课程说明书(操纵机构)

1、 课 程 设 计 说 明 书课程设计说明书 课 程 名 称: 产品结构原理课程设计 课 程 代 码: 106004019 题 目: 微型汽车变速箱反求设计 学院(直属系) : 机械工程学院 年级/专业/班: 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 陈 守 强 开 题 时 间: 年 月 日完 成 时 间: 年 月 日 - 26 -目录摘要2引言3一、任务分析4二、微型汽车变速箱功能分析42.1已知微型汽车变速器所配置的发动机参数42.2已知微型汽车整车性能参数42.3微型汽车变速器的功能42.4观察微型汽车变速器的位置52.5功率的传递52.6变速和保证变速的顺利进行的实现52.7各个档位

2、的换档52.8分析微型车变速箱功能结构图（黑箱）分析6三、 微型汽车变速箱运动分析.73.1 测量微型汽车车轮直径73.2 最高车速为120km时变速箱的传动比73.3 微型汽车平稳变速行驶的四档的传动比的分配83.4 变速箱的最大和最小载状态83.5 行驶速度分别为10、20、40、60km/h时应该使用档位的分析.8四、微型汽车变速箱结构受力分析94.1 变速箱受力最大的时候各轴的扭矩.94.2 变速箱各轴的最小直径94.3 各个档位齿轮强度10五、微型汽车变速箱的外观功能分析12六、现场变速箱的拆装146.1变速器的拆卸156.2变速器总成装配应注意的问题15七、变速器操纵机构方案反求分

3、析187.1轴1、拨叉1零件的结构、功能原理的反求分析187.2轴1、拨叉1零件的加工工艺187.3轴1、拨叉1零件的受载分析187.4轴1、拨叉1零件的形状位置公差反求分析197.5轴1、拨叉1零件的材料、热处理反求分析207.6 轴1、拨叉1零件的尺寸公差、配合公差反求分析20总结23致 谢24【参考文献】25摘要本课程是通过对微型汽车变速箱的分析，了解它的变速原理、各轴的布局、自锁与互锁原理、装配工艺过程、润滑方式、同步器的作用和工作原理以及组成、主要零件的热处理要求、形位公差、表面粗糙度等。通过分析、利用反求的方法创造出新的微型汽车变速箱，具体内容有：其轴的布置，同步器的位置，差速器的

4、位置;同步器的作用，组成，工作原理和变速箱操纵机构的组成及变位档的自锁和互锁机构的结构原理和结构；通过拆装变速箱了解并编写操纵的装配工艺过程，确定各零件的装配方法；通过观察变速箱的机构形状，分析其从提高刚度和刚性要求并满足功能要求和工艺要求而设计的结构；对变速箱各轴的结构形状、结构要素作用进行分析，并对其结构尺寸与轴的功能强度刚度装配关系等进行了反求；分析变速箱的主要零件材料及热处理要求、形位公差及箱体和轴的技术要求等。反求设计是创新的重要方法，所以我们通过本课程的学习，可以了解和基本掌握这种技术。反求设计就是从有到新，借助已有的产品、图样、音响等已存在的可感观的实物，创新出更先进、更完美的产

5、品。关键词：分析、反求设计、创新、原理 引言反求设计（也称逆向设计），是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的曲面模型重构，并进一用CAD/CAECAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。世界进入知识经济的时代，只有科学技术才能兴国。由于一些发达国家在计算机技术、微电子技术、人工智能技术、材料科学技术、空间科学技术、制造工业技术、等领域处于领先地位，引进发达国家的先进技术为我所用，是发展本国经济的最佳途径。我国是一个发展中国家，科学技术相对落后，投入大量资金去研究发达国家已推向市场的产品或技术是完全没有必要

6、的。这不仅浪费资金，也拖延发展经济的时间。而且涉及到发展经济的科学技术领域非常广泛，我国也缺少巨额资金去进行大面积的科学研究。因此，引进发达国家先进的科学技术或先进的产品，然后进行反求设计，仿照或创新设计更新的产品，是发展中国家发展国民经济的必由之路。特别是在知识经济的时代，反求工程在科技发展中的地位更为重要。因此，我们要学习这门课程：对微型汽车的变速器进行反求分析设计。一、任务分析产品功能原理、结构课程设计是机械设计专业的学生第一次全面结合专业技能的训练，是一个重要的实践性教学环节。目的在于：进一步加强学生应用所学的专业理论、知识以及专业技能，进行独立解决工程实际问题的能力。机械产品功能原理

7、、机构课程设计的重点在于掌握典型机械的功能原理分析方法及分析机械机构的组成要素和机构功能，掌握结构设计要求及特点，丰富学生的机械结构设计知识，启发设计思维，通过实践是学生的机构设计理论得以巩固、加深，为今后进行机械产品设计打下良好基础。二、微型汽车变速箱功能分析2.1 已知微型汽车变速器所配置的发动机参数1、型号 JL368Q3 电喷发动机2、工作形式 直立四冲程水冷订置凸轮轴多点电喷3、气缸数量 34、气缸直径 68.5mm5、行程 72mm6、排量 796ml7、额定功率 26.5KW（5500r/min）8、最大扭矩 60.5N.m(3000-4000r/min)2.2已知微型汽车整车性

8、能参数 1、最高车速 =120km 2、最大爬坡度 tg=30% 3、起步换挡加速到100km/h所需时间 =37s 4、第四档最小稳定速度 =25km 5、微型汽车在60km/h时100km的耗油量为 4.5L 6、整车质量645kg 全部载重后质量为950kg左右。2.3 微型汽车变速器的功能 1、改变传动比，扩大驱动轮转矩的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时是发动机在有利（功率较高而油耗较低）的工作条件下工作。 2、在发动机旋转方向不变的情况下，使汽车能倒退行驶。 3.利用空挡，中断动力传递，以发动机能够启动、变速，并便于变速器换挡或进行动力输出。为保证变速器具有良好的工作性能，设

9、计变速器必须满足以下的使用条件和基本要求：（1）应该合理地选择变速器的档数和传动比，使汽车具有良好的动力性和经济性；（2）工作可靠，在使用过程中不应该有自动跳档、脱档和换档冲击现象发生；此外，还不允许出现误挂倒档的现象；（3）操纵轻便，以减轻驾驶员的劳动强度；（4）传动效力高、噪音小。为了减少齿轮的啮合损失，应设有直接档。此外合理地齿轮形式以及结构参数，提高其制造和安装精度，都是提高效率和减小噪声的有效措施。 （5）结构紧凑，尽量做到质量轻、体积小、制造成本底。（6）制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；（7）贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定；（8）需要时

10、应设置动力输出装置。 2.4 观察微型汽车变速器的位置对大多数微型车来说，变速箱与发动机相连，在驾驶员前方一点，档杆下方靠前一点，输出连接差速器。2.5 功率的传递发动机的曲轴输出功率到变速器输入轴上，通过变速器改变驱动力矩和转速再传递到差速器，受力不同的时候两个车轮所获得不同的速度，再通过差速器把动力通过半轴把动力传递到驱动车轮上。2.6 变速和保证变速的顺利进行的实现变速器的中间轴有两个同步器，而每个同步器都与变速器的输出轴连在一起，并且可以左右滑动。每个同步器共有左、中、右三个位置，中间不与任何齿轮同步，而左右都可以和齿轮同步，通过拨叉拨动来控制同步器的左右运动，与不同的齿轮同步，而四结

11、齿轮处于常啮全状态，但可以相对于II轴转动，一旦与同步器同步就可带动II轴转动，从而通过拨叉控制同步器与不同的齿轮啮合，实现变速。而拨叉机构具有自锁与互锁功能，每次变速换档都会经过中间位置即空档，这样就保证了变速的顺利。2.7 各个档位的换档变速器的换档操纵机构，其中变速器内部一共有三根控制换档杆，其中每一根杆都有左、中、右三个位置可供控制，可实现六个档位控制。换档是通过换档杆实现的，换档杆纵向有三个位置，旋转有两个位置，从而实现六个位置的控制。但是任何档位之间要切换时都必须先回到中间位置，即空档位置。而且每个档位之间都具有自锁和互锁功能，从而实现不跳档和脱档的现象。变速箱的控制操纵方式如下图

12、：倒档3档1档2档4档2.8 分析微型车变速箱功能结构图（黑箱）分析 汽车变速箱系统黑箱图微型汽车变速箱系统黑箱图转矩、转速不同的转矩、转速噪音、热 能量开关、速度控制温度、湿度 图2.1 图2.2 主轴变速机构操纵机构转动操作噪音热1档转速2档转速3档转速4档转速倒档转速 图2.7.2 图2.3三、 微型汽车变速箱运动分析3.1 测量微型汽车车轮直径经了解微型汽车的车轮直径为D=45cm3.2 最高车速为120km时变速箱的传动比= 车轮的周长3.14由车轮的线速度公式可以求出转速则有：3.3 微型汽车平稳变速行驶的四档的传动比的分配首先应该保证汽车在全部载重后能够平稳的起步，然后是汽车在高

13、速行驶的时候能够达到需要的最高速度。发动机的功率一定、转速一定的情况下只有通过减速器的减速作用来实现汽车的平稳行驶，由已知第四档稳定速度 转速 传动比 设最大变速时的传动比为 4，最小时传动比为 21;为了保证汽车平稳变速行驶，而从起步换挡到加速100所需时间，设从最小变速到最大变速的时间为37s。为了保持变速平衡，应该平分传动比变化的时间，分为四档每档变化之间的传动比差为：时间差为：由此可知每档的相应传动比一档二档三档四档16.7512.58.254 表3.13.4 变速箱的最大和最小载状态微型汽车的额定功率时一定的，则有： 根据上式可知，当发动机的额定功率达到最大且变速箱的档位最低，即速度

14、最低时，该轴受到的载荷是最大的；同样当发动机的功率达到了额定功率，变速箱档位最大，即速度最高时，该轴的载荷就是最小。根据传动比可以分析出变速箱中受载荷最大的时候再是汽车处于一档的时候的差速器从动轴上；变速箱中受载荷最小的轴是汽车处于四档的时候中间轴上。3.5 行驶速度分别为10、20、40、60km/h时应该使用档位的分析变速箱主减速器的传动比为根据速度计算公式可以计算出在额定功率下各个档位所能够达到的最大速度。则有：再通过最大速度与所要求的速度进行比较，由于汽车的第四档稳定速。以汽车在行驶的过程中能够省油为标准选取合适的档位行使，则最后选定：10km/h用1档，20km/h用2档，40km/

15、h用3档，60km/s用4档。四、微型汽车变速箱结构受力分析4.1 变速箱受力最大的时候各轴的扭矩发动机输出扭矩最大是60.5N，由于发动机直接输出到变速器的输入轴，所以变速器的输入轴受到的最大扭矩T1，则有：根据公式可以计算出中间轴的最大扭矩，中间轴的转速是第一根轴的传动比转换过来的，则有：同样可以求出差速器所受到的最大扭矩为，则有：4.2 变速箱各轴的最小直径根据公式，可以计算出在最大扭矩的前提下轴的功率p,也就是说在发动机输出最大扭矩的时候发动机没有达到额定功率，那么可以计算发动机在额定转速下的扭矩,则有：远比最大扭矩小，这样在最大扭矩下求得轴的最小直径就是该轴的最小直径，则有各个轴的最

16、小直径为：4.3 各个档位齿轮强度变速箱各档齿轮材料为:合金钢(20CrMnTi)。材料强度极限为：。取7级精度。齿轮的弯邮疲劳强度为：齿轮的接触疲劳强度为：各齿轮参数如下表：I档II档III档IV档齿数Z43393227螺旋角23933318法面模数2175齿宽b12121211重合度1.581.481.481.5K2.97524241252571.6761.6651.6351.600.800.720.720.723134294724182040传动比3.5852.1661.330.92332181898941815669565 表4.1 所以，各档齿轮的弯曲疲劳强度为：齿面接触疲劳强度为：

17、可见，齿轮的强度满足要求。五、微型汽车变速箱的外观功能分析 图5.11是吊装孔，在制造装配过程中便于运输、吊起移动的作用。2表面有很多加强筋，他们的特点是 A提高表面的刚度强度； B减少整体重量 C形状根据受力情况而定 D一般加在材料、受力较为薄弱处，按照等强度原理分布 E厚度一般为壁厚的0.5-0.6倍3飞轮腔内底部排屑孔的作用 A排除离合片摩擦所产生的废屑 B调整腔内气压（在高温高压的工作条件下，排除多余气体使气压稳定）4起步电机顶部的安装孔（上端盖，两个） 起到安装时候的固定作用，悬挂安装孔，便于步奏安装5上端盖离合器杆旁边的U型孔的作用 A安装滤清器，保证无灰尘的空气进入 B散热和减小

18、空气压力6 上端盖与下端盖结合面的突出部分起什么作用？ 这是上端盖的起盖机构，这个结构没有什么特别要求,只是要求能够方便的把上端 盖起开即可7上端盖上的黑色导管 A排出变速器腔内因高温产生的废弃油雾气体，避免变速箱或其他部位的表面污染 B连接发动机进气管，继续燃烧节省能源 C通过排出高温气体调节腔内的气压 8 上端盖黑色导管旁边的信号输出孔汽车行驶速度的一个测试装置，传递机械信号， 信息输出至里程表、转速表。9飞轮腔外的黑色橡胶覆盖的观察孔的作用是在检查故障时观察齿轮的啮合，以及飞 轮上的标记。10飞轮腔体内有个长螺钉，它的作用是定位自锁，使换挡后的档位不会随意变换， 维护汽车的正常行驶11操

19、纵杆的作用是通过前后两个位置以及左右的旋转控制几个档位的变换，使汽车 得到相应的转速。12差速器齿轮轴外端断面旁的卡圈的作用是轴向定位差速器，是它不会从轴向方向 发生脱落。13倒档信号发生器的作用是传递倒档信号，并同时显示与车灯或者喇叭等装置提醒 周围的人群注意躲避14变速箱与汽车车体连接时用的吊孔与支架的作用是减震，并固定整个减速器，防 止工作时有松动造成不必要的损失。15下端盖的两个沉头螺栓孔的作用是排放多余的润滑油16信号输出孔旁边的螺钉的作用是固定信号传输线，防止脱落，使速度表无法显示。17油标口，既是观察润滑油量的标尺，也是加油孔的所在。18是离合器的分离轴承，它的作用是连接和断开发

20、动机与变速箱之间运动和动务， 是整个汽车启动、停止、倒车变速换档的关键。六、现场变速箱的拆装左图6.1 右图6.2 1）、将壳体内腔朝上放好，将中间轴总成从壳体上装入壳体内； 2）、一手持安装有限位卡片的倒档轴对准相应孔从壳体外插入壳体，同时另一手将倒档齿轮从壳体内套在轴上，并将轴固定在壳体相应孔中； 3）、将第二轴总成从一轴总成一轴轴泵孔内插入壳体，同时另一只手将一、二、三挡齿轮在壳体内套在第二轴上(或将整个第二轴总成装配后从壳体上方装入)； 4）、将第一轴总成装入壳体内，并通过滚针轴承与第二轴相连； 5）、用压力机将中间轴两端轴承及第一、第二轴后端轴承压入轴承孔中，并安好止动卡环； 6）、

21、确定壳体前端盖调整垫片厚度，并将其同变速器前端盖(装有油封)一起，用螺栓固定在变速器壳体上，注意在安装前在壳体结合面上涂上密封胶；7）、整片厚度，并将其同变速器后端盖(包括油封)一起，用螺栓固定在变速器壳体上，注意在安装前在壳体上结合面涂上密封胶，然后将手制动背板总成用螺栓固定在后盖上，然后将输出轴凸缘套在二轴上，且用锁紧螺母锁紧； 8）、将里程表从动齿轮安在后盖上； 9）、将选档摇臂总成，换档摇臂总成，叉压轴及拔叉按顺序安装入变速器上盖内，然后安装自锁和互锁零件，最后将整个上盖通过定位锁在壳体上定位，并用螺栓固好，坚固之前，应在壳体结合面上涂上密封胶； 10）、在取力窗口结合面上放上垫片，再

22、用垫片盖板、螺栓封死； 11）、安装上其它零部件，如：防油塞、通气塞、离合器分离轴承等； 12）、变速器检验、气离性检验、清洁度检验；13）、变速器总成壳体外表面涂漆，加工面上外露部分涂防锈漆； 14）、钉铭牌； 15）、挂出厂合格证，出厂。 6.1变速器的拆卸图6.3 1）、把变速器挂入空档位置，拧去放油塞，将油放干净； 2）、拆下变速器前盖； 3）、拆下变速器上盖及取力窗盖板； 4）、拧去变速器后端的锁止螺母，拆下输出轴突缘及手制动鼓； 5）、拆下变速器后盖； 6）、拆下第一轴总成； 7）、拆下第二轴总成； 8）、拆下倒档轴总成； 9）、将接合套打下，把第二轴连同它上面的零件依次拆下，首先

23、应拆下后端轴承； 10）、拆下中间轴总成； 11）、拆卸其它部件。 6.2变速器总成装配应注意的问题 1）注意装配顺序，不可颠倒，否则装配困难，或不符合装配要求； 2）各档齿轮、轴承在装配时应抹油，以防卡死；3）装配过程中检验步骤要及时准确，以保证精确要求，防止返工。4)拆卸工艺 序号名称拆装内容拆装方法工具、测量工具要求、注意事项1放油取下箱体下端盖上的放油螺母17号开口扳手取下放油螺母17号开口扳手正确使用工具2拆离合器分离轴承按下离合器摆杆，取下离合器轴承手工拆装尖嘴钳3拆除前端盖用十字螺丝刀将变速箱输入轴前端盖十字沉头螺钉拆下（4颗）并拆下端盖。并记录型号M6x15手工拆装十字螺丝刀先

24、用十字螺丝刀预松1号2号螺钉，再预松3号4号螺钉，后在分别松开1、2和3、4螺钉。最后用已取下的螺钉2颗分别插入a，b两处用作起盖螺钉，两处应缓慢、均匀受力，使端盖受力均匀，以不致端盖在起盖过程中受损变形。4拆除离合器手柄用手小心取出离合器手柄手工拆装5拆除螺栓拆上端盖M12螺栓1、16、6、10手工拆装12号扳手拆螺栓时，先松动两端螺栓，并且对称松动防止端盖受力不均而变形。6拆除螺栓拆上端盖M12螺栓13、5、4、8、18、17手工拆装12号扳手同上7拆除螺栓拆上端盖M12螺栓14、15、9、7手工拆装12号扳手同上8拆除螺栓拆上端盖M12螺栓2、11、3、12手工拆装12号扳手同上9移动上

25、端盖将上端盖与下端盖分开手工拆装一字螺丝刀在变速器上下端盖连接的地方有三个地方要突出一点。在此处同时用一字螺丝刀用力撬，则可以把上端盖松掉，现在就可以取下上端盖10拆除减振支撑用扳手将减振支撑螺钉卸下手工拆装扳手11拆下主动轴用手小心从变速器中取出手工拆装不要碰伤主动轴12拆下从动轴用手小心从变速器中取出手工拆装由于从动轴较重，小心不要砸伤人13拆除差速器拆下差速器手工拆装14记录用相机拍下拆装的过程，并对零件进行编号后拍照相机800万像素、标签、记号笔、包装袋拆装过程一定记录完整，并且零件的顺序标号一定要正确无误，以便后续装配还原15分工将拆装下来的零部件分配给各队员，分别拆装、测量、绘图手

26、工拆装千分尺、角度测量尺、塞尺、木锤、固定扳手一套、轴承拆卸专用工具（拉马、套筒）注意保管各零部件，并编号拆装顺序记录表6.1七、变速器操纵机构方案反求分析图7.17.1轴1、拨叉1零件的结构、功能原理的反求分析 图7.2拨叉1 图7.3轴1 拨叉1与轴1配合组成换挡操纵机构的一部分，动作时由操纵杆带动与之相连的拨叉拨动拨块上下左右运动带动轴1运动，轴1带动拨叉1左右运动以实现带动倒档齿轮（同步器）进行换档。7.2 轴1、拨叉1零件的加工工艺 拨叉1为铸造件，要求做到不能有砂眼、气孔，铸造好后再进行钻孔加工，轴1为车削加工件，先对毛坯进行车削加工，然后再钻三个销空、再用铣削加工方法加工自锁和互

27、锁的窝。这两个零件的加工表面的精度要求是6.3，只需进行半精加工即可。7.3轴1、拨叉1零件的受载分析 轴1的受载主要是轴向的载荷，轴1轴向运动带动拨叉1运动，去改变同步器的位置已达到变速的目的。 拨叉1的受载主要是一个翻转力矩，所以有加了肋板。7.4轴1、拨叉1零件的形状位置公差反求分析 轴1的形位公差主要是销空的位置和自互锁的窝的位置，和轴1的圆柱度 图7.4 图7.5拨叉1的形位公差主要是与轴1配合的空和拨叉上部分圆心的位置误差图7.6图7.77.5轴1、拨叉1零件的材料、热处理反求分析拨叉1为铸造件，经分析材料均取为HT200，表面采用镀合金防锈。轴1为机加工钢件，材料为45钢，表面采用调质处理。7.6 轴1、拨叉1零件的尺寸公差、配合公差反求分析经分析，轴1、拨叉1零件的尺寸公差配合公差如下图 图7.8（轴1）图7.9（轴1）图.7.10（拨叉1）图7.11 图7.12（拨叉1） 总结 三个星期的课程设计结束了，在这次的设计中不仅检验了我所学习的知识，也培