汽车变速箱.doc

汽车变速箱目 录摘 要3Abstract4第1章 变速箱发展现状5 1.1变速箱的发展5 1.2变速箱的作用5 1.3 变速箱的分类按操纵方式分类5 1.4变速箱的需求分析7第2章 变速箱初始数据参数及各档传动比的确定8 2. 1变速箱各档传动比的确定8 2.1.1初选最大传动比的范围8 2.1.2确定挡位数，设计五档变速器10 第3章 各挡齿轮齿数的分配11 3.1一档齿数分配11 3.2二档齿数分配13 3.3三档齿数分配15 3.4四档齿数分配17 3.5五档齿数分配19 3.6倒档齿数分配21第4章 以二档齿轮为例的校核设计计算23 4.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数23 4.2按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸23 4.3按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸26 4.4齿轮传动的润滑方式28 4.5绘制齿轮零件图29第5章 结论与展望30 5.1结论30 5.2展望33第6章 基于UG软件进行的建模及装配34 6.1 UG软件建模与装配概述34 6.2 运用UG软件进行零件设计34 6.3 运用UG软件进行零件装配35参考文献36致谢38摘 要本文简单介绍了汽车变速箱制造的现状和发展趋势，分析了汽车变速箱制造的特点和存在问题，预测了未来汽车变速箱制造的应用前景。变速箱是汽车发动机输出动力的分配装置，是汽车的重要的组成部分。本文分析了自动变速箱的作用，并给出了变速箱的分类和结构特点。 最后，本文立足于当前我国汽车行业的发展现状，基于一种简单的变速箱主要结构进行了设计。汽车变速箱主要采用了多级齿轮传动装置，来实现相应的传动比，从而实现变速。整体汽车变速箱对齿轮的精度要求高，从而实现精确的传动比。关键词：汽车变速箱；结构设计AbstractThis article simply introduces the present situation and development trend of automobile gearbox manufacturing, analyses the characteristics of manufacturing of automobile gearbox and the existing problems, forecasts the future application prospect of automobile gearbox manufacturing. Gearbox is the distribution of car engine power output device, is an important part of the car. The paper discusses the function of automatic transmission, and gives the classification and structure characteristics of the gearbox. Finally, based on the current status of the development of Chinese auto industry, based on a simple transmission main structure design.Automobile gearbox mainly adopts the multistage gear, to implement the corresponding transmission ratio, so as to realize variable speed.Overall auto gearbox of the gear is with high accuracy, so as to realize precise transmission ratio.Key words：Automobile gearbox；The structure design第1章 .变速箱发展现状 进入21世纪，随着我国经济的快速增长，汽车工业得到了飞速发展。2001 年，中国成功加入世贸组织，我国汽车工业迎来了一场前所未有的机遇和挑战。 国家领导人对汽车产业的发展非常重视，经过广泛调研，调整了国家的汽车产业政策，改革了汽车行业的管理体制，在进一步扩大改革开放的大背景中，为汽车工业的长足发展开辟了更为宽松的生长环境。 如图 1 所示，我国汽车工业的产量与日俱增。 据中国汽车工业协会最新统计资料显示：有专家预测，2010年中国汽车需求量将超过 1600万辆，2020年将升至170万辆。 由此可见，提高我国变速箱的生产技术和质量，尤其是增强自动变速箱的生产技术和产业化能力，是提升国产汽车性能的根本举措。变速箱因其技术相对成熟，近些年来发展过于缓慢。以上两种因素召唤着人们需要加大对自动变速箱的研发力度，通过技术上的不断突破，实现其燃油经济性的逐步提高。简以一言蔽之，汽车变速箱的发展是朝着简化汽车操作、提高汽车舒适性的方向不断改进的，自动变速箱的研发工作不仅仅是当今汽车变速箱的研究重点，也符合其未来发展的长远趋势。1.1 变速箱的发展变速箱，又称变速器，英文为 Transmission，是汽车传动系统的主要总成之一。1894 年，法国一位工程师给汽车装上了世界上第一个变速箱，至今，汽车变速箱的发展已经走过了百余年的历史。 其发展首先始于手动变速箱。手动变速箱具有结构简单、成本低、传动效率高、可靠性高等特点，虽然操作上较之自动变速箱要复杂一些，但目前为止仍然具有自动变速箱无法替代的优势。自动变速箱因其操作简单，驾驶舒适性较好，日益受到人们的喜爱。但因其技术问题，主要是燃油经济性没有手动变速箱好，市场占有率仍没有手动变速箱高。但手动变速箱因其技术相对成熟，近些年来发展过于缓慢。以上两种因素召唤着人们需要加大对自动变速箱的研发力度，通过技术上的不断突破，实现其燃油经济性的逐步提高。1.2变速箱的作用变速箱的主要功能在于实时调节汽车的驱动力和车速，以适应汽车在使用过程中面临的实际路况：如起步、怠速停车、低速或高速行驶、加速、减速、爬坡和倒车等。其具体作用可大致归纳为以下三点：(1) 在较大范围内改变汽车行驶速度大小和汽车驱动轮上的扭矩大小通过改变传动比，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，同时使发动机能够在有利的工作状态下(功率较高、油耗较低)顺畅工作；(2) 实现倒车行驶在发动机旋转方向不变的情况下，实现汽车倒退行驶；(3) 实现空档利用空挡，中断动力传递，使发动机能够起动、怠速，并便于变速箱换档或进行动力输出。1.3变速箱的分类按操纵方式分类变速箱主要分为手动变速箱和自动变速箱两大类。其中手动变速箱（Manual Transmission，）因技术成熟、价格低廉、具有较好的燃油经济性等特点使用颇为广泛。自动变速箱又分为液力变矩器自动变速箱（AutoTransmission）、手自一体变速箱 （Automated MechanicalTransmission）、无级变速箱（Continuosusly VariableTransmission ） 和双离合器自动变速箱 （Double ClutchTransmission）四种 。在自动变速箱中 ，AT 自动变速箱是最早出现的，它由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式实现变速变矩。其技术相对成熟，目前已被广泛使用。人系统来完成操作离合器和选档的两个动作。但由于AMT在换挡时会有短暂的中断，舒适性较差一些。主要用于低中级车型，如：在国内，AMT被广泛应用于A0级别的车型。CVT 自动变速箱最早是由德国奔驰公司首先使用的 ，早在 1886年就将 V型橡胶带式CVT 安装在该公司生产的汽油机汽车上。CVT自动变速箱采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。1.4 变速箱的需求分析变速箱是汽车的核心部件之一， 随着我国汽车产量的逐年增加，变速箱的需求也在与日俱增。其中，手动变速箱的需求量占主导，但随着对汽车操纵性能的要求增高和自动变速箱技术的升级、进步，自动变速箱的需求量正在逐年增加。根据世界上最大的手动变速箱制造商德国采埃孚(ZF)公司预测，到2012年北美市场上出售的汽车中将只有6%是手动挡。 而2002年在美国和加拿大市场上出售的汽车中，只有 10%配备的是手动变速箱。同样的情况也发生在欧洲市场，原本是手动变速箱的市场，不断被自动变速箱占领。欧洲汽车制造商和经销商协会日前统计的数据显示：在英国，现在装配自动变速箱的汽车占汽车总量的 15%，而5年前这个数字是 13.5%。据预测，2013 年欧洲变速箱市场上，配备手动变速箱(MT)的汽车将占 52%，配备手 自 一 体 式 自 动 变 速 箱(AMT)的将占10%，配备无级变速箱(CVT)的将占 2%，配备双离合器变速箱(DCT)的将占16%，配备自动变速箱(AT)的将占20%。另有报告显示：在重型卡车和商用车上，自动变速箱的比例也在不断增加。从1996年到2006年的10年时间里，重卡中自动变速箱的比例已经从 5%跃升至 18%。而对于中国汽车市场，也一定会与国际接轨手动变速箱的市场份额将逐步下降。有数据统计，目前国内乘用车中手、自动挡的比例是 64。其中，在高档乘用车上装配自动变速箱的比例为 89%，中档和经济型家庭乘用车的比例分别为 40%和10%。 第二章变速箱初始数据参数及各档传动比的确定 查资料可得，该设计的最高车速：=202Km/h 发动机最大功率：=116KW最大功率转速：6550r/min 最大转矩：=184 整备质量：=1720Kg 最大转矩转速：=4050r/min 2.1.变速箱各档传动比的确定2.1.1初选最大传动比的范围最大传动比的确定，即一档传动比。满足最大爬坡度：所以 （2.1） 式中：G作用在汽车上的重力，汽车质量，重力加速度，=16856N；发动机最大转矩，=184N.m；主减速器传动比，传动系效率，=96%；车轮半径，=0.316m；滚动阻力系数，对于货车取=0.01651+0.01(-50)=0.03795；爬坡度，取=16.7带入数值计算得9.098 满足附着条件： （2.2）为附着系数，取值范围为0.70.8.，取为0.8为汽车满载静止于水平面，驱动桥给地面的载荷，这里取60%mg ；计算得 由以上得取，乘用车校核，因为该车发动机最低稳定转速则最低稳定车速，故校核后传动比满足要求。2.1.2.确定挡位数，设计五档变速器其他各挡传动比的确定：初选五挡传动比 按等比级数原则，一般汽车各挡传动比大致符合如下关系： （2.3）式中：常数，也就是各挡之间的公比；因此，各挡的传动比为： ， 所以其他各挡传动比为： =2.7， =2.01，=1.44，4和5挡为常用挡，其挡位间公比应该小一些取，所以，。第3章 各挡齿轮齿数的分配3.1一档齿数分配一挡齿轮为斜齿轮，模数为2.75，初选=20一挡传动比为=2.7 （3.1） 为了求，的齿数，先求其齿数和， 斜齿=52.6取整为53 （3.2） 取=14 =39对中心距进行修正因为计算齿数和后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的和齿轮变位系数重新计算中心距，再以修正后的中心距作为各挡齿轮齿数分配的依据。=77.55mm （3.3）取整A=78mm修正螺旋角度， (3.4) 分度圆直径 =41.209mm =114.796mm未变位中心距 a=对一挡齿轮进行角度变位：端面啮合角 ： tan=tan/cos （3.5） =啮合角 ： cos=0.932 （3.6） =21.27变位系数之和 =0 （3.7） 当量齿数：=17.16, 查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，变位系数线图得： 计算一挡齿轮1、2的参数：齿顶高 =3.243mm =2.253mm式中： =0.0009 = 0.005齿根高 =2.943mm =3.933mm齿顶圆直径 =47.695mm =119.302mm齿根圆直径 =35.323mm =106.93mm 齿全高 h=6.1863.2二档齿数分配二挡齿轮为斜齿轮，模数为2.95，初选=20=2.01 =117.6 取整为118=39， =79则，=2.02修正螺旋角 对二挡齿轮进行角度变位：理论中心距 =107.805mm端面压力角 tan=tan/cos =21.72端面啮合角 当量齿数 =37.238 =78.54变位系数之和 = 0.08查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，变位系数线图得： =-0.02二挡齿轮参数：分度圆直径 =115mm =140mm齿顶高 =2.745mm =2.445mm式中： = 0.078 =0.002齿根高 =2.875mm =3.175mm齿顶圆直径 =120.49mm =144.89mm齿根圆直径 =107.35mm =133.65mm 齿全高 h=5.623.3三档齿数分配三挡齿轮为斜齿轮，初选=23模数为2.5 =1.44 得取整为46，=67. 对三挡齿轮进行角度变位：理论中心距 =105.8mm端面压力角 tan=tan/cos =21.38端面啮合角 变位系数之和 =0.1 当量齿数 =45.84 =66.58 查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇变位系数线图得： =0.08 = 0.02 三挡齿轮5、6参数：分度圆直径 =92mm =150mm齿顶高 =2.73mm =2.58mm式中： = 0.112 =-0.012齿根高 =2.925mm =3.075mm齿顶圆直径 =97.63mm =156.52mm齿根圆直径 =86.15mm =143.85mm3.4 四档齿数分配 四挡齿轮为斜齿轮，初选=24模数=2.5 =4.07取整为31 =126 修正螺旋角度 =0.9294 对四挡齿轮进行角度变位：理论中心距 =108.5mm端面压力角 tan=tan/cos =21.38端面啮合角 变位系数之和 = 0.1 当量齿数 =33.61 =123.59 查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，变位系数线图得： = 0.06 = 0.04四挡齿轮7、8参数：分度圆直径 =47mm =180mm齿顶高 =2.68mm =2.63mm式中： =0.112 =-0.012齿根高 =2.975mm =3.025mm齿顶圆直径 =52.36mm =185.26mm齿根圆直径 =41.05mm =173.95mm 全齿高 =5.6553.5 五档齿数分配五挡齿轮为斜齿轮，初选=25模数=2.5 =2.34 取整为41 =96 对五挡齿轮进行角度变位：理论中心距 =109.46mm端面压力角 tan=tan/cos =21.72端面啮合角 变位系数之和 =-0.04 当量齿数 =41.98 =93.47 查机械设计手册变位系数线图得： = -0.03 = -0.01五挡齿轮9、10参数：分度圆直径 =115mm =166mm齿顶高 =2.435mm =2.485mm式中： =-0.036 =-0.004齿根高 =3.2mm =3.15mm齿顶圆直径 =119.87mm =170.97mm齿根圆直径 =108.6mm =159.7mm3.6 倒档齿数分配 确定倒挡齿轮齿数倒挡齿轮选用的模数与一挡相同，倒挡齿轮的齿数一般在2123之间，初选后，可计算出输入轴与倒挡轴的中心距。初选=14，=23，则：=50.875mm为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮11和13的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，则齿轮13的齿顶圆直径应为 2*h 38.36 为了保证齿轮11和13的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，取=38计算倒挡轴和输出轴的中心距=83.875计算倒挡传动比 第四章以二档齿轮为例的校核设计计算4.1. 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 1）按汽车变速箱传动要求，选用斜齿圆柱齿轮传动。2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB 10095-88）3）材料选择。由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31， 小齿轮选用45钢，调质处理，硬度为236HBS 大齿轮选用45钢，正火处理，硬度为190HBS 两者材料的硬度差为46HBS.4） 选小齿轮的齿数为Z1=39，大齿轮的齿数Z2=2.0139=78.39 取Z2=79 4.2.按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸 由设计计算公式进行试算，即 （1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数=1.3 2)计算小齿轮传递的转矩 3）选择齿宽系数 根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。查 现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31选齿宽系数 1 4）选择弹性影响系数ZE 查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31选 ZE=189.85）确定小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31按齿硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 同理可以查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31确定大齿轮的接触疲劳强度极限 6）计算应力循环次数 设每年工作300天 7）确定接触疲劳寿命系数 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为%，安全系数为S=1， 计算出 1）试算小齿轮分度圆直径d1t，带入中较小的值。 2）计算圆周速度v 3)计算齿宽b 4）计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 h=2.25mt=2.25x2.95=6.638mm 5）计算载荷系数。根据v=1.504（m/s），8级精度，由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31，查得动载系数Kv=1.06直齿轮 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得使用系数KA=1由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31用插值法查得8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，由 ，查机械设计教材P198图10-13得;故载荷系数 6）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 7）计算模数m 4.3.按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸弯曲强度的设计公式 （1） 确定公式内各计算数值 1）由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2）由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31取弯曲疲劳寿命系数 3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 4)计算载荷系数K 5)查取齿形系数。由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得 6)查取应力校正系数。由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得 7)计算大小齿轮的并加以比较。 大齿轮的数值大。 （2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数3.378并就近圆整为标准值m=3 按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=93.396mm，算出小齿轮的齿数 大齿轮的齿数 Z2=4.01x31=124.31 ， 取 Z2=124 。 这样设计出的齿轮既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.4.齿轮传动的润滑方式 通用的闭式齿轮传动，其润滑方法根据齿轮的圆周速度大小而定，齿轮的的圆周速度小于12m/s时，故常采用将大齿轮的轮齿浸入油池中进行浸油润滑的方式4.5绘制齿轮零件图第五章.结论与展望5.1.结论变速箱是指变速箱是一种改变汽车运转速度的装置，由许多直径大小不同的齿轮组成。变速箱主要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阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。变速箱在车辆的行驶中主要起这样几方面的作用： 1. 它使汽车能以非常低的稳定车速行驶，而这种低的转速只靠内然机的最低稳定转速是难以达到的。 2. 变速箱的倒档使汽车可以倒退行驶。 3. 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系分离。5.2.展望 随着人们对汽车舒适性的要求越来越高，相比于传统的手动变速箱，综合性能更优越的自动变速箱越来越受到消费者的亲睐。特别是近些年来，自动变速箱已经能够更好地兼顾操控性以及节能环保等因素，使其在国内外的汽车中占有越来越大的装备比例。 目前国内外的汽车上装备的自动变速箱主要有四种型式，分别是：液力自动变速箱（Hydraulic Automated Transmission，AT）、电控机械式自动变速箱（Automatic Mechanical Transmission，AMT）、无级自动变速箱（Continuously Variable Transmission，CVT）、双离合自动变速箱（Dual Clutch Transmission，DCT）。从目前国内外汽车自动变速箱的发展现状上看，AT、AMT、CVT、DCT 四者在结构和工作原理上各具特色，在成本和综合性能等方面也各具优劣。目前世界各国的自动变速箱厂商都在快速地进行技术改进和革新，争取抢占更大的市场份额。第六章 基于UG软件进行的建模及装配6.1 UG软件建模与装配概述 首先熟练掌握UG的零件图绘画，以及零部件图的装配，以及最后的渲染，选材料，爆炸图等等。 其次自己查阅资料以及老师提供的数据参考开始进行整体规划，先在纸上画出整个中药系统的整个框架模型，设计出整体的尺寸与数据，让后才能进行整体的建模。其中要考虑到整体的尺寸，结构部分，以及设计参数，还有工艺流程等一系列的因素。这些必须在UG建模前就要完成设计。其中，要查阅大量的资料，等一些相关于三效降膜蒸发系统的历史数据。完成这步后才能开始建模。在具体建模过程中要进行修正。6.2 运用UG软件进行零件设计界面如下 根据前面的查阅的资料以及自己设计出来的结构进行建模。先进性零部件图的绘画。 主要用的操作命令有拉伸旋转，由于该系统结构曲线较少，所以用到的扫描命令较少。主要几个零部件的建模如下：轴齿轮1 固定螺栓手柄 窥视窗减速器 齿轮2垫层 顶盖箱体6.3运用UG软件进行零件装配把画好的零部件进行整体的装配主要注意的是基准，得到了装配图。注意事项如下：1.打开UG 软件，点击文件下拉菜单中的新建按钮 ，选择装配体，单击确定，即建好一个新的装配体文件。2.在所打开的界面中，点击插入零部件，点击左侧的浏览按钮，变会出现你放零件的文件夹，选择你要进行装配的零件。用同样的方法插入第二个零件3.零件导入后，下一步就是对零件进行装配。点击插入零部件旁边的配合按钮，在弹出的左侧对话框中选择一次选择要配合的两个面，要实现两个孔对齐，可以选择两个孔的面，然后选择下面的同心按钮，两个孔的轴线便在一条直线上了。4.两个孔在一条直线上是不够的，还必须重合。则再选择两个需要重合的面，选择下面的重合按钮。5.最后，用同样的方法，实现两外两个面的平行。最后得到的系统的整体装配图如图所示：变速箱参考文献1 陈家瑞.汽车构造:下册M.北京：机械工业出版社,2001.2 黄林彬.自动变速箱系统M.厦门：福建科学技术出版社,2001.3 葛安林.车辆自动变速技术理论与设计M.北京：机械工业出版社, 1993.4 范迪彬.汽车构造：下M.合肥：安徽科学技术出版社,2001.5 黄康 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