CA5-38中型货车三轴式五档手动变速器设计
83页 27000字数+说明书+任务书+开题报告+9张CAD图纸【详情如下】
A0装配图.dwg
A0输出轴.dwg
A1中间轴.dwg
A2中间轴四档齿轮.dwg
A2中间轴常啮合齿轮.dwg
A2倒挡辅助齿轮.dwg
A2输出轴一档齿轮.dwg
A2输出轴倒档齿轮.dwg
A2输出轴四档齿轮.dwg
CA5-38中型货车三轴式五档手动变速器设计开题报告.doc
CA5-38中型货车三轴式五档手动变速器设计说明书.doc
中期检查表.doc
任务书.doc
优秀设计.doc
封皮.doc
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
题目审定表.doc
06.毕业设计指导教师评分表.doc
07.毕业设计评阅人评分表.doc
08.毕业设计答辩评分表.doc
摘要
变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，是汽车总成部件中的重要组成部分，是主要的传动系统。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。
本文设计研究了三轴式五档手动变速器，其目的主要是基于对机械原理、机械设计、AutoCAD等知识的熟练运用和掌握，同时运用汽车构造、汽车设计、材料力学、互换性测量等学科知识，对三轴式变速器的各部件进行设计，并利用AutoCAD软件绘制装配图和零件图等六项内容。首先，本文将概述变速器的现状和发展趋势，介绍变速器领域的最新发展状况。其次，对工作原理做了阐述，对不同的变速器传动方案进行比较，选择合理的结构方案进行设计。再次，对变速器的各档齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算，并进行了受力分析、强度和刚度校核计算,并为为这些元件选择合适的工程材料及热处理方法。对一些标准件进行了选型以及变速器的传动方案设计。简单讲述了变速器中各部件材料的选择。最后，本文将对变速器换档过程中的重要部件—同步器以及操纵机构进行阐述，讲述同步器的类型、工作原理、选择方法以及重要参数。
关键词：变速器；传动比；轴；齿轮；花键；校核
ABSTRACT
Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, Automotive transmission parts in the automobile assembly of an important part of the main drive system. Transmission of the power structure of the vehicle, economy, manipulation of the reliability and portability, the smooth drive and have a direct impact on efficiency.
This design study of the three-axis 5-speed manual transmission, the purpose is based on the skillful of using mechanic theory ,mechanic design, AutoCAD. Meanwhile, my paper is incorporated structure of vehicle, design of vehicle, mechanic of materials, and survey of interchangeability. I will design the parts of three-shaft transmission, and using Auto CAD software, drawing assembly drawings and parts diagrams of five elements. At the same time the use of vehicle construction, automotive design, material mechanics, interchangeability of measurement knowledge of the subjects on the three-axis gearbox design file 12.At first, I will give a summary of the current situation and the tendency of development of the vehicle transmission, and introduce the latest development state in the field of the transmission.The second, I will compare the transmitting scheme of different transmission, and choose a better structure scheme.Next, I will do some mechanic analyses, strength, stiffness check of the shafts and gears, which are the important parts of the transmission, and choose appropriate materials and heat treatment.At last, I will introduce the operation mechanism and the synchronizer, which plays an important role in changing gear. I will give an account of the type, operation, design procedure and major parameter of the synchronizer.At the supplement, I will write some thing like formula, tableau graph and so on. It may be helpful for the future design.
Key words: Transmission；Transmission Ratio；Shaft；Gear；spline； Checking
目 录
摘要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1汽车变速器的概述1
1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果2
1.3汽车变速器设计的目的和意义4
1.4汽车变速器的设计方法和研究内容5
第2章 变速器的结构方案的确定6
2.1变速器传动机构分析和布置方案的设计6
2.1.1两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析6
2.1.2变速器倒挡布置方案分析确定7
2.1.3传动机构布置中齿轮安排的分析确定8
2.2变速器零、部件结构方案分析确定9
2.2.1齿轮形式9
2.2.2变速器自动脱档机构形式分析确定10
2.3本章小结11
第3章 变速器主要参数的选择12
3.1变速器档位数目及各档传动比12
3.1.1变速器档位数目的确定12
3.1.2主减速比的确定12
3.1.3 变速器Ⅰ档传动比的确定13
3.1.4变速器各档传动比的确定15
3.2变速器中心距的确定15
3.3变速器的外形尺寸16
3.4变速器的齿轮参数的确定17
3.4.1齿轮齿数17
3.4.2齿轮模数17
3.4.3齿形、压力角及螺旋角19
3.4.4齿宽21
3.4.5齿顶高系数21
3.4.6齿轮的修正21
3.5变速器各档齿轮齿数的分配23
3.5.1确定一挡齿轮的齿数23
3.5.2对中心距进行修正23
3.5.3确定常啮合传动齿轮副的齿数24
3.5.4确定其他各档的齿数26
3.5.5确定倒档齿轮齿数31
3.6本章小结33
第4章 变速器齿轮的设计及校核34
4.1 齿轮的材料选择34
4.1.1 齿轮坏损形式及避免错失34
4.1.2 齿轮的材料选择35
4.2计算各轴的转矩36
4.3齿轮的强度计算36
4.3.1轮齿的弯曲应力36
4.3.2轮齿接触应力39
4.3.3各档齿轮的强度计算校核40
4.4计算各档齿轮的受力48
4.5本章小结51
第5章 变速器轴和轴承的设计及校核52
5.1轴的设计52
5.1.1轴的功用及其设计要求52
5.1.2轴的结构设计52
5.1.3轴的尺寸53
5.2轴的强度验算54
5.2.1轴的刚度验算54
5.2.2轴的强度计算59
5.2.3轴承的选择及校核61
5.3本章小结65
第6章 同步器的确定66
6.1锁销式同步器66
6.2锁环式同步器67
6.3本章小结68
第7章 操纵机构和箱体的确定69
7.1操纵机构的功用69
7.2 换档位置69
7.3变速杆的布置69
7.3.1直接操纵手动换挡变速器69
7.3.2远距离操纵手动换挡变速器70
7.4锁止装置70
7.4.1互锁装置70
7.4.2自锁装置71
7.4.3倒档锁装置71
7.5变速器箱体的设计71
7.6本章小结72
结论73
参考文献74
致谢75
附录76
1.1汽车变速器的概述
汽车是一种快速机动的道路交通工具。一般是指自带动力装置的可以独立行驶并完成运载任务的轮式车辆，具有四个或四个以上的车轮。按照国家标准中有关规定，汽车可分为载货汽车，越野汽车，自卸汽车，牵引汽车，专业汽车，客车，轿车等种类。汽车的基本组成是相同的，均由发动机，底盘，车身和电气设备四大部分组成，现代汽车将以往复活塞式内燃机为主要动力源，而发动机的扭矩、转速与汽车的牵引力、车速要求之间的矛盾，靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。为此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器。既可使驱动车轮的扭矩增大为发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的若干分之一。另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330 N·m /194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平[5]。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：
（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。
（2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。
（3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的。
（4）摩擦传动CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比。
2．液力传动[6]
人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是, 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。
3．电控机械式自动变速器
电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称"AMT")和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。 1.3汽车变速器设计的目的和意义
现代汽车的动力设置，几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等优点。但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。
大家知道，汽车需要克服作用在它上面的阻力，才能起步和正常的行驶。即使在平坦的柏油路上，汽车以低速等速直线行驶，也需要克服约占汽车总质量1.5%的滚动阻力。 例如，NJ130汽车，满载时总质量为5360kg，其滚动阻力为800N左右。若需要满载汽车在坡度为9%的道路上等速上坡行驶，仅上坡阻力就达4824N。如果用发动机直接带动汽车驱动轮，则发动机需要发出2050 N·m的扭矩。而NJ130汽车发动机的最大扭矩只有205N·m，此时，所产生的最大牵引力为482N，和上坡阻力相差10倍之多。显然，如此小的牵引力，不仅不能上坡行驶，即使在平坦的道路上也不能行驶。1.4汽车变速器的设计方法和研究内容
在本次设计中，由于是对传统的变速器进行改进性设计，在设计中参考了一汽集团的CA1051K26L4-3中型货车的变速器，采用了锁环式同步器的换档方式[8]。
在设计中，我们除了对汽车变速器的结构进行了合理的布置外，还运用了材料力学、机械原理、机械设计等知识，对变速器的重要零件—轴和齿轮进行受力分析，强度、刚度的校核，以及为这些零件选择合理的工程材料和热处理方法，同时也为变速器选择合理的同步器和操纵机构。
通过参考CA1051K26L4-3中型货车的变速器，对变速器进行整体结构布置，校核轴和齿轮的强度、刚度，选择材料和热处理方法；后面的主要任务是绘制变速器的装配图和重要的零件图，确定个零件的精度等级及其它参数；最后，是对整体论文的编写整理整个设计过程中的各种资料，以及对前期设计中的错误做出修改。
本设计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，自己独立设计出符合要求的中间轴式五档变速器。其中本设计的重点部分是档位传动比的选择及计算依据、齿轮参数的选择计算及校核、二轴及中间轴的强度校核等。
第3章 变速器主要参数的选择
3.1变速器档位数目及各档传动比
3.1.1变速器档位数目的确定
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。而传动系的档位数的多少对汽车动力性、经济性影响很大。档数多，可以使发动机经常在最大功率附近的转速工作，而且发动机转速变化范围小，发动机平均功率高，故可提高汽车的动力性。即提高汽车的加速能力和爬坡能力。档数多也增加了发动机在低油耗区工作的可能性，因而提高了汽车的燃料经济性。档数多少还影响相邻的低档与高档间传动比的比值。档数多，则此比值小，换档容易。相邻的低档与高档间传动比的比值不应大于1.8，而且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。档数多的缺点是使变速器的结构复杂、质量增大、操纵不轻便等。
CA5-38变速器参数：
发动机最大功率88 Kw车轮滚动半径0.41m
发动机最大转矩245 N·m额定转速3200 r/min
最大转矩时转速2000 r/min最高车速95 km/h
总质量5500 r/min最大功率时转速5000 r/min
3.1.2主减速比的确定
(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。
结 论
在本次毕业设计中，主要完成了变速器传动方案的确定，变速器各档传动比的分配，齿轮参数的选择，变速器各档齿轮齿数分配，变速器齿轮的设计计算，变速器轴和轴承的设计计算，同步器及箱体的选择以及利用AutoCAD画装配图和零件图等设计。由于本次设计的项目在国内外都是成熟的技术，这次设计的目的是为了了解设计的方法、设计过程以及一些设计理念。
本次设计以CA5－38中型货车变速器设计为题。主要是对变速器的两大主要元件—轴和齿轮的设计计算。在机械式变速器中，这两大元件对变速器的工作起了主要作用，通过改变齿轮组的啮合组合的不同从而改变了传动转速。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。变速器在换档过程中的另一个重要元件式同步器，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，其次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。
参考文献
[1] 陈家瑞. 汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2002：60-70.
[2] 朝峰. 汽车变速器技术的发展与展望[J]. 汽车研究与开发，2005.
[3] 彭明涛. 汽车带式变速器的发展现状[J]. 重庆工商大学学报，2003.
[4] Ercole G.Mattiazzo G.Mauro Co-operating clutch and engine control for servo actuated shifting through fuzzy supervisor[J].SAE Transactions，1999.
[5] 宋燕. 无级变速控制技术[J]. 黑龙江交通科技出版社，2009.
[6] 刘应诚. 汽车液力自动变速器的应用与发展[J]. MC现代零部件，2004.
[7] 李毅. 汽车无级变速器组成原理与检修[J]. 交通科技与经济出版社，2009.
[8] 马怀琳. 汽车变速器的技术动向[J]. 汽车制造与装备，2005.
[9] 王望予. 汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004：105-111.
[10] 王红岩. 变速传动系统动态特性的理论与试验分析[J].湖北：湖北汽车工业学院学报，2000.
[11] Ashloy e.Is CVT the transmission of the future[J]，Mechanical Engineering，1994.
[12] 马秋生. 机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2003：150-221.
[13] 周松鹤. 工程力学[M].北京：机械工业出版社，2005：209-222.
[14] 张松林. 最新轴承手册[M].北京：电子工业出版社，2007：374-378.
[15] 孙冬野. 自动车辆无级变速传动系统模糊控制策略研究[J]. 农业机械学报，2001.
[16] Sebulke A.The Two-Mass Flywheel-A Torsional Vibration Damper for the Power Train of Passenger Cars-State of the Art and Further Technical Development[J]，SAE Transactions，1987.
[17] 李俊明. 汽车变速操纵液压系统的神经模糊与数字控制方法研究[J].重庆：重庆工学院学报，2006.
[18] Lee H.Kim H.Improvement of fuel economy by shift speed control for metal belt continuously variable transmission[J]，ImechE，2002.
川公网安备: 51019002004831号