CC1021PS05汽车变速器的设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计1摘 要本次设计的题目是长城皮卡三轴式变速器设计。变速器由变速器传动机构和操纵机构组成，其基本功用是改变传动比，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的工况下工作;在发动机曲轴旋转方向不变的前提下使汽车能倒退行驶；利用空挡中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出。采用中间轴式变速器，该变速器具有两个突出的优点：一是其直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小；二是在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得较大的一档传动比。这台变速器具有五个前进档和一个倒档，并通过锁环式同步器来实现换档。本设计论述了变速器的总体结构，在设计中完成了各挡齿轮和轴的计算和校核及键词：变速器;锁环式同步器;传动比;齿轮;设计黑龙江工程学院本科生毕业设计2of of is in to to in In of of is of to in of 摘要.汽车变速器概述.汽车变速器设计的目的和意义.汽车变速器国内外现状和发展趋势.4第2章变速器主要参数的选择和齿数分配.设计所依据的主要技术参数.各档齿轮齿数的分配.本章小结.计算各档齿轮的受力本章小结.轴的强度计算.轴承及轴承校核.本章小结.同步器的设计选用.变速器箱体的设计.本章小结.61参考文献.62致谢63黑龙江工程学院本科生毕业设计5第1章绪 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。变速器由传动机构和变速机构组成，可制成单独变速机构或与传动机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用行星齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和离合器等。滑移齿轮有多联滑移齿轮和变位滑移齿轮之分。用三联滑移齿轮变速，轴向尺寸大；用变位滑移齿轮变速 ，结构紧凑 ，但传动比变化小。离合器有啮合式和摩擦式之分。用啮合式离合器时，变速应在停车或转速差很小时进行，用摩擦式离合器可在运转中任意转速差时进行变速，但承载能力小，且不能保证两轴严格同步。为克服这一缺点，在啮合式离合器上装以摩擦片，变速时先靠摩擦片把从动轮带到同步转速后再进行接合。行星齿轮传动变速器可用制动器控制变速。变速器广泛用于机床、车辆和其他需要变速的机器上 。 机床主轴常装在变速器内，所以又也叫主轴箱，其结构紧凑，便于集中操作。在机床上用以改变进给量的变速器称为进给箱。汽车变速器是通过改变传动比,改变发动机衢州的转矩,适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。通俗上分为手动变速器(自动变速器(手动/自动变速器,无级式变速器。汽车变速器一般由前箱体和后箱体组成。变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。国汽车工业经过了50多年的发展，已经成为我国的支柱产业。随着改革开放的深入和社会发展的广泛需求，我国汽车工业发展迅速，汽车保有量逐年上升，保持了较高的增长速度。汽车是重要的交通运输工具，其设计和制造水平是各国科学技术发展水平的重要标志。汽车工业是资金密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。世界各个工业发达国家就会无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。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。汽车也是社会物质生活发展水平的标志。汽车的保有量随着国民黑龙江工程学院本科生毕业设计6人均收入水平的提高而增加。在许多发达国家中，汽车的数量巨大并以普及到千家万户，进而促使人们的社会生活方式发生了显著地变化。1886年，世界上诞生的第一辆汽车并未安装变速器，直到1902年菜由法国人早出了第一部装有变速器的汽车。目前，巨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，其机构简单、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。犹豫汽车上防范采用活塞式内燃机，其转矩和转速变化范围较小，儿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唱的时间里，依然会在我国轻中型货车传动系中占据主导地位。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，减少了试验费用，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，似的产品开发周期很长，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已开发的着多国家和部门都对其进行了大量的研究和试验，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机为应用应用的集成化系统。美国的主要目标就是建立完善的国汽车工业最早最早应用了国通用汽车公司、福特汽车公司等都已广泛应用们将结构、刚度、刚度等计算、三维实体造型应用于汽车设计。市场响应速度提高，从而大大地提高了他们竞争力，为他们带来了巨大的经济效益。他们应用的、外的这些汽车公司已有涉及各公司的标准和技术规范及试验都很黑龙江工程学院本科生毕业设计7保密。与国外相比，我过的汽车工业在展比较慢。目前一些高校和大中型企业已开始进行产品的改进设计、设计后的计算机绘图及有限元分析等方面已陆续区的一些效果。但总的来讲国内工厂多数是以来传统的设计方法经验类比法，对引进产品主要是测绘仿制，难以满足现代汽车工业的客观要求。采用现代设计方法，是提高自行设计、消化吸收和国产化的极其重要手段。着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，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，使变速器技术得到了飞速的发展。机械师变速器是目前使用最为广泛的汽车变速器。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，如果能改善机械师变速器上述的缺点，他还是有很大的发展空间的。如果在减小机械师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。变速器用来改变发动机传动到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种工况下，是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矿范围内工作。变速器设有空档，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。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，机械式变速器还有动力输出功能。挡数超过6挡时，可以在6挡以下的主变速器的基础上，再行配置副变速器，通过两者的组合获得多挡变速器。近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，乘用车一般采用4动机排量大的乘用车多用5个挡。商用车变速器采用4挡变速器多用于总质量大些的货车和越野车上某些汽车的变速器，设置有用在良好的路面上轻载或空车驾驶的场合的超速挡，超速挡的传动比小于1。采用超速挡，可以提高汽车的燃油经济性。但是如果发动机功率不高，则超速挡使用频率很低，节油效果不显著，甚至影响汽车的动力性。从传动机构布置上来说，目前，两轴式和三轴式变速器都得到了广泛的应用。其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。三轴式变速器的第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。黑龙江工程学院本科生毕业设计8将第一、第二轴直接连接起来传递转矩则称为直接挡。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也仅传递转矩。因此，直接挡的传动效率高，磨损及噪声也最小，因为直接挡的利用率要高于其它挡位，因此提高了变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴和第二轴之间的距离（中心距）不大的情况下，一挡仍有较大的传动比；挡位高的齿轮采用长啮合齿轮传动，挡位低的齿轮可以采用或不采用长啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其它挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。手动变速器的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮有更长的寿命、更低的噪声，虽然其制造稍微复杂且在工作时有轴向力。因此，在变速器中，除低挡及倒挡齿轮外，直齿圆柱齿轮已被斜齿圆柱齿轮所取代。当然，常啮合齿轮副的增多将导致旋转部分总惯性力矩的增大。1）保证汽车有必要的动力性和经济性（2）设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。（3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。（4）设置动力学输出装置，需要时能进行功率输出。（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、乱挡及换挡冲击等现象发生。（7）变速器应当有高的工作效率。（8）变速器的工作噪声低。除此之外，变速器还应当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，这与变速器的挡数、传动比范围和各档传动比有关。汽车工作的条件越复杂、比功率越小，变速器传动比范围越大。过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变速器。本文主要完成下面一些主要工作：黑龙江工程学院本科生毕业设计91、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、各挡齿轮齿数的分配；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、变速器箱体的设计黑龙江工程学院本科生毕业设计10第2章 高车速： 140Km/h；发动机功率： 100矩： 200质量：740矩转速：500r/轮：235/70rR=160/2+35=变速器各挡传动比的确定初选传动比：设五挡为直接挡，则 51 最高车速发动机最大功率转速r 车轮半径变速器最小传动比0i 主减速器传动比 （2500=35005000r/4000r/9549 （式中=龙江工程学院本科生毕业设计11所以， 9549 200 100) =ag 140 = 0i 6时，取 =90%， 0i 6时， =85%。轿车 1g =96%， T = g =90%96%=大传动比 1选择：满足最大爬坡度。根据汽车行驶方程式 20车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为 g （， 01 式中：G作用在汽车上的重力， ，m汽车质量，g重力加速度，=17407052N；发动机最大转矩， i 主减速器传动比， 0i = 传动系效率， T =r车轮半径，r =f 滚动阻力系数，对于货车取 f =爬坡度，取 =% ）（足附着条件。 r g 01在沥青混凝土干路面，= % =1因为轻型商用车 1以，取1其他各挡传动比的确定：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：41 ， 32 ， 23 ， 41n 1 4 3q =3 2q =4q =根据下述经验公式3 1 （中：A变速器中心距（中心距系数，乘用车： 用车： 9.0；发动机最大转矩（1i 变速器一挡传动比， 1黑龙江工程学院本科生毕业设计13g 变速器传动效率，取96% ；发动机最大转矩， 则， 3 1= 3 %( =选中心距A=80小质量比减小噪声更重要，故齿轮应该选用大些的模数；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数。啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。其取值范围是：乘用车和总质量 质量 取较小的模数值可使齿数增多，有利于换挡。 车变速器齿轮法向模数车型 乘用车的发动机排量V/L 货车的最大总质量 14.0 汽车变速器常用齿轮模数一系列 、压力角黑龙江工程学院本科生毕业设计14理论上对于乘用车，15、16、小些的压力角；对商用车，25等大些的压力角。国家规定的标准压力角为20，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20。旋角实验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时，应力求使中间轴上同时工作的两对齿轮产生的轴向力平衡，以减小轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一样的。为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，可将螺旋角设计成一样的，或者仅取为两种螺旋角。货车变速器螺旋角：1826初选一挡斜齿轮齿轮螺旋角为24，其余挡斜齿轮螺旋角24。宽c ， 齿宽系数，齿 ， 用啮合套或同步器换挡时，其接合齿的工作宽度初选时可取为244、齿顶高系数在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。应该注意的是，各挡齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。车可在1217之间选用，最小为1214，取 10Z =13，一挡齿轮为斜齿轮。一挡传动比为 101 921g （了求9Z ， 10Z 的齿数，先求其齿数和 斜齿 nh （ 3 22 =Z = 10Z =50中心距，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的 齿轮变位系数重新计算中心距A ，再以修正后的中心距n0 = 7134 ）（ =2一挡齿轮进行角度变位：端面啮合角 t ： t =n /0t =合角 ,t ： t = t =位系数之和 n t, 黑龙江工程学院本科生毕业设计16= 计算精确值：A= 10 挡齿轮参数：分度圆直径 109n9 m =337/m =313/ yh =yh =（ =（3= = h = h =h =9 = =99 2 ff = ff =0399v = =定常啮合传动齿轮副的齿数由式（出常啮合传动齿轮的传动比9101 （龙江工程学院本科生毕业设计17= = 2 21n （2.7）21 = 3 24=（ 1Z =2Z =Z =21， 2Z =29，则：101 921g = 1321 3729 =1论中心距 2 21 = 249213 =t =n /t =面啮合角 A = t变位系数之和 n tt 21n = 2012921 计算精确值：A= 2 啮合齿轮数：黑龙江工程学院本科生毕业设计18分度圆直径 211 = = yh =（1+）3= yh =（）3=（ =（3= = h =（1+3= h =（1+3=h =1 = =11 2 ff = ff = = =定其他各挡的齿数（1）二挡齿轮为斜齿轮，模数与一挡齿轮相同，初选 8 =2481 722 （1287 = =8 87n （2.9）n 887 = 3 24 =（ 7Z =8Z =Z =33， 8Z =17则， 81 722 = 1721 3329 =2论中心距 8 87 =t =n /t =面啮合角 A = t变位系数之和 n t, 8 = = 的精确值： 8 87n 8 =挡齿轮参数：分度圆直径 877 = = yh = yh =（ = = h = h =h =7 = =77 2 ff = ff =377v = =）三挡齿轮为斜齿轮，初选 6 =2021365 （ 29212=6 65n （式（ 5Z =6Z =Z =30， 6Z =2161 523 黑龙江工程学院本科生毕业设计21= 2121 3029=3i =论中心距 6 65 =t =n / =面啮合角A = t变位系数之和 n t, = = 的精确值： 6 65n 6 =挡齿轮参数：分度圆直径 655 = = yh = yh =（ = = h = h =h =5 = =55 2 ff = ff =355v = =）四挡齿轮为斜齿轮，初选螺旋角 4 =2221443 （ =4 43n （ 3Z =4Z =整 3Z =26， 4Z =25则： 41 324 = 2125 2926=4i =龙江工程学院本科生毕业设计23理论中心距 4 43 =t =n / =面啮合角 A = t变位系数之和 n t, = = 的精确值： 4 43n 4 =挡齿轮参数：分度圆直径 433 = = yh = yh =（ = = h = h =h =3 = =33 2 ff = ff =333v = =定倒挡齿轮齿数倒挡齿轮选用的模数与一挡相同，倒挡齿轮13Z 的齿数一般在2123之间，初选12Z 后，可计算出中间轴与倒挡轴的中心距 ，A 。初选 13Z =21， 12Z =13，则： 131221 = 1321321 =51齿轮11的齿顶圆直径 11为 112 121211 2823(13+2)1=118 e= 31182= 11Z =31计算倒挡轴和第二轴的中心距A黑龙江工程学院本科生毕业设计25 2 1113, = 2 21383 =311121312 倒= 211321 382129 = ，查表得11313111113 ，查表得111 =383=114 212 133=39 313 213=63 1*h 2*h =3*h = 1h =2h =3h =h =111 = = =11111 2 ff = = =章小结本章首先根据所学汽车理论的知识计算出主减速器的传动比，然后计算出变速器的各挡传动比；接着确定齿轮的参数，如齿轮的模数、压力角、螺旋角、齿宽、齿顶高系数；介绍了齿轮变位系数的选择原则，并根据各挡传动比计算各挡齿轮的齿数，根据齿数重新计算各挡传动比，同时对各挡齿轮进行变位。黑龙江工程学院本科生毕业设计27第 3章 足工作条件的要求不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。2、合理选择材料配对如对硬度350使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。3、考虑加工工艺及热处理工艺变速器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值：m 法m m 3；心部硬度8对于氰化齿轮，面硬度312。对于大模数的重型汽车变速器齿轮，可采用2502些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理，以提高表面硬度，细化材料晶面粒13。轮传动效率99%，离合器传动效率98%，轴承传动效率96%。轴 1T = 承离20098%96%=T = 121 承 =6%99%29/21= 一挡 109231