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毕业设计（论文）任务书 学生姓名 尹爱东 系部 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 王 强 职称 讲 师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 基于 与 长城赛影轿车变速器设计 一、设计（论文）目的、意义 汽车变速器是汽车传动系的重要 组成部分 。由于汽油机额定转矩对应的速度范围很小，需要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化 ， 它是传动系的主要部件 ,它的性能对整车的动力性、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面都有十分重要的影响。设计 一款 好 的 变速器对 汽车的性能，安全性以及经济性有着重要 作用 。 手动机械变速器可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、传动效率高、故障率相对较低、物美价廉 ， 因此在市场上仍占有一席之地，开发手动机械变速器也适应当代世界经济的发展。 运用计算机仿真技术对 变速器 进行虚拟设计，在产品制造之前就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 1、设计内容 设计一款 长城赛影 轿车变速器， 外型尺寸 ( 510517851850 ； 标准发动机 ： 91大功率 ( 200 整 车 质量 ( 1670； 轴距 ( 3025； 轮距前 /后（ 1450/1430； 最高车速（ km/h）： 140 ； 最大扭矩 ( 190(2800 要求分析变速器的结构形式及工作原理，确定本设计变速器结构类型，完成变速器结构布置和总体设计，利用成总装配图和零部件设计，并进行校核计算，利用 完成 传动部分零件的三维建模并虚拟装配，利用 成关键轴和齿轮的有限元分析。 所设计变速器要求 具有良好的动力性与经济性 ， 换挡迅速、省力、方便 、 工作噪声低、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求 。 2、技术要求 （ 1） 变速器 总体方案设计； （ 2）利用 件完成 变速器 二维结构 及零件 设计 ； （ 3）校核计算； （ 4） 利用 软件完成 变速器传动部分 三维建模及虚拟装配 ； （ 5） 利用 件完成关键零件有限元分析。 三、设计（论文）完成后应提交的成果 （ 1）主要包括变速器方案设计、校核计算、二维及传动部分三维结构设计、有限元分析等方面的详细 设计说明书 1 套（ 字以上） ；（ 2） 变速器 二维总体结构图 1 张（ 、二维零件图及 三维模型图共折合 纸 。 四、设计（论文） 进度安排 （ 1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第 1 2 周 （ 2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2）确定总体方案 第 3 周 （ 3 月 14 日 3 月 20 日） （ 3） 变速器二维结构设计及校核计算 第 4 9 周 （ 3 月 21 日 5 月 1 日） （ 4） 传动部分三维总装配图设计 第 10 12 周（ 5 月 2 日 5 月 22 日） （ 5）关键零件的有限元受力分析 第 13 周 （ 5 月 23 日 5 月 29 日） （ 6) 撰写设计说明书 第 14 15 周（ 5 月 30 日 6 月 12 日） （ 7）设计说明书审核及修改 第 16 周 （ 6 月 13 日 6 月 19 日） （ 8）毕业设计答辩 第 17 周 （ 6 月 20 日 6 月 26 日） 五、主要参考资料 1 陈家瑞 上 ， 下册 ) M民交通出版社， 1994. 2 余志生 M械工业出版社， 2000. 3 王望予 四版） M械工业出版社， 2004. 4 高维山 M民交通出版社， 1990. 5 蔡炳炎 ， 徐勇 ， 林宁 J2005256 李君 ， 张建武 ， 冯金芝 ， 雷雨龙 ， 葛安林 状和展望 J 2000(03). 7 李水良 ， 闫守成 ， 杜迎慧 电控电执行器自动变速器的开发研究 J. 拖拉机与农用运输车 ,2010,(4). 8 陈文才 汽车变速器可靠性设计研究 J. 煤炭技术 ,2010,(9). 9 柴保明 ， 高学攀 ， 谷兴海 ， 高维金 基于 和 变速器联合仿真实现 J2010,(7). 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 :基于 与 长城赛影 轿车变速器设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 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 导教师姓名 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 基于 与 长城赛影轿车变速器设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 1、 研究 现状 汽车上的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。汽车变速器分为手动变速器（ 自动变速器（ 手动 /自动变速器，无极变速器（ 本课题 是设计长城赛影轿车变速器设计，长城赛影轿车为 5 档手动变速器。 传动系是汽车最重要的系统之一，如果把作为动力源的发动机比做汽车的心脏，那么作为传递动力的变速器可谓汽车的动脉，汽车变速器作为汽车传动系关键部位， 对汽车的动力性与经济性、操作可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有着直接的影响。从内燃机作为汽车的动力装置开始。变速器成为了汽车重要组成部分。现代汽车上广泛采用往复活塞式内燃机具有体积小、质量轻、工作可靠和使用方便等优点，但其转矩和转速范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在较大范围内变化，故 其性能与汽车动力性和稳定性之间存在较大的矛盾，这对矛盾靠现代汽车内燃机本身是无法解决的，因此在汽车传动系中设置变速器和主减速器达到减速增扭矩的目的。 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，通过换挡可以是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下。变速器的发展趋势越来越复杂，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来的主流。中国汽车变速器市场正处于高速发展期。 随着国民经济的高速发展，国内对汽车的需求也逐年稳定增长， 汽车的研制、生产、销售、营运与国民经 济许多部门都息息相关，对社会经济建设和科学技术发展起重要的推动作用。汽车的保有量随着国民人均收入水平的提高而增加。在许多发达国家中，汽车的数量已普及到千家万户，促使人的社会生活方式发生显著的变化。 1886 年，世界上诞生的第一辆汽车并未装有变速器，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动系中的主要总成。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。 2009 年中国汽车销售 1364 万辆，同比增长 2015 年汽车销售规模将达到 4000 万辆。在汽车行业市场规模高速增长的情况下，中国变速器行业面临着重大机遇。 2009 年我国汽车变速器市场规模达 520 亿元人民币，并且以每年超过 20%的速度增长，预计 2015 年有望达到 1500 亿元。由于近年来乘用车市场增长迅速，2007 年中国乘用车变速器需求量在 600 万件以上，其中大部分为手动变速器。手动变速器领域，国产品牌已占主导地位。 汽车行驶的 速度是不断变化的，尽管传统的齿轮变速器以其结构简单，效率高、功率大三大显著优点依然占领着汽车变速器的主流地位。机械式变速器许多最近的发展集中在降低成本和体积的新制造方法上。传统来说，变速器制造包含大量昂贵的机器，以及为金属切削加工和装配操作留下空间限制的设计。最新技术，比如在最新的 速器中可以看到的激光焊接冲压刚滑动齿轮选择器轴套，未替代前一代变速器的铸铁拨叉，这种精致而固定的设计方案可以减少对内部的伤害。伴随时代的发展，随着国家相关政策出台，欧及欧 放车型的发动机在今后几年将 占主导地位。随着排放标准的提高，一旦发动机输入扭矩增加、功率的提高成为必然。轿车的更新 换代势不可挡。同时为了响应国家在汽车行业制定燃料限值标准的政策，体现产品的环保意识，赶上节能、高效的潮流，提出了新型轿车变速器的研究。变速箱设计必须满足轻型轿车发动机布置的要求，即快速、大扭矩和低噪音，以及变速箱总成轴向长度较短等要求。以适应城际间和与周边地区间轻型轿车发展的需要。 中国的汽车市场，大部分还是停留在中低档的汽车，年产量也是巨大的，竞争是激烈的，在这个前提下，本课题要考虑设计变速器要有良好的动力性和经济性，造价 成本要低，使用舒适，维修方便，可靠性高。为了提高可靠性，本课题加入了 建模、虚拟装配，利用 件对零件进行有限元分析，为设计的可靠性进行模拟仿真，对设计的零件进行强度、刚度、稳定性能进行研究分析，是设计出的变速器有更高的可靠性。 美国 司旗下的重要产品。是一款集 能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要的地位，而且是当今世界机械 现今最成功的 件之一。目前已发布了野火版 拥有参数化设计和特征功能、单一数据库、全相关性、基于特征的参数造型、数据管理、装配管理和易于使用的特点，在汽车工业设计过程中有着很有用的地位。像在本课题中就可以完成将设计出的各个零件进行模拟实体化，并可以将其进行模拟装配，更可以直观的看到所设计的模拟模型，进而对其的外观进行美化，设计是否合理进行直观的观察。 件是融合结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 发。它能与多数 件接口 ，实现数据的共享和交换，如 ，是现代产品设计中的高级 具之一。 件可以对已有的模拟模型进行各种模拟场合或负载的实况模拟，如：结构静力分析、机构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析。在本课题中会涉及到设计的零件静力分析和在模拟装配后的动力学分析。 本设计中引入了 和 件，是结合现在的设计生产技术。二者的结合，可以快捷而有效的提高设计的可靠性和安全 性。虽然是理论的模拟，但在其中也可以发现很多在设计过程中考虑不完全的地方，发现设计缺陷，及时更正设计不足，可以完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量效率，减少设计的检查费用，为生产实际提供理论支持。 2、目的和意义 汽车变速器是汽车传动系的重要组成部分。本课题的选题目的是分析变速器结构形式及工作原理，确定变速器的结构类型，利用 件进行二维结构及零件设计， 软件完成变速器传动部分的三维建模和虚拟装配，利用 件完成零件有限元分析。变速器要求具有良好的动力性与经济性，手动变速器 要遵循驾驶者的意志，且结构简单，传动效率高，故障率相对较低，物美价廉，这样才能使产品在市场上占有一席之地。运用以上三种软件，进行计算机仿真技术对变速器进行虚拟设计，在产品制造之前就可以发现并及时更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 1、设计主要内容 设计一款长城赛影轿车变速器， 外型尺寸 ( 510517851850 ； 标准发动机 ： 91大功率 ( 200 整 车 质量 ( 1670； 轴距 ( 3025； 轮距前 /后（ 1450/1430； 最高车速（ km/h）： 140 ； 最大扭矩 ( 190(2800对变速器的结构形式和工作原理进行分析，确定本设计变速器结构类型，对变速器结构布置确定，完成变速器的总体设计，利用 成总装配图和零部件设计，并进行校核计算，利用 完成传动部分零件的三维建模并虚拟装配，利用 成关键轴和齿轮的有限元分析。所设计变速器要求 具有良好的动力性与 经济性 ， 换挡迅速、省力、方便 、 工作噪声低、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求 。 2、 拟解决的主要问题 （ 1）变速器总体方案设计； （ 2）变速器二维结构及零件设计； （ 3）校核计算； （ 4）变速器传动部分三维建模及虚拟装配； （ 5）关键零件有限元分析。 三、技术路线（研究方法） 确定变速器整体设计方案，利用 件完成变速器二维结构及零件设计并进行校核计算，利用 软件完成变速器传动部分三维建模及虚拟装配，利用 件对关键零件进行有限元分析。具体技术路线如下图所示： 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、进度安排 （ 1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第 1 2 周 （ 2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2）确定总体方案 第 3 周 （ 3 月 14 日 3 月 20 日） （ 3） 变速器二维结构设计及校核计算 第 4 9 周 （ 3 月 21 日 5 月 1 日） （ 4） 传动部分三维总装配图设计 第 10 12 周（ 5 月 2 日 5 月 22 日） （ 5）关键零件的有限元受力分析 第 13 周 （ 5 月 23 日 5 月 29 日） （ 6) 撰写设计说明书 第 14 15 周（ 5 月 30 日 6 月 12 日） （ 7）设计说明书审核及修改 第 16 周 （ 6 月 13 日 6 月 19 日） （ 8）毕业设计答辩 第 17 周 （ 6 月 20 日 6 月 26 日） 五、 参考文献 1 陈家瑞 上 ， 下册 ) M民交通出版社， 1994. 2 余志生 M械工业出版社， 2000. 3 王望予 四版） M械工业出版社， 2004. 4 高维山 M民交通出版社， 1990. 5 李华敏 ,李瑰贤 M2007. 6 丁志伟 ,李明 火版 件设计完全手册 M2007. 7 王金龙 ,王清明 ,王伟章 有限元分析与范例解析 M2010. 8 绪云，吴光强范睿 J电气传动 37(2)： 47 49， 56 9 蔡炳炎 ， 徐勇 ， 林宁 析 J2005， (4)： 1910 李君 ,张建武 ,冯金芝 ,雷雨龙 ,葛安林 状和展望 J 2000(03)： 111 李水良 ,闫守成 ,杜迎慧 J2010,(4)： 626. 12 陈文才 汽车变速器可靠性设计研究 J2010,(9)： 31 13 柴保明 ， 高学攀 ， 谷兴海 ， 高维金 和 变速器联合仿真实现 J2010,(7)： 22214 i al 999,6(3):51615 , , . of . 002, 37(5): 359 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 - 1 - 目 录 摘要 . 第 1 章 绪论 1 车变速器的概述 1 车变速器的现状和发展 2 设计的内容和方法 5 计内容 5 计方法 6 第 2 章 变速的结构方案和确定 7 速器主要参数的选择 7 速器的功用及设计要求 7 速器传动机构分析和布置方案的设计 8 轴式变速器的特点分析 8 间轴式变速器的特点分析 8 档的布置方案 8 速器零、部件结构方案分析确定 9 轮形式 9 速器自动脱档机构形势分析确定 10 章小结 10 第 3 章 变速器齿轮的设计及校核 11 速器档位数目及格挡传动比 11 需数据 整理 11 定主减速比 11 定一档传动比 12 定格挡传动比 13 定变速器中心距 13 速器齿轮参数的确定 14 轮齿数选择条件 14 轮模数选择 15 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 2 - 力角 15 旋角 15 宽 15 顶高系数 16 轮的修正 16 速器格挡齿轮齿数的分配 17 档齿轮参数确定 17 档齿轮参数确定 19 档齿轮参数确定 21 档齿轮参数确定 23 档齿轮参数确定 25 档齿轮参数确定 27 轮的材料选择 29 轮的坏损形式及避免措施 29 轮的材料选择 30 算各轴的转矩 31 轮的强度计算 32 齿的弯曲应力 32 齿的接触应力 33 挡齿轮的强度计算 34 算格挡齿轮的受力 40 章小结 42 第 4 章 轴的设计及校核 43 的设计 43 的功能用及其设计要求 43 的结构设计 43 的尺寸 44 的强度校核 44 承校核 51 入轴轴轴承寿命校核 51 出轴轴承的校核 53 章小结 54 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 3 - 第 5章 变速器传动机构的三维建模及有限元分析 件介绍 55 软件介 绍 55 件简介 55 动机构的建模 55 的建模 55 档齿轮的建模 56 动机构虚拟装配 58 58 章小结 61 结论 62 参考文献 63 致谢 64 附录 6 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 4 - 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 件画出变速器的装配图和零件图，并用 软件进行三维建模，用 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 5 - is is is an of is to in in so of to to To do so we is of is to of of a of of to to to of a of of AD 3d of of of of 3d 龙江工程学院本科生毕业设计 - 6 - 第 1 章 绪论 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 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 表黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 7 - 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。 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 (车迅速增加。为解决 耗高、动力性能低的问题，汽车厂商为 计可供选择的多种使黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 8 - 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 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 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 (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 汽车变速器是 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 现积极，汽车业界非常重视 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 (电控液力自动变速器 (金属带 (链 )式无级变速器 (电控机械式自动变速器(双离合器变速器 (环形锥盘滚轮牵引式无级变速器 ( 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。 扭器中的自动变速器油 (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 (速箱公司开发的电控机械自动变速器 (克服了 率低等缺点，与 比，具有更大的发展优势。可是， 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 最新 速自动变速器 6可称得上是世界上最先进的液力自动变速器 (。 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 9 - 都是四速的，即有 4 个前进挡。 6有 6 个前进挡，齿数比分别是 1 2 挡 3 挡 4 挡 5 挡 6 挡 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， 6具有很多独有的特殊绝技： 驾驶换挡控制系统（ 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 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（ 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（ 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， 配备了性能卓越的 坡 刹车辅助系统 。 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 速器却打破了这一常规，将无级自动变速器 (宽到了大排量、中高档车领域。 传统的 核心是数比变换器，由两组轮盘组和一条张紧的链条组成。 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 样的大型车的要求。 利用了湿式多 片式离合器 ，取代了以前传统 普通自动变速器车上的液压变矩器。这种离合器和 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。 液压控制系统 也作了优化，它内部有两个 活塞 ，而且高压黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 10 - 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 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 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 (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。 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。 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 11 - 强度进行校核。 （ 4） 轴的基本尺寸 的确定及强度计算。 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 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。 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 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 理计路线流程 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 12 - 第 2 章 变速的结构方案和确定 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 示： 表 城赛影轿车 整车主要技术参数 发动机最大功率 轮型号 235/75动机最大转矩 190N m 最大 功率 时转速 4500 r/大转矩时转速 3000r/高车速 140km/h 总质量 1670速器形式 手动五档 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、传动比范围和各黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 13 - 挡传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小，变速器传动比范围越大。 速器传动机构分析和布置方案的设计 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。 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。 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；按其轴中心黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 14 - 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，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 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 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 点是换挡程序不合理。 图 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 档齿轮做成一体，将其齿宽加长。 图 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 档布置方案 速器零、部件结构方案分析确定 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，黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 15 - 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 求尺寸 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 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 1 3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 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。 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 16 - 第 3 章 变速器齿轮的设计及校核 速器档位数目及格挡传动比 需数据整理 最高车速：40Km/h 发动机功率：矩：90质量： 670矩转速： 800 3200r/ 000r/率转速： np/200 4600r/ 500 车轮： 235/75 r R=15 10/2+235= 确定主减速比 初选传动比： 设五挡为直接挡，则5.8 （ 式中：最高车速 发动机最大功率转速 r 车轮半径 变速器最大传动比 0i 主减速器传动比 0i =1401 =龙江工程学院本科生毕业设计 - 17 - 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 20e m a 汽车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为 s in c o m a x g （ 即， 01s s 式中： G 作用在汽车上的重力 ， ， m 汽车质量， g 重力加速度， =1670 6366N； 发动机最大转矩， 0i 主减速器传动比，0i= T 传动系效率 ， T =86%（取值在 85%90%）； r 车轮半径， r = f 滚动阻力系数，对于货车取 f = 爬 坡度，取 = 16366 (+)/190 满足附着条件。 g 01 （ 在沥青混凝土干路面， = =116366/190 龙江工程学院本科生毕业设计 - 18 - 由 得 又因为乘用车1 所以，取1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： 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： 由 q=以，表 其他各挡传动比为： 表 档传动比 一档 二档 三挡 四档 五档 定变速器中心距 对二轴式变速器，是将输入轴与输出轴之间的距离称为变速器中心距 A；对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴之间的距离称之为 变速器中心距。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积和质量大小有影响，而且对轮齿的接触强度有影响。中心距较小，轮齿的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证齿轮有必要的接触强度来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置变速器的可能与方便和不因同一垂直面上两轴承安装在壳体上，从布置变速器的可能与方便和不因同一垂直面上的两轴承孔之间的距离过小而影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。此外，受一档小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要取大些。还有，变速器中心距取得过小，会使变速器长 度增加，并因此使轴的刚度被削弱和使齿轮的啮合状态变坏。 初选中心距时，根据下述经验公式 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 19 - 3 1m a x （ 式中： A 变速器中心距（ 中心距系数，乘用车： 1i 变速器一挡传动比， 1 g 变速器传动效率，取 96% ； 发动机最大转矩， 则， 31m a x = 3 %9641 9 0) = 初选中心距 A =82 速器齿轮参数的确定 轮齿数选择条件 确定变速器齿轮齿数时，应考虑： （ 1）尽量符合动力性、经济性等对 各档传动比的要求； （ 2）最少齿数不应产生根切； （ 3）互相啮合的齿轮，齿数间不应有公因数速度高的齿轮更应注意这点；（ 4）齿数多，可降低齿轮传动的噪音。 轮模数选择 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。 轿车模数的选取以 发动机排量作为依据，由表 取各档模数为75.2由于轿车对降低噪声和振动的水平要求较高，所以各档均采用斜齿轮。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 20 - 表 车变速器齿轮的法向模数 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。 对于轿车，为了降低噪声，应选用 15、 16、 小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用 25等大些