狮跑全轮驱动汽车分动器与变速器设计[SUV车型]【2张CAD图纸+WORD毕业论文】【汽车车辆专业】

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狮跑全轮驱动汽车分动器与变速器设计

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摘要
本设计主要根据现代狮跑2.0L手动四驱SUV汽车的相关技术参数进行分动器和变速器的设计。根据匹配车型的使用条件和车辆参数选择分动器的结构形式，并按照分动器系统的设计步骤和要求，具体进行了分动器轴、齿轮等零部件的相关设计工作和校核工作，在对机械式变速器的发展历史、变速器的地位和作用，以及未来发展趋势进行深入了解的基础上研究了机械式变速器的基本结构和变速原理，对机械式变速器各挡传动路线进行了简要分析，并以此为理论基础，设计了起亚狮跑汽车三轴五档变速器，完成了变速器的布置方案分析、变速器回转件结构参数的确定、同步器设计、各挡齿轮、轴的设计以及强度校核、轴承的使用寿命计算等。
关键词：分动器；设计；变速器；齿轮；同步器

Abstract
The design is based mainly on the modern lion run manually 2.0L four-wheel-drive SUV vehicle-related parameters at the design of the actuator. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the actuator sub-system design steps and requirements, mainly related to design work, including the sub-center distance of actuators, bevel gear and other parameters. And a sub-axis actuators, gears and other parts of the design and verification of the relevant work. At first, the thesis simply depicted the develop history of mechanical transmission, and it discussed the status and action of mechanical transmission as well as mechanical transmission’s current situation and forthcoming development trend. In addition, it studied the mechanical transmission’s basic structure and working principle. The transmission operation of every gear was researched. And mechanical transmission of three axles-five gears in KIA was designed based on above analysis. The layout plan of the mechanical transmission and the parameters of revolving parts were chose. At last, the synchronizer, axles and gears were designed and checked.
Keywords: Sub-actuator; design； transmission; gear; synchronizer

目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1 分动器简介 1
1.1.1 分动器的构造原理及设计要求 1
1.1.2 分动器类型 2
1.2 变速器的发展概况 3
1.2.1 变速器的设计要求 3
第2章主要参数的选择 4
2.1 分动器 4
2.1.1 档数及传动比 4
2.1.2 中心距的确定 5
2.1.3 齿轮参数的确定 5
2.2 变速器 8
2.2.1 传动机构布置方案 8
2.2.2 零部件结构方案分析 10
2.2.3 档数及各档传动比 11
2.2.4 中心距的确定 11
2.2.5 齿轮参数的确定 12
第3章　齿轮的强度计算 15
3.1 分动器 15
3.1.1 齿轮的失效形式与原因 15
3.1.2 齿轮强度的计算与校核 15
3.2 变速器 17
3.2.1输入轴常啮合齿轮 17
3.2.2输出轴齿轮 18
3.2.3中间轴齿轮 19
第4章轴的初选与强度计算 22
4.1 分动器轴的初选与计算 22
4.2 键的选择与计算 23
4.3 变速器轴的初选与计算 23
4.3.1 轴的尺寸初选 23
4.3.2 输出轴的计算 24
4.3.3 中间轴的计算 28
第5章同步器 33
5.1 同步器的结构类型 33
5.2 锁环式同步器工作原理 33
5.3锁环式同步器的主要结构参数 36
第6章轴承的选用与寿命计算 38
6.1分动器轴承 38
6.2变速器轴承 38
6.2.2 输出轴后端轴承 38
6.2.2 输入轴后端轴承 40
6.2.3 中间轴前端轴承 41
6.2.4 中间轴后端轴承 42
结论 44
参考文献 45
致谢 46

第1章绪论
1.1 分动器简介
多桥驱动的越野汽车的传动系中均装有分动器。分动器也是一组齿轮传动装置，其主要功用是将变速器输出的动力分配到各个驱动桥。另外，由于大多数分动器都有两个档位，所以它还兼起副变速器的作用[1]。
（1）带轴间差速器的分动器
各输出轴可以以不同的转速旋转，而转矩分配则由差速器传动比决定。据此，可将转矩按轴荷分配到各驱动桥。装有这种分动器的汽车，不仅挂加力档时可使全轮驱动，以克服坏路面和无路地区地面的较大阻力，而且挂分动器的高档时也可使全轮驱动，以充分利用附着重量及附着力，提高汽车在好路面上的牵引性能。
（2）不带轴间差速器的分动器
各输出轴可以以相同的转速旋转，而转矩分配则与该驱动轮的阻力及其传动机构的刚度有关。这种结构的分动器在挂低档时同时将接通前驱动桥；而挂高档时前驱动桥则一定与传动系分离，使变为从动桥以避免发生功率循环并降低汽车在好路面上行驶时的动力消耗及轮胎等的磨损。
（3）装有超越离合器的分动器
利用前后轮的转速差使当后轮滑转时自动接上前驱动桥，倒档时则用另一超越离合器工作。
分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩，是4x4越野车汽车传动系中不可缺少的传动部件，它的前部与汽车变速箱联接，将其输出的动力经适当变速后同时传给汽车的前桥和后桥，此时汽车全轮驱动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。
1.1.1 分动器的构造原理及设计要求
分动器的输入轴与变速器的第二轴相连，输出轴有两个或两个以上，通过万向传动装置分别与各驱动桥相连。
对分动器的设计要求要满足以下几点：
1）便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑；
2）保证汽车必要的动力性和经济性；
3）换档迅速、省力、方便；
4）工作可靠，不得有跳档及换档冲击等现象发生；
5）分动器应有高的工作效率；
6）

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分动器装配图.gif

变速器装配图.gif

内容简介：: 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）题目狮跑全轮驱动车分动器与变速器设计专业车辆工程学号 1089311209 学生葛宏岩指导教师谢春丽答辩日期 2011.12.30 哈工大华德学院哈工大华德学院毕业设计（论文）评语姓名：葛宏岩学号： 089311209 专业：车辆工程毕业设计（论文）题目：狮跑全轮驱动汽车分动器与变速器设计工作起止日期： 2011 年 10 月 11 日起 2011 年 12 月 30 日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：指导教师签字：指导教师职称：评阅人评阅意见：评阅教师签字：评阅教师职称：答辩委员会评语：根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：对毕业设计（论文）的特殊评语：答辩委员会主任（签字）职称：答辩委员会副主任（签字）：职称：答辩委员会委员（签字）：年月日毕业设计（论文）任务书学生姓名葛宏岩系部汽车工程系专业、班级车辆工程0893112指导教师姓名谢春丽职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称狮跑全轮驱动汽车分动器与变速器设计一、设计（论文）目的、意义全轮驱动，又称四轮驱动，是指汽车前后轮都有动力。这种总布置形式，由于全部车轮都是驱动轮，充分利用了汽车的全部附着质量，因此汽车有较大的驱动力和克服障碍、防止打滑的能力。本设计以狮跑车为原型，采用兼时驱动模式，驾驶员可以根据路面状况，利用分动器实现前轮驱动、后轮驱动和四轮驱动三种驱动方式的转换，可以很好的满足不同情况下的使用要求。本设计采用逆向设计的方法，主要对分动器和变速器的结构进行设计，该设计可以为以后开展分动器和变速器的设计提供参考二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）通过对现有狮跑车上采用的分动器和变速器进行研究的基础上主要完成以下基本内容：（1）分动器档数、传动比、中心距、齿轮参数的选择。（2）分动器强度计算及材料选择。（3）分动器轴的设计。（4）分动器同步器的设计。（5）设计三轴五档变速器，完成变速器的布置方案分析。（6）变速器结构参数的确定。（7）变速器同步器的设计。（8）各挡齿轮、轴的设计以及强度校核。本设计采用文献查阅法，大量收集资料查阅狮跑车分动器和变速器的相关技术参数，利用计算分析法对分动器和变速器轴、齿轮等强度进行校核计算。利用实物参考方法，参照现有狮跑车所采用的分动器和变速器进行设计。利用对比分析法，将所设计的分动器和变速器与现有的分动器进行对比证明设计的正确性。三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分包括分动器和变速器设计过程分析及重要的零部件如齿轮和轴等的校核计算（二）图纸部分分动器装配图0#图纸一张；变速器装配图0#图纸一张四、设计（论文）进度安排 2011年10月1日10月20日查阅相关资料，初步确定设计方案，撰写开题报告 10月21日开题10月22日11月10日完成分动器的装配图绘制及相关零件的校核11月11日11月22日完成变速器的装配图绘制及相关零件的校核11月23日11月25日完成装配图并参加中期检查11月26日12月5日完成说明书的整理和撰写工作，并检查图纸12月6日12月9日准备结题12月10日12月19日最后核定说明书及图纸，准备上交全部材料五、主要参考资料1 郭新华汽车构造（第二版）北京：高等教育出版社，20082 高维山汽车设计丛书变速器M北京：人民交通出版社，19903 王望予汽车设计（第4版）M 北京：机械工业出版社，20044 刘维信汽车设计M北京：清华大学出版社，20015 陈家瑞汽车构造M北京：机械工业出版社，20006 钟毅芳，唐增宝机械设计（第二版）M武汉：华中科技大学出版社，20017 王黎钦，陈铁鸣机械设计（第4版）M哈尔滨工业大学出版社，20088 Christian BaderPower train electronics-progress on the use and development of the computer aided gearshift systemsJSAE 901160，19909 EHendricksQualitative and quantitative influence of a fully controlled on fuel economy and vehicle performanceJSAE 930668，199310 余志生汽车理论（第三版）M北京：机械工业出版社，200011 Bran BachDevelopment of a Shift By Wire Synchronized 5-Speed Manual T ransmissionJSAE 980831，1998812 王望予汽车设计（第3版）M北京：机械工业出版社，2000六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计摘要本设计主要根据现代狮跑2.0L手动四驱SUV汽车的相关技术参数进行分动器和变速器的设计。根据匹配车型的使用条件和车辆参数选择分动器的结构形式，并按照分动器系统的设计步骤和要求，具体进行了分动器轴、齿轮等零部件的相关设计工作和校核工作，在对机械式变速器的发展历史、变速器的地位和作用，以及未来发展趋势进行深入了解的基础上研究了机械式变速器的基本结构和变速原理，对机械式变速器各挡传动路线进行了简要分析，并以此为理论基础，设计了起亚狮跑汽车三轴五档变速器，完成了变速器的布置方案分析、变速器回转件结构参数的确定、同步器设计、各挡齿轮、轴的设计以及强度校核、轴承的使用寿命计算等。关键词：分动器；设计；变速器；齿轮；同步器 AbstractThe design is based mainly on the modern lion run manually 2.0L four-wheel-drive SUV vehicle-related parameters at the design of the actuator. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the actuator sub-system design steps and requirements, mainly related to design work, including the sub-center distance of actuators, bevel gear and other parameters. And a sub-axis actuators, gears and other parts of the design and verification of the relevant work. At first, the thesis simply depicted the develop history of mechanical transmission, and it discussed the status and action of mechanical transmission as well as mechanical transmissions current situation and forthcoming development trend. In addition, it studied the mechanical transmissions basic structure and working principle. The transmission operation of every gear was researched. And mechanical transmission of three axles-five gears in KIA was designed based on above analysis. The layout plan of the mechanical transmission and the parameters of revolving parts were chose. At last, the synchronizer, axles and gears were designed and checked.Keywords: Sub-actuator; design； transmission; gear; synchronizer目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 分动器简介11.1.1 分动器的构造原理及设计要求11.1.2 分动器类型21.2 变速器的发展概况31.2.1 变速器的设计要求3第2章主要参数的选择42.1 分动器42.1.1 档数及传动比42.1.2 中心距的确定52.1.3 齿轮参数的确定52.2 变速器82.2.1 传动机构布置方案82.2.2 零部件结构方案分析102.2.3 档数及各档传动比112.2.4 中心距的确定112.2.5 齿轮参数的确定12第3章齿轮的强度计算153.1 分动器153.1.1 齿轮的失效形式与原因153.1.2 齿轮强度的计算与校核153.2 变速器173.2.1输入轴常啮合齿轮173.2.2输出轴齿轮183.2.3中间轴齿轮19第4章轴的初选与强度计算224.1 分动器轴的初选与计算224.2 键的选择与计算234.3 变速器轴的初选与计算234.3.1 轴的尺寸初选234.3.2 输出轴的计算244.3.3 中间轴的计算28第5章同步器335.1 同步器的结构类型335.2 锁环式同步器工作原理335.3锁环式同步器的主要结构参数36第6章轴承的选用与寿命计算386.1分动器轴承386.2变速器轴承386.2.2 输出轴后端轴承386.2.2 输入轴后端轴承406.2.3 中间轴前端轴承416.2.4 中间轴后端轴承42结论44参考文献45致谢46 IV第1章绪论1.1 分动器简介多桥驱动的越野汽车的传动系中均装有分动器。分动器也是一组齿轮传动装置，其主要功用是将变速器输出的动力分配到各个驱动桥。另外，由于大多数分动器都有两个档位，所以它还兼起副变速器的作用1。（1）带轴间差速器的分动器各输出轴可以以不同的转速旋转，而转矩分配则由差速器传动比决定。据此，可将转矩按轴荷分配到各驱动桥。装有这种分动器的汽车，不仅挂加力档时可使全轮驱动，以克服坏路面和无路地区地面的较大阻力，而且挂分动器的高档时也可使全轮驱动，以充分利用附着重量及附着力，提高汽车在好路面上的牵引性能。（2）不带轴间差速器的分动器各输出轴可以以相同的转速旋转，而转矩分配则与该驱动轮的阻力及其传动机构的刚度有关。这种结构的分动器在挂低档时同时将接通前驱动桥；而挂高档时前驱动桥则一定与传动系分离，使变为从动桥以避免发生功率循环并降低汽车在好路面上行驶时的动力消耗及轮胎等的磨损。（3）装有超越离合器的分动器利用前后轮的转速差使当后轮滑转时自动接上前驱动桥，倒档时则用另一超越离合器工作。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩，是4x4越野车汽车传动系中不可缺少的传动部件，它的前部与汽车变速箱联接，将其输出的动力经适当变速后同时传给汽车的前桥和后桥，此时汽车全轮驱动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。1.1.1 分动器的构造原理及设计要求分动器的输入轴与变速器的第二轴相连，输出轴有两个或两个以上，通过万向传动装置分别与各驱动桥相连。对分动器的设计要求要满足以下几点：1）便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑；2）保证汽车必要的动力性和经济性；3）换档迅速、省力、方便；4）工作可靠，不得有跳档及换档冲击等现象发生；5）分动器应有高的工作效率；6）分动器的工作噪声低；分动器的工作要求：（1）先接前桥，后挂低速档；（2）先退出低速档，再摘下前桥；上述要求可以通过操纵机构加以保证。1.1.2 分动器类型（1）分时四驱(Parttime 4WD) 这是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是一般越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。最显著的优点是可根据实际情况来选取驱动模式，比较经济。（2）全时四驱(Fulltime 4WD)这种传动系统不需要驾驶人选择操作，前后车轮永远维持四轮驱动模式，行驶时将发动机输出扭矩按50：50设定在前后轮上，使前后排车轮保持等量的扭矩。全时驱动系统具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，有了全时四驱系统，就可以在铺覆路面上顺利驾驶。但其缺点也很明显，那就是比较废油，经济性不够好。而且，车辆没有任何装置来控制轮胎转速的差异，一旦一个轮胎离开地面，往往会使车辆停滞在那里，不能前进。（3）适时驱动(Realtime 4WD)采用适时驱动系统的车辆可以通过电脑来控制选择适合当下情况的驱动模式。在正常的路面，车辆一般会采用后轮驱动的方式。而一旦遇到路面不良或驱动轮打滑的情况，电脑会自动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，自然切换到四轮驱动状态，免除了驾驶人的判断和手动操作，应用更加简单。1.2 变速器的发展概况汽车是最重要的现代化交通工具，又是科学技术发展水平的标志，而变速器又是汽车传动系统重要的总成。机械式变速器经过多年的研究和发展，己积累了相当的设计和生产经验，形成不少定型的产品，现代商用车和乘用车大都采用机械变速器。在变速器上广泛采用斜齿常啮合齿轮传动，用同步器换档。从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）2。手动变速器（Manual Transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值。比如，一档变速比是3.85，二档是2.55，再到五档的0.75，这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值(即有5级)，所以说它是有级变速器。自动变速器（Automatic Transmission），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。1.2.1 变速器的设计要求汽车设计中对齿轮变速器的要求是：（1）传递两个平行轴或相交轴间的回转运动和转矩；（2）保证传动比恒定不变,能达到预定的工作寿命（3）能传递足够大的动力，工作可靠,保证较高的运动精度;（4）与汽车采用的内燃机匹配后使汽车具有较好的动力性和经济性；传动效率高、重量轻、体积小、噪声低、制造简单、维修方便等第2章主要参数的选择2.1 分动器本设计是根据起亚狮跑手动四驱SUV而开展的，设计中所采用的相关参数均来源于此种车型，具体参数如下表所示：表2-1 分动器设计参数项目参数最高时速171km/h轮胎型号235/60 R16发动机型号CVVT最大扭矩184/4500最大功率104/6000 整车整备质量 2090Kg2.1.1 档数及传动比为了增强汽车在不好道路的驱动力，目前，四驱车一般用2个档位的分动器，分为高档和低档.本设计也采用2个档位。选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。本设计中的参数均来自狮跑车原型，低档传动比=1.5，高档传动比=0.82.1.2 中心距的确定中心距是一个基本参数，其大小不仅对分动器的外形尺寸、体积和质量大小，而且对轮齿的接触强度有影响。中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。三轴式变速器的中心距A（mm）可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定： (2-1)式中，K A-中心距系数。对轿车，K A =8.99.3；对货车，K A =8.69.6TI max -变速器处于一档时的输出扭矩TI max=Te max igI =670.9Nm故可得出初始中心距A=80mm。2.1.3 齿轮参数的确定（1）齿轮模数建议用下列各式选取齿轮模数，所选取的模数大小应符合JB111-60规定的标准值。第一轴常啮合斜齿轮的法向模数mn (2-2)其中,=184Nm，可得出=2.67。同步器和啮合套的接合大都采用渐开线齿形。由于制造工艺上的原因，同一分动器中的结合套模数都相同，轿车和轻型货车取23.5。本设计取3。（2）齿形、压力角、螺旋角和齿宽压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对轿车，为加大重合度已降低噪声，取小些；对货车，为提高齿轮承载力，取大些。在本设计中变速器齿轮压力角取20,啮合套或同步器取30o；斜齿轮螺旋角25。应该注意的是选择斜齿轮的螺旋角时应力求使轴上是轴向力相互抵消。为此，第二轴上的全部齿轮一律去右旋，而第一轴的斜齿轮左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。齿轮宽度的大小直接影响着齿轮的承载能力，加大，齿的承载能力增高。但试验表明，在齿宽增大到一定数值后，由于载荷分配不均匀，反而使齿轮的承载能力降低。所以，在保证齿轮的强度条件下，尽量选取较小的齿宽，以有利于减轻变速器的重量和缩短其轴向尺寸。通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽：直齿=,为齿宽系数，取为4.58.0斜齿=,为齿宽系数，取为6.08.5本设计=38=24为齿宽(mm)。采用接合套或同步器换档时，其接合套的工作宽度初选时可取为24mm。第一轴常啮合齿轮副齿宽的系数值可取大一些，使接触线长度增加,接触应力降低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。（3）各档齿数的确定在初选了中心距、齿轮的模数和螺旋角后，可根据预先确定的变速器档数、传动比和结构方案来分配各档齿轮的齿数。下面结合本设计来说明分配各档齿数的方法。（4）确定低档齿轮的齿数低档传动比=1.5，其中=80mm、=3；由（2-3）有=48 示采用的相关参数均来源于此种车型：7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777此处取=29，则可得出=19.上面根据初选的A及m计算出的可能不是整数，将其调整为整数后，从式（2-3）看出中心距有了变化，这时应从及齿轮变位系数反过来计算中心距A=80，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。（5）确定高档的齿数高档传动比=0.8同理，由（2-4）得=48取=26，=22 齿轮参数计算结果如表2-2所示。表2-2 齿轮参数计算结果螺旋角低档齿轮高档齿轮法面膜数33 33端面模数3.33.3 3.33.3法面压力角2020 2020法面齿距9.429.42 9.429.42端面齿距10.3710.37 10.3710.37标准中心距8080 8080齿根圆直径55.4188.52 78.6.65.3齿顶高33 33齿根高3.753.75 3.753.75齿厚4.724.72 4.724.722.2 变速器2.2.1 传动机构布置方案汽车变速器的主要功能是使汽车在各种使用条件下得到足够的动力性与燃油经济性，此外还应使汽车具有倒向行驶、中断动力行驶等。机械变速器的基本结构主要是由输入轴、主动轮、从动轮、输出轴、中间轴、同步器、轴承、操纵机构等组成3。图2-1，分别示出了几种中间轴式五档变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接档。使用直接档，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第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进档位工作时，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（中心距）不大的条件下，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一档以外的其他档位的换档机构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换档方式和到档传动方案上有差别。图2-1a所示方案，除一倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图2-1b，c，d所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图2-1d所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前进档的变速器。图2-1 中间轴式五档变速器传动方案以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。发动机前置后轮驱动的轿车采用中间轴式变速器，为缩短传动轴长度，可将变速器后端加长。伸长后的第二轴有时装在三个支承上，其最后一个支承位于加长的附加壳体上。如果在附加壳体内，布置倒档传动齿轮和换档机构，还能减少变速器主体部分的外形尺寸。综上所述选择第2种传动方案，前进档，均用常啮合齿轮传动。与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒档。为实现倒档传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案。本设计采用了下面的第四种布置方案。图2-2 倒档布置方案图2-2为常见的倒档布置方案。图2-2b所示方案的优点是换倒档时利用了中间轴上的一档齿轮，因而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2-2c所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。图2-2d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2-2c所示方案。图2-2e所示方案是将中间轴上的一，倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2-2f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换档更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒档传动采用图2-2g所示方案。2.2.2 零部件结构方案分析（1）齿轮形式变速器用斜齿轮和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮虽然制造时稍复杂、工作时有轴向力，但因其使用寿命长、噪声小而仍得到广泛使用。直齿圆柱齿轮用于低档和倒档。（2）换档结构形式变速器换档结构型式有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档等三种。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，而与其操作技术熟练程度无关，从而提高汽车的加速性，经济性和行驶安全性。2.2.3 档数及各档传动比为了使发动机在最有利转速范围内工作，变速器各档传动比之间的关系基本是几何级数，故临档传动比比值就是几何级数的公比4。（1）最大传动比。（2-5）式中：主减速比，=2305kg， =0.03,=95%，=184Nmm， r=0.216m，可得=4.618。（2）最小传动比。，该公式为计算最小传动比公式（3）其余各挡传动比比值。（2-6）变速器各挡传动比如表2-3所示。表2-3 变速器各挡传动比一挡二挡三挡四挡五挡倒挡4.62.91.810.74.52.2.4 中心距的确定齿轮中心距是变速器很重要的参数，它对变速器整体尺寸及质量有很大影响。通常根据经验公式初选中心距。经验公式：mm。2.2.5 齿轮参数的确定（1）齿轮模数初选模数时，可以参考同类型汽车的齿轮模数确定，也可根据大量现代汽车变速器齿轮模数的统计数据，找出模数的变化规律，即经验公式。利用经验公式初选模数,斜齿轮法向模数=2.5，直齿轮=3mm。（2）齿轮压力角实际上应国家规定的齿轮标准压力角为20度，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20度。（3）齿轮螺旋角为减少工作噪声和提高强度，汽车变速器齿轮多用斜齿轮，只有倒档齿轮。随着螺旋角的增大，齿的强度也相应的提高，不过当螺旋角大于30度时，其弯曲强度骤然下降，而接触强度仍继续上升，因此从提高低档齿轮的弯曲强度出发，并不希望过大，而从提高高档齿轮的接触强度着眼，可选取较大值。斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围选用:轿车变速器：，货车变速器：，在此选用螺旋角。（4）齿宽通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽。直齿轮b=(4.57.5)，斜齿轮=(6.58.5)。因此得直齿轮b=4.53=14mm，斜齿轮=8.02.5=20mm，第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数取大些=82.5=20mm，使接触线长度增加，接触应力降低，以提高传动的平稳性和齿轮的寿命。采用同步器换档，其接合齿的工作宽度初选时可取为(2-4)m5。（5）各挡齿轮齿数的分配一挡齿轮齿数。常啮合齿轮副的齿数。，其它各挡的齿数。二挡齿数：从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，有公式：（2-7）可得：三挡齿数：，由式（8-3）可得：五挡齿数：，由式（8-3）可得：倒挡齿数：分配齿数，。倒挡轴与中间轴的中心距：为防止运动干涉，齿轮11和12的齿顶圆间应保持0.5mm以上的间隙，则有：。6（6）齿轮分度圆直径。各挡齿轮分度圆直径如表8-2所示。表2-4 齿轮分度圆直径（mm）一挡二挡三挡五挡倒挡常啮合齿轮输入轴齿轮109.7085.7473.0143.5396.853.83输出轴齿轮 43.30 60.35 78.42 110.27 43.5 99.16倒挡轴齿轮 63.8（7）齿轮轮齿尺寸。齿顶高：。齿根高：。第3章齿轮的强度计算3.1 分动器3.1.1 齿轮的失效形式与原因齿轮的失效形式分三种：轮齿折断、齿面疲劳剥落和移动换档齿轮端部破坏。轮齿折断分两种：轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在变速器中出现的很少，后者出现的多。齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这是存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。用移动齿轮的方法完成换档的抵挡和倒挡齿轮，由于换档时两个进入啮合的齿轮存在角速度茶，换档瞬间在齿轮端部产生冲击载荷，并造成损坏。3.1.2 齿轮强度的计算与校核与其他机械设备使用的变速器比较，不同用途汽车的变速器齿轮使用条件仍是相似的。此外，汽车变速器齿轮所用的材料、热处理方法、加工方法、精度等级、支撑方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合金钢制造，采用剃齿或齿轮精加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度不低于7级。因此，比用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮，同样、可以获得较为准确的结果。在这里所选择的齿轮材料为40Cr。(1).斜齿轮弯曲应力（3-1）式中，为K重合度影响系数，取1.0；注释相同，K=1.507。低档齿轮圆周力： 5111.11 N 齿轮1的当量齿数,可查表的： MPa同理得：=206.7MPa依据计算二挡齿轮的方法可以得到其他档位的弯曲应力，其计算结果如下：230.5MPa250.6MPa当计算载荷取作用到第一轴上的最大扭矩时，对常啮合齿轮和高档齿轮，许用应力在180350MPa范围内，因此，上述计算结果均符合弯曲强度要求.(2). 轮齿接触应力（3-2）斜齿圆柱齿轮：mn=3=29, =19,E=2.04105 =72,d2=100Tj=0.5,Temax=0.5184=92N=5111.11NmmMPa （3-3）同理得：MPaMPaMPa渗碳齿轮的许用应力在13001400 之间，强度符合要求。3.2 变速器3.2.1输入轴常啮合齿轮斜齿轮弯曲应力：（3-4）直齿轮弯曲应力：（3-5）式中：为弯曲应力，N/；为圆周力，N ；为计算载荷， Nmm ；为节圆直径，mm 。为应力集中系数，直齿轮=1.65，斜齿轮=1.5；为重合度系数，=2；为齿宽系数，；为摩擦力影响系数，主动齿轮，从动齿轮；为齿形系数，查表y=0.14；为齿宽，mm；为端面齿距，mm；为齿轮螺旋角，；mm。由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：，（3-6）式中： N/；为齿面上的法向力，N ；为节点处压力角，；为齿轮材料的弹性模量，N/；为齿轮接触的实际宽度， mm ；为主、从动齿轮节点处的曲率半径，mm 。由式（3-6）可得：N/ N/ 符合条件8。3.2.2输出轴齿轮（1）一挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（2）二挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ 350 N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（3）三挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（4）五挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（5）倒挡齿轮。弯曲应力：由式（3-5）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件9。3.2.3中间轴齿轮（1）一挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（2）二挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（3）三挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（4）五挡齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（5）倒挡齿轮。弯曲应力：由式（3-5）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。（6）中间轴常啮合齿轮。弯曲应力：由式（3-4）可得： N/ N/ 符合条件。接触应力：由式（3-6）可得： N/ N/ 符合条件。第4章轴的初选与强度计算4.1 分动器轴的初选与计算（1）输入轴直径初选与校核轴的材料主要是经过轧制或锻造的碳钢或合金钢。通常用的是碳钢，其中最常用的是45钢。为了提高轴的强度和耐磨性，可对轴进行各种热处理或化学处理，以及表面强化处理。综上，从动轴同样选用45钢，查手册得=2545MPa。主动轴主要受额定转矩T的作用，由于轴上重力而产生的弯矩很小，可以忽略不计。转动零件的各表面都经过机械加工，零件几何形状都是对称的，高速旋转时对轴产生的不平衡力矩较小，产生的弯矩可忽略不计。故轴的强度按转矩进行计算。轴的最小直径可按公式：(4.0-4.6)=24.81mm （4-1）式中，最大转矩184 N/m；轴径mm；许用扭应力（2545MP）；故本设计中取=25符合强度要求。最小段符合要求，其它各段一定符合要求。 (2)输出轴的初选与校核从动轴的最小直径同前可得：=27mm （4-2）式中，功率（100KW）；转速（6000r/min）；许用扭应力（2545MP 取40MP）；同样在这里取=30mm符合要求10。4.2 键的选择与计算平键联接受额定转距作用时，键的侧面受挤压，主截面受剪切力，可能的失效形式是工作面压溃或键剪断。对于实际采用的材料和按标准选用的平键来说，压溃是主要的失效形式。因而平键联接的强度常按键侧的挤压应力来计算。轴与半联轴器用单键联接，其挤压应力为：（4-3）式中, 键联接的挤压应力(Pa)；K键与联轴器的接触高度，对平键可取键高的一半,k=H/2；额定转距(Nm)；轴的直径(m)；键的工作长度(m),对于圆头普通平键可取为键全长与键宽之差；键联接许用挤压应力(MPa)；在第一段轴上选用圆头普通平键，根据=25mm，查得键的截面尺寸为：宽度=8mm，高度=7mm。取键长=16.5mm 。键的工作长度l=16.5-8=8.5mm。键与键槽的接触高度=0.5=4mm。其挤压应力为：=110MPa 所以所选键符合强度要求。同理第二周选用圆头普通平键的挤压应力为： =110MPa所以所选键符合强度要求。4.3 变速器轴的初选与计算4.3.1 轴的尺寸初选变速器轴在工作时承受扭矩、弯矩，因此应具备足够的强度和刚度。（1）变速器轴向尺寸。轿车五档变速器壳体轴向尺寸为(3.03.4)A。（2）轴的直径。变速器轴的长度可以初步确定。轴的长度对轴的刚度影响很大，满足刚度要求，轴的长度须和直径保持一定的协调关系。第一轴花键部分直径的初选：mm。轴的直径与支撑跨度长度L之间关系：轴的结构形状应保证齿轮、同步器及轴承等的安装、固定，并与工艺要求有密切关系。4.3.2 输出轴的计算轴的许用应力: （4-4）式中：为轴的许用应力，MPa；为轴所受的弯矩，Nmm；为抗弯截面系数，；为轴的直径，mm。 a b 图4-1 输出轴受力分析简图（1）一挡时。刚度条件：NmmN，N，N185.5mm，77.5mm，38mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。式中：为轴在垂直面内的挠度，mm；为轴在水平面内的挠度，mm；为齿轮齿宽中间平面上的圆周力，N；为齿轮齿宽中间平面上的径向力，N；为轴的直径，mm；为弹性模量，MPa；为惯性矩，；、-为齿轮上作用力距支座A、B的距离，mm；-为支座间距离，mm。强度条件： CBA图4-2 垂直方向受力分析简图ACB图4-3 水平方向受力分析简图向B点取矩，得： N向C点取矩，得： NNmm，Nmm弯矩如图4-4所示：图4-4 垂直方向弯矩图图4-5 水平方向弯矩图 Nmm由式（4-4）可得： N/mm N/mm 强度合格11。（2）二挡时。刚度条件：T=184 NmmN， N， N156mm，107mm，38mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。（3）三挡时。刚度条件：T=184 NmmN，N，N104mm，159mm，34mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。（4）五挡时。刚度条件T=184 NmmN，N，N80mm，183mm，27mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。（5）倒挡时。刚度条件：T=184 NmmN，N，N241mm，22mm，34mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。4.3.3 中间轴的计算中间轴受力分析如图4-6所示。A B图4-6 中间轴受力分析简图（1）一挡时。刚度条件：中间轴上各挡齿轮受力与二轴上相对应各挡齿轮受力大小相等，方向相反12。T=184 NmmN，N，N184mm，79mm，48mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。强度条件： A B图4-7 垂直方向受力分析简图A B图4-8 水平方向受力分析简图mm, mm, mm, mm一挡时常啮合齿轮受力为：N，N，N设中间轴上一挡齿轮受力为：，垂直方向：向B点取矩，得： N向A点取矩，得： NNmm， Nmm弯矩如图4-9所示：图4-9 垂直方向弯矩图水平方向：对B点取矩，得： N对A点取矩，得： N Nmm， Nmm弯矩如图4-10所示：图4-10 水平方向弯矩图 Nmm N/ N/ 强度合格。（2）二挡时。刚度条件：T=184 NmmN，N，N156.5mm，106.5mm，65mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。（3）三挡时。刚度条件：T=184 NmmN，N，N99.5mm，163.5mm，83.5mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。（4）五挡时。刚度条件：T=184 NmmN，N，N79.5mm，183.5mm，38mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。（5）倒挡时。刚度条件：T=184NmmN，N，N238mm，25mm，49.5mm垂直方向：水平方向：转角：全挠度：刚度合格。许用应力：同理由式（4-4）可得： N/ N/ 强度合格。第5章同步器5.1 同步器的结构类型惯性同步器能确保同步啮合换挡，性能稳定、可靠，因此在现代汽车变速器中得到了最广泛的应用。它又分为惯性锁止器和惯性增力式。用得最广的是锁环式、锁销式等惯性锁止式同步器，它们虽结构有别，但工作原理无异，都有摩擦原件、锁止原件和弹性原件。挂挡时，在轴向力作用下摩擦原件相靠，在惯性转矩作用下产生摩擦力矩，使被结合的两部分逐渐同步；锁止原件用于阻止同步前强行挂挡；弹性原件使啮合套等在空挡时保持中间位置，又不妨碍整个结合和分离过程。本设计采用锁环式同步器又称锁止式、齿环式或滑块式，其工作可靠、耐用，因摩擦半面受限，转矩容量不大，适于轻型以下汽车，广泛用于轿车及轻型客、货车。5.2 锁环式同步器工作原理变速器中采用锁环式惯性同步器，如图5-1所示。图5-1 锁环式惯性同步器同步器换档过程有三个阶段组成。第一阶段，同步器离开中间位置，作轴向移动并靠在摩擦面上。摩擦面接触瞬间，由于齿轮的角速度()和滑动齿套的角速度()不同，在摩擦力矩作用下锁销相对滑动齿套转动一个不大的角度，并占据图上所示的锁止位置。此时锁止面接触，结果阻止滑动齿套向换档方向移动。第二阶段，来自手柄传至换档拨叉并作用在滑动齿套上的力，经过锁止元件又作用到摩擦面上。由于和不等，在上述表面产生摩擦力。滑动齿套和齿轮分别与整车和变速器输入轴转动零件相连接。于是在摩擦力矩作用下，滑动齿套1和齿轮3的转速逐步接近，其角速度差=-减小了。在=0的瞬间同步过程结束。第三阶段=0,摩擦力矩消失，而轴向力仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，届时滑动齿套和锁销上的斜面相对移动，从而使滑动齿套占据了换档位置13。在分析与计算中考虑到常温条件下润滑油阻力对齿轮转速的影响可以忽略不计，并假设在同步过程中车速保持不变，这一假设在道路阻力系数0.15同步器时间时1s是符合实际的。由于变速器输出端的转速在换挡瞬时保持不变，而输入端靠摩擦作用达到与输出端同步。如图5-2、5-3同步器的计算模型：图5-2同步器计算模型图5-3同步器计算模型现建立输入端惯性质量的运动方程： (5-1) 将上式积分得由上式可得同步时间： (5-2)将上式中的以摩擦面所受的轴向力代替，则有 (5-3)同步器摩擦锥面的滑磨功为 (5-4)将其代入上式，并将其中的值用式(5-4)代入，得 (5-5)同步器的滑磨功与其摩擦面积之比 (5-6)称为同步器的比滑磨功。对高档同步器值应不大于0.2J/m2;而对低档同步器则应不大于(0.30.5)J/m2。为了阻止同步前挂挡，则要求摩擦力矩大于脱锁力矩,若忽略锁止面的摩擦系数，以锁环式同步器为列，如图（5-3）所示：根据TfTT ，则可建立同步器的锁止条件：（5-7）5.3锁环式同步器的主要结构参数（1）摩擦锥面的半锥角和摩擦系数愈小则摩擦力矩愈大，故为增大同步器容量值应取小一些，但为了避免摩擦面的自锁应使大于摩擦角，后者与摩擦系数有关，即=。推荐，=(78)的上限允许到12。当取=6时摩擦力矩较大，但当锥面粗糙度、润滑油种类及温度等因素的不同而异。一般，在油中工作的青铜-钢同步器摩擦副，可按=0.1计算。（2）摩擦锥面的平均半径和同步锥环的径向厚度和都受到变速器齿轮中心距及有关零部件的尺寸和布置上的限制。当结构布置允许时，和应尽量取大些。（3）摩擦锥面的工作面宽同步锥环的工作面宽，受到变速器总长的尺寸限制，也要为散热和耐磨损提供足够大的摩擦面积。可根据摩擦表面的许用压力来确定：，MPa (5-8) 对于锁销式同步器(0.140.2) =100N, =0.1, =8 (5-9)得=14mm =6mm（4）锁止角由公式(5-7)得出，通常在2640范围内。，得出mm（5）同步时间与轴向推力和是一对相互影响的可变参数。应按以最短时间达到同步状态来考虑轴向力的大小。第6章轴承的选用与寿命计算6.1分动器轴承轴承分两类：滚动轴承和滑动轴承。磁流变液离合器所需的轴承，主要承受因主机重力而产生的径向负荷，同时考虑轴向定位。但磁流变液离合器主要受径向负荷，因此根据尺寸要求选用深沟球轴承14。根据轴径d=45mm，查机械设计手册选取单列深沟球承,=62mm,=16mm。轴承的寿命为：= （6-1）式中, 轴承寿命(h)；轴承转速(r/min)；当量动载荷(N)；轴承的额定动负荷(N)；由手册查出，根据计算，选择轴承的型号为6206。轴承的寿命由工作需要而定，一般不得小于10000h。6.2变速器轴承变速器各挡计算载荷如表6-1所示。表6-1 变速器各挡计算载荷挡数一挡二挡三挡四挡五挡倒挡扭矩系数656050506565计算载荷Nmm11710890901171176.2.2 输出轴后端轴承选用深沟球轴承6206。KN，KN，mm，mm， mm轴承实际寿命：（6-2）式中：为轴承实际寿命，h；为轴承的额定静载荷，N；为当量动载荷，N；为轴的转速，r/min。图6-1为输出轴后轴承受力图。 A Bab图6-1 输出轴后端轴承受力分析简图（1）一挡时。二轴一挡齿轮受力：N，N，N183.5mm，82.5mm，266mm对A点取矩： N对B点取矩： NNmm由式（6-1）可得： hh 条件符合15。（2）二挡时。轴承实际寿命：由式（6-1）可得：hh 条件符合。（3）三挡时。轴承实际寿命：由式（6-1）可得：hh 条件符合。（4）五挡时。轴承实际寿命：由式（6-1）可得：hh 条件符合。（5）倒挡时。轴承实际寿命：由式（6-1）可得：hh 条件符合。6.2.2 输入轴后端轴承选用深沟球轴承 6206。KN，KN， mm， mm， mm图6-2为输入轴后轴承受力图。 1.424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242424242C A Bcab图6-2 输入轴后端轴承

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