变速器设计说明书.doc

汽 车 设 计五档手动变速器齿轮传动机构设计学生姓名：杨豪杰、谢伟超、牟如意、杨奎、唐恒、陈小会专业班级：交通运输（车辆工程）2010级3班指导教师：宋百玲 副教授学 院：交通学院2013年6月2010级汽车设计课程设计任务书（指导教师：宋百玲）一、题目：五档手动变速器齿轮传动机构设计二、设计内容和要求：1根据表1提供的数据，确定变速器的结构形式和结构尺寸，注意汽车设计规范； 2按变速器设计的要求进行设计参数的选择和计算，完成各部件的强度校核；3要求设计的变速器传动机构结构紧凑，各零部件布置合理；4在完成参数的计算和选择后，按照规定的格式规范撰写设计说明书；5应用CAD软件绘制变速器齿轮传动机构的装配图和零件图，并遵守制图规范；6设计分组进行，每组由组长负责，设计由组内同学分工合作完成；7设计成绩按组及个人答辩情况分级评定；8设计中遇到问题时及时向指导教师汇报。三、设计基本资料：整车整备质量：1680kg ，主减速比4.55，排量2.0L，最大功率108KW/5700r/min最大扭矩200N/4500r/min，最高车速200km/h，轮胎型号205/60/R16四、完成内容:1绘制零件图和装配图，图纸总量不少于2张A0图纸（装配图A0）；2编制设计计算说明书1份，字数为3000字以上；3课程设计总结一份，要求注明组内成员的分工及工作量，字数不限。五、参考文献1 王丰元，马明星汽车设计课程设计指导书中国电力出版社，20092 成大先机械设计手册3 徐石安汽车构造底盘工程清华大学出版社，20084 汽车工程手册机械工业出版社5 陈家瑞汽车构造（下册）人民交通出版社6 王望予汽车设计机械工业出版社,2006五档手动变速器齿轮传动机构设计摘要本设计是在给定发动机输出转矩、转速及最高转速、最大爬坡度等条件下，对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算。首先简单地叙述了机械式变速器的功能和设计要求，然后研究了机械式变速器的基本结构和变速原理，最后进行计算，确定了变速器齿轮、轴等结构参数、工作原理、轴承的选用和使用寿命计算等。该变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本低、工作可靠、生产制造技术成熟和维修容易等优点。关键词：变速器，结构设计。 摘要1 绪论11.1机械变速器的发展概况11.2变速器的功用和要求12 齿轮计算与校核32.1变速器的档位数和传动比32.2变速器齿轮参数的确定32.2.1中心距:32.2.2齿轮模数:32.2.3压力角:42.2.4齿轮螺旋角:42.2.5齿宽:42. 2.6各档齿轮齿数的分配:42.2.7齿轮分度圆直径:63 变速器齿轮校核73.1输入轴常啮合齿轮校核83.2中间轴齿轮校核83.3输出轴齿轮校核94 轴的校核计算114.1 变速器轴类零件的设计计算114.2轴的强度计算：114.2.1输出轴114.2.2中间轴155 轴承的选用与寿命计算175.1输出轴后端轴承175.2输入轴后端轴承185.3中间轴前端轴承185.4中间轴后端轴承19结论20参考文献211 绪论变速器是用于改变发动机传到驱动轮上的转矩及转速，目的是在起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。变速器设有空挡，可在启动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器还设有倒档，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，变速器还有动力输出功能。因此，变速器的性能直接影响汽车的动力性和经济性。1.1机械变速器的发展概况汽车机械式变速器经过多年的研究和发展，已经积累了相当的设计和生产经验，形成不少定型的产品。现代商用车大都采用三轴式机械变速器，乘用车大都选用二轴式机械变速器。在变速器上广泛采用斜齿轮常啮合齿轮传动，用同步器换挡。1.2变速器的功用和要求变速器的功用是：根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机的扭矩和转速，使汽车具有适合的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离，变速器具有倒档和空档。在有动力输出需要时，还应有功率输出装置。对变速器的主要要求是：1） 应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。2）工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。3）重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。4）传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。5）噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。2 齿轮计算与校核2.1变速器的档位数和传动比 为了使发动机在最有利的转速范围内工作，变速器各档传动比之间的关系基本是几何级数，故相邻档传动比比值就是几何级数的公比。（1）r=(0.20560+160.02540.5)m=0.3262m (2-1) (2-2) 初选ig1=3.325 (2)初选 imin=0.753 (3) q=1.45 (2-3)按近似等比数列分配传动比表2-1 传动比分配一档二档三档四档五档倒档3.312.021.347810.7713.21 2.2变速器齿轮参数的确定2.2.1中心距: (2-4)KA=9 =200Nm，igz=3.325,=0.96A=77.9mm78mm2.2.2齿轮模数:斜齿轮法向模数mn=2.5 。2.2.3压力角:取=162.2.4齿轮螺旋角:初选用螺旋角为302.2.5齿宽:b=Kcmn 直齿轮取Kc=4.47.0，斜齿轮KC=7.08.6，mn:法向模数斜齿b=82.5=20mm第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。取b=22mm2. 2.6各档齿轮齿数的分配: 图2-1 变速器挡位布置图(1)一档齿轮齿数，已知档传动比ig1 (2-5)52 即z9+z10=52 取z10=15 (2-6)z9=53-z10=37 （2） 修正中心距A=77.978 (2-7)（3）确定常啮合传动齿轮副的齿数 z1=23,z2=31与3.31相差不大 (2-8) 2=30.07(4) 确定其他档位的齿轮齿数二档, z8=23,z7=35 (2-9) ig2=与2.02相差不大 8=21.64三档，A= 6=26.18， Z5=28,Z6=28,ig3=1.35与1.34相差不多 五档 ，A= 4 =31.86 ，Z3=19，Z4=34，ig5=0.753与0.771相差不多 倒档为了防止干涉，齿轮11与齿轮12的齿顶圆间应保持0.5以上的间隙。 （2-10）取倒档齿轮齿数Z13=22，分配齿数Z11=15，Z12=36 iR=3.235与3.21相差不多。倒档轴与中间轴的中心距 A=52.5mm倒档轴与第二轴的中心距 A=82.5mm2.2.7齿轮分度圆直径:分度圆直径：斜齿轮。由此，齿轮分度圆直径表所示：表2-2 齿轮分度圆直径（mm）一档二档三档五档倒档常啮合齿轮输出轴11194785610266输入轴数4562781004290倒档轴62.53 变速器齿轮校核斜齿轮弯曲应力: （3-1）直齿轮弯曲应力： （3-2）式中： 接触应力：, （3-3） 式中： 3.1输入轴常啮合齿轮校核弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件3.2中间轴齿轮校核一档齿轮弯曲应力: 符合条件 接触应力： 符合条件 二档齿轮弯曲应力： 符合条件接触应力： 符合条件 三档齿轮弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件 五档齿轮弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件 倒档齿轮弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件3.3输出轴齿轮校核一档齿轮弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件 二档齿轮弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件三档齿轮弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件 五档齿轮弯曲应力： 符合条件接触应力： 符合条件 (5) 倒档齿轮弯曲应力： 符合条件 接触应力： 符合条件 (6)中间轴长啮合齿轮弯曲应力： 符合条件接触应力： 符合条件4 轴的校核计算4.1 变速器轴类零件的设计计算壳体轴向尺寸为（3.03.4）A=3.278mm=250mm轴的直径第一轴花键部分d 的初选： （4-1）（K的范围44.6）(3)轴的直径d与跨度l的关系：第一轴及中间轴d/l=0.16至0.18第二轴d/l=0.18至0.21第二轴与中间轴的最大直径d可根据A初选d=(0.450.60)A=0.5A=50mm4.2轴的强度计算：4.2.1输出轴轴的许用应力： （4-2） 式中： 轴出轴受力分析如图3-1： 图3-1轴出轴受力分析(1)一档 刚度条件： (4-3) (4-4) , (4-5) a=190.2mm, b=89mm, d=50mm 垂直方向： (4-6) 水平方向： (4-7) 转角： (4-8) 全挠度： 刚度合格 (4-9) 式中： 强度条件： 图3-2 轴的受力图向B点取矩，得： 向C点取矩，得： 弯矩图： 图3-3 弯矩图 强度合格(2) 倒档 , 垂直方向： 水平方向： 转角： 全挠度： 许用应力 强度合格(3) 二档 合格（4） 三档 合格（5）五档 合格4.2.2中间轴 中间轴受力分析如图3-4 图3-4中间轴受力图（1） 一档 刚度条件：中间轴上各档齿轮受力与二轴上相对应各档齿轮受力大小相等，方向相反。 , , a =222.48mm, b=95.52mm , d=40mm 垂直方向： 水平方向： 转角： 全挠度： 强度条件： 图3-5 垂直方向受力分析 图3-6水平方向受力 可得到a1=222.48mm,b1=95.52mm,a2=292.48mm,b2=25.52mm 合格（2） 二档 （3） 三档 （4） 五档 （5） 倒档 5 轴承的选用与寿命计算5.1输出轴后端轴承选用圆锥滚子轴承30208 ， （5-1）式中： (1) 一档时:二轴一档齿轮受力：, a=190.2mm, b=89mm, L=279.2mm对A点取矩：对B点取矩： 轴向载荷计算：内部轴向力 查表得e=0.392 ,X=0.44, Y=1.423 考虑轴承工作中有轻微冲击，。 二轴一档转速：所以 条件符合(2) 二档时:同理 条件符合(3) 三档时：同理 条件符合(4) 五档时：同理 条件符合(5) 倒档时：同理 条件符合5.2输入轴后端轴承选用圆锥滚子轴承30208,Ft=6597.94N,Fr=2201.44N,Fa=3925.36NP=4001.44N，n=4800r/min所以 条件符合5.3中间轴前端轴承选用圆锥滚子轴承30206 (1) 一档时： 条件符合(2) 二档时： 条件符合(3) 三档时： 条件符合(4) 五档时： 条件符合(5) 倒档时： 条件符合5.4中间轴后端轴承选用圆锥滚子轴承30207 (1) 一档时： 条件符合(2) 二档时： 条件符合(3) 三档时： 条件符合(4) 五档时: 条件符合(5) 倒档时： 条件符合结论本设均采用常啮合斜齿轮，因为斜齿轮比直齿轮有更长的寿命、更低的噪音。着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸、轴承选用等进行设计计算，同时对各结构件进行分析设计，合理设计，以达到设计要求，并且尽可能使其结构简单、制造容易。主要完成的工作有：（1） 通过对各档的传动