中型货车六档机械式变速器设计本科设计说明书

1、 摘 要本次毕业设计的任务是设计一台用于中型货车上的六档机械式变速器。变速器是汽车传动系统中比较关键的一个部件，合理的设计和布置变速器能使发动机功率得到最合理的利用，从而提高汽车动力性和经济性。本次毕业设计的设计过程主要包括两大部分：设计部分和利用Unigraphics软件进行虚拟建模与装配部分。设计过程中首先根据所给参数确定六档机械式变速器布置方案。其次，确定变速器各档的传动比，变速器各零部件的参数。接着进行齿轮的强度计算、强度校核，轴的设计与强度校核。然后，采用UG软件对变速器进行三维实体建模、虚拟装配，再导出为二维工程图原型。最后使用CAD对变速器的主要零部件与装配图进行工程图的制作。关

2、键词：机械式变速器；三维建模；虚拟装配；Unigraphics；强度校核ABSTRACTThis graduation design is mainly aboutthe design of six-shift mechanical transmission using in the medium truck.Transmission is a key component in the drive line of an automobile, sorational design and layout of the transmission can increase engines power

3、performanceand fuel economy.This paper, which mainly consists of two parts：the part of design and the three dimensional model and virtual assembly in UG. First，according to the data given, determine the layout scheme of the six-speed mechanical transmission. Then the transmission ratio of each shift

4、 of the transmission, thegear parameter and so on can be made sure. Next, count and analyze the strength of gears, analyze and verify the strength of each shaft. Then, the three-dimensionalsolid models of the transmissions parts were established and virtual assembly based on UG softwa

5、re. At last, CAD was used to drawthe two dimensional pictures of transmissions each part and the general assembly.Keywords：Manual transmission；Three dimensional model；Virtual assembly；Unigraphics；Intension verified前言随着科学技术的日益发展，汽车的各项性能也日臻完善。现代汽车已成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的交通工具。现代汽车除了装有性能优良的发动机外还应该有性能优异的传动

6、系与之匹配才能将汽车的性能淋漓尽致的发挥出来，因此汽车变速器的设计显得尤为重要。 目前，手动变速器因其维修方便、造价低、传动效率高仍然是市场的主流。随着UG的发展，采用UG软件对变速器各零部件进行三维实体建模、虚拟装配，将现代设计方法用于传统的机械设计，使得设计变得准确而快捷，且节省材料。在本次设计中，主要采用UG，CAD等软件，以完成变速器的虚拟装配，以与工程图的制作。目录前言III第一章 绪论11.1 概述11.2 国外现状31.3 课题容与目标41.3.1 课题容41.3.2 课题目标4第二章变速器传动机构方案的布置52.1 传动机构布置方案分析52.1.1 固定轴式变速器52.1.2

7、倒档布置方案62.2零、部件结构方案分析82.2.1齿轮型式82.2.2换档结构型式82.2.3 自动脱档92.2.4变速器轴承9第三章变速器主要参数的选择113.1 档数113.2.1 发动机参数和轮胎参数的选择113.2.2 确定变速器一档传动比133.2.3 确定变速器其它各档的传动比143.3 中心距的选择143.4 变速器外形尺寸的设计153.5 轴直径的选择153.6 齿轮参数的选择163.6.1 模数的选取163.6.2 压力角的选取163.6.3 齿形的选取173.6.4 螺旋角的选取173.6.5 齿宽b的选取183.7 各档齿轮齿数的分配193.7.1 确定一档齿轮的齿数1

8、93.7.2 对中心距A进行修正203.7.3 确定常啮合传动齿轮副的齿数203.7.4 确定其它档位的齿轮齿数203.7.5 确定倒档齿轮齿数20第四章变速器的设计、计算与校核234.1变速器操纵机构234.2齿轮的损坏原因与形式234.3 齿轮传动设计准则254.4 齿轮材料的选择264.5 齿轮强度计算与校核274.5.1 轮齿弯曲强度计算284.5.2 轮齿接触应力计算294.6 轴的设计294.6.1 轴的功用与设计要求294.6.2 轴尺寸初选304.6.3 轴的受力分析304.7.1 刚度校核334.7.2 强度校核35第五章同步器设计计算375.1锁环式惯性同步器结构375.2

9、锁环式同步器主要尺寸的确定385.3主要参数的确定39第六章变速器轴承的选用416.1 变速器轴承形式的选择416.2 轴承的具体型号与相关参数43第七章变速器的润滑与密封447.1 变速器的润滑447.2 变速器的密封44第八章 UG三维建模与虚拟装配468.1零件三维建模468.2虚拟装配48结论50致51参考文献52附录A:英文文献53附录B:英文文献翻译61附录：毕业设计光盘（1） - 70 - / 77第一章 绪论1.1 概述每当观看F1大赛时，总会被那种极速的感觉所折服。此刻，大家似乎谈论得最多的就是发动机的性能以与车手的驾驶技术。而且，不忘在自己驾车的时候体会一下极速感觉或是在买

10、车的时候关注一下发动机的性能，这似乎成为了衡量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一颗“健康的心”是非常重要的，因为它是动力的缔造者。但是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器。从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）。(1)手动变速器(MT)手动变速器（Manual Transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值(也就是所谓的“级” )。比如，一档变速比是3.85,二档是2.55,再到五档的0.75,这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值(即

11、有5级)，所以说它是有级变速器。 曾有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久被淘汰，从事物发展的角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。 首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备

12、。 其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历较深的司机都是使用手动档驾车的，他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以与无级变速器已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高档的汽车也保留手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以与锻炼驾驶协调性。 第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶

13、级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等国厂家的经济型轿车都是手动变速的车，它们的各款车型基本上都是5档手动变速。(2)自动变速器（AT） 自动变速器（Automatic Transmission），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但自动变速器中有很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。 在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。使用此

14、类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。在高速公路上，这是个体现地非常完美。而且，以市来说，现在的交通状况不好，堵车是经常的事情，有时要不停地起步停步数次，司机如果使用手动档，则会反复地挂档摘档，操作十分烦琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动档，就不会这样麻烦了。 在市场上，此类汽车销售状况还是不错的，尤其是对于女性朋友比较适合，通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普与这种车型，关键要解决的是路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。(3)手动/自动变速器（AMT） 其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传统的手动

15、变速器，而且在某些时候也需要自动的感觉。这样手动/自动变速器便由此诞生。这种变速器在德国保时捷车厂911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动档束缚，让驾驶者也能享受手动换档的乐趣。此型车在其档位上设有“+”、“-”选择档位。在D档时，可自由变换降档(-)或加档(+)，如同手动档一样。 自动手动变速系统向人们提供两种驾驶方式为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通拥挤时使用自动档，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。笔者曾在上面提到，手动变速器有着很大的使用群体,而自动变速器也能适应女士群体以与解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些夫妻双方均会驾车的家庭来说

16、，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如本田飞度1.3L CVT 两厢、菲亚特2004派力奥1.3 HL Speedgear、菲亚特 西耶那Speedgear EL这些“二合一”的车型价格均在10万元左右，这个价格层面还比较低的。所以，手动/自动车在普与上还是具有相当的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，根据市场要求精心打造此类变速器。因为这类变速器是有比较广阔的市场的。(4)无级变速器 当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要越来越高的。汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速器便是人

17、们追求的“最高境界”。无级变速器最早由荷兰人·多尼斯（VanDoornes）发明。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友将自动变速器称为无级变速器，这是错误的。虽然它们有着共同点，但是自动变速器只有换档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有27个档。而无级变速器能在一定围实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用档位。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最适合的传动比。从市场走向来看

18、，虽然无级变速器是一个技术分量比较高的部件，但是也已经走进了普通轿车的“身体” 之中，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了CVT无级变速器，既方便又省油，且售价也仅在9.6811.68万元。1.2 国外现状在国外，机械产品的系列化和多档化是各个厂家的开发重点，使其产品有几大的方便性和灵活性，能占领更多的市场份额。如德国的ZF公司有中心距80mm、95mm、105mm、120mm、143mm、154mm、等七种类别的变速器，档位数从3到17个。近年来随着微电子技术的发展，电子控制自动变速器的问世，给汽车带来更理想的传动系统。机电一体化技术进入汽车领域，推动了汽车变速装置的重大变革。随着电子技术的应

19、用，自动变速器装置均出现电子化趋势，并且在结构上不同于机械式变速器。自1940年美国通用汽车公司首次将液力机械式自动变速器装车应用以来，液力机械式自动变速器的生产形成系列化和专业化。其发展之快，应用之广，以致于人们直接命名其为"自动变速器"。AT以优越的动力性能，乘坐舒适性和简便的操作，在汽车工业中占有相当的地位。我国几种系列轿车中和重型载货车上虽有应用，但限于技术和经济条件，独立开发，成批生产AT的能力尚不具备。省油，排污低，操纵方便，行驶舒适的机械式无级自动变速器(CVT)一直是人们追求的目标。CVT与其它传动相比，操纵方便性和乘坐舒适性均可与液力变矩器相媲美，而其传动

20、效率却远高于液力变矩器。更主要的是它能够协调车辆外界行驶条件与发动机负荷，充分发挥发动机潜力，提高整车燃油经济性，使汽车具有良好的牵引特性，显著地提高超车性能，这是现有的有级式变速器无法相比的，故CVT是国外汽车传动研究和推广的重点之一。在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。具体有两个原因：首先，目前国企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定程度上加大的手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣。手动变速器应该说是最为节能的变速方式，另外由于中国企业已经掌握该技术，而且在生产方面也积累了长期经验，从而在价格和质量方面会有较大

21、优势。所以在短期仍将是变速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工况。在国，随着汽车工业的发展，我国变速器的生产有了较大的发展，在消化吸收国外先进技术的基础上，每年都有几十个新产品推向市场。不过汽车自动变速器总成市场基本上是进口产品一统天下。为推动中国自主知识产权的自动变速器技术发展，2005年，中国汽车工业协会和中国齿轮专业协会共同完成了“汽车变速器技术发展的课题研究”，并达成了中国汽车自动变速器总成技术的发展意见：优先发展CVT（机械无级自动变速器）、AMT（电控电动机械变速器），适时发展DCT，适当生产AT。1.3 课题容与目标1.3.1 课题容设计机械式六档变速器，除了倒档其它档

22、位使用同步器换档，倒档处使用啮合套换档，且第六档设置为直接档。1.3.2 课题目标本次设计主要容包括根据所给条件确定六档机械式变速器的传动方案，各档位传动比，确定变速器的具体结构，设计变速器的各零部件，校核齿轮和轴的刚度等。然后利用UG软件完成机械式六档变速器的三维建模以与虚拟装配。最后在AUTOCAD中画出总装配图与各零部件图。第二章 变速器传动机构方案的布置2.1 传动机构布置方案分析本设计应用在现今使用广泛的发动机前置、后轮驱动的4×2总体布置方案，发动机发出的动力依次经过离合器、变速器、万向传动装置（万向节和传动轴）、主减速器、差速器、半轴，传到驱动轮，如图2.1所示。1.离

23、合器； 2.变速器； 3.万向传动装置； 4.驱动桥图2.1发动机前置后轮驱动汽车传动系变速器由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进档数的不同，变速器有三、四、五和多档几种。根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、三轴式和多中间轴式变速器。2.1.1 固定轴式变速器(1)两轴式变速器 固定轴式中的两轴式和中间轴式变速器应用广泛。其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器因轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间档位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时噪声也低。因两轴式变速器不能设置直接档，所以在高

24、档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，而且易损坏。还有，受结构限制，两轴式变速器的一档速比不可能设计得很大。对于前进档，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反；而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向一样。本设计主要针对的是中型货车，所以两轴式变速器不适用于本设计。(2)中间轴式变速器 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客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。各传动方案的共同特点是：变速器的第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在

25、第一轴后端的孔，且保持两轴轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档。是直接档，变速器的齿轮和轴承与中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器传动效率高，可达90%以上，噪声低、齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用率要高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进档位工作时，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与第二轴之间的距离（中心距）不太大的条件下，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）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一档外的其它档位换档机构，

26、均采用同步器或啮合套换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合齿套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。在除直接档外的其它档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数一样的条件下，各中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数、轴的支承方式、换档方式和倒档传动方案以与档位布置顺序上有差别。由于本设计针对的是轻型汽车，中间轴式五档和六档变速器体积和质量显得过于庞大，而且传动比大不适用于本设计。凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。前置后

27、驱的乘用车多采用中间轴式变速器。2.1.2 倒档布置方案与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现倒档，故多次数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒档。为实现倒档传动，有些方案利用中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案；也有利用两个联体齿轮方案的。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿是在最不利的正、负交替变化的弯曲应力状态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒档传动比略有增加。也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的啮合套或同步器方案换入倒档。图2.2 倒档布置方案图2.2为常见的倒档布置方案。图2.2(a)所示方案的优点是换倒档时利用了

28、中间轴上的一档齿轮，因而缩短了中间轴的长度；但换档时要求有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难。图2.2(b)所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。图2.2(c)所示方案是将中间轴上的一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2.2(d)所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档更为轻便。综上所述,选用方案（d）变速器的一档或倒档因传动比大，工作时在齿轮上作用的力增大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声增加。为此，无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一档与倒档，都应当布置在靠近轴的支承处，以便改善上述不良状况，然后按照从抵

29、档到高档的顺序布置各档齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒档的传动比虽然与一档的传动比接近，但因为使用倒档的时间非常短，从这点出发有些方案将一档布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒档。此时在倒档工作时，轮齿磨损与噪声在短时间略有增加，而在一档工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。倒档设置在变速器的左侧或右侧，在结构上均能实现，不同之处是挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止意外挂入倒档,一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力，即在变速器中设置倒档锁，用来提醒驾驶员注意。2.2零、部件结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便与三化等要求。在确

30、定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。2.2.1齿轮型式直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的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，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒档。但是，在本设计中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动方案，即除一档外，均采用斜齿轮传动。2.2.2换档结构型式换档结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。 直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、

31、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，初一档、倒档外很少采用。 啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副空间允许，采用齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。 采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿

32、命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中。 在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以免齿间冲击和发生噪声。常用档位的齿轮因接触应力过高而易造成表面点蚀损坏。将高档布置在靠近轴的两端支承中部区域较为合理，在该区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮可保持较好的啮合状态，以减少偏载并提高、齿轮寿命。机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数、每分钟转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮和壳体等零件的制造精度等。2.2.3 自动脱档自动脱档是变速器的主要障

33、碍之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在结构上，目前比较有效的方案有以下几种：(1)将啮合套做得长一些或者两接合齿的啮合位置错开，这样在啮合时使接合齿部超过被接合齿约13mm。使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部成凸肩，以阻止自动脱档。(2)将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.30.6mm），这样，换档后啮合套的后端面便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档（图2.3）。(3)将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜2030），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力。这种结构方案比较有效采用较多。 图2.3 防止自动脱档的结构措施2.2.4变速器轴承作旋转运动的变速器轴支承

34、在壳体或其它部位的地方以与齿轮与轴不做固定连接处应安置轴承。变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥辊子轴承、滑动轴套等。至于何处应当采用何种类型的轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同的。汽车变速器结构紧凑、尺寸小的特点，采用尺寸大些的轴承受限制，常在布置上有困难。如变速器的第二轴前端支承在第一轴常啮合齿轮的腔中，腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。本设计主要针对的是中型货车，采用滚针轴承，而第二轴后端采用圆锥滚子轴承，用来承受轴向力和径向力。作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传给变速器壳体，此处用轴承外圈有挡圈的球轴承。中间轴上齿

35、轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以，但在壳体前端面布置轴承盖有困难，必须由后端轴承承受轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力，而后端采用外圈有挡圈的球轴承或圆柱滚子轴承，本设计两端均采用有挡圈的球轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以与中间轴前、后轴承，按之直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱辊子轴承。轴承的直径根据变速器中心距确定，并要保证后壁两轴承孔之间的距离不小于620mm。滚针轴承、滑动轴承主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。滚针轴承有滚动摩擦损失小、传动效率高、径向配合间隙小、定位与运转精度高、有利于齿轮啮合等优点。滑动轴承的径向配合间隙大、

36、易磨损、间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增加。滑动轴承的优点是制造容易、成本低，但为了设计的整体质量，在设计中只采用滚针轴承。第三章 变速器主要参数的选择3.1 档数变速器的档数可在320个档位围变化，通常变速器的档数在6档以下。增加变速器的档数，能够改善汽车的动力性和燃油经济性以与平均车速。但是档数越多，变速器的结构越复杂，并且使轮廓尺寸和质量加大，同时操纵机构复杂，因此，需要设计者综合考虑设计要求来选取合适的档位。在最近档传动比不变的条件下，增加变速器的档数会使变速器相邻的低档与高档之间的传动比比值小，换档工作容易进行，一般要求相邻档位之间的传动比值在1.8以下。近年来，为了

37、降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘用车一般用45个档位的变速器。商用车变速器采用45个档或多档。载荷质量在2.03.5吨的货车采用五档变速器，载质量在4.08.0吨的货车采用六档变速器。本设计主要应用于中型货车上，所以采用六档变速器。3.2.1 发动机参数和轮胎参数的选择在确定变速器传动比围前，应根据所给的数据，选择合适的发动机参数和轮胎参数，这样才能保证确定出来的传动比合理。根据设计原始数据：汽车整备质量4850kg、装载质量5000kg、最高车速：90km/h等条件，发动机参数与轮胎参数选择如下：(1) 发动机参数的选择：（3-1） 式中：-发动机输出最大功率-传动系的传动效率，

38、取0.9-滚动摩擦系数(取0.02 )-最高车速-空气阻尼系数(取0.9 ) -汽车正面投影面积注:比外特性最大功率低12%20%所以得出：=84.8/0.848=100kw根据现有的车型，以与，选择以下发动机参数：表3.1 发动机参数发动机YC6105排量（ml）6496扭矩/转速（N·m/rpm）402/1600-1900功率/转速（kw/rpm）105/2800变速器六档机械式变速器转向机构循环球面曲销式制动系统双回路鼓式车轮制动器轮胎数6整车尺寸（mm）7065×2410×2460车厢部尺寸（mm）4250×2300×600轴距（mm）

39、4200轮距（mm）前/后1810/1800接近角/离去角28o/32o整车整备质量（kg）4850额定载质量（kg）5000总质量（kg）9850最高车速（km/h）90燃油种类柴油排放依据标准GB17691-1999 GB3847-1999(2)轮胎参数的选择由于货车一般都采用发动机前置前驱形式，故轮胎参数按以下方式选择：前轴： 后轴：根据以上计算出的数据，查表3.2得表3.2 国产汽车轮胎的规格、尺寸与使用条件最终选取的轮胎规格为：11.00R203.2.2 确定变速器一档传动比在确定变速器一档传动比之前应根据所选轮胎的半径最大功率时所对应的转速、最高车速变速器的最高档传动比、最大爬坡度

40、，先确定主减速比与。确定主减速比 ：=0.377（3-2）式中：- 最高档传动比，取=1-最高车速，取90km/h-最大功率时对应的转速，取2800r/m-驱动轮的车轮半径，取0.5425m(2)确定载货汽车的最大爬坡度一般为30%，即 。由=0.3=(3)确定一档传动比（3-3）式中：-汽车总质量，取9850kg-驱动轮半径，取0.5425 m-发动机的最大转矩，取 402Nm-主减速比，取6.3-汽车传动系的传动效率，取0.97-道路的附着系数，取 0.55由于一档的传动比最大,故取=6.63.2.3 确定变速器其它各档的传动比变速器的最高档一般为直接档，有时也为超速档。由于此变速器在设计

41、时，最高档设计为直接档，所以在确定变速器其它各档传动比之前，应先确定公比 。(1)确定公比（3-4）(2)确定其它各档传动比在确定其它各档传动比时，可按等比数级来分配传动比按等比级数分配传动比的主要目的在于充分利用发动机提供的功率，提高汽车的动力性。当汽车需要大功率时，如全力加速或上坡，若排档选择恰当，具有按等比级数分配传动比的变速器，能使发动机经常在接近外特性最大功率 附近处的大功率围运转，从而增加汽车的后备功率，提高了汽车的加速或上坡能力。由求得的公比可求出其它各档传动比为：3.3 中心距的选择对于中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距 。它是一个基本参数，其大小不仅

42、对变速器的外形尺寸、体积和质量大小，而且对齿轮的接触强度有影响。中心距越小，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轮齿有必要的接触强度来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与方便和不影响壳体强度考虑，要求中心距取大些。此外，受一档小齿轮不能过少的限制，要求中心距也要取大些。初选中心距 ：mm（3-5）圆整取值为130mm式中：A-变速器中心距-中心距系数,取9.5-发动机的最大转矩,402Nm-变速器一档传动比，取6.6-变速器传动效率，取0.96一般轿车变速器的中心距在65-80mm围变化，而货车的变速器中心距在80-170mm围变化。原则上总质量小的

43、汽车，变速器中心距也小些。由上面算得的数据可知，所初选的中心距符合要求。3.4 变速器外形尺寸的设计变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径与倒档中间（过度）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为（3.0-3.4）A ，货车变速器的轴向尺寸与档数有关。可参考下列数据选用：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时，中心距系数K应取给出围的上限。为了检测方便，中心距A最好取为整数。由于是六档机械式变速器，所以其轴向尺寸为：（3.2-3.5）A，一般取3.5A ，即455mm。3.5 轴直径的选择变速器工作时

44、，轴除传递转矩外，还承受来自齿轮作用的径向力，如果是斜齿轮则还有轴向力。在这些力的作用下，变速器的轴必须有足够的刚度和强度。轴的刚度不足会产生弯曲的变形，破坏齿轮的正确啮合，对齿轮的强度和耐磨度均产生不利的影响，还会增加工作噪声。中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部直径，即58.5mm轴的最大直径和支承间距离的比值，对中间轴，对第二轴，。第一轴花键部分直径d（mm）可按下式初选： （3-6）式中：K取4.5。3.6 齿轮参数的选择3.6.1 模数的选取齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取的因素有很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺等要求。模数选取原则：为了减消噪声应合理减小模数，同时增加齿宽

45、；为使质量小些，应该增加模数，同时减小齿宽；从工艺反面考虑，各档齿轮应该用一种模数，而从强度反复面考虑，各档齿轮应有不同的模数。减少轿车齿轮工作噪声有较为重要的意义，因此齿轮的模数应选的小些。对于货车，减小质量比减小噪声更重要，故齿轮应该选用大些的模数。变速器低档齿轮应选用大些的模数，其它档位选用另一种模数。少数情况下汽车变速器各档齿轮均选用一样的模数。其模数的选取围如表3.3所示：表3.3 汽车变速器齿轮的法向模数啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿形。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数一样。其取用围是：轿车和轻、中型货车2-3.5mm；重型货车3.5-5mm。选取较小的模数可使齿

46、数增多，有利于换档。所选模数值应符合国家GB1357-78的规定。由于是中型货车，故变速器用齿轮模数可取 4mm。啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿形。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数一样。由于是中型货车，故取3 mm。3.6.2 压力角的选取齿轮压力角较小时，重合度较大并降低了齿轮的刚度，为此能减少进入啮合和退出啮合的动载荷，使传动平稳，有利于降低噪声；压力角大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。因此，理论上对于乘用车为加大重合度以降低噪声应取用14.5°、15°、16°16.5°等小些的压力角；对商用车为提高齿轮承载能力应选用22.

47、5°或25°等大些的压力角。其压力角可按表3.4选取：表3.4 汽车变速器齿轮的齿形、压力角、螺旋角实际上，因国家规定的标准压力角为20o，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20o。因此，按国家标准取该变速器的压力角 20o。3.6.3 齿形的选取齿形可按表3.4选取：由于是中型货车，所以选取GB1357-78规定的标准齿型。3.6.4 螺旋角的选取斜齿轮在变速器中得到广泛的应用。选取斜齿轮的螺旋角，应该注意到它对齿轮工作噪音，轮齿的强度和轴向力有影响。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、噪音降低。随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高，不过当螺旋角

48、大于30°时，其抗弯强度下降的很快，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低档齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高档齿轮的接触强度着手，应当选用较大的螺旋角。斜齿轮传递扭矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡，以减小轴承的负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上不同档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，或者仅取两种螺旋角。中间轴上全部齿轮的螺旋 应一律取为右旋，则第一轴、第二轴上的斜齿轮应取为左旋。轴向力经轴承盖作用到壳体上。一档和倒档设计为直齿时，在这些档位上工作时，中间轴上

49、的轴向力不能抵消（但因这些档位使用的较少，所以也是允许的），而此时第二轴没有轴向力作用。根据图3.1可知，欲使中间轴上两个斜齿轮的轴向力平衡，必须满足以下条件：由于, 为使两轴向力平衡，必须满足:图3.1 中间轴轴向力的平衡式中：-齿轮1、2的节圆半径-中间轴传递的转矩最后可用调整螺旋角的方法，使各对啮合齿轮因模数或齿数不同等原因而造成的中心距不等现象得以消除。斜齿轮螺旋角可在下面提供的围选用：两轴式变速器为20o-25o中间轴式变速器为22o-34o货车变速器：18o-26o3.6.5 齿宽b的选取此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 

50、;扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩7）如果和的齿数确定了，则与 的传动比可求出。为了求和的齿数的，先求其齿数和。直齿 （3-8）斜齿 （3-9）计算后取为整数，然后进行大、小齿轮齿数的分配。中间轴上的一档小齿轮的齿数尽可能取的小些，以便使 的传动比大些，在i1 已定的条件下， 的传动比可分配小些，使第一轴常啮合齿轮的齿数多些，以便在其腔设置第二轴的前轴承并保证轮辐有足够的厚度。考虑壳体上的第一轴轴承孔的限制和装配的可能性，该齿轮齿数又不宜取多。中间轴上小齿轮的最少齿数，还受中间轴轴径的限制，即受刚度的限制。在选定时，对轴的尺寸与齿轮齿数要统一考虑。轿车中

51、间轴式变速器一档传动比i1 =3.5-3.8时，中间轴上一档齿轮齿数可在=15-17之间选取，货车可在=12-17之间选用。一档大齿轮齿数用计算求得。由于变速器的一档选择斜齿，故圆整取故3.7.2 对中心距A进行修正因为计算齿数 后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的 和齿轮变位系数重新计算中心距A，再以修正后的中心距A作为各档齿轮齿数分配的依据。由于一档是斜齿，故由故A=129.8mm圆整A=130mm3.7.3 确定常啮合传动齿轮副的齿数则=2.55又 ,得 3.7.4 确定其它档位的齿轮齿数二档选斜齿，螺旋角 与常啮合齿轮的 不同时，由下式得 （3-10）（3-11）初选由,

52、得同理得，3.7.5 确定倒档齿轮齿数一般情况下，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取6.5。中间轴上倒档传动齿轮的齿数比一档主动齿轮Z12略小，取15。而通常情况下，倒档轴齿轮取Z15 2123，此处取23。 （3-12）可计算出Z13=38。 因本设计倒档齿轮业也是斜齿轮，故可得出中间轴与倒档轴的中心距: 而倒档轴与第二轴的中心距计算如下：中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部 且。 （3-13）式中：-齿顶高-变位系数。选非变位齿轮，则取-齿顶高系数。由表3.5选取表3.5渐开线圆柱齿轮基准齿形因为选取标准齿，则取，代入得mm。将mm 代入3-13中得为避免干涉，间之应有不

53、小于0.5mm的间隙，则取mm mm综合一、二、三、四、五，得出下列数据，表3.6 变速器相关数据参数档位齿轮齿数传动比模数螺旋角六档171420o44420o档221.45320o39320o档272.1320o34320o档333320o28320o档384.5420o23420o档446.6420o17420o倒档386.5420o15420o23420o第四章 变速器的设计、计算与校核4.1变速器操纵机构根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选档和实现换档或退到空档的工作。变速器操纵机构应满足如下主要要求：（1）换档时只能挂入一个档位（2）换档后应使齿轮在全齿长上啮合（

54、3）防止自动脱档或自动挂档（4）防止误挂倒档（5）换档轻便 机械式变速器的操纵机构一般是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴与互锁、自锁和倒档锁装置等主要件组成。依靠驾驶员手力完成选档、换档或退到空档工作，称为手动换档变速器，其又有如下形式：（1）直接操纵手动换档变速器 当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换档功能的手动换档变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。（2）远距离操纵手动换档变速器 平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器距驾驶员座椅较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换档手力经过这些转

55、换机构才能完成换档功能。这种手动换档变速器称为远距离操纵的动换档变速器。（3）电控自动换档变速器 在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换档，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换档时刻的判断，自动实现收油门、离合器分离、选档、换档、离合器接合和油门等一系列动作，使汽车动力性、经济性有所提高。4.2齿轮的损坏原因与形式变速器齿轮的损坏形式主要有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形。(1)轮齿折断轮齿折断是指齿轮的一个或多个齿轮的整体或局部断裂，是齿轮最危险的失效形式。轮齿折断有很多形式，正常情况下主要是齿根弯曲疲劳折断。齿轮在啮合过程中，轮齿表面承受有集中载荷的作用。可以把轮齿看作悬臂梁，轮齿根部弯曲应力很大，过渡圆角处又有应力集中，故轮齿根部很容易发生断裂。轮齿折断有两种形式，一种是轮齿受到足够大的突然载荷的冲击作用，导致轮齿断裂，这种破坏的断面为粗粒状。另一种是受到多次重复载荷作用，齿根受拉面的最大应力区出现疲劳裂缝，裂缝逐渐扩展到一定深度后，轮齿突然折断。这种破坏的断面在疲劳断裂部分呈光滑表面，在突然断裂部分呈粗粒状表面。变速器中轮齿的折断以疲劳