东方之子1.8轿车5挡变速器设计【带PROE三维】【汽车类】【7张CAD图纸】【优秀】

东方之子1.8轿车5挡变速器设计

73页 22000字数+说明书+任务书+开题报告+PROE三维图+7张CAD图纸【详情如下】

PROE三维图

一档从动齿轮.dwg

三档主动齿轮.dwg

三档从动齿轮.dwg

东方之子1.8轿车5挡变速器设计开题报告.doc

东方之子1.8轿车5挡变速器设计说明书.doc

任务书.doc

倒挡从动齿轮.dwg

封皮.doc

指导记录.doc

摘要.doc

目录.doc

装配图.dwg

评分表.doc

输入轴.dwg

输出轴.dwg

过程管理封皮.doc

题目审定表.doc

目    录

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第1章 绪  论1

1.1选题目的及意义1

1.2国内外研究现状1

1.3国内外研究方法2

1.4设计内容及方法3

1.5汽车变速器的设计要求4

第2章 变速器总体方案设计5

2.1变速器传动机构布置方案分析5

2.1.1变速器选择5

2.1.2档位布置6

2.2倒挡布置方案7

2.3零、部件结构方案分析8

2.3.1齿轮形式8

2.3.2变速器轴承的选择8

2.3.3操纵机构的布置8

2.3.4 换挡机构形式9

2.3.5自动脱挡9

2.4本章小结10

第3章 变速器的设计与计算11

3.1变速器主要参数的选择11

3.1.1传动比范围11

3.1.2 初选中心距13

3.1.3变速器的外形尺寸13

3.1.4齿轮参数选择13

3.2各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算14

3.2.1一挡齿数及传动比的确定14

3.2.2二挡齿数及传动比的确定15

3.2.3计算三挡齿轮齿数及传动比15

3.2.4计算四挡齿轮齿数及传动比16

3.2.5计算五挡齿轮齿数及传动比16

3.2.6计算倒挡齿轮齿数及传动比16

3.3齿轮变位系数选择和螺旋角的修正17

3.3.1计算一挡齿轮变位系数及螺旋角修正18

3.3.2计算二挡齿轮变位系数及螺旋角修正18

3.3.3计算三档齿轮变位系数及螺旋角修正19

3.3.4计算四档齿轮变位系数及螺旋角修正20

3.3.5计算五档齿轮变位系数及螺旋角修正20

3.3.6计算倒档齿轮变位系数及螺旋角修正21

3.4各挡齿轮主要参数的确定22

3.4.1一挡齿轮参数22

3.4.2二挡齿轮参数23

3.4.3三挡齿轮参数23

3.4.4四挡齿轮参数25

3.4.5五挡齿轮参数26

3.4.6倒挡齿轮参数27

3.5齿轮的校核29

3.5.1齿轮材料的选择原则29

3.5.2变速器齿轮的材料及热处理30

3.5.3变速器齿轮弯曲强度校核30

3.5.4齿轮接触应力校核34

3.6本章小结38

第四章 轴的设计及轴的强度校核39

4.1轴的结构尺寸设计39

4.2轴的校核40

4.2.1轴的刚度校核40

4.2.2轴的强度校核47

4.3轴承选择与寿命计算50

　　4.3.1变速器输入轴工作时51

　　4.3.2变速器输出轴工作时52

4.4本章小结53

第五章 变速器同步器及壳体的设计54

5.1同步器的功用及分类54

5.1.1惯性式同步器54

5.2 同步器主要尺寸的确定56

5.2.1 摩擦因数56

5.2.2同步环主要尺寸的确定57

5.2.3 锁止角58

5.3变速器壳体58

5.4本章小结58

第6章 变速器操纵机构59

6.1直接操纵手动换挡变速器59

6.2远距离操纵手动换挡变速器59

6.3本章小结60

结  论61

参考文献62

致  谢63

附  录64　　

摘  要　

　　　变速器是汽车传动系统中比较关键的部件，它的设计好坏将直接影响到汽车的实际使用性能。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工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。

　　　因为变速箱在低档工作时作用有较大的力，所以一般变速箱的低档都布置靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。

　　　本文设计研究了两轴式五挡手动变速器，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。　

关键字：变速器；传动比；齿轮；轴；强度校核　

ABSTRACT　　

　　　Transmission is more critical in automotive driveline components, its design will directly affect the vehicle's actual performance. Transmission is used to change the engine torque on the wheel and reached the speed, aimed at standing start, climbing, cornering, acceleration and other driving conditions, making the car get different traction and speed, while the engine in the most favorable conditions within the work. Transmission with neutral and reverse gear. Necessary transmission power output as well.     Because the role of transmission in low-grade work, have a greater force, it is generally low-grade transmission are arranged close to the shaft bearing at the rear, then follow the order from low to high gear arrangement of the stalls. This not only makes a large enough axial rigidity, but also ensures easy assembly. The overall structure of the gearbox shaft and the rigid shell structure with a relationship. Usually by controlling the length of the shaft that controls the number of files, to ensure there is sufficient rigidity gearbox.     This design study of the two-axis five-speed manual transmission, the transmission works are described in detail, transmission gears and shafts of the gear to do the detailed design calculations, and make a strength check, carried out a number of standard parts selection . Transmission of the transmission design and about the transmission of each component material selection.

Keywords : transmission；Transmission ratio；Gear；Axis；Checking

一、设计（论文）目的、意义

　　　变速器是汽车的重要部件之一，主要实现汽车在行进过程中变速及倒车功能。通过改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，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。变速器的好坏还体现在挡位区间是否清晰、换挡是否平顺。道理很简单，一个挡位模糊、换挡艰涩的变速器是不会为汽车带来流畅的动力分配也不会为驾驶者带来惬意的驾驶乐趣的。因此变速器的设计对汽车性能至关重要。变速器组成零件较多，零件之间的装配关系相当复杂。对于车辆工程专业的本科学生，通过本毕业设计可以充分复习所学知识，并能提高计算机及软件使用水平，为以后的工作打下坚实基础。　　

二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）

主要内容：

研究东方之子1.8轿车机械变速器的组成、结构与设计；

计算变速器各部件的尺寸参数并进行验证；

变速器传动方案设计；

变速器关键零部件校核计算；

在UG/Proe软件平台上建立零件的等比例物理模型；

进行三维零件的虚拟装配（利用部件的链接关系建立部件之间的装配）；

主要技术指标：

主减速比4.133

最高车速190km/h

车重1440kg

发动机最大功率97/5750(kw/rpm)

发动机最大转矩170/4500(N·m/rpm)

轮胎规格205/65R15

长宽高477018151445mm

研究方法：

要求研究汽车变速器原理、结构以及设计等基本理论，并将其与机械制图、机械设计、计算机软件等相关知识有机结合、熟练运用；

要求运用Pro/E进行主要零件建模与零件装配；                                                                                  　　　随着科学技术的不断进步，汽车工业相应得到了迅速发展。特别是从汽车的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车已为世界经济的发展、为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响， 为人类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献，掀起了一场划时代的革命ElI。

1.1选题目的及意义

　　　自从汽车采用内燃机作为动力装置开始，变速器就成为了汽车重要的组成部分， 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，故其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾，这对矛盾靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。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。

　　　变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。本次设计车型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，换档可以使得发动机工作在其最佳的动力性能状态下。变速器通过离合器与发动机相连，变速器的输入轴就可以和发动机达到同步转速。通过本次变速器的设计可以使我们更好的了解变速器的构造和设计方法，把我们大学所学的知识连成线，穿在一起，让我们运用的更加熟练；并根据所确定的参数设计出了变速器的结构，在设计的过程中注重了变速器的合理性与实用性，最后画出了变速器的工程图，同时也为我们以后的工作打下了良好的基础，锻炼了我们的动手和实践能力，让我们的学习生活变的更有意义。

1.2国内外研究现状

　　　近年来，随着微电子技术的飞速发展，电子控制自动变速器的问世，给汽车带来了更理想的传动系统。机电一体化技术进入汽车领域，推动汽车变速器装置的重大变革。自动变速器装置出现了电子化趋势，特别是大规模集成电路技术的发展，使由微机控制发动机和变速器换挡成为可能。目前，在汽车上所使用的自动变速器主要有以下几类：液力自动变速器、电子控制机械自动变速器和机械无级自动变速器。液力自动变速器（Automatic Transmission 或Automatic Transaxle，AT）的基本形式是液力变矩器与动力换档的旋转轴式机械变速器串联。从50年代起，装备液力自动变速器的轿车开始增多，但由于其效率明显低于机械变速器，而且结构复杂，成本高，从而限制了它的发展。60年代的研究重点是采用多元件工作轮来提高液力变矩器的效率。70年代是使用闭锁离合器提高变速器在高速时的效率。80年代则采用增加行星齿轮变速器档位的方法及使用电子控制。90年代，大量电子技术的应用，使液力自动变速器的发展进入了一个新的时期，综合性能有了较大的提高。如今，液力自动变速器在汽车上的装备率，美国为90%，日本为80%[11]。电子控制机械自动变速器是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级机械自动变速器。作为汽车关键总成之一，变速器技术在汽车诞生的百年历史中在不断地与时俱进。手动变速器由于其传递动力的直接与高效性，加上制作技术的成熟与低成本，现代汽车中装备手动变速器的汽车仍然占有很大比例。但随着人们对汽车舒适性要求越来越高，现代汽车自动变速器装备率越来越高却是一个不争的事实，尤其是当自动变速器也逐渐能够兼顾操控性的时候。但，传统自动变速器技术却由于其效率的低下而在等待一场革命[4]。

1.3国内外研究方法

　　　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，发达国家再机械产品设计上早已进入了分析阶段，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，使得产品开发周期很长，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完善。

   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、强度、刚度等计算、三维实体造型应用于汽车的设计开发中，将CAD、CAM、CAPP、CAE集成，是生产效率提高，产品质量得到保证，市场响应速度提高，从而大大地提高了他们的竞争力，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[11]。　　　（1）对变速器传动机构的分析与选择

　　　通过比较两轴和中间轴式变速器各自的优缺点，以及所涉及车辆的特点，确定传动机构的布置形式。

　　　（2）变速器主要参数的选择

变速器主要参数的选择：挡数、传动比、中心距、齿轮参数等。

（3）变速器齿轮强度的校核

　　　变速器齿轮强度的校核主要是针对变速器的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行校核。

　　　（4）轴的基本尺寸的确定及强度计算

　　　对于轴的强度计算原则是对轴的刚度和强度分别进行校核。

　　　（5）轴承的选择和同步器的设计

　　　对变速器轴的支撑部分选用圆锥滚子轴承，根据车辆的载质量和使用要求选择锁销式同步器，并确定同步器的尺寸参数。

（6）设计变速器的操纵机构

参考多方资料，设计了典型的操纵机构及其互锁装置。

　　　（7）对变速器进行三维建模

　　　利用利用AutoCAD软件完成装配图、零件图的绘制。

1.5汽车变速器的设计要求

　　　汽车变速器的基本设计要求：保证汽车有必要的动力性和经济性；设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输；设置倒挡，使汽车能倒退行驶；换挡迅速、省力、方便；工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡，以及换挡冲击等现象出现；工作效率高，噪声小；结构简单、方案合理；在满载及冲击载荷条件下，使用寿命长；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、维修方便等要求。2．1变速器传动机构布置方案分析

　　　按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线式和综合式的。其中固定轴式应用广泛，有两轴式和三轴式之分，前者多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，而后者多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。

2.1.1变速器选择

两轴式变速器            

　　　两轴式变速器如图2-1所示：因轴和轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间档位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时工作噪声小。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易受损。对与前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反；而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向相同。当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒挡常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他挡均采用常啮合斜齿轮传动；各挡的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高挡的同步器也可以装在第一轴的后端[1]。　　　1．直接操纵手动换挡变速器

　　　    当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动换挡变速器，称为直接操纵变速器。

　　　2．远距离操纵手动换挡变速器

　　　   平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器，受总体布置限制变速器距驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种手动换挡变速器称为远距离操纵手动换挡变速器。

　　　3．电控自动换挡变速器

　　　80年代以后，在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换挡时刻的判断，接着自动实现收油门、离合器分离、选

挡、换挡、离合器接合和回油门等一系列动作，使汽车动力性、经济性有所提高，简化操纵并减轻了驾驶员的劳动强度。

　　　由于本设计的变速器为两轴式变速器，采用发动机前置前轮驱动，变速器离驾驶员座椅较近，所以采用直接操纵式手动换挡变速器。

2.3.4 换挡机构形式

换档机构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。

　　　直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，初一档、倒档外很少采用。

　　　啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。

　　　采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中[1]。

在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上保证结合套与待　　　目前在结构上采取措施比较有效的方案有以下几种：

　　　1.将两接合齿的啮合位置错开，这样在啮合时，使接合齿端部超

　　　过被接合齿约1～3mm。使用中接触部分挤压和磨损。

　　　2.将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下0.3～0.6mm），这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档。

　　　3.将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜2°～3°），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力[7]。

2.4本章小结

　　　本章主要介绍了变速器传动机构和操纵机构的类型，并简要分析各类型机构的优缺点，针对本次设计变速器类型、特点及功用，对变速器的传动机构操纵机构的布置方案，主要零件的形式进行选择，为后期的设计工作打下基础。　　　第3章 变速器的设计与计算

3.1变速器主要参数的选择

　　　本次设计是在给定主要整车参数的情况下进行设计，东方之子1.8L 5挡手动变速器整车主要技术参数如表3.1所示：

表3.1 整车主要技术参数

　　发动机最大功率　　97kw　　车轮型号　　205/65R15

　　发动机最大转矩　　170N·m　　最大功率转速　　5750r/min

　　最大转矩转速　　4500r/min　　最高车速　　190km/h

　　总质量　　1440kg　　前轴载荷　　864kg

3.1.1传动比范围

　　　变速器传动比范围是指变速器最高档与最低档传动比的比值。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，其他商用车则更大。

1、变速器传动比的确定

　　　发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：

                                                       （3.1）

　　　式中：----汽车行驶速度(km/h)；

　　　　　　----发动机转速（r/min）；

　　　　　　----车轮滚动半径（m）；

　　　　　　----变速器传动比；

　　　　　　----主减速器传动比；

　　　车轮半径由所选用的轮胎规格所得r=0.324（mm）为0.7～0.8，本设计最高档传动比选为0.8.　　　本文是根据汽车的主要技术参数来设计一台两轴式变速器。在变速器的设计过程中，主要的研究内容如下：变速器传动机构布置方案的确定；变速器主要参数的选择；变速器齿轮、轴、轴承的计算和校核；同步器和操纵机构及箱体的设计等。

　　　以东方之子汽车主要技术指标，发动机功率转速及车辆行驶环境为依据，通过计算已有的数据得出变速器的各项参数，并利用CAD进行绘图。

　　　首先查阅国内外文献，进行了变速器传动方案的论证和选择，分析了变速器各传动方案的优缺点，在综合分析的基础上选择了本设计所依据的传动方案；然后进行变速器的设计计算以及绘制说明书中要用到的图。变速器的传动方案确定后，对变速器的主要参数进行了选择，分配了变速器各挡的传动比和各挡齿轮的齿数及变位系数，并计算了齿轮的弯曲应力和接触应力。在变速器轴的设计部分，首先是进行了变速器轴的结构设计，分配了各段轴的长度和轴径，然后进行了变速器轴的强度和刚度的校核，同时对轴上轴承进行了强度校核。现代变速器广泛采用同步器换挡，本文依据所设计变速器的使用要求，选择了各挡同步器的形式。最后分析了变速器操纵机构的特点和操纵方式，选择了直接操纵式手动换挡变速器，并简单介绍了变速器箱体的设计原则；最后主要是利用CAD进行画图和对设计说明书的完善。

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