HLJIT7-1000七档三轴式变速器设计【汽车类】【4张CAD图纸】【优秀】

HLJIT7-1000七档三轴式变速器设计

88页 25000字数+说明书+任务书+开题报告+外文翻译+4张CAD图纸

HLJIT7-1000七档三轴式变速器设计开题报告.doc

HLJIT7-1000七档三轴式变速器设计说明书.doc

中间轴.dwg

任务书.doc

变速器装配图.dwg

外文翻译--变速器介绍.doc

设计图纸4张.dwg

说明书封皮.doc

输出轴.dwg

输出轴一挡齿轮.dwg

过程管理材料.doc

摘要

变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，是汽车总成部件中的重要组成部分，是主要的传动系统。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。

三轴式变速器由于具有体积小、原理简单、工作可靠、操纵方便等优点，故在大多数汽车中广泛应用。本文设计研究了三轴式五档手动变速器，其目的主要是基于对机械原理、机械设计、AutoCAD等知识的熟练运用和掌握，同时运用汽车构造、汽车设计、材料力学、互换性测量等学科知识，对三轴式变速器的各部件进行设计，并利用AutoCAD软件绘制装配图和零件图等六项内容。首先，本文将概述变速器的现状和发展趋势，介绍变速器领域的最新发展状况。其次，对工作原理做了阐述，对不同的变速器传动方案进行比较，选择合理的结构方案进行设计。再次，对变速器的各档齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算，并进行了受力分析、强度和刚度校核计算,并为为这些元件选择合适的工程材料及热处理方法。对一些标准件进行了选型以及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。最后，本文将对变速器换档过程中的重要部件—同步器以及操纵机构进行阐述，讲述同步器的类型、工作原理、选择方法以及重要参数。

关键词：变速器；传动比；轴；齿轮；设计计算；校核

ABSTRACT

Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, Automotive transmission parts in the automobile assembly of an important part of the main drive system. Transmission of the power structure of the vehicle, economy, manipulation of the reliability and portability, the smooth drive and have a direct impact on efficiency.

Three-shaft transmission is widely used most vehicle for its particular advantages ,such as small dimension ,simply theory ,good stability, conveniently operation .This design study of the three-axis 5-speed manual transmission, the purpose is based on the skillful of using mechanic theory ,mechanic design, AutoCAD. Meanwhile, my paper is incorporated structure of vehicle, design of vehicle, mechanic of materials, and survey of interchangeability. I will design the parts of three-shaft transmission, and using Auto CAD software, drawing assembly drawings and parts diagrams of five elements. At the same time the use of vehicle construction, automotive design, material mechanics, interchangeability of measurement knowledge of the subjects on the three-axis gearbox design file 12.At first, I will give a summary of the current situation and the tendency of development of the vehicle transmission, and introduce the latest development state in the field of the transmission.The second, I will compare the transmitting scheme of different transmission, and choose a better structure scheme.Next, I will do some mechanic analyses, strength, stiffness check of the shafts and gears, which are the important parts of the transmission, and choose appropriate materials and heat treatment.At last, I will introduce the operation mechanism and the synchronizer, which plays an important role in changing gear. I will give an account of the type, operation, design procedure and major parameter of the synchronizer.

Key words: Transmission；Transmission Ratio；Shaft；Gear；Design and Calculation；Checking

目录

摘要I

AbstractII

第1章 绪论1

1.1汽车变速器的概述1

1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果1

   1.2.1研究现状1

   1.2.2设计目的意义2

   1.2.3汽车变速器发展趋势2

1.3汽车变速器的设计方法和研究内容3

   1.3.1变速器设计的主要内容3

第2章 变速器传动机构布置方案5

2.1变速器的选择5

   2.1.1结构工艺性5

   2.1.2变速器的径向尺寸5

   2.1.3变速器齿轮的寿命5

   2.1.4变速器的传动效率5

2.2 倒挡布置方案5

2.3 零、部件结构方案分析6

       2.3.1齿轮形式6

   2.3.2换挡机构形式7

   2.3.3自动脱挡7

2.4本章小结8

第3章 变速器主要参数的选择9

3.1概述9

3.2挡数9

3.3传动比范围9

3.4变速器各档传动比的确定9

3.5中心距A11

3.6变速器的齿轮参数的确定12

3.6.1齿轮模数12

3.6.2压力角12

3.6.3螺旋角13

3.6.4齿宽13

3.6.5齿顶高系数13

3.7变速器各档齿轮齿数的分配14

3.7.1确定一挡齿轮的齿数14

3.7.2确定常啮合挡齿轮的齿数16

3.7.3确定其他各档的齿数19

3.8本章小结32

第4章 齿轮校核45

4.1 齿轮材料的选择原则45

4.2计算各轴的转矩33

4.3齿轮的强度计算34

4.3.1轮齿的弯曲应力计算34

4.3.2轮齿接触应力计算39

4.4本章小结44

第5章 变速器轴和轴承的设计及校核45

5.1变速器的轴径和轴长设计计算45

5.2变速器轴的强度计算46

5.2.1齿轮上的受力计算46

5.2.2轴的强度计算49

5.2.3轴的刚度计算51

5.3轴承的选择和校核53

5.3.1输出轴轴承的选择和校核53

5.3.2中间轴轴承的选择和校核54

5.4本章小结55

第6章 同步器和操纵机构的设计及选用56

6.1同步器的设计56

6.1.1锁销式同步器56

6.1.2锁环式同步器57

6.1.3同步器主要尺寸的确定58

6.1.4同步器主要参数的确定61

6.2变速器操纵机构的设计63

6.2.1变速器操纵机构的要求及分类63

6.2.2变速器操纵机构分析64

   6.3变速器箱体的设计65

6.4本章小结66

第7章 输出轴的有限元静力学分析67

7.1 ANSYS软件简介67

7.2 Pro/E和ANSYS接口的创建67

7.3利用ANSYS对输出轴进行有限元受力分析69

7.4输出轴有限元受力分析69

7.4.1第一档、倒挡花键有限元受力分析71

7.4.2第二档、三档花键有限元受力分析73

7.4.3第四档、五档花键有限元受力分析75

7.4.4第六档、常啮合档花键有限元受力分析77

7.5本章小结80

结论81

致谢83

参考文献82

附录85

第3章 变速器主要参数的选择及齿数的分配

3.1概述

满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、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。

表3.1　基本参数

整备

质量最大总

质量最高

车速最大爬坡度最大

功率最大

扭矩轮胎变速器挡数

9200kg16000kg90km/h30%170KW1000N.m10/20R207

3.2挡数

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：6*2

总质量：16t

驱动桥满载：11.5T;

最高车速90km/h

最大爬坡：30%

最大输入转矩：1000N.m

设计7档三轴式变速器

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；

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。

近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，乘用车一般用4～5个挡位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用5个挡。商用车变速器采用4～5个挡或多挡。载质量在2.0～3.5t的货车采用五挡变速器，载质量在4.0～8.0t的货车采用六挡变速器。多挡变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。本设计采用七挡变速器。

3.3传动比范围

变速器传动比是指变速器最高挡与最低挡传动比的比值。目前乘用车的传动比范围在3.0～4.5之间，总质量轻些的商用车在5.0～8.0之间，

第1章 绪    论

1.1汽车变速器的概述[1]

变速器用于改变发动机曲轴的转矩和转速，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，满足驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。随着汽车工业的不断发展，今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定车速是难以达到的。变速器的倒挡使汽车能倒退行驶；其空挡使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离。

变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒挡安全装置，其他结构措施，可使操纵可靠，不产生跳挡、乱挡、自动脱挡和误挂倒挡；采用同步器可使换挡轻便，无冲击及噪声；采用斜齿轮、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性，使汽车和发动机有良好的匹配性。

1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果[2]

1.2.1 研究现状

重型汽车的装载质量大，使用条件复杂，欲保证重型汽车具有良好的动力性、经济性和加速性，则必须扩大传动比范围并增多档数。传统结构三轴式变速器的最大容量：档位数一般最多蛤能布置到6个前进档和一个倒档，最大输出扭矩约为8400Nm。近年来重型汽车需要更多档位的前进档，需要爬行档（最低档）速比为10-17。显然传统结构变速器远不能满足需求。而组合式机械变速器则能满足上述要求。而组合式机械变速器则能满足上述要求。而组合机械变速器的组成是在传统变速器（称主箱）后部（或前部）加装一个副变速器（称副箱，一般为两档），将主箱的档位数增加一倍，所增加档位的速比值增大到等于主箱速比和副箱速比的乘积，而齿轮对数小于档位数，因此箱体尺寸大为缩小，轴的长度减短，刚度增大，并且增大了变速器的容量。

1.2.2 设计目的意义      

重型货车装载数十吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。大家都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。

从我国的具体情况来看，机械式变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历郊深的司机都是用机械式变速器的，他们对机械式变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。

1.2.3 汽车变速器发展趋势

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。而自动变速器技术得到了迅速发展。目前，国内变速器厂商都向着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，而重型多挡位汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。

无级变速器又称为连续变速式无级变速器(Continuously Variable Transmission简称"CVT") 。这种变速器与一般齿轮式自动变速器的最大区别，是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。无级变速器结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，主要靠主动轮、从动轮和传动带来实现速比的无级变化

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。在今后，摩擦传动CVT；液力传动；电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称"AMT")；齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）是围绕着汽车变速箱四个主要的研究方向。

齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。

据最新消息：一种"齿轮无级变速装置"(Gear Continuously Variable Transmission简称"G-CVT")已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。"齿轮无级变速装置"结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。齿轮无级变速器的优势表现为：                                  

(1) 传动功率大200KW的传动功率是很容易达到的；                

 (2) 传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的；

(3) 结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10；      

(4) 对汽车而言，提高传动效率，节油20%；

(5) 发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减

   少了对环境的破坏。

1.3汽车变速器的设计方法和研究内容[8]

在本次设计中，由于是对传统的变速器进行改进性设计,在给定的发动机最大转矩、转速及最高车速、发动机标定功率等条件下，主要完成变速器机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。

对于变速器的要求：                                        

（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，使汽车能到推行驶；

（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。工作可靠；

（6）汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档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）变速器的工作噪声要低。除此以外，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。

1.3.1 变速器设计的主要内容：

本次设计主要是依据给定的重型货车有关参数，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7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设计；

8、建立有限元计算模型；

9、加载进行应力分析与结果分析；

10、对汽车机械变速器的结构参数进行优化设计。第2章 变速器传动机构布置方案

2.1变速器的选择

2.1.1 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，而当发动机横置时用圆柱齿轮，因而简化了制造工艺。

2.1.2 变速器的径向尺寸

两轴式变速器的前进挡均为一对齿轮副，而中间轴式变速器则有二对齿轮副。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。

2.1.3 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，小齿轮工作次数比大齿轮要高的多，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，因此寿命较接近。在直接挡时，齿轮只空转，不影响齿轮寿命。

2.1.4 变速器的传动效率

两轴式变速器，虽然可以有等于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、重型载货汽车则多采用中间轴式变速器。因此设计的变速器采用中间轴式。

2.2 倒挡布置方案

倒挡布置应注意以下几点：

（1）倒挡齿轮在非工作位置时，不得与第二轴的齿轮有啮合现象；

（2）换入倒挡时不得与其他齿轮发生干涉；

（3）倒挡轴在变速器壳体上的支承不得与与中间轴的齿轮相碰。

图2.1为常见的倒挡布置方案。

图2.1a方案主要用于小客车上。

图2.1b方案用于四挡直齿滑动齿轮的变速器上。