变速器课程设计

1、精品文档一、机械式变速器的概述及其方案的确定21 、变速器的功用和要求22、变速器传动方案及简图23、倒档的布置方案3二、变速器主要参数的选择与主要零件的设计41、变速器的主要参数选择42、齿轮参数53、各档传动比及其齿轮齿数的确定64、轮的受力和强度校核8三、轴和轴承的设计与校核121 、轴的工艺要求122 、轴的设计123 、轴的校核134 、轴承的选择和校核17一.机械式变速器的概述及其方案的确定（一）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

2、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

3、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. 传动效率咼。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提咼零件的制造精 度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。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。（二）变速器传动方案及简图下图a所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合 齿轮传动。下图b、c、d所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；下图 d 所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件 下，很容易形成一个只有四个前

4、进档的变速器。n中间轴式五档变速器传动方案（三）、倒档的布置方案下图为常见的倒挡布置方案。下图 b所示方案的优点是换倒挡时利用了中 间轴上的一挡齿轮，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，使换挡困难下图c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合 理。下图d所示方案针对前者的缺点做了修改， 因而取代了下图c所示方案。图 下图e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。下图f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮， 换挡更为轻便。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下图g所示方案。其缺点是一，倒 挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变

5、速器上盖中的操纵机构复杂一些。因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，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挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，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挡顺序布置各挡齿轮， 这样 做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传 动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠 近轴的支承处。本设计选用下图f的布置方案b变速器倒档传动方案二、变速器主要参数的选择与主要零件的设计（一）变速器主要参数考虑到车的最高车速只有75km/h,所以本变速器选择6档设计。设计要求的数据有：载货量：6t

6、最大总质量：11t 最高车速：75km/h比功率：10kw t-1 比转矩：33N m t-1根据以上数据可求得：最大功率：=Pemax=i20kW最大转矩：Temax =380 N .m 发动机的转速n = 3800 r/min最咼档一般为直接档i6 =1，取车轮半径选用r =509mm 取主减速器的传动比为：i0 =9变速器的各挡传动比为：123456倒档8.7955.5663.292.1081.5418.1812 =3.8013 =2.4314 =1.56二、中心距中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的强度。根据经验公式初定：A.KAfmaxil g式中K A

7、-中心距系数。对轿车，K A =8.99.3 ;对货车，K A =8.69.6 ；Temax为发动机最大转矩；h为变速器一档传动比g为变速器传动效率，取96%取KA =9.0代入数据求得：A = 100.52mm三、轴向尺寸变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的 布置初步确定。轿车四档变速器壳体的轴向尺寸 3.0 3.4货车变速器壳体的轴向尺寸与档数有关：四档(2.2 2.7) A五档(2.7 3.0) A六档(3.2 3.5) A当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数Ka应取给出系数的上限。为方便A取整，得壳体的轴向尺寸是3 5 165mm变速器壳体的最

8、终轴向 尺寸应由变速器总图的结构尺寸链确定。(二八齿轮参数(1 )齿轮模数根据最大质量在6.014t的货车变速器齿轮的法向模数为 3.54.5选取mn =4.0(2)压力角a螺旋角B和齿宽b压力角选取国家规定的标准压力角:=200螺旋角根据货车变速器的可选范围为180 260选取二200齿轮的b二kg根据斜齿轮的也=6.08.5 取&=7.0贝Ub = 7 4 = 28mm（三）各档传动比及其齿轮齿数的确定在初选了中心距、齿轮的模数和螺旋角后，可根据预先确定的变速器档数、传动比和结构方案来分配各档齿轮的齿数。下面结合本设计来说明分配各档齿数的方法。1.确定一档齿轮的齿数一档传动比igi

9、乙Z9=*Z1 Z10(2-1)为了确定Z9和Z10的齿数, 先求其齿数和Zh：Z _2Ah mn'其中 A=100.52mm mn=4 ；故(2-2)有 Zh =50.26。中间轴上一档的齿轮的齿数可在1217之间选用，现选用z10 =15则z9=36上面根据初选的A及mn计算出的Zh不是整数，将其调整为整数后，这时应 从Z三及齿轮变位系数反过来计算中心距 A,再以这个修正后的中心距作为以 后计算的依据。这里Zh修正为51则由式（2-2）反推得A=102mm2、确定常啮合齿轮副的齿数由式（2-1）求出常啮合齿轮的传动比空二i互（2-3）Z1Z9代入数据得：互=2.5乙而常啮合齿轮传动

10、齿轮的中心距与一挡齿轮的中心距相等，即:mn(Z1 Z2)(2-4)2cos ：解方程（2-3 ）和（2-4 ）并取整得乙=14Z2 =353、确定其他挡位齿轮的齿数二挡传动比由于各挡齿轮选取同样的模数，故有:(2-5)(2-6)Z2. Z8i2ZiZ7mn(Z7 Z8)2 cos :由式（2-5 ）和式（2-6 ）代入数据解方程并取整得：Z8=20、Z7 =29用同上面的方法可以算出：三挡：z =24 4 =25四挡：Z3 =11z4=18五档：z2二244、确定倒档齿轮的齿数一般情况下，倒档传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档传动比ir取3.7。中间轴上倒档传动齿轮的齿数比一档主动齿

11、轮10略小，取=13而通常情况下，倒档轴齿轮 Z13取2123，此处取Z13=23。irZ11Z13Z13 Z2Z12 Z1可计算出Z11 =19。1故可得出中间轴与倒档轴的中心距 Amn（z12 -召3） =72mm21而倒档轴与第二轴的中心距：A =.（Zu z,3）=84mm2、齿轮变位为计算方便一档、二档和倒档的主从动齿轮变位系数统一选1.0和-1.0，其他档位统一选0.2和-0.2六、各档齿轮的参数设计（下列各式中：> 齿形角为200、f°齿顶高系数为1.0、c径向间隙系数为0.25m、r齿顶圆半径为0.38m、为变位系数、d分度圆直径、ha齿顶高、hf齿根高、h齿全

12、高、da齿顶圆直径、df齿根圆直径、db基圆直径，其中右上角标有如“ a”“ a“”分别表示主动轮和从动轮）由 公式：d =zm、 ha=(f°)m、 hf=(fo c- )m、 h=(2f0 c)m、da二d 2ha、df =d -2hf db rd cos分别代入数据可以求得各档齿轮主、 从动齿轮参数如下(单位mm)一档：d； =60d144da1 =76da1 =160df1 =52df1 =136d b1 =56.4db1 =135.3二档：d? = 80d27116da2 =96da2 =132df2 =72df2 =108d b2 =75.2db2 =109三档：d3 =

13、100d3 =96da3 =109.6da3 =105.6df3 =85.6d,3 =81.6d b3 = 94db3=90.2四档：d4 =106.3d4=102da4 =115.9da4 = 111.6d f 4 = 91.9df4 =87.6db4 =100db4 =95.8五档：d5 =102d；=102da5 =111.6da5 =111.6d f 5 = 87.6df5 =87.6d b5 - 95.8db5 二 95.8倒档：d； =52d； =92(人=68 dar= 108d fr =44d fr =84dm =48.9dbr = 86.5(四)、齿轮的受力和强度校核1 、各

14、档齿轮受力：(1) 对于直齿轮：对于斜齿轮:圆周力：2TFr 二 Ft tan :圆周力：径向力：径向力：lFt tanaFr/ Ftcos P法向力：法向力：Fn 二 Ft tan :cos。:为螺旋角式中T为转矩，d为分度圆直径，为压力角，故对于一档主动齿轮:圆周力：Ft； /Temax =8.06310Ndi径向力：3Fr1 =Ft1tan : =2.934 10 N法向力： Ft1 tan 03Fn13.122 10 Ncos a一档从动齿轮:圆周力：fZTemax = 3.36 10Nd/径向力：Ft2=Ft1tan： - 1.22 103N法向力：Fn1 = Ft11.30 103

15、Ncos a二档主动齿轮:圆周力：2T3Ft2 二emax =6.05 103Nd2径向力：Fr2 = Ft2 tan -詔.34 103N cos P法向力：Fn2 二 Ft2ta n 2=2.2 103N二档从动齿轮:圆周力：Ft2 二2 =4.17 103Nd2"径向力：“Ft；ta na3Fr2竺1.61 10 Ncos P法向力：Fn2=Ft2ta n1：=1.52 103N三档主动齿轮:圆周力：2T3Ft3 =2 *84 103N d3径向力：*Ft3 tan。3Fr31.87 10 Ncos P法向力：Fn3 二 Ft3 tan 1 =1.76 103 N三档从动齿轮:

16、圆周力：2Temax3Ft3. -5.05 10 Nd3径向力：Fp = F" tan -才.95 103n cos P法向力：Fn3 二 Ft3tan ： =1.84 103N四档主动齿轮:圆周力：Ft4 /Temax *55 103 Nd4径向力：Fr4=Ft4ta.1.76 103Ncos P法向力：Fn4=Ft4tan 7.66 103N四档从动齿轮:圆周力：2T3Ft4： = e max *75 10 N t4d4径向力：“Ft；ta na3Fr4匕1.83 10 Ncos P法向力：Fn4 二 Ft4 tan 1 =1.73 103N五档主动齿轮:圆周力：Ft5 二2 =

17、4.75 103Nd5径向力：Ft5 tan。3Fr51.73 10 Ncos P法向力：Fn5 =Ft5ta n 1 =1.84 103N五档从动齿轮:圆周力：Ft2T -4.75 103Nd5径向力：Fr5 Jt5tan: =1.73 103n cos P法向力：Fn5=Ft5ta n 2=1.84 103N倒档主动齿轮:圆周力：2T3Ftr =emax =9.10 103Ndr径向力：F“ JtrS =3.52 10讪 cos P法向力：Fnr 二 Ftr tan 1 =3.32 103N倒档从动齿轮:圆周力：Ft一厂 “14 103n径向力：Frr 二Ftr tan :-3= 1.99

18、 10 Ncos :法向力：Fnr'二Ftr ta n :3=1.88 10 N2 、强度校核选取一档直齿轮来进行校核：（1）、弯曲应力直齿 轮 的弯 曲 应 力FiK-Kfbty2TgK；Kfbdty变速器第一轴上的转矩，K；_为应力集中系数，Kf为摩擦影响系数,y为齿形系数可由右图查）对于主动轮取：=1.65（式中Tg为作用在b为齿宽，t= m，r -0.210.20山K）X150.14o. IID ingy60II onKf =1.1Tg 二 Temax = 241.89N mb =28mm d =60mm t -二m y = 0.21代入匚 w g -得二 w =632.02M

19、Pabdty对于从动轮取：K；：-=1.65 Kf =0.9Tg =Temax =241.89N m b = 28mmd = 144mm t -二my = 0.14代入二w = KGKf 得二w =510.95MPabdty对于一档直齿轮许用弯曲应力在 400 850MPa内,而主、从动齿轮的最大弯曲应 力都小于此范围，故弯曲强度适合。（2）、接触应力直齿轮的接触应力:式中F为齿面上的法向力，F二Fi/cos； Fi为圆周力；F2Tg/d ; Tg为计算 载荷；d为节圆直径；:为节点处压力角；E为齿轮材料的弹性模量；b为齿轮接 触的实际宽度； 焉、订为主、从动轮的节点处的曲率半径；'z

20、rzSin ：、:b二rbSin ；丨、圧为主、从动轮节圆半径。此处 Tg =Temax =241.89N m、d =60mm、E =2.6 105、b = 28mm、 -20°、b =28mm、 rz =30、圧=72= 1315.62MPa对于渗碳的变速器齿轮一档齿轮其许用接触应力在19002000MPa本设计中一档齿轮最大应力小于此范围，故接触强度适合。三、轴和轴承的设计与校核（一）轴的工艺要求倒挡轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴。变速器第二轴视结构不同，可采用渗碳、高频、氰化等热处理方法。对于只有滑动齿轮工作的第二轴可以采用氰化处理，但对于有常啮合齿轮工作的第二轴应采用渗碳或

21、高频处理14。第二轴上的轴颈常用做滚针的滚道，要求有相当高的硬度和表面光洁度，硬度应在HRC5&63,表面光洁度不低于 815。对于做为轴向推力支承或齿轮压紧端面的轴的端面，光洁度不应低于 7,并定其端面摆差。一根轴上的同心直径应可控制其不同心度16。对于采用高频或渗碳钢的轴，螺纹部分不应淬硬，以免产生裂纹。对于阶梯轴来说，设计上应尽量保证工艺简单，阶梯应尽可能少17。（二）轴的设计已知中间轴式变速器中心距 A =102m m，第二轴和中间轴中部直径d ： 0.45- 0.60 A，轴的最大直径d和支承距离L的比值：对中间轴，d/L=0.16 0.18 ;对第二轴,d/L 0.18 0

22、.21。第一轴花键部分直径d （mm可按下式初选d 二 Ktax（5.1 ）式中：K 经验系数，K=4.04.6 ;Temax发动机最大转矩（Nm）。第一轴花键部分直径 di 二 4.04.6 3 241.89 = 24.92 28.66mm 取d25mrp第二轴直径 d2 ：、0.450.60102 = 45.9 61.2mm 取 d = 50mm ;中 间 轴 直 径d0.45 0.60 102 = 45.9 61.2mm 取 d =50mm第二轴：佥=0.180.21 ；第一轴及中间轴:色=0.160.18L2L1第二轴支承之间的长度 L2 =238.1277.78MM 取L2 = 25

23、0MM ;中间轴支承之间的长度L =277.783125mm取L=300 ,第一轴支承之间的长度L =14444 162.5mm取 L = 150mm&一 I轴的尺寸图（三）轴的校核取中间轴来校核1.轴的刚度验算若轴在垂直面内挠度为fc,在水平面内挠度为fs和转角为$，可分别用下式、计算22-Fra b3EIL64Fra2b23 二ELd 4Fta2b2 264Ra b3EIL3：ELd,Frab(ba ) 64Frab(ba)©3EIL3 兀 ELd式中：Fr 齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）;Ft 齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N）;E 弹性模量（MP） , E =2.06

24、 X 105MP;I 惯性矩（mm,对于实心轴，I =闵4/64 ； d 轴的直径（mr）花键处按平均直径计算；a、b 齿轮上的作用力距支座 A、B的距离（mr）L 支座间的距离（mr）轴的全挠度为f = . f； fs2玄0.2 mm轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为fc】=0.050.10mm fs】=0.100.15mm 齿轮所在平面的转角不应超过 0.002rad。一档时： Fr1 =2930N、Ft1 =8060N、d =50mm、201mm. g =99mmL = 300mmfc1 =0.014巴 0.05 0.10mmfs1 =0.037 兰 0.10 0.15mm将以上数据分别

25、代入、式算得：一22-f V fc1 +fs1 =0.040 兰 0.2mm=0.00047 乞 0.002rad三档时：Fr3=1870N、Ft3=4840N、d = 50mm、a3=181mm、b3=119mmL = 300mmfc3 =0.009乞 0.05 0.10mm将以上数据分别代入、式算得:J =0.024 _ 0.10 0.15mm；22f3 二 fc3fs3二 0.025 一 0.2mm、.3 =0.00007 乞 0.002rad五档时：Fr5 =1730N、Ft5 =4750N、d =5°mm、a5 = 77mm、b5 = 223mmL = 300mm将以上数据

26、分别代入、式算得:倒档时：F, =3500N、Ft； =9100N、dL = 300mm将以上数据分别代入、式算得:fc5 =0.005乞 0.05 0.10mmfs5 =0.015_0.100.15mm: 22f5 二 fc5fs5 =0.016 0.2mm、5 =0.00005 _0.002rad= 50mm、ar = 223mm、br = 77mmfc5 =0.013 岂 0.05 0.10mmfs5 =0.034 乞 0.10 0.15mmf .；;' fc ' fs5 =0.022一 0.2mm5 二 0.00026 乞 0.002rad所以轴的刚度适合要求。2、轴的

27、强度计算因为一档的挠度高大，所以校核一档时的强度RhaLiL2L31330N.m1、求水平面内支反力Rha、Rhb和弯矩MhcHDRha ' Rhb ' Ft 5 = Fti 船RHBFti(LiL2)由以上两式可得：Rh-285.24N、RHB =3595.24NMHC - -19111.08N mm、M HD “40881.08N mm2、求垂直面内支反力FVa、Rvb和弯矩M VC、 M VD1Fr5 L1 Fa5d5 Fr1 L1 L2 = RVBL由以上两式可得：Ra =4141.24N、&b =8668.76NMVC = 75784692N mm MVD =580806.92N mm按第三强度理论得:Me 二 M 2hc M 2vc T52 =794.66N mMD 二 M HD2 Mvd2 T52 =672.37N m32MCC32 794.663-：0.25= 51.13MPa 乞 400M