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H3-A1型节油竞赛车动力总成轻量化改制与设计【汽车毕业设计含6张CAD图+说明书论文1.8万字48页，开题报告，任务书】

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关键词：: h3 a1 节油竞赛比赛动力总成量化改制设计汽车毕业设计 cad 说明书仿单论文 48 开题报告讲演呈文任务书

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摘要………………………………………………………………………………………...……..Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………………….……….. Ⅱ

第1章绪论…………………………………………………………………………………1

1.1课题研究现状………………………………………………………………………….2

1.2轻量化的意义………………………………………………………………………….2

1.3研究的目的……………………………………………………………………………..3

1.4研究内容及研究方法…………………………………………………………………4

第2章变速器的设计与计算…………………………………………………….……5

2.1变速器主要参数计算…………………………………………………………………5

2.1.1档数………………………………………………………………………………5

2.1.2传动比范围……………………………………………………………………..5

2.1.3各档传动比确定……………………………………………………………….6

2.1.4中心距的选择…………………………………………………………………..7

2.1.5变速器的外形尺寸…………………………………………………………….7

2.1.6齿轮参数的选择7

2.1.7各档齿轮齿数的分配及传动比的计算……………………………………9

2.2变速器齿轮强度校核……………………………………………………………….12

2.2.1齿轮材料的选择原则………………………………………………………...12

2.2.2齿轮损坏的原因及形式……………………………………………………..12

2.3变速器齿轮弯曲强度计算.........................................................................................13

2.3.1变速器齿轮强度弯曲计算..............................................................................15

2.3.2轮齿接触应力校核............................................................................................18

2.4材料的选择及热处理……………………………………………………………….18

2.4.1齿轮材料的选择原则…………………………………………………………….19

2.4.2变速器齿轮轮齿表面渗碳度…………………………………………………….19

2.5本章小结……………………………………………………………………………....19

第3章轴的结构设计与校核………………………………………………………20

3.1轴的结构和尺寸设计………………………………………………………………...19

3.1.1轴径的选择…………………….………………………………………..……..20

3.2轴的强度验算………………………………………………………………………...21

3.2.1轴的刚度计算与校核………………………………………………………..22

3.2.2轴的强度计算与校核………………………………………………………..26

3.3输出轴的实体建模及有限元分析………………………………………….27

3.4轴承选择与寿命计算………………………..……………………………….……..33

3.4.1输入轴轴承的选择与寿命计算……………………………………………33

3.5本章小结……………………………………………………………………………...33

第4章箱体的设计及离合器的选择…………………………………………...…34

4.1离合器的功能及选择………………………………………………………………34

4.1.1离合器的功能及分类………………………………………………………34

4.1.2离合器的选择……………………………………………………………….35

4.2变速器壳体的设计…………………………………………………………………..35

4.3本章小结……………………………………………………………………………….35

第5章总体优化及结果………………………………………………………………..36

5.1变速器的优化及结果…………………………………………………………….…36

5.2启动离合器飞轮的优化及结果…………………………………………...………37

5.3本章小结……………………………………………………………………………....39

结论.…………..…………………………………..…………………………………..........40

参考文献…………………………………………………………………….……….………...41

致谢……………………………………………………………………….……….………..……42

附录……………………….………………………………………………………….….…….43

摘　　要

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%―8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3―0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

汽车的动力总成在汽车庞大的系统中扮演着至关重要的角色。现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的动力性和燃油经济性能在相当大的范围内变化。动力总成主要包括发动机、变速器、离合器以及主减速器。

本文以本田WH125-6型发动机的一些参数为依据，进行变速器的轻量化改制设计。设计的主要内容包括变速器传动机构布置方案的确定，变速器主要参数如挡数、传动比范围、中心距、各挡传动比、外形尺寸、齿轮参数、各挡齿轮齿数的选择，齿轮、轴、轴承的设计校核操纵机构及箱体的设计。在设计的过程中，本文根据摩托车变速器的设计要求和车辆动力传动系统自身的特点，参考多篇文献资料，以及国内外设计图册，从经济性和实用性方面着手进行分析,将动力总成轻量化。

关键词：摩托车；变速器；箱体；齿轮；轴；设计

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内容简介：: 毕业设计指导教师评分表学生姓名史晨博院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07-5 指导教师姓名崔宏耀职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称 H3-A1 型节油竞赛车动力总成轻量化改制设计序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 SI 制的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日 nts 注：毕业设计（论文）评阅可以采用 2 名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计评阅人评分表学生姓名史晨博专业班级车连工程 07-5 指导教师姓名崔宏耀职称副教授题目 H3-A1 型节油竞赛车动力总成轻量化改制设计评阅组或预答辩组成员姓名李涵武、齐晓杰、王永梅、田芳、王国田、林明出席人数序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 SI 制的使用等） 5 得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日 nts 毕业设计答辩评分表学生姓名史晨博专业班级车辆工程 07-5 指导教师崔宏耀职称副教授题目 H3-A1 型节油竞赛车动力总成轻量化改制设计答辩时间月日时答辩组成员姓名李涵武、齐晓杰、王永梅、田芳、王国田、林明出席人数序号评审指标满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、 SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性 15 5 毕业设计答辩准备情况 5 6 毕业设计自述情况 20 7 毕业设计答辩回答问题情况 30 总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日 nts 毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名史晨博性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级 BW07-5 设计（论文）题目 H3-A1 型节油竞赛车动力总成轻量化改制设计平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（ X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（ Y）答辩组组长职称答辩组评分（ Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注： 1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制 =W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 nts 优秀毕业设计（论文）推荐表题目 H3-A1 型节油竞赛车动力总成轻量化改制设计类别毕业设计学生姓名史晨博院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院车辆 07-5 指导教师崔宏耀职称副教授设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它 nts 毕业设计（论文）中期检查表填表日期年月日迄今已进行周剩余周学生姓名史晨博院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07-5 班指导教师姓名崔宏耀职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称 H3-A1 型节油竞赛车动力总成轻量化改制与设计指导教师填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容存在问题及努力方向学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日 SY-025-BY-5 nts 毕业设计（论文）过程管理材料题目 H3-A1 型节油竞赛车动力总成轻量化改制设计学生姓名史晨博院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程 07-5 指导教师崔宏耀职称副教授教研室车辆工程起止时间 2011.2.28-2011.6.24 教务处制 nts I 目录摘要 . . Abstract . . 第 1 章绪论 1 1.1 课题研究现状 . 2 1.2 轻量化的意义 . 2 1.3 研究的目的 . 3 1.4 研究内容及研究方法 4 第 2 章变速器的设计与计算 . 5 2.1 变速器主要参数计算 5 2.1.1 档数 5 2.1.2 传动比范围 . 5 2.1.3 各档传动比确定 . 6 2.1.4 中心距的选择 .7 2.1.5 变速器的外形尺寸 .7 2.1.6 齿轮参数的选择 .7 2.1.7 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算 9 2.2 变速器齿轮强度校核 .12 2.2.1 齿轮材料的选择原则 .12 2.2.2 齿轮损坏的原因及形式 .12 2.3 变速器齿轮弯曲强度计算 .13 2.3.1 变速器齿轮强度弯曲计算 .15 2.3.2 轮齿接触应力校核 .18 2.4 材料的选择及热处理 .18 2.4.1 齿轮材料的选择原则 .19 2.4.2 变速器齿轮轮齿表面渗碳度 .19 2.5 本章小结 .19 第 3 章轴的结构设计与校核 20 3.1 轴的结构和尺寸设计 .19 nts II 3.1.1 轴径的选择 . . .20 3.2 轴的强度验算 .21 3.2.1 轴的刚度计算与校核 .22 3.2.2 轴的强度计算与校核 .26 3.3 输出轴的实体建模及有限元分析 .27 3.4 轴承选择与寿命计算 . . .33 3.4.1 输入轴轴承的选择与寿命计算 33 3.5 本章小结 . 33 第 4 章箱体的设计及离合器的选择 . 34 4.1 离合器的功能及选择 34 4.1.1 离合器的功能及分类 34 4.1.2 离合器的选择 . 35 4.2 变速器壳体的设计 .35 4.3 本章小结 .35 第 5 章总体优化及结果 .36 5.1 变速器的优化及结果 . 36 5.2 启动离合器飞轮的优化及结果 . 37 5.3 本章小结 .39 结论 . . . .40 参考文献 . . .41 致谢 . . . 42 附录 . . . .43 nts III 摘要汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低 10%，燃油效率可提高 6% 8%；汽车整备质量每减少 100 公斤，百公里油耗可降低 0.3 0.6 升；汽车重量降低 1%，油耗可降低 0.7%。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。汽车的动力总成在汽车庞大的系统中扮演着至关重要的角色。现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的动力性和燃油经济性能在相当大的范围内变化。动力总成主要包括发动机、变速器、离合器以及主减速器。本文以本田 WH125-6 型发动机的一些参数为依据，进行变速器的轻量化改制设计。设计的主要内容包括变速器传动机构布置方案的确定，变速器主要参数如挡数、传动比范围、中心距、各挡传动比、外形尺寸、齿轮参数、各挡齿轮齿数的选择，齿轮、轴、轴承的设计校核操纵机构及箱体的设计。在设计的过程中，本文根据摩托车变速器的设计要求和车辆动力传动系统自身的特点，参考多篇文献资料，以及国内外设计图册，从经济性和实用性方面着手进行分析 ,将动力总成轻量化。关键词：摩托车；变速器；箱体；齿轮；轴；设计 nts IV ABSTRACT The lightweight car, the car is to ensure strength and security of the premise, as far as possible to reduce the cars curb weight, therby enhancing the cars power, reducing fuel consumption and reduce exhaust pollution. Experiments show that if 10% of automobile weight reduction, fuel effictiency can be increased of by 6% -8%; vehicle curb weight is reduced by 100 kg hunded kilometer can be reduced 0.3-0.6 liters; 1% of vehicle weight reduction, fuel consumption can be reduced 0.7 %. At present, due to the environmental protection and energy saving, lightweight car has become the world trend of automobile development. Vehicle powertrain system in the car huge play a vital role. Widly used in modern car engine as a power source, the less torqu and speed range, and complex condition require the use of the cars dynamic performance and fuel economy to a large range. Powertrain including the engine, transmission, clutch and final drive. In this paper, Honda WH125-6 engine of some parameters as the basis for restructing the transmission of lightweight design. Design of the main transmission gear box layout the program include the determination of key parameters such as the transmission block number, the transission ratio range, the center distance, the gear transmission ratio, size, gear parameters, choice of the block of gear teeth, gear, shaft, bearings The design check box control mechanism and design. In the design process, this motorcycle transmission according to the design requirements and characteristics of the vehicle powertrain itself, many articles refers literature, as well as domestic and international design books, from an economic and practical aspects for analysis, the total power into a lightweight. Key words: Motorcycle； Transmission； Shell； Gear； Shaft; Designnts 1 第 1 章绪论 1.1 课题研究现状汽车工业已经成为我国国民经济的支柱产业之一，根据最新的统计资料显示，我国已经成为世界第四大汽车生产国。伴随着我国现代化进程，汽车工业的发展将会有着更为强劲的势头。然而汽车在给人们迅捷与方便的同时，也带来了很多负面的影响，其中最令人关注的就是由汽车引来的全球能源短缺和尾气排放对人类生存环境的污染问题。当代世界汽车技术正朝着节能和环保的方向发展。节能和环保因其关系着人类的可持续发展，成为需要着重解决的两个关键问题。汽车的燃油消耗与汽车自身总质量成正比，要想减少燃油消耗，非常重要的途径之一就是在保证足够安全的前提下尽量减轻汽车自身质量。有关研究数据表明，若汽车整车质量降低 10，燃油效率可提高 6 8；若滚动阻力减少 10，燃油效率可提高 3；若车桥、变速器等机构的传动效率提高 l0，燃油效率可提高 7。由此可见，伴随轻量化而来的突出优点就是油耗显著降低。汽车车身约占汽车总质量的 30，空载情况下，约 70的油耗用在车身质量上，因此车身的轻量化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重要。同时，轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。车辆行驶时颠簸会因底盘重量减轻而减轻，整个车身会更加稳定；轻量化材料对冲撞能量的吸收，又可以有效提高碰撞安全性。因此汽车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题。汽车轻量化的技术内涵是：采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下，尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。汽车轻量化技术不断发展，主要表现在： 1.轻质材料的比重不断攀升，铝合金、镁合金、钛合金、高强度钢、塑料、粉末冶金、生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多； 2.结构优化和零部件的模块化设计水平不断提高，如采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等来达到轻量化的目的，计算机辅助集成技术（ CAX）（包括CAD/CAE/CAO）和结构分析等技术也有所发展： 3.汽车轻量化促使汽车制造业在成形方法和联接技术上不断创新。 nts 2 1.2 轻量化的意义：汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。车用材料主要通过汽车的轻量化来对燃料经济性改善作出贡献。理论分析和试验结果都表明，轻量化是改善汽车燃料经济性的有效途径。为了适应汽车轻量化的要求，一些新材料应运而生并扩大了应用范围。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。在一辆车中发动机所占的比重相当大，如何在降低重量的同时提升效能也是工程师们面临的难题。之前奥迪公司曾成功地将一台升功率达到 67kW/L的 5气门 1.8L涡轮增压汽油机，由铸铁汽缸体改成了镁铝混合材料汽缸体，结果发动机整机质量从 145kg降为了 122kg，燃油效率得以大幅提升。而马自达 6睿翼所采用的 2.0L自然进气发动机最大功率达到了108kW，但重量却是同级车中最轻的，是目前公认的轻量化、高效能发动机之一。众所周知，汽车减肥后，加速性能就会相应提高，车辆的噪音、振动方面也会有不同程度的改善。最为重要的是，车辆每减重 100kg， CO2排放量可减少约 5g/km，因此，汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放也有十分重要的意义。汽车轻量化的主要途径是： 1.缩小汽车的尺寸。在内部空间尺寸基本不变的前提下缩小外形尺寸，可减少材料消耗，减小质量，同时还可减少占路面积和停车面积； 2.采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等； 3.采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等； 4.采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。其中，当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。在近期结束的第四届中国本田节能竞技大赛上，我学院睿龙科技协会“龙图腾”节油车队代表我校首次参加了比赛。该节油汽车的车身由玻璃钢制成，虽然这种材质并非最轻，但综合各方面因素，还是较为合适的选择。由于耗油低，该节油汽车的油箱 “浓缩 ”成了一个矿泉水瓶，加油时需要用带有刻度的针管注入。它的轮胎较普通汽车细很多，更像是自行车的轮胎。轮胎的磨损程度可以检验车量设计是否合理，磨损得越轻意味着汽车设计越合理。这辆节油汽车，长 3 米、宽 0.9 米、高 0.9 米，车轮比普通汽车少 1 个。车身与地面贴得很近，驾驶员需要躺着驾驶。这辆车 “喝 ”1 升汽油能跑 321 公里。克服了发动机改制优化、车辆架轻量化、传动系优化、优化前轮定位、降低车辆风阻等多项技术难题。为达到节油的目的，对节油汽车的材料、设备，nts 3 甚至驾驶员的体重均 “斤斤计较 ”，算上驾驶员的体重，整车重量还不到 100 公斤。用1 升汽油能跑 321 公里。真正的体现了汽车轻量化带来的节油效果。节能竞技大赛，是使用本田低油耗摩托车的四冲程发动机，选手们根据自己想法的动手设计、制作赛车，分别造出表达环保主题的车身，限用 1 升汽油行驶最远的距离，并最大限度地降低废气排放，是挑战节能极限的一项竞技赛事。节能大赛是一项以注重能源，创造节约型社会为主体的活动，希望所有参赛者能够共享这种对地球环境保护的挑战精神。现在的中国正面临着经济的快速发展，在工业化进程不断推进的同时，能源问题、环境问题变成我们迫切需要解决的课题。通过节能竞技大赛，选手们最大程度地有效利用能源，开拓思路，为创造全新的节能低碳生活，争相展示他们的智慧与信念。体验比赛过程，培养人们丰富的创意和动手能力，体验学习和创造带来的乐趣。如何保护我们赖以生存的地球，是目前急需解决的问题，需要社会每一成员贡献力量，而这恰好契合了节能竞技大赛创始人本田宗一郎先生的初衷，让每一个普通人都能参与到环保事业中。在超越职业、地域、年龄各种限制，每年都有来自学校、企业以及来自社会上共约 500 多支代表队参赛。在提高节能环保意识的同时，更能培养动手能力与团队协作精神。 1.3 选题目的 1.汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化。针对不同轻质材料的不同性能，进行多材料混合结构设计，即同一部件的组成零件可由不同材料制造，以实现所用的材料与零件功能达成最佳组合。最终通过合理的结构设计、使用新型材料等方法，以达到减轻重量、降低油耗、环保、安全的综合指标。 2.通过课程设计，巩固以前所学的知识，加深对汽车结构、原理、组成部分的理解，进一步掌握 Pro/e、 CAD等软件的应用为以后的工作打下坚实的基础，做到学以致用。技术路线（研究方法） 1.4 研究内容设计的基本内容、拟解决的主要问题 1、本设计的主要内容 : （ 1）本田 W125-6 摩托车发动机、变速器结构的总体布置及工作原理。（ 2）变速器的结构方案设置、各档齿轮的设计及其校核，确定各档传动比（ 3）改制发动机、变速器各机构，使其达到轻量化。（ 4）有限元分析，整体优化设计。 nts 4 （ 5）利用 CAD、 Pro/E 等软件绘制工程图、建立实体。 2、拟解决的主要问题：（ 1）掌握汽车发动机、变速器的结构。（ 2）掌握汽车变速器各零件的设计方法。（ 3）变速器各档齿轮的校核，有限元分析。收集相关资料，查找信息变速器整体结构分析有限元分析优化后齿轮参数确定及各挡齿轮齿数分配，传动比确定变速器传动机构的优化改制整体优化进行发动机轻量化改制总体轻量化改制，有限元分析轴的设计及校核轮齿设计及强度计算，校核 CAD 绘制装配图、零件图完成设计说明书优化后实体建模质量评估，总成质量减少 10% 撰写开题报告 nts 5 第 2章变速器的设计与计算 2.1 变速器主要参数的选择本次毕业设计是在给定主要整车参数的情况下进行设计，整车主要技术参数如表2.1 所示：表 2.1 发动机主要技术参数发动机最大功率 6.62kw 车轮半径 0.25m 发动机最大转矩 9.68N m 最大功率时转速 6600 r/min 最大转矩时转速 5500r/min 最高车速 55km/h 总质量 50kg 2.1.1 档数近年来，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。载质量在 2.0 3.5t 的货车采用五档变速器，载质量在 4.0 8.0t 的货车采用六档变速器。而本次的毕业设计有别于汽车，因为节油竞赛车以节油著称，所有轻量化改制设计的意义在于把多余的档位去掉。因为经济转速为 4500-5500r/min，且通过实验得出 1.2 档的节油性最好，但是选择两个档并不是最佳的节油方案，原因有三点：（ 1）车身空间小（ 2）由于车身空间小使得选择驾驶员时比较困难，选择的驾驶员不一定很熟练掌握换挡机构。（ 3）因为滑行速度差小，所以选择 2个档因此，综上所述，加之与老师的沟通，确定本次设计的本田 WH125-B 型发动机的变速器为 2 档变速器。 2.1.2 传动比范围变速器传动比范围是指变速器最高档与最低档传动比的比值。最高档通常是直接档，传动比为 1.0；有的变速器最高档是超速档，传动比为 0.7 0.8。影响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱nts 6 动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。根据本田维修手册上的说明：初选转速为 3500-5600r/min，按等比级数原则，一般汽车各挡传动比大致符合如下关系： qiiiiiiiigggggggg 54433221 式中： q 常数，也就是各挡之间的公比；因此，各挡的传动比为： m a xm a x NmNpq q 5600/3500=1.6 （伪公比） 2.1.3 变速器各档传动比的确定 1、主减速器传动比的确定发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为： 0377.0 iirnuga （ 1.1）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）；初i变速器初级传动比；变i 变速器传动比链i 链传动传动比已知：因为节油车的为了最求更高的节油性，取得较小的滑行速度差所以选择车速maxau=maxav=25 km/h；传动比初i=3.5；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格得到r =316(mm)；发动机转速 n = pn =4700（ r/min）；由公式（ 1.1）得到主减速器传动比计算公式： nts 7 38.5255.3 25.04700377.0377.0 auinrii初链变因为链变 ii =5.38，所以传动比分配：链i =1.9，变i =2.8，其符合传动比的范围。 2.1.4 中心距的选择初选中心距可根据经验公式计算： 31m a x geA iTKA （ 1.5）式中： A 变速器中心距（ mm）； AK 中心距系数，乘用车 AK =8.99.3； AK 取 9.3 maxeT发动机最大输出转距为 9.68（ Nm）； 1i 变速器一档传动比为 2.5； g变速器传动效率，取 96%。 A 9.3 3 96.05.35.268.9 =47mm 初取 A=47mm。 2.1.5 变速器的外形尺寸变速器的横向外形尺寸，可以根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列公式选用： 1 8 81 4 147)0.40.3()0.40.3( AL mm 初选长度为 160mm。因为本次设计为轻量化改制，所以实际尺寸与理论尺寸有误差。 2.1.6 齿轮参数的选择 1、模数选取齿轮模数时一般要遵守的原则是：为了减少噪声应合理减小模数，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，各档齿轮应该选用一种模数；从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作nts 8 噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。作为本次设计的为摩托车变速器，所以只能通过汽车的计算得出。表 2.2 汽车变速器齿轮的模数表 2.3 汽车变速器常用的齿轮模数轿车模数的选取以发动机排量作为依据，由表 2.2 和 2.3 选取各档模数为 2nm ，各档均采用直齿轮。 2、压力角压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于汽车，为了降低噪声，应选用 14.5、 15、 16、 16.5等小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用 22.5或 25等大些的压力角 15。国家规定的标准压力角为 20，所以普遍采用的压力角为 20。啮合套或同步器的压力角有 20、 25、 30等，普遍采用 30压力角。本变速器为了加工方便，故全部选用标准压力角 20。 3、齿宽 b 齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用较小的齿宽。另一方面，齿宽减小使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方车型乘用车的发动机排量 V/L 货车的最大总质量am1.014 模数nm/mm 2.252.75 2.753.00 3.504.50 4.506.00 一系列 1.00 1.25 1.5 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 6.00 二系列 1.75 2.25 2.75 （ 3.25） 3.50 （ 3.75） 4.50 5.50 nts 9 法给予补偿，但这时轴承承受的轴向力增大，使其寿命降低。齿宽较小又会使齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作中会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀造成偏载，导致承载能力降低，并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数 nmm的大小来选定齿宽：直尺齿ncmkb，ck取为 4.5 8.5，取 10 4、齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。若齿顶高系数小，则齿轮重合度小、工作噪声大；但因轮齿受到的弯矩减少，轮齿的弯曲应力也减少。因此，从前因齿轮加工精度不高，并认为轮齿上受到的载荷集中作用到齿顶上，所以曾采用过齿顶高系数为 0.75 0.80的短齿制齿轮。在齿轮加工精度提高以后，短齿制齿轮不再被采用，包括我国在内，规定齿顶高系数为 1.00。为了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大于 1.00 的细高齿制。采用细高齿制时，必须通过验算保证齿顶厚度不得小于0.3m。和齿轮没有根切和齿顶干涉。目前，对于细高齿制的齿顶高系数，还没有制定统一的标准，由各企业自行确定，从小至 1.05 到大至 1.90 的都有，且许多变速器的一对主、从动齿轮的齿顶高系数不同。 2.1.7 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的档数、传动比和传动案来分配各档齿轮的齿数。应该注意的是，各档齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。由于所作题目为动力总成轻量化改制设计，所以齿轮选择均为原有齿轮，经实际测量得出： Z1=14 Z2=35; Z3=20 Z4=34. 1、一档齿数及传动比的确定一档传动比为： 121 zzi （ 2.1） 14351 i5.21 i nts 10 2、二档齿数及传动比的确定 342 zzi （ 2.2） 55.1203422ii 在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，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该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。如图，是本次设计的变速器的传动方案。 1-一档主动齿轮 2-一档从动齿轮 3-二档主动齿轮 4-二档从动齿轮图为改制后变速器传动方案简图 nts 11 3、对中心距 A 进行修正因为计算齿数和hZ后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的hZ和齿轮变位系数重新计算中心距 A ，再以修正后的中心距 A 作为各挡齿轮齿数分配的依据。经算得取中心距为 A=49mm 4、齿轮的几何尺寸计算分度圆直径 1n1 m zd =2 14=28mm 2n2 m zd =2 35=70mm 3m3 n zd =2 20=40mm 4m4 n zd =2 31=62mm 齿顶高 *1 ana mhh =2mm 1* anh 齿根高 mChhnanf ）（ *1 =2 (1+0.25)=2.5mm *nC =0.25 齿全高 1fa1 hh h=4.5mm 齿顶圆直径 ahdd 21a1 =32mm ahdd 22a2 =74mm ahdd 23a3 =44mm ahdd 24a4 =66mm 齿根圆直径 ff hdd 211 =23mm ff hdd 222 =65mm ff hdd 233 =35mm ff hdd 244 =57mm 标准中心距： a=mt(1z +2z )/2=49 nts 12 本节小结本章主要介绍了变速器主要参数的选择，包括确定挡数、传动比范围进而确定其它各挡传动比，选择中心距、外形尺寸以及齿轮参数，根据变速器的传动示意图确定各挡齿轮齿数，进行各挡齿轮变位系数的分配。最后列出了各挡齿轮的几何尺寸。这些为之后齿轮、轴的设计计算做好了准备。 2.2 变速器齿轮强度校核 2.2.1 齿轮材料的选择原则（ 1）满足工作条件的要求。不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。（ 2）合理选择材料配对。如对硬度 350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在 30 50HBS 左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。（ 3）考虑加工工艺及热处理工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁；中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常采用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢，经正火或调质处理后，再进行切削加工即可；硬齿面齿轮（硬度 350HBS）常采用低碳合金钢切齿后再表面渗碳淬火或中碳钢（或中碳合金钢）切齿后表面淬火，以获得齿面、齿芯韧的金相组织，为消除热处理对已切轮齿造成的齿面变形需进行磨齿。但若采用渗氮处理，其齿面变形小，可不磨齿，故可适用于内齿轮等无法磨齿的齿轮 18。由于一对齿轮一直参与传动，磨损较大，齿轮所受冲击载荷作用也大，抗弯强度要求比较高。应选用硬齿面齿轮组合，所有齿轮均选用 20CrMnTi 渗碳后表面淬火处理，硬度为 58 62HRC。 2.2.2 齿轮损坏的原因及形式变速器齿轮的损坏形式主要有：轮齿折断、齿面疲劳剥落（点蚀）、齿面胶合以及移动换挡齿轮端部破坏。齿轮在啮合过程中，轮齿根部产生弯曲应力，过渡圆角处又有应力集中，故当齿轮受到足够大的载荷作用，其根部的弯曲应力超过材料的许用应力时，轮齿就会断裂。这种由于强度不够而产生的断裂，其断面为一次性断裂所呈现的粗粒状表面。在汽车变速器中这种破坏情况很少发生。而常见的断裂是由于在重复载荷作用下使齿根受拉nts 13 面的最大应力区出现疲劳裂缝而逐渐扩展到一定深度后产生的折断，其破坏断面在疲劳裂缝部分呈光滑表面，而突然断裂部分呈粗粒状表面。变速器低档小齿轮由于载荷大而齿数少、齿根较弱，其主要的破坏形式就是这种弯曲疲劳断裂。齿面点蚀是常用的高档齿轮齿面接触疲劳的破坏形式。齿面长期在脉动的接触应力作用下，会逐渐产生大量与齿面成尖角的小裂缝。啮合时由于齿面的相互挤压，使充满了润滑油的裂缝处油压增高，导致裂缝的扩展，最后产生剥落，使齿面上形成大量的扇形小麻点，即所谓点蚀。点蚀使齿形误差加大而产生载荷，甚至可能引起轮齿折断。通常是靠近节圆根部齿面处的点蚀较靠近节圆顶部齿面处的点蚀严重；主动小齿轮较被动大齿轮严重。对于高速重载齿轮，由于齿面相对滑动速度高、接触压力大且接触区产生高温而使齿面间的润滑油膜破坏，使齿面直接接触。在局部高温、高压下齿面互相熔焊粘连，齿面沿滑动方向形成撕伤痕迹的损坏形式称为齿面胶合。在一般的汽车变速器中，产生胶合损坏的情况较少。增大轮齿根部齿厚，加大齿根圆角半径，采用高齿，提高重合度，增多同时啮合的轮齿对数，提高轮齿柔度，采用优质材料等，都是提高轮齿弯曲强度的措施。合理选择齿轮参数及变位系数，增大齿廓曲率半径，降低接触应力，提高齿面硬度等，可提高齿面的接触强度。采用黏度大、耐高温、耐高压的润滑油，提高油膜强度，选择适当的齿面表面处理和镀层等，是防止齿面胶合的措施。用移动齿轮的方法完成换挡的低档和倒挡齿轮，由于换挡时两个进入啮合的齿轮存在角速度差，换挡瞬间在轮齿端部产生冲击载荷，并造成损坏 13。 2.3 变速器齿轮弯曲强度计算发动机最大扭矩为 9.68N m，最高转速 5500r/min，齿轮传动效率 99%，离合器传动效率 99%，轴承传动效率 96%。输入轴 1T =承离 maxeT=9.6899%96%=9.1N.m 输出轴一挡1111 giTT 齿承 =9.10.960.992.5=21N.m 二挡2112 giTT 齿承 =9.10.960.991.55=15.5N.m nts 14 2.3.1 变速器齿轮弯曲强度计算（直尺） yzKmKKTcfgw32 （ 2.3）式中： w弯曲应力（ MPa）； 1F 圆周力（ N）， d TF g21 ； gT计算载荷（ Nmm）； K应力集中系数，K=1.65 fK 摩擦力影响系数，主、从动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同，对弯曲应力的影响也不同；主动齿轮fK=1.1，从动齿轮fK=0.9； cK齿面宽 10（ mm）； m 模数 y 齿形系数，在齿形系数图 2.1 中查得；当计算载荷gT取作用到变速器第一轴上的最大转矩时，对乘用车常啮合齿轮和高档齿轮，许用应力在 180 350MaP范围，即 w=180 350MaP，一挡、倒挡直齿轮许用应力在 400 850 MaP，即 w=400 850MaP。 nts 15 图 2.1 齿形系数图将上述有关参数据代入公式（ 2.3），整理得到 cngw yKzmKT3c o s2 (2.4) （ 1）一档齿轮校核主动齿轮： 77.16810185.021414.3 65.11.11021212 33311 cnfw yKmzKKT MPa 从动齿轮：已知： 3101.9 gTNmm； 65.1K ；fK=0.9 2nm mm； 10c K ； 35nz ，查齿形系数图 2.1 得： y=0.177 把以上数据代入式，得： 76.5810177.023514.3 65.19.0105.1522 22 3332 cnfw yKmzKKT MPa （ 2）二档齿轮校核主动齿轮：已知： 31021 gTNmm； 65.1K ； 2nm mm；fK=1.1 10cK ； 20nz ，查齿形系数图 1.2 得： y=0.182 以上数据代入 (2.4)式，得： 4.7410182.022014.3 1.165.11021232 3333 cngw yKmzKT MPa 从动齿轮：已知： 5.15gT Nmm； 65.1K ； 2nm mm； 10cK ； 9.0fK；31nz ，查齿形系数图 1.2 得： y=0.180 以上数据代入 (1.16)式，得： 7.391018.023114.3 65.19.0105.152co s2 33344 cngw yKmzKT MPa nts 16 2.3.2 轮齿接触应力校核 )11(418.0bzj bFE （ 2.5）式中： j轮齿接触应力（ MPa）； F 齿面上的法向力（ N）， coscos 1FF ； 1F 圆周力（ N）， d TF g21 ； gT计算载荷（ Nmm）； d 为节圆直径（ mm）；节点处压力角； E 齿轮材料的弹性模量 5101.2 （ MPa）； b 齿轮接触的实际宽度（ mm）； z ， b 主从动齿轮节点处的曲率半径（ mm），直齿轮 sinzz r ， sinbb r 斜齿轮 2cossinzz r ， 2cossinbbr ； zr 、 br 主从动齿轮节圆半径（ mm）。表 2.4 变速器齿轮许用接触应力齿轮 j/MPa 渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一档和倒档 1900-2000 950-1000 常啮合齿轮和高档齿轮 1300-1400 650-700 将作用在变速器第一轴上的载荷2maxeT作为作用载荷时，变速器齿轮的许用接触应力 j见表 2.4： 1、一档齿轮接触应力校核已知： 3101.9 gTNmm； 20 ； 5101.2 E MPa； nts 17 计算一档的轮齿接触应力 28114354921/21 uAd m 7028143512 dud mm 12s in 11 zz r 31s in2 bb r 接触应力 j0.418 )11(bzbFE bzgj bdET11c o sc o s4 1 8.0= 0.418 )311121(20co s1014220s i n20co s101.29100225 =1272.68MPa j 由于作用在两齿轮上的力为作用力与反作用力，故只计算一个齿轮的接触应力即可，将作用在变速器第一轴上的载荷maxeT作为计算载荷，将以上数据代入（ 1.17）可得： 35.1098)31112 1(20co s1035220s i n 20co s101.29100418.0 2 2521 ，j MPa 2、二档齿轮接触应力校核已知： 3101.9 gTNmm； 20 ； 21 ； 5101.2 E MPa； 38120314921/21 uAd mm nts 18 5938203112 dud mm 18s in 11 zz r 27s in2 bb r M P a，j 5.797)59 118 1(20co s1038220s i n 101.29100418.0 2543 2.4 材料的选择及热处理 2.4.1 齿轮材料的选择原则 1、满足工作条件的要求不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。 2、合理选择材料配对如对硬度 350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在 30 50HBS 左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。 3、考虑加工工艺及热处理工艺大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁；中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常采用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢，经正火或调质处理后，再进行切削加工即可；硬齿面齿轮（硬度 350HBS）常采用低碳合金钢切齿后再表面渗碳淬火或中碳钢（或中碳合金钢）切齿后表面淬火，以获得齿面、齿芯韧的金相组织，为消除热处理对已切轮齿造成的齿面变形需进行磨齿。但若采用渗氮处理，其齿面变形小，可不磨齿，故可适用于内齿轮等无法磨齿的齿轮。现代汽车变速器齿轮大都采用渗碳合金钢制造，使轮齿表层的高硬度与轮齿心部的高韧性相结合，以大大提高其接触强度、弯曲强度及耐磨性。在选择齿轮的材料及热处理时也应考虑到其机械加工性能及制造成本。国产汽车变速器齿轮的常用材料是 20CrMnTi（过去的钢号是 18CrMnTi），也有采用 20Mn2TiB， 20MnVB

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