基于ProE与ANSYS的奇瑞A516轿车变速器设计

1、 摘要变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，为了使汽车在不同速度下行驶，变速器应设有多个档位，包括空挡和倒档。机械式手动变速器是传统的汽车传动系统，由于其结构简单、体积小、制造本钱低、便于装配和修理，传动效率高等优点，一直沿用至今。作为传动机构的重要部件，对变速器的设计都遵循着统一的目标，那就是力求简单和方便。变速器的性能直接表达出整车性能的上下，特别是燃油经济性的好坏。所以变速器的设计质量的上下一直是汽车行业竞争的焦点。本设计针对乘用车两轴式机械变速器。根据乘用车的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数，结合选择的适合于该乘用车的发动机型号

2、可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要的参数。结合某些乘用车的根本参数，选择适当的主减速比。根据上述参数，计算出变速器的相关参数，进行合理性的设计。关键词：二轴式变速器；齿轮；同步器；设计；结构ABSTRACT To change the engine used to spread transmission of torque and wheel speed, in order to make car travel at different speeds, transmission should be a number of stalls, including neutral and

3、reverse. Mechanical transmission is a traditional manual transmission car, because of its simple structure, small size, low manufacturing cost, ease of assembly and repair, high transmission efficiency, are still in use. Transmission mechanism as an impotant component, the design of transmission lin

4、e with the goal of reunification, it is simple and convenient. Transmission performance of the vehicle directly reflects the level of performance, especially fuel economy is good or bad. Therefore, the design of transmission quality has been the focus of competition in the automotive industry. The d

5、esign for the two-axis mechanical transmission cars. Form the basis of passenger cars, Tread, wheelbase, minimum ground clearance, minimum turning radius, vehicle weight, loaded weight and parameters such as maximum speed, combined with the suitable selection of the cars engine engine models can be

6、drawn maximum power, maximum torque, displacement and other important parameters. Combination of some basic parameters of passenger cars, to choose the appropriate reduction ratio of the Lord. Based on the above parameters to calculate the transmission of the relevant parameters for a reasonable des

7、ign.Key words: Transmission；Gear；Synchronizer ；Design；Structure目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc233728931 摘要 PAGEREF _Toc233728931 h I HYPERLINK l _Toc233728932 Abstract PAGEREF _Toc233728932 h II HYPERLINK l _Toc233728934 第1章 绪论 PAGEREF _Toc233728934 h 1 HYPERLINK l _Toc233728935 选题的目的和意义 PAGERE

8、F _Toc233728935 h 1 HYPERLINK l _Toc233728936 汽车变速器的设计要求 PAGEREF _Toc233728936 h 1 HYPERLINK l _Toc233728937 汽车变速器的开展现状 PAGEREF _Toc233728937 h 2 HYPERLINK l _Toc233728938 设计的内容及方法 PAGEREF _Toc233728938 h 2 HYPERLINK l _Toc233728939 第2章 变速器传动机构与操纵机构的布置4 HYPERLINK l _Toc233728940 变速器传动机构布置方案4 HYPERLI

9、NK l _Toc233728941 变速器传动方案分析与选择4 HYPERLINK l _Toc233728942 倒档布置方案4 HYPERLINK l _Toc233728943 零部件结构方案分析5 HYPERLINK l _Toc233728944 变速器操纵机构布置方案7 HYPERLINK l _Toc233728945 概述7 HYPERLINK l _Toc233728946 典型的操纵机构及其锁定装置8 HYPERLINK l _Toc233728947 本章小结10 HYPERLINK l _Toc233728948 第3章 变速器的设计与计算 PAGEREF _Toc2

10、33728948 h 11 HYPERLINK l _Toc233728949 变速器主要参数的选择 PAGEREF _Toc233728949 h 11 HYPERLINK l _Toc233728966 档数 PAGEREF _Toc233728966 h 10 HYPERLINK l _Toc233728967 传动比范围 PAGEREF _Toc233728967 h 11 HYPERLINK l _Toc233728968 变速器各档传动比确实定 PAGEREF _Toc233728968 h 11 HYPERLINK l _Toc233728969 中心距的选择 PAGEREF _

11、Toc233728969 h 14 HYPERLINK l _Toc233728970 变速器的外形尺寸 PAGEREF _Toc233728970 h 14 HYPERLINK l _Toc233728971 齿轮参数的选择 PAGEREF _Toc233728971 h 14 HYPERLINK l _Toc233728972 各档齿轮齿数的分配及传动比的计算 PAGEREF _Toc233728972 h 16 HYPERLINK l _Toc233728973 变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整 PAGEREF _Toc233728973 h 19 HYPERLINK l _Toc23

12、3728974 变速器齿轮强度校核23 HYPERLINK l _Toc233728975 齿轮材料的选择原那么23 HYPERLINK l _Toc233728976 变速器齿轮弯曲强度校核 PAGEREF _Toc233728976 h 23 HYPERLINK l _Toc233728977 轮齿接触应力校核27 HYPERLINK l _Toc233728978 倒档齿轮的校核 PAGEREF _Toc233728978 h 31 HYPERLINK l _Toc233728979 轴的结构和尺寸设计 PAGEREF _Toc233728979 h 34 HYPERLINK l _To

13、c233728980 3.3.1 初选轴的直径 PAGEREF _Toc233728980 h 34 HYPERLINK l _Toc233728981 轴的强度验算 PAGEREF _Toc233728981 h 35 HYPERLINK l _Toc233728982 轴的刚度计算 PAGEREF _Toc233728982 h 35 HYPERLINK l _Toc233728983 轴的强度计算43 HYPERLINK l _Toc233728984 轴承选择与寿命计算 PAGEREF _Toc233728984 h 48 HYPERLINK l _Toc233728985 输入轴轴承

14、的选择与寿命计算 PAGEREF _Toc233728985 h 49 HYPERLINK l _Toc233728986 输出轴轴承的选择与寿命计算50 HYPERLINK l _Toc233728987 本章小结52 HYPERLINK l _Toc233728988 第4章 变速器同步器的设计 PAGEREF _Toc233728988 h 53 HYPERLINK l _Toc233728989 锁销式同步器 PAGEREF _Toc233728989 h 53 HYPERLINK l _Toc233728990 锁销式同步器结构 PAGEREF _Toc233728990 h 53

15、HYPERLINK l _Toc233728991 锁销式同步器工作原理 PAGEREF _Toc233728991 h 53 HYPERLINK l _Toc233728994 锁环式同步器 PAGEREF _Toc233728994 h 54 HYPERLINK l _Toc233728993 4.2.1 锁环式同步器结构 PAGEREF _Toc233728993 h 54 HYPERLINK l _Toc233728993 4.2.2 锁环式同步器的工作原理 PAGEREF _Toc233728993 h 54 HYPERLINK l _Toc233728993 4.2.3 锁环式同步

16、器主要尺寸确实定 PAGEREF _Toc233728993 h 55 HYPERLINK l _Toc233728995 本章小结 PAGEREF _Toc233728995 h 57 HYPERLINK l _Toc233728939 第5章 变速器传动机构三维设计58 HYPERLINK l _Toc233728940 5.1 PRO/E软件简介58 HYPERLINK l _Toc233728941 5 变速器输出轴模型建立58 HYPERLINK l _Toc233728942 5 变速器输入轴模型建立60 HYPERLINK l _Toc233728944 5.2 变速器齿轮模型建

17、立61 HYPERLINK l _Toc233728944 5.3 变速器传动机构模型虚拟装配64 HYPERLINK l _Toc233728945 5.3.1 PRO/E根本装配约束64 HYPERLINK l _Toc233728946 5.3.2 变速器传动机构装配图和爆炸图65 HYPERLINK l _Toc233728944 5.4 装配及干预检查67 HYPERLINK l _Toc233728944 5.5本章小结68 HYPERLINK l _Toc233728988 第6章 变速器传动机构有限元分析696.1 PRO/E与ANSYS模型传递 HYPERLINK l _To

18、c233728944 69 HYPERLINK l _Toc233728945 6.1.1 PRO/E与ANSYA根本模型转换方式69 HYPERLINK l _Toc233728946 6.1.2 配置PRO/E与ANSYS接口70 HYPERLINK l _Toc233728946 6.1.3通过接口将PRO/E模型导入ANSYS70 HYPERLINK l _Toc233728989 6.2 PRO/E与ANSy分析过程71 HYPERLINK l _Toc233728990 6.2.1 前处理72 HYPERLINK l _Toc233728991 6.2.2 网络划分72 HYPER

19、LINK l _Toc233728992 6.2.3 有限元的约束与加载73 HYPERLINK l _Toc233728993 6.2.4 查看结果74 HYPERLINK l _Toc233728993 6.2.5 结果分析76 HYPERLINK l _Toc233728994 6.3 本章小结77 HYPERLINK l _Toc233728996 结论78 HYPERLINK l _Toc233728997 参考文献79 HYPERLINK l _Toc233728998 致谢80 HYPERLINK l _Toc233728999 附录81 绪 论1.1 选题的目的和意义 汽车变速

20、器是汽车传动系的重要组成局部。由于汽油机额定转矩对应的速度范围很小,而复杂的使用条件那么要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，因此要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化。变速器是传动系的主要部件,它的性能对整车的动力性、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面都有十分重要的影响。手动机械变速器可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、传动效率高、故障率相对较低、经济性好、环保性强、物美价廉,因此在市场上仍占有一席之地，开发手动机械变速器也适应当代世界经济的开展和需要。随着科技的高速开展，节能与环境保护、应用新型材料、高性能及低本钱都可将作为汽车新型变速器的研究方向。1.1.1 汽车变速器的设计要求汽车传

21、动系是汽车的核心组成局部。其任务是调节、变换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满足汽车的使用要求1。变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的开展，轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽车变速器的设计工作开始之前，首先要根据变速器运用的实际场合来对一些主要参数做出选择。主要参数包括中心距、变速器轴向尺寸、轴的直径、齿轮参数、各档齿轮的齿数等。变速器的根本设计要求2：保证汽车有必要的动力性和经

22、济性；设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输；设置倒档，使汽车能倒退行驶；换档迅速、省力、方便；工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档，以及换档冲击等现象出现；工作效率高，噪声小；结构简单、方案合理；在满载及冲击载荷条件下，使用寿命长；除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造本钱低、维修方便等要求。 变速器传动机构有两种分类方法。根据前进档数分为：三档变速器，四档变速器，五档变速器，多档变速器。根据轴的形式分为：固定轴式，旋转轴式。其中固定轴式又分为：两轴式变速器，中间轴式变速器，双中间轴式变速器，多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱

23、动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。1.1.2 汽车变速器的开展现状教练车都是手动早期的汽车传动系，从发动机到车轮之间的动力传递形式是很简单的，一般都采用皮革作衬垫的油浴离合器。汽车自动变速器作为一种新型的传动器，最早是1939年由通用公司奥兹莫比尔部开发的。自20世纪40年代起人们就不遗余力地开展自动变速器1940年奥兹莫比尔采用液力自动变速器，这是在批量生产的美国汽车上最早采用的全自动变速器，也是第一台现代意义上的自动变速器。1948年，自动变速器已经开展到与行星传动组成一体的液力变矩器。1983年，丰田汽车公司生产了A140E型自

24、动变速驱动桥。这是第一种电控换挡自动变速器，开创了变速器开展的新趋势。在我国上海通用汽车公司在其生产的别克轿车上装备了4T65-E型电控自动变速器，这是我国第一家汽车公司将自动变速器作为标准装备装于轿车。世界最大的手动变速器制造商德国ZF公司预测说，到2021年北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡，欧洲与美国的情况不同，有机构预测，到2021年欧洲有52%的汽车还是手动挡，配备自动手动的变速器将只有10%,配备无级变速器的将占2%,配备双离合变速器的将占16%，欧洲人崇尚节能 环保，喜欢开小型车，更青睐手动变速器的经济燃油性。而在日本变速器市场，CVT的市场占据绝对优势。在我国，虽然自动变速

25、器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年中高档的汽车是不会轻易放弃手动变速器的。另外，现在在我国的汽车驾校中，变速器的，除了经济适用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，所以一些之外，关键是能够让学员打好根底以及锻炼驾驶协调性。1.2 设计的内容及方法本次设计的变速器是在原有奇瑞A516的变速器的根底上，在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。1、对变速器传动机构的分析与选择通过比拟两轴和中间轴式变速器各自的优缺点，以及所设计车辆的特点，确定传动机构的布置形式。2、变速器主要参数的选择变

26、速器主要参数的选择：档数、传动比、中心距、齿轮参数等。3、变速器齿轮强度的校核变速器齿轮强度的校核主要对变速器的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行校核。4、轴的根本尺寸确实定及强度计算。对于轴的强度计算那么是对轴的刚度和强度分别进行校核。5、轴承的选择与寿命计算。对变速器轴的支撑局部选用圆锥磙子轴承，寿命计算是按汽车的大修里程来衡量，轿车的为30万公里。本次设计主要是查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料，结合所学专业知识，在老师的正确指导下进行设计。通过比拟不同方案和方法选取最正确方案进行设计，计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；同时对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析设

27、计；另外，对现有传统变速器的结构进行改良、完善。 6、设计流程图。 图1.1 设计流程图变速器传动机构与操纵机构的布置2.1 变速器传动机构布置方案机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造本钱底和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。2.1.1 变速器传动方案分析与选择机械式变速器传动机构布置方案主要有两种：两轴式变速器和中间轴式变速器。其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递动，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承

28、载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档速比不能设计的很大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时直接输出动力。而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汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体绝大多数方案的第二轴与一轴在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，此时噪声低，齿轮、轴承的磨损减少。对不同类型的汽车，具有不同的传动系档位数，其原因在于它们的使用条件不同、对整车性能要求不同、汽车本身的比功率不同5。而传动系的档位数与汽车的动力性、燃油经济性有着密切的联系。就动力性而言，档位

29、数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的时机，提高了汽车的加速和爬坡能力。就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区下作的能力，降低了油耗。从而能提高汽车生产率，降低运输成木。不过，增加档数会使变速器机构复杂和质量增加，轴向尺寸增大、本钱提高、操纵复杂。 综上所述，由于此次设计的变速器是中档轿车变速器，驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且可布置变速器的空间较小，对变速器的要求较高，要求运行噪声小，设计车速高，应选用二轴式变速器作为传动方案。选择5档变速器，并且五档为超速档。2.1.2 倒档布置方案常见的倒档布置方案如图2.1所示。图2.1b方案的优点是倒档利用了一档齿轮，缩短了中

30、间轴的长度。但换档时有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难；图2.1c方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理；图2.1d方案对2.1c的缺点做了修改；图2.1e所示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长；图2.1f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档换更为轻便。综合考虑以上因素，为了换档轻便，减小噪声，倒档传动采用图2.1f所示方案。图2.1 倒档布置方案2.1.3 零部件结构方案分析1、齿轮形式变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。直齿圆柱齿轮主要用于一档、倒档齿轮，与直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点，所以本设计全部选用斜齿轮

31、。变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度图2.2影响齿轮强度6。要求尺寸应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮装在轴上以后，保持足够大的稳定性，齿轮轮毂局部的宽度尺寸，在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求： 2.1式中：花键内径。为了减小质量，轮辐处厚度可取为花键内径的1.251.40倍。图2.2 变速器齿轮尺寸控制图齿轮外表粗糙度数值降低，那么噪声减少，齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。变速器齿轮齿面的外表粗糙度应在m范围内选用。要求齿轮制造精度不低于7级。2、变速器轴变

32、速器轴多数情况下经轴承安装在壳体的轴承孔内。当变速器中心距小，在壳体的同一端面布置两个滚动轴承有困难时，输出轴可以直接压入壳体孔中，并固定不动。用移动齿轮方式实现换档的齿轮与轴之间，应选用矩形花键连接，以保证良好的定心和滑动灵活，而且定心外径及矩形花键齿侧的磨削比渐开线花键要容易7。两轴式变速器输入轴和中间轴式变速器中间轴上的高档齿轮，通过轴与齿轮内孔之间的过盈配合和键固定在轴上。两轴式变速器的输出轴和中间轴式变速器的第二轴上的常啮合齿轮副的齿轮与轴之间，常设置有滚针轴承、滑动轴承，少数情况下齿轮直接装在轴上。此时，轴的外表粗糙度不应低与m，硬度不低于5863HRC。因渐开线花键定位性能良好，

33、承载能力大且渐开线花键的齿短，小径相对增大能提高轴的刚度，所以轴与同步器上的轴套常用渐开线花键连接。倒档轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴，并由螺栓固定。由上述可知，变速器的轴上装有轴承、齿轮、齿套等零件，有的轴上又有矩形或渐开线花键，所以设计时不仅要考虑装配上的可能，而且应当可以顺利拆装轴上各零件。此外，还要注意工艺上的有关问题。3、变速器轴承的选择变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。滚针轴承、滑动轴承套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8。 变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径较小、宽度较大因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调

34、整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。 由于本设计的变速器为两轴变速器，具有较大的轴向力，所以设计中变速器输入轴、输出轴的前、后轴承按直径系列均选用圆锥滚子轴承。2.2 变速器操纵机构布置方案2.2.1 概述根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用操纵机构完成选档和实现换档或退到空档。变速器操纵机构应当满足如下主要要求9：换档时只能挂入一个档位，换档后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱档或自动挂档，防止误挂倒档，换档轻便。变速器操纵机构通常装在顶盖或侧盖内，也有少数是分开的。变速器操纵机构操纵第二轴上的滑动齿轮、啮合套或同步器得到所需不同档位。用于机械式变速器的操纵机构，常见的是

35、由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒档装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选档、换档或推到空档工作，称为手动换档变速器。1、直接操纵式手动换档变速器当变速器布置在驾驶员座椅附近时，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。近年来 ，单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴，各档同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各档换档行程相等。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，受总体布置限制，变速器距驾驶员座位较远，这时需要在变速杆

36、与拨叉之间布置假设干传动件，换档手力经过这些转换机构才能完成换档功能。这种手动换档变速器，称为远距离操纵手动换档变速器。3、电动自动换档变速器20世纪80年代以后，在固定轴式机械变速器根底上，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，这种变速器成为电动自动换档变速器10。由于所设计的变速器为两轴变速器，采用发动机前置前轮驱动，变速器离驾驶员座椅较近，所以采用直接操纵式手动换档变速器。2.2.2 典型的操纵机构及其锁定装置图2.3 为典型的操纵机构图定位装置的作用是将被啮合件保持在一定位置上，并防止自动啮

37、合和别离，一般采用弹簧和钢球式机构。1、换档机构变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换档，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一档、倒档外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换档。因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换档冲击。目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换档迅速、无冲击、无噪声，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶平安性。同上述两种换档方法比拟，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到

38、广泛应用。利用同步器或啮合套换档，其换档行程要比滑动齿轮换档行程小。通过比拟，考虑汽车的操纵性能，本设计全部档位均选用同步器换档。2、防脱档设计互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速叉轴互被锁住，该机构的作用是防止同时挂入两档，而使挂档出现重大故障。常见的互锁机构有：1互锁销式图2.4是汽车上用得最广泛的一种机构，互锁销和顶销装在变速叉轴之间，用销子的长度和凹槽来保证互锁。图2.4，a为空档位置，此时任一叉轴可自由移动。图2.4，b、c、d为某一叉轴在工作位置，而其它叉轴被锁住。图2.4 互锁销式互锁机构2摆动锁块式图2.5为摆动锁块式互锁机构工作示意图，锁块用同心轴螺钉安装在壳体上，并可

39、绕螺钉轴线自由转动，操纵杆的拨头置于锁块槽内，此时，锁块的一个或两个突起局部A档住其它两个变速叉轴槽，保证换档时不能同时挂入两档。3转动钳口式图2.6为与上述锁块机构原理相似的转动钳口式互锁装置。操纵杆拨头置于钳口中，钳形板可绕A轴转动。选档时操纵杆转动钳形板选入某一变速叉轴槽内，此时钳形板的一个或两个钳爪抓住其它两个变速叉，保证互锁作用11。图2.5 摆动锁块式互锁机构 图2.6 转动钳口式互锁机构操纵机构还应设有保证不能误挂倒档的机构。通常是在倒档叉或叉头上装有弹簧机构，使司机在换档时因有弹簧力作用，产生明显的手感。锁止机构还包括自锁、倒档锁两个机构。自锁机构的作用是将滑杆锁定在一定位置，

40、保证齿轮全齿长参加啮合，并防止自动脱档和挂档。自锁机构有球形锁定机构与杆形锁定机构两种类型。倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，方能挂入倒档，起到提醒注意的作用，以防误挂倒档，造成平安事故。本次设计属于前置前轮驱动的轿车，操纵机构采用直接操纵方式，锁定机构全部采用，即设置自锁、互锁、倒档锁装置。采用自锁钢球来实现自锁，通过互锁销实现互锁。倒档锁采用限位弹簧来实现，使驾驶员有感觉，防止误挂倒档。2.3 本章小结本章主要介绍了变速器传动机构和操纵机构的类型，分析了各类型机构的优缺点，并针对所设计的变速器的类型、特点、及功用，对变速器的传动方式、操纵机构的布置方式、及主要零件的形式，做出

41、了初步的选择，为后期的设计工作打下根底。 变速器的设计与计算3.1 变速器主要参数的选择本次毕业设计是在给定主要整车参数的情况下进行设计，奇瑞A516整车主要技术参数如表所示：表3.1 奇瑞A516MT整车主要技术参数发动机最大功率车轮型号195/55R185V发动机最大转矩147Nm最大功率时转速6150 r/min最大转矩时转速4300r/min最高车速185km/h总质量1290kg变速器形式手动五档3.1.1 档数近年来，为了降低油耗，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。发动机排量大的乘用车变速器多用5个档。商用车变速器采用45个档或多档。载质量在2.03.

42、5t的货车采用五档变速器，载质量在4.08.0t的货车采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。档数选择的要求：1相邻档位之间的传动比比值在1.8以下。2高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档区相邻档位之间的比值小。 因此，本次设计的轿车变速器为5档变速器。3.1.2 传动比范围变速器传动比范围是指变速器最高档与最低档传动比的比值。最高档通常是直接档，传动比为1.0；有的变速器最高档是超速档，传动比为0.70.8。影响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求到达的最低稳定行

43、驶车速等。目前乘用车的传动比范围在3.04.5之间，总质量轻些的商用车在5.08.0之间，其它商用车那么更大。7。3.1.3 变速器各档传动比确实定1、主减速器传动比确实定发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为12： 3.1mmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。：a=150mm；b=111mm；L=261345得到：mmmmmmmm五档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：a=166mm；b=95mm；L=261mm；d=60345得到：mmmmmmrad输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。：a=166m

44、m；b=95mm；L=261mm；d=35345得到：mmmmmmmm倒档工作时：NNN输入轴的挠度和转角的计算：a=216mm；b=45mm；L=261mm；d=30345得到：mmmmmmmm输出轴的挠度和转角的计算：输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。：a=216mm；b=45mm；L=261345得到：mmmmmmmm由以上可知道，变速器在各档工作时均满足刚度要求。3.4.2 轴的强度计算变速器在一档工作时：对输入轴校核：计算输入轴的支反力：NNN：a=25mm；b=236mm；L=261mm；d=30mm1、垂直面内支反力对B点取矩，由力矩平衡可得到C点的支反力，即：

45、66式，解得：=N同理，对A点取矩，由力矩平衡公式可解得：2、水平面内的支反力由力矩平衡和力的平衡可知： 7 878两式，得到：3、计算垂直面内的弯矩B点的最大弯矩为：NmmNmmNmmB点的最小弯矩为：Nmm4、计算水平面内的弯矩Nmm5、计算合成弯矩NmmNmm轴上各点弯矩如图3.6所示：作用在齿轮上的径向力和轴向力，使轴在垂直面内弯曲变形，而圆周力使轴在水平面内弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的支反力之后，计算相应的弯矩、。轴在转矩和弯矩的同时作用下，其应力为 (3.29)式中：N.m；轴的直径mm，花键处取内径；抗弯截面系数mm3。将数据代入3.29式，得：MPaMPa在低档工作

46、时，400MPa，符合要求。图3.6 输入轴的弯矩图对输出轴校核：计算输出轴的支反力：齿轮受力如下：NNN：a=25mm；b=236mm；L=261mm；d=30mm，c=50mm主动锥齿轮的受力分析： 0式中： 发动机输出的最大转矩； 锥齿轮齿宽中点处的直径； 一档传动比。NNN1、垂直面内支反力对A点取矩，由力矩平衡可得到C点的支反力，即： 11式，解得：=N同理，对C点取矩，由力矩平衡公式：，可解得：N2、水平面内的支反力由力矩平衡和力的平衡可知： 2 323两式，得到：N，N3、计算垂直面内的弯矩A点的弯矩为：NmmB点的弯矩为：NmmNmmNmmD点弯矩为：Nmm4、计算水平面内弯矩

47、：A点的弯矩为：NmmB点的弯矩为：NmmNmm5、计算合成弯矩 Nmm Nmm Nmm轴上各点弯矩如图3.7所示：图3.7 输出轴弯矩图把以上数据代入3.29，得：MPaMPaMPa在低档工作时，400MPa，符合要求。3.5 轴承选择与寿命计算轴承的使用寿命可按汽车以平均速度行驶至大修前的总行驶里程S来计算，对于汽车轴承寿命的要求是轿车30万公里，货车和大客车25万公里。式中，h3.5.1 输入轴轴承的选择与寿命计算初选轴承型号根据机械设计手册选择30305型号轴承KN，KN。1、变速器一档工作时N，N轴承的径向载荷：=N；N轴承内部轴向力： 查机械设计手册得：Y=2NNN所以NN计算轴承

48、担量动载荷查机械设计手册得到，查机械设计手册得到；，查机械设计手册得到当量动载荷：NN为支反力。h表3.4 变速器各档的相对工作时间或使用率车型档位数最高档传动比/%变速器档位轿车普通级以下31130694132041182368中级以上311227741287413205124755。假设,那么换挡时，在摩擦锥面尚未接触时，啮合套接合齿与锁环接合齿的锁止面已位于接触位置，即接近尺寸b0,应使，通常取左右。锁环端面与齿轮接合齿端面应留有间隙图4.6，并可称之为后备行程。预留后备行程的原因是锁环的摩擦面会因摩擦而磨损，并在接下来的换挡时，锁环要向齿轮方向增加少量移动。随着磨损的增加，这种移动量也

49、逐渐增多，导致间隙逐渐减少，直至为零；此后，两摩擦锥面间会在这种状态下出现间隙和失去摩擦力矩。而此刻，假设锁环上的摩擦锥面还未到达许用磨损的范围，同步器也会因失去摩擦力矩而不能实现锁环等零件与齿轮同步后换挡，故属于因设计不当而影响同步器寿命。一般应取=。在空挡位置，锁环锥面的轴向间隙应保持在。图4.5 滑块转动距离1啮合套 2锁环 3滑块 4锁环缺口图4.6 滑块端隙4.3 本章小结本章主要介绍了同步器的几种形式，并着重介绍了惯性式同步器的锁销式同步器和锁环式同步器，对它们的结构和工作原理进行了介绍，最后对锁环式同步器主要尺寸如何确定进行了简单的介绍，确定了同步器的主要尺寸。第5章 变速器传动

50、机构的三维设计5.1 Pro/E软件简介Pro/E是美国 PTC公司的产品，它较早把“特征和“特征添加的概念和方法运用在三维模型的创立中，具有基于特征的全参数化的强大三维建模功能。当前国内大局部企业CAD技术已经得到广泛应用，但也只是实现了辅助绘图的目标。因为CAD是辅助设计，既然是设计就不但要想到产品的机械模型，还应该想到产品的结构设计、运动分析、优化设计和生产加工等，只要这样才能发挥CAD的真正作用。要真正做到这一点，单凭二维CAD是不够的，必须采用三维CAD才更加科学合理。与二维CAD相比三维CAD有其显而易见的优点：1能建立与实物完全相同的数字样机；2辅助进行复杂机构与新产品设计；3真

51、正实现参数化驱动；4能自动或方便的检查数字样机的干预和间隙；5自动生成工程图；6自动计算重量和重心；7提高设计效率；8为实现系列化、通用化、标准化设计提供便利条件；9数字模型为CAM/CAE提供了运用根底；10提升企业技术水平与形象，便于与客户交流。 当今比拟流行的三维结构设计软件有Pro/E、UG、CATIA等，其中UG、CATIA的曲面造型能力比拟强大，建模方式那么更加灵活，尤其是CATIA，在航天业和汽车业很受青睐。而Pro/E是基于特征的全参数化软件，采用的是单一数据库管理系统，零件模型、装配模型、制造模型工程图之间是全相关的，一个地方的尺寸更改后，其他与之有继承关系的模型中业会相应更

52、改，能够为参数化驱动提供很好的条件。而且Pro/E与各大分析、仿真软件接口能力特别强，如与ANSYS等软件Pro/E都有专门的接口模块与其实现无缝连接，具有良好的兼容性。相比拟而言，Pro/E对计算机硬件的要求没有UG、CATIA的高，且具有复杂零件的实体造型、曲面设计、产品大装配和装配检查的能力，为本课题的研究提供有利的条件。 变速器输出轴模型的建立1、建立新文件单击工具栏中的新建文件夹按钮，在弹出的“新建对话框中选择“零件单项选择按钮，并取消“使用缺省模板复选框，在“名称文本框输入新建文件名tire。单击“新建对话框中的“确定按钮，进入零件设计工作界面。2、使用拉伸工具建立输出轴轴1 单击

53、按钮，翻开拉伸特征操控板。各选项设置如下列图；图 轮胎基体拉伸特征操控板的设置2 单击按钮，点击编辑按钮，选择FRONT基准面为草绘平面，RIGHT基准面为视图方向参照；3单击“草绘按钮，进入草绘工作环境。绘制如下列图所示的拉伸截面；4单击按钮，返回拉伸特征操控版，单击按钮，完成拉伸特征的建立，如下列图所示。 图输出轴基体的草绘 图拉伸出输出轴基体3、使用拉伸工具建立轴花键1单击按钮，翻开拉伸特征操控版。各选项设置如下图；图5.4 拉伸特征操控板的设置2单击基准按钮，建立一个基准面；3单击“草绘按钮，进入草绘工作环境。绘制如下列图所示；4单击按钮，返回拉伸特征操控版，单击按钮，花键建立完成如图

54、5.6所示。 图 输出轴花键的草绘 图 输出轴花键5、重复轴拉伸和花键命令最后完成输出轴图5.8输出轴 变速器输入轴模型建立重复拉伸命令建立输出轴，如图5.9所示。 图5.9 输入轴 变速器齿轮模型的建立 1输入齿轮的各项参数： 齿数：tooths；模数：mn；压力角：angle；螺旋角：helix；变位系数：xn；齿高变动系数：teeth_change_modulus；径向间隙径向间隙系数：c_modulus；齿顶高系数：ha_modulus；齿宽：teeth_width；齿厚等于齿槽宽的圆的直径：dse；如下图。 2编辑齿轮关系式：见“软件下载区；如下图。 图 3插入基准曲线草绘： FRO

55、NT平面作为草绘平面，绘制4个圆，圆的直径分别设定为：da, db, df, dse；完成后如下列图5.12所示： 4插入基准曲线从方程： 选取坐标系后选柱坐标选项，输入渐开线方程： /*柱坐标 x=t*sqrt(dx/db)2-1) y=180/pi r=0.5*db*sqrt(1+x2) theta=x*y-atan(x) z=0 点击确定如下图 5创立拉伸特征齿顶圆拉伸： FRONT平面为草绘平面，进入草绘模式后按“使用边命令选取直径等于da； 图拉伸平面 图基准轴 6插入基准轴A_2：过柱面，选上面创立的柱面，完成如图5.15： 插入基准点PNT0： 用曲线相交选项创立基准点如下列图5

56、.16： 图点PNTO 图平面DTM1 8插入基准平面DTM1： 穿过轴A_2，穿过点PNT0，完成如图5.17： 9复制第4步创立的渐开线：先以DTM1平面作为基准镜像，再旋转360/tooths/2度，完成如图： 图复制后的渐开线 图 DTM2、DTM3 10插入基准平面DTM2，DTM3： DTM1平面绕轴A_2旋转360/tooths/4得到DTM2，再创立DTM2平面的法向平面并穿过轴A_2得到DTM3平面， 如下图： 11创立扫描轨迹： A插入基准曲线：选DTM3平面作为草绘平面画一段线与DTM2平面相交角度为helix； B插入基准曲线投影 如图5.21： 图5.21 扫描轨迹

57、图 创立齿槽 12用扫描创立齿槽： 选取上面的投影线作为扫描轨迹，扫描截面：由两根渐开线分别和齿根圆用倒圆角的方式创立，圆角半径设为pf；完成后如图： 13复制齿槽 ：如图： 图 复制齿槽 图生成矩阵 14组阵列齿槽，完成后如图： 15剪切齿的两端各切掉3mm),完成后如图： 图 齿轮的生成变速器传动机构模型的虚拟装配 Pro/E根本装配约束利用Pro/E装配约束，可以制定一个元件相对于装配体组件中其他元件或装配环境中基准特征的放置方式和位置。装配约束的类型包括匹配Mate、对齐Align和插入Insert等。在Pro/E中，一个元件通过装配约束添加到装配体中后，它的位置会随着与其有约束关系的

58、元件的改变而相应的改变，而且约束设置作为参数可随时修改，并可与其他参数建立关系方程，这样整个装配体实际上是一个参数化的装配体。1、主要装配约束1匹配Mate约束 可使装配体中的两个平面外表或基准平面重合并且朝向相，也可以使两个平面离开一定的距离。2对齐Align约束 可使装配体中的两个平面外表或基准平面重合并且朝向相同方向。也可以使两条轴线同轴，或者使两个点重合等特点。3插入Insert约束 可使两个装配元件中的两个旋转面的轴线重合等特点。2、装配模型的一般创立过程1新建装配文件选择新建文件，单击类型中组件按钮，其他为默认值。2装配第一个零件选择下拉菜单插入元件装配命令。完成第一个零件的导入。

59、3装配第二个零件引入第二个零件 同上一步引入要装配的第二个零件。放置第二个零件前的准备。可通过装配选项卡中的移动命令，将零件放置在适合的位置，为添加零件间的约束做好准备。移动命令的操作界面如图5.26所示。 完全约束放置好的第二个零件。在放置界面的约束类型表框中，定义第二个元件与一个元件间的约束关系约束选项卡，如图5.26所示。装配图和爆炸图通过研究变速器的工作原理，同时，还要考虑变速器轴和齿轮各部件间的配合关系，这些约束对变速器传动机构的动态特性都有很大的影响。但是，在仿真过程中我们首先只考虑汽车直线行驶的工况。所以装配时可以先忽略这些因素的影响。根据上一节的装配过程完成整体模型的局部装配图

60、和装配爆炸图。如图5.27、 图5.28所示。 图5.27 总体装配图图5.28 总体装配图爆炸图 装配模型干预检查装配模型中如果存在运动干预，将不能进行正常的动态分析或得不到正确的分析结果。所以，在Pro/E环境中完成驱动桥整体模型装配后，需进行干预检查。以确保后面进行动态仿真分析时，各个零件间不存在运动干预。Pro/E软件可以自动的对装配模型进行干预分析，并生成相应的信息报告。干预分析的设置过程：图5.29 总体装配图选择Pro/E环境中，菜单中的分析菜单下选择：模型所示。在Pro/E所示的菜单项选择项，选择所示信息。 图5.30 干预检查设置过程 图5.31 全局干预选项卡通过全局干预检