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目 录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论……………………………………………………………………………1
1.1 概述……………………………………………………………………………1
1.1.1选题的目的及意义………………………………………………………1
1.1.2国内外研究现状…………………………………………………………2
1.1.3变速器的功用与分类……………………………………………………2
1.2设计的主要内容………………………………………………………3
第2章 变速器传动机构布置方案……………………………………………4
2.1变速器传动机构的布置……………………………………………………4
2.1.1变速器传动方案分析与选择……………………………………………4
2.1.2 倒挡传动方案 ……………………………………………………………7
2.2变速器各主要零、部件结构方案分析……………………………………………8
2.2.1 齿轮形式 …………………………………………………………………8
2.2.2 变速器轴承的选择 ………………………………………………………8
2.2.3 变速器操纵机构的布置方案 ……………………………………………8
2.2.4 换挡机构 …………………………………………………………………8
2.2.5 设计变速器操纵机构时应满足以下要求 ………………………………9
2.3本章小结…………………………………………………………………………10
第3章 变速器主要参数的选择及齿数的分配……………………………11
3.1概述及传动比确定………………………………………………………………11
3.1.1 挡数………………………………………………………………………11
3.1.2 变速器各挡传动比的确定………………………………………………11
3.1.3确定中心距 ………………………………………………………………14
3.1.4外形尺寸 …………………………………………………………………14
3.2齿轮参数的选择………………………………………………………………14
3.2.1模数的确定 ………………………………………………………………14
3.2.2压力角α …………………………………………………………………14
3.2.3螺旋角β …………………………………………………………………15
3.2.4齿宽b ……………………………………………………………………15
3.2.5齿顶高系数 ………………………………………………………………15
3.3各挡齿数的分配…………………………………………………………………16
3.3.1一挡齿数及传动比的确定 ………………………………………………16
3.3.2对中心距A进行修正 ……………………………………………………16
3.3.3二挡齿数及传动比的确定 ………………………………………………16
3.3.4三挡齿数及传动比的确定 ………………………………………………17
3.3.5四挡齿数及传动比的确定 ………………………………………………17
3.3.6五挡齿数及传动比的确定 ………………………………………………17
3.3.7倒挡齿数及传动比的确定 ………………………………………………18
3.4变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整…………………………………18
3.4.1一挡齿轮的变位 …………………………………………………………18
3.4.2二挡齿轮的变位 …………………………………………………………19
3.4.3三挡齿轮的变位 …………………………………………………………19
3.4.4四挡齿轮的变位 …………………………………………………………20
3.4.5五挡齿轮的变位 …………………………………………………………20
3.4.6倒挡齿轮的变位 …………………………………………………………21
3.5各挡齿轮主要参数的确定………………………………………………………22
3.5.1一挡齿轮参数 ……………………………………………………………22
3.5.2二挡齿轮参数 ……………………………………………………………23
3.5.3三挡齿轮参数 ……………………………………………………………23
3.5.4四挡齿轮参数 ……………………………………………………………24
3.5.5五挡齿轮参数 ……………………………………………………………25
3.5.6倒挡齿轮参数 ……………………………………………………………25
3.6齿轮的校核………………………………………………………………………27
3.6.1齿轮的损坏形式 …………………………………………………………27
3.6.2齿轮弯曲强度计算 ………………………………………………………27
3.6.3轮齿接触应力计算 ………………………………………………………31
3.7本章小结 ………………………………………………………………………35
第4章 变速器轴和轴承的设计与选择…………………………………………36
4.1概述………………………………………………………………………………36
4.2变速器轴的轴径和轴长设计计算………………………………………………36
4.3轴的结构设计……………………………………………………………………37
4.4变速器轴的强度计算……………………………………………………………37
4.4.1齿轮和轴上的受力计算 …………………………………………………37
4.4.2轴的刚度校核 ……………………………………………………………41
4.4.3轴的强度校核 ……………………………………………………………45
4.5轴承选择与寿命计算……………………………………………………………48
4.5.1输入轴轴承校核 …………………………………………………………49
4.5.2输出轴轴承校核 …………………………………………………………50
4.6本章小结…………………………………………………………………………51
第5章 变速器同步器及操纵机构的设计………………………………………52
5.1同步器的设计……………………………………………………………………52
5.1.1同步器的结构 ……………………………………………………………52
5.1.2同步环主要参数的确定 …………………………………………………53
5.2操纵机构及壳体的设计…………………………………………………………55
5.2.1操纵机构的设计 …………………………………………………………55
5.2.2操纵机构的设计 …………………………………………………………56
5.3本章小结…………………………………………………………………………56
结论………………………………………………………………………………………57
参考文献 ………………………………………………………………………………58
致谢………………………………………………………………………………………60
附录A………………………………………………………………………………………61
附录B………………………………………………………………………………………64
摘 要
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的工况范围内工作。是汽车总成部件中的重要组成部分，是主要的传动系统总成之一。变速器的结构对汽车的动力性、经济性、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。
本设计研究了二轴五挡手动变速器，其目的是熟练运用和掌握机械原理、机械设计、AutoCAD等知识，并利用AutoCAD软件绘制装配图和零件图等几项内容。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并讲述了变速器中各部件材料的选择。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。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。对变速器的各挡齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算，并进行了强度和刚度校核计算,并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的比较与选择。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、设计方法以及重要参数。
关键词：变速器；齿轮；同步器；设计；参数
ABSTRACT
Transmission used to change to the drive wheels on the engine torque ancd rotational speed, the purpose is in situ beginning, climbing, turn, accelerate, etc. Various kinds of driving conditions, make cars get different traction and the engine speed, and at the same time at the most favorable conditions range work. Car assembly components is the important constituent, is one of the main transmission system assembly. The transmission of the structure of the power, economy, car reliability and manipulation of portability, transmission and steadiness and efficiency to wait to have direct effect.
This design research two axis five block manual gearbox, its purpose is skillfully use and mastering mechanical principle, mechanical design, knowledge, and use AutoCAD AutoCAD software rendering drawings and parts chart and so on several content. The working principle of the transmission of this method and transmission each block and gear shaft to do a detailed design calculation, and the intensity of some standard check, the selection. The transmission scheme design and transmission components of the transmission about the choice of materials. This paper will outline the present situation and developing trend of the transmission is introduced, and the latest development of transmission field situation. The principle of work, explains the of different transmission transmission scheme comparison and selection of rational structure scheme design. Each block of the transmission gear and axis and bearing a detailed design calculation, and the intensity and rigidity check calculation for these components, and choose the appropriate engineering material and heat treatment method. For some standard of the driving scheme selection and transmission of the comparison and selection. Finally, this article will of the transmission shift process -- the important components synchronizer and manipulated mechanism is expounded, tells the type, synchronizer working principle and design method and important parameters.
Keywords: transmission; Gear; Synchronizer; Design; Parameter
第1章 绪 论
1.1概述
发动机是汽车的心脏，发动机产生的动力经过传动系统才能驱动车轮转动。传动系统的心脏是变速器。由于发动机的转速和转矩的变化范围小，而汽车行驶速度的变化范围广，所以一开始传动系统就设置了变速器。
汽车变速器作为汽车传动系统中的主要变速机构，它的发展经历了100多年，随着汽车技术日新月异的发展，汽车变速器技术的发展也发生了很大的变化。它通过改变转速比，从而改变传动扭矩比，与发动机配合工作。鉴于变速器重要的变速功能，其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，所以它也是影响整车性能的重要因素之一。因此变速器的质量一直也是汽车行业竞争的焦点，对变速器的研究开发也越来越显得举足轻重[11]。
1.1.1选题的目的及意义
从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为[3]：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。
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的工况范围内工作。变速器设有空档，可在起动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，变速器还有动力输出功能。
变速器输入轴从变速器的前端伸出它的外花键与离合器从动盘的内花键相连，主要的主动齿轮与轴做成一体，输出轴上的齿轮空套在输出轴上，与主动齿轮常啮合，它们的旋转与输出轴无关。输出轴齿轮的一边都有带花键的外齿圈，分别与有内花键的接合套相连，接合套可以轴向滑动，与相应的齿轮外齿圈结合，通过接合套将齿轮锁在主轴上，在他们啮合之前，接合套和齿轮中间的同步器使他们同步，常啮合齿轮的轮齿与齿轮的轴线成一定的角度，在任何时候都有几个齿接触，这可以较小齿轮的噪声，平稳的传递扭矩，倒挡惰轮的轮齿通常是直尺，它将动力从一根轴传递到另一根轴[2]。
轿车手动变速器大多为四挡或五挡有级式齿轮传动变速器，并且通常带同步器，换挡方便，噪音小。手动变速在操纵时必须踩下离合，方可拨得动变速杆，本次设计题目为江淮宾悦汽车变速器，本车变速器采用了二轴五档的结构方式，其传动效率高、换挡迅速省力、方便，工作可靠，噪声低。设计过程中要注重设计的合理性，变速器的实用性，保证汽车有必要的动力性和经济性。
1.1.2国内外研究现状
1886年，世界上诞生的第一辆汽车并未安装变速器，直到1902年才由法国人造出了第一部装有变速器的汽车，目前，绝大多数汽车仍采用机械式变速器、分动器、主减速器、构成整车的传动系，其结构简单、操纵方便、造价低廉仍不失为汽车传动系中需要的主要总成。由于汽车上广泛应采用活塞式内燃机，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。为此在传动系中设置了变速器。机械式手动汽车变速器应结构简单，传动效率高，制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛的应用。机械式手动变速器在今后相当长的时间里依然会在我国轻中型货车传动系统中占据主导地位。
与外国相比我国变速器设计手段相对落后，在一些发达国家他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化设计、CAD等应用到了设计中，我国现也采用CAD在计算机上进行建模与分析。
目前，国内外已经有很多学者专家对汽车变速器作了结构方面的分析研究。从90年代开始，欧美国家就通过有限元法对汽车变速器进行结构分析，并与传统数值方法作比较，通常都取得比较一致的结果。
随着CAD技术的发展和应用，许多国家和部门都对其进行了大量的研究和试验，随之开发并形成了一些成套硬件和软件系统。在美国、日本及其欧洲发达国家中，利用CAD技术解决众多繁琐的设计和分析计算。形成了以图形系统为基础、以数据库为核心、以工具系统为支撑和以分析计算机为应用的集成化系统[12]。
1.1.3变速器的功用与分类
汽车上广泛使用的活塞式发动机，其输出的转矩和转速变化范围很小，而汽车在行驶时所遇到的复杂的道路条件和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。为此，在汽车的传动系统中设置了变速器。
1、变速器的主要功用是[3]：
（1）变速器传动比在较大的范围内告便汽车的行驶速度和汽车驱动轮上转矩的数值，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下工作。
（2）在汽车发动机旋转方向不变的前提下，利用倒档实现汽车倒向行驶。
（3）在发动机不熄火的情况下，利用空挡中断动力传递，可以使驾驶员松开离合器踏板离开驾驶位置，且便于汽车起动、怠速、换挡和动力输出。
2、变速器的分类[3]：
（1）按传动比变化 变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。
（2）按操纵方式 变速器可分为强制操纵式变速器、自动操纵式变速器和半自动操纵式变速器三种。
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