货车中间轴式变速器设计
68页 20000字数+说明书+任务书+开题报告+3张CAD图纸【详情如下】
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倒档齿轮.dwg
变速器总成装配图.dwg
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设计说明书封皮.doc
货车中间轴式变速器设计开题报告.doc
货车中间轴式变速器设计论文.doc
输出轴.dwg
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摘 要
本设计的任务是设计一台用于货车上的手动变速器。本设计采用中间轴式变速器.根据轿车的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数,结合自己选择的适合于该货车的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要的参数。再结合某些货车的基本参数，选择适当的主减速比。本次设计的汽车变速箱主要是从强度方面来对齿轮的尺寸计算及校核，轴的尺寸计算和位置的确定，选择设计满足其承载能力的同步器。另外，针对齿轮作用力的不同，在不同的轴上选择合适的轴承。利用软件Pro/e和CAD完成变速器总成图、第一轴、第二轴、中间轴、各个挡齿轮及同步器的设计。
关键词：变速器；锁环式同步器；传动比；中间轴；货车
ABSTRACT
The duty of this design is to design a manual transmission used in the truck, It’s the countershaft-type transmission gearbox.According to the contour, track，wheel base，the smallest ground clearance, the smallest turning radium, the vehicles weight, the all-up weight as well as the highest speed and so on, union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power, the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon, choose the suitable final drive ratio. This design is mainly gear's size computation and the examination，the axis size's calcul-ation and the position's determination，the choice design satisfies its bearing capacity the syn- chromesh. Moreover，in view of the gear action's difference, chooses the appropriate bearing on the different axis．Completes the transmission gearbox unit chart，the first axis，the second axis, the intermediate shaft using software Pro/E and CAD, to keep off the gear and the synchromesh design one by one．
Key words: transmission; inertial type of synchronizer; gear ratio; countershaft；truck
目 录
摘要.................................................................Ⅰ
Abstract..............................................................Ⅱ
第1章 绪论...........................................................1
1.1 概述................................................................ .1
1.2 国内外研究现状............................................... ........1
1.3 研究内容........................................................3
第2章 变速器传动机构布置方案.......................................4
2.1 传动机构布置方案分析....................... ..........................4
2.2 传动装置布置方案分析.................... .............................4
2.3 本章小结................................... ............. ............7
第3章 变速器主要参数的选择.........................................8
3.1 挡数的选择及各挡传动比的确定................ .........................8
3.3.1 确定挡数........................................................8
3.3.2 传动比范围的确定................................................8
3.2 中心距........................ .......................................9
3.3 齿轮参数....................... ......................................9
3.3.1 模数的选取.................. .... ...............................9
3.3.2 压力角..................... ...................................10
3.3.3 螺旋角......................................... ................11
3.4 齿宽计算.............................. ..............................11
3.5 各挡齿轮齿数的分配....................... ...........................11
3.5.1 确定一挡齿轮的齿数.............................................11
3.5.2 对中心距A进行修正................. .............................12
3.5.3 确定齿顶高系数和径向间隙系数......... .... .....................12
3.5.4 计算一挡齿轮参数...............................................12
3.5.5 确定常啮合传动齿轮副的齿数.....................................12
3.5.6 修正螺旋角的值.................................................13
3.5.7 中心距修正.....................................................13
3.5.8 确定常啮合齿轮参数.............................................13
3.5.9 确定其它各挡的齿数.............................................14
3.5.10 确定倒挡的齿数................................................18
3.6 变速器轮齿强度计算..................................................19
3.6.1 齿轮弯曲强度计算...............................................19
3.6.2 齿轮接触应力计算...............................................22
3.6.3 变速器齿轮具体强度校核计算.....................................24
3.7 本章小结.............................................................29
第4章 变速器轴设计计算............................................30
4.1 变速器轴设计................................. .......................30
4.2 初选轴的直径.................................... ....................30
4.3 轴的结构形状..................................... ...................30
4.4 轴的强度和刚度的计算.............................. ..................31
4.4.1 计算各轴上齿轮的圆周力与切向力.................................31
4.4.2 轴的刚度验算.......... ... .....................................33
4.4.3 轴的强度验算...................................................39
4.5 本章小结........................... ... .............................41
第5章 轴承选择与寿命计算............................................42
5.1 使用时间计算.................................... ....................42
5.2 轴承选择与寿命计算............................. .....................42
5.3 本章小结.......................... ..................................43
第6章 变速器的同步器设计及其结构元件..............................42
6.1 同步器设计.................. ........................................44
6.2 同步环主要参数的确定........................ ........................45
6.3 本章小结............................................. ...............47
第7章 应用Pro/E进行变速器的建模与装配... ... ... ... ... ... ....48
7.1 Pro/E软件简介........................ ...............................48
7.2 变速器齿轮集合模型的建立.............. ..............................48
7.2.1 直齿圆柱齿轮几何模型的建立.....................................48
7.2.2 斜齿圆柱齿轮集合模型的建立.....................................51
7.3 变速器轴的几何模型建立............... ...............................55
7.3.1 变速器第一轴的几何模型建立.....................................55
7.3.2 变速器中间轴的几何模型建立.....................................55
7.3.3 变速器第二轴的几何模型建立.....................................56
7.4 轴承的几何模型建立..................... .............................56
7.5 箱体的几何模型建立.................... ..............................57
7.6 变速器零件模型的虚拟装配................ ............................58
7.7 本章小结............................ ................................60
结论.................................................................61
参考文献..............................................................62
致谢.................................................................63
附录.................................................................64
1.1 概述
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。变速器设有空挡，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。
变速器由变速传动机构和操纵机构组成，对变速器设计的基本要求如下：
应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。
工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。
重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。
传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。
噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。
满足汽车有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。第2章 变速器传动机构布置方案
2.1 传动机构布置方案分析
汽车主要参数如下表2.1。
表2.1 整体设计中的汽车参数
额定总质量12100kg载质量5000 kg
自重7430 kg车宽2470 mm
车长10000mm轴距5720 mm
车高3630 mm转数2600r/min
最大转矩650 N·m
最大爬坡度16.7°离合器单片，干式
轴荷分配
满 载空 载
前36%，后64%前45%，后55%
最高车速93km/h
发动机功率136kW
车轮半径504mm
2.2 传动装置布置方案分析
固定轴式变速器中的两轴式和中间轴式变速器应用广泛。其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器因轴和轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间挡位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时噪声也低。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。还有，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。对于前进挡，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。中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。的共同特点是：变速器的第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器等一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达到90%以上，噪声低、齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率要高于其他挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其他前进挡位工作时，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与第二轴之间的距离不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有格挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。 本章对变速器的一轴、二轴、中间轴、倒挡轴以及各轴之间的装配，下箱体和上箱体的装配做了简要的介绍。轴总成的装配相对简单一些，主要通过匹配、对齐、插入等约束关系进行装配即可。轴与轴之间的装配比较繁琐，主要是通过匹配、对齐、插入等装配关系进行装配时，总会出现装配不完成，或者齿轮啮合无法匹配等错误。这时只能通过距离约束进行总体装配，通过中心距来约束各轴之间的距离，使装配结果能够完整、精确的进行装配。我本次所设计的题目是基于Pro/E货车变速器设计。此次设计主要通过在学校所学习的专业知识，自主设计出变速器总成，并通过Pro/E软件将其内部零件绘制出来，通过约束关系将其装配起来。
在变速器总成设计过程中，首先要了解变速器的内部结构和各组成部分。掌握齿轮和轴的计算方法，以及校核过程。了解同步器的工作原理以及变速器各齿轮的运动过程。
在变速器的设计计算中遇到过不少的问题，所学过的知识掌握得不够全面，但在导师和专业老师的耐心指导下，我所遇到的问题都一一解决，每解决一个问题我都会受益匪浅，完善自己所掌握的知识。此外也使我对待问题的消极心态有所改善 。通过这次对变速器的设计，使我对变速器的工作原理和结构有了更深一层的认识和了解，并学到了很多之前没有学到过的专业知识。
此次设计还重点训练了对软件Pro/E软件的学习和运用。在变速器的设计中，计算完齿轮和轴的尺寸后，要通过Pro/E来对每一个零件进行实体设计。最后要进行虚拟装配。
由于我之前很少接触Pro/E软件，因此我在设计中遇到了很多的问题。比如直齿轮和斜齿轮的画法，以及装配过程和装配原理。通过不断的查阅资料以及在杨老师的帮助下，使我掌握很多创建三维实体模型的方法及步骤，以及学会了如何熟练的运用Pro/E软件。
参考文献
[1] 王望予 主编. 汽车设计. 机械工业出版社，2000.
[2] 徐安、陈德阳 主编.汽车底盘. 机械工业出版社，2005.
[3] 臧杰、阎岩 主编. 汽车构造. 机械工业出版社，2005.
[4] 伊万建 主编. 汽车机械基础. 中央广播电视大学出版社，2005.
[5] 张金柱、韩玉敏、石美玉 主编. 汽车工程专业英语. 化学工业出版社，2005.
[6] 刘极风 主编. 计算机辅助设计与制造. 高等教育出版社，2004.
[7] 林清安 主编. 完全精通Pro/ENGINEER零件设计基础. 电子工业出版社，2010.
[8] Chun Shuxun,Ye Shanghui A Guide-weight criterion method for the optimal design of antenna structures[J]Engineering Optimization.1986,10（3），199～216
[9] Zoltan Sadovsky．Discussion on；An in．verse reliability method and its application[J]．Structural Safety，2000，（22）：97～102
[10] 吴宗泽、罗圣国 主编.机械设计课程设计手册. 高等教育出版社，2006
[11] 陈家瑞 主编. 汽车构造. 机械工业出本社，2004.
[12] 罗锦陵、宋美娟、周宏湖 主编. 汽车配件实用手册. 上海交通大学出版社，1997.
[13] 刘惟信 主编. 汽车设计. 清华大学出版社，2001.
[14] 吴文琳 主编. 图解汽车底盘构造手册. 化学工业出版社，2007.
[15] 张洪欣 主编. 汽车设计. 机械工业出版社，1981.
[16] 王霄、刘会霞 主编. 典型机械零件设计手册.化学工业出版社，2007.
[17] 徐志生 主编. 汽车理论. 机械工业出版社，2009.
[18] 马秋生 主编. 机械设计基础. 机械工业出版社，2005.
[19] 程桢、乔雅敏 主编. 工程力学. 中国计量出版社，2007.
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