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摘 要
本次设计的题目是HLJIT5-200变速器设计。变速器由变速器传动机构和操纵机构组成，其基本功用是改变传动比，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，同时使发动机在有利的工况下工作;在发动机曲轴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。
采用中间轴式变速器，该变速器具有两个突出的优点：一是其直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小；二是在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得较大的一档传动比。这台变速器具有五个前进档（包括一个超速档五档）和一个倒档，并通过锁环式同步器来实现换档。本设计论述了变速器的总体结构，在设计中完成了各挡齿轮和轴的计算和校核及CAD绘图等工作。
关键词：变速器，锁环式同步器，传动比，第二轴，齿轮
ABSTRACT
The design of the subject is Nissan HLJIT5-200 thestrals sharpness triaxial type transmission design. Transmission of transmission mechanism and manipulate the transmission mechanism, its basic function is changed, expand the rotation drive transmission torque and speed range, in order to adapt to the changing conditions, also make the engine driving in the favorable conditions work, In the engine crankshaft direction invariable under the premise of driving the car can reverse, Use neutral interrupt power to make the engine can start, idle, and facilitate transmission shift or power output.
Using the transmission of transmission oart has two outstanding advantages: one is the direct transmission efficiency, the wear and tear of noise and minimum, The center distance of small gear cases can still get larger gear transmission. The transmission has five forward (including a overdrive five files) and one reverse, and through the lock ring type synchronizer to realize the shift. This design is discussed in the overall structure, design of the gear and finish the checking and calculating and axial CAD drawing, etc.
Key Words：Transmission, Locking ring type synchronizer,Gear ratio, Second axis, Gear
目 录
摘 要I
ABSTRACTII
第1章 绪论1
1.1 汽车变速器概述1
1.2汽车变速器设计的目的和意义1
1.3 汽车变速器国内外现状和发展趋势2
1.3.1 变速器国内外的现状2
1.3.2 汽车变速器的发展趋势3
1.4 手动变速器的特点和设计要求及内容3
1.4.1 手动变速器的特点3
1.4.2 手动变速器的设计要求4
1.4.3设计的主要内容4
第2章 变速器传动机构布置方案确定6
2.1设计所依据的主要技术参数6
2.2 变速器传动机构的结构分析和形式选择6
2.2.1两轴式变速器的特点分析6
2.2.2 中间轴式变速器特点分析7
2.2.3 倒挡布置方案分析8
2.2.4传动机构布置的其他问题9
2.3 零部件结构方案分析9
2.3.1 齿轮形式9
2.3.2 换挡机构形式10
2.3.3 防止自动脱挡的结构11
2.3.4 变速器轴承11
2.4 本设计所采用的传动机构布置方案11
2.5 本章小结12
第3章 变速器主要参数的选择和齿数分配13
3.1 变速器各挡传动比的确定13
3.1.1 变速器最低挡传动比的确定13
3.1.2 变速器其他各挡传动比的确定14
3.2中心距的确定14
3.3变速器外形尺寸的初选15
3.4 变速器齿轮参数的选择15
3.4.1模数15
3.4.2 齿形、压力角及螺旋角16
3.4.3 齿宽16
3.4.4 齿顶高系数17
3.5 变速器各挡齿轮齿数的分配17
3.5.1 确定一挡齿轮的齿数17
3.5.2 对中心距进行修正18
3.5.3 确定常啮合齿轮的齿数19
3.5.4 确定其他各挡齿轮的齿数20
3.6 本章小结23
第4章 变速器齿轮的设计计算24
4.1变速器齿轮的几何尺寸计算24
4.2 计算变速器各轴的扭矩和转速24
4.3 齿轮的强度计算和材料选择25
4.3.1 齿轮损坏的原因和形式25
4.3.2 齿轮的材料选择26
4.3.3 齿轮的强度计算27
4.4 本章小结39
第5章 变速器轴和轴承的设计计算40
5.1初选变速器轴的轴径和轴长40
5.2 轴的结构设计41
5.3 变速器轴的强度计算41
5.3.1齿轮和轴上的受力计算41
5.3.2 轴的强度计算42
5.3.3 轴的刚度计算46
5.4变速器轴承的选择和校核49
5.4.1 第一轴轴承的选择和校核49
5.4.2 第二轴轴承的选择和校核50
5.4.3 中间轴轴承的选择和校核51
5.5 本章小结52
第6章 同步器和操纵机构的设计选用53
6.1 同步器的设计选用53
6.1.1 锁环式同步器53
6.1.2 锁销式同步器54
6.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定55
6.1.4 同步器主要参数的确定56
6.2 变速器操纵机构的设计选用58
6.2.1 变速器操纵机构的分类58
6.2.2 变速器常用操纵机构分析59
6.3 变速器箱体的设计60
6.4 本章小结61
第7章 轴的有限元分析62
7.1 有限元基本理论简介62
7.2 有限元分析基本步骤62
7.3 变速器输出轴的有限元分析的主要步骤63
7.4 本章小结68
结 论69
参考文献70
致 谢71
附 录A 外文文献72
附 录B外文文献的中文翻译74
第1章 绪 论
1.1 汽车变速器概述
变速器用于转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，对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。用变速器转变发动机转矩、转速的必要性在于内燃机转矩-转速变化特性的特点是具有相对小的对外部载荷改变的适应性[1]。
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。
变速器按其传动比的改变方式可分为有级、无级和综合式的。有级变速器按其前进挡的挡位数分为三、四、五挡和多挡的；而按其轴中心线的位置又可分为固定轴线式、旋转轴线式和综合式的。固定轴式变速器又分为两轴式、三轴式和多轴式的。变速器按其操纵方式又可分为自动式、半自动式、预选式、指令式、直接操纵式和远距离操纵式[2]。
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。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，对接合齿采取倒锥齿侧措施以及其他结构措施，可使操纵可靠，不跳挡、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；采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展，增力式同步器，双、中间轴变速器，后置常啮合传动齿轮、短第二轴的变速器，各种自动、半自动以及电子控制的自动换挡机构等新结构也相继问世。
变速器多采用飞溅润滑，重型汽车有时强制润滑第一、二轴轴承等。
变速器都装有单向的通气阀以防壳内空气热胀而漏油及润滑油氧化。壳底放油塞多放置磁铁以吸附油内铁屑。
1.2汽车变速器设计的目的和意义
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。[9]
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。
1.3 汽车变速器国内外现状和发展趋势
1.3.1 变速器国内外的现状
早期的汽车传动系，从发动机到车轮之间的动力传动形式是很简单的。1892年法国制造出第一辆带有变速器的汽车。1921年英国人赫伯特·福鲁特采用耐用的摩擦材料进一步完善了变速器的性能。现代汽车变速器是1894年由法国人路易斯·雷纳·本哈特和艾米尔·拉瓦索尔推广使用的。目前为止，变速器经历了几个发展阶段，主要为：
1、手动变速器
手动变速器主要采用齿轮传动的降速原理。变速器内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换挡工作，也就是通过操纵机构使变速器内的不同的齿轮副工作。手动变速器又称手动齿轮式变速器，含有可以在轴向滑动的齿轮，通过不同齿轮的啮合达到变速变矩的目的[3]。手动变速器的换挡操作可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、故障率相对较低、价廉物美。
2、自动变速器
自动变速器是根据车速和负荷（油门踏板的行程）来进行双参数控制，挡位根据上面的两个参数来自动升降。自动变速器与手动变速器的共同点，就是二者都属于有级式变速器，只不过自动变速器可以根据车速的快慢来自动实现换挡，可以消除手动变速器“顿挫”的换挡感觉。
自动变速器是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵机构组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩的目的。
3、无级变速器
无级变速器又称为连续变速式无级变速器。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[3]。
4、无限变速式机械无级变速器（IVT）
无限变速式机械无级变速器与其它自动变速器的差别之一是不使用变矩器。变矩器的作用是通过油液介质将发动机动力传递给变速器，它的传递效率通常只有80%。IVT由于不使用变矩器，与其它变矩器比较，IVT具有效率高、不易打滑、油耗低、不需要工艺复杂造价高昂的金属传送带、结构简单、成本低等一系列优点，加上传递扭矩大，长时间使用也不会过度发热，不但使用于轿车，也使用于越野车，是一种新型变速器。
1.3.2 汽车变速器的发展趋势
回顾汽车变速器的发展可以清楚的知道，变速器作为汽车传动系统的重要组成部分，其技术的发展，是衡量汽车技术水平的一个重要依据。现代汽车变速器的发展趋势，是向着可调自动变速器或无级变速器的方向发展。
自动变速器多挡化虽能扩大自动变速的范围，但它并非安全迅速。理想的无级变速器是在整个传动范围内能连续的、无挡比的切换变速比，是变速器始终按最佳换挡规律自动变速。无级化是对自动变速器的理想追求。
现代无级变速器传动效率提高，变速反应快、油耗低。随着电子技术的发展，变速器的自动控制进一步完善，在各种使用工况下能实现发动机与传动系的最佳匹配，控制更加精确、有效，性能价格比大大提高。无级变速器装有自动控制装置，行车中可以根据车速自动调整挡位，无需人工操作，省去了换挡及踩踏离合器踏板的操作。其不足之处在于价格昂贵、维修费用很高，而且使用起来比手动挡车费油，尤其是低速行驶或堵车中走走停停时，更会增大油耗[7]。
当今世界各大汽车公司对无级变速器的研究都十分活跃。不久的将来，随着电子控制技术的进一步完善，电子控制式的无级变速器可望得到广泛的发展和应用。
1.4 手动变速器的特点和设计要求及内容
1.4.1 手动变速器的特点
手动变速器的挡数通常在6挡以下，当挡数超过6挡时，可以在6挡以下的主变速器的基础上，再行配置副变速器，通过两者的组合获得多挡变速器。
近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，乘用车一般采用4-5个挡位的变速器。发动机排量大的乘用车多用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车上[6]。
某些汽车的变速器，设置有用在良好的路面上轻载或空车驾驶的场合的超速挡，超速挡的传动比小于1。采用超速挡，可以提高汽车的燃油经济性。但是如果发动机功率不高，则超速挡使用频率
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