轻型货车变速器的设计（汽车车辆变速器类毕业设计）.doc

轻型货车变速器的设计（汽车车辆变速器类毕业设计） XXXX大学毕 业 设 计 说 明 书学生姓名 学 号 学 院 专 业 题 目 轻型货车变速器的设计 指导教师 职称 职称 20年12月5日摘要汽车的历史只有短短的百年但是在这一百年中确有着质的不同从平板的三轮到现在精美的跑车从汽轮机到现在的无极变速系统没一样都是人类的杰作是智慧的结晶集合所有的优点在一起但是始终有着不可解决的问题例如汽车的性能与动力之间发动机的扭矩转速与汽车的牵引力车速要求之间的矛盾传动系中设置了变速靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的这就有待于后人的继续努力设计出更加完美并且实用的车辆来所以我们在其中加入了变速装置即变速器本次设计是轻型货车变速器其中介绍了近几年的变速器的发展情况并且简单介绍几种先进的变速器具体设计中需要确定的有各个齿轮的参数及传动比并且进行校核传动轴的确定及校核具体传动路线档位分配初步确定车的外形最后选择同步器类型关键词汽车变速器 同步器 齿轮 轴 强度AbstractAutomobile history only has the short hundred years butin this 100 years really has the archery target to be different from the plate three turn to the present fine racing bicycle from the steam turbine to the present the speed change system does not have equally all is humanitys masterpiece is the wisdom crystallization gathers all merits in the same place but throughout has the question which cannot be solved for example between the automobile performance and the power the engine torque the rotational speed and the automobile force of traction between the vehicle speed requirement contradiction center set the speed change to depend on the modern automobile internal combustion engine itself is unable to solve This waits for to the posterity continues to try hard designs more perfect and practical vehicles comes therefore we have joined the variable speed gear in amongnamely transmission gearbox This design was the pickup truck transmission gearbox in which briefed in recent years transmission gearbox development situation and simply introduced several kind of advanced transmission gearboxes in the specific design needed to determine have each gear the parameter and velocity ratio and carried on the examination the drive shaft determination and theexamination the specific transmission path the files position allocation initially determined the vehicle the contour finally selected the synchromesh typeKey word Automobile Transmission gearbox Synchromesh Gear Axis Intensity目录前言11 概述211 汽车发展史2com蒸气汽车2com 早期蒸气汽车的黄金年代2com 早期蒸汽车的衰落3com 早期蒸汽车的再度兴旺与最后没落4com 汽车发展史上的四座里程碑412 变速器介绍52 汽车总体性能参数的计算选择721 汽车主要尺寸的确定722 汽车性能参数的确定823 汽车质量参数的确定924 发动机的选择103 变速器结构方案的选择1331 确定变速器的轴式1332 换档的结构方式1433 齿轮安排1434 倒档轴的位置154 变速器主要参数的确定1641 变速器档数及各档传动比1642 变速器齿轮参数的确定1843 各档齿轮齿数的计算205 轮齿强度2551 齿轮坏损形式2552 齿轮强度计算266 变速器轴的设计2961 轴的功用及设计要求2962 轴尺寸初选297 轴的强度与刚度计算3171 轴的结构设计3172 轴的强度校荷3173 确定影响系数338 结论35致 谢36参考文献37谢谢朋友对我文章的赏识充值后就可以下载说明书我这里还有一个压缩包里面有相应的word说明书附带外文翻译和CAD图纸合计4张图纸需要压缩包的朋友请联系客服11459919609或客服21969043202下载后我可以将压缩包免费送给你需要其他设计题目直接联系 前言汽车自上个世纪末诞生以来已经走过了风风雨雨的一百多年从卡尔本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度跑到现在竟然诞生了从速度为零到加速到100公里小时只需要三秒钟多一点的超级跑车这一百年汽车发展的速度是如此惊人1769年com了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车1804的年脱威迪克又设计并制造了一辆蒸汽汽车这辆汽车还拉着十吨重的货物在铁路上行com奥托又发明了对进入汽缸的空气和汽油混合物先进行压缩然后点火提高了发动机效率这种发动机具有进气压缩作功排气四个行程为了纪念奥托的发明人们把这种循环改称为奥托循环1879年德国工程师卡尔苯茨首次试验成功一台二冲程试验性发动机短短几年时间汽车已经从一种实验性的发明转变为关联产业最广工业技术波及效果最大的综合性工业为了占领未来汽车市场如今已有许多公司把各种先进技术和装备如微型电子计算机无线电通讯卫星导航等等新技术新设备和新方法新材料广泛应用于汽车工业中汽车正在走向自动化和电子化有了卫星导航系统汽车可接收交通卫星的通信资料 确定汽车所在位置从而自动提供最优行车路线并且显示出交通图汽车的雷达系统可以把障碍物的距离和大小告诉给驾驶员这样停车就更容易而语言感知系统可以用图表和声音告诉驾驶人员汽车的各个部位情况此外还可按音行事执行驾驶有关指令等等另外汽车的能耗排放废气噪声和污染等公害也日将减少安全性使用方便性将日益提高专家们认为汽车是当前世界最主要的交通工具在将来它仍然是世界上的主要交通工具别的任何开工交通工具都不可能完全把汽车取代1 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场将以往复活塞式内燃机为主要动力源其技术上的发展表现在快速经济安全舒适低公害等方面在轿车上尤为突出此外为了改善汽车的行驶性能提高汽车行驶的安全性和舒适性在汽车上特别是在轿车上广泛的采用了电控自动变速器汽车制动控制系统动力转向系统定速控制系统电控防盗控制系统汽车电子信息系统等使汽车的电控系统变得越来越复杂总之电子控制技术在汽车上的广泛应用和机电一体化使汽车的总体结构工作原理以及使用维修等方面都发生了根本的变化11 汽车发展史 com蒸气汽车 1765年英国人瓦特发明了蒸汽机带领人类进入了蒸汽机时代许多发明家也纷纷把瓦特的发明应用到自走式车辆的设计中 法国人居尼奥花了6年时间于1769年制成了世界第一辆具有实用价值的蒸汽汽车这辆式样很奇特的汽车车身用硬木制成框架由三个一人多高的铁轮支撑车的前面放着容积为50L的梨形大锅炉锅炉后边有两个容积为11加仑的汽缸锅炉由简单的曲拐把活塞的运动传给前轮使前轮转动同时前轮还是转向轮由于前轮上压着很重的锅炉所以操纵转向杆很费力 这辆蒸汽车存在一个致命的缺点每走15分钟后锅炉的压力就损耗尽了只得停下来再加上水烧开成蒸汽而它的最高时速也只有4kmh 这辆车由于方向杆操纵困难试车中不断发生事故一次在般圣奴兵工厂附近下坡时因转弯不及时而撞到了兵工厂的墙上值得纪念的世界第一辆汽车被撞得七零八落面目全非 早期蒸汽车的黄金年代18世纪末在欧美各国出现了一个研究和制造蒸汽汽车的热潮各种途的蒸汽汽车相继问世汽车的车身和其它机构也在迅速改进到了19世纪期出现了一个蒸汽汽车的全盛时期 1801年理查德特雷威蒂克制造了英国最早的蒸汽汽车两年后代又制成了形状类似公共马车的蒸汽汽车这辆公共汽车能乘坐8个人创造了在平路上时速为96kmh坡道上时速为64kmh的世界纪录 1805年美国人艾文思首次制造了装蒸汽发动机的水陆两用汽车这种水陆两用汽车是费城港当局为了疏通费城港委托艾文思负责制造的原来打算是制造疏浚船不料船制成以后因发列作业场地不在海岸边于是不得不考虑将这艘蒸汽船运送到有港口的地方艾文思在船底装上了四个车轮用船上的蒸汽发动机驱动这样便把船运到了港因此疏浚船成了水陆两用车它也成为现代水陆两用汽车的鼻祖1825年英国公爵嘉内制成了第一辆蒸汽公共汽车这辆车的发动机装在后部后轴驱动前轴转向它采用了巧妙的专用转向轴设计最前面两个轮并不承担车重可由驾驶者利用方向舵柄轻便地转动然后通过一个车辕引导前轴转动使转向可以轻松自如1828年哈恩格克制成了比嘉内的汽车性能更好的蒸汽公共汽车并开始了公共运输事业的企业化他的车可以乘载22名乘客时速32kmh营运后很受欢迎1834年发展成立了世界上最早的公共汽车运输公司-苏格兰蒸汽汽车公司1831年嘉内利用这辆车开始了世界上最早的公共汽车运营业务所以这辆车也被认为是世界最早的公共汽车 1928年法国人配夸尔制造了一辆蒸汽牵引汽车这辆汽车首次采用将发动机置于车的前端而由后轴驱动的总布置方案在发动机和后轴之间用链条传动为了转弯灵活后轴系由两根半轴构成当中由差速齿轮连接这就是最早发明的差速器此外两个小小的前轮是各自与车架弹性相接的这称作独立悬挂这种独立悬挂设计在当时有划时代的意义配夸尔的链条传动差速器独立悬挂等设计对汽车的发展贡献极大至今仍在汽车上广泛地应用 早期蒸汽车的衰在蒸汽车的最初发展时期它们的设计都很简单就是把一个蒸汽机装上底架和轮了为了达到一定的输出功率就要有个尽可能大的锅炉为了达到一定的行程又要备有充足的水和煤车身重了就要求有一副结实的底架和坚固的车轮就这样恶性循环车越来越笨重操纵越来越困难 所以这些大型蒸汽车仅适用于定班的往返行驶路线固定沿途又有煤水供应即便如此仍有许多不可避免的缺陷如制动困难车太重车轮窄惯性大转向不灵敏有时候明知要减速转弯就是慢不下来转不过去只能眼睁睁地看着车撞上障碍物要么就是制动太狠轮轴断裂更可怕的是炉压过高一时难以控制经常发生锅炉爆炸事件 而且乘坐这种车还得看天气下雨天车上遮盖不严道路泥泞不安全严寒天烧水难易熄灭行驶也慢热天坐在锅炉边没人愿意忍受刮风天要看风向顺风时车尾的浓烟会把乘车人熏得喘不过气来 早期蒸汽车的再度兴旺与最后没落 19世纪末叶随着资本主义工商业的发展欧美各国政府深感马车远远不能适应时代的需要于是又开始大力倡导动力机车在此号召下各国的蒸汽一事业如久旱逢甘露一般再次迅速发展起来 法国人阿美德珀列配尔于1872年制造了一辆四轮蒸汽长途公共汽车这辆车装有两台V型蒸汽发动机它还具备有近似于现代汽车的变速器和转向盘 1883年法国人提翁浦东合组汽车公司制造三轮蒸汽车从此蒸汽车由单个试制进入了工业生产阶段 在载客汽车发展的同时载货蒸汽车也发展起来载货汽车要求牵引力大能够爬坡早期的蒸汽货车的典型式样是发动机在前后轮驱动并有宽敞的车槽 汽车发展史上的四座里程碑 第一辆汽油发动机汽车 1885年德国工程师卡尔本茨研制成一辆装有085马力汽油机的三轮车德国另一位工程师哥德利布戴姆勒也同时研制出一辆用11马力汽油发动机作动力的四轮汽车 第一辆量的汽车 1908年汽车史上第一辆在生产线上大量装配的四轮汽车福特T型车在美国诞生福特T型车一改以往汽车马车型的造型加上功能配置上的创新和改进使它成为当时城市最佳的个人交通工具上市第一年就卖出19万辆1920年T型车从装配线退役时总共生产了1500万辆 第一辆时代汽车 大众甲壳虫成功是众所周知的它打破了福特T型汽车的产量纪录目前大众汽车公司又推出新甲壳虫引起了人们的极大兴趣它的优点是结实耐用不讲究豪华而且价格大众化 第一辆微型汽车 1959年面世的迷你Mini轿车引发了汽车技术的一场革命这种小型车在取得观念上的突破的同时还屡次在汽车赛中取得冠军40年后的今天这款车仍然流行几乎所有公司都模仿了迷你车的设计使之成为最家庭化的轿车12 变速器介绍汽车发动机的转矩变化范围小而多变的使用环境要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化为此在传动系中设置了变速器以适应汽车经常变化的行驶条件并与发动机配合工作使汽车具有良好的动力性和经济性 变速器用来改变发动机特列驱动轮上的转矩和转速目的是在原地起步爬坡转弯加速等各种行驶工况下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变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速以适应汽车在起步加速行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速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串下转矩之比内燃机的适应性系数为115125 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是难以达到的变速器的倒档使汽车可以倒退行驶其空档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泵分离 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档的档位数分为三四五档及多档的而按其纳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与主减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档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协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档机构等新结构也相继问世2 汽车总体性能参数的计算选择21 汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸有外廓尺寸轴距轮距前悬后悬货车车头和车厢尺寸等1 外廓尺寸汽车外廓尺寸限界规定汽车外廓尺寸长货车越野车整体式客车不应超过12m但铰接式客车不超过18m半挂汽车列车不超过165m全挂汽车列车不超过20m不包括后视镜汽车宽度不超过25m空载顶窗关闭状态下汽车高不超过4m后视镜等单侧外伸量不得超出最大宽度处250mm顶窗换气装置开启时不得超出车高300mm2 轴距轴距对装备质量汽车总长最小转弯直径传动轴长度纵向通过半径有影响当轴距短时上述个指标减小此外轴距还对轴荷分配有影响轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长上坡或制动是轴荷转移过大汽车制动性和操纵稳定性变坏车身纵向角振动增大对平顺性不利万向节传动轴的夹角增大3 前轮距和后轮距增大轮距随之而来的是室内宽并有利于增加侧倾刚度但是此时汽车总宽度和总质量增加并影响最小转弯直径变化受汽车总宽度不得超过25m限制轮距不宜过大但在取定的前轮距范围内应能布置下发动机车架前悬架和前轮并保证前轮有足够的转向空间同时转向杆系与车架车轮之间有足够的运动间隙在确定后轮距时应考虑两纵梁之间的宽度悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙4 前悬和后悬前后悬长时汽车接近角和离去角都小影响汽车通过性能对长头汽车前悬不能缩短的原因是在这段尺寸内要布置保险杠散热器风扇发动机等部件从撞车安全性考虑希望前悬长些从视角度考虑又要求前悬短些前悬对平头汽车上下车的方便性有影响前钢板弹簧长度也影响前悬尺寸长头货车前悬一般在11001300mm货车后悬长度取决于货箱轴距和轴荷分配的要求轻型中型货车的后悬一般在12002200mm之间特长货箱汽车的后悬可达2600mm但不得超过轴距的55轿车后悬长度影响行李箱尺寸客车后悬长度不得超过轴距的65绝对值不大于3500mm对于三轴汽车若二三轴为双后轴其轴距应按第一轴至双后轴中心线的距离计算若一二轴为双转向轴其轴距按一三轴的轴距计算5 货车车头长度货车车头长度系指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离车身形式即长头型还是平头型对车头长度有绝对影响此外车头长度尺寸对汽车外观效果驾驶室居住性和发动机的接近性等有影响6 货车车厢尺寸要求车厢尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足吨数车厢边板高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响一般应在450650mm范围内选取车厢内宽度应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些以利缩短边板高度和车厢长度行驶速度能达到较高车速货车使用过宽的车厢会增加汽车迎风面积导致空气阻力增加车厢内长应在能满足运送上述货物额定吨位的条件下可能取短些以利于减小装备质量22 汽车性能参数的确定1 动力性参数最高车速 随着道路条件的改善汽车特别是中高级轿车的最高车速有逐渐提 高的趋势轿车的最高车速大于货车客车的最高车速级别高的轿车的最高车速要大于级别低些轿车的最高车速微型轻型货车最高车速大于中型重型货车的最高车速重型货车最高车速较低下面是各种货车的最高车速范围表加速时间t 汽车在平直的良好路面上从原地 开始以最大的加速强度加速到一定车速 所用去的时间称为加速时间对于最高车速的汽车常用加速到所需的时间来评价对于低于的汽车可用的加速时间来评价上坡能力 用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示汽车上坡能力因轿车货车越野汽车的条件不同对它们的上坡能力要求也不一样通常要求货车能克服30坡度越野汽车能克服60坡度汽车比功率和比转矩 比功率是汽车所装发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比它可以综合反映汽车的动力性轿车的比功率大于货车和客车货车的比功率随总质量的增加而减小为保证路上行驶车辆的动力性不低于一定的水平为防止某些性能差的车辆防碍交通应对车辆的最小比功率做出规定比转矩是汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比它能反映汽车的牵引能力不同的车型的比功率和比转矩范围见上表2 燃油经济性参数汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量来评价该值越小燃油经济性越好级别低的轿车百公里燃油消耗量要低于级别高的轿车3 最小转弯直径转向盘转至极限位置时汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆称为最小转弯直径它用来描述汽车转向机动性是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标转向轮最大转角汽车轴矩轮矩等对汽车最小转弯直径均有影响对机动性要求高的汽车应取小些23 汽车质量参数的确定1 整车装备质量整车装备质量是指车上带有全部装备加满燃料水但没有装货和载人时的整车质量整车装备质量对汽车的成本和使用经济性均有影响目前尽可能减少整车整备质量的目的是通过减轻整备质量增加装载量或载客量抵消因满足安全标准排气净化标准和躁声标准所带来的整备质量的增加节约燃料减少整车整备质量的措施主要有采用强度足够的轻质材料新设计的车型应使其结构更合理减少整车整备质量是从事汽车设计工作中必须遵守的一项重要原则2 汽车的载客量和装载质量汽车的载客量轿车的载客量用坐位数表示微型和普通级轿车为24座中级以上轿车为47座城市大客车的载客量由等于座位数的乘客和站立乘客两部分构成站立乘客按每平方米810人计算长途大客车和专供游览观光用的大客车其载客量等于座位数汽车的装载质量汽车的装载质量是指在硬质良好路面上行驶时允许的额定装载量汽车在碎石路面上行驶时装载质量约为好路面的7585越野汽车的装载量是指越野行驶时或在土路上行驶时的额定装载量质量系数质量系数是指汽车装载质量与整车质量的比值即该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平值越大说明该汽车结构和制造工艺越先进参考同类汽车选定的以后可根据值计算出整车的装备质量轴荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下各车轴对支承平面的垂直载荷也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示轴荷分配对轮胎寿命和汽车的使用性能有影响从轮胎磨损均匀和寿命相近考虑各个车胎的载荷应相差不大为了保证汽车有良好的动力性和通过性驱动桥应有足够大的载荷而从动轴载荷可以适当减少为了保证汽车具有良好的操纵稳定性转向轴的载荷不应过小汽车的发动机位置与驱动形式不同对轴荷分配有显著影响24 发动机的选择1 发动机形式的选择当前汽车上使用的发动机仍然是以往复式内燃机为主它分为汽油机柴油机两类与汽油机比较柴油机具有较好的燃油经济性使用成本低在相同的续驶里程内可以设置容积小些的油箱柴油机压缩比可以达到1523而汽油机一般控制在810柴油机热效率高达38而汽油机为30柴油机工作可靠寿命长排污量少根据发动机汽缸排列形式不同发动机有直列水平对置和V型三种汽缸直列式排列具有结构简单宽度窄布置方便等优点但当发动机缸数多时长度尺寸长在汽车上布置困难因此直列式适用于6缸以下的发动机此外直列式还有高度尺寸大的缺点根据发动机冷却方式不同发动机分为水冷与风冷两种大部分汽车用水冷发动机因为它具有冷却均匀可靠散热良好躁声小和能解决车内供暖问题以及加大散热器面积后能较好适应发动机增压后散热的需要等优点水冷发动机的主要缺点是冷却系结构复杂使用与维修不方便冷却性能受环境温度影响较大夏季冷却水容易过热动机又容易过冷并且在室外存放水结冰后能冻坏气缸缸体和散热器当选用尺寸和质量小的发动机时不仅有利于汽车小型化轻量化同时在保证客厢内都有足够空间的条件下还能节约燃料2 发动机主要性能指标的选择发动机最大功率和相应转速我们可以根据所需的最高车速用下式估算发动机最大功率其中为传动率效率取90 为汽车总质量 t 为重力加速度取10 为滚动阻力系数取08 A为汽车正面投影面积A h 为最高车速取120 为空气阻力系数取08则最大功率转速的范围如下汽油机的在30007000因轿车最高车速高值多在4000以上轻型货车的值在40005000之间中型货车的值更低些发动机最大转矩及相应转速我们可以用下式计算确定其中为转矩适应性系数一般在1113之间取12 为最大功率转矩一般在40005000之间取4000 为发动机最大功率得5560则 3 变速器结构方案的选择 机械式变速器因具有结构简单传动效率高制造成本低和工作可靠等优点在不同形式的汽车上得到广泛应用目前汽车上采用的变速器汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的这是由于各国汽车的使用制造修理等条件不同也由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的尽管如此一般变速器的结构形式仍具有很多共同点多种结构形式都有其各自的优缺点这些优缺点随主观和客观条件的变化而变化因此设计人员应深入实际收集质料调查研究对结构进行分析比较并尽可能地考虑到产品的系列化通用化和标准化最后确定较合适的方案31 确定变速器的轴式根据轴式的形式不同分为固定轴式和旋转轴式两类固定轴式又分为两轴式中间轴式双中间轴式和多中间轴式变速器固定轴式应用广泛其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上旋转轴式主要用于液力机械式变速器现代汽车大多数都采用三轴式变速器究竟采用哪一种形式除了汽车总布置的要求外主要考虑以下三个方面1 变速器的径向尺寸 两轴式变速器它的前进档均由一对齿轮传递动力当需要大的传动比十需将主动齿轮做得小些而将从动轮做得很大因此两轴的中心距和变速器壳的相关尺寸也必然增大而三轴式变速器由两对齿轮传递动力在同样传动比的情况下可将大齿轮的径向尺寸做得小些因此中心距及变速器壳的相关尺寸均可减小2 变速器的寿命 两轴式变速器的低档齿轮副大小相差悬殊小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多因此小齿轮的寿命比大齿轮的寿命短三轴式变速器各前进档除直接档均为常啮合斜齿轮传动大小齿轮的径向尺寸相差较小工作循环次数和齿轮寿命也比较接近用直接档工作时因第一轴与第二轴直接连在一起齿轮只是空转并不传送动力故不影响齿轮寿命3 变速器的效率两轴式变速器虽然可以有等于1的传动比但仍要经过一对齿轮传递动力因此有功率损失而三轴式变速器可将输入轴和输出轴直接相连得到直接档这种动力传递方式几乎无功率损失且躁声较小 所以根据上述的三个方面本设计采用三轴式变速器32 换档的结构方式目前汽车上的机械式变速器采用的换档结构形式有三种1 同步器换档现在大多数汽车的变速器都采用同步器使用同步器可减轻接合齿 换档时引起的冲击及零件的损坏并且具有操纵轻便经济性和缩短换档时间等优点从而改善了汽车的加速性经济性和山区行驶的安全性上述的换档方案可以同时用在同一变速器中的不同档位上所以本设计考虑的原则是不常用的倒档和一档采用结构较简单的滑动直齿轮或啮合套的形式对于常用的档位则采用同步器2 滑动齿轮换档通常是采用滑动直齿轮进行换档但也有采用滑动斜齿轮换档的滑动直齿轮换档的优点是结构简单紧凑容易制造缺点是换档时齿端面承受很大的冲击会导致齿轮过早损坏并且直齿轮工作躁声大所以这种换档方式一般仅用在倒档上采用滑动斜齿轮换档虽然工作平稳承载能力大躁声小的优点但它的换档仍然避免不了齿端面承受冲击所以现代汽车的变速器中前进档采用滑动齿轮换档的已甚为少见3 啮合套换档用啮合套换档可将构成某传动比的一对齿轮制成常啮合的斜齿轮而斜齿轮上另外有一部分做成直的接合齿用来与啮合套相啮合这种结构既具有斜齿轮传动的优点同时克服了滑动齿轮换档时冲击力集中在12个齿上的缺陷33 齿轮安排各齿轮副的相对安装位置对于整个变速器的结构布置有很大的影响各档位置的安排应考虑以下四个方面的要求1 整车总装置根据整车的总布置对变速器输入轴与输出轴的相对位置和变速器的轮廓形状以及换档机构提出要求2 驾驶员的使用习惯有人认为人们习惯于按档的高低顺序由左到右或有右到左排列来换档但是也有人认为应该将常用档放在中间位置而将不常用的低档放在两边3 改善齿轮受载状况各档齿轮在变速器中的位置安排应考虑齿轮的受载状况承受载荷的低档齿轮一般安置在离轴承较近的地方以减小的变形使齿轮的重叠系数不致下降过多变速器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏因此将高档齿轮安排在离两支承较远处较好该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小故齿轮的偏载也小4 提高平均传动效率为提高平均传动效率在三轴式变速器中普遍采用具有直接挡的传动方案并尽可能地将使用时间最多的档位设计成直接档34 倒档轴的位置倒档齿轮的结构及其轴的位置应与变速器的整体结构方案同时考虑倒档设计在变速器的左侧或右侧在机构上均能实现不同之处是挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了在结构布置上要注意的是在不挂入倒档时为了防止意外挂入倒档一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力用来提醒驾驶员注意倒档齿轮不能与第二轴齿轮有啮合的状况换倒档时能顺利换入倒档而不和其它齿轮发生干涉4 变速器主要参数的确定41 变速器档数及各档传动比变速器档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十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但它的缺点是使变速器的结构复杂质量增大操纵不轻便等所以本设计采用的是四档变速器首先确定低档传动比时要考虑下列因素汽车最大爬坡度驱动轮与路面的附着力汽车最低稳定车速及主要传动比等1 根据最大爬坡度确定一档传动比汽车在最大上坡路面行驶时最大驱动力应能克服轮胎与路面间滚动阻力及上坡阻力由于汽车上坡行驶时车速不高故忽略空气阻力这时有 41其中为最大驱动力 为滚动阻力 42 为最大上坡阻力 43 44带入式41得其中 为发动机最大扭矩 为变速器一档传动比 为主传动器传动比 为汽车传动系总效率 为汽车总质量 为重力加速度 为道路最大阻力系数 为驱动轮滚动半径 为滚动阻力系数 为道路最大上坡角2 根据驱动轮与路面的附着力确定一档传动比汽车行驶时为了使驱动轮不打滑必须使驱动力等于或小于驱动轮与路面间的附着力此条件可用下列不等式表示 45其中 为道路附着系数计算时取 为驱动轮垂直反力用下列公式计算 46其中 为后轮驱动时 前轮驱动时 前后驱动时 为路面坡度角 分别为汽车重心矩前后轴的距离汽车在水平位置量度 为汽车轴距 为汽车满载时重心高度3 根据最低稳定车速确定一档传动比为了避免汽车在松软里面上行驶时由于土壤受冲击剪切破坏而损失地面附着力应保证汽车能在极低车速下稳定行驶设最低稳定车速为则有 47其中 为汽车滚动半径 为发动机最低转速 为分动器低档传动比根据上述三个条件确定的一档传动比可能不相等应选其中的小值最高档传动比一般取1即三轴变速器的直接档做为最高档其他各档传动比为 其中为几何级做的公式 48即 42 变速器齿轮参数的确定1 齿数确定变速器齿轮齿数时应考虑尽量符合动力性经济性等对各档传动比的要求最少齿数不应产生根切通常变速器中间轴一档齿轮是齿数最少的齿轮此齿轮不应产生根切而且根圆直径应大于中间轴直径互相啮合的齿轮齿数间不应有公因数速度高的齿轮更应注意这点齿数多可降低齿轮传动的躁声2 模数决定齿轮模数的因素很多其中最主要的是载荷的大小由于高档齿轮和低档齿轮载荷不同故高档和低档齿轮的模数不宜相同从加工工艺及维修观点考虑同一变速器中齿轮模数种类不应过多现代汽车变速器通常是高档齿轮用一种模数一档和倒档齿轮用另一种模数在初选模数时可根据下面的公式进行初选模数 高档齿轮 一档齿轮其中 为发动机最大扭矩 为变速器一档传动比 为变速器传动效率可取得 3 中心距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在良好路面上行驶的汽车取小值确定中心距时还要考虑齿轮几何参数及结构要求初选中心距可根据下面的公式 轿车 载货汽车其中 为发动机扭距取175 得 齿宽在选择齿宽时应该注意到齿宽对变速器的轴向尺寸齿轮工作平稳性齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有影响齿轮宽度的大小承载能力高但齿轮受载后由于齿向误差及轴的挠度变形等原因沿齿宽方向受力不均匀因而齿宽不宜太大初选时可根据下面的公式 直齿轮 18 斜齿轮 21 43 各档齿轮齿数的计算在初选中心距齿数模数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1 确定一档齿轮的齿数一档传动比 49求的齿数应先求其齿数和 410货车中间轴上的一档齿轮数可在1217之间选用故取 得 2 对中心距A进行修正因为计算齿数和和齿数变化系数计算中心距A故修正后的中心距A取92 确定常啮合传动齿轮副的齿数因为常啮合传动齿轮副与1档齿轮副以及其他各档齿轮副的中心距相同故得 取 验证传动比 4 确定二档齿轮齿数得 取 验证中心距 A 5 确定3档齿轮齿数得 取 6 确定倒档齿轮倒档齿轮使用的模数与1档相同倒挡齿轮的齿数一般在2123之间取22初选后可计算出中间轴与倒档轴的中心距 为了保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉齿轮1和齿轮9的齿顶圆之间保持05mm以上的间隙则齿轮9的齿顶圆直径应为 79 m 4 f 1得 故各档齿轮齿数如下 7 确定各档齿轮基本参数分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿距 齿厚 齿槽宽 顶隙 齿宽 5 轮齿强度51 齿轮坏损形式变速器齿轮的损坏形式主要有三种齿轮折断齿面点蚀齿面胶合齿轮折断发生在两种情况下齿轮受到足够大的冲击载荷作用造成齿轮弯曲折断轮齿在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得极少而后者出现得多一些齿轮工作时一对齿轮互相啮合齿面相互挤压这时存在于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剥落而形成小麻点它使齿形误差加大产生动载荷并可能导致齿轮折断1 齿轮折断齿轮在啮合过程中轮齿表面承受有集中载荷的作用可以把轮齿看作悬挂梁轮齿根部弯曲应力很大过渡圆角处又有应力集中故轮齿根部很容易发生断裂齿轮折断有两种情况一种是齿轮受到足够大的突然载荷的冲击作用导致齿轮断裂这种破坏的断面为粗粒状另一种是受到多次重复载荷的作用齿根受拉面的最大应力区出现疲劳裂缝裂缝逐渐扩展到一定深度后齿轮突然折断这种破坏的断面在疲劳断裂部分呈光滑表面在突然断裂部分呈粗粒状表面变速器中齿轮的折断以疲劳破坏居多数2 齿面点蚀齿面点蚀是闭式齿轮传动经常出现的一种损坏形式因闭式齿轮传动齿轮在润滑油中工作齿面长期受到脉动的接触应力作用会逐渐产生大量与齿面成尖角的小裂缝面裂缝中充满了润滑油啮合时由于齿面互相挤压裂缝中油压增高使裂缝继续扩展最后导致齿面表层一块块剥落齿面出现大量扇形小麻点这就是齿面点蚀现象若以节圆为界把齿轮分为根部及顶部两段则靠近节圆的跟部齿面处较靠近节圆的顶部齿面处点蚀严重两个互相啮合的齿轮中主动的小齿轮点蚀严重点蚀的后果不仅是齿面出现许多小麻点而且由此使齿形误差加大产生动载荷也可能引起轮齿折断3 齿面胶合高速重载齿轮传动轴线不平行的螺旋齿轮传动及双曲面齿轮传动由于齿面相对滑动速度大接触压力大使齿面间滑动油模破坏两齿面间金属材料直接接触局部温度过高互相熔焊粘联齿面沿滑动方向形成撕伤痕迹这种损坏形式叫胶合在汽车变速器齿轮中胶合损坏情况不多52 齿轮强度计算1 轮齿接触强度计算 51其中 法面内基圆周切向力端面内分度圆切向力计算扭矩计算扭矩节圆直径节圆压力角螺旋角齿轮材料弹性摸量钢材取齿轮接触实际宽度主动及被动齿轮节圆处齿廓曲率半径其中 分别为主动及被动齿轮节圆半径经过计算齿轮的接触应力均不大于1900 Nmm2故合适2 弯曲强度计算 52式中 w弯曲应力圆周力 应力集中系数直齿轮取165斜齿轮取15 摩擦力影响系数主动齿轮取11被动齿轮取09端面周节Tg计算载荷Nmm d节圆直径mm应力集中系数 近似取 165b齿宽 b kcm kc60齿形系数经过计算齿轮弯曲应力w均不大于故合格6 变速器轴的设计61 轴的功用及设计要求 变速器轴在工作中承受着转矩及来自齿轮啮合的圆周力径向力和斜齿轮的轴向力引起的弯矩刚度不足会产生弯曲变形破坏齿轮的正确啮合产生过大的噪声降低齿轮的强度耐磨性及寿命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轴的刚度不足在负荷作用下轴会产生过大的变形影响齿轮的不常啮合产生过大的躁声并会降低齿轮的使用寿命这一点很重要与其它零件的设计不同设计变速器轴时主要考虑以下几个问题轴的结构形状轴直径长度轴的强度和刚度轴上花键型式和尺寸等轴的结构主要依据变速器结构布置的要求并考虑加工工艺装配工艺而最后确定62 轴尺寸初选待变速器结构方案及齿轮基本参数齿轮轴承等布置的变速器草图设计后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 轴直径与轴传递扭矩有关因而与变速器中心距有一定关系可按以下公式初选轴直径各轴的最小直径 61第一