人人文库网 > 图纸下载 > 毕业设计 > 远舰汽车变速器设计【汽车类】【7张CAD图纸】【带同步器】【优秀】

题目审定表.doc

远舰汽车变速器设计【汽车类】【7张CAD图纸】【带同步器】【优秀】

资源目录

远舰汽车变速器设计【汽车类】【7张CAD图纸】【优秀】.rar

题目审定表.doc---(点击预览)

远舰汽车变速器设计说明书.doc---(点击预览)

远舰汽车变速器设计开题报告.doc---(点击预览)

压缩包内文档预览：

编号：403819 类型：共享资源大小：1.96MB 格式：RAR 上传时间：2015-02-09 上传人：上*** IP属地：江苏

46
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 远舰汽车变速器设计 cad图纸带同步器

资源描述：

远舰汽车变速器设计

68页 23000字数+说明书+任务书+开题报告+7张CAD图纸【详情如下】

中期检查表.doc

任务书.doc

优秀设计.doc

变速器装配图.dwg

变速器输出轴.dwg

同步器装配图.dwg

成绩评定表.doc

指导教师评分表.doc

指导记录.doc

答辩评分表.doc

评阅人评分表.doc

输入轴.dwg

输入轴五档齿轮.dwg

输出轴三档齿轮.dwg

输出轴倒档齿轮.dwg

过程管理封皮.doc

远舰汽车变速器设计开题报告.doc

远舰汽车变速器设计说明书.doc

题目审定表.doc

QQ截图20150208221544.gif

QQ截图20150208221640.gif

变速器输出轴.gif

全部文件.gif

输出轴倒档齿轮.gif

输出轴三档齿轮.gif

输入轴.gif

输入轴五档齿轮.gif

同步器装配图.gif

远舰汽车变速器设计.gif

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

摘要I

ABSTRACTII

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

3、变速器齿轮强度的校核

变速器齿轮强度的校核主要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。

对于轴的强度计算则是对轴的刚度和强度分别进行校核。

5、轴承的选择与寿命计算。

对变速器轴的支撑部分选用圆锥滚子轴承，寿命计算是按汽车的大修里程来衡量，轿车的为30万公里。

本次设计主要是查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料，结合所学专业知识，在老师的正确指导下进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；同时对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析设计；另外，对现有传统变速器的结构进行改进、完善。第2章变速器传动机构与操纵机构方案选择

2.1变速器传动机构布置方案

机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。

2.1.1变速器传动方案分析与选择

机械式变速器传动机构布置方案主要有两种：两轴式变速器和中间轴式变速器。

其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档速比不能设计的很大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时直接输出动力。

结论

变速器是完成汽车动力传输的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的结构对汽车的动力性、燃料经济性、换挡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。

本次设计的远舰汽车变速器就是依据现有生产企业在生产车型的变速器作为原型，在在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，设计出符合要求的变速器。对齿轮的选择进行了详细的计算和推导，对齿轮校核的关键参数——齿轮变位系数进行了精确的计算和推导，在满足行驶车辆动力性能的基础上尽量提高燃油经济性能。本次设计对各结构件进行分析设计、改进，合理布置各部分总成，以达到良好的性能。在设计过程中通过运用材料力学的知识，对轴和齿轮进行了力学分析、校核计算以及选择合理的材料和热处理方法。设计了变速器在换档过程中的一个重要元件同步器，它能保证平稳地从一个档位换入另一个档位，从而防止了冲击，避免了齿轮因换档角速度不同而使齿轮损坏，并对操纵机构和箱体进行了设计以及对图纸的绘制等设计工作，从而更好的完成本次毕业设计。

本次设计的变速器具有结构简单，加工、装配方便，在满足使用要求的条件下尽量减少质量和零部件种类，以便减少制造成本。同时又具有较好的动力性和经济性，从而保证了汽车行驶的稳定性和操纵性。由于此变速器全部采用同步器换档，所以具有换档轻便，噪声低等优点。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造第3版[M].机械工业出版社，2009.

[2]郝京顺.汽车变速器的发展[J].北京汽车,2000,(06).

[3]雷君.重型汽车变速器技术趋势与应用[J].重型汽车,2004,(06).

[4]林绍义.一种汽车变速器设计[J].机电技术,2004,(01).

[5]黄雄健,欧艺.轻型货车变速器优化设计[J].广西工学院学报,2000,(03).

[6]蔡炳炎,徐勇,林宁.机械式汽车变速器的速比配置分析[J].机械研究与应用,2005,(02).

[7]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社,2000,10.

[8]郑四发,连小珉,颜磊,蒋孝煜.汽车变速器 CAD 系统的研究与开发.清华大学学报(自然科学版),1997,(12).

[9]刘鹤松,崔胜民.基于MATLAB的汽车变速器优化设计方法[J].哈尔滨工业大学学报,2004.

[10]孟岩.万"变"不离其宗——汽车变速器设计[J].世界汽车,2004,(04).

[11]Herbert E.Elliger.Automotive Engines.Prentic Hall,Inc.2001.

[12]高路,于海斌,王宏.汽车变速器齿轮设计[J].机械科学与技术,2005,(04).

[13]严绍华.热加工工艺基础[M].机械工业出版社,2003.

[14]任松茂 ,魏然.现代汽车的优化设计.重型汽车,2002,(05).

[15]Heisler, H. (1989) Aduanced Vehicle Technology. Butterworth-Heineman ISBN 0-7131-3660.

[16]郑四发,连小珉,颜磊,蒋孝煜.汽车变速器轴的设计计算.清华大学学报(自然科学版),1997,(12).

[17]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社,2004.

[18] Jonathan S, Cohone1 al. A form verification system for the conceptual design of complex mechanical systems[J]. Engineering with computers 1994(10)：33-44

[19]陈家瑞.汽车构造[M].机械工业出版社,2005.

[20]王三民,诸文俊.机械原理与设计[M].机械工业出版社,2004.

[21]王世刚,苗淑杰.机械设计实践[M].哈尔滨工程大学出版社,2004.

[22]刘惟信.汽车设计[M].机械工业出版社,2000.

内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期年月日迄今已进行周剩余周学生姓名马荣院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2班指导教师姓名臧杰职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称远舰汽车变速器设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容存在问题及努力方向学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名马荣院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2班指导教师姓名臧杰职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称远舰汽车变速器设计一、设计（论文）目的、意义学习和研究远舰汽车变速器设计，进行主要部件（齿轮、轴等部件）设计，必要时可采用逆向方。设计应满足院本科生毕业设计规范的要求并达到及格水平以上。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）1、设计的主要内容(1)掌握汽车变速器结构及工作原理，绘出结构原理简图。(2)确定主要零部件（齿轮、轴等）主要设计参数，并对关键部位进行校核。(3)确定零部件结构尺寸。 (4) 使用AutoCAD完成工程图纸。(5)编写设计说明书。2、技术要求（研究方法）（1）通过文献资料收集，熟悉汽车变速器设计和CAD的有关理论知识，国内外汽车设计方法和汽车计算机辅助设计的发展状况。实地到汽车厂等部门实习调查，了解变速器设计方法。（2）编写课题研究大纲和开题报告。（3）以远舰汽车变速器设计为例,方案合理可行；确定主要零部件（齿轮、轴等）主要设计参数，并对关键部位进行校核。确定零部件结构尺寸。（4）按进度要求独立完成毕业设计，服从指导教师安排；完成的毕业设计格式规范；方案选择合理，具有可行性、经济性、适用性，设计思路清晰，符合实际，图纸正确符合制图标准,内容完整。设计和汽车计算机辅助设计的发展状况。三、设计（论文）完成后应提交的成果折合CAD A0图纸折合3张A0设计说明书1.5万字以上。四、设计（论文）进度安排（1）调研、资料收集，完成开题报告第4周（3月24日3月30日）（2）参数选择方案确定，列文稿大纲，设计计算第56周（3月31日4月13日）（3）完成设计说明书，完成图纸绘制第713周（4月14日6月1日）（4）交稿，预答辩第14周（6月2日6月8日）（5）设计审核、修改第1516周（6月9日6月22日）（6）毕业设计答辩第17周（6月23日6月29日）五、主要参考资料 1安相璧.汽车试验工程M.北京：国防工业出版社，2006 2周鹤良，王天顺.加速电动自行车产业化.中国机电工业，2001(5)3王望予.汽车设计.第3版.北京:机械工业出版社,20004汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册.设计篇.北京:人民交通出版社,20015汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册.制造篇.北京:人民交通出版社,20016余志生.汽车理论.第3 版.北京:机械工业出版社,20007张洪欣.汽车底盘设计.北京:机械工业出版社,1998 六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日SY-025-BY-10优秀毕业设计（论文）推荐表题目远舰汽车变速器设计类别设计学生姓名马荣系、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程07-2班指导教师臧杰职称教授设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：系部公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文或毕业设计SY-025-BY-9毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名马荣性别男系部汽车与交通工程学院专业车辆工程班级车辆工程07-2班设计（论文）题目远舰汽车变速器设计指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：系部公章：年月日注：1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。SY-025-BY-6毕业设计指导教师评分表学生姓名马荣系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2班指导教师姓名臧杰职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称远舰汽车变速器设计序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）指导教师签字：年月日SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-8毕业设计答辩评分表学生姓名马荣专业班级车辆工程07-2班指导教师臧杰职称教授题目远舰汽车变速器设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：答辩组长签字：年月日SY-025-BY-7毕业设计评阅人评分表学生姓名马荣专业班级车辆工程07-2班指导教师姓名臧杰职称教授题目远舰汽车变速器设计序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）评阅人签字：年月日毕业设计（论文）过程管理材料题目远舰汽车变速器设计学生姓名马荣院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程07-2班指导教师臧杰职称教授教研室车辆工程起止时间2011.2.28 -2011.6.24教务处制SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2班指导教师姓名职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称远舰汽车变速器设计一、课题研究现状、选题目的和意义汽车变速器是汽车传动系的重要成员。由于汽油机额定转矩对应的速度范围很广，需要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化。汽车变速器的发展，最本质的就是从汽车传动的平顺性、舒适性，驾驶员操作的轻松性考虑，因而相应的提高了汽车的通过性与经济性。变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，以适应汽车在起步、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。用变速器转变发动机转矩、转速的必要性在于内燃机转矩转速变化特性的特点是具有相对小的对外部载荷改变的适应性。发动机的适应性系数是其最大转矩与最大功率下转矩之比，内燃机的适应性系数为1.151.25。变速器使汽车能以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定转速时难以达到的。变速器的倒档使汽车可以倒退行驶；其空挡使汽车在起动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机与传动系分离。变速器按其传动比的改变方式分为有级、无级和综合式的。有级变速器按其前进挡的档位数分为三、四、五档及多档的；而按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、旋转轴线（行星齿轮）式和综合式的。固定轴线式变速器又分为两轴式、三轴式和多轴式的。变速器按其操纵方式又分为自动式、半自动式、预选式、指令式、直接操纵式和远距离操纵式。变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器及发动机的参数作优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒档安全装置，对接合齿采取倒锥齿侧（或越程接合、错位接合、齿厚减薄、台阶齿侧）措施以及其他结构措施，可使操纵可靠，不跳档、乱档、自动脱档和误挂倒档；采用同步器可使换挡轻便，无冲击及噪声；采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展，增力式同步器，双（三）中间轴式变速器，后置常啮合传动齿轮、短第二轴的变速器，各种自动、半自动以及电子控制的自动换挡机构等新结构也相继问世。变速器多采用飞溅润滑，重型汽车有时强制润滑第一、二轴轴承等。变速器都装有单向的通气阀以防壳内空气热胀而漏油及润滑油氧化。壳底放油塞多置磁铁以吸附油内铁屑。涉水车需有防水措施。变速器的设计系列按输出转矩分级，供各种车型选用。传动比应按动力传动系参数的匹配要求调整、更换。也可根据具体车型的使用寿命要求进行设计。可根据同类车型在典型路段上实测的随机载荷，用统计分析法组成载荷谱，进行变速器的疲劳寿命计算。这种可靠性设计方法比较符合实际，如果再以优化设计方法选择有关设计参数及与发动机参数作最佳匹配，则可得到以最小零部件尺寸满足设计所要求的寿命和性能的设计方案。有时亦可辅以有限元分析。在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。具体有两个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定程度上加大了手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣。在自动变速器方面，除吉利汽车开发出有自主知识产权的液压控制的三速自动变速器外，其他企业尚没有一家具有自主知识产权，悉数依赖国外技术和进口。从技术、节能和基础设施角度，对各种变速器在中国和国外的发展情况作以下简要分析：（1）手动变速器（MT）：手动变速器应该说是最为节能的变速方式，另外由于中国企业已经掌握该技术，而且在生产方面也积累了长期经验，从而在价格和质量方面会有较大优势。所以在短期内仍将是变速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工况。（2）自动手动变速器（AMT）：自动手动变速器实际上是由一个机器系统来完成操作离合器和选挡这两个动作。AMT的汽车驾驶简单，省去了离合器踏板，驾驶者只要踩油门，选速器系统会自动选择换挡的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速器的错误使用，以避免错换挡位。这一点对新手和整车的可靠性都非常重要。选速器大大简化了驾驶的复杂性，令AMT汽车驾驶更加简便、省心，且能够保证最低的动力损耗。由选速器完成驾驶者踩离合器换挡的动作，选择的换挡时机要比驾驶者完成得更准确。因此，在能源日益紧缺和CO2排放压力越来越大这一背景下，AMT顺应了“节能减排”这一趋势，是一项非常适合中国市场的先进技术。AMT的制造成本远低于电液控自动变速器，国内的很多车型都准备采用这一领先技术，即有可能随着中国汽车工业的迅猛发展，将有更多车型采用AMT。中国也将会取代欧洲和美洲，成为世界上最大的AMT的应用市场。（3）电子控制液力自动变速器（AT）：电子控制液力自动变速器近些年新技术也不断在使用，它正朝着多挡位、数字化控制等方面发展。日本最大的自动变速器生产商AISIN AW公司2006年成功推出型号为AA80E型8前速自动变速器，目前被使用在雷克萨斯LS460车上。这就形成了更大的总传动比范围，同时各个传动比之间也比5速变速器更加接近。因此，驾驶员几乎在各种行驶条件中都可以选择最佳传动比。电子控制模块可以选择更多的传动比，传动比取决于行驶条件，从而降低了油耗并提高了换挡平顺性。发动机转速与行驶状态的最优化匹配意味着发动机提高了动力、燃油经济性并降低了运行噪声。（4）无级变速器（CVT）：无级变速器则只需两组可移动锥轮以及传动带或传动链，即可实现无数个前进挡的变速过程。CVT采用传动带、传动链和可变槽宽的锥轮进行动力传递及传动比的选择，即当锥轮变化槽宽时，相应改变主动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速。CVT是真正无级化了，与AT相比具有较高的运行效率，油耗较低。通过近几年市场上的应用看，其发展势头也比较迅猛，目前在我国应用的车型已迅速发展到5、6种以上。目前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力都在大力进行CVT的研发工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽车品牌中都配备CVT的轿车销售，全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。值得注意的一点是，装备有CVT的汽车市场，由最初的日本、欧洲已经渗透到北美市场，CVT汽车已经成为当今汽车发展的主要趋势。远舰汽车是东风瑞达起亚推出的第三款乘用车。起亚远舰最突出的特点是稳健时尚的外观、多功能和人性化的便利配置、顺畅而激情的操控性能和周到的安全配置。使起亚远舰能够同时满足商务人士的追求和家庭用车的个性化风格。远舰标配了韩国起亚原厂（在中国组装）的2.0L发动机。其最大功率位137kw/6000rpm，最大扭矩为178nm/4500。基于中级轿车的设计需要，和价格要求，以及国内较为成熟的手动变速器设计生产加工技术，对比以上不同种变速器形式，对于发动机前置前驱的远舰汽车，本次课程设计我将设计一种国内主流的两轴式五档手动变速器。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，各中间档位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时噪声也低。在对汽车性能要求越来越高的今天，车辆的舒适性是评价汽车的一个重要指标，而变速器的设计如果不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大。通过本题目的设计，我们可综合运用汽车构造、汽车理论、汽车设计等课程的知识，达到综合训练的目的。由于本题目模拟工程一线实际情况，我们通过毕业设计可与工程实践直接接触，从而可以提高我们解决实际问题的能力，同时能熟练掌握并运用CAD等计算机辅助设计制图软件，为今后实际处理解决工程中的问题打下基础。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题基本内容：本题是依据现有生产企业在生产车型的变速器作为设计原型，在已知发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，（1）独立设计出符合要求的变速器；（2）着重设计计算齿轮的结构参数及对其进行校核计算；（3）在对各种结构件进行分析计算后，绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。解决问题：（1）根据最大转矩和最高车速来确定一轴、二轴的设计与计算；（2）确定各档位齿轮设计计算；（3）确定各档位传动比计算及齿轮齿数分配等。三、技术路线（研究方法）传动方案选择及零部件结构分析变速器主要参数选择和计算对零部件进行校核确定尺寸、零部件结构完成毕业设计图纸、说明书提出修改方案传动机构设计同步器设计操纵机构设计壳体设计四、进度安排（1）调研、资料收集，完成开题报告第4周（3月24日3月30日）（2）参数选择方案确定，列文稿大纲，设计计算第56周（3月31日4月13日）（3）完成设计说明书，完成图纸绘制第713周（4月14日6月1日）（4）交稿，预答辩第14周（6月2日6月8日）（5）设计审核、修改第1516周（6月9日6月22日）（6）毕业设计答辩第17周（6月23日6月29日）五、参考文献1陈家瑞.汽车构造第3版M.机械工业出版社，2009.2郝京顺.汽车变速器的发展J.北京汽车,2000,(06).3雷君.重型汽车变速器技术趋势与应用J.重型汽车,2004,(06).4林绍义.一种汽车变速器设计J.机电技术,2004,(01).5黄雄健,欧艺.轻型货车变速器优化设计J.广西工学院学报,2000,(03).6蔡炳炎,徐勇,林宁.机械式汽车变速器的速比配置分析J.机械研究与应用,2005,(02).7余志生.汽车理论M.机械工业出版社,2000,10.8郑四发,连小珉,颜磊,蒋孝煜.汽车变速器 CAD 系统的研究与开发.清华大学学报(自然科学版),1997,(12). 9刘鹤松,崔胜民.基于MATLAB的汽车变速器优化设计方法J.哈尔滨工业大学学报,2004.10孟岩.万变不离其宗汽车变速器设计J.世界汽车,2004,(04).11Herbert E.Elliger.Automotive Engines.Prentic Hall,Inc.2001.12高路,于海斌,王宏.汽车变速器齿轮设计J.机械科学与技术,2005,(04).13严绍华.热加工工艺基础M.机械工业出版社,2003.14任松茂 ,魏然.现代汽车的优化设计.重型汽车,2002,(05).15Heisler, H. (1989) Aduanced Vehicle Technology. Butterworth-Heineman ISBN 0-7131-3660.16郑四发,连小珉,颜磊,蒋孝煜.汽车变速器轴的设计计算.清华大学学报(自然科学版),1997,(12).17王望予.汽车设计M.机械工业出版社,2004.六、备注黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计远舰汽车变速器设计系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-2班学生姓名：指导教师：职称：教授黑龙江工程学院二一一年六月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ABSTRACTIn 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; ParametersIII目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1概述11.1.1汽车变速器的设计要求11.1.2国内外汽车变速器的发展现状21.2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42.1变速器传动机构布置方案42.1.1变速器传动方案分析与选择42.1.2倒档布置方案42.1.3零部件结构方案分析52.2变速器操纵机构布置方案72.2.1概述72.2.2典型的操纵机构及其锁定装置82.3本章小结10第3章变速器传动机构的设计与计算113.1变速器主要参数的选择113.1.1档数113.1.2传动比范围113.1.3变速器各档传动比的确定113.1.4中心距的选择143.1.5变速器的外形尺寸153.1.6齿轮参数的选择153.1.7各档齿轮齿数的分配及传动比的计算163.1.8变速器齿轮的变位193.2变速器齿轮强度校核233.2.1齿轮材料的选择原则233.2.2变速器齿轮弯曲强度校核233.2.3轮齿接触应力校核273.2.4倒档齿轮的校核313.3轴的结构和尺寸设计323.3.1轴的工艺要求333.3.2初选轴的直径333.3.3轴最小直径的确定343.4轴的强度验算353.4.1轴的刚度计算353.4.2轴的强度计算423.5轴承选择与寿命计算483.5.1输入轴轴承的选择与寿命计算493.5.2输出轴轴承的选择与寿命计算523.6本章小结53第4章变速器同步器及操纵机构的设计544.1同步器544.1.1同步器工作原理544.1.2惯性式同步器544.1.3锁环式同步器主要尺寸的确定564.1.4主要参数的确定564.2操纵机构594.2.1概述594.2.2典型操纵换档机构594.3变速器壳体604.4本章小结60结论61参考文献62致谢63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。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；设置倒档，使汽车能倒退行驶；换档迅速、省力、方便；工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档，以及换档冲击等现象出现；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。变速器按其传动比的改变方式分为有级、无级和综合式的。有级变速器按其前进挡的档位数分为三、四、五档及多档的；而按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、旋转轴线（行星齿轮）式和综合式的。固定轴线式变速器又分为两轴式、三轴式和多轴式的。变速器按其操纵方式又分为自动式、半自动式、预选式、指令式、直接操纵式和远距离操纵式。1.1.2 国内外汽车变速器的发展现状变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器及发动机的参数作优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒档安全装置，对接合齿采取倒锥齿侧（或越程接合、错位接合、齿厚减薄、台阶齿侧）措施以及其他结构措施，可使操纵可靠，不跳档、乱档、自动脱档和误挂倒档；采用同步器可使换挡轻便，无冲击及噪声；采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。随着汽车技术的发展，增力式同步器，双（三）中间轴式变速器，后置常啮合传动齿轮、短第二轴的变速器，各种自动、半自动以及电子控制的自动换挡机构等新结构也相继问世。目前，国内外汽车变速器的发展十分迅速，普遍研究和采用电控自动变速器，这种变速器具有更好的驾驶性能、良好的行驶性能、以及更高的行车安全性。但是驾驶员失去了驾驶乐趣，不能更好的体验驾驶所带来的乐趣。机械式手动变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠，具有良好的驾驶乐趣等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。在档位的设置方面，国外对其操纵的方便性和档位数等方面的要求愈来愈高。目前，4档特别是5档变速器的用量有日渐增多的趋势。同时，6档变速器的装车率也在日益上升。在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。具体有两个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定程度上加大了手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣。在自动变速器方面，除吉利汽车开发出有自主知识产权的液压控制的三速自动变速器外，其他企业尚没有一家具有自主知识产权，悉数依赖国外技术和进口。1.2 设计的内容及方法本次设计的变速器是在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。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，以及所设计车辆的特点，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：档数、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。对于轴的强度计算则是对轴的刚度和强度分别进行校核。5、轴承的选择与寿命计算。对变速器轴的支撑部分选用圆锥滚子轴承，寿命计算是按汽车的大修里程来衡量，轿车的为30万公里。本次设计主要是查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料，结合所学专业知识，在老师的正确指导下进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；同时对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析设计；另外，对现有传统变速器的结构进行改进、完善。第2章变速器传动机构与操纵机构方案选择2.1 变速器传动机构布置方案机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本底和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。2.1.1 变速器传动方案分析与选择机械式变速器传动机构布置方案主要有两种：两轴式变速器和中间轴式变速器。其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档速比不能设计的很大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时直接输出动力。而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汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体绝大多数方案的第二轴与一轴在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，此时噪声低，齿轮、轴承的磨损减少。对不同类型的汽车，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下作的能力，降低了油耗。从而能提高汽车生产率，降低运输成木。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。综上所述，由于此次设计的远舰汽车变速器是中档轿车变速器，驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且可布置变速器的空间较小，对变速器的要求较高，要求运行噪声小，设计车速高，故选用二轴式变速器作为传动方案。选择5档变速器，并且五档为超速档。2.1.2 倒档布置方案常见的倒档布置方案如图2.1所示。图2.1b方案的优点是倒档利用了一档齿轮，缩短了中间轴的长度。但换档时有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难；图2.1c方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理；图2.1d方案对2.1c的缺点做了修改；图2.1e所示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长；图2.1f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档换更为轻便。综合考虑以上因素，为了换档轻便，减小噪声，倒档传动采用图2.1f所示方案。图2.1 倒档布置方案2.1.3 零部件结构方案分析1、齿轮形式变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。直齿圆柱齿轮主要用于一档、倒档齿轮，与直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点，所以本设计全部选用斜齿轮。变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度（图2.2）影响齿轮强度。要求尺寸应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮装在轴上以后，保持足够大的稳定性，齿轮轮毂部分的宽度尺寸，在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求：（2.1）式中：花键内径。为了减小质量，轮辐处厚度应在满足强度条件下设计得薄些。图2.2中的尺寸可取为花键内径的1.251.40倍。图2.2 变速器齿轮尺寸控制图齿轮表面粗糙度数值降低，则噪声减少，齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。变速器齿轮齿面的表面粗糙度应在m范围内选用。要求齿轮制造精度不低于7级。2、变速器轴变速器轴多数情况下经轴承安装在壳体的轴承孔内。当变速器中心距小，在壳体的同一端面布置两个滚动轴承有困难时，输出轴可以直接压入壳体孔中，并固定不动。用移动齿轮方式实现换档的齿轮与轴之间，应选用矩形花键连接，以保证良好的定心和滑动灵活，而且定心外径及矩形花键齿侧的磨削比渐开线花键要容易。两轴式变速器输入轴和中间轴式变速器中间轴上的高档齿轮，通过轴与齿轮内孔之间的过盈配合和键固定在轴上。两轴式变速器的输出轴和中间轴式变速器的第二轴上的常啮合齿轮副的齿轮与轴之间，常设置有滚针轴承、滑动轴承，少数情况下齿轮直接装在轴上。此时，轴的表面粗糙度不应低与m，硬度不低于5863HRC。因渐开线花键定位性能良好，承载能力大且渐开线花键的齿短，小径相对增大能提高轴的刚度，所以轴与同步器上的轴套常用渐开线花键连接。倒档轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴，并由螺栓固定。由上述可知，变速器的轴上装有轴承、齿轮、齿套等零件，有的轴上又有矩形或渐开线花键，所以设计时不仅要考虑装配上的可能，而且应当可以顺利拆装轴上各零件。此外，还要注意工艺上的有关问题。3、变速器轴承的选择变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径较小、宽度较大因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。由于本设计的变速器为两轴变速器，具有较大的轴向力，所以设计中变速器输入轴、输出轴的前、后轴承按直径系列均选用圆锥滚子轴承。2.2 变速器操纵机构布置方案2.2.1 概述根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用操纵机构完成选档和实现换档或退到空档。变速器操纵机构应当满足如下主要要求：换档时只能挂入一个档位，换档后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱档或自动挂档，防止误挂倒档，换档轻便。变速器操纵机构通常装在顶盖或侧盖内，也有少数是分开的。变速器操纵机构操纵第二轴上的滑动齿轮、啮合套或同步器得到所需不同档位。用于机械式变速器的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒档装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选档、换档或推到空档工作，称为手动换档变速器。1、直接操纵式手动换档变速器当变速器布置在驾驶员座椅附近时，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档功能的手动换档变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。近年来，单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴，各档同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各档换档行程相等。2、远距离操纵手动换档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，换档手力经过这些转换机构才能完成换档功能。这种手动换档变速器，称为远距离操纵手动换档变速器。3、电动自动换档变速器20世纪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，使之实现自动换档，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档，这种变速器成为电动自动换档变速器。由于所设计的变速器为两轴变速器，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档变速器。2.2.2 典型的操纵机构及其锁定装置图2.3 为典型的操纵机构图定位装置的作用是将被啮合件保持在一定位置上，并防止自动啮合和分离，一般采用弹簧和钢球式机构。1、换档机构变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换档，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一档、倒档外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换档。因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换档冲击。目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换档迅速、无冲击、无噪声，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。同上述两种换档方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。利用同步器或啮合套换档，其换档行程要比滑动齿轮换档行程小。通过比较，考虑汽车的操纵性能，本设计全部档位均选用同步器换档。2、防脱档设计互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速叉轴互被锁住，该机构的作用是防止同时挂入两档，而使挂档出现重大故障。常见的互锁机构有：（1）互锁销式图2.4是汽车上用得最广泛的一种机构，互锁销和顶销装在变速叉轴之间，用销子的长度和凹槽来保证互锁。图2.4，a为空档位置，此时任一叉轴可自由移动。图2.4，b、c、d为某一叉轴在工作位置，而其它叉轴被锁住。图2.4 互锁销式互锁机构（2）摆动锁块式图2.5为摆动锁块式互锁机构工作示意图，锁块用同心轴螺钉安装在壳体上，并可绕螺钉轴线自由转动，操纵杆的拨头置于锁块槽内，此时，锁块的一个或两个突起部分A档住其它两个变速叉轴槽，保证换档时不能同时挂入两档。（3）转动钳口式图2.6为与上述锁块机构原理相似的转动钳口式互锁装置。操纵杆拨头置于钳口中，钳形板可绕A轴转动。选档时操纵杆转动钳形板选入某一变速叉轴槽内，此时钳形板的一个或两个钳爪抓住其它两个变速叉，保证互锁作用。图2.5 摆动锁块式互锁机构图2.6 转动钳口式互锁机构操纵机构还应设有保证不能误挂倒档的机构。通常是在倒档叉或叉头上装有弹簧机构，使司机在换档时因有弹簧力作用，产生明显的手感。锁止机构还包括自锁、倒档锁两个机构。自锁机构的作用是将滑杆锁定在一定位置，保证齿轮全齿长参加啮合，并防止自动脱档和挂档。自锁机构有球形锁定机构与杆形锁定机构两种类型。倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，方能挂入倒档，起到提醒注意的作用，以防误挂倒档，造成安全事故。本次设计属于前置前轮驱动的轿车，操纵机构采用直接操纵方式，锁定机构全部采用，即设置自锁、互锁、倒档锁装置。采用自锁钢球来实现自锁，通过互锁销实现互锁。倒档锁采用限位弹簧来实现，使驾驶员有感觉，防止误挂倒档。图2.7 五档变速器传动方案简图1-一档主动齿轮 2-一档从动齿轮 3-二档主动齿轮 4-二档从动齿轮 5-三档主动齿轮 6-三档从动齿轮 7-四档主动齿轮 8-四档从动齿轮 9-五档主动齿轮 10-五档从动齿轮 11-倒档主动齿轮 12-倒档中间轴齿轮 13-倒档输出轴齿轮2.3 本章小结本章主要说明了变速器传动机构和操纵机构的类型，且简要分析了各类型机构的优缺点，并针对所设计的变速器的类型、特点、及功用，对变速器的传动方式、操纵机构的布置方式、及主要零件的形式，做出了初步的选择，为后期的设计工作打下基础，其传动方案如图2.7。第3章变速器传动机构的设计与计算3.1 变速器主要参数的选择本次毕业设计是在已知主要整车参数的情况下进行设计，远舰汽车整车主要技术参数如表3.1所示：表3.1 远舰汽车整车主要技术参数发动机最大功率103kw车轮型号205/60 R15发动机最大转矩178Nm最大功率时转速6000 r/min最大转矩时转速4500r/min最高车速200km/h总质量1794kg前轴载荷1205kg3.1.1 档数近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘用车一般用45个档位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用5个档。商用车变速器采用45个档或多档。载质量在2.03.5t的货车采用五档变速器，载质量在4.08.0t的货车采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。档数选择的要求：1、相邻档位之间的传动比比值在1.8以下。2、高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档区相邻档位之间的比值小。因此，本次设计的远舰汽车变速器为5档变速器。3.1.2 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。最高档通常是直接档，传动比为1.0；有的变速器最高档是超速档，传动比为0.70.8。影响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前乘用车的传动比范围在3.04.5之间，总质量轻些的商用车在5.08.0之间，其它商用车则更大。本设计最高档传动比为0.8。3.1.3 变速器各档传动比的确定1、主减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。对于轿车来说，为了得到足够的功率储备而使最高车速稍有下降，主减速比一般应选得比按式（3.1）求得的要大1025，即按下式选择：（3.2）式中：分动器或加力器的高档传动比；轮边减速器传动比。按式（3.1）或式（3.2）求得的值应与同类汽车的主减速比相比较，并考虑到主、从动主减速齿轮可能有的齿数，对值予以校正并最后确定下来。已知：最高车速=200 km/h；最高档为超速档，传动比=0.8；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格205/60 R15得到rr=314mm；发动机转速=6000r/min；由公式（3.1）得到主减速器传动比计算公式：同类汽车的主减速比相比较取主减速比为4.5。2、最抵档传动比计算按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一档通过要求的最大坡道角坡道时，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：（3.2）式中：G 车辆总重量(N)；坡道面滚动阻力系数(对沥青路面=0.010.02)；发动机最大扭矩(Nm)；主减速器传动比；变速器传动比；为传动效率（0.850.9）；R 车轮滚动半径；最大爬坡度（一般轿车要求能爬上30%的坡，大约）由公式（3.2）得：（3.3）已知：m=1794kg；rr=0.314m； Nm；g=9.8m/s2；=f+i=0.02+0.29=0.31，把以上数据代入（3.3）式：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：（3.4）式中：前轴载荷；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之间。已知：kg；取0.6，把数据代入（3.4）式得：所以，一档转动比的选择范围是：初选一档传动比为3.2。3、变速器各档速比的配置按等比级数分配其它各档传动比，即： 3.1.4 中心距的选择初选中心距可根据经验公式计算：（3.5）式中：A 变速器中心距（mm）；中心距系数，乘用车=8.99.3；发动机最大输出转距为178（Nm）；变速器一档传动比为3.2；变速器传动效率，取96%。（8.99.3）=（8.9-9.3）8.177=72.7876.05mm轿车变速器的中心距在6580mm范围内变化。初取A=76mm。3.1.5 变速器的外形尺寸变速器的横向外形尺寸，可以根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列公式选用：初选长度为258mm。3.1.6 齿轮参数的选择1、模数选取齿轮模数时一般要遵守的原则是：为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各档齿轮应该选用一种模数；从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。表3.2 汽车变速器齿轮的法向模数车型乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/t1.0V1.61.6V2.56.014模数/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00轿车模数的选取以发动机排量作为依据，由表3.2选取一档及倒档模数为，其余模数为，由于轿车对降低噪声和振动的水平要求较高，所以各档均采用斜齿轮。2、压力角压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为了降低噪声，应选用14.5、15、16、16.5等小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用22.5或25等大些的压力角。国家规定的标准压力角为20，所以普遍采用的压力角为20。啮合套或同步器的压力角有20、25、30等，普遍采用30压力角。本变速器为了加工方便，故全部选用标准压力角20。3、螺旋角齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低档齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高高档齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。本设计初选螺旋角一档及倒档为21，其余各档为22。4、齿宽齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用较小的齿宽。另一方面，齿宽减小使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方法给予补偿，但这时轴承承受的轴向力增大，使其寿命降低。齿宽较小又会使齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作中会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀造成偏载，导致承载能力降低，并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽：斜齿，取为6.08.5，取6.0一档及倒档mm；其余各档mm。5、齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。若齿顶高系数小，则齿轮重合度小，工作噪声大；但因轮齿受到的弯矩减小，轮齿的弯曲应力也减少。因此，从前因齿轮加工精度不高，并认为轮齿上受到的载荷集中齿顶上，所以曾采用过齿顶高系数为0.750.80的短齿制齿轮。在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为1.00。为了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大与1.00的细高齿。本设计取为1.00。3.1.7 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。应该注意的是，各档齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。根据图2.7确定各档齿轮齿数和传动比。1、一档齿数及传动比的确定一档传动比为：取整得47。轿车可在1217之间选取，取12，则。则一档传动比为：2、对中心距A进行修正取整得mm，为标准中心矩。3、二档齿数及传动比的确定（3.6）（3.7）已知：=76mm，=2.263，=2.75，；将数据代入（3.6）、（3.7）两式，齿数取整得：，所以二档传动比为：4、计算三档齿轮齿数及传动比（3.8）（3.9）已知：=76mm，=1.6，=2.75，；将数据代入（3.8）、（3.9）两式，齿数取整得：，所以三档传动比为：5、计算四档齿轮齿数及传动比（3.10）（3.11）已知：=76mm，=1.125，=2.75，；将数据代入（3.10）、（3.11）两式，齿数取整得：，所以四档传动比为：6、计算五档齿轮齿数及传动比（3.12）（3.13）已知：=76mm，=0.8，=2.75，；将数据代入（3.12）、（3.13）两式，齿数取整得：，所以五档传动比为：7、计算倒档齿轮齿数及传动比初选倒档轴上齿轮齿数为=22，输入轴齿轮齿数=12，为保证倒档齿轮的啮合不产生运动干涉齿轮11和齿轮13的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，即满足以下公式：（3.14）已知：，把数据代入（3.14）式，齿数取整，解得：，则倒档传动比为：输入轴与倒档轴之间的距离：mm取整为=55mm；输出轴与倒档轴之间的距离：mm取整为=84mm。3.1.8 变速器齿轮的变位采用变位齿轮的原因：配凑中心距；提高齿轮的强度和使用寿命；降低齿轮的啮合噪声。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着档位的降低，总变位系数应该逐档增大。一、二档和倒档齿轮，应该选用较大的值。1、一档齿轮的变位查机械传动设计手册齿轮变位系数表得到：；查选择变位系数线图得到：2、二档齿轮的变位查机械传动设计手册齿轮变位系数表得到：；查选择变位系数线图得到：3、三档齿轮的变位查机械传动设计手册齿轮变位系数表得到：；查选择变位系数线图得到：4、四档齿轮的变位查机械传动设计手册齿轮变位系数表得到：；查选择变位系数线图得到：5、五档齿轮的变位查机械传动设计手册齿轮变位系数表得到：；查选择变位系数线图得到：2、输入轴倒档齿轮与倒档齿轮的变位查机械传动设计手册齿轮变位系数表得到：；查选择变位系数线图得到：2、输出轴倒档齿轮的变位查机械传动设计手册齿轮变位系数表得到：；查选择变位系数线图并已知x12=-0.114得到：3.2 变速器齿轮强度校核3.2.1 齿轮材料的选择原则（1）满足工作条件的要求。不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。（2）合理选择材料配对。如对硬度350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。（3）考虑加工工艺及热处理工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁；中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常采用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢，经正火或调质处理后，再进行切削加工即可；硬齿面齿轮（硬度350HBS）常采用低碳合金钢切齿后再表面渗碳淬火或中碳钢（或中碳合金钢）切齿后表面淬火，以获得齿面、齿芯韧的金相组织，为消除热处理对已切轮齿造成的齿面变形需进行磨齿。但若采用渗氮处理，其齿面变形小，可不磨齿，故可适用于内齿轮等无法磨齿的齿轮18。由于一对齿轮一直参与传动，磨损较大，齿轮所受冲击载荷作用也大，抗弯强度要求比较高。应选用硬齿面齿轮组合，所有齿轮均选用20CrMnTi渗碳后表面淬火处理，硬度为5862HRC。3.2.2 变速器齿轮弯曲强度校核齿轮弯曲强度校核（斜齿轮） (3.15)式中：圆周力（N），；计算载荷（Nmm）；节圆直径（mm），，为法向模数（mm）；斜齿轮螺旋角；应力集中系数，=1.50；齿面宽（mm）；法向齿距，；齿形系数，可按当量齿数在齿形系数图3.1中查得；重合度影响系数，=2.0。图3.1 齿形系数图将上述有关参数据代入公式（3.15），整理得到 (3.16)（1）一档齿轮校核主动齿轮：已知： Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.132，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.1得：y=0.161，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa（2）二档齿轮校核主动齿轮：已知： Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.138，把以上数据代入(3.16)式，得： MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.1得：y=0.16，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa (3)三档齿轮校核主动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.146，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.1得：y=0.157，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa（4）四档齿轮的校核主动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.151，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.1得：y=0.154，把以上数据代入(3.16)式，得：Nmm（5）五档齿轮的校核主动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.2得：y=0.155，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa从动齿轮：已知：Nmm；mm；，查齿形系数图3.1得：y=0.149，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa对于轿车当计算载荷取变速器输入轴最大转距时，其许用应力不超过180350MPa，以上各档均合适。3.2.3 轮齿接触应力校核（3.17）式中：轮齿接触应力（MPa）；齿面上的法向力（N），；圆周力（N），；计算载荷（Nmm）；为节圆直径（mm）；节点处压力角，为齿轮螺旋角；齿轮材料的弹性模量（MPa）；齿轮接触的实际宽度（mm）；，主从动齿轮节点处的曲率半径（mm），直齿轮，斜齿轮，；、主从动齿轮节圆半径（mm）。表3.3 变速器齿轮许用接触应力齿轮/MPa渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一档和倒档1900-2000950-1000常啮合齿轮和高档齿轮1300-1400650-700将作用在变速器第一轴上的载荷作为作用载荷时，变速器齿轮的许用接触应力见表3.3：1、一档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N由于作用在两齿轮上的力为作用力与反作用力，故只计算一个齿轮的接触应力即可，将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷，将以上数据代入（3.17）可得：MPa2、二档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3.17）可得：MPa3、三档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3.17）可得：MPa4、四档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3.17）可得：MPa5、五档齿轮接触应力校核已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3-17）可得：MPa以上各档变速器齿轮的接触应力均小于齿轮的许用接触应力，所以各档均合格。3.2.4 倒档齿轮的校核1、齿根弯曲疲劳许用应力计算输入轴倒档齿轮：已知：Nmm；mm；；，查齿形系数图3.2得：y=0.132，把以上数据代入(3.16)式，得：MPa2、齿面接触疲劳许用应力的计算19已知：Nmm；MPa；mm；mm；mm；N同一档，将以上数据代入（3-17）可得：MPa所以倒档齿轮接触疲劳强度和弯曲疲劳强度均合格。3.3 轴的结构和尺寸设计变速器的轴是变速器传递扭矩的主要部件，它的结构和强度直接影响变速器的使用寿命，变速器在工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力的作用，变速器的轴要承受转矩和弯矩。要求变速器的轴应该有足够强的刚度和强度。因为刚度不足轴会产生弯曲变形，结果破坏了齿轮的正确啮合，对齿轮的强度、耐磨性和工作噪声等均有不利影响。因此在设计变速器轴时，其刚度的大小应以保证齿轮能有正确的啮合为前提条件。设计阶段可根据经验公式和已知条件先确定轴的直径，然后根据公式进行有关刚度和强度方面的验算。3.3.1 轴的工艺要求输出轴上的轴颈常常用做滚针的滚道，要求有相当高的硬度和表面粗糙度，硬度应在HRC5863，表面光粗糙度不能过低。对于作为轴向推力支承或齿轮压紧端面的轴的端面，并规定其端面摆差。一根轴上的同心直径应可控制其不同心度。对于采用高频或渗碳钢的轴，螺纹部分不应淬硬，以免产生裂纹。对于阶梯轴来说，设计上应尽量保证工艺简单，阶梯应尽可能少。本设计经过综合考虑输入轴选用齿轮轴,材料与齿轮一样为20CrMnTi。3.3.2 初选轴的直径输入轴花键部分直径（mm）可按下式初选取：式中：经验系数，=4.04.6；发动机最大转矩（Nm）。输入轴花键部分直径：=22.5025.88mm初选输入、输出轴支承之间的长度=275mm。根据轴的制造工艺性要求，将轴的各部分尺寸初步设计如图3.2、3.3所示：在已知两轴式变速器中心距A时，输入轴和输出轴中部直径d为（0.450.6）A，轴的最大直径d和支承间距离的比值：对中间轴，对第二轴，。图3.2 输入轴各部分尺寸图3.3 输出轴各部分尺寸输入轴和输出轴中部直径=mm的取值：输入轴长度初选：mm输出轴长度初选：mm3.3.3 轴最小直径的确定按扭转强度条件计算，这种方法是根据轴所受的转矩进行计算，对实心轴，其强度条件为：（3.18）式中：轴传递的转矩Nm，=178Nm；轴的抗扭截面模量(mm3)；轴传递的功率（kw），=103kw；轴的转速，=6000；轴的许用扭转剪应力（MPa），见3.4表：表3.4 轴常用集中材料的及A值轴的材料Q235-A，20Q237，35（1C,18Ni9Ti）4540Cr,35SiMn,38SiMnMo,3Cr12,20CrMnTi/MPa15-2520-3525-4535-55A149-126135-112126-103112-97由式3.18得到轴直径的计算公式：（3.19）对输入轴为合金钢则A查表得为97112；P为103kw；n=6000r/min。代入式（3.19）得mm取为25mm。3.4 轴的强度验算3.4.1 轴的刚度计算对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。前者使齿轮中心距发生变化，破坏了齿轮的正确啮合；后者使齿轮相互歪斜，致使沿齿长方向的压力分布不均匀。初步确定轴的尺寸以后，可对轴进行刚度和强度验算。图3.4 变速器轴的挠度和转角轴的挠度和转角如图3.4所示，若轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为和转角为，可分别用下式计算：（3.20）（3.21）（3.22）式中：齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）；齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N）；弹性模量（MPa），=2.1105 MPa；惯性矩（mm4），对于实心轴，；轴的直径（mm），花键处按平均直径计算；、齿轮上的作用力距支座、的距离（mm）；支座间的距离（mm）。轴的全挠度为mm。轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为=0.050.10mm，=0.100.15mm。齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad。1、变速器输入轴和输出轴的刚度校核（1）轴上受力分析一档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=17.25mm；b=235.25mm；L=252.5mm；d=33.16mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=48.5mm；b=207.75mm；L=256.25mm；d=44mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad二档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=104.25mm；b=148.25mm；L=252.5mm；d=42mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=134.5mm；b=121.75mm；L=256.25mm；d=38mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad三档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=162.25；b=90.25mm；L=252.5mm；d=53.38mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：=mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=134.5mm；b=121.75mm；L=256.25mm；d=38mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad四档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=194.25mm；b=58.25mm；L=252.5mm；d=34mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=214.5mm；b=41.75mm；L=256.25mm；d=30mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmm rad五档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=229.25mm；b=23.25mm；L=252.5mm；d=34mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=214.5mm；b=41.75mm；L=256.25mm；d=30mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmm rad倒档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：已知：a=62.25mm；b=190.25mm；L=252.5mm；d=32.62mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。已知：a=48.5mm；b=207.75mm；L=256.25mm；d=44mm，把有关数据代入（3.20）、（3.21）、（3.22）得到：mmmmmmrad由以上可知道，变速器在各档工作时均满足刚度要求。3.4.2 轴的强度计算变速器在一档工作时：对输入轴校核：计算输入轴的支反力：NN图3.5 一档工作时受力图N已知：a=17.25mm；b=235.25mm；L=252.5mm；d=33.16mm1、垂直面内支反力如图3.5对B点取距：代入得：N对A点取距：代入得：N2、水平面内的支反力如图3.5对B点取距：代入得：N对A点取距：代入得：N3、计算垂直面内的弯矩B点的最大弯矩为：NmmNmmNmmB点的最小弯矩为：Nmm4、计算水平面内的弯矩Nmm5、计算合成弯矩NmmNmm轴上各点弯矩如图3.6所示：作用在齿轮上的径向力和轴向力，使轴在垂直面内弯曲变形，而圆周力使轴在水平面内弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的支反力之后，计算相应的弯矩、。轴在转矩和弯矩的同时作用下，其应力为 (3.23)式中：（N.m）；轴的直径（mm），花键处取内径；抗弯截面系数（mm3）。图3.6 输入轴的弯矩图将数据代入（3.23）式，得：MPaMPa在低档工作时，400MPa，符合要求。对输出轴校核：计算输出轴的支反力：齿轮受力如下：N图3.7 一档工作时受力图NN已知：a=48.5mm；b=207.75mm；L=256.25mm；d=44mm1、垂直面内支反力如图3.5对B点取距：代入得：N对A点取距：代入得：N2、水平面内的支反力如图3.5对B点取距：代入得：N对A点取距：代入得：N3、计算垂直面内的弯矩B点的最大弯矩为：NmmNmmNmmB点的最小弯矩为：Nmm4、计算水平面内的弯矩Nmm5、计算合成弯矩NmmNmm轴上各点弯矩如图3.8所示：图3.8 输出轴弯矩图将数据代入（3.23）式，得：MPaMPa在低档工作时，400MPa，符合要求。3.5 轴承选择与寿命计算轴承的使用寿命可按汽车以平均速度行驶至大修前的总行驶里程S来计算，对于汽车轴承寿命的要求是轿车30万公里，货车和大客车25万公里。式中，h3.5.1 输入轴轴承的选择与寿命计算初选轴承型号根据机械设计手册选择30205型号轴承KN，KN。1、变速器一档工作时，轴承的径向载荷：=3255.38N；N轴承内部轴向力：查机械设计手册得：Y=1.6NN所以N计算轴承当量动载荷查机械设计手册得到7，查机械设计手册得到；，查机械设计手册得到当量动载荷：NN为支反力。h表3.4 变速器各档的相对工作时间或使用率车型档位数最高档传动比/%变速器档位轿车普通级以下3113069410.532076.541182368中级以上3112277410.5210.587410.532076.5510.52418.575510.521557.525查表3.4可得到该档的使用率，所以：h所以轴承寿命满足要求。2、变速器四档工作时NNN轴承的径向载荷：=186.64N；N轴承内部轴向力：查机械设计手册得：Y=1.6NN所以计算轴承当量动载荷查机械设计手册得到查机械设计手册得到：当量动载荷：支反力。NNh查表3.4可得到该档的使用率，于是h所以轴承寿命满足要求。3.5.2 输出轴轴承的选择与寿命计算1、初选轴承型号根据机械设计手册选择轴承型号为：右轴承采用30205型号KN，KN左轴承采用30210型号KN，KN变速器一档工作时：一档齿轮上力为：，主减速器主动齿轮受力：轴承的径向载荷：N，N轴承内部轴向力：查机械设计手册得：右轴承Y=1.6，左轴承Y=1.4所以2、计算轴承当量动载荷查机械设计手册得到右轴承；左轴承，查机械设计手册得到：；，查机械设计手册得到：当量动载荷：查表3.4可得到该档的使用率，于是所以轴承寿命满足要求。3.6 本章小结本章主要对变速器的主要参数进行了选择，基本上完成了变速器主要尺寸的计算；同时对变速器各档齿轮进行弯曲疲劳强度和接触疲劳强度校核、对输入轴、输出轴的基本尺寸进行了设计；完成了轴的刚度和强度校核，以及完成了各轴轴承校核。第4章变速器同步器及操纵机构的设计4.1 同步器同步器是变速器换档机构的主要部件，能保证汽车稳定换档，防止齿轮的撞击损坏。同步器有常压式、惯性式和增力式三种。现在得到最广泛的是惯性式同步器。4.1.1 同步器工作原理目前所有的同步器几乎都是摩擦同步器，它的工作原理是使工作表面产生摩擦力矩，以克服被啮合零件的惯性力矩，使之在最短的时间内达到同步状态。同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。常压式同步器结构虽然简单，但有不能保啮合件在同步状态下（即角速度相等）换档的缺点，现已不用。得到广泛应用的是惯性式同步器。惯性式同步器能做到换档时，在两换档元件之间的角速度达到完全相等之前不允许换档，因而能很好地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们结构不同，但是它们都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。本设计考虑到所设计的为轻型货车选用锁环式同步器作为设计对象。4.1.2 惯性式同步器惯性式同步器能做到换档时，在两换档元件之间的角速度达到完全相等之前不允许换档，因而能很好地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们结构不同，但是它们都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。本设计选择锁环式同步器。1、锁环式同步器结构如图4-1所示，锁环式同步器的结构特点是同步器的摩擦元件位于锁环1或4和齿轮5或8凸肩部分的锥形斜面上。作为锁止元件是在锁环1或4上的齿和做在啮合套7上齿的端部，且端部均为斜面称为锁止面。弹性元件是位于啮合套座两侧的弹簧圈。弹簧圈将置于啮合套座花键上中部呈凸起状的滑块压向啮合套。在不换档的中间位置，滑块凸起部分嵌入啮合套中部的内环槽中，使同步器用来换档的零件保持在中立位置上。滑块两端伸入锁环缺口内，而缺口的饿尺寸要比滑块宽一个接合齿。1、4锁环（同步锥环） 2滑块 3弹簧圈 5啮合套座 6啮合套图4.1 锁环式同步器2、锁环式同步器工作原理换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推啮合套并带动滑块和锁环移动，直至锁环面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后，因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在速度差，致使在锥面上作用有摩擦力矩，它使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，并由滑块予以确定。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触（图4-2a），使啮合套的移动受阻，同步器处于锁止状态，换档的第一阶段工作至此已完成。换档力将锁环继续压靠在锥面上，并使摩擦力矩增大，与此同时在锁止面处作用有与之方向相反的拨环力矩。齿轮与锁环的角速度逐渐接近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束，完成了换档过程的第二阶段工作。之后，摩擦力矩随之消失，而拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，啮合套上的接合齿在换档力作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合（图4-2b），完成同步换档。a)同步器锁止位置 b)同步器换档位置1锁环 2啮合套 3啮合套上的接合齿 4滑快图4.2 锁环式同步器工作原理锁环式同步器有工作可靠、零件耐用等优点，但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在锁环的接合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于乘用车和总质量不大的货车变速器中。4.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定1、接近尺寸同步器换档第一阶段中间，在摩擦锥环侧面压在摩擦锥盘侧边的同时，且啮合套相对锁销作轴向移动前，滑动齿套接合齿与锥环接合齿倒角之间的轴向距离，称为接近尺寸。尺寸应大于零，取=0.20.3mm。本设计取为0.2。2、分度尺寸锁销中部倒角与销孔的倒角互相抵触时，滑动齿套接合齿与摩擦锥环接合齿中心线间的距离，称为分度尺寸。尺寸应等于1/4接合齿齿距。尺寸和是保证同步器处于正确啮合锁止位置的重要尺寸，应予以控制。3、锁销端隙锁销端隙系指锁销端面与摩擦锥环端面之间的间隙，同时，滑动齿套端面与摩擦锥环端面之间的间隙为，要求。若，则换档时，在摩擦锥面尚未接触时，滑动齿套接合齿的锁止面已位于接触位置，即接近尺寸0，此刻因摩擦锥环浮动，摩擦面处无摩擦力矩作用，致使同步器失去锁止作用。为保证0，应使，通常取=0.5mm左右。本设计取=0.5mm，=0.6mm。摩擦锥环端面与齿轮接合齿端面应留有间隙，并可称之为后备行程。预留后备行程的原因是摩擦锥环的摩擦锥面会因摩擦而磨损，在换档时，摩擦锥环要向齿轮方向增加少量移动。随着磨损的增加，这种移动量也逐渐增多，导致间隙逐渐减少，直至为零；此后，两摩擦锥面间会在这种状态下出现间隙和失去摩擦力矩。而此刻，若摩擦锥环上的摩擦锥面还未达到许用磨损的范围，同步器也会因失去摩擦力矩而不能实现摩擦锥环等零件与齿轮同步后换档，故属于因设计不当而影响同步器寿命。一般应取=1.22.0mm，本设计取为1.2mm。在空档位置，摩擦锥环锥面的轴向间隙应保持在0.20.5mm。4.1.4 主要参数的确定1、摩擦因数汽车在行驶过程中换档，特别是在高档区换档次数较多，意味着同步器工作频繁。同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。为了获得较大的摩擦力矩，又要求用摩擦因数大而且性能稳定的材料制作同步环。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因数减小，这就为设计工作带来困难。摩擦因数除与选用的材料有关外，还与工作面的表面粗糙度、润滑油种类和温度等因数有关。作为与同步环锥面接触的齿轮上的锥面部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。对锥面的表面粗糙度要求较高，用来保证在使用过程中摩擦因数变化小。若锥面的表面粗糙度值大，则在使用初期容易损害同步环锥面。同步环常选用能保证具有足够高的强度和硬度、耐磨性能良好的黄铜合金制造，如锰黄铜、铝黄铜和锡黄铜等。早期用青铜合金制造的同步环，因使用寿命短已遭淘汰。由黄铜合金与钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数f取0.1。摩擦因数f对换档齿轮和轴的角速度能迅速达到相同有重要作用。摩擦因数大，则换档省力或缩短同步时间；摩擦因数小则反之，甚至失去同步作用。为此，在同步环锥面处制有破坏油膜的细牙螺纹槽及与螺纹槽垂直的泄油槽，用来保证摩擦面之间有足够的摩擦因数。2、同步环主要尺寸的确定（1）同步环锥面上的罗纹槽如果螺纹槽螺线的顶部设计得窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间的油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强，使磨损加快。实验还证明：螺纹的齿顶宽对的影响很大，随齿顶的磨损而降低，换档费力，故齿顶宽不易过大。螺纹槽设计得大些，可使被刮下来的油存在于螺纹之间的间隙中，但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。通常轴向泄油槽为612个，槽宽34mm。（2）锥面半锥角摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自锁的条件是。一般取=6。8。=6。时，摩擦力矩较大，但在锥面的表面粗糙度控制不严时，则有粘着和咬住的倾向；在=7。市就很少出现咬住现象。（3）摩擦锥面平均半径设计得越大，则摩擦力矩越大。往往受结构限制，包括变速器中心距及相关零件的尺寸和布置的限制，以及取大以后还会影响同步器径向厚度尺寸要取小的约束，故不能取大。原则上是在可能的条件下，尽可能将取大些。本设计中取30mm。（4）锥面工作长度缩短锥面长度，可使变速器的轴向长度缩短，但同时也减小了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。可参考经验公式选：对锁环式同步器本设计=7.5mm。（5）同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度受结构布置上的限制，包括变速器中心距及相关零件特别是锥面平均半径和布置上的限制，不易取得很厚，但必须保证同步环有足够的强度。乘用车同步环厚度比货车小些，应选用锻件或精密锻造工艺加工制成，这能提高材料的屈服强度和疲劳寿命。货车同步环可用压铸加工。锻造时选用锰黄铜等材料，铸造时选用铝黄铜等材料。有的变速器用高强度、高耐磨性的钢与钼配合的摩擦副，即在钢质或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀一层钼（厚约0.30.5），使其摩擦因数在钢与铜合金的摩擦副范围内，而耐磨性和强度有显著提高。也有的同步环是在铜环基体的锥孔表面喷上厚0.070.12mm的钼制成。喷钼环的寿命是铜环的23倍。以钢质为基体的同步环不仅可以节约铜，还可以提高同步环的强度。3、锁止角锁止角选取得正确，可以保证只有在换档的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换档。影响锁止角选取的因素，主要有摩擦因数、摩擦锥面平均半径、锁止面平均半径和锥面半锥角。已有结构的锁止角在2642。4、同步时间同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。除去同步器的结构尺寸、转动惯量对同步时间有影响。轴向力大、则同步时间减少。而轴向力与作用在变速杆手柄上的力有关，不同车型要求作用到手柄上的力也不相同。为此，同步时间与车型有关，计算时可在下述范围选取：对乘用车变速器，高档取0.150.30s，低档取0.500.80s；对货车变速器，高档取0.300.80s，低档取1.000.50s。5、转动惯量的计算换档过程中依据同步器改变转速的零件，统称为输入端零件，它包括第一轴及离合器的从动盘、中间轴及其上的齿轮、与中间轴上齿轮向啮合的第二轴上的常啮合齿轮。其转动惯量的计算是：首先求得各零件的转动惯量，然后按不同档位转换到被同步的零件上。对已有的零件，其转动惯量值通常用扭摆法测出；若零件未制成，可将这些零件分解为

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。