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远舰汽车变速器设计【两轴式五档手动】【7张CAD图纸】【汽车车辆专业】

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远舰汽车变速器设计
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摘  要
在汽车行驶时的动力传递过程中,变速器是其中的重要环节。汽车变速器是汽车传动系统的主要组成部分,主要作用是将发动机的转矩经过改变后传递给主减速器,最终将动力有效而经济地传至驱动车轮,以满足汽车的使用要求。设置空档用来中断动力传递,设置倒档,使汽车能够倒退行驶。
本设计以现有企业正在生产的远舰汽车变速器为基础,在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、总质量、车轮滚动半径等条件下,着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算;并对变速器的传动方案和结构形式进行设计;同时对操纵机构和同步器的结构进行设计;从而提高汽车的整体性能。
文中对变速器的主要参数进行验证,包括齿轮强度的校核、变速器轴强度和刚度的校核、轴承寿命的验算等,计算结果表明整体性能满足要求。


关键词:两轴式;变速器;齿轮;同步器;设计;校核
ABSTRACT
In the process of power delivery of the auto movement, transmission is the necessary link. Auto transmission is the main component of the drive train, the main effect is to transfer torque from engine to final drive through by changing gear ratio is to expand the scope and speed to adapt to the driving conditions effectively and economically. Setting neutral is to interrupt power transmission; Setting up to reverse, the vehicle can drive back.
The design based on the existing enterprises production Yuanjian Transmission, In conditions that knowing the engine output torque speed of engine and maximum speed of vehicles, maximum degree, focus on the designing of transmission gear structural parameters, axis geometry design computation; as well as the transmission and drive program structure design; Meanwhile on the structure of components to manipulation and synchronous design; thereby enhancing the overall performance of cars.
The main parameters for transmission have been checked, including the strength of gear, the transmission shaft strength and stiffness of the coupling, Bearing life, results show overall performance meet the requirement.


Key words: Twin-shaft; Transmission; Gears; Synchronizer; Design; Parameters

目  录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 汽车变速器的设计要求 1
1.1.2 国内外汽车变速器的发展现状 2
1.2 设计的内容及方法 2
第2章 变速器传动机构与操纵机构方案选择 4
2.1 变速器传动机构布置方案 4
2.1.1 变速器传动方案分析与选择 4
2.1.2 倒档布置方案 4
2.1.3 零部件结构方案分析 5
2.2 变速器操纵机构布置方案 7
2.2.1 概述 7
2.2.2 典型的操纵机构及其锁定装置 8
2.3 本章小结 10
第3章 变速器传动机构的设计与计算 11
3.1 变速器主要参数的选择 11
3.1.1 档数 11
3.1.2 传动比范围 11
3.1.3 变速器各档传动比的确定 11
3.1.4 中心距的选择 14
3.1.5 变速器的外形尺寸 15
3.1.6 齿轮参数的选择 15
3.1.7 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算 16
3.1.8 变速器齿轮的变位 19
3.2 变速器齿轮强度校核 23
3.2.1 齿轮材料的选择原则 23
3.2.2 变速器齿轮弯曲强度校核 23
3.2.3 轮齿接触应力校核 27
3.2.4 倒档齿轮的校核 31
3.3 轴的结构和尺寸设计 32
3.3.1 轴的工艺要求 33
3.3.2 初选轴的直径 33
3.3.3 轴最小直径的确定 34
3.4 轴的强度验算 35
3.4.1 轴的刚度计算 35
3.4.2 轴的强度计算 42
3.5 轴承选择与寿命计算 48
3.5.1 输入轴轴承的选择与寿命计算 49
3.5.2 输出轴轴承的选择与寿命计算 52
3.6 本章小结 53
第4章 变速器同步器及操纵机构的设计 54
4.1 同步器 54
4.1.1 同步器工作原理 54
4.1.2 惯性式同步器 54
4.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定 56
4.1.4 主要参数的确定 56
4.2 操纵机构 59
4.2.1 概述 59
4.2.2 典型操纵换档机构 59
4.3 变速器壳体 60
4.4 本章小结 60
结论 61
参考文献 62
致谢 63
附录A1 64
附录A2 67

第1章  绪  论
1.1概述
随着汽车工业的迅猛发展,车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,目的是适应汽车在起步、加速以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮的不同要求的需要,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。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标,对乘用车而言,其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天,车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标,而变速器的设计不合理,将会使汽车的舒适性下降,使汽车的运行噪声增大,影响汽车的整体性。
1.1.1汽车变速器的设计要求
汽车传动系是汽车的核心组成部分。其任务是调节、变换发动机的性能,将动力有效而经济地传至驱动车轮,以满足汽车的使用要求。变速器是完成传动系任务的重要部件,也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展,轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比,并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽车变速器的设计工作开始之前,首先要根据变速器运用的实际场合来对一些主要参数做出选择。主要参数包括中心距、变速器轴向尺寸、轴的直径、齿轮参数、各档齿轮的齿数等。


内容简介:
机械式汽车变速器的速比配置分析3蔡炳炎,徐 勇,林 宁(武汉理工大学 汽车学院,湖北 武汉 430070)摘 要:汽车变速器是汽车上的重要部件,为保证汽车必要的动力性和经济性指标,必须合理选择和配置变速器档位及各档速比。通过对变速器等比级数速比配置、 偏置等比级数速比配置的理论分析,从经济性和加速性两方面分析对比两种速比配置,在总档位数和一档速比确定后,合理的分配变速器各档速比。关键词:变速器;总档数;等比级数;偏置等比级数中图分类号: TH123 文献标识码:A 文章编号: 1007 - 4414 (2005) 02 - 0019 - 031886年,世界上诞生的第1辆汽车的并未装有变速器,直到1902年才由法国人造出了第1部装有变速器的汽车。目前,绝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,其结构简单,操纵方便,造价低廉仍不失为汽车传动系中的主要部件。在传动系中设置变速器是由于汽车上广泛采用的活塞式内燃机,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1。为此在传动系中设置了变速器。它的功用是: 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(功率较高而油耗较低)的工况下工作。 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,便于变速器换档,使汽车滑行和停车。需要时,还可以加装动力输出器,进行动力输出。设计变速器时要用到资料有:汽车的种类及用途,发动机的参数(功率/转速和扭矩/转速) ,最大车速(最高档传动比) ,最大爬坡度(最低档传动比) ,最大牵引力(最低档的输出扭矩)。汽车行驶的工况各不相同,各档的利用率也不一样,为保证汽车必要的动力性和经济性指标,必须合理选择和配置变速器档位及各档速比。1 总档数及壹档传动比的选择不同类型的汽车,具有不同的传动系档位数。其原因在于它们的使用条件不同,对整车性能要求不同;汽车本身的比功率不同。而传动系的档位数与汽车的动力性、 燃油经济性有着密切的联系。就动力性而言,档位数多,增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会,提高了汽车的加速和爬坡能力。就燃油经济性而言,档位数多,增加了发动机在低燃油消耗率区工作的能力,降低了油耗。因而能提高汽车生产率,降低运输成本。不过,增加档数会使变速器机构复杂和质量增加;轴向尺寸增大、 成本提高、 操纵复杂2。变速器的档数及其传动比由总体布置设计确定,可以根据壹档速比来确定档数,其计算公式为:I1=1.45N -1式中:I1为一档传动比; N为总档数。可采用对数进行计算。确定一档传动比,即一档传动比I1时,要考虑汽车的最大爬坡度及驱动车轮产生的最大附着力。(1)满足最大通过能力条件。即用一档通过要求的最大坡道角 max坡道时,驱动力应大于或等于此时的滚动阻力和上坡阻力(加速阻力为零,空气阻力忽略不计)。用公式表示如下:FG cosmax+ Gsinmax式中:G为车辆总重量;为坡道面滚动阻力系数(对沥青路面=0. 010. 02)。根据发动机最大扭矩Memax,要使汽车产生上述驱动力,变速器一档传动比I1应为:I1FR / (MemaxI0 )式中:I0为驱动桥主减速比;为传动系效率(一般=0. 850. 90) ;R为车轮滚动半径。(2)满足不产生滑转条件。即用一档发出最大驱动力时,驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下:MemaxI0I1 /RFn I1Fn R / (MemaxI0 )式中:Fn为驱动轮的地面法向反力;为驱动轮与地面间的附着系数;对混凝土或沥青路面可取0. 50. 6。变速器的最高档传动比常取为1,这时动力由变速器输入轴直接传给输出轴,中间不需经过齿轮传动,故亦称直接档。此档传动效率高,汽车在行驶过程中,多数时间用最高档工作。有的汽车为了减小高速行驶时发动机的效率,变速器的最高档传动比取为0. 70. 8,称为超速档。超速档最适用于空载高速行驶。比功率(即发动机额定功率与汽车总重之比)大的汽车,满载时也可用超速档行驶。超速档可装在变速器内,也可另装1超速档传器3。确定完最低与最高档传动比后,即可分配中间各档传动比。2 变速器各档速比的配置一般认为传动比宜按几何级数分配,确定传动比的方法很多,下面仅比较、 分析常用的2种方法。第1种方法是按等公比原则分配传动比,利用对数来确定公比值。核心内容是认为各挡都是等比级数的排列,各挡的速比阶都一样。即:91第18卷 第2期2005年4月机械研究与应用MECHAN I CAL RESEARCH & APPL ICATI ONVol 18No 220052043收稿日期: 2004 - 11 - 08作者简介:蔡炳炎(1979 - ) ,男,福建厦门人,车辆工程专业研究生,研究方向:汽车计算机辅助设计、 汽车变速器。I1/ I2= I2/ I3= = q式中:q为常数,也就是各档之间的公比。因此,各档的传动比为:I1= q I2, I2= q I3, I3= q I4, 一般最高档IN= 1,因此可以计算出各档的理论传动比,在实践中由于齿轮配置等原因,往往偏离理论值,其差值以不大于0. 05为好。按等比级数分配传动比的主要目的在于充分利用发动机的功率,提高汽车的动力性。当汽车需要大功率时,如全力加速或上坡,若排挡选择恰当,具有按等比级数分配传动比的变速器,能使发动机经常在接近发动机外特性最大功率Pemax处的大功率范围内运转,从而增加了汽车的后备功率,提高了汽车的加速或上坡能力。但,实际上,各档传动比之间的比值并不正好相等,即并不是正好按等比级数来分配传动比的。这主要考虑到各档利用律差别很大的缘故。汽车主要是用较高档位行驶的,因此,较高档相邻两档间的传动比的间隔应小些,特别是最高档和次高档之间更应该小些。鉴于上述原因,第2种方法将介绍英国马丁博士提出的汽车变速器偏置等比级数分配方法。由于汽车的工况不同,各档的工作时间和使用频次各不相同,易造成燃料浪费和操纵滞重。现代汽车理论认为:速比阶越小越节油,换档也越轻便;且汽车多在高档位置工作,换档频次也大大多于低档,因此,高档的速比阶应比低档小。一般认为高档与低档速比阶应该不一样,高档的公比较小,为1. 31. 45,低档的要比较大一些,为1. 71. 8范围内。为适应上述情况,建立了偏置等比级数速比分配方法。将各档的速比阶Qx按等比级数排列。核心内容是先把I1的对数平均分成N- 1个台阶(阶数比档位数少一) ,即log(Q) = log(I1)/ (N- 1) ,再把它放到中间档位的位置,作为中间档位的阶为Q1。直接档的阶为QN- 1,这样,高档的速比阶将小于低档的阶。Qx为等比级数, log(Qx)就为等差级数,将高档的速比阶和直接档速比阶的差值,除以高档和中间档之间的档位数后的商值,作为等差级数的公差分配到各档,公差值为:= log(Q) -log(QN -1) 2/ (N -2)(1) 而按速比阶的定义,任意档IX的速比阶为:QX- 1=IX- 1/ IX,或log(QX- 1) = log(IX- 1) - log(IX)。由IN=1可推出log(QN -1)= log(IN -1)= 因此,各档的阶可表示为:log(QN -2)= log(QN -1) +=+ 由此可推出,各档速比阶的关系为:Q1/ Q2=Q2/ Q3=Q3/ Q4=第N-X档的阶QN-X- 1为: log(QN-X- 1)= log( IN- 1)+X 相应的各档的速比就为:log( IN -1)=log(QN -1)=log( IN -2)=log( IN -1) +log(QN -2)=2+log( IN - X)=log( IN - X +1) +log(QN - X)= X +log( I1)=log( I2) +log(Q1)= (N -1) +(2) 联立式(1)、(2) ,又I1和N都为已知,方程只有1个未知量,故可以算出log(QN- 1) ,从而算出QN- 1从而算出各档速比。3 举例说明例如:已知一中型货车6档变速器的总档数为:N= 6,六档速比为: I6=1.00,一档速比为: I1=9. 01,则:(1)按等比级数算各档速比,设各档之间的公比为q:I1=9.01, I6=1.00, q=1.552, I5=1.552,I4=2.409, I3=3.739, I2=5.803;(2)按变速器偏置等比级数计算各档速比,设中间档的速比阶为Q:log(Q)= log(I1)/ (N- 1)= log(9. 01) / (6 - 1)=0. 191=2/ (N- 2)log(Q)- log(QN- 1) = 2/ (6 - 2)log(Q)- log(Q5) = log(Q6 - 1)= log(I6 - 1)= log( I5)由于:log(I1)= log( I2)+ log(Q1)=(N- 1) +=5 +,将= 2/4log(Q)- log(Q5) ,= log(Q6 - 1)= log( I6 - 1)= log(Q5) ,带入方程,得:log( I1)=2/4log(9.01)/ (6 - 1)- log(Q5) +5log(Q5)I1=9.01,解得:Q5=1.412,log( I5)= log(Q5) ,I5=1.412, I4=2+=2.09, I3=3+=3.245,I2=3+=5.28I1/ I2=1.706; I2/ I3=1.627; I3/ I4=1.552;I4/ I5=1.48; I5/ I6=1.412(3)两种方案比较分析假设驾驶员用1档起步,随着发动机转速的提高,汽车的行驶速度也随之增加,当发动机的转速达到n2时,驾驶员开始换档,若设换档过程中车速没有降低,则换上第2档时,发动机的转速为n1,离合器才能平顺的无冲击地结合, n2和n1的关系如下: n2/n1=i1/ i2。同理,当驾驶员从2档换上3档时,为使离合器平顺的无冲击地结合, n2/n1=速比阶。所以当变速器的速比阶不同时,换档时发动机的转速也不相同4。当i1/ i2i3/ i4, n1n1。下面比较这两种速比配置对发动机功率发挥的影响,假定为了充分利用发动机功率,加速过程中节流阀全开,各档均用到发动机的最高转速nmax才换档。根据公式:ua=0.377nrigi0,画出各档车速和发动机功率关系如图1。图1 各档车速和发动机功率关系图 从图中我们可以分析出,在1档时,发动机的工作区域相02Vol 18No 22005204机械研究与应用MECHAN ICAL RESEARCH & APPL ICATI ON第18卷 第2期2005年4月同。但从2档以后,由于发动机在换档时的起始转速不同,其功率覆盖的面积也不同。采用等比级数配置速比时,使用2档和3档时,发动机的功率利用律比采用偏置等比级数时要少; 4档时,二者对发动机功率的利用是相同的; 5档和6档恰好相反,采用等比级数配置速比发动机功率的利用要大一些。从加速和爬坡能力来看,采用等比级数配置速比时,可以在汽车需要大功率时,较好地利用发动机特性曲线功率比较大的一段来增加汽车的后备功率,因此汽车的加速和爬坡能力比采用偏置等比级数时要好。从燃油经济性来看,汽车的的加速和爬坡能力越好,汽车油耗也越大,因此采用偏置等比级数比较节油。在实际汽车使用中,各档的利用律差别很大,例中的中型货车6档变速器中的1、2、3、4档的实际总利用律仅为15%20%。若采用等比级数速比配置,用高档行驶时,将燃油消耗和操纵迟滞,高档和次高档的速比阶间隔应小些。4 齿轮设计说明齿轮是汽车变速器的重要零件,齿轮的结构特点、 精度要求都应符合设计要求5。在速比配置计算结束后,即可按计算结果选择各档的齿数,选择齿轮及齿形参数,齿形的几何计算,啮合质量的计算。在满足强度和中心距要求条件下,根据选齿计算的实际速比应和理论计算结果非常接近,否则,应重新选择齿数。倒档速比的选取,应考虑满足变速器整体结构布置的需要,数值大致和一档速比相近。参考文献:1 刘海江,于信汇,沈 斌.汽车齿轮M .上海:同济大学出版社,1997.2 张洪欣.汽车设计M .北京:机械工业出版社, 1999.3 余志生.汽车理论M .北京:机械工业出版社, 2000.4 陈家瑞.汽车构造(上,下册) M .北京:人民交通出版社,1994.5 龚桂义.渐开线圆柱齿轮强度计算与结构设计M .北京:机械工业出版社, 1992.Analysis of rapid compare cllocate for the type of automobile trans m issionCaiBin - yan, Xu Yong, Ling Ning(The college of autom bile of W uhan engineering University, HuBeiW uhan430070, China)Abstract:The automotive transmission is a very important part for a automobile.In order to ensure the necessary impetus and economy,we must pick and configure the numbers of the trans missions gears and the proportion of the speed reasonably .The article contrasts thegeometric progression and the partial geometric progression of the speeds proportion, analyzes the two methods, through thatwe can fig2ure out all speeds proportions fast and exactly afterwe choose the numbers of the transmissions gears and the first gear .Key words: trans mission; the numbers of the trans missions gears; geometric progression; partial geometric progression(上接第18页) 本试验将现代测试手段和模态分析技术相结合,采用相关双输入相对激振的方法,分析了TH6350型加工中心的结构和动态特性,并提供了重要的模态参数。通过分析前四阶模态振型,可知整机工作频率在49Hz、150Hz附近时,主轴与工作台有较明显的振动,是影响加工精度的主要因素。下一步工作中,我们将根据已获得的系统模态参数模型,针对薄弱模态进行结构动力修改,结构动力特性优化设计,以提高转速和加工精度的目的。参考文献:1 廖伯瑜,周新民,尹志宏.现代机械动力学及其工程应用 建模、 分析、 仿真、 修改、 控制、 优化M .北京:机械工业出版社,2004.2 曹树谦,张文德,萧龙翔.振动结构模态分析M .天津:天津大学出版社, 2001.3 傅志方.振动模态分析与参数辨识M .北京:机械工业出版社,1990.4 李德葆.振动模态分析及应用M .北京:宇航出版社, 1989.Testmodal analysis of TH6350 machin i ng centerYin Zeng - zhen , Yin Zhi - hong , FanWen - chong(The departm ent of M echanical
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