GD1091型商用车变速器、传动轴设计【含CAD图纸+文档】
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GD1091
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机电工程学院毕业设计方案论证报告设计题目:GD1091型商用车变速器、传动轴设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 目 次1汽车变速器的概述 21.1汽车变速器的功用 21.2汽车变速器的基本类型 22汽车变速器、传动轴的设计分析 22.1汽车变速器设计的技术要求 32.2汽车传动轴设计的技术要求 33汽车变速器、传动轴布置方案的选择 33.1传动机构的布置方案的选择 33.2操纵机构的布置方案的选择 43.3变速器主要零部件的选择 53.4传动轴主要零部件的选择 6 论证结果7 参考资料9 121汽车变速器的概述1.1汽车变速器的功用在当代汽车上广泛采用的活塞式内燃机转矩和转速变化范围小，而汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化是其复杂的使用条件要求的内容。在传动系统中设置的变速器解决了这一矛盾。它的功用是：（1）利用空挡中断发动机的动力输出，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。变速器有变速传动机构和操纵机构组成，还可以加装动力输出器。（2）在发动机曲轴旋转方向不变的情况下，使得汽车能够倒退行驶。（3）改变传动比的大小，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。变速器为使汽车获得不同的牵引力和加速度改变了发动机传到驱动轮上的转矩和转速。（4）需要时应设置动力输出装置。1.2汽车变速器的基本类型（1）变速器如果按传动比变化方式分可分为无级式、有级式和综合式等几种形式。有级式变速器是实际中的应用最为广泛的一种形式，它具有几个值的传动比。如果按轮系布置的形式不同，可分为轴线旋转式和有轴线固定式变速器两种形式。目前，乘用车和轻、中型货车的变速比通常有1个倒档和3至5个前进档，组合式变速器在重型货车上使用，变换档位可能会有更多。综合式变速器的传动比可作无级变化，并且要在最小值和最大值之间的几个不连续的范围内进行，是目前应用较多的一种变速形式。在无级式变速器中，传动比多级变化可以在一定的范围内进行，有液力式和电力式是比较常见的两种形式。电力式无极变速器在超重型自卸车中应用的趋势很广泛。液力变矩器是液力式变速器的主要传动部件。（2）变速器按操纵方式不同又可分为自动操纵式，手动操纵式和半自动式三种形式。传动比选择是自动进行的是自动操纵式变速器。就是说档位变化是借助以下形式实现的：反映发动机符合和车速的信号系统来控制换挡系统的执行元件，控制车速只是需要驾驶员操纵加速踏板就可以实现。汽车若为多轴驱动，为把转矩分别输送给汽车各个驱动桥，变速器的后面一般还装有分动器。靠驾驶员用手操纵变速杆换挡的是手动操纵式变速器，是大多数汽车所采用的一种形式。半自动式变速器的操纵形式有两种：（1）普通型式。就是说驾驶员自己操纵实现不常用的档运行，自动操纵形式在经常使用的几个档位中进行。（2）只预选式。就是说提前来选定所用档位由驾驶员完成，当驾驶员松开加速踏板或踏下加速踏板的时候，液压装置或电磁装置自动接通从而来实现换挡的操作。92汽车变速器、传动轴的设计分析2.1 汽车变速器设计的技术要求变速器的目的是改变发动机传动到驱动轮上的转矩和转速。空挡是变速器设置有的，可在起动发、滑行、停车的时候切断发动机的动力传输。倒档变速器一般也设置有，因此汽车有倒退行驶的能力。实际中如有必要，动力输出也是变速器的一种功能。汽车变速器设计的基本要求如下：（1）正确选择变速器的单位数和传动比，使之与发动机参数优化匹配，以保证汽车具有良好的动力性和经济性。（2）设置空档以保证汽车在必要时能够将发动机与传动系长时间分离，设置倒档使汽车可以倒退行驶，改变行驶方向。（3）操纵简单、方便、迅速、省力。（4）传动效率高，工作平稳无噪声。（5）体积小、质量轻、承载能力强，工作可靠。（6）制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长。（7）贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关便准规定。（8）需要时应设置动力输出装置。2.2汽车传动轴设计的技术要求汽车传动轴是由万向节、轴管和伸缩花键组成的。中间支承一般还加装在长轴距汽车上，其主要作用是用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴之间旋转运动和传递转矩。汽车传动轴设计的基本要求如下：（1）保证两传动轴的夹角在一定的范围内变化时，能够稳定而非常可靠地传递力矩。（2）保证两轴在实际运行中尽可能等速转动。万向节的夹角产生的附加荷载、噪声和振动应在允许的范围内，使共振现象不在使用的车速范围内产生。（3）使用的时间长，传动中的效率高，结构相对简单，制造相对方便，维修也更容易。3汽车变速器、传动轴的布置方案的选择3.1 传动机构布置的方案的选择传动布置方案在变速器设计中的重要形式非常明显和突出的，主要涉及变速器轴布置的选择和变速器型式的选择。（1） 变速器轴布置的选择传动系结构简单，制造方便，连接紧密并且除最高档外其他各档的传动效率都比高，噪声低是两轴式变暂定为速器与中间轴式变速器相比的突出优点。但在一般中应用的前置前驱的轿车布置中常常要综合对比后才能选用哪个，一般选用选用中间轴式较多，所以我们将此次传动轴布置方案选择为中间轴式。中间轴式即使在齿轮的中心距相对小的情况中仍可获得较大的一档传动比。当然中间轴式的缺点是其他各档位的传动效率相对于直接档来说相对较低。此次我们设计的为商用车设计，为使设计的车能在实际中得到应用，综合考虑到使用方便和结构简单等诸多因素的存在，我们将变速器轴的布置形式选择为中间轴式变速器。（2）变速器型式的选择传动效率高，造价低廉是有级变速器和无级变速器相比所具有的优点，因此各类汽车中广泛采用有级变速器，所以说在这次毕业设计中也采用有级变速器，其传动机构分为固定轴式和旋转轴式两个类型。固定轴式在实际应用中最广泛。而前置后轮驱动的汽车上常采用两轴式变速器。中间轴式变速器由于在直接档工作的时候，第二轴的各档齿轮与第一轴的常啮合齿轮分别与相应的中间轴齿轮啮合，并且径向载荷载荷都不在第一、二轴上体现，只起传递扭矩的作用。因此传递效率高的直接档噪声及磨损也是最小的。考虑到设计的是GD1091型商用车的变速器传动轴，且商用车发动机所传递的扭矩、功率、转矩等主要参数相对于载货汽车来说不是特别大，所以采用中间轴式5+1档的结构是符合汽车的使用要求和发展方向的。其中倒档的布置在变速器中要尽量靠近支点。3.2 操纵机构的布置方案的选择驾驶员能够根据具体的道路情况可靠准确地摘下或挂上变速器某个档位以保证汽车安全行驶是变速器操纵机构的功用。拨块、拨叉轴、变速杆、拨叉等组成了操纵机构，操纵结构在变速器实际的工作中起到了相当重要的作用，驾驶员只有通过操纵机构才能使整个驾驶任务得以完成。如果按照驾驶员座位离变速器距离的远近来说，变速器操纵机构可以分为远距离操纵机构和直接操纵机构。直接操纵机构在实际中应用相当广泛，而且具有制造方便、使用符合一般情况、以及性能稳定等优点，所以说非常适合在我们本次GD1091型商用车的设计中使用，因此我们采用的操纵机构布置方案为直接操纵机构。为了充分了变速器操纵机构的具体结构和工作原理，我们通过图解的方式来解决这个问题。变速器操纵机构如图1所示：图1 六档变速器操纵机构示意图在本次毕业设计中确定将发动机前置后驱的驱动方式应用于汽车的总体布置，由于考虑到驾驶员和发动机所在位置的距离相对较近，因此我们需要在变速器操纵系统中加装一套传动机构以便使我们在进行操纵的时候更为省力、方便、快捷，为此我们将其称之为直接操纵机构，即：直接操纵机构是我们这次毕业设计所采用的操纵形式。3.3 变速器主要零部件的选择变速器的主要零部件选择在具体的汽车设计中非常重要，选择的好与不好也与汽车的性能参数有比较大的影响。特别是在变速器的运转过程中的稳定性的影响更大，因此我们要慎重选择变速器的换挡形式，其主要涉及到换挡形式的选择和齿轮型式的选择。（1）换挡形式选择啮合套换挡，直齿滑动齿轮换挡以及同步器换挡三种形式是变速器的几种常用换挡形式。在以上三种换挡形式中，同步器换挡形式具有诸多优点，特别是锁销式同步器在变速器中更是起到很大的作用。同步器换挡能使换挡迅速，无冲击和噪声，从而使汽车的行驶安全性、经济性和加速性得到一定程度上的提高。虽然同步器换挡的轴向尺寸相对较大，装配制造精度要求相对较高，结构相对复杂的缺点，但在综合对比分析的时候考虑到以上所述的具体优点和在实际中的应用方便性，在实际中应用依然较大。这就要求我们对同步器的具体结构作具体的了解和分析，并加以认识和揣摩，保证做到在一定程度上充分理解锁销式同步器的工作原理。为了充分了解锁环式同步器的具体结构和工作原理，我们通过图解的方式来解决这个问题。锁销式同步器如图2所示。图2 锁销式同步器1、6-变速器齿轮 2-锥盘 3-锥环 4-定位销 5-接合套 7-第二轴8-锁销 9-齿毂（2）齿轮形式的选择斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮是变速器齿轮的两种形式。具体使用中各有优缺点，工作噪声相对比较低，运转相对平稳，使用寿命相对较长是斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮比较时所具有的优点；工作的时候通常会有轴向力，相对复杂的制造过程以及装配相对是在比较时所具有的缺点。斜齿圆柱齿轮这些优点使其成为在变速器中的常啮合齿轮采用的一般齿轮传动形式，即使是在变速器啮合过程中增加齿轮数的情况下，并导致变速器的转动惯量和质量相对增大的情况下。直齿圆柱齿轮仅在倒档中得到应用。3.4 传动轴主要零部件的选择传动轴的主要零部件包括多个部分，为滚针轴承和万向节，因此我们主要分析这两个主要部件。（1）滚针轴承轴向定位形式的选择滚针轴承轴向定位有多种形式，并且每一种定位形式都有自己的优点和缺点，目前应用比较广泛的有瓦盖固定式、卡环式、盖板式和塑料环定位式等几种滚针轴承轴向定位方式。但每种形式都有其应用范围和使用条件，然而在具体的实际使用中我们必须要选用结构简单并且传动效率相对较高的定位形式。在上述四种滚针轴承轴向定为的方式中，结构简单、质量小、零件少和工作可靠的优点是卡环式的内挡圈所具有，所以在这种形式的商用车货车中很适合。综合以上分析，我将在本次设计中采用内挡圈定位。为了充分了解内挡圈的具体结构和工作原理，我们通过图解的方式来解决这个问题。内挡圈形式如图3所示：图3 滚针轴承的内挡圈定位（2）万向节的论证分析轴向定位件、主动叉、十字轴、滚针轴承及其从动叉和橡密封件等组成了普通的十字轴万向节。结构简单、两轴之间所允许所连接的较大交角、工作可靠是十字轴式刚性万向节的主要特点，因此在汽车实际应用中最为常见。两个十字轴万向节组合而成又联式万向节，其主要优点是轴承密封性好，允许两轴间的夹角相对较大，传动效率相对较高，制造相对较方便；缺点是零件结构较为复杂，外形尺寸比较大、数目相对较多。为了充分了解花键的具体结构和工作原理，我们通过图解的方式来解决这个问题，花键具体结构如图4所示。图4 万向传动轴花键轴结构简图1-盖子；2-盖板；3-滑动花键槽；4-盖垫；5-传动轴管；6-伸缩套；7-加油嘴；8-油封；9-油封盖； 10-万向节叉论证结果通过对以上论证的综合分析，并考虑到GD1091型商用车变速器、传动轴的具体性能特点和工作情况，我们最终确定本设计的最终方案为:（1）传动方案布置结果：有级机械固定式中间轴式5+1档传动方案，其齿轮布置方案如图5所示。图5变速器齿轮布置方案（2）操纵机构布置方案：直接操纵机构。（3）主要零部件结构方案：变速器各轴传动齿轮形式：斜齿圆柱齿轮用于1-5档；直齿圆柱齿轮用于倒档。换挡形式：同步器式换挡 。传动轴万向节：普通的十字轴万向节。参考资料1 王望与汽车设计 第3版北京：清华大学出版社，20002 刘维信汽车设计M第2版北京：高等教育出版社，2001.73 陈家端汽车构造 （上册）M第2版北京：高等教育出版社，2005.24 陈家端汽车构造 （下册）M第2版北京：高等教育出版社，2005.25 陈怀生.变速器对摩擦材料的质量要求.长春：吉林长春工业大学学报，1994.36 曾庆东.机动车减震器设计.北京：交通工业出版社，20007 刘敏信.汽车设计.北京:华南理工大学出版社，20018 李大鸿.宝
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