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内容简介：

毕业设计指导教师评分表 学生姓名 常圣英 系部 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 指导教师姓名 姚佳岩 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 五档变速器设计 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；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 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、 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） 指导教师 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 评阅人评分表 学生 姓名 常圣英 专业 班级 车辆工程 指导教 师姓名 姚佳岩 职称 副教授 题目 五档变速器设计 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；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 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、 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 ） 评阅人 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 答辩评分表 学生 姓名 常圣英 专业 班级 车辆工程 指导 教师 姚佳岩 职 称 副教授 题目 五档变速器设计 答辩 时间 6 月 22 日 10 时 答辩组 成员姓名 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、 、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 ： 答辩组长 签字 ： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 五档变速器设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 07 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 2011 年 2 月 28 日 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 开题报告撰写要求 一、“开题报告”参考 提纲 1. 课题研究目的 和意义 ； 2. 文献综述（ 课题研究 现状及分析）； 3. 基本内容 、 拟解决的主要问题 ； 4. 技术路线或研究方法； 5. 进度安排； 6. 主要参考文献。 二、“开题报告”撰写规范 请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求 。 字数应在 4000 字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 07 指导教师姓名 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 五档变速器设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 研究现状 : 1886 年，世界上诞生的第一辆汽车并未安装变速器，直到 1902 年才由法国人造出了第一部装有变速器的汽车。目前，绝大多数汽车仍采用机械式变速器、分动器、主减速器，构成整车的传动系，其结构简单、操纵方便、造价低廉仍不失为汽车传东西中常用的主要总成。由于汽车上广泛采用活塞式内燃机，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牵引力和车速能在相当大的范围内变化。为此在传动系中设置了 变速器。机械式手动汽车变速器因结构简单，传动效率高，制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛的应用，机械式手动变速器在今后相当长的时间里，依然会在我国车辆传动系统中占据主导地位。 自 1940 年美国通用汽车公司首次将液力机械式自动变速器装车应用以来，液力机械式自动变速器的生产形成系列化和专业化。其发展之快，应用之广，以致于人们直接命名其为 ”自动变速器 ”。 优越的动力性能，乘坐舒适性和简便的操作，在汽车工业中占有相当的地位。我国几种系列轿车中和重型载货车上虽有应用，但限于技术和经济条件，独立开 发，成批生产 能力尚不具备。省油，排污低，操纵方便，行驶舒适的机械式无级自动变速器 (直是人们追求的目标。 其它传动相比，操纵方便性和乘坐舒适性均可与液力变矩器相媲美，而其传动效率却远高于液力变矩器。更主要的是它能够协调车辆外界行驶条件与发动机负荷，充分发挥发动机潜力，提高整车燃油经济性，使汽车具有良好的牵引特性，显著地提高超车性能，这是现有的有级式变速器无法相比的，故 国内外汽车传动研究和推广的重点之一。电传动与液压车辆的马达相似，它一改机械传动中的传统结构，代之以电流输至电动机来 驱动汽车。另一种以新型蓄电池，燃料电池作为能源的电动车，它不用石油燃料，无污染，能量转换效率高，因而将广泛用于短途运输的轿车，大客车，货车上。日本的电源公司，美国通用公司，德国大众公司等研制的电动车已基本上满足使用者的需要。电力式自动变速器噪声低，污染小，自动化程度高，元件布置方便，可用电池代替原动机，在不可再生资源日益枯竭，环境污染日益严重的今天，电力式自动变速器无疑是重要的发展方向之一。电子控制机械式自动变速器 (自动变速器的一种，它是在原有固定轴式齿轮变速器的基础上，把选，换档和离合器及发动机 油门的操纵自动化。与液力机械式自动变速器和机械式无级变速器相比，它具有传动效率高，成本低，易制造，生产继承性好等优点，从世界范围来看，它是自动变速器的一个重要发展方向。 近年来，随着车辆技术的进步和车辆密度的加大，对变速器的性能要求也越来越高。众多的汽车工程师在改进汽车变速器性能的研究中倾注了大量的心血，使变速器技术得到飞速的发展。虽然它有诸多缺点，如换挡冲击大，体积大，操纵麻烦等；但是，它也有很多优点，如传动效率高，工作可靠，寿命长，制造工艺成熟和成本低等。所以，如果能改善机械式变速器上述的缺点， 它还是有 很大的发展空间的。如果在减小机械式变速器的体积和提高传动平稳性两方面做一些研究，就可以解决这些问题。随着微电子技术的飞速发展，电子控制自动变速器的问世，给汽车带来了更理想的传动系统。机电一体化技术进入汽车领域，推动骑车变速器装置的重大变革。自动变速器装置出现了电子化趋势，特别是大规模集成电路技术的发展，使由微机控制发动机和变速器换挡成为可能。总体看来，目前世界上应用较多的汽车变速器是手动变速器、电控液力自动变速器、金属带式无级变速器、电控机械式自动变速器、双离合器变速器及环形锥盘滚轮引式无级变速器等数种，并 具有各自优势，但其中金属带式无级变速器前景看好。 我国的汽车及各种车辆的零部件产品在性能和质量上和发达国家存在着一定的差距，其中一个重要原因就是设计手段落后，发达国家在机械产品设计上早以进入了分析设计阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化设计、可靠性设计等应用到产品设计中，采用机械 统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查，实现三维设计，大大地提高产品设计的一次成功率，减少了实验费用，缩短了产品更新周期。而我们的设计手段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段，设计完成后在投 产中往往要进行很大的改动，使得产品开发周期很长，性能质量低等。为改变我国的车辆零部件的生产和设计手段的落后状况，缩短新产品的开发周期，提高市场竞争力，有必要开发一些适合中国国情的汽车及零部件的 统，对已开发的 统需进一步提高和完善。随着 术的发展和应用，许多国家和部门都对其进行了大量的研究和实验，随之开发并形成一些成套硬件和软件系统。在美国、日本及欧洲发达国家中，利用 术解决众多繁琐的设计和分析计算。形成了以图形系统为基础、以数据库为核心、以工具系统为支撑和以分析计算为应用的集成化系 统。 选题目的： 随着汽车技术的发展和重型车的增多 ,对变速器的操纵、可靠和耐久性提出了更高的要求。回顾变速器技术的发展可以清楚的知道，变速器作为汽车传动系统的总要组成部分，其技术的发展，是衡量汽车技术水平的一项总要依据。世纪能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等是科学技术发展的重要领域，这些领域的科技进步推动了变速器技术的发展。 选题意义： 本次毕业设计正是利用 术来完成五档变速器的设计。通过本次毕业设计，不仅可以巩固所学的理论知识，还可以培养运用所学专业理论知识的能力，同 时提高了应用 软件的能力，因而是一次很好的理论和实践相结合的锻炼机会。本次毕业设计源于生产世纪，对于我们今后从事实际技术工作有很大的帮助，有利于我们掌握压铸模设计的过程和要点，熟悉 软件在压铸模设计中的应用步骤，为日后的工作打下一个坚实的基础。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 设计内容： （ 1）变速器的结构形式选 择 （ 2）变速器的基本参数选择与设计计算 （ 3）变速器中心距的设计与计算 （ 4）各档齿轮和轴的校核计算 （ 5）用 装配图和零件图。 合计：三张零号图纸 拟解决的主要问题： 1. 改变传动比，扩大驱动轮转 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； 2. 在发动机旋转方向不变情况下，使 汽车 能倒退行驶； 3. 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 ； 力、方便； 车行驶过程 中，变速器不得有挑挡、乱挡及换挡冲击等现象发生； 三、技术路线（研究方法） 四、进度安排 （ 1）收集资料，调研， 撰 写开题报告 第一周 （ 2）周四交开题报告，实习了解变速器的构造 第二周 调研 撰写开题报告 查找相关资料 五档变速器设计 说明书 变速器传动机构方案的选择 变速器参数的确定 校核计算 同步器的设计 采用两轴式变速器 全同步器换挡 挡数和传动比范围 齿轮参数 齿轮弯曲强度和接触强度校核 轴的强度和刚度校核 同步器方案的选择 同步器参数的设计 完成设计说明书 完成绘图 （ 3）完成各参数的设计、计算和校核工作，至少应有装配图的草图 第三周 第七周 （ 4）中 期检查，画装配图和零件图 第八周 （ 5）画装配图和零件图，编写说明书 第九周 第十一周 （ 6）交毕业设计说明书和装配图、零件图，修改 第十二周 （ 7） 毕业设计指导教师审核 第十三周 （ 8） 毕业设计修改 第十四周 （ 9） 毕业设计评阅教师 评阅或 预审 第十五周 （ 10） 毕业设计修改 第十六周 （ 11） 毕业设计答辩 第十七周 五、 参考文献 1陈家瑞 . 汽车构造 M民交通出版社， 2006. 2高维山 M民交通出版社， 1990. 3余志生 M械工业出版社， 2000. 4李君，张建武，冯金芝，雷雨龙，葛安林 状和展望 J2000（ 03） 5机械设计手册联合编写组编 M2004. 6汽车工程手册编辑委员会 M民交通出版社， 2001. 7刘惟信 M清华大学出版社 ,2001 8王望予 M 版 机械工业出版社 ,2000 9蔡炳炎，徐勇，林宁 J2005(2):1210陈一永，张家玺 J2006(8):4111晓青 J2003（ 12） :1612徐海山，汤梦蕊 J2002（ 4）： 6813谢进，丁剑飞，陈永 束和结构的机构概念设计 J1999（ 2）：3314郑四发，连小珉，蒋孝煜 J2004（ 5）：20 15赵世琴，黄宗益，陈明 J.起重运输机械 2000（ 5）： 5016, of . 994(10):3317et an of 995(44):123六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 本科学生毕业设计 五档变速器设计 系部名称： 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： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 黑龙江工程学院本科生毕业设计 要 变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速， 是汽车总成部件中的重要组成部分，是主要的传动系统。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。 本文设计研究了三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、 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、互换性测量等学科知识，对三轴式变速器的各部件进行设计，并 利用 件绘制装配图和零件图等 六项 内容。 首先，本文将概述变速器的现状和发展趋势，介绍变速器领域的最新发展状况。其次，对工作原理做了阐述，对不同的变速器传动方案进行比较，选择合理的结构方案进行设计。再次，对变速器的各档齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算 ，并进行了受力分析、强度和刚度校核计算 ,并为为这些元件选择合适的工程材料及热处理方法。对一些标准件进行了选型以及变速器的传动方案设计。简单讲述了变速器中各部件材料的选择。最后，本文将对变速器换档过程中的重要部件 同步器以及操纵机构进行阐述，讲述同步器的类型、工作原理、选择方法以及重要参数。 关键词 ： 变速器；传动比； 轴 ； 齿轮 ；花键 ； 校核 黑龙江工程学院本科生毕业设计 to on in of an of of of of a on of is on of my is of of of of I of AD of At of of of on I a of of of in of I of a I do of of I an in I an of of I so It be 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 . . 1 章 绪论 . . 1 展趋势及成果 . 2 . 4 . 5 第 2 章 变速器的结构方案的确定 . 6 . 6 . 6 . 7 . 8 件结构方案分析确定 . 9 . 9 . 10 . 11 第 3 章 变速器主要参数的选择 . 12 . 12 . 12 . 12 速器档传动比的确定 . 13 . 15 . 15 . 16 黑龙江工程学院本科生毕业设计 . 17 . 17 . 17 力角及螺旋角 . 19 . 21 . 21 . 21 . 23 . 23 进行修正 . 23 . 24 . 26 . 31 . 33 第 4 章 变速器齿轮的设计及校核 . 34 轮的材料选择 . 34 轮坏损形式及避免错失 . 34 轮的材料选择 . 35 . 36 . 36 . 36 . 39 . 40 . 48 . 51 第 5 章 变速器轴和轴承的设计及校核 . 52 设计 . 52 . 52 . 52 黑龙江工程学院本科生毕业设计 . 53 . 54 . 54 . 59 . 61 . 65 第 6 章 同步器的确定 . 66 销式同步器 . 66 环式同步器 . 67 . 68 第 7 章 操纵机构和箱体的确定 . 69 . 69 档位置 . 69 . 69 . 69 . 70 . 70 . 70 . 71 . 71 速器箱体的设计 . 71 . 72 结论 . 73 参考文献 . 74 致谢 . 75 附录 . 76 黑龙江工程学院本科生毕业设计 第 1 章 绪 论 车变速器的概述 汽车是一种快速机动的道路交通工具。一般是指自带动力装置的可以独立行驶并完成运载任务的轮式车辆，具有四个或四个以上的车轮。按照国家标准中有关规定，汽车可分为载货汽车，越野汽车，自卸汽车，牵引汽车，专业汽车，客车，轿车等种类。汽车的基本组成是相同的，均由发动机，底盘，车身和电气设备四大部分组成，现代汽车将以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 燃机本身是无法解决的。为此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器。既可使驱动车轮的扭矩增大为发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的若干分之一。 变速器用于 改 变发动机 传到驱动轮上 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， 满足 驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。 随着汽车工业的不断发展，今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速， 同时使发动机在最有利的工 况范围内工作 。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。 变速器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 使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离 1。 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， 不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性，使汽车和发动机有良好的匹配性。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 车变速器研究状况、发展趋势及成果 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 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。 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 (称 。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 2。 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 (现了极大的热情，极度重视 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。 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 属带式无级变速箱 3 (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（ 奥迪 车上装备的金属带式无级变速箱 能传动 142193率， 280 Nm 扭矩。这是真正意义的无级变速器 4。 另一种摩擦传动 为 滚轮转盘式。日产把它装在概念车 款公爵 (也装用这种 与 3L 以上排量的大马力内燃机 (引擎输出为 330 Nm /194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 V 型金属带 到滚轮转盘式 擦传动 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平 5。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（ 汽车变速箱始终追逐的目标。 （ 2）摩擦传动 现大功率的无级变速传动是极为困难的。 （ 3）摩擦传动 动效率低是必然的。 （ 4）摩擦传动 效率，功率无法与齿轮变速相比。 2液力传动 6 人们经常把液力自动变速器（ 无级变速器（ 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（ 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 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 (称 和液力自动变速器（ 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。 4齿轮无级变速器 齿轮无级变速器（ 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 (称 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 7。 齿轮无级变速器的优势表现为： （ 1）传动功率大， 200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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 车变速器设计的目的和意义 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。 大家知道，汽车需要克服作用在它上面的阻力，才能起步和正常的行驶。即使在平坦的柏油路上，汽车以低速等速直线行驶，也需要克服约占汽车总质量 滚动阻力。 例如， 车，满载时总质量为 5360滚动阻力为 800N 左右。若需要满载汽车在坡度为 9%的道路上等速上坡行驶，仅上坡阻力就达 4824N。如果用发动机直接带动汽车驱动轮，则发动机需要发出 2050 Nm 的扭矩。而 车发动机的最大扭矩只有 205N m，此时，所产生的最大牵引力为 482N，和上坡阻力相差 10倍之多。显然，如此小的牵引力，不仅不能上坡行驶，即使在平坦的道路上也不能行驶。 另一方面， 车发动机，最大功率为 时曲轴的转速为 2800r/发动机和车轮直接相连，则对应于 该转速所换算的汽车速度，竟达到 458km/h。显然，这样高的车速是不能实现的。 上述发动机的扭矩、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本身是无法解决的。汽车发动机的转矩变化范围小，而多变的使用环境要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为此，在传动系中设置了变速器，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障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要，以适应汽车经常变化的行驶条件，并与发动机配合工作，使汽车具有良好的动力性和经济性。 既可使驱动车轮的扭矩增大为发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的若干分之一。 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，黑龙江工程学院本科生毕业设计 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。 汽车在某些情况下，如进出停车场或车库，或在较窄的路上掉头等需要倒向行驶。然而，汽车发动机不能倒转工作，因此在变速器设立倒档。此外，变速器还设有空档，可中断动力传递，以满足汽车暂时停止行驶和对发动机检查调整的需要。 车变速器的设计方法和研究内容 在本次设计中，由于是对传 统的变速器进行改进性设计，在设计中参考了一汽集团的 型货车的变速器，采用了锁环式同步器的换档方式 8。 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 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；后面 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。 本设计是依据现有生产企业在生产车型的变速器作为设计原型，在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，自己独立设计出符合要求的中间轴式五档变速器。其中本设计的重点部分是档位传动比的选择及计算依据、齿轮参数的选择计算及校核、二轴及中间轴的强度校核等。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 第 2 章 变速器的结构方案的确定 速器传动机构分析和布置方案 的设计 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 9。 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 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。 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，它具有轴和轴承黑龙江工程学院本科生毕业设计 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。 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 10。 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 啮合套或同步器方案换入倒档。 图 2倒档布置方案 图 2常见的倒 档 布置方案。图 2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 档 更为轻便，且能获得较大的倒 档 传动比。图 2示 方案针对图 2示方案的缺点做了修改，因而取代了图 2示方案。图 2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示方案。其缺点是倒 档 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。故采用 2案。 动机构布置中齿轮安排的分析确定 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 有人认为人们习惯于按档的高低顺序，由左到右或由右到黑龙江工程学院本科生毕业设计 左排列来换档。但是也有人认为应该将常用档位放在中间位置。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。否则，从安全角度考虑，将倒档与一档放在一起较好。 在五档变速其中，倒档与序列接合与不接合两者比较，前者在结构上可省去一个拨叉和一根变速滑杆，后者 的布置适当，则可使变速器的轴向长度缩短。 3提高平均传动效率 为提高平均传动效率，在三轴式变速器中，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。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。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小，故齿轮的偏载也小。 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。倒 档 的传动比虽然与一 档 的传动比接近，但因为使用倒 档 的时间非常短，从这点出发有些方案将一 档 布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒 档 。此时在倒 档 工作时，齿轮磨损与噪声在短时间内略有增加，与此同时在一 档 工作时齿轮的磨损与噪声有所减少。 综上所述，由于 本次设计的为中型货车变速器 ， 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 三 轴 五档 变速 器，并且五档为直接档。采用图 2倒档布置形式。 速器零、部件结构方案分析确定 轮形式 变速器齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮比较，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黑龙江工程学院本科生毕业设计 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) (式中： 2d 花键内径。 图 2速器齿轮尺寸控制图 为了减小质量，轮辐处厚度 应在满足强度条件下设计得薄些。图 3的尺寸 1。 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 内选用。 速器自动脱档机构形式分析确定 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示。这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿的 1 3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 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），使黑龙江工程学院本科生毕业设计 接合齿面产生阻止自动脱 档 的轴向力，如图 2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，为下面的设计过程作铺垫。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 第 3 章 变速器主要参数的选择 速器档位数目及各档传动比 速器档位数目的确定 对不同类型的汽车，具有不同的传动系档位数，其原因在于它们的使用条件不同、对整车性能要求不同、汽车本身的比功率不同。而传动系的档位数 的多少对汽车动力性、经济性影响很大。档数多，可以使发动机经常在最大功率附近的转速工作，而且发动机转速变化范围小，发动机平均功率高，故可提高汽车的动力性。即提高汽车 的加速能力和爬坡能力。档数多也增加了发动机在低油耗区工作的可能性，因而提高了汽车的燃料经济性。 档 数多少还影响相邻的低档与高档间传动比的比值。档数多，则此