CA5-38汽车变速器的设计论文

优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！摘 要货车作为一种常用的商务车，已在现代社会中占有举足轻重的地位。由于货车的快速发展，人们的生活才变得如此便利。货车，成为了一个国家乃至整个世界不可缺少的一样运输工具。变速器是汽车传动系统结构中最重要的部分之一，汽车的前进、后退，增速、减速都要靠变速器传动来实现。而且变速器在汽车动力性和燃油经济性上也有重要的影响。本设计的 CA5-38 变速器，主要任务是完成齿轮、轴、箱体等的设计及校核，和位置的确定，并满足其承载能力的同步器。另外，针对齿轮作用力的不同，可以在不同的轴上选择合适的轴承。利用 AUTCAD 完成变速器的总成图、第一轴、第二轴、中间轴、各个挡齿轮及同步器的设计。随着我国汽车行业的迅猛发展，人们对汽车的需求也越来越高。通过对载货汽车变速器的设计我了解到变速器在汽车结构中具有着重要的作用。变速器结构的改进对汽车行业的发展与进步具有着深远的意义。关 键 词 ： 变速器；轴；齿轮；设计计算；校核优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ABSTRACTNowadays, van as a kind of Business Purpose Vehicle has been common and played a very important role in our modern society. Because van develops so fast, peoples life become more and more convenience. Van, has been become an indispensable vehicle in a country, even all the world.Transmission is the most important part in transmission agent in an auto. The reason is that forward, backward, speed up, slowdown and other manipulate of auto have to be completed by transmission. And transmission is also important in Automotive dynamica perform and fuel economy. The main purpose of this design-CA5-38 gearbox is to complete the design, check and position among gears, axles, case, and this design should have enough capability. In addition, it can choose an appropriate bearing, which based on the different gears forces. We can complete this design, primary shaft, secondary shaft, intermediate shaft, any gear, and synchro by AUTCAD.With the rapid development of Chinese automobile industry, people has more and more demands in autoes. To design this transmission of van; I realized that transmission is very important in vans conformation. The developed of transmission is profound for growth and progress of autoes.Key words: Transmission; Axis; Gear; Design calculation; checking 优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！目 录摘要. Abstract 第 1 章 绪 论 .11.1 汽车变速器研究状况、发展趋势及成果 .11.2 汽车变速器设计的目的和意义 .31.3 汽车变速器设计的研究方法和主要内容 .4第 2 章变速器的结构方案的确定 .52.1 变速器传动机构分析和布置方案的确定 .52.1.1 两轴式与中间轴式变速器的优缺点分析 .62.1.2 变速器倒档布置方案分析确定 .62.2.1 齿轮形式 .82.2.2 变速器自动脱档机构形式分析确定 .92.3 本章小结 .9第 3 章 载货汽车主要参数的确定 .103.1 发动机的选择 .103.2 质量参数的确定 .113.3 车速的确定 .123.4 本章小结 .13第 4 章 变速器主要参数的选择 .134.1 变速器档位数目及各档传动比 .144.1.1 变速器档位数目的确定 .144.1.2 主减速比的确定 .144.1.3 变速器一档传动比的确定 .154.1.4 变速器各档传动比的确定 .174.2 变速器中心距的确定 .174.3 变速器的齿轮参数的确定 .194.3.1 齿轮齿数 .19优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！4.3.2 齿轮模数 .194.3.3 齿形、压力角及螺旋角 .214.3.4 齿宽 .234.3.5 齿顶高系数 .234.4 变速器的外形尺寸 .244.5 变速器各档齿轮齿数的分配 .254.5.1 对中心距 A进行修正 .254.5.2 确定一档齿轮的齿数及其参数 .264.5.3 确定五档齿轮的齿数及其参数 .274.5.4 确定二档齿轮的齿数及其参数 .294.5.5 确定三档齿轮的齿数及其参数 .314.5.6 确定四档齿轮的齿数及其参数 .334.5.7 确定倒档齿轮齿数 .344.6 本章小结 .37第 5 章 变速器齿轮的设计及校核 .375.1 齿轮的材料选择 .375.1.1 齿轮的失效形式 .375.1.2 齿轮的常用材料及材料的选择 .385.2 计算各轴的转矩 .405.3 齿轮的强度计算 .405.3.1 轮齿的弯曲应力 .415.3.2 轮齿接触应力 .425.3.3 各档齿轮的强度计算校核 .445.4 计算各档齿轮的受力 .525.5 本章小结 .55第 6 章 变速器轴和轴承的设计及校核 .566.1 轴的设计 .566.1.1 轴的功用及其要求 .566.1.2 轴的结构设计 .566.1.3 轴的尺寸 .586.2 轴的刚强度计算 .59优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！6.2.1 轴的刚度验算 .596.2.2 轴的强度计算 .656.2.3 轴承的选择及校核 .706.3 本章小结 .75第 7 章同步器的确定 .767.1 锁销式同步器 .767.2 锁环式同步器 .777.3 本章小结 .79第 8 章操纵机构和箱体的确定 .798.1 操纵机构的功用 .798.2 换档位置图 .798.3 变速杆的布置 .808.3.1 直接操纵手动换挡变速器 .808.3.2 远距离操纵手动换挡变速器 .808.4 锁止装置 .808.4.1 互锁装置 .808.4.2 自锁装置 .828.4.3 倒档锁装置 .828.5 变速器箱体的设计 .838.6 本章小结 .84结 论 .85参考文献 .86致 谢 .87优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！第 1 章 绪 论1.1 汽车变速器研究状况、发展趋势及成果随着中共十七届五中全会召开，中国政府起草并通过了国家“十二五”规划，规划中明确提出，中国迫切需要完成从汽车大国到汽车强国的转变。 中国要成为汽车强国，首先要克服自主技术这块短板。而汽车的核心部分动力总成，仍是国内一直没有完全掌握的关键汽车零部件技术之一。在发动机发展了数十年之后，变速器，尤其是手动变速器成为了制约国内动力总成技术发展的重要因素。国内手动变速器的技术在国际上也较为落后，虽然目前大部分厂商都拥有生产手动变速器的设备和能力，但普遍以 5 档手动变速箱为主，对于 5 档以上的产品，还得借助一些国外技术进行研究，并且生产出来的产品或多或少还存在齿轮敲击啸叫噪音、换档性能低下等问题。可以说，目前国内的手动变速器在制造或研发方面处于尚未成熟的阶段。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。自动变速器与机械式变速器相比，具有许多不可比拟的优势：提高发动机和传动系的使用寿命；提高汽车的通过性；具有良好的自适应性；操纵更加方便。目前，国内变速器厂商都朝无级变速器和自动变速器方向发展，国内现已有好几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。在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻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。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，也是汽车变速器的研究的终极目标。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！围绕汽车变速箱四个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。1摩擦传动 CVT金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达 100 多万辆。据报道：大排量 6 缸内燃机（2.8L）的奥迪A6 轿车上装备的金属带式无级变速箱 Multitronic CVT ，能传动 142kw（193bhp）功率，280Nm 扭矩。这是真正意义的无级变速器。另一种摩擦传动 CVT(名为 Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL 上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种 CVT。可与 3L 以上排量的大马力内燃机(XVL 的引擎输出为 330Nm/194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从 V 形橡胶带 CVT 到 V 型金属带 CVT 再到滚轮转盘式 CVT，摩擦传动 CVT 的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。（2）摩擦传动 CVT 实现大功率的无级变速传动是极为困难的。（3）摩擦传动 CVT 传动效率低是必然的。（4）摩擦传动 CVT 的效率，功率无法与齿轮变速相比。2液力传动人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是, 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式 CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。3电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission 简称AMT)和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！4齿轮无级变速器5齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。据最新消息：一种齿轮无级变速装置(Gear Continuously Variable Transmission 简称G-CVT)已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。齿轮无级变速装置结构相当简单，只有不足 20 种非标零件，51 个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。齿轮无级变速器的优势表现为：（1）传动功率大，200KW 的传动功率是很容易达到的；（2）传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的；（3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的 1/10；（4）对汽车而言，提高传动效率，节油 20%；（5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。1.2 汽车变速器设计的目的和意义随着经济和科学技术的不断发展，汽车工业也渐渐成为我国支柱产业，汽车的使用已经遍布全国，而随着我国加入 WTO，人民的生活水平不断提高，微型客货两用车、轿车等高级消费品已经入平常家庭。在我国，汽车工业起步较晚。入世后，我国的汽车面临的是机遇和挑战。随着我国汽车工业的不断壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题。在面临着前所未有的机遇的同时，不得不承认在许多技术上，我国与发达国家还有一定差距，所以我们要努力为我国的汽车工业做出应有的贡献。现代汽车的动力设置，几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等优点。但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。此外，汽车的使用条件颇为复杂，变化很大。如汽车的载货量、道路坡度、路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围，以及适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上，以高速行驶时，可挂入变速器的高速档；而在不平的路上或爬较大的坡道时，则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件，选择合适的变速器档位，不仅是汽车动力性的要求，而且也是汽车燃料经济性的要求。例如，汽车在同样的载货量、道路、车速等条件下行时，往往可挂入较高的变速器档优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！位，也可挂入较低的档位工作。此时只是发动机的节气门开度和转速或大或小而已，可是发动机在不同的工况下，燃料的消耗量是不一样的。一般变速器具有四个或更多的档位，驾驶员可根据情况选择合适的档位，使发动机燃料消耗量减小。经过这几年的学习，我掌握了多门基础知识和专业知识。在大学毕业，即将走向工作岗位之际，按学校的要求，进行了 CA5-38 变速器的设计。充分体现了设计者的知识掌握和创新思维。通过本次设计，我将进一步巩固所学的知识，提高实际运用能力，并为以后参加工作打下良好的基础。1.3 汽车变速器设计的研究方法和主要内容在本次设计中，由于是对传统的变速器进行改进性设计，我在设计中参考了一汽集团的 CA1051K26L4-3 中型货车的变速器，采用了锁环式同步器的换档方式。在设计中，我们除了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。通过参考 CA1051K26L4-3 中型货车的变速器及学校实验室里的松花江中型货车的变速器，对变速器进行整体结构布置，校核轴和齿轮的强度、刚度，选择材料和热处理方法；接下来的主要任务是绘制变速器的装配图和重要的零件图，确定个零件的精度等级及其它参数；最后，是对整体论文的编写整理整个设计过程中的各种资料，以及对前期设计中的错误做出修改。本 次 设 计 主 要 是 依 据 参 考 的 中 型 货 车 的 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 主 要 完 成 下 面 一 些 主 要工 作 ：1参 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 的 设 计 选 用 和 参 数 选 择 ；6变 速 器 操 纵 机 构 的 设 计 选 用 ；7变 速 器 箱 体 的 结 构 设 计 。 优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！第 2 章变速器的结构方案的确定2.1 变速器传动机构分析和布置方案的确定目前，汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的，这是由于各国汽车的使用、制造、修理等条件不同，也是由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的。尽管如此，一般变速器的结构形式，仍具有很多共同点。各种机构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随主观和客观条件的变化而变化。因此，设计人员应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化，最后确定较合适的方案。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 大 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 。2.1.1 两轴式与中间轴式变速器的优缺点分析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，所以在高优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！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；在其他前进档位工作时，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；多数传动方案中除了一档以外的其他档位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一档也采用同步器或结合套换挡，还有各档同步器或结合套多数情况下装在第二轴上。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。2.1.2 变速器倒档布置方案分析确定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 啮 合 套 或 同 步 器 方 案 换 入 倒 档 。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！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，有的货车倒档 传动采用图 2.1h 所示方案。其缺点是一、倒档 须各用一根变