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机械毕业设计车辆工程

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CL01-145@奥腾皮卡变速器设计,机械毕业设计车辆工程

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本科学生毕业设计 奥腾皮卡变速器设计 院系 名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： nts The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Aoteng Pick-up Transmission Candidate： WangWeili Specialty： Vehicle Engineering Class： B07-7 Supervisor： Lecturer. Lv Degang Heilongjiang Institute of Technology nts I 摘 要 变速器由传动机构和操纵机构组成， 其基本功用是 改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下工作 ，是汽车传动系的重要组成 。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。 本次设计的题目是 奥腾皮卡变速器设计 。 依据皮卡 相 关参数可设计出基本符合要求的中间轴式手动变速器。 中间 轴式变速器由于具有体积小、原理简单、工作可靠、操纵方便等优点，故在大多数汽车中广泛应用。本设计研究 中间 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、材料力学等学科知识，对 中间 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。 本文将概述变速器的现状和发展趋势 ； 对 其 工作原理 进行 阐述，选择合理的 传动 方案进行设计 ； 确定各档传动比及齿轮参数选择； 对变速器的各 档 齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算 与 校核 ； 对 同步器和操纵机构及箱体 进行选 择 。 关键词 ： 变速器；传动比； 齿轮； 轴 ； 设计计算；校核 nts II ABSTRACT Transmission by the transmission and control mechanism, whose basic use is to change the gear ratio, wheel torque and speed to expand the range to meet the constantly changing driving conditions, while making the engine work in a favorable condition, a car assembly an important component parts. The structural requirements of the automobile transmission of power, fuel economy, shift control of the reliability and portability, stability and efficiency of transmission has a direct impact. The subject of this design is the Austrian Teng pickup transmission design. Pickup based on the basic parameters can be designed to meet the requirements of the intermediate shaft manual transmission. Since the middle of transmission shaft is small, the principle is simple, reliable, and easy manipulation, it is widely used in most cars. The design of the middle axis five-speed manual transmission, its main purpose is based on mechanical principles, mechanical design, AutoCAD and other skilled use of knowledge and mastery, while the use of vehicle structure, automotive design, materials, mechanics and other disciplines of knowledge, on the intermediate shaft Transmission of the parts design and assembly drawing using AutoCAD software and part drawing. This paper will outline the status and development trend of transmission; its working principle described, a reasonable choice of transmission scheme design; to determine the file transmission gear ratio and parameters; on the transmission gears and shafts, and all files in detail the design bearing calculation and verification; on the synchronizer and the control mechanism and the selection box. Key words: Transmission； Transmission Ratio； Gear； Shaft； Design and Calculation Checking nts III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 变速器简述 . 1 1.2 变速器的研究现状与发展趋势 . 1 1.3 变速器设计的研究方法与目的意义 . 2 第 2 章 皮卡主要参数与变速器结构方案的确定 . 4 2.1 确定总质量 . 4 2.2 选择发动机型号 . 5 2.3 确定最高车速 . 5 2.4 变速器传动机构的布置 . 6 2.4.1 两轴式变速器和中间轴式变 速器的特点分析 . 7 2.4.2 变速器倒 档 布置 . 7 2.4.3 各档齿轮位置安排 . 8 2.5 变速器齿轮形式与自动脱档分析 . 9 2.5.1 齿轮形式 . 9 2.5.2 变速器自动脱档分析 . 10 2.6 本章小结 . 10 第 3 章 变速器主要参数的确定 . 11 3.1 变速器档位数目及各档传动比的确定 . 11 3.1.1 变速器档位数目的确定 . 11 3.1.2 主传动比的确定 . 11 3.1.3 变速器各档传动比的确定 . 12 3.2 变速器中心距的确定 . 14 3.3 变速器的外形尺寸 . 14 3.4 齿轮参数的选择 . 15 nts IV 3.4.1 齿轮模数 . 15 3.4.2 齿形、压力角及螺旋角 . 17 3.4.3 齿宽 . 19 3.4.4 齿顶高系数 . 19 3.4.5 齿轮的修正 . 19 3.5 各档齿轮齿数分配 . 20 3.5.1 确定一 档 齿轮齿数 . 20 3.5.2 对中心距 A 进行修正 . 21 3.5.3 确定常啮合齿轮副齿数 . 22 3.5.4 确定其他各档齿轮齿数 . 24 3.5.5 确定倒档齿轮齿数 . 29 3.6 本章小结 . 31 第 4 章 变速器齿轮设计及校核 . 32 4.1 齿轮材料的选择 . 32 4.2 各轴的转矩计算 . 33 4.3 齿轮强度校核 . 34 4.3.1 轮齿的弯曲应力 . 34 4.3.2 轮齿的接触应力 . 36 4.3.3 各档齿轮的强度校核 . 37 4.4 计算各档齿轮的受力 . 44 4.5 本章小结 . 47 第 5 章 变速器轴和轴承的设计及校核 . 48 5.1 轴的设计 . 48 5.1.1 轴的设计要求及结构设计 . 48 5.1.2 轴的尺寸设计 . 49 5.2 轴的校核 . 51 5.2.1 轴的刚度校核 . 51 5.2.2 轴的强度校核 . 56 nts V 5.3 轴承的选择及校核 . 61 5.4 本章小结 . 66 第 6 章 同步器的选择 . 67 6.1 锁销式同步器 . 67 6.2 锁环式同步器 . 68 6.3 本章小结 . 69 第 7 章 操纵机构与箱体的选择 . 70 7.1 操纵机构的选择 . 70 7.1.1 变速操纵杆的布置 . 70 7.1.2 换档锁装置 . 71 7.2 变速器箱体的设计 . 73 7.3 本章小结 . 73 结 论 . 74 参考文献 . 75 致 谢 . 76 附 录 . 错误 !未定义书签。 nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 变速器 简述 1 自从汽车诞生时起，汽车变速器就在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。 现代汽车 广泛采用 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 自 身是无法解决的。为此，在汽车传动系中设置了变速器。 作用是改变了汽车的传动比，扩大了驱动车轮转矩和转速范围，使车辆适应各种变化的行驶工况，同时使发动机在理想工况下工作。 变速器 还 能使汽车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车速是难以达到的。变速器的倒 档 使汽车能倒退行驶；其空 档能中断发动机传递的动力，以便发动机的启动、怠速。 随着汽车工业的不断发展， 人们对汽车的性能要求越来越高，汽车的性能、使用寿命、能源消耗、振动噪声等很大程度取决于变速器的性能，因此必须重视对变速器的设计。 它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。 变速器的结构 除了对 汽车的动力性、经济性 有影响同时对汽车 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 做优化匹配，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，其他结构措施，可使操纵可靠，不 产生 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 斜齿轮 、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低 。众多汽车工程师在改进汽车变速器性能的研究中倾注了大量心血，使变速器技术得到飞速的发展。 1.2 变速器 的研究现状与发展趋势 2 自从汽车采用内燃机作为动力装置开始，变速器就成为汽车重要的组成部分。距1894 年一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展。现代汽车变速器的发展十 分快，不断出现崭新的变速器装置。变速器技术的每次跨越，都和相关学科的发展密切相关。计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为变速器的进一步发展提供了有力的保障。变速器的发展也给相关学科提出更高的理论要求，使人类的认识迈向新的、nts 2 更高的境界。 使用最早的是手动变速器，国内最早的东风解放所用的是手动变速器，但手动变速器也并非一成不变，早期的变速器，那时国内还在实用不带同步器的变速器，换挡要依据经验来判断发动机转速和汽车速度是否同步才能进行，并且升档和降档要求的油离配合还不一样。后来为 了方便驾驶，在领个相邻齿轮间装上了同步器，依靠同步器的作用，我们换挡就不需要去判断车速了。目前手动变速器依然在汽车界应用非常广泛，但自动变速器是今后变速器发展的必然趋势。 现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化，机械式变速器不能满足人们的需要。 从 40 年代初，美国成功研制出两 档 的液力 -机械变速器以来，自动变速器技术得到了迅速发展。 80 年代，美国已将液力自动变速器作为轿车的标准装备。1983 年时，美国通用汽车公司的自动变速器装车率已经达到了 94%。近些年来，由于电子技术和电子计算机技术的发展，自动 变速器技术已经达到了相当高的水平。 目前，国内变速器厂商都朝 自动 变速器和 无级 变速器方向发展，国内现已有 多 款轿车已经应用上无级变速器，而重型汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速 (Continuously Variable Transmission 简称 CVT) 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。 一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速 箱。但是 ,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力 ,各大汽车厂商对无级变速器 (CVT)表现了极大的热情，极度重视 CVT 在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器研究的终极目标。 今后 变速器技术将会朝着节能环保、应用新型材料、高性能、低成本、微型化、智能化、集成化的方向 发展并会取得重大成果。 1.3 变速器设计的 研究方法与 目的意义 3 从轻型货车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。本课题取材于汽车中比较实用的皮卡汽车，皮卡车载货或在雨、雪路面上行驶时，动力性好，越野性能出色。为了满足消费者对汽车高性能、安全性、可靠性、舒适性的需求，对变速器的性能要求也更高。因此，本课题主要是针对机械式变速器的设计。 汽车变速器的设计是一个复杂的系统工程 ， 其设计的成功与否决定着车辆的平顺nts 3 性、动力性和燃油经济性等多方面的设计要求。这就对变速器设计人员提出较高的要求。 我们除了 要 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。 本次设计主要是 根据给定皮卡车的车型参数， 通过 对 变速器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的手动 5 档 变速器。本文要完成 的有 下面一些主要工作： 1 主要 参数计算。包括变速器传动比计算、中心距计算、齿轮参数计算、各档 齿轮齿数的分配 。 2 变速器齿轮设计计算。变速器齿轮几何尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及材料选择；计算各轴的扭矩和转速；齿轮强度计算及检验 。 3 变速器轴设计计算。包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的加工工艺分析 。 4 变速器轴承的选择及校核 。 5 同步器 、 变速器操纵机构 和 箱体 的设计选用 。 nts 4 第 2 章 皮卡 主要参数 与变速器结构方案 的确定 2.1 确定总质量 汽车的 整备质量利用系数0m： 00 mmem （ 2.1） 式中 em 汽车的载质量； 0m 整车 整备质量。 表 2.1 货车的质量系数0m参数 车型 总质量 tma/0m货 车 1.8am 6.0 0.80 1.10 6.0am 14.0 1.20 1.35 am 14.0 1.30 1.70 装柴油机的货车为 0.80 1.00。 汽车总质量am： 商用货车的总质量am由整备质量 m 、载质量 em 和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即 kgnmmm ea 651 (2.2) 式中，1n为包括驾驶员及随行人员数在内的人数，应等于座位数。 此载货汽车是 柴 油机，查表 2.1 得 质量利用系数为 0.80 1.00，其 整备 质量 是om =1.76 103kg, 由公式 （ 2.1）得： 00.180.01760 mooe mm =1408 1760kg nts 5 因为此车设计为 双 排室 ,所以1n=5,由公式 （ 2.2）得 : kgnmmm ea 6510 =（ 1408 1760） +1760+5 65 =3493 3845kg 本课题选用 ma=3500kg。 2.2 选择 发动机 型号 根据现在载货汽车选用发动机的情况，参照 2010 款 GA1020CRE3A 型奥腾 皮卡 ，针对本次设计任务选用 GA4D28TC 柴油 发动 机。 表 2.2 GA4D28TC 柴油 发动 机技术参数 发动机型号 GA4D28TC 发动机形式 四缸直列， 高压 共轨 燃油种类 柴油 排量 2.771L 排放标准 国 最大输出功率 80KW 最大扭矩 260Nm 最大扭矩转速 16002400 r/min 最大功率转速 3800r/min 2.3 确定最高 车速 3m a xm a xm a x 7614036001 VACVgfmP DaTe (2.3) 式中 maxeP 发动机最大功率， kW； T 传动系 传动效率，取 T 0.9； am 汽车总质量， kg； g 重力加速度， m s2； f 滚动阻力系数，对载货汽车取 0.02； nts 6 maxV 最高车速， km h； DC 空气阻力系数，轿车取 0.4 0.6，客车取 0.6 0.7，货车取 0.8 1.0； A 汽车正面投影面积，若无测量数据，可按前轮距 B1、汽车总高H、汽车总宽 B 等尺寸近似计算： 对轿车 A 0.78BH， 对载货汽车 A B1 H。 A B1 H 1.445 1.710=2.5 由公式 （ 2-3）得： 3m a xm a xm a x 7614036001 VACVgfmP DaTe 3m a xm a x 7 6 1 4 0 5.28.03 6 0 0 02.08.93 5 0 09.0 180 VV 算出maxV 130km/h,该车满足要求。 2.4 变速器传动机构 的 布置 3 机械式变速器具有结构简单、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应用。 通常，有级变速器具有三个、四个、五个前进 档 ；重型载货汽车和重型越野车则采用多 档 变速器，其前进 档 位数多 达 6 16 个甚至 20 个。变速器 档 位的增多可提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性和平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但 档 位数的增多也使变速器的尺寸及质量增大，结构复杂，制造成本提高，操纵也复杂。 某些轿 车和货车的变速器，采用仅在良好的路面和空载行驶时才使用的超速档 。采用传动比小于 1（约为 0.7 0.8）的超速 档 ，可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。 机械式 变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括齿轮副 的 数目、 齿轮的 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。 nts 7 2.4.1 两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析 1 两轴式变速器 两轴式变速器多用于发动机前 置前轮驱动的汽车上。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他档位均采用常啮合齿轮传动。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高，同时噪声低。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏；受结构限制其一档速比不能设计的很大；对于前进 档 ，两轴式变速器输入轴的 传动方向与输出轴的传动方向相反。 2 中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档，变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，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要高于其他档位，因而提高了变速器的使用寿命 。 在 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。 2.4.2 变速器 倒 档 布置 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。 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；也有利用两个联体齿轮方案的。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿，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 档 传动比略有增加。也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的nts 8 啮合套或同步器方案换入倒档。 图 2-1 倒档布置方案 图 2-1 为常见的倒 档 布置方案。 图 2-1b 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。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换档 困难。图 2-1c 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 2-1d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，且能获得较大的倒 档 传动比。图 2-1e 所示方案针对图 2-1c 所示方案的缺点做了修改，因而取代了图 2-1c 所示方案。图 2-1f 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2-1g 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 。 2.4.3 各档 齿轮 位置安排 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： 1 整车总布置 根据整车的总布置，对变速器输入轴和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 人们习惯于按档的高低顺序，由左到右或由右到左排列来换档。值得注意的是倒档，虽然他是平常换档序列之外的一个特殊档位，然而却是决定序列组合方案的重要环节。按习惯，倒档最好与序列不接合。从安全角度考虑，将倒档与一档放在一起较好。 3 提高平均传动效率 为提高平均传动效率，在 中间 轴式变速器中，普遍采用具有直接档的传动方案，并尽可能地将使用时间最多的档位设计成直接档。 4 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。nts 9 承受载荷大的低档齿轮，一般安置在离轴承较近的地方，以较小轴的变形，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撑较远处较好 。 因为变速器在一 档 和倒 档 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 档 ，都应当布置在靠近 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 档 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。 综上所述，由于 本次设计的为 轻 型货车变速器 ， 布置形式采用发动机前置后轮驱动， 变速器 布置的 空间较 大 ，对变速器的 结构 要求较高，要求运行 时 噪声 要 小，故选用 中间 轴 五档 变速 器 ，并且五档为直接档。采用图 2-1g 的倒档布置形式。 2.5 变速器 齿轮形式与自动脱档分析 2.5.1 齿轮形式 变速器齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。 斜齿圆柱齿轮 与直齿圆柱齿轮比较， 有 运转平稳、作时噪声低等优 点；缺点是制造时工艺复杂，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 档 。 变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。 齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度 b （图2-2）影响齿轮强度。要求尺寸 b 应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮装在轴上以后，保持足够大的稳定性 ，齿轮轮毂部 分的宽度尺寸 C ， 在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求 ： 2)4.12.1( dC 式中： 2d 花键内径。 图 2-2 变速器齿轮尺寸控制图 nts 10 齿轮表面粗糙度数值降低，则噪声减少，齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。变速器齿轮齿面的表面粗糙度应在 80.040.0 Ram范围内选用。 2.5.2 变速器自动脱档分析 自动脱 档 是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱 档 。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种： 1 将两接合齿的啮合位置错开，如图 2-3a 所示。这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿的 1 3mm。使用中两齿接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可用来阻止接合齿自动脱 档 。 2 将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下 0.3 0.6mm），这样，换 档 后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶 住，从而阻止自动脱 档 ，如图 2-3b 所示。 3 将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜 2 3 ），使接合齿面产生阻止自动脱 档 的轴向力，如图 2-3c 所示。这种方案比较有效，应用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱 档 的效果。 a） b) c) 图 2-3防止自动脱挡的机构措施 2.6 本章小结 本章主要 确定 了 皮卡的 主要参数 ，以及 针对变速器传 动机构的布置方案， 这是设计本课题的前提，为 之 后的设计确定了方向 。 nts 11 第 3 章 变速器主要参数的 确定 3.1 变速器档位数目及各档传动比 的确定 3.1.1 变速器档位数目的确定 近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘用车一般用 4 5个档位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用 5 个档。商用车变速器采用 4 5个档或多档。总质量 3.5t 以下的货车多采用四档变速器，总质量 3.5 10.0t 的货车 多采用五档变速器。总质量大于 10t 的货车多采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。 本设计采 用五档变速器。 3.1.2 主 传动 比的确定 (3.1) 式中 ； au 汽车行驶速度 （ km/h）； n 发动机转速 （ r/min）； r 车轮滚动半径 （ m）； gi 变速器传动比 ； 0i 主减速器传动比。 (3.2) 式中： emaxT 发动机最大扭矩（ Nm）； maxeP 发动机最大功率（ Kw）； pn 发动机最大功率转速（ r/min） ； 转矩适应系数 =1.1 1.3； (3.3) 式中： Tn 发动机最大扭矩转速 。 0377.0 iirnugapenP maxemax 9549T 2.01.4Tpnnnts 12 已知：最高车速maxau=maxav=130 km/h；最高档为直接档，传动比5gi=1； 车轮滚动半径由所选用的轮胎规格 215/75R15 得到 r =0.32(m)； 发动机最大功率转速pn=3800 (r/min)发动机转速 n =pn=3800（ r/min）；由公式（ 3.1） 得到主传动比 ： 3.1.3 变速器 各 档 传动比的确定 汽车行驶方程式 (3.4) 汽车爬坡时车速不高，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。故有： (3.5) 一般货车的最大爬坡度约为 30%，即ma x=16.7 则由最大爬坡度要求的变速器 一挡传动比为 ： (3.6) 式中： m 汽车总质量 ， 3500m Kg； g 重力加速度 ， 8.9g m/s； f 道路附着系数 ， 02.0f ； r 驱动车轮的滚动半径 ， 32.0rr m； maxeT 发动机最大转矩 ， 260max eTNm m a xm a xm a x01m a x s inc o s mgfmgr iiTrTge Terg iT rfmgi 0m a xm a xm a x1 )s inc o s( 526.31130 380032.0377.0377.00 ag uinridtdumGiuACGfriiTaDTg 20e m a x15.21nts 13 0i 主减速比 ， 526.30 i； T 汽车传动系的传动效率 ， 96.0T 。 将各数据代入式 (3.6)中得： 根据驱动车轮与路面的附着条件： (3.7) 可求得变速器一 档 传动比为： (3.8) 式中 ： 2G 汽车满载静止与水平路面时驱动桥给地面的载荷， 因为货车 4 2后轮 双 胎满载时后轴的轴荷分配范围为 60% 68%，所以 G2=3500 9.8 65 =22295N 道路的附着系数，计算时取 5.0 6.0 ； 其他参数同式 (3.6)。 将各数据代入式 (3.8)得： 通过以上计算可得到 4.0781gi 5.188， 国产汽车中，轿车变速器传动比变化范围是 3 4，中、轻型货车约为 5 6，其他货车在 7 以上 。所以 在本设计中，取 10.51 gi。 此 变速器的 最高档 为直接 档 ，其传动比为 1.0，一档传动比初选为 5.1 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 王威力 系部 汽车与交通 工程学院 专业、班级 车辆工程 B07-7 指导教师姓名 吕德刚 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 奥腾 皮卡 变速器设计 一、设计（论文） 目的、意义 汽车变速器是汽车传动系的重要组成，变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，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，对汽车的动力性、燃油经济性有重要的影响。因此，根据整车的主要技术指标、发动机功率、转速和车辆行驶条件，变速器的结构 型式选择、设计参数选取及设计计算对汽车的整车设计极其重要。设计一台匹配性好的变速器，就成为了汽车设计的一项重要工作。 通过设计可以使学生掌握汽车变速器结构设计原则和方法。培养理论联系实际的技能。 二、设计（论文）内容、 技术 要求 （研究方法） （ 1） 变速器传动机构布置方案确定 ； （ 2） 变速器各档传动比的分配确定 ； （ 3） 变速器齿轮参数的选择 ； （ 4） 变速器各档齿轮齿数的分配 ； （ 5） 变速器齿轮的设计计算 ； （ 6） 变速器轴和轴承的设计计算 ； （ 7） 同步器 及箱体的设计 ； （ 8）利用 CAD 画装配图、零件图。 整车整备质量 (kg): 1760 最大扭矩 (n.m/rpm): 260/16002400 最大功率 (kw/rpm): 80/3800 轴距 (mm): 2950 SY-025-BY-2 nts 三、设计 （论文） 完成后应提交的 成果 变速器装配图 0 号 图纸 一张；变速器中间轴、输入轴、输出轴 1 号 图纸 各一张；一档、二档齿轮 2 号图两张。 设计说明书 1.5 万字 以上。 四、设计 （论文） 进度安排 （ 1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第 1 2 周（ 2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2）确定总体方案 第 3 4 周（ 3 月 14 日 3 月 27 日） （ 3） 对变速器 总体 结构进行 布置 第 5 6 周（ 3 月 28 日 4 月 10 日） （ 4） 对变速器 传动部分 进行设计 第 7 周（ 4 月 11 日 4 月 17 日） （ 5）建立 变速器 的零件图 第 8 11 周（ 4 月 18 日 5 月 17 日） （ 6）书写设计说明书 第 12 13 周（ 5 月 16 日 5 月 29 日） （ 7）设计审核、修改设计说明书 第 14 16 周（ 5 月 30 日 6 月 19 日） （ 8）毕业设计答辩准备及答辩 第 17 周（ 6 月 20 日 6 月 26 日） 五、主要参考资料 1 董云海 , 殷晨波 , 何茂先 , 杨敏 , 岳刚鹏 . 基于 MATLAB 优化工具箱的齿轮传动优化设计 J. 组合机床与自动化加工技术 , 2005, (11) 2 刘鹤松 , 崔胜民 . 基于 MATLAB 的汽车变速器优化设计方法 J. 哈尔滨工业大学学报 , 2004, (01) 3 马云超 , 阮米庆 . 变速器参数的可靠性优化设计 J. 上海汽 车 , 2009, (01) 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 nts nts 毕业设计（论文） 开题报告 设计（论文）题目 : 奥腾皮卡变速器设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 B07-7 班 学 生 姓 名 : 王威力 导 师 姓 名 : 吕德刚 开 题 时 间 : 2011.02.28 指导委员会 审查意见： 签字 ： 年 月 日 nts 毕业设计（论文） 开题报告 学生姓名 王威力 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程 B07-7 班 指导教师姓名 吕德刚 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 奥腾 皮卡 变速器设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 1、 课题研究 现状 自从汽车采用内燃机作为动力装置开始，变速器就成为汽车重要的组成部分。现代汽车上广泛使用的是往复活塞式内燃机，其具有体积小、质量轻、工作可靠、使用方便等特点，但其转矩转速变化范围小，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，因此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器，用以达到减速增距的目的。 距 1894年一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展。变速器为汽车重要的组成部分，是承担放大发动机扭矩，配合引擎功扭特性，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的主要装置。 现代汽车 变速器 的发展十分快，不断出现崭新的 变速器 装置。 变速器技术的每次跨越，都和相关学科的发展密切相关。计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为变速器的进一步发展提供了有 力的保障。变速器的发展也给相关学科提出更高的理论要求，使人类的认识迈向新的、更高的境界。 汽车变速器按传动比变化方式不同可分为有级式、无极式和综合式三种。 有级式变速器：有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可分为齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮 (行星齿轮 )轴线旋转的行星齿轮变速器两种。 有级式变速器应用最为广泛，目前轿车和轻、中型货车多有应用 。 无级式变速器 ： 传动比可在一定范围内连续变化 ,常见的有液力式 ,机械式和电力式等。 电力式变速器在传动系统中也有广泛采用的趋势 。 综合式变速器：由有级式变速器和 无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。 综合式变速器目前应用的较多。 汽车变速器按操纵方式不同，变速器又可分为强制操纵式、自动操纵式和半自动操纵式三种。 强制操纵式变速器：靠驾驶员直接操纵变速杆换档。 自动操纵式变速器：传动比的选择和换档是自动进行的。驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换。 半自动操纵式变速器：可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动 (强制 ) 换档；另nts 一类是预先用按钮选定档位，在采 下离合器踏板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。 使用最早的是手动变速器，国内最早的东风解放全是是手动变速器，但手动变速器也并非一成不变，早期的变速器，那时国内还在实用不带同步器的变速器，换挡要依据经验来判断发动机转速和汽车速度是否同步才能进行，并且升档和降档要求的油离配合还不一样 。 后来为了方便驾驶，在领个相邻齿轮间装上了同步器，依靠同步器的作用，我们换挡就不需要去判断车速了。目前手动变速器依然在汽车界应用非常广泛，自动变速器是个趋势，但手动变速器确是驾驶乐趣的极大体现者。 2、 选题 目的 和意义 汽车变 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，同时是发动机在最有利的工况范围内工作。在汽车开发过程中变速器参数的选择十分重要。因为它们关系到车辆的动力性和燃油经济性。如不同车速时驱动力和行驶阻力之间的关系，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力，这样汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡。这些都与变速器的参数有关。 从轻型货车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。本课题取材于汽车中比较实用的皮卡汽车，皮卡车载货 或在雨、雪路面上行驶时，动力性好，越野性能出色。为了满足消费者对汽车高性能、安全性、可靠性、舒适性的需求，对变速器的性能要求也更高。因此，本课题主要是针对机械式变速器的设计。 本课题根据给定皮卡车的车型参数，设计皮卡车的变速器系统，使汽车在各种工况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。 汽车变速器的设计是一个复杂的系统工程。其设计的成功与否决定着车辆的平顺性、动力性和燃油经济性等多方面的设计要求。这就对变速器设计人员提出较高的要求。采用 AutoCAD 绘制二维平面图，对变速器参数进行优 化设计，能够大大提高设计的效率和质量。 通过对皮卡汽车的变速器课题深入的分析与研究，强化我们的开发与设计能力。运用所学知识和技能分析解决实际问题，树立严谨的科学态度