基于ProE与ANSYS的长城赛影轿车变速器设计论文

优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！摘要变速器是汽车传动系的重要组成部分，其发展无疑代表着汽车工业的发展，它的设计也是汽车设计的一个重要部分。本设计的任务是设计长城赛影轿车的二轴式五档手动变速器。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。本设计从后驱动变速器的总体方案开始，对传动系统的方案进行分析，档位的布置形式进行研究分析，变速器基本参数的选择，零部件结构方案的分析确定，同步器、操纵机构及箱体的设计选用。根据所配车型，结合上述参数，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出相关的变速器参数并论证设计的合理性。而后用 Auto CAD 软件画出变速器的装配图和零件图，并用 Pro/E 软件进行三维建模，用 ANSYS 软件对关键零件进行有限元分析，利用三维平台提高本设计的可靠性。关键字：变速器；二轴式；结构设计；三维建模；有限元分析优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ABSTRACTTransmission is vehicle drivetrain is important constituent, its development will undoubtedly represents the automobile industry, its design is an important part of automotive design. This design task is to design the Great Wall shadow cars in five second shaft manual shift transmission. While working in cheap because gearbox action has larger force, so average gearbox of tin are decorated near the axis, then according to supporting place after from low to high order each gear decorate gears. To do so we can make axis is big enough, and can guarantee the rigid assembly easy. Gearbox overall structure rigidity with axis and shell structure are related. The length of the general through the control axis control file number, that there is enough to ensure transmission rigidity. Notebook design from the overall scheme of the drive transmission of transmission system began, analysis, gear scheme decorate a form of research and analysis, the transmission of basic parameters selection, parts structure project analysis to identify, synchronizer, manipulate the institutions and cabinet design to choose. According to the selection of vehicles, a combination of these parameters, combined with car design, automobile theory, mechanical design and related knowledge, compute related transmission parameters and demonstrates the rationality of the design. And then use Auto CAD software draw the transmission, and the assembly and parts graph Pro/E software ANSYS software, 3d modeling, use of key parts, using three-dimensional finite element analysis of the reliability of the design of the platform improve this. Keywords : transmission; two shaft type; structure design; 3d modeling;finite element analysis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 汽车变速器的概述11.2 汽车变速器的现状和发展21.3 本设计的内容和方法51.3.1 设计内容51.3.2 设计方法6第 2 章 变速的结构方案和确定72.1 变速器主要参数的选择72.2 变速器的功用及设计要求72.3 变速器传动机构分析和布置方案的设计82.3.1 二轴式变速器的特点分析82.3.2 中间轴式变速器的特点分析82.3.3 倒档的布置方案82.4 变速器零、部件结构方案分析确定92.4.1 齿轮形式92.4.2 变速器自动脱档机构形势分析确定102.5 本章小结10第 3 章 变速器齿轮的设计及校核113.1 变速器档位数目及格挡传动比113.1.1 所需数据整理113.1.2 确定主减速比113.1.3 确定一档传动比123.1.4 确定格挡传动比133.2 确定变速器中心距133.3 变速器齿轮参数的确定143.3.1 齿轮齿数选择条件14优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！3.3.2 齿轮模数选择153.3.3 压力角153.3.4 螺旋角153.3.5 齿宽153.3.6 齿顶高系数163.3.7 齿轮的修正163.4 变速器格挡齿轮齿数的分配173.4.1 一档齿轮参数确定173.4.2 二档齿轮参数确定193.4.3 三档齿轮参数确定213.4.4 四档齿轮参数确定233.4.5 五档齿轮参数确定253.4.6 倒档齿轮参数确定273.5 齿轮的材料选择293.5.1 齿轮的坏损形式及避免措施293.5.2 齿轮的材料选择303.6 计算各轴的转矩313.7 齿轮的强度计算323.7.1 轮齿的弯曲应力323.7.2 轮齿的接触应力333.7.3 格挡齿轮的强度计算343.8 计算格挡齿轮的受力403.9 本章小结42第 4 章 轴的设计及校核434.1 轴的设计434.1.1 轴的功能用及其设计要求434.1.2 轴的结构设计434.1.3 轴的尺寸444.2 轴的强度校核444.3 轴承校核514.3.1 输入轴轴轴承寿命校核514.3.2 输出轴轴承的校核53优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！4.4 本章小结54第 5 章 变速器传动机构的三维建模及有限元分析.555.1 软件介绍555.1.1Pro/E 软件介绍555.1.2ANSYS 软件简介555.2 传动机构的建模555.2.1 轴的建模555.2.2 各档齿轮的建模565.3 传动机构虚拟装配585.4 输出轴有限元分析585.5 本章小结61结论62参考文献63致谢64附录65附录 A 英文科技文献65附录 B 文献翻译68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 汽车变速器的概述汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。变速器的发展趋势是越来越复杂，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来的主流。发 动 机 的 输 出 转 速 非 常 高 ， 最 大 功 率 及 最 大 扭 矩 在 一 定 的 转 速 区 出 现 。为 了 发 挥 发 动 机 的 最 佳 性 能 ， 就 必 须 有 一 套 变 速 装 置 ， 来 协 调 发 动 机 的 转 速和 车 轮 的 实 际 行 驶 速 度 。汽 车 变 速 器 具 有 这 样 几 个 功 用 ： 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 (功 率 较高 而 油 耗 较 低 )的 工 况 下 工 作 ； 在 发 动 机 旋 转 方 向 不 变 情 况 下 ， 使 汽 车 能倒 退 行 驶 ； 利 用 空 挡 ， 中 断 动 力 传 递 ， 以 发 动 机 能 够 起 动 、 怠 速 ， 并 便 于变 速 器 换 档 或 进 行 动 力 输 出 。 变 速 器 是 由 变 速 传 动 机 构 和 操 纵 机 构 组 成 ， 需 要 时 ， 还 可 以 加 装 动 力 输出 器 。 在 分 类 上 有 两 种 方 式 ： 按 传 动 比 变 化 方 式 和 按 操 纵 方 式 的 不 同 来 分 。汽 车 变 速 器 的 一 般 结 构 ：简 单 式 变 速 器 由 壳 体 、 传 动 部 分 和 操 纵 部 分 组 成 。 其 中 壳 体 ： 壳 体 是基 础 件 ， 用 以 安 装 支 承 变 速 器 全 部 零 件 及 存 放 润 滑 油 。 其 上 有 安 装 轴 承 的精 确 镗 孔 。 变 速 器 承 受 变 载 荷 ， 所 以 壳 体 应 有 足 够 的 刚 度 ， 内 壁 有 加 强 ， 形状 复 杂 ， 多 为 铸 件 (材 料 为 灰 铸 铁 ， 常 用 HT200)。 为 便 于 安 装 ， 传 动 部 分 和操 纵 部 分 常 做 成 剖 分 式 ， 箱 盖 与 壳 体 用 螺 栓 联 接 并 可 靠 定 位 。 壳 体 上 有 加 油 、放 油 口 ， 油 面 检 查 尺 口 ， 还 应 考 虑 散 热 ； 传 动 部 分 ： 是 指 齿 轮 、 轴 、 轴 承等 传 动 件 。 轴 的 几 何 尺 寸 通 过 强 度 、 刚 度 计 算 确 定 。 因 主 要 决 定 于 刚 度 ， 而碳 钢 与 合 金 钢 弹 性 模 量 近 乎 相 等 ， 所 以 一 般 用 碳 钢 (常 用 45 钢 )。 只 有 齿 轮与 轴 制 成 一 体 或 轴 载 荷 严 重 才 用 合 金 钢 。 轴 与 齿 轮 多 为 花 键 联 接 (对 中 性 好 ，能 可 靠 传 递 动 力 ， 挤 压 应 力 小 等 )。 轴 的 花 键 部 分 和 放 轴 承 处 经 表 面 淬 火 处理 。 轴 多 用 滚 动 轴 承 支 承 ， 润 滑 简 单 ， 效 率 高 、 径 向 间 隙 小 ， 轴 向 定 位 应 可优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！靠 。 润 滑 方 式 多 用 飞 溅 (25m s， 只 要 粘 度 适 宜 可 甩 到 壁 上 )； 操 纵 部 分 ：主 要 零 件 位 于 变 速 器 盖 内 。组 成 式 变 速 器 结 构 简 单 式 变 速 器 有 效 率 高 、 构 造 简 单 使 用 方 便 钧 优 点 矿但 档 数 少 ， i 变 化 范 围 小 (牵 引 力 、 速 度 范 围 小 )， 只 宜 在 档 数 不 多 的 某 些 车工 采 用 。 若 增 加 i 的 范 围 ， 则 使 变 速 器 尺 寸 加 大 ， 轴 跨 度 增 加 ， 为 了 既 增 加档 数 又 不 使 轴 跨 度 过 大 ， 可 采 用 组 成 式 变 速 器 。 所 谓 组 成 式 变 速 器 ， 通 常 由两 个 简 单 式 变 速 器 组 合 而 成 ， 其 中 档 数 较 多 的 称 为 主 变 速 器 ， 较 少 的 称 为 副变 速 器 。按 传 动 比 变 化 方 式 来 分 ： 有 级 式 变 速 器 ： 是 目 前 使 用 最 广 的 一 种 。它 采 用 齿 轮 传 动 ， 具 有 若 干 个 定 值 传 动 比 。 按 所 用 轮 系 型 式 不 同 ， 有 轴 线固 定 式 变 速 器 (普 通 变 速 器 )和 轴 线 旋 转 式 变 速 器 (行 星 齿 轮 变 速 器 )两 种 。 目前 ， 轿 车 和 轻 、 中 型 货 车 变 速 器 的 传 动 比 通 常 有 3-5 个 前 进 档 和 一 个 倒 档 ，在 重 型 货 车 用 的 组 合 式 变 速 器 中 ， 则 有 更 多 档 位 。 所 谓 变 速 器 档 数 即 指 其 前进 档 位 数 。 无 忌 式 变 速 器 ： 其 的 传 动 比 在 一 定 的 数 值 范 围 内 可 按 无 限 多 级变 化 ， 常 见 的 有 电 力 式 和 液 力 式 (动 液 式 )两 种 。 电 力 式 无 极 式 变 速 器 的 变速 传 动 部 件 为 直 流 串 激 电 动 机 ， 除 在 无 轨 电 车 上 应 用 外 ， 在 超 重 型 自 卸 车传 动 系 中 也 有 广 泛 采 用 的 趋 势 。 动 液 式 无 级 变 速 器 的 传 动 部 件 为 液 力 变 矩 器 。 综 合 式 变 速 器 是 指 由 液 力 变 矩 器 和 齿 轮 式 有 级 变 速 器 组 成 的 液 力 机 械 式变 速 器 ， 其 传 动 比 可 在 最 大 指 与 最 小 值 之 间 的 几 个 间 断 的 范 围 内 作 无 级 变 化 ，目 前 应 用 较 多 。按 操 纵 方 式 来 分 ： 强 制 操 纵 式 变 速 器 ： 是 靠 驾 驶 员 直 接 操 纵 变 速 杆换 档 。 自 动 操 纵 性 变 速 器 ： 其 传 动 比 选 择 和 换 档 是 自 动 进 行 的 ， 所 谓“自 动 ”， 是 指 机 械 变 速 器 每 个 档 位 的 变 换 是 借 助 反 映 发 动 机 负 荷 和 车 速 的 信号 系 统 来 控 制 换 档 系 统 的 执 行 元 件 而 实 现 的 。 驾 驶 员 只 需 操 纵 加 速 踏 板 以 控制 车 速 。 半 自 动 操 纵 性 变 速 器 有 两 种 型 式 ： 一 种 是 常 用 的 几 个 档 位 自 动 操纵 ， 其 余 档 位 则 由 驾 驶 员 操 纵 ； 另 一 种 是 预 选 式 ， 即 驾 驶 员 预 先 用 按 钮 选 定档 位 ， 在 踩 下 离 合 器 踏 板 或 松 开 加 速 踏 板 时 ， 接 通 一 个 电 磁 装 置 或 液 压 装 置来 进 行 换 档 。1.2 汽车变速器的现状和发展目前，汽车市场上装备性能更佳、功能更多的自动变速器(AT)轿车迅速增加。为解决 AT 油耗高、动力性能低的问题，汽车厂商为 AT 设计可供选择的多种使用模式，使其智能化适应不同驾驶需要。在经挤模式下，电控单元控制优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！变速器的执行机构在发动机转速较低时即按设定的规律曲线完成换档，以减少功率输出达到降低油耗的目的。在运动模式下，其设计的换档规律曲线是控制变速器在发动机转速较高时换档，获取发动机最多的功率，达到提高整车动力性能的目的。在变扭器锁止离合器的控制上，尽量采取合理的工况锁止条件方式选择，以优化设计达到提高传动效率的目的(目前正在开发一种浸油离合器来替代液体变扭器式的 AT，避免油介质在动能传递中能量的损失)。但上述智能化设计，还是不能最终解决 AT 油耗高传动效率低的问题。因为，无论采用哪种模式，都会对发动机功率或油耗作出选择取舍。尽管普通手动齿轮变速器(MT)，存在许多不足，但因其结构简单、效率高、功率大的优点，现在仍大量使用。为解决上述矛盾，在动力性和经济性上超过 MT 的汽车变速器是 CVT (Continuouly Variable Transmission)无级变速技术。汽车变速器是汽车的主要装置之一，汽车行驶速度随工况、负荷的反复变化而不断变化，因此需要汽车变速器传动比的适应范围尽量宽。只有选择无级变速才能满足，因为无级变速可实现传动比的连续变化，使汽车行驶条件与发动机负载实现最佳匹配，充分发挥发动机的潜力，使发动机具有理想的动力性能，提高汽车的经济性，降低排放污染及噪音。从现代汽车变速器的市场状况和发展来看，全世界的各大厂商都对提高 AT的性能及研制无级变速器(CVT)表现积极，汽车业界非常重视 CVT 在汽车上的实用化进程。目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器(MT)、电控液力自动变速器(ECT)、金属带 (链)式无级变速器(CVT) 、电控机械式自动变速器(AMT)、双离合器变速器(DCT) 及环形锥盘滚轮牵引式无级变速器(IVT)等数种，并具有各自优势，但其中金属带式无级变速器前景看好。ECT 变扭器中的自动变速器油(ATF)在高速运动中，由于油液分子间的内摩擦和油液分子与各工作轮叶片表面间的摩擦所消耗的部分能量及泵轮、涡轮窄隙处油液剪切等原因会产生油液温度升高造成功率损失，存在传动效率低油耗较大的不足，另外还存在结构复杂、成本高及维修难度大等较明显缺点。欧洲格特拉克(GETRAG)变速箱公司开发的电控机械自动变速器(AMT)则克服了 AT 效率低等缺点，与 AT 相比，具有更大的发展优势。可是，AMT 依旧需要复杂的电控系统来控制。通 用 可 称 得 上 是 汽 车 自 动 变 速 器 的 鼻 祖 了 。 世 界 上 第 一 个 自 动 变 速 器 就是 1940 年 应 用 在 美 国 通 用 的 奥 斯 莫 比 尔 汽 车 上 的 ， 它 是 一 台 串 联 式 行 星 齿轮 结 构 的 液 控 变 速 器 。 而 应 用 于 凯 迪 拉 克 STS-V 的 最 新 Hydra-Matic 六 速自 动 变 速 器 6L80， 则 可 称 得 上 是 世 界 上 最 先 进 的 液 力 自 动 变 速 器 (AT)了 。 对 于 液 力 自 动 变 速 器 来 说 ， 它 的 内 部 其 实 也 有 挡 位 之 分 ， 只 是 取 消 了 离合 器 。 挡 位 越 多 ， 则 换 挡 的 平 顺 性 就 越 好 。 目 前 常 见 的 自 动 变 速 器 一 般 都 是优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！四 速 的 ， 即 有 4 个 前 进 挡 。 6L80 则 有 6 个 前 进 挡 ， 齿 数 比 分 别 是 1 挡4.03、 2 挡 2.36、 3 挡 1.53、 4 挡 1.15、 5 挡 0.85、 6 挡 0.67。 显 然 ， 它 比4 速 自 动 变 速 器 具 有 更 大 的 速 比 和 更 小 的 速 比 级 差 ， 因 此 变 速 时 也 就 更 加 平顺 。 除 了 档 数 更 多 以 外 ， 6L80 还 具 有 很 多 独 有 的 特 殊 绝 技 ： 驾 驶 换 挡 控 制 系 统 （ DSC） 通 过 它 ， 司 机 将 车 辆 从 自 动 挡 变 成 无 需离 合 器 的 高 性 能 五 速 手 动 挡 。 司 机 把 排 挡 杆 推 到 DSC 位 置 上 后 ， 轻 轻 一 碰就 可 以 在 指 定 的 范 围 内 利 落 、 流 畅 地 实 现 加 减 挡 。 在 司 机 切 换 控 制 状 态 下 ，变 速 器 控 制 模 块 会 监 控 车 辆 的 速 度 、 发 动 机 扭 力 以 及 所 使 用 的 挡 位 来 决 定 是否 自 动 加 挡 ， 避 免 对 动 力 总 成 造 成 破 坏 。 每 个 挡 位 上 都 有 滑 行 离 合 器 ， 能 在所 有 五 个 挡 位 上 进 行 发 动 机 制 动 。 性 能 运 算 降 挡 系 统 （ PAL） 在 连 续 高 速 行 驶 后 ， 阻 止 升 挡 ， 保 持 发动 机 制 动 。 变 速 器 控 制 模 块 根 据 驾 驶 行 为 来 决 定 是 否 启 动 这 一 装 置 。 如 果 系统 发 现 车 辆 拐 弯 前 速 度 下 降 ， 变 速 器 可 能 会 连 降 两 挡 以 避 免 失 速 。 性 能 运 算 换 挡 系 统 （ PAS） 它 在 关 闭 油 门 高 速 水 平 加 速 时 自 动 调 节挡 位 ， 在 油 门 重 新 打 开 时 降 挡 迅 速 提 升 动 力 。 变 速 器 控 制 模 块 一 旦 察 觉 高 速水 平 指 令 ， 这 项 功 能 立 即 启 动 。 这 款 变 速 器 还 有 在 崎 岖 山 路 上 减 少 “挡 位 搜 索 ”的 换 挡 稳 定 功 能 ， 带 有 制动 助 力 的 降 挡 监 视 功 能 ， 电 控 发 动 机 制 动 ， 以 及 适 应 这 些 高 动 力 、 高 扭 力 的新 式 发 动 机 所 需 的 新 型 双 片 式 扭 力 变 换 器 。 另 外 ， SRX 还 配 备 了 性 能 卓 越的 Downgrade Detection 下 坡 刹 车 辅 助 系 统 。 CVT 无 疑 是 变 速 最 为 平 稳 的 自动 变 速 器 ， 但 是 它 也 有 其 弱 点 ， 比 如 传 动 带 容 易 损 坏 ， 无 法 承 受 较 大 的 载 荷等 ， 这 些 技 术 上 的 难 关 使 得 它 一 直 以 来 多 应 用 在 小 排 量 、 低 功 率 的 汽 车 上 。但 是 ， 奥 迪 的 Multitronic 变 速 器 却 打 破 了 这 一 常 规 ， 将 无 级 自 动 变 速 器(CVT)拓 宽 到 了 大 排 量 、 中 高 档 车 领 域 。 传 统 的 CVT 的 核 心 是 数 比 变 换 器 ， 由 两 组 轮 盘 组 和 一 条 张 紧 的 链 条 组成 。 Multitronic 变 速 器 对 链 条 的 结 构 进 行 了 改 进 ， 它 采 用 一 种 称 为 多 片 式 链带 的 传 动 组 件 ， 其 链 条 采 用 了 层 状 的 结 构 ， 每 一 层 都 有 销 钉 来 承 受 齿 轮 组 斜面 给 予 的 压 力 。 此 外 ， 链 条 也 是 由 很 多 的 片 组 成 ， 从 而 分 化 了 其 所 承 受 的 拉力 ， 增 加 了 传 输 转 矩 的 适 应 性 。 这 种 组 件 大 大 拓 展 了 无 级 变 速 器 的 使 用 范 围 ，能 够 传 递 和 控 制 峰 值 高 达 280 N?m 的 动 力 输 出 ， 其 传 动 比 超 过 了 以 前 各 种自 动 变 速 器 的 极 限 值 ， 完 全 可 以 满 足 奥 迪 A6、 A8 这 样 的 大 型 车 的 要 求 。 Multitronic 还 利 用 了 湿 式 多 片 式 离 合 器 ， 取 代 了 以 前 传 统 CVT 和 普 通自 动 变 速 器 车 上 的 液 压 变 矩 器 。 这 种 离 合 器 和 F1 赛 车 采 用 的 半 机 械 式 电 子离 合 器 极 为 相 似 ， 它 耗 能 少 ， 反 应 更 快 ， 而 且 具 有 质 量 小 、 尺 寸 小 、 传 动 效率 高 的 特 点 。 Multitronic 对 液 压 控 制 系 统 也 作 了 优 化 ， 它 内 部 有 两 个 活 塞 ， 而 且 高压 油 路 和 冷 却 油 路 彼 此 是 独 立 的 ， 这 样 油 泵 输 油 量 就 比 常 规 配 置 中 的 输 油 量优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！要 低 得 多 ， 也 就 提 高 了 变 速 器 的 效 率 ， 行 驶 性 能 也 因 此 得 到 改 善 。 传 统 无 级变 速 器 的 “橡 胶 效 应 ”和 “离 合 器 打 滑 现 象 ”也 随 之 消 失 。 全 新 的 电 子 控 制 系 统 中 还 包 含 了 DRP 动 态 控 制 程 序 ， 它 能 对 驾 驶 员 使用 油 门 踏 板 的 方 式 进 行 评 估 ， 从 而 确 定 是 把 重 点 放 在 性 能 上 还 是 经 济 性 上 。若 是 强 调 经 济 性 ， 当 车 速 低 至 60km/h 以 下 时 ， 它 会 根 据 事 先 设 计 好 的 以 经济 性 为 主 的 特 性 图 ， 通 过 调 低 速 比 ， 将 发 动 机 的 转 速 转 化 成 车 辆 前 进 的 动 力 。如 果 驾 驶 员 把 油 门 踩 到 底 ， 该 程 序 立 即 切 换 到 用 于 驱 动 的 特 性 图 ， 并 转 换 到低 速 挡 ， 这 时 即 使 行 车 速 度 很 低 ， 发 动 机 也 会 以 最 大 功 率 输 出 所 需 的 高 转 速运 转 。 在 正 常 驾 驶 条 件 下 ， 它 会 在 这 两 个 极 端 之 间 选 择 最 合 适 的 速 比 。手动变速器 MT 由于价格合理、燃料消耗低，估计今后手动变速器一定还会继续获得广泛的应用。为改进手动变速器(MT)的性能，汽车工业的主要精力集中在下列方面：(1)提高换档的舒适性；(2) 用轻金属降低变速器的重量；(3)减少内损耗，例如使用低粘度润滑油；(4)以合乎环境保护标准的生产工艺等有效生态方案补偿成本膨胀；(5) 发展能用现有设备和零部件相兼容的双离台器变速器的生产平台。上述提到的情况，同时适用于前轮和后轮驱动车辆的变速器。为适应城市越来越多的汽车增长量和繁忙的交通情况，自动变速器将被广泛开发和应用已达到提高效率，降低油耗的效果。其发展趋势是：（1）提高传动效率，以提高油经济性，强化驾驶性能；（2）复杂精密的电子控制；（3）提高驾驶的舒适性；（4）保障行车安全。1.3 本设计的内容和方法本设计的长城赛影轿车是一款已经上线的汽车。找到其已有的车辆参数，根据已学习的知识，根据所有参数对其变速器传动机构进行设计，并绘制出变速器的装配图，零件图，建立三维模型并进行有限元分析。1.3.1 设计内容（1）对变速器传动机构的分析与选择通过比较两轴和中间轴式变速器各自的优缺点，以及所设计车辆的特点，确定传动机构的布置形式。（2）变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择：档数、传动比、中心距、齿轮参数等。（3）变速器齿轮强度的校核变速器齿轮强度的校核主要对变速器的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行校核。（4）轴的基本尺寸的确定及强度计算。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！对于轴的强度计算则是对轴的刚度和强度分别进行校核。（5）轴承的选择与寿命计算。对变速器轴的支撑部分选用圆锥磙子轴承，寿命计算是按汽车的大修里程来衡量，轿车的为 30 万公里。（6）绘制变速器装配图及零件图。根据所得出的数据利用 Auto CAD 软件绘制出赛影轿车的变速器装配图和零件图，确定其装配方案。（7）三维建模和有限元分析。1.3.2 设计方法结合二维图对变速器传动机构进行三维建模，对其主要零件进行有限元分析。本次设计通过查阅近几年的变速器资料，结合所学的专业知识，在老师的指导下进行设计。根据车辆资料对变速器的传动机构进行设计及校核，本设计还引入了三维建模和有限元分析，这样可以大大的提高本设计的安全性。设计采用技术流程如图 1.1 所示：资料收集 、 整理整体设计方案校核计算A u t o C A D 二维总装配图 、 零件部分设计P r o / E 三维建模转换接口A N S Y S 有限元分析是否合理P r o / E 整机装配及干涉检查结论分析撰写设计说明书是否合理NYNYYN图 1.1 设计路线流程优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！第 2 章 变速的结构方案和确定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，长城赛影轿车整车主要技术参数如表 2.1 所示：表 2.1 长城赛影轿车整车主要技术参数发动机最大功率 74.5kw 车轮型号 235/75R15S发动机最大转矩 190Nm 最大功率时转速 4500 r/min最大转矩时转速 3000r/min 最高车速 140km/h总质量 1670kg 变速器形式 手动五档2.2 变速器的功用及设计要求变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，又称变速箱。它作为汽车动力系统重要的组成部分，主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动轮牵引力以及车速的不同需求。此外，变速器还用于使汽车能倒退行驶和在启动发动机以及汽车滑行或停车时使发动机传动系保持分离；必要时还应有动力输出功能。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求：（1） 保证汽车有必要的动力性和经济型。（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） 设置动力传输装置，需要时进行功率输出。（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） 变速器应有高的工作效率。（8） 变速器的工作噪声低。除此之外，变速器还应该满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器挡数、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，变速器传动比范围优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！越大。2.3 变速器传动机构分析和布置方案的设计2.3.1 二轴式变速器的特点分析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采用滑动齿轮，其他档位均采用啮合齿轮传动。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，工作噪音增大且易损坏；受结构限制其一档速比不能涉及的很大；对于前进挡，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。2.3.2 中间轴式变速器的特点分析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：变速器一轴后端与长啮合齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支撑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，噪音低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用率高于其他档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其他前进挡位工作时，变速器传动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，少数结构的一档也采用同步器或结合套换挡，还有个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，这是他的缺点。2.3.3 倒档的布置方案变速器的种类很多，按其传动比的改变方式可以分为有级、无级和综合式。有级变速器根据前进挡的不同可以分为三、四、五档和多档变速器；按其轴中心线的位置又分为固定轴线式、螺旋轴线和综合式。其中固定轴式应用广泛，优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！有两轴式和三轴式之分，前者多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，而后者多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。常见的倒档结构方案有以下几种：图 2.1-a 为常见的倒档布置方案。在前进挡的传动路线中加入一个传动，使结构简单，但齿轮处于正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。此方案广泛应用于轿车和轻型货车的四档全同步器式变速器中。图 2.1-b 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挡困难。某些轻型货车四档变速器采用此方案。图 2.1-c 所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换挡程序不合理。图 2.1-d 所示方案针对前者的缺点作了修改，因而经常载货车变速器中使用。图 2.1-e 所示方案将中间轴上的一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长。图 2.1-f 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 2-61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本设计采用图 1f 所示的传动方案。图 2.1 倒档布置方案2.4 变速器零、部件结构方案分析确定2.4.1 齿轮形式变速器齿轮有支持圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直尺圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮运转平稳、工作时噪声低等优点；缺点是制造时工艺复杂，工作优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！时有轴向力。变速器中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，并导致变速器的传动惯量增大。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撑等方式之一与轴连接。齿轮尺寸又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度 b 影响齿轮强度。要求尺寸 b 应该大于或等于齿轮危险断面处的厚度。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，在结构允许条件下尽可能取大些。为了减小质量，轮辐处厚度 应在满足强度条件下设计的薄些。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。变速器齿轮面的表面粗糙度应在 Ra0.80R a0.40m 范围内选用。2.4.2 变速器自动脱档机构形势分析确定自动脱档是变速器的主要故障之一。由于结合齿磨损、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. 将两结合齿的啮合位置错开。这样在啮合时，使结合齿端部超过被结合齿的 13mm。使用中两齿接触部分受到挤压同时磨损，并在结合齿端部形成凸肩，可用来阻止结合齿自动脱档。2. 将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下 0.30.6） ，这样，换挡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。3. 将结合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜23） ，使结合齿面产生阻止自动脱档的轴向力。这种方案比较有效，应用较多。将结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。2.5 本章小结本章主要针对变速器传动机构进行分析和布置方案的确定以及变速器零、部件的结构的确定，为下面的设计过程做铺垫。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！第 3 章 变速器齿轮的设计及校核3.1 变速器档位数目及格挡传动比3.1.1 所需数据整理最高车速： =140Km/hmaxU发动机功率： =74.5KWeP转矩： =190NmmaxeT总质量：ma=1670Kg转矩转速：nT=28003200r/min取 nT=3000r/min功率转速：n p/nT=1.42.0 n p=42004600r/min取 np=4500车轮：235/75R15 rR=152.5410/2+0.75235=366.75mm3.1.2 确定主减速比初选传动比：设五挡为直接挡，则 =0.85gi= 0.377 （3.1）maxU0maxirngp式中： 最高车速ax发动机最大功率转速pn车轮半径r变速器最大传动比maxgi主减速器传动比0优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！=0.377 =0.377 =5.550imaxgpuirn14075.3633.1.3 确定一档传动比在选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮和地面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等来综合考虑来确定。满足最大爬坡度。根据汽车行驶方程式（3.2） dtumGiuACfriTaDTg 20emax15.汽车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为（3.3） sin co0emaxGfriTg即， Ttqgifri01sc式中：G作用在汽车上的重力， ， 汽车质量， 重力加速mg度， =16709.8=16366N；mg发动机最大转矩， =190N.m；axeTaxeT主减速器传动比， =5.55；0i 0i传动系效率， =86%（取值在 85%90%） ；TT车轮半径， =0.366m；rr滚动阻力系数，对于货车取 =0.02；f f爬坡度，取 =16.7i0163660.366(0.02cos16.7+sin16.7)/1905.5586.4%i03.15满足附着条件。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ （3.4riTTg01emaxz2F）在沥青混凝土干路面，=0.70.8，取 =0.75即 0.36616366/1905.5586.4%=10.291gi由得 3.15 10.29；1gi又因为乘用车 =3.04.5；1gi所以，取 =3.9 3.1.4 确定格挡传动比变速器各档传动比之间的关系基本是几何级数，故相邻档位传动比值就是几何级数的公比；但是实际上与理论值略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配按等比级数原则，一般汽车各挡传动比大致符合如下关系： qiigg54321式中： 常数，也就是各挡之间的公比；因此，各挡的传动比为：q由 ig1=q4ig5得出：q=1.486所以，表 3.1 为其他各挡传动比为：表 3.1 各档传动比一档 二档 三挡 四档 五档3.9 2.63 1.77 1.19 0.83.2 确定变速器中心距对二轴式变速器，是将输入轴与输