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KD1110型载货汽车变速器设计【优秀含4张CAD图纸+汽车车辆全套毕业设计】

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关键词：: kd1110 载货汽车变速器设计优秀优良 cad 图纸车辆全套毕业设计

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KD1110型载货汽车变速器设计（有exb图）.doc

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摘要

汽车变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。现在的汽车上广泛采用活塞式内燃机，其转矩和变速范围较小，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，为了解决这一矛盾，在传动系中设置了变速器，以满足复杂条件的使用要求。随着科技的高速发展，人们对汽车的性能要求越来越来高，使用寿命，能源消耗，振动噪声等在很大程度上取决于变速器的性能。

本次设计我设计的是重型货车变速器，在设计中，我首先与同组同学进行讨论，对该车传动比作了仔细的分析计算并参考相关车型最终确定了各挡的传动比，针对变速器的传动机构方案的布置作了详细的分析最终选用5+1挡中间轴式变速器，换挡形式采用同步器换挡，并选用锁销式同步器。结合总体的要求操纵机构形式选用直接操纵机构形式。本次设计的变速器即满足了汽车必要的动力性也满足了其经济性的指标。最后通过对齿轮、轴、键、轴承等的校核，其变速器的尺寸及其部件的强度都满足设计要求。

齿轮变速箱（机械式变速器）在现代汽车中使用中并不理想，会随着社会的进步和汽车技术的发展，必将被社会所淘汰，这是一个必然的趋势，也才能满足汽车消费者对汽车动力性和经济性的高标准要求。就目前而言，机械式变速器仍然会以结构简单，效率高，功率大三大显著优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。

关键词：变速器，传动系，轴承，功率，传动比

KD1110 Type of Truck Transmission Design

ABSTRACT

In the automobile transmission auto transmission play a vital role. Now widely used in automobile piston engine, the torque and speed range of small, and complex condition requires use of traction and the car can be a large speed varies within a range, in order to solve this problem, in the transmission system in set the transmission to meet the conditions for the use of complex requirements. With the rapid development of technology, people more and more cars to the high performance requirements, life, energy consumption, vibration and noise to a large extent depends on the transmission performance.

The design I designed the heavy-duty truck transmission, in the design, I first discussed with the same group of students, on the car made a careful analysis of transmission ratio calculated with reference to the relevant models to finalize the transmission ratio of each block for Transmission of the transmission arrangement of the program made a detailed analysis of the final selection among 5 +1 gear shaft transmission, shift in the forms of synchronizer shift, and select the lock pin type synchronizer. Combined with the requirements of the general form of control mechanism used form of direct control mechanism. The design of the transmission that is necessary to meet the dynamic nature of the automobile also meet its economic targets. Finally, through the gears, shafts, keys, bearings, etc. checked, the size of its transmission and its components have the strength to meet the design requirements.

Gearbox (mechanical transmission) in the use of modern cars is not ideal, will be with the social progress and development of automobile technology, will be eliminated by the community, this is an inevitable trend, but also to meet the auto consumers on automotive power and economy of high standards. For now, mechanical transmission will continue to be a simple structure, high efficiency, high power three significant advantages still occupy the mainstream auto gearbox.

Key words: transmission, drive system, bearings, power transmission ratio

前言1

第一章概述3

第二章变速器传动机构布置4

§2.1 传动机构布置方案分析4

§2.2零部件结构方案分析10

第三章变速器主要参数的选择13

§3.1中心距A13

§3.2 齿轮参数的选取14

§3.3 各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算17

第四章变速器的设计与计算20

§4.1 轴的计算与校核20

§4.2齿轮的计算与校核23

§4.4 键的校核计算27

第五章同步器的设计29

第六章变速器操纵机构设计31

第七章结论32

参考文献33

致谢34

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内容简介：: 1 KD1110 型载货汽车变速器设计摘要汽车变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。现在的汽车上广泛采用活塞式内燃机，其转矩和变速范围较小，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，为了解决这一矛盾，在传动系中设置了变速器，以满足复杂条件的使用要求。随着科技的高速发展，人们对汽车的性能要求越来越来高，使用寿命，能源消耗，振动噪声等在很大程度上取决于变速器的性能。本次设计我设计的是重型货车变速器，在设计中，我首先与同组同学进行讨论，对该车传动比作了仔细的分析计算并参考相关车型最终确定了各挡的传动比，针对变速器的传动机构方案的布置作了详细的分析最终选用 5+1 挡中间轴式变速器，换挡形式采用同步器换挡，并选用锁销式同步器。结合总体的要求操纵机构形式选用直接操纵机构形式。本次设计的变速器即满足了汽车必要的动力性也满足了其经济性的指标。最后通过对齿轮、轴、键、轴承等的校核，其变速器的尺寸及其部件的强度都满足设计要求。齿轮变速箱（机械式变速器）在现代汽车中使用中并不理想，会随着社会的进步和汽车技术的发展，必将被社会所淘汰，这是一个必然的趋势，也才能满足汽车消费者对汽车动力性和经济性的高标准要求。就目前而言，机械式变速器仍然会以结构简单，效率高，功率大三大显著nts 2 优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。关键词：变速器，传动系，轴承，功率，传动比 KD1110 Type of Truck Transmission Design ABSTRACT In the automobile transmission auto transmission play a vital role. Now widely used in automobile piston engine, the torque and speed range of small, and complex condition requires use of traction and the car can be a large speed varies within a range, in order to solve this problem, in the transmission system in set the transmission to meet the conditions for the use of complex requirements. With the rapid development of technology, people more and more cars to the high performance requirements, life, energy consumption, vibration and noise to a large extent depends on the transmission performance. The design I designed the heavy-duty truck transmission, in the design, I first discussed with the same group of students, on the car made a careful analysis of transmission ratio calculated with reference to the relevant models to finalize the transmission ratio of each block for Transmission of the transmission arrangement of the program made a detailed analysis of the final selection among nts 3 5 +1 gear shaft transmission, shift in the forms of synchronizer shift, and select the lock pin type synchronizer. Combined with the requirements of the general form of control mechanism used form of direct control mechanism. The design of the transmission that is necessary to meet the dynamic nature of the automobile also meet its economic targets. Finally, through the gears, shafts, keys, bearings, etc. checked, the size of its transmission and its components have the strength to meet the design requirements. Gearbox (mechanical transmission) in the use of modern cars is not ideal, will be with the social progress and development of automobile technology, will be eliminated by the community, this is an inevitable trend, but also to meet the auto consumers on automotive power and economy of high standards. For now, mechanical transmission will continue to be a simple structure, high efficiency, high power three significant advantages still occupy the mainstream auto gearbox. Key words: transmission, drive system, bearings, power transmission ratio nts 4 目录前言 . 1 第一章概述 . 3 第二章变速器传动机构布置 . 4 2.1 传动机构布置方案分析 . 4 2.2 零部件结构方案分析 . 10 第三章变速器主要参数的选择 . 13 3.1 中心距 A . 13 3.2 齿轮参数的选取 . 14 3.3 各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算 . 17 第四章变速器的设计与计算 . 20 4.1 轴的计算与校核 . 20 4.2 齿轮的计算与校核 . 23 4.4 键的校核计算 . 27 第五章同步器的设计 . 29 第六章变速器操纵机构设计 . 31 第七章结论 . 32 参考文献 . 33 致谢 . 34 nts 5 前言近几年来，我国的工程车辆工业发展迅猛，而随着汽车工业的崛起也伴随着对于产品的实验与检测手段的落后。尤其是目前，我国制造汽车尚在起始阶段，还不成熟 .但作为经济发展支柱的汽车工业，必然要在当今技术潮流中疾进，而以后汽车传动系统发展方向是以自动变速器技术（自动变速器和液压机械转向装置）为核心，所以为了给汽车自动传动产品完善设计理念、交检产品性能，控制产品的质量，提高汽车的品质，势必对其零部件提出更高更严格的要求。传动系是汽车实现发动机动力输出到行驶的必需系统 , 变速器是汽车传动系中一个重要总成 ,在设计时，应尽量提高变速器产品结构和零部件的性能、寿命 , 为产品设计与质量评价提供可靠的科学依据 , 缩短产品的开发周期和提高产品质量。变速箱的设计需要在整车设计的总体原则下结合变速箱要满足的具体功能展开。因此本着好用、好造、好修的总原则，力求产品通用化、标准化、系列化。变速箱用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使拖拉机获得不同使用工况下合适的牵引力、方向和速度，使发动机在最有利的工况范围下工作；并能在发动机运转时可较长时间的停车。本毕业设计说明书，主要讲述了最终传动的选择设计和方案分析。对最终传动的分类和工作原理进行了深入的对比和分析，选出最优方案来进行设计，选择合适的机构和零件。这次设计是在以往所学基础和专业课程的基础上设计的，经过对比其他车型同类装置的设计方案，有选择的借鉴或创新来进行设计。本次设计是我们在校期间最后一次设计、学习机会，是对所学知识的一次综合运用，也是我们在走向工作岗位之前的一次重要实战演练。通过这次设计，我们进一步对所学知识加以巩固，进一步提高搜集资料及查阅资料的能力，进一步提高我们的团队协作精神。总之，这次设计对我们走向工作岗位有着重要的作用。本次设计得到了曹青梅老师的精心指导。在方案确定和画图过程中，曹老师都一直密切关注，提出许多宝贵意见，并对其中的错误及时给予更nts 6 正。最后的全部审阅工作也是由曹老师精心完成，对此我表示最衷心的感谢。由于本书编写时间仓促，编者水平有限，难免有漏洞，诚恳的希望老师和同学批评指正。 nts 7 第一章概述变速器是用来改变改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速的，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。变速器设有空挡，可在启动发动机，汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，变速器还有动力输出功能。对变速器提出如下要求： 1）保证汽车有必要的动力性和经济性。 2)设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。 3)设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 4)设置动力输出装置，需要是能进行功率输出。 5)换档迅速、省力、方便。 6)工作可靠。汽车行使过程中，变速器不得跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。 7)变速器应有高的工作效率。 8)变速器的工作燥声低。除此之外，变速器还应当轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小，变速器的传动比范围越大。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。变速传动机构可按前进挡数或轴的形式分类。在原有变速传动机构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。近年来，变速器操纵机构有向自动操作方向发展的趋势。 nts 8 第二章变速器传动机构布置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，故在不同形式的汽车上得到广泛的应用。 2.1 传动机构布置方案分析设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围、档位数及各档的传动比，因为它们对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。传动比范围是变速器低档传动比与高档传动比的比值。汽车行驶的道路状况愈多样，发动机的功率与汽车质量之比愈小，则变速器的传动比范围应愈大。目前，轿车变速器的传动比范围为 3.04.5；一般用途的货车和轻型以上的客车为 5.08.0；越野车与牵引车为 10.020.0。通常，有级变速器具有 3、 4、 5 个前进档；重型载货汽车和重型越野汽车则采用多档变速器，其前进档位数多达 616 个甚至 20 个。变速器档位数的增多可提高发动机的功率利用效率、汽车的燃料经济性及平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但采用手动的机械式操纵机构时，要实现迅速、无声换档，对于多于 5 个前进档的变速器来说是困难的。因此，直接操纵式变速器档位数的上限为 5 档。多于 5 个前进档将使操纵机构复杂化，或者需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于一定行驶工况。某些轿车和货车的变速器，采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速档。采用传动比小于 1（ 0.70.8）的超速档，可以更充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传动比为 1 的直接档比较，采用超速档会降低传动效率。有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力的齿轮副数目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。三轴式和两轴式变速器得到的最广泛的应用。 nts 9 三轴式变速器如图 2-1 所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此。在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：处直接档外其他各档的传动效率有所下降。图 2-1 轿车中间轴式四档变速器 1 第一轴； 2 第二轴； 3 中间轴两轴式变速器如图 2-2 所示。与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力 -传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量降低 6%10%。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。nts 10 如图所示，两轴式变速器的第二轴（即输出轴）与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；个档的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高档的同步器也可以装在第一轴的后端，如图示。两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限（ ig =4.04.5）也受到较大限制 ,但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。图 2-2 两轴式变速器 1 第一轴； 2 第二轴； 3 同步器有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿轮。后者比直齿轮有更长的寿命、更低的噪声，虽然其制造稍复杂些且在工作中有轴向力。因此，在变速器中，除低档及倒档外，直齿圆柱齿轮已经被斜齿圆柱齿轮所代替。本次设计采用中间轴式变速器。图 2-3、图 2-4、图 2-5 分别示出了几种中间轴式四，五，六档变速器传nts 11 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 2-3 中间轴式四档变速器传动方案如图 2-3 中的中间轴式四档变速器传动方案示例的区别：图 2-3a、 b 所示方案有四对常啮合齿轮，倒档用直齿滑动齿轮换档；图 2-3c 所示传动方案的二，三，四档用常啮合齿轮传动，而一档和倒档用直齿滑动齿轮换档。图 2-4a 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 2-4b、 c、 d 所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图2-4d 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。 nts 12 图 2-4 中间轴式五档变速器传动方案图 2-5a 所示方案中的一档、倒档和图 b 所示方案中的倒档用直齿滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮。图 2-5 中间轴式六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。轿车的变速器常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，如图 2-3a、 b 所示。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。变速器用图 2-4c 所示的多支承结构方案，能提高轴的刚度。这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问nts 13 题。图 2-4c所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。倒档传动方案图 2-6 为常见的倒挡布置方案。图 2-6b 所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图 2-6c 所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图 2-6d 所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图 2-6c 所示方案。图 2-6e 所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图 2-6f 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图 2-6g 所示方案。其缺点是一，倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。本设计采用图 2-6f 所示的传动方案。图 2-6 变速器倒档传动方案因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有nts 14 些方案将一挡布置在靠近轴的支承处。本次设计采用中间轴式方案如图 2-4b，但倒档传动方案有所改动，采用 2-6f的常啮合倒档传动方案。 2.2 零部件结构方案分析一、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。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，运转平稳，工作噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。在变速器中，除倒档和低档齿轮其余的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮齿数增加，导致变速器的质量和转动惯量增大。本次设计除倒档和一档采用直齿圆柱齿轮其余均采用斜齿圆柱齿轮。二、换挡机构形式变速器换挡机构有直齿滑动齿轮，啮合套，和同步器换挡三种形式。汽车行驶时，因变速器内各转动齿轮有不同的角速度，所以用轴向滑动直齿齿轮方式换挡，会在齿端面产生冲击，并伴随噪声。这不仅是齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使承坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术才能使换挡时齿轮无冲击，并克服上述缺点；但换挡瞬间驾驶员注意力被分散，又影响行驶安全。除此之外，采用直齿滑动齿轮换挡时，换挡行程长也是它的缺点。因此，尽管这种换挡方式结构简单，制造，拆装与维修工作容易，并能减少变速器旋转部分的惯性力矩，但除一挡，倒挡外已很少使用。当变速器第二轴上的齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态时，可以用移动啮合套换挡。这时，不仅换挡行程短，同时因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而齿轮又不参与换挡，所以它们都不会过早损坏；但因不能消除换挡冲击，仍然要求驾驶员又熟练的操作技术。因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，则换挡机构连接件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且与同步器换挡比较还有结构简单，制造容易，能降低制造成本及减少变速器长度等有点。 nts 15 使用同步器能保证迅速，无冲击，无噪声换挡，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。同上述两种换挡方法比较，虽然它油结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛的应用。利用同步器或啮合套换挡，其挡位行程要比滑动齿轮换挡行程短。在滑动齿轮特别宽的情况下，这种差别就更为明显。为了操纵方便，要求换入不同挡位的变速杆行程应尽可能一样，如利用同步器或啮合套换挡，就很容易实现这一点。本次设计采用的换挡机构形式是所有挡均采用同步器换挡。三、变速器轴承作旋转运动的变速器轴支撑在壳体或其它部位的地方以及齿轮与轴不做固定连接处应安置轴承。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。至于何处应当采用何种类型的轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。汽车变速器结构紧凑，尺寸小的特点，采用尺寸大写的轴承受结构限制，常在布置上油困难。如变速器的第二轴前端支撑在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。第二轴后端常采用球轴承，用来承受轴向力和径向力。变速器第一轴前端支撑在飞轮的内腔里，因有足够大的空间，常采用一端有密封圈的球轴承来承受径向力。作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后不轴承传给变速器壳体，此处常采用轴承外圈有挡圈的球轴承。由于变速器向轻量化方向发展的需要，要求减少变速器中心距，这就影响倒轴承外径的尺寸。为了保证轴承有足够的寿命，可选用能承受一定轴向力的无保持架的圆柱滚子轴承。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以，但当在壳体前端面布置轴承盖由困难时，必须由后端轴承承受轴向力。前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力，而后端采用外圈由挡圈的球轴承或圆柱滚子轴承。圆锥滚子轴承因有直径较小、宽度较宽，因而容量大，可承受高负荷和通过对轴承预紧能消除轴向窜动等优点，故在一些变速器上得到应用。圆锥滚子轴承也有装配后需要调整预紧，使装配麻烦且磨损后轴易歪斜，从而影响齿轮正确啮合等一些缺点。当采用锥轴承时，要注意轴承的预紧，以免壳体nts 16 受热膨胀后轴承出现间隙而使中间轴歪斜。导致齿轮不能正确啮合而损坏。因此。锥轴承不适合用在线性系数比较大的铝合金壳体上。变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。轴承的直径根据变速器中心距确定，并保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于 6-20mm。滚针轴承、滑动轴套主要用在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。滚针轴承有滚动摩擦损失小、传动效率高、经向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的经向间隙大、易磨损、间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增加。滑动轴套的优点是制造容易、成本低。第一轴的后端采用深沟球轴承，第二轴中和齿轮配合的轴承采用滚针轴承，中间轴两端采用圆锥滚子轴承。 nts 17 第三章变速器主要参数的选择 3.1 中心距 A 对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴轴线之间的距离称为变速器的中心距 A。对两轴式变速器，将变速器输入轴与输出轴轴线之间的距离称为变速器的中心距 A。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积大小由影响，而且对齿轮的接触强度由影响。中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮的寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证齿轮必要的接触强度来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与反便和不因同一垂直面上的两轴承孔之间的距离过小而影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。此外，受一挡小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要大些。还有，变速器中心距取的过小，会使变速器长度增加，并因此使轴的刚度被削弱和使齿轮的啮合状态变坏。对于中间轴式初选中心距 A 时，可根据下述公式计算 A=KA3 1max ge iT (3-1) 式中， A 为中心距（ mm）； K A 为中心距系数，商用车取 K A 8.9 9.6；maxeT为发动机的最大转矩（ N.m）； 1i 为变速器一挡传动比；g为变速器传动效率，取 96。分析该车发动机及相关参数：该车为 11 吨的重型载货汽车，。按下试计算轮胎半径：按最大爬坡度计算 0 . 0 2 5 4 (1 ) 2s drb (3-2) 其中 =0.10-0.12；取 =0.11 代入数据得 sr51.436cm 其中 KA 9.5 ， maxeT 481Nm ，挡传动比：参考同类车型：取主减速器传动比为 i。 =4.654，取 T =0.85。 nts 18 ig1maxmax. sTmg rTe i 。 (3-3) 试中 :m 为汽车重质量 m=11000Kg,g 为重力加速度 g=9.8N/Kg,Tmax 为发动机最大转矩 Temax=481N.m,i。为主减速器传动比等于 4.654， max 为道路最大阻力系数等于 0.2533， rs 为驱动轮滚动半径， T 为汽车传动系效率。代入数据得1gi 7.39。根据车轮与路面附着条件确定一档传动比： 21m a xgG r si T e i T。(3-4) 2G为汽车满载时静止于水平路面驱动桥给路面的载荷， 2G=mg 66.5%=11000 10 66.5%=73150Kg, 为道路附着系数，计算时取 =0.5-0.8，在此取 0.8。代入数据得1gi 9.695 所以 7.391gi 9.695 初选一档传动比为1gi=8.35 第五档为直接档传动比为5gi=1。其他各档传动比按等比数列来分配：则2gi=4.91， 3gi=2.89， 4gi=1.7 。把一档传动比代入中心距公式计算变速器中心距： A=9.1 3 4 8 1 8 .3 5 9 6 %=137.1mm 圆整后取 A=138mm 。 3.2 齿轮参数的选取一、模数齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。在变速器中心距相同的的条件下，选取较小的模数，就可以增加齿轮的齿数，同时增加齿宽可使齿轮啮合的重合度增加，并减少齿轮噪声、所以为了减少噪声应合理减少模数，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，各挡齿轮应该选用一种模数，而从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数；减少乘用车齿轮工作噪声又较为重要的意义，因此齿轮的模数应选的小些； nts 19 表 3 1 汽车变速器齿轮的法向模数 mn 车型乘用车的发动机排量 V/L 货车的最大总质量 am /t 1.014.0 模数nm/mm 2.25-2.75 2.75-3.0 3.5-4.5 4.5-6.0 第一轴常啮合斜齿轮的法向模数 mn 3m a x0 . 4 7nem T m m(3-5) 其中maxeT=481Nm，可得出 mn=3.68mm。一档直齿轮的模数 m 31 m a x0 .3 3mTmm (3-6) 通过计算 m=5.17mm。由于我们设计的货车的总质量为 11000Kg，所以参照表 3 1 选取mn=4.0 mm m=6.0mm 。二、齿形、压力角、螺旋角和齿宽 b 汽车变速器齿轮的齿形、压力角、及螺旋角按表 3-2 选取。表 3-2 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角项目车型齿形压力角螺旋角轿车高齿并修形的齿形 14.5， 15， 16 16.5 25 45 一般货车 GB1356-78 规定的标准齿形 20 20 30 重型车同上低档、倒档齿轮 22.5， 25 小螺旋角压力角较小时，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。在本设计中变速器一档、倒档齿轮压力角取 25其余齿轮取 20 ,同步器取 30；斜齿轮螺旋角取 20。应该注意的是选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上是轴向力相互抵消。为此，中间轴上的全部齿轮一律右旋，而第一轴和第二轴上的的斜齿轮左nts 20 旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。齿轮宽度 b 的大小直接影响着齿轮的承载能力， b 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 b=(4.58.0)m， mm 斜齿 b=(6.08.5)m， mm 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。本次设计直齿轮 b=6x4.5=27mm 斜齿轮 b=4x8 =32mm 三、齿轮变位系数的选择原则齿轮的变位是齿轮设计中的一个重要环节。采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。齿轮变位主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度相接近的程度。高度变位齿轮副的缺点使不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。角度变位即具有高度变位的优点，又避免了其缺点。由几对齿轮安装在中间轴和第二轴上组合并构成的变速器，会因保证各挡传动比的需要，使各相互啮合的齿轮副的齿数和不同。为保证各对齿轮由相同的中心距，此时应对齿轮进行变位。对于斜齿轮传动，可以通过选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要求。我在齿轮设计中 ,对需要变位的齿轮采用了角度变位的方法来保证中心距。 3.3 各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算在初选中心距、齿轮模数和螺旋角后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。应该注意的是，各挡齿轮的齿数比应尽量nts 21 10912 ZZZZi gI mAZ 291012 ZZiZZ gI cos2 )( 21 ZZmA n nmAZZ cos221 不是整数，以使齿面磨损均匀。一档和倒档采用直齿轮，其余采用斜齿。 1.确定一档齿轮参数及传动比：一档传动比（ 3-7）为了确定 Z9 和 Z10 的齿数，先求其齿数和Z: （ 3-8）其中 A =138mm、 m =6；故有Z=46 货车变速器一档直齿轮的最小齿数为 12-14，此处取10Z=13，则可得出9Z=33。图 3-1 五档变速器示意图上面根据初选的 A 及 m 计算出的 Z 可能不是整数，将其调整为整数后，从式（ 3-8）看出中心距有了变化，这时应从 Z 及齿轮变位系数反过来计算中心距 A，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。这里 Z 修正为 46，则根据式（ 3-8）反推出 A=138mm。 2.确定常啮合齿轮副的齿数由式（ 3-7）求出常啮合齿轮的传动比（ 3-9）由已知数据可知 Z2/Z1=3.29 而常啮合齿轮的中心距与一档齿轮的中心距相等 (3-10) 由此可得： (3-11) nts 22 8712 ZZZZi g nmAZ cos21212131311 ZZZZZZi gr )(21 1311 ZZA 而根据已求得的数据： = 20。（ 3-10）与 (3-11)联立可得： 1Z=15.11 取 Z1=16、2Z=49.72 取 Z2=49。根据式（ 3-7）可算出一档实际传动比为：1gi=7.77 根据式（ 3-10）可算出： =19.60 3.确定其他档位的齿数二档传动比 (3-12）而gi II=4.91 由已知数据可知 :Z7/Z8 = 1.603 对于斜齿轮： (3-13）故有： Z7 + Z8 = 65 （ 3-12）联立（ 3-13）得： :Z7 = 41 , Z8 = 24。按同样的方法可分别计算出：三档齿轮 : Z5 = 32 , Z6 = 33；四档齿轮 : Z3 = 23 ， Z4 =42 4.确定倒档齿轮的齿数一般情况下，倒档传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档传动比gri取 7.5。取中间轴上倒档传动齿轮的齿数 1312 Z 。而通常情况下，倒档轴齿轮13Z取 2123，此处取13Z=23。由 (3-14) 可计算出 Z11 = 32 。故可得出中间轴与倒档轴的中心距 1 2 1 31 1082 nA m Z Z m m (3-15) 而倒档轴与第二轴的中心 : (3-16) =165mm。 nts 23 变速器齿轮参数表 3-3 齿轮齿轮模数压力角螺旋角齿数 1 4 20 19.60 16 2 4 20 19.60 49 3 4 20 19.60 23 4 4 20 19.60 42 5 4 20 19.60 32 6 4 20 19.60 33 7 4 20 19.60 41 8 4 20 19.60 24 9 6 25 33 10 6 25 13 11 6 25 32 12 6 25 13 13 6 25 23 nts 24 第四章变速器的设计与计算 4.1 轴的计算与校核当变速器挂一挡时轴受力最大 ,所以只要一挡时轴的强度满足要求 ,其就符合要求只 ,下面只校核一挡时中间轴的强度。一中间轴的受力分析中间轴的轴向力基本上已相互抵消可以不予考虑。 1. 1 m a xT T e481000 (N.mm) 1t1 22T F = d =5800 (N) 11 costnr F tgF =3432 (N) 11atF F tg =3025 (N) 2. 22 m ax 1e ZTTZ =1473062 (N) 2t212T F =d =37770 （ N） t2r2 12F tanF=cos n =18724 （） 22t a n 0F a F t nts 25 二面受力分析 1. R 1 r 1 r 2 1F ( 3 6 + 2 9 8 + 1 5 3 ) - F ( 2 9 8 + 1 5 3 ) - F 1 5 3 1 0 4 = 0aF 代入数据得： 1RF 2353 (N) 2. R 2 r 1 r 2 1F ( 3 6 + 2 9 8 + 1 5 3 ) - F 3 6 - F 2 9 8 1 0 4 = 0aF 代入数据得： 2RF 18973 （ N）三 Y 面受力分析： 1. R 1 t 1 2F ( 3 6 + 2 9 8 + 1 5 3 ) + F ( 2 9 8 + 1 5 3 ) - F t 1 5 3 = 0 代入数据得：1FR452 （ N） 2. R 2 t 1 t 2F ( 2 3 + 3 0 3 + 5 5 ) + F 2 2 - F 5 5 = 0 代入数据得： 2FR38932（ N）四作力矩图 1.面 nts 26 2 Y 面 3.合成五校核计算 1473026T N m m ； 3 34658932dW m m；轴的材料选用 20GrMnTi,采用渗碳、淬火、回火处理。在低档工作时 ca =400 paM 22 2 7 9 . 5caMT M p aWca ； nts 27 验算合格。 4.2 齿轮的计算与校核一挡齿轮因其承受载荷最大，所以只要它满足要求，其它各挡都满足要求，由于常啮合齿轮一直处于工作状态，因此也要对其进行校核。下面对一挡齿轮和常啮合齿轮进行校核。一、齿轮的计算校核公式： 1. 弯曲应力：直齿， 132f g fwcF k k T k Kb t y m Z K y (4-1) 斜齿， 132 c o sfgwncF k k T kb t y k m z k y k(4-2) 式中： 1F 圆周力；k应力集中系数； kC齿面宽系数； t法向齿距； y齿行系数； k重合度影响系数； fk摩擦力影响系数。 2齿面接触应力： bzj bFE 11418.0(4-3) 式中： F 齿面上的法向力； E齿轮材料的弹性模量 E=210000； b齿轮接触的实际宽度； bz ,主从动齿轮节圆处的曲率半径。二、校核中间轴一挡齿轮： 1.弯曲应力： 132f g fwcF k k T k Kb t y m Z K y 其中： k=1.65 fk=1.1 kC=8 y=0.16974 z=13 m=6 Tg = 1473062 Nmm 代入数据得： W= 525.4 Mpa nts 28 j许用应力在 400-850 Mpa 之间，所以合适。 2.接触应力： bzj bFE 11418.0g1 2TF=d =37770N 1FF= c o s c o s=43072N b=32mm 直齿轮： s i n 1 6 . 5s i n 4 1 . 8 4zzbbrr 则 = 1852.4 Mpa 一档和倒档得许用接触应力在1900-2000Mpa 之间，所以合适。三、校核第二轴一挡齿轮： 1.弯曲应力：图 4-1 齿形系数图 132f g fwcF k k T k Kb t y m Z K y 其中： k=1.65 fk=0.9

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