的选择：

第3章变速器主要参数的选择及设计计算

3.1 变速器设计依据的主要参数

本次设计是根据HLJIT5H-100的技术参数来设计的一种变速器，其具体参数如表3.1。

表3.1　 HLJIT5H-100的主要技术参数

发动机最大功率48kw车轮型号165/66R13

发动机最大转矩100N·m最大功率时转速5700 r/min

最大转矩时转速3000r/min最高车速145km/h

总质量1400kg前轴载荷840kg

3.2 挡数及传动比范围的确定

3.2.1 挡数的确定

变速器的挡数可在3～20个挡位范围内变化，通常变速器的挡数在6挡以下，当挡数超过6挡以后，可在6挡以下的主变速器基础上，再行配置副变速器，通过两者的组合获得多挡变速器。

增加变速器的挡数，能够改变汽车的动力性和燃油经济性以及平均车速。挡数越多，变速器的结构越复杂，并且使轮廓尺寸和质量加大，同时操纵机构复杂，而且在使用时换挡频率增高并增加了换挡难度。

在最低挡传动比不变的条件，增加变速器的挡数会使变速器相邻的低挡与高挡之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。要求相邻挡位之间的传动比值在1.8以下，该值越小换挡工作越容易进行。因高挡使用频繁，所以又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。

本次设计的变速器采用5个前进挡位，1个倒挡位。

3.2.2 传动比范围

变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。最高挡通常是1.0，有的变速器最高挡是超速挡,传动比为0.7～0.8。影响最低挡传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前乘用车的传动比范围在3.0～4.5之间，总质量轻的商用车在5.0～8.0之间，其他商用车则更大。

本次设计的变速器最高挡传动比范围是0.8。

变速器总成.gif

拨叉轴总成.gif

设计图纸.gif

输出轴.gif

输入轴.gif

四档主动齿轮.gif

同步器总成.gif

五档主动齿轮.gif

一档从动齿轮.gif

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