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机械毕业设计车辆工程
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CL01-102@五菱宏光手动变速器设计,机械毕业设计车辆工程
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毕业设计（论文）任务书 学生姓名 王恩桐 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆 07-6 指导教师姓名 赵国迁 职称 高级实 验师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 五菱宏光手动变速器设计 一、设计（论文）目的、意义 五菱宏光商务型轿车保有量近年来日益提高 ，其变速器是汽车传动系的重要组成部分。 是传动系的主要部件 ,其功用是在不同的使用条件下 , 改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速 , 使汽车得到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。 它的性能对整车的动力性、燃油经济性 以及乘坐舒适性等方面都有十分重要的影响。 通过对变速器的设计，使其变速器性能更好，同时使学生全面复习过去所学知识，因此具有一定的实际意义。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 1、 设计内容 设计五菱宏光 变速器，要求分析变速器的结构形式及工作原理，确定变速器结构类型，完成变速器结构布置和总体设计，对变速器中的关键齿轮和轴等零部件进行设计并对其进行校核计算。 2、技术要求 （ 1）利用 AutoCAD 完成变速器总装配图； （ 2）利用 AutoCAD 完成齿轮及轴的零件图； （ 3）齿轮及轴的校核。 nts三、设计（ 论文）完成后应提交的成果 （ 1）设计说明书一份（ 1.5 万字以上）； （ 2） 折合 A0 图纸 3 张。 四、设计（论文） 进度安排 （ 1）调研，资料收集，完成开题报告； 第 1-2 周（ 3 月 2 日 -3 月 15 日） （ 2）分析搜集到的资料，提出最优设计方案； 第 3-4 周（ 3 月 16 日 -3 月 21 日） （ 3）计算五菱宏光变速器的各项参数； 第 5-6 周（ 3 月 22 日 -4 月 5 日） （ 4）绘制 变速器 草图； 第 7-8 周（ 4 月 6 日 -4 月 26 日） （ 5）绘制 变速器 总成图、零件图； 第 9-12 周（ 4 月 27 日 -5 月 24 日） （ 6）撰写设计说明书； 第 13-14 周（ 5 月 25 日 -6 月 7 日） （ 7）设计说明书及图纸审核及修改； 第 15-16 周（ 6 月 8 日 -6 月 21 日） （ 8）毕业设计答辩准备及答辩。 第 17 周（ 6 月 22 日 -6 月 28 日） 五、主要参考资料 1 高维山 .变速器 M.北京：人民交通出版社， 1990. 2 余志生 .汽车理论 M.北京：机械工业出版社， 2000. 3 王望予 .汽车设计（第四版） M.北京：机械工业出版社， 2004. 4 刘惟信 .汽车设计 M.北京：清华人学出版社， 2001. 5 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 2005-04： 25-26. 6 刘海江，于信汇，沈 斌 .汽车齿轮 M.上海：同济大学出版社， 1997. 7 孙恒，傅则绍 .机械原理 M.北京：高等教育出版社 ， 1990. 8 陈家瑞 .汽车构造 (上 ， 下册 ) M.北京：人民交通出版社 ， 1994. 9 李君 ， 张建武 ， 冯金芝 ， 雷雨龙 ， 葛安林 .电控机械式自动变速器的发展、现状和展望 J.汽车技术 ， 2000(03). 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 nts 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 五菱宏光手动变速器设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆 BW07-6 学 生 姓 名 : 王恩桐 导 师 姓 名 : 赵国迁 开 题 时 间 : 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 nts 开题报告撰写要求 一、“开题报告”参考提纲 1. 课题研究 目的 和意义 ； 2. 文献综述（ 课题研究 现状及分析）； 3. 基本内容 、 拟解决的主要问题 ； 4. 技术路线或研究方法； 5. 进度安排； 6. 主要参考文献。 二、“开题报告”撰写规范 请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求 。 字数应在 4000 字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 nts 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 王恩桐 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆 07-6 指导教师姓名 赵国迁 职称 高级实 验师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 五菱宏光手动变速器设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 （一）研究现状 1,国外 研究现状 变速器作为传递动力和改变车速的主要装置，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上升。电子控制式自动变速器是 90 年代人们关注的焦点。它是在机械变速器的基础上，通过运用电子技术实现自动换档、自动控制离合器及油门动作的种先进的变速装置。在该装置中，有一个由 半导体元件和集成电路组成的电子控制器，它是变速器的“指挥中心”，以模拟控制与数字控制两种方式作用，能连续不断地把车辆的实际行驶状况与希望实现的状况进行比较，如果两者不吻合，该控制器就会命令操纵机构，改换变速器的档位、离合器的分离与接合以及油门的开度。通过实现自动选择最佳档位和最佳换档时间，电控变速器可直接改善整车的操纵性，并使车辆在经济性最佳的范围内行驶。据悉，丰田电控变速器可节油 5%左右。尽管电控自动变速器从开始研制至今仅 20 余年，但由于它既有机械变速器传动效率高和使用可靠等优点，又有液力机械自动变速器动 力性好、油耗低和操作简单的好处，所以国外各大公司都很重视该产品的研制应用。丰田公司开发的 ECT 电控自动变速器，起动时和低、中速时的加速性都很好，而且变速平稳、油耗低。日产研制的全新通档电控自动变速器，体积小 .传递效率高，比同类产品更能满足经济性要求，它在车速超过 50km/h 时 .无论在 3 档或 4 档都具有转矩锁定功能。三菱在其最新的电控自动变速系统中，增加了“模糊控制”的新概念。当电子控制器根据所收到的车辆行驶状况信息，通过模糊逻辑进行判断之后，会白动选择最适当的换档方式，从而可以防止车辆上坡时或转弯时自动换人高 档，也可防止车辆下坡时自动由高档换到低档。本田开发的电控变速器也应用了模糊控制概念，使变速控制非常简便、轻松，驾驶者简直难以觉察到档位的变换。目前国外轿车的电控自动变速器，主要有三种操纵方式，即电子控制气动操纵、电子控制液压操纵和电子控制马达操纵。 1 进入 80 年代 ,五十铃、伊顿、 ZF 等公司研制电子控制机械自动变速器并装车成功后 ,福特公司、大众公司、菲亚特公司、雷诺公司和丰田公司等也相继开展 AMT 的研究和开发。 1995 年本田的部分 Civic 轿车装用了 AMT。 1996 年宝马 M3 轿车所采用的“ M 序列式变速器” 就是在原来的 M3型 6档手动机械变速器基础上作了大幅度的改进 ,以全新的电液控制系统代替了传统的机械式变速器的操纵系统 ,并可选择自动变速和手动变速两种模式。 ZF 公司也推出了其电控机械自动变速器新产品 ASTRONIC 系列。由于机械式自动变速器是采用现代电子技术改造传统手动变速器而得到的 ,其研究时的一个初衷就是考虑机械变速器部分可以借用原有的结构 ,因而新增生产设备较少。但这也限制了为改善自动变速器性能所要求的一些结构上的变化。 据统计 ,截至 1996 年底 ,装备金属带式 CVT 的轿车就已达 120 多万辆。最近 ,日本本田 汽车公司和荷兰的 VDT(Van Doorne s Transmissie B.V.)变速器公司共同研制的新型无级变速器已装备在了本田 1996Civic HX 型轿车上。日产汽车公司原定在 21 世纪进入 CVT 的实用化阶段 ,但因该公司近几年经营情况不理想 ,为有利于抢占市场 ,现已明显加快了 CVT 实用化步伐 ,电子控制的nts 哈依帕 CVT 已装在蓝鸟等排量 2L 的轿车上。据统计 ,目前装有 CVT 的轿车约 120 万辆 ,发动机排量大多在 0.63.3L。预计随时间增加 ,无级变速器的装车率 ,日本将达到 15%,而美国将达到 38%。这主要集中 在中小排量的轿车上 ,用于大功率传递时仍有一些问题需要解决。另外 ,美国一些高校的研究机构以及装备液力自动变速器量最大的通用汽车公司也正在加紧 CVT 的研制和试装车。由此可看出国外汽车企业对 CVT 的态度已由举棋不定转向了加速发展。 4 2，国内研究现状 我国的汽车及各种车辆的零部件产品在性能和质量上和发达国家存在着一定的差距，其中一个重要原因就是设计手段落后，发达国家在机械产品设计上早已进入了分析设计阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化设计、可靠性设计等应用到产品设计中，采用机械 CAD 系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查，实现三维设计，大大地提高产品设计的一次成功率，减少了试验费用，缩短了产品更新周期。 随着中国的改革开放 ,大量国外轿车进入我国市场 ,其中许多中高档轿车是带有自动变速器的 ,而其类别几乎全部是液力自动变速器。这也使一大批汽车修理企业对液力自动变速器的维修变得十分熟悉。 由于对自动变速器良好性能的逐渐认识 ,用户的需求量越来越大 ,使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。 1998 年 ,一汽大众公司生产的“捷达王”已将自动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康” 1.6L 的车型上推出了电控式液力自动变速器。上海通用汽车公司在所生产的别克“世纪”轿车上装备了目前最为先进的一种液力自动变速器 4T65E 型四档电控自动变速驱动桥。而广州本田“雅阁”轿车 ,自动变速器几乎是标准配置。因此 ,在国产车上选装液力自动变速器已成为必然之势。 从研究与生产环节来看 ,CA770 液力自动变速器生产过近 2 000 台 ,加之工程机械、军用车辆采用动力换档的行星齿轮变速器已有 10 多年的历史 ,近几年 ,国内也为大功率车辆研制成功电控自动变速器 ,因此可以说 ,在液力自动变速器的研究、生产以及修理方面均有一定 的基础。但目前国产轿车所装用的液力自动变速器全部都依靠进口。不过通用汽车公司在上海的合资企业已开始试生产 4T65E 型四档电控自动变速驱动桥。当然 ,完全国产化还有一段路要走。 在电子控制机械式自动变速器方面 ,国内有关部门也正在进行研究。目前已生产出样机。 至于机械式无级变速器 ,早在十年前 ,国内就有高校购买过国外样机作分析研究 ,但苦于经费问题 ,无法深入进行。近一两年一些高校才又开始重新起步。根据国外目前 CVT 应用的趋势和所做的预测 ,CVT 可能是小功率 (发动机排量 2L 以下 )液力自动变速器最有威胁的挑战者 ,国内市场前景不容忽视。但要想完全依靠国内自己的力量做成实用的 CVT,既不现实 ,时间上也不允许。走技术引进的道路是一条捷径。 11 （二）选题目的和意义 随着世界经济的不断发展，汽车已经不再有钱人的象征。 21 世纪，汽车工业成为中国经济发展的支柱产业之一，汽 车企业对各系统部件的设计需求旺盛。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，变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，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。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。可以说，变速器是伴随着汽车工业出现的必然产物，是汽车上的必需品。在完成了最基本的传动功能之外，我们对变速器的要求也是越来越高，汽车的性能、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。由此可见，对汽车的变速器进行研究具有十分重要的意义。 本次设计是通过合理整合已有的设计，阅读大量文献，掌握机械设计的基本步骤和要求，以及传统机械制图的步骤和规则，掌握制动器总成的相关设计方法，以及进一步扎实汽车设计基本知识，学会用 CAD 进行基本二维制图，同时提高分析问题和解决问题的能力。 nts 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 设计五菱宏光 变速器，要求分析变速器的结构形式及工作原理，确定变速器结构类型，完成变 速器结构布置和总体设计，对变速器中的 关键齿轮和轴等零部件进行设计并对其进行校核计算。 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，对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算，设计内容包括输入轴、主动轮、从动轮、输出轴、中间轴、同步器、轴承、操纵机构等结构，同时进行必要的运动分析和强度校核。要求所设计的变速器结构合理，绘制的图纸格式规范，图面质量好；撰写的说明书内容完整，格式规范。 主要内容： 1、 变速器的主要参数的选择与主要零件的设计 变速器的传动机构布置方案、变速器主要参数的选择、各档传动比及其模数、压力角、螺旋角和齿 宽、齿轮变位系数的选择等。 2、变速器齿轮的强度计算与材料的选择 齿轮的损坏原因与形式、确定齿数、齿轮强度计算与校核、倒档齿轮等。 3、变速器轴的强度计算与校核 变速器轴的结构和尺寸、轴的设计计算、轴的校核等。 4、变速器同步器的设计 锁环式同步器的基本尺寸、同步器的接合齿采用渐开线齿形等。 5、安装说明 拟解决主要问题： (1)、变速器主要参数的选择 (2)、齿轮变位系数 (3)、轴强度校核 (4)、同步器的设计 三、技术路线（研究方法） 方 案的确定 变速器参数确定 变位系数的确定 确定传动比 齿轮齿数的计算 齿轮强度的校核 齿轮的优化设计 轴的设计 轴强度的校核 轴的优化设计 同步器 的 参数 同步器的设计 绘制图纸 安装说明 nts 四、进度安排 （ 1）调研，资料收集，完成开题报告； 第 1-2 周（ 3 月 2 日 -3 月 15 日） （ 2）分析搜集到的资料，提出最优设计方案； 第 3-4 周（ 3 月 16 日 -3 月 21 日） （ 3）计算五菱宏光变速器的各项参数； 第 5-6 周（ 3 月 22 日 -4 月 5 日） （ 4）绘制 变速器 草图； 第 7-8 周（ 4 月 6 日 -4 月 26 日） （ 5）绘制 变速器 总成图、零 件图； 第 9-12 周（ 4 月 27 日 -5 月 24 日） （ 6）撰写设计说明书； 第 13-14 周（ 5 月 25 日 -6 月 7 日） （ 7）设计说明书及图纸审核及修改； 第 15-16 周（ 6 月 8 日 -6 月 21 日） （ 8）毕业设计答辩准备及答辩。 第 17 周（ 6 月 22 日 -6 月 28 日） 五、 参考文献 1 高维山 .变速器 M.北京：人民交通出版社， 1990. 2 余志生 .汽车理论 M.北京：机械工业出版社， 2000. 3 王望予 .汽车设计（第四版） M.北京：机械工业出版社， 2004. 4 刘惟信 .汽车设计 M.北京：清华人学出版社， 2001. 5 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 2005-04： 25-26. 6 刘海江，于信汇，沈 斌 .汽车齿轮 M.上海：同济大学出版社， 1997. 7 孙恒，傅则绍 .机械原理 M.北京：高等教育出版社 ， 1990. 8 陈家瑞 .汽车构造 (上 ， 下册 ) M.北京：人民交通出版社 ， 1994. 9张炳力，赵韩，今朝勇，朱可 .汽车自动变速器研究现转机展望 J 中国机械工程， 2006（ S2） 10过学迅 ,吴涛 .汽车自动变速器在中国的发展现状及前景 J 汽车研究与开发， 1999，（ 06） 11王铭 .汽车变速器全解析 J 汽车维修， 2010,（ 05） 12吴光强，孙贤安 .汽车自动变速器发展综述 J 同济大学学报（自然科学版） 2010,（ 10） 13彭运钧 . 自动变速器的换挡规律 J 工程机械与维修 , 2005, (07) 14杨 胜义 .现代汽车变速器技术发展 J 中国商界 (上半月 ),2010,(09) 15Nakayama T,Suda E.The present and future of electric power steering.Int.J.of Vehicle Design,1994,15(3,4,5):243-254 16Yasuo Shimizu,Toshitake Kawai.Dsvslopment of Electric Power Steering.SAE Paper No.910014 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 nts nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 五菱宏光手动变速器设计 系部名称 ： 汽车工程系 专业班级 ： 车辆工程 07-6 学生姓名 ： 王恩桐 指导教师 ： 赵国迁 职 称 ： 高级实验师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 The Graduation Design for Bachelors Degree WuLing HongGuang Manual Transmission Design Candidate： WangEnTong Specialty： Vehicle engineering Class： BW07-6 Supervisor： ZhaoGuoQian advanced experimental teachers Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 摘 要 变速器用来改变发动机传到驱 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工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。 因为变速箱在低档工作时作用有较大的力，所以一般变速箱的低档都布置靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。 本文设计研究了三轴式五挡手动变速器，对变速器的工 作原理做了阐述，变速器的各挡齿轮和轴做了详细的设计计算，并进行了强度校核，对一些标准件进行了选型。变速器的传动方案设计并 讲述了变速器中各部件材料的选择。 关键字： 变速器；设计；齿轮；轴；校核 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 ABSTRACT Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, is aimed at marking start, climbing, turning, accelerate various driving conditions, the car was different traction and speed Meanwhile engine in the most favorable working conditions within the scope of the work. And the trans mission in neutral gear with reverse gear. Transmission also need power output function. Gearbox because of the low-grade work at a larger role, In general, the low-grade gearbox layout are close to the axis after support, Following from low-grade to high-grade order of the layout of stalls gear. This will not only allow axis are large enough for a rigid, but also ensures easy assembly. Gear box overall structure and rigid axle and the shell structure of relations. Generally through the control shaft length control over several stalls to ensure that adequate gear box rigid. This paper describes the design of three-axis five block manual tran mission, the transmission principle of work elaborated, Transmission of the gear shaft and do a detailed design, and the intensity of a school. For some standard parts for the selection. Transmission Trans mission program design. A brief description of the trans mission of all components of the material choice. Keywords : Transmission; Design; Gear; Axis;Checking nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 . 错误 !未定义书签。 ABSTRACT . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1 选题的背景 . 错误 !未定义书签。 1.2 目的及意义 . 2 第 2 章 总体方案设计 . 3 2.1 汽车参数的选择 . 3 2.2 变速器设计应满足的基本要求 . 3 2.3 传动机构布置方案分析 . 3 2.3.1 固定轴式变速器 . 3 2.3.2 倒档布置方案 . 4 2.3.3 其它问题 . 6 2.4 齿轮形式 . 7 2.5 换挡机构形式 . 7 2.6 变速器轴承 . 8 2.7 本章小结 . 9 第 3 章 变速器设计和计算 . 10 3.1 档数 . 11 3.2 传动比范围 . 错误 !未定义书签。 3.3 各档传动比的确定 . 错误 !未定义书签。 3.3.1 主减速器传动比的确定 . 错误 !未定义书签。 3.3.2 最低档传动比的确定 . 错误 !未定义书签。 3.3.3 各档传动比的确定 . 错误 !未定义书签。 3.3.4 中心距的选定 . 错误 !未定义书签。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 3.3.5 变速器的外形尺寸 . 错误 !未定义书签。 3.4 齿轮参数 . 错误 !未定义书签。 3.4.1 模数的选取 . 14 3.4.2 压力角 . 15 3.4.3 螺旋角 . 15 3.4.4 齿宽 . 16 3.4.5 齿顶高系数 . 17 3.4.6 变位系数的选择原则 . 17 3.5 各档齿数的分配 . 18 3.5.1 确定一档齿轮的齿数 . 18 3.5.2 对中心距进行修正 . 20 3.5.3 确定常啮合传动齿轮副齿数及变位系数 . 20 3.5.4 确定其他各档齿数及变位系数 . 21 3.5.5 确定倒档齿轮齿数及变位系数 . 26 3.6 本章小结 . 28 第 4 章 变速器的校核 . 29 4.1 齿轮的损坏形式 . 29 4.2 齿轮强度计算 . 28 4.2.1 齿轮弯曲强度计算 . 28 4.2.2 齿轮接触应力计算 . 30 4.3 轴的结构设计 . 32 4.4 轴的强度验算 . 33 4.4.1 轴的刚度的计算 . 33 4.4.2 轴的强度的计算 . 38 4.5 轴承寿命计算 . 41 4.6 本章小结 . 44 第 5 章 同步器的设计 . 45 5.1 锁销式同步器 . 45 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 5.1.1 锁销式同步器结构 . 45 5.1.2 锁销式同步器工作原理 . 45 5.2 锁环式同步器 . 46 5.2.1 锁环式同步器结构 . 46 5.2.2 锁环式同步器的工作原理 . 46 5.2.3 锁环式同步器主要尺寸的确定 . 47 5.3 本章小结 . 49 第 6 章 变速器操纵机构 . 50 6.1 直接操纵手动换挡变速器 . 50 6.2 远距离操纵手动换挡变速器 . 50 6.3 本章小结 . 51 结论 . 52 参考文献 . 53 致谢 . 54 附录 . 55 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题的背景 近几年国内外汽车工业迅猛发展，车型的多样化和个性化已经成为汽车发展的趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，特别是对轻型商用车而言，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。 国产商用车所装配的变速器主要以国产手动档变速器为主 ，变速器 是由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进挡数的不同，变速箱有三、四、五和多挡几种。根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、中间轴式和多中间轴式变速箱。 汽车变速器是影响整车动力性、经济性、舒适性的重要总成 ， 国内外的汽车制造与销售数据显示，人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。 国内商用车市场的快速发展 ， 2008 年全国载货汽车保有量为 10、 465、 404 辆，与 2007 年相比，增加 722、 181 辆，增长 7.41%。其中轻型载货汽车 5、 863、 787 辆， 贡献度最大的车型是轻型货车 ， 轻型货车对商 用车销量的贡献度为 44.16%，其次是重型货车和微型货车，其贡献度分别为 19.89%和 12.93%。 汽车变速器的使用寿命与整车基本相当，售后维修市场对变速器总成的需求仅占少数，故此可将 轻型商用车市场 近似为 它的 变速器配套市场空间。随着全球能源及原材料价格的不断上涨，汽车销售价格的下降，要求汽车变速器向着体积小质量轻、承载能力大、结构紧凑上发展。这就要求零件设计结构机械性能也要相应有所改变，向着小巧紧凑高强度，高刚性方向改进，进而也要求有新技术新工艺来保证能够制造出来。 目前许多变速器生产企业正在研发 一些 能大幅提 高离合器、同步器寿命和行车安全性，且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠 、 易于制造、成本低、燃油消耗少和维护与使用费用低 、 多档位、大速比变化范围改善了汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性的变速器 。现在汽车变速器的发展趋势是向着可调自动变速箱或无级变速器方向发展。无级变速机构由两组锥形轮组成，包括一对主动锥形轮（锥形轮组 1）和一对被动锥形轮（锥形轮组 2） 同时有一根链条运行在两对锥形轮 V 形沟槽中间，链条的运动如同动力传递单元。锥形轮组 1 由发动机的辅助减速机构驱动，发动机的动力通过链条 传递给锥形轮组 2 直至终端nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 驱动。在每组锥形轮中有一个锥形轮可以在轴向移动，调整链条在锥形轮的工作直径并传递速比。两组锥形轮必须保持相同的调整，以保证链条始终处与涨紧状态，使传递扭矩时锥形轮接触充分的压力。采用无级变速器可以节约燃料，使汽车单位油耗的行驶里程提高 30%。通过选择最佳传动比，获得最有利的功率输出，它的传动比比传统的变速器轻，结构更简单而紧凑。世界各大汽车制造商正竞相开发无级变速器。专家预计2008 至 2009 年间无级变速器将成为世界各大汽车制造商的技术开发重点。 1.2 目的及意义 通过一步步的计算 和校核来改善变速器的工作状态，使其达到理想的舒适性并减小工作时的噪声。传统的变速器设计设计方法一般是根据性能要求利用经验公式取初值，然后计算其强度，传动质量指标等，如不符合要求根据经验公式改变某些参数，继续计算直至符合所有的条件与要求。通过本题目的设计，可综合运用所学知识对轻型商用车的手动变速器进行设计。由于本题目模拟工程一线实际情况，通过毕业设计可与工程实践直接接触，从而可以提高解决实际问题的能力，综合提高自身的设计和制造水平。 本设计研究基本内容是研究轻型商用车的机械变速器的组成、结构与原理，弄清楚同步 器、齿轮、轴等零部件之间的配合关系。选择标准齿轮模数在总当数和一档传动比确定后，合理分配各档位的速比，接着计算出齿轮参数和中心距，并对齿轮进行强度验算，确定齿轮的结构与尺寸，绘制出所有齿轮的零件图，根据经验公式初步计算出所有轴的基本尺寸，对每个档位下对轴的刚度和强度进行验算，确定出轴的结构与尺寸，绘制出各个轴的结构与尺寸，对现有传统变速器的结构进行改进、完善，最终完成变速器的零件图和装备图的绘制。利用计算机辅助设计软件绘制变速器的各零件的零件图，并完成变速器的总装配图。在此次设计中对变速器作了总体设计，对变 速器的传动方案进行了选择，变速器的齿轮和轴做了详细的设计计算，对同步器和一些标准件做了选型设计。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 第 2 章 总体方案设计 2.1 汽车参数的选择 变速器设计所需的汽车基本参数如下表 : 表 2.1 设计基本参数表 发动机最大功率 63kw 最高车速 140km/h 总质量 2880kg 最大转矩 108Nm 2.2 变速器设计应满足的基本要求 对变速器如下基本要求 : 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） 设置倒档，使汽车能倒退行驶。 4） 设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。 5） 换挡迅速，省力，方便。 6） 工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。 7） 变速器应当有高的工作效率。 除此以外，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。满足汽车有必要的动力性和经济性指标，这与变速器的档数，传动比范围和各挡传动比有关。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 。 2.3 传动机构布置方案分析 2.3.1 固定轴式变速器 固定轴式又分为两轴式，中间轴式，双中间轴式变速器。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。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，中间挡位传动效率高和噪声低等优点。因两轴式变速器不能设置直nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。所以我选择的是 中间轴式的变速器。 图 2.1，分别示出了几种中间轴式五挡变速器传动方案。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挡。使用直接挡，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。因为直接挡的利用率高于其它挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，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，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在挡数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到档传动方案上有差别。 图 2.1a所示方案，除一档和倒挡用直齿滑动齿轮换挡外 ，其余各挡为常啮合齿轮传动。图 2.1b， c， d所示方案的各前进挡，均用常啮合齿轮传动；图 3.1d所示方案中的倒挡和超速挡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挡的条件下，很容易形成一个只有四个前进挡的变速器。以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的挡位用同步器换挡，有的挡位用啮合套换挡，那么一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。 发动机前置后轮驱动的货车采用中间轴式变 速器，为加强传动轴刚度，可将变速器后端加中间支撑。 中间轴和第二轴都有三个支承。如果在壳体内，布置倒挡传动齿轮和换挡机构，还能减少变速器主体部分的外形尺寸。 2.3.2 倒挡布置方案 与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。为实现倒挡传动，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。前者虽然结构简单，但是中 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 图 2.1 中间轴式五挡变速器传动方案 间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正，负交替对称变化的弯曲应力状态下工 作，而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒挡传动比略有增加。 图 2.2 为常见的倒挡布置方案。图 2.2b 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 2.2c 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 2.2d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，倒挡齿轮做成一体，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 2.2g 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。 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，然后按照从低挡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，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，然后 再 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 图 2.2 倒挡布置方案 图 2.3 倒挡轴位置与受力分析 布置倒挡。此时在倒挡工作时，齿轮磨损与噪声在短时间内略有增加，与此同时在一挡工作时齿轮的磨损与噪声有所减少。 除此以外，倒挡的中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴的受力状况有影响，如图 2.3 所示 。 2.3.3 其他问题 经常使用的挡位，其齿轮因接触应力过高而造成表面电蚀损坏。将高挡布置在靠近轴的支承中部区域较为合理，在该区因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，偏载减少能 提高齿轮寿命。 某些汽车变速器有仅在好路或空车行驶时才使用的超速挡。使用传动比小于 1（为0.70.8）的超速挡，能够充分地利用发动机功率，使汽车行驶 1km 所需发动机曲轴的总转速降低，因而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接挡比较，使用超速挡会使传动效率降低，噪声增大。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数，每分钟转速，传递的功率，润滑系统的有效性，齿轮和壳体等零件的制造精度等。 2.4 齿轮形式 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时 噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中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数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。我的设计中一挡和倒挡用的是直齿轮，其他挡都是斜齿轮。 2.5 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。汽车行驶时各挡齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随有噪声。这使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乘坐舒适性降低。只有驾驶 员用熟练的操作技术（如两脚离合器），时齿轮换挡时无冲击，才能克服上述缺点。但是该瞬间驾驶员注意力被分散，会影响行驶安全性。因此，尽管这种换挡方式结构简单，但除一挡，倒挡外已很少使用。 由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，所以可用移动啮合套换挡。这时，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多。而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总惯性矩增大。 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，则换挡机构连件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且还能降低制造成本及减小变速器长度。 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，虽然它有机构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。 使用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。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，换入不同挡位的变速杆行程要求尽可 能一样。 自动脱挡是变速器的主要故障之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，目前在结构上采取措施比较有效的方案有以下几种： 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nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 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。 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。 本次设计锁定机构采用自锁、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。 2.6 变速器轴承 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轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 图 2.5 摆动锁块式互锁机构 图 2. 6 转动钳口式互锁机构 汽车变速器结构紧凑，尺寸小，采用尺寸大些的轴承结构受限制，常在布置上有困难。如变速器的第二轴前端支承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。变速器第一轴前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间长采用球轴承来承受向力。作用在第一轴常啮合 齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传给变速器壳体，此处常用轴承外圈有挡圈的球轴承。第二轴后端常采用球轴承，以轴向力和径向力。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有困难的时候，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。 变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径小，宽度较宽因而容量大，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。 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，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于 620mm，下限适用于轻型车和轿车。 滚针轴承，滑动轴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。滚针轴承有滚动摩擦损失小，传动效率高，径向配合间隙小，定位及运转精度高，有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的径向配合间隙大，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。 在本次设计中由于工作条件的需要主要选用了圆锥滚子轴承、深沟球轴承和滚针轴承。 2.7 本章小结 本章首先先确定了设计变速器所需的汽车主要参数以及设计变速器所应满足的基本要求，对自己的设计也有了一定的规范。 然后又 对变速器的传动机构和档位的布置 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 形式的进行了简单的介绍，分析了各个传动方案的优缺点，选取了合理高效
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