摘 要
本次设计的题目是长城皮卡三轴式变速器设计。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;齿轮;设计
ABSTRACT
The design of the subject is Nissan Pick-up 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 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, Gear,design
目 录
摘要……………………………………………………...…………………..……….I
Abstract………………………………………………………………………...........II
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 变速器主要参数的选择和齿数分配…………………………….....5
2.1设计所依据的主要技术参数………………………………………………5
2.1.1变速器各档传动比的确定…………………………………………..5
2.1.2中心矩………………………………….………….…………………8
2.2齿轮参数………………………………….………….……………………..8
2.2.1模数………………………………………………………………......8
2.2.2压力角………………………………………………………………..9
2.2.3螺旋角……………………………………………………………..…9
2.2.4齿宽…………………………………………………………………..9
2.2.5齿顶高系数……………………………………………………….....10
2.3各档齿轮齿数的分配……………………………………………………...10
2.3.1确定一档齿轮的齿数……………………………………………….10
2.3.2对中心距A进行修正……………………………………………….10
2.3.3确定常啮合传动齿轮副的齿数…………………………………….12
2.3.4确定其它各档的齿数……………………………………………….14
2.3.5确定倒档齿轮齿数………………………………………………….19
2.4本章小结…………………………………………………………………...21
第3章 齿轮校核…………………………………………………………………22
3.1齿轮材料的选择原则……………………………………………………22
3.2计算各轴的转矩…………………………………………………………22
3.3轮齿强度计算……………………………………………………………23
3.3.1齿轮弯矩强度计算……………………………………………….23
3.3.2齿轮接触应力…………………………………………………….27
3.4计算各档齿轮的受力……………………………………………….32
3.5本章小结…………………………………………………………….35
第4章 轴及轴上支承件的校核………………………………………………36
4.1轴的工艺要求…………………………………………………………...36
4.2轴的强度计算…………………………………………………………...36
4.2.1初选轴的直径…………………………………………………….36
4.2.2轴的强度验算 …………………………………………………...37
4.3轴承及轴承校核………………………………………………………...49
4.3.1一轴轴承校核…………………………………………………….49
4.3.2中间轴及轴承校核…………………………………………….....51
4.4本章小结………………………………………………………………...53
第5章 同步器和操纵机构的设计…………………………………………..54
5.1同步器的设计选用……………………………………………………...54
5.1.1锁环式同步器………………………………………………….....54
5.1.2锁销式同步器………………………………………………….....55
5.1.3锁环式同步器主要尺寸的确定………………………………….56
5.1.4同步器主要参数的确定………………………………………….57
5.2变速器箱体的设计……………………………………………………...59
5.3本章小结………………………………………………………………...60
结论……………………………………………………………………………….…61
参考文献………………………………………………………………………...…62
致谢…………………………………………………………………………………63
附录A外文文献………………………………………………………………….65
附录B外文文献的中文翻译…………………………………………………..67
第1章 绪 论
1.1变速器的概述
变速器是用于改变转速和转矩的机构。 变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置。又称变速箱。变速器由传动机构和变速机构组成，可制成单独变速机构或与传动机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用行星齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和离合器等。滑移齿轮有多联滑移齿轮和变位滑移齿轮之分。用三联滑移齿轮变速，轴向尺寸大；用变位滑移齿轮变速 ，结构紧凑 ，但传动比变化小。离合器有啮合式和摩擦式之分。用啮合式离合器时，变速应在停车或转速差很小时进行，用摩擦式离合器可在运转中任意转速差时进行变速，但承载能力小，且不能保证两轴严格同步。为克服这一缺点，在啮合式离合器上装以摩擦片，变速时先靠摩擦片把从动轮带到同步转速后再进行接合。行星齿轮传动变速器可用制动器控制变速。变速器广泛用于机床、车辆和其他需要变速的机器上 。 机床主轴常装在变速器内，所以又也叫主轴箱，其结构紧凑，便于集中操作。在机床上用以改变进给量的变速器称为进给箱。
汽车变速器是通过改变传动比,改变发动机衢州的转矩,适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻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。通俗上分为手动变速器(MT),自动变速器(AT),手动/自动变速器,无级式变速器。汽车变速器一般由前箱体和后箱体组成。
变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。
1.2本课题研究的意义
从上世纪50年代第一辆国产载货汽车下线以来，我国汽车工业经过了50 多年的发展，已经成为我国的支柱产业。随着改革开放的深入和社会发展的广泛需求，我国汽车工业发展迅速，汽车保有量逐年上升，2006年我国汽车保有量比1997年增加了2.03倍，近十年来年均增长率为13.4 %。保持了较高的增长速度。
汽车是重要的交通运输工具，其设计和制造水平是各国科学技术发展水平的重要标志。汽车工业是资金密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。世界各个工业发达国家就会无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。汽车的研制、生产、销售、营运，与国民经济许多部门都息息相关，对社会经济建设和科学技术发展起重要的推动作用。汽车也是社会物质生活发展水平的标志。汽车的保有量随着国民人均收入水平的提高而增加。在许多发达国家中，汽车的数量巨大并以普及到千家万户，进而促使人们的社会生活方式发生了显著地变化。
1886年，世界上诞生的第一辆汽车并未安装变速器，直到1902年菜由法国人早出了第一部装有变速器的汽车。目前，巨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，其机构简单、操纵方便、造价低廉仍不失为汽车传东西中常用的主要总成。犹豫汽车上防范采用活塞式内燃机，其转矩和转速变化范围较小，儿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因结构简单，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唱的时间里，依然会在我国轻中型货车传动系中占据主导地位。
1.3国内外研究现状和发展趋势
1.3.1国内外研究现状
我国的汽车及各种车辆的零部件产品在性能和质量上和发达国家存在着一定的差距，其中一个重要原因就是设计手段落后，发达国家在机械产品设计上早以进入了分析设计阶段，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、可靠性设计等应用到产品设计中，采用机械CAD系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查，实现三维设计，大大地提高产品设计的一次成功率，减少了试验费用，缩短了产品更新周期。而我们的设计手段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段，设计完成后在投产中往往要进行很大的改动，似的产品开发周期很长，性能质量低等。为改变我国的车辆零部件的生产和设计手段的落后状况，缩短新产品的开发周期，提高市场竞争力，有必要开发一些适合中国国情的汽车及零部件的CAD系统，对已开发的CAD系统需进一步提高和改善。
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，随之开发并形成一些成套硬件和软件系统。在美国、日本及欧洲发达国家中，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应用的集成化系统。
美国的CAD技术一直处于领先地位，其主要目标就是建立完善的CAD/CAM集成系统。美国汽车工业最早最早应用了CAD系统。美国通用汽车公司、福特汽车公司等都已广泛应用CAD技术。他们将结构、刚度、刚度等计算、三维实体造型应用于汽车设计。市场响应速度提高，从而大大地提高了他们竞争力，为他们带来了巨大的经济效益。他们应用的CAD软件主要有PRO/E、UG、CATIA、IGES等。
国外的这些汽车公司已有CAD程序，但涉及各公司的标准和技术规范及试验都很保密。与国外相比，我过的汽车工业在CAD方面起步较晚，发展比较慢。目前一些高校和大中型企业已开始进行CAD的研究，在产品的改进设计、设计后的计算机绘图及有限元分析等方面已陆续区的一些效果。但总的来讲国内工厂多数是以来传统的设计方法—经验类比法，对引进产品主要是测绘仿制，难以满足现代汽车工业的客观要求。采用现代设计方法，是提高自行设计、消化吸收和国产化的极其重要手段。
1.3.2变速器的发展趋势
近年来，随着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，对变速器的性能要求也越来越高。众多的汽车工程师在改进汽车变速器性能的研究中倾注了大量的心血，使变速器技术得到了飞速的发展。机械师变速器是目前使用最为广泛的汽车变速器。虽然它有诸多缺点，如换挡冲击大，体积大，操纵麻烦等；但是，它也有很多优点，如传动效率高，工作可靠，寿命长，制造工艺成熟和成本低等。所以，如果能改善机械师变速器上述的缺点，他还是有很大的发展空间的。如果在减小机械师变速器的体积和提高传动平稳性两方面做一些研究，就可以解决这些问题。
变速器用来改变发动机传动到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种工况下，是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矿范围内工作。变速器设有空档，可在启动发动机、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，机械式变速器还有动力输出功能。
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
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，则超速挡使用频率很低，节油效果不显著，甚至影响汽车的动力性。
从传动机构布置上来说，目前，两轴式和三轴式变速器都得到了广泛的应用。其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。三轴式变速器的第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递转矩则称为直接挡。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也仅传递转矩。因此，直接挡的传动效率高，磨损及噪声也最小，因为直接挡的利用率要高于其它挡位，因此提高了变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴和第二轴之间的距离（中心距）不大的情况下，一挡仍有较大的传动比；挡位高的齿轮采用长啮合齿轮传动，挡位低的齿轮可以采用或不采用长啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其它挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。
手动变速器的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮有更长的寿命、更低的噪声，虽然其制造稍微复杂且在工作时有轴向力。因此，在变速器中，除低挡及倒挡齿轮外，直齿圆柱齿轮已被斜齿圆柱齿轮所取代。当然，常啮合齿轮副的增多将导致旋转部分总惯性力矩的增大。
1.4.2 手动变速器的设计要求
对机械式变速器提出如下基本要求：
（1）保证汽车有必要的动力性和经济性
（2）设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。
（3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。
（4）设置动力学输出装置，需要时能进行功率输出。
（5）换挡迅速、省力、方便。
（6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。
（7）变速器应当有高的工作效率。
（8）变速器的工作噪声低。
除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。
满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、传动比范围和各档传动比有关。汽车工作的条件越复杂、比功率越小，变速器传动比范围越大。
1.4.3设计的主要内容
本次设计主要是依据长城皮卡的有关参数，通过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、各挡齿轮齿数的分配；
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、变速器箱体的设计
第2章 基本数据选择和齿轮的计算
2.1设计初始数据：
最高车速：=140Km/h；
发动机功率：=100KW；
转矩：=200Nm；
总质量：ma=1740Kg；
转矩转速：nT=2500r/min；
车轮：R16（选235/70R16） ；
r≈R=16×2.54×10/2+0.7×235=367.7mm。
参考文献
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