基于ug发动汽车整体传动方案设计及三维建模大学毕设论文

目录TOC\o"1-2"\h\z\u30576第一章绪论 1132961.1选题背景 1113211.2发动汽车传动系的各主要组成部分及功能 1177141.3电动汽车传动系的现状 24921第二章发动汽车整体传动设计方案的提出 3171522.1电动汽车整体传动系统方案的确定 3307282.2传动系统具体结构的设计 356422.3发动机选择及发动机型号确定 397672.4系统传动比分配 44886第三章离合器和驱动桥的选择 585503.1离合器选择 5123673.2驱动桥选择 6272543.2.1主减速器的选择 625733.2.2差减速器的选择 7232643.2.3半轴的选择 982813.2.4桥壳选择 1026846第四章万向传动轴的设计 12149854.1概述 12284794.2传动轴与十字轴万向节设计要求 12142844.2.1结构方案选择 12184414.2.2计算传动轴载荷 13163414.3十字轴万向节设计 13277334.4传动轴强度校核 15171184.5传动轴转速校核及安全系数 169238第五章变速器选择 18100195.1传动方案确定 18272125.2变速箱的发展 19164945.3变速箱的作用 20161245.4变速箱的分类按操纵方式分类 20303005.5变速箱的需求分析 21196645.6变速箱各档传动比的确定 22211635.6.1初选最大传动比的范围 22267885.6.2确定挡位数，设计五档变速器 239865第六章各挡齿轮齿数的分配 24189736.1一档齿数分配 24290676.2二档齿数分配 2517756.3三档齿数分配 2674616.4四档齿数分配 27110256.5五档齿数分配 28216556.6倒档齿数分配 2920310第七章以二档齿轮为例的校核设计计算 31260067.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 3125717.2.按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸 31140827.3按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸 33126187.4齿轮传动的润滑方式 3536737.5绘制齿轮零件图 3525891第八章基于UG软件进行的建模及装配 36250438.1UG软件建模与装配概述 36183778.2运用UG软件进行零件设计 3692878.3运用UG软件进行零件装配 3915456第九章结论与展望 4285199.1结论 4223509.2展望 4229463附录 45

摘要汽车传动系统是连接发动机和汽车行驶系的纽带，在汽车的整体结构中有着不可替代的作用。它主要由离合器、变速箱、传动轴和驱动桥等几大部分组成，各个部分都是满足某一功能的一个模块，各模块间又通过花键、法兰等串联为一个整体。本课程设计参考一些现有同类型汽车，对汽车传动系统中的各大模块的功能和组成进行解析，然后在对万向传动轴进行详细的分析和计算并确定其结构。本文简单介绍了汽车变速箱制造的现状和发展趋势，分析了汽车变速箱制造的特点和存在问题，预测了未来汽车变速箱制造的应用前景。变速箱是汽车发动机输出动力的分配装置，是汽车的重要的组成部分。本文分析了自动变速箱的作用，并给出了变速箱的分类和结构特点。最后，本文立足于当前我国汽车行业的发展现状，基于一种简单的变速箱主要结构进行了设计。汽车变速箱主要采用了多级齿轮传动装置，来实现相应的传动比，从而实现变速。整体汽车变速箱对齿轮的精度要求高，从而实现精确的传动比。关键词：汽车变速箱；传动系；离合器；变速箱；传动轴；驱动桥；万向传动轴设计AbstractAutomobiletransmissionsystemisthelinkbetweentheengineandtheautomobiledrivingsystem,anditplaysanirreplaceableroleinthewholestructureoftheautomobile.Theutilitymodelismainlycomposedofaclutch,agearbox,adrivingshaftandadrivingaxle,andeachpartisamodulewhichsatisfiesafunction.Thecurriculumdesignreferencesomeexistingofthesametypeofcar,automobiletransmissionsystemeachmoduleofthefunctionandcompositionofanalytical,theninthecardanshaftofdetailedanalysisandcalculationanditsstructuredetermined.Thispaperbrieflyintroducesthestatusanddevelopmenttrendofautomobilegearboxmanufacturing,analyzesthecharacteristicsandexistingproblemsofautomobilegearboxmanufacturing,andforecaststhefutureapplicationprospectsofautomobilegearboxmanufacturing.Gearboxisanautomobileengineoutputpowerdistributiondevice,isanimportantpartofthecar.Thispaperanalyzesthefunctionofautomatictransmission,andgivestheclassificationandstructurecharacteristicsofthegearbox.Finally,basedonthecurrentsituationofthedevelopmentofChina'sautoindustry,basedonasimpletransmissionofthemainstructureofthedesign.Theautomobilegearboxmainlyusesthemultigeartransmissiondevice,torealizethecorrespondingtransmissionratio,thusrealizesthetransmissionspeed.Thewholeautomobilegearboxhashighprecisionrequirementtothegearbox,soastorealizetheaccuratetransmissionratio.Keywords:automobiletransmission;transmissionsystem;clutch;transmission;transmissionshaft;driveaxle;universaldriveshaftdesign沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章绪论沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章绪论PAGE14PAGEPAGE2沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章绪论PAGEPAGE1第一章绪论1.1选题背景由于汽车驱动系统的组成部分是离合器、变速箱、万向节、传动轴、差速器和半轴、主减速器和传动轴部分。其布局分为机械驱动系统布局和液压传动系统布局。解决方案和分离成不同的小，每一个小封装也有自己的不同部分选择标准和不同的布局方法。因此，汽车驱动系统是一个大问题。本文主要阐述了汽车传动系统的工作原理、各零部件的功能以及轿车版的设计计算，在第二十一世纪，随着我国经济的快速增长，汽车工业得到了迅速的发展。在2001，中国成功加入世界贸易组织，我国汽车工业迎来了前所未有的机遇和挑战。国家领导人高度重视汽车工业的发展，经过广泛研究，调整了国家的汽车产业政策，改革了汽车行业的管理体制，在改革开放的大背景下，为汽车工业的快速发展开辟了更宽松的环境。我国汽车工业的产量在不断增长。据中国汽车工业协会的最新统计数据显示：一些专家预测，需求量将超过1600万辆，在中国的2010辆，在2020将上升到170万个单位。1.2发动汽车传动系的各主要组成部分及功能卡车通常以机械传动系统形式，它主要由离合器、变速器、传动（多个主轴驱动）、万向节和传动轴万向传动装置组成，并安装在主减速器、差速器和半轴、发动机功率驱动轮的传统系统中，以驱动汽车。离合器在传动装置上的头端，用来切断和实现变速器的传动系统，以保证发动机的起动时能平稳地传动系统，使汽车能平稳起动；当发动机向变速器的传动系分离时，要减少齿轮之间的冲击力，便于换挡；保护时的工作是一次大的动载的传动系统，以防止大负荷。变速器功能是：在不同的使用条件下，改变发动机的扭矩和转速，使汽车得到不同的牵引和速度，同时使发动机在工作范围内最有利的条件下，保证当汽车可以逆向行驶和停放在滑动或保持发动机和传动分离的时候，应具有所需的功率输出的功能。多轴驱动电机车配有传输，是用来传输输出功率分配给每个驱动轴。万向传动装置主要由万向节和传动轴、传动轴或传动轴的传动轴组成。驱动桥，在汽车驱动系统的末端，主要由主减速器、差速器和半轴和驱动桥壳等组成，其功能是通过主减速器、差速器和半轴驱动轮，减速和增加扭矩；通过主减速器的传动轴的传动轮，以不同的速度差轮差速器。1.3电动汽车传动系的现状压盘、离合器的数量可以是单，双磁盘和磁盘。多盘离合器湿式多，在车上的应用较少。单和双板离合器一般用于干燥，使用最广泛的。离合器的压缩弹簧是在圆柱弹簧的形式，弹簧和矩形截面的锥形膜片弹簧的类型，等周的压缩弹簧可以购买，布局可以倾斜。他们各有优缺点，在现代卡车上有着广泛的应用。重型卡车装载质量大，使用条件复杂。为了保证重型汽车具有良好的性能、燃油经济性和加速度，必须扩大传动比的范围，增加齿轮的数量。为了避免传动结构过于复杂，便于进行系列化生产，采用综合机械传动。驱动桥作为汽车传动系统的重要标志之一，通常在不同的工况条件下，选择驱动桥的结构。其基本结构有以下三种：中央驱动桥、单级减速驱动桥、单级、轮减速驱动桥。对于重型卡车，为了提高驾驶高度从地面，以增加其通过性，通常采用轮边减速驱动轴。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章发动汽车整体传动设计方案的提出PAGEPAGE35沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章发动汽车整体传动设计方案的提出PAGEPAGE31第二章发动汽车整体传动设计方案的提出2.1电动汽车整体传动系统方案的确定一开始就对汽车传动系统进行整体设计，这将是个工作量巨大的工程，也会面临很多困难。所以我们将采用模块化的设计思想，将汽车传动系统分解为离合器、变速器、分动器（多轴驱动）、万向传动装置和驱动桥等几大模块。按照各个模块所要完成的功能，分别对其进行选择。最后将各个模块组成为一个整体，完成整个系统所要求的功能，从而确定最终的传动系统方案。2.2传动系统具体结构的设计在确定了传动系统方案后，下一步就是结合原始数据，展开对万向传动轴模块具体结构的设计，然后结合上一步结构设计中所得的数据，用AutoCAD绘制部分零件的装配图和部分零件图，并用UG进行三维建模。2.3发动机选择及发动机型号确定所设计的汽车的总重量为2430kg，驱动形式为发动机前置后驱、轮驱动，汽车的最高时速为。发动机最大功率57/3200[kW/(r/min)],发动机最大转矩Ｎ·m/(r/min)。查相关资料，以东风1.5吨轻卡RHD作为参考，进行选择。根据以上数据，并结合同类型汽车所选择的发动机型号，我们将该车型的发动机型号定为：朝柴4102-C3F朝柴4102-C3F发动机的参数如表2.1表2.1所选发动机的参数额定转速下功率（KW）70最大扭矩（N.m）2352.4系统传动比分配汽车传动系主要包括离合器、变速箱、传动轴、驱动桥等。在整个传动系中，有减速功能的部分为：变速箱、驱动桥，由于驱动桥采用单级主减速器的形式。具体如表2.2：表2.2传动比分配最小传动比0.6最大传动比8变速箱各档传动比如表2.3：表2.3变速箱各档传动比1档2档3档4档5档6档倒档7.3704.2182.6371.6461.0000.8457.118沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章离合器和驱动桥的选择沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章离合器和驱动桥的选择第三章离合器和驱动桥的选择3.1离合器选择离合器按传递转矩的方式不同，分为摩擦式、液力式、电磁式和综合式四种。在机械式传动系统中，以摩擦式离合器的应用最为广泛。摩擦式离合器根据摩擦原理设计，其摩擦片的形状有盘式、片式和锥式，后两种形式已被淘汰。盘式离合器按从动盘的数目可分为单片、双片和多片三类。离合器的结构型式多种多样，根据本次课程设计的数据要求以及查资料得，对于轻型汽车离合器，发现单片式离合器应用较多，这说明摩擦材料性能已能满足轻型汽车离合器的需要，所以可以首先考虑采用单片式离合器，其结构如图3.1所示。图3.1离合器总成1—飞轮2—摩擦片3—从动片4—铆钉隔套5—铆钉6—深沟球轴承7—减振器阻尼片8—减振器弹簧9—从动片毂10—摩擦片铆钉11—压盘12—离合器盖13—螺栓14—垫圈15—支承杆16—分离杠杆17—分离装置3.2驱动桥选择驱动桥由主减速器、差速器、半轴及桥壳组成。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过90°角，改变力的传递方向，并由主减速器降低转速，增大转矩后，经差速器分配给左右半轴和驱动轮。3.2.1主减速器的选择主减速器是汽车传动方案中的传动轴，是其功能中最重要的部分：（1）发动机扭矩的万向传动装置，以驱动车轮；（2）减少汽车在传动系统中的速度，增加主要部件的扭矩；（3）当发动机的纵向位置时，也已改变转动扭矩的方向；主减速器的分类：根据参与的齿轮减速传动的数量，一个单级式主减速器和两级式主减速器。在二级式主减速器中，如果二级有副齿轮减速器，并放置在两侧的车轮上，实际上成为独立的零件，它被称为轮减速机。由主减速器的主减速比在一个单一的速度和双速。传动比是固定的，后者有2个传动比，供驾驶员选择，以适应不同工况的需要。按齿轮副结构形式，圆柱齿轮轴（轴分为固定和旋转的行星齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮式）。结合我们的课程设计资料和实际情况，我们选择了单级减速器的课程设计。单级主减速器3.2可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比不能太大，一般≤7，进一步提高将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。图3.2单级主减速器3.2.2差减速器的选择汽车差速器减速器的功能是在汽车行驶或路面行驶时，在不同的角速度下行驶，在驱动轮的不同角速度下，保证车轮与地面间作纯滚动运动。差速器根据其结构特点不同，分为齿轮、凸轮、蜗轮等各种形式的齿形齿。（1）对称锥齿轮差速器汽车差速器是一种广泛使用的对称锥齿轮差速器，它具有结构简单、质量小等优点，具有广泛的应用。它分为普通锥齿轮式差速器、摩擦式差速器和强迫差速器锁紧型等。（2）普通锥齿轮式差速器普通锥齿轮差速器，由于其结构简单、结构稳定、可靠，广泛应用于汽车驱动桥的使用条件。图3.3中为差速器壳的角速度；、分别为左、右两半轴的角速度；为差速器壳接受的转矩；为差速器的内摩擦力矩；、分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。图3.3普通锥齿轮式差速器示意图根据运动分析可得+＝2显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得差速器性能常以锁紧系数k是来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确定结合式可得定义半轴的转矩比,则与之间有；普通锥齿轮差速器的锁紧系数一般为0．05～0．15，两半轴转矩比=1．11～1．35，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。根据我们课程设计的要求，经过比较，普通锥齿轮式差速器由于结构简单、工作平稳可靠、质量较小等优点，应用广泛，它用于一般使用条件的各种汽车的驱动桥中。所以，本次课程设计选用普通锥齿轮式差速器，确定的结构方案为：对称式圆锥行星齿轮差速器。对称式圆锥行星齿轮差速器能把扭矩大致平均的分配给半轴，并允许车轮有相对转动。普通的对称式圆锥齿轮差速器由差速器左右壳，两个半轴齿轮，四个行星齿轮,行星齿轮轴，半轴齿轮垫片及行星齿轮垫片等组成。如图3.4所示。图3.4普通的对称式圆锥行星齿轮差速器1，12-轴承；2-螺母；3，14-锁止垫片；4-差速器左壳；5，13-螺栓；6-半轴齿轮垫片；7-半轴齿轮；8-行星齿轮轴；9-行星齿轮；10-行星齿轮垫片；11-差速器右壳3.2.3半轴的选择半轴的功用是将差速器传来的动力传给驱动轮。因其传递的转矩较大，常制成实心轴。现代汽车常采用全浮式和半浮式两种半轴支承形式。（1）全浮式半轴支承全浮式半轴支承广泛应用于各型货车上。这种半轴支承形式，半轴只在两端承受转矩，不承受其他任何反力和弯矩，所以称为全浮式半轴支承。所谓“浮”是对卸除半轴的弯曲载荷而言。全浮式半轴支承便于拆装，只须拧下半轴凸缘上的轮毂螺栓，即可将半轴抽出，而车轮和桥壳照样能支持住汽车。（2）半浮式半轴支承半轴外端不仅要承受转矩，而且还要承受各种反力及其形成的弯矩。半轴内端通过花键与半轴齿轮连接，不承受弯矩。故称这种支承形式为半浮式半轴支承。半浮式半轴支承结构简单，但半轴受力情况复杂且拆装不便，多用于反力、弯矩较小的各类轿车上。结合我们本次课程设计的数据和要求,我们的半轴选择全浮式半轴支承。3.2.4桥壳选择驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架(或车身)；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。驱动桥壳结构方案分析驱动桥壳大致可分为可分式、整体式和组合式三种形式。(1)可分式桥壳可分式桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，两部分通过螺栓联接成一体。每一部分均由一铸造壳体和一个压入其外端的半轴套管组成，轴管与壳体用铆钉连接。这种桥壳结构简单，制造工艺性好，主减速器支承刚度好。但拆装、调整、维修很不方便，桥壳的强度和刚度受结构的限制，曾用于轻型汽车上，现已较少使用。(2)整体式桥壳整体式桥壳的特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器壳为两体。它具有强度和刚度较大，主减速器拆装、调整方便等优点。按制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式、钢板冲压焊接式和扩张成形式三种。铸造式桥壳的强度和刚度较大，但质量大，加工面多，制造工艺复杂，主要用于中、重型货车上。钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，广泛应用于轿车和中、小型货车。(3)组合式桥壳组合式桥壳是将主减速器壳与部分桥壳铸为一体，而后用无缝钢管分别压人壳体两端，两者间用塞焊或销钉固定。它的优点是从动齿轮轴承的支承刚度较好，主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便，然而要求有较高的加工精度，常用于轿车、轻型货车中。结合上述分析和我们本次课程设计的要求，我们选择整体式桥壳。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章万向传动轴的设计沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章万向传动轴的设计第四章万向传动轴的设计4.1概述万向节轴一般由万向节、传动轴和中间支承。主要用于在工作过程中的相对位置的变化，两者之间的传动转矩和旋转运动。万向传动轴的设计应符合以下基本要求：（1）确保在预期范围内的相对位置的轴的变化的连接，可以可靠地传输功率。（2）保证连接双轴恒速运行尽快。（3）附加荷载、振动和噪声的普遍关节角度的结果应在许可证的范围内。传动效率高，使用寿命长，结构简单，易于制造，易于维修等。输入轴与输出轴之间的传动轴和输出轴之间的传动轴，万向万向传动轴。在转向驱动桥中，采用带图案的等速万向传动轴。当驱动轴独立于弹性时，采用万向传动轴。4.2传动轴与十字轴万向节设计要求4.2.1结构方案选择十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低，但连接两轴角不宜过大。当角度增大时，万向节的针辊轴承寿命会下降。万向节万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、针轮轴承和轴向定位和橡胶密封件等组成。（1）：驾驶叉、从动叉、十字轴、针轮轴承、零件和橡胶密封件的轴向定位（2）特点：结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高成本低，但角度不宜过大。（3）轴向定位方法：盖板、卡环、盖固定、塑料环式（4）润滑与密封：双层复合油封，油封边缘4.2.2计算传动轴载荷由于发动机前置后驱，根据表位置采用：用于转向驱动桥中按发动机最大转矩和一档传动比来确定发动机最大转矩Temax=235驱动桥数n=1，发动机到万向传动轴之间的传动效率η=0.89，满载状态下一个转向驱动桥上的静载荷G1=50%mag==11907N，满载状态下一个驱动桥上的静载荷G2=65%mag==15479.1N，发动机最大加速度的前轴转移系数m’1=0.8发动机最大加速度的后轴转移系数m’2=1.3，轮胎与路面间的附着系数φ=0.85，车轮滚动半径rr=0.173,变速器一挡传动比=7.370主减速器从动齿轮到车轮之间传动比im=0.55,主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率ηm=η发动机η离合器=0.98x0.96=0.94因为0.195mag/Temax>16,fj=0，所以猛接离合器所产生的动载系数kd=2，主减速比i0=3所以：==4416.473N==1639.327N∵T1=min{Tse2,Tss2}∴T1=Tse2=1639.327N4.3十字轴万向节设计（1）设作用于十字轴轴颈中点的力为F，则==4098.318N（2）十字轴轴颈根部的弯曲应力σw和切应力τ应满足式中，取十字轴轴颈直径d1=30mm，十字轴油道孔直径d2=6mm，合力F作用线到轴颈根部的距离s=10mm，[σw]为弯曲应力的许用值，为250-350Mpa，[τ]为切应力的许用值，为80-120Mpa∴==15.49Mpa<[σw]==6.04Mpa<[τ]故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件（3）十字轴滚针的接触应力应满足式中，取滚针直径d0=3mm，滚针工作长度Lb=27mm，在合力F作用下一个滚针所受的最大载荷Fn=EQ\f(4.6F,iZ)==428.46当滚针和十字轴轴颈表面硬度在58HRC以上时，许用接触应力[σj]为3000-3200Mpa∴σj=272=272=0.656Mpa<[σj]故十字轴滚针轴承的接触应力校核满足（4）万向节叉与十字轴组成连接支承，在力F作用下产生支承反力，在与十字轴轴孔中心线成45°的截面处，万向节叉承受弯曲和扭转载荷，其弯曲应力σw和扭应力τb应满足式中，取a=38mm,e=70mm,b=30mm,h=60mm,查表4-3，取k=0.246,,Wt=khb2,弯曲应力的许用值[σw]为50-80Mpa，扭应力的许用值[τb]为80-160Mpa∴==15.94Mpa<[σw]==11.72Mpa<[τb]故万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满足要求（5）十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角α，十字轴的支承结构和材料，加工和装配精度以及润滑条件等有关。当α≤25°时，可按下式计算（取α=15°）==97.32%4.4传动轴强度校核按扭转强度条件≈≤[τT]式中，τT为扭转切应力，取轴的转速n=4500r/min，轴传递的功率P=65kw，Dc=60mm，dc=81mm分别为传动轴的外内直径，根据机械设计表15-3得[τT]为15~25Mpa∴τT==7.266Mpa<[τT]故传动轴的强度符合要求4.5传动轴转速校核及安全系数传动轴的临界转速为式中，取传动轴的支承长度Lc=1.5m,dc=70mm,Dc=90mm分别为传动轴轴管的内外直径,nmax=4500r/min∴=6080.933r/min在设计传动轴时，取安全系数=1.2-2.0∴=1.351故符合要求传动轴轴管断面尺寸除应满足临界转速要求以外，还应保证有足够的扭转强度。轴管的扭转应力式中[τc]=300Mpa∴τc==0.018Mpa<[τc]∴轴管的扭转应力校核符合要求.对于传动轴上的花键轴，通常以底径计算其扭转应力τh，许用应力一般按安全系数2-3确定式中,取花键轴的花键内径dh=70mm，外径Dh=80mm,∴τh==0.024Mpa传动轴花键的齿侧挤压应力σy应满足’式中,取花键转矩分布不均匀系数K’=1.35,花键的有效工作长度Lh=60mm，花键齿数n0=18,当花键的齿面硬度大于35HRC时：许用挤压应力[σy]=25-50Mpa∴σy==5.397Mpa<[σy]∴传动轴花键的齿侧挤压应力σy满足要求沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章变速器选择沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章变速器选择第五章变速器选择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。汽车变速器多为机械式变速箱，它主要应用了齿轮传动的降速原理。简单的说，变速箱内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换档行为，也就是通过操纵机构使变速箱内不同的齿轮副工作。如在低速时，让传动比大的齿轮副工作，而在高速时，让传动比小的齿轮副工作。欲保证重型汽车具有良好的动力性、经济性和加速性，必须扩大变速器传动比的范围并增加档位数。为避免变速器的结构过于复杂和便于系列化生产，多采用组合式机械变速器。5.1传动方案确定为了实现多组不同传动比的要求，查找相关资料有如下三种方案。图5.1方案一图5.2方案二图5.1所示方案一为行星齿轮变速箱，它具有质量小、体积小、传动比大及效率高（类型选用得当）等优点。因此，行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、火炮、飞机、轮船、仪器和仪表等各个方面。行星传动不仅适用于高转速、大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也已获得了应用。它几乎可适用于一切功率和转速范围，故目前行星传动技术已成为世界各国机械传动发展的重点之一。它的的缺点主要表现在以下几个方面：材料优质、结构复杂、制造、安装和维修时较困难些。图5.2所示方案二为普通齿轮结构变速箱，它具有6个前进档和一个倒档。其中2、3、4、5、档的常啮合齿轮均为斜齿齿轮，而副轴与二轴的一档、倒档齿轮以及当中间齿轮为常啮合支持齿轮。其特点是结构先进，操作方便。图5.3方案三1—一轴主动传动齿轮2—一轴轴承3—副轴轴承4—副轴被动齿轮5—主变速器副轴3档齿轮6—主变速器副轴2档齿轮7—主变速器副轴1档齿轮8—主变速器副轴爬行当档齿轮9—主变速器倒档中间齿轮10—副变速器被动传动齿轮11—副变速器输出齿轮12—副变速器副轴轴承13—高低档换挡同步器14—输出轴双联轴承15—副变速器输出轴16—副变速器输出齿轮17—副变速器输入齿轮18—主变速器二轴倒档齿轮19—倒爬行档换挡啮合套20—主变速器二轴爬行档齿轮—21—主变速器二轴1档齿轮22—主变速器二轴1、2档换挡啮合套23—主变速器二轴2档齿轮24—主变速器二轴3档齿轮25—主箱3、4换挡啮合套图5.3所示方案三同样为普通齿轮结构变速箱，它在原主变速箱的基础上增加了一个副变速箱，从而大幅增加了档位数。同时其主、副变速箱均采用双副轴的方式，起到了分流作用，还可以抵消二轴受到的弯曲应力。二轴与二轴齿轮全浮动式结构。主变速器采用传统的啮合套、副变速器采用惯性锁销式同步器。因图5.2所示方案二变速器结构简单、便于维修，广泛应用于轻型载货汽车上。结合本次课程设计的数据要求所以将其作为最终设计方案。5.2变速箱的发展变速箱，又称变速器，英文为Transmission，是汽车传动系统的主要总成之一。1894年，法国一位工程师给汽车装上了世界上第一个变速箱，至今，汽车变速箱的发展已经走过了百余年的历史。其发展首先始于手动变速箱。手动变速箱具有结构简单、成本低、传动效率高、可靠性高等特点，虽然操作上较之自动变速箱要复杂一些，但目前为止仍然具有自动变速箱无法替代的优势。自动变速箱因其操作简单，驾驶舒适性较好，日益受到人们的喜爱。但因其技术问题，主要是燃油经济性没有手动变速箱好，市场占有率仍没有手动变速箱高。但手动变速箱因其技术相对成熟，近些年来发展过于缓慢。以上两种因素召唤着人们需要加大对自动变速箱的研发力度，通过技术上的不断突破，实现其燃油经济性的逐步提高。5.3变速箱的作用变速箱的主要功能在于实时调节汽车的驱动力和车速，以适应汽车在使用过程中面临的实际路况：如起步、怠速停车、低速或高速行驶、加速、减速、爬坡和倒车等。其具体作用可大致归纳为以下三点：（1）在较大范围内改变汽车行驶速度大小和汽车驱动轮上的扭矩大小通过改变传动比，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，同时使发动机能够在有利的工作状态下(功率较高、油耗较低)顺畅工作；（2）实现倒车行驶在发动机旋转方向不变的情况下，实现汽车倒退行驶；（3）实现空档利用空挡，中断动力传递，使发动机能够起动、怠速，并便于变速箱换档或进行动力输出。5.4变速箱的分类按操纵方式分类变速箱主要分为手动变速箱和自动变速箱两大类。其中手动变速箱（ManualTransmission，）因技术成熟、价格低廉、具有较好的燃油经济性等特点使用颇为广泛。自动变速箱又分为液力变矩器自动变速箱（AutoTransmission）、手自一体变速箱（AutomatedMechanicalTransmission）、无级变速箱（ContinuosuslyVariableTransmission）和双离合器自动变速箱（DoubleClutchTransmission）四种。在自动变速箱中，AT自动变速箱是最早出现的，它由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式实现变速变矩。其技术相对成熟，目前已被广泛使用。人系统来完成操作离合器和选档的两个动作。但由于AMT在换挡时会有短暂的中断，舒适性较差一些。主要用于低中级车型，如：在国内，AMT被广泛应用于A0级别的车型。CVT自动变速箱最早是由德国奔驰公司首先使用的，早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。CVT自动变速箱采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。5.5变速箱的需求分析变速箱是汽车最重要的零部件之一，随着我国汽车产量逐年增加，对变速箱的需求也越来越大。手动变速器的需求占主导地位，但随着对车辆操纵性能的要求越来越高，自动变速器技术的进步，自动变速器的需求也在逐年增加。根据世界上最大的手动变速器制造商，德国的傅先生（ZF）预测，2012将只有6%是在北美市场出售的汽车手册。这2002辆汽车在美国和加拿大市场上销售，只有10%辆配有手动变速器。在欧洲市场同样如此，作为一个手动变速器市场，不断占用自动变速器。欧洲汽车制造商和经销商协会统计数据显示，在英国，现在组装汽车占汽车总自动变速器的15%，而这一数字是五年前的13.5%。据预测，2013的欧洲输电市场，配备手动变速器（MT）的汽车将占52%，以手自一体式自动变速箱（AMT）将占10%，配备无级变速器（CVT）将占2%，配备双离合变速器（DCT）将占16%，配备自动变速器（AT）将占20%。另一份报告显示：在重型卡车和商用车中，自动变速器的比例也越来越大。从1996到10的2006年，重卡自动变速器的比例从5%跃升到18%。对于中国汽车市场，将与国际标准接轨-手动变速器市场份额将逐步下降。数据统计，目前国内轿车在手，自动比例是6:4。其中，高档轿车自动变速器中、经济型轿车的比例分别为40%和10%。5.6变速箱各档传动比的确定查资料可得，该设计的最高车速：=202Km/h发动机最大功率：=116KW最大功率转速：6550r/min最大转矩：=184整备质量：=1720Kg最大转矩转速：=4050r/min5.6.1初选最大传动比的范围最大传动比的确定，即一档传动比。（1）满足最大爬坡度：所以式中：G—作用在汽车上的重力，，—汽车质量，—重力加速度，=16856N；—发动机最大转矩，=184N.m；—主减速器传动比，—传动系效率，=96%；—车轮半径，=0.316m；—滚动阻力系数，对于货车取=0.0165×[1+0.01(-50)]=0.03795；—爬坡度，取=16.7°带入数值计算得≥9.098（2）满足附着条件：Φ为附着系数，取值范围为0.7~0.8.，取为0.8为汽车满载静止于水平面，驱动桥给地面的载荷，这里取60%mg；计算得由以上得取，乘用车校核，因为该车发动机最低稳定转速则最低稳定车速，故校核后传动比满足要求。5.6.2确定挡位数，设计五档变速器其他各挡传动比的确定：初选五挡传动比按等比级数原则，一般汽车各挡传动比大致符合如下关系：式中：—常数，也就是各挡之间的公比；因此，各挡的传动比为：，，所以其他各挡传动比为：=2.7，==2.01，==1.44，4和5挡为常用挡，其挡位间公比应该小一些取，所以，。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章各挡齿轮齿数的分配沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章各档齿轮齿数的分配第六章各挡齿轮齿数的分配6.1一档齿数分配一挡齿轮为斜齿轮，模数为2.75，初选β=20°一挡传动比为=2.7为了求，的齿数，先求其齿数和，斜齿=52.6取整为53取=14=39对中心距进行修正因为计算齿数和后，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，再以修正后的中心距作为各挡齿轮齿数分配的依据：==77.55mm取整A=78mm分度圆直径：=41.209mm=114.796mm未变位中心距：a=对一挡齿轮进行角度变位：端面啮合角：tan=tan/cos=啮合角：cos==0.932=21.27°变位系数之和：=0当量齿数：=17.16,查现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，变位系数线图得：计算一挡齿轮1、2的参数：齿顶高：=3.243mm=2.253mm式中：=0.0009=0.005齿根高：=2.943mm=3.933mm齿顶圆直径：=47.695mm=119.302mm齿根圆直径：=35.323mm=106.93mm齿全高：h==6.1866.2二档齿数分配二挡齿轮为斜齿轮，模数为2.95，初选=20°=2.01=117.6取整为118=39，=79则，=2.02修正螺旋角β：对二挡齿轮进行角度变位：理论中心距：=107.805mm端面压力角：tan=tan/cos=21.72°端面啮合角：当量齿数：=37.238=78.54变位系数之和：=0.08查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，变位系数线图得：=-0.02二挡齿轮参数：分度圆直径：=115mm=140mm齿顶高：=2.745mm=2.445mm式中：=0.078=0.002齿根高：=2.875mm=3.175mm齿顶圆直径：=120.49mm=144.89mm齿根圆直径：=107.35mm=133.65mm齿全高：h==5.626.3三档齿数分配三挡齿轮为斜齿轮，初选=23°模数为2.5=1.44得取整为46，=67.对三挡齿轮进行角度变位：理论中心距：=105.8mm端面压力角：tan=tan/cos=21.38°端面啮合角：变位系数之和：=0.1当量齿数：=45.84=66.58查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇变位系数线图得：=0.08=0.02三挡齿轮5、6参数：分度圆直径：=92mm=150mm齿顶高：=2.73mm=2.58mm式中：=0.112=-0.012齿根高：=2.925mm=3.075mm齿顶圆直径：=97.63mm=156.52mm齿根圆直径：=86.15mm=143.85mm6.4四档齿数分配四挡齿轮为斜齿轮，初选=24°模数=2.5=4.07取整为31=126修正螺旋角度β：=0.9294对四挡齿轮进行角度变位：理论中心距：=108.5mm端面压力角：tan=tan/cos=21.38°端面啮合角：变位系数之和：=0.1当量齿数：=33.61=123.59查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，变位系数线图得：=0.06=0.04四挡齿轮7、8参数：分度圆直径：=47mm=180mm齿顶高：=2.68mm=2.63mm式中：=0.112=-0.012齿根高：=2.975mm=3.025mm齿顶圆直径：=52.36mm=185.26mm齿根圆直径：=41.05mm=173.95mm全齿高：=5.6556.5五档齿数分配五挡齿轮为斜齿轮，初选=25°模数=2.5=2.34取整为41=96对五挡齿轮进行角度变位：理论中心距：=109.46mm端面压力角：tan=tan/cos=21.72°端面啮合角：变位系数之和：=-0.04当量齿数：=41.98=93.47查《机械设计手册》变位系数线图得：=-0.03=-0.01五挡齿轮9、10参数：分度圆直径：=115mm=166mm齿顶高：=2.435mm=2.485mm式中：=-0.036=-0.004齿根高：=3.2mm=3.15mm齿顶圆直径：=119.87mm=170.97mm齿根圆直径：=108.6mm=159.7mm6.6倒档齿数分配确定倒挡齿轮齿数倒挡齿轮选用的模数与一挡相同，倒挡齿轮的齿数一般在21～23之间，初选后，可计算出输入轴与倒挡轴的中心距。初选=14，=23，则：=50.875mm为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮11和13的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，则齿轮13的齿顶圆直径应为2×h38.36为了保证齿轮11和13的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，取=38计算倒挡轴和输出轴的中心距=83.875计算倒挡传动比沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章以二档齿轮为例的校核设计计算沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章以二档齿轮为例的校核设计计算第七章以二档齿轮为例的校核设计计算7.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数（1）按汽车变速箱传动要求，选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）（3）材料选择。由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31，小齿轮选用45钢，调质处理，硬度为236HBS大齿轮选用45钢，正火处理，硬度为190HBS两者材料的硬度差为46HBS.选小齿轮的齿数为Z1=39，大齿轮的齿数=2.01×39=78.39取=797.2.按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸由设计计算公式进行试算，即（1）确定公式内的各计算数值试选载荷系数=1.3计算小齿轮传递的转矩：（2）选择齿宽系数根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31选齿宽系数＝1（3）选择弹性影响系数ZE查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31选ZE=189.8（4）确定小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31按齿硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限同理可以查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31确定大齿轮的接触疲劳强度极限（5）计算应力循环次数设每年工作300天（6）确定接触疲劳寿命系数由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得（7）计算接触疲劳许用应力取失效概率为%，安全系数为S=1，计算出①试算小齿轮分度圆直径d1t，带入中较小的值。②计算圆周速度v③计算齿宽b④计算齿宽与齿高之比b/h模数：齿高：h=2.25mt=2.25x2.95=6.638mm⑤计算载荷系数。根据v=1.504（m/s），8级精度，由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31，查得动载系数Kv=1.06直齿轮由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得使用系数KA=1由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31用插值法查得8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，由，查机械设计教材P198图10-13得;故载荷系数⑥按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径⑦计算模数m7.3按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸弯曲强度的设计公式确定公式内各计算数值（1）由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限（2）由《《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31取弯曲疲劳寿命系数（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4（4）计算载荷系数K（5）查取齿形系数。由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得（6）查取应力校正系数。由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，1.5.31查得（7）计算大小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。（8）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数3.378并就近圆整为标准值m=3按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=93.396mm，算出小齿轮的齿数大齿轮的齿数=4.01×31=124.31，取=124。这样设计出的齿轮既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。7.4齿轮传动的润滑方式通用的闭式齿轮传动，其润滑方法根据齿轮的圆周速度大小而定，齿轮的的圆周速度小于12m/s时，故常采用将大齿轮的轮齿浸入油池中进行浸油润滑的方式。7.5绘制齿轮零件图图7.1齿轮零件图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第八章基于UG软件的建模及装配沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第八章基于UG软件进行的建模及装配第八章基于UG软件进行的建模及装配8.1UG软件建模与装配概述首先熟练掌握UG的零件图绘画，以及零部件图的装配，以及最后的渲染，选材料，爆炸图等等。其次自己查阅资料以及老师提供的数据参考开始进行整体规划，先在纸上画出整个中药系统的整个框架模型，设计出整体的尺寸与数据，让后才能进行整体的建模。其中要考虑到整体的尺寸，结构部分，以及设计参数，还有工艺流程等一系列的因素。这些必须在UG建模前就要完成设计。其中，要查阅大量的资料，等一些相关于发动汽车整体传动方案系统的历史数据。完成这步后才能开始建模。在具体建模过程中要进行修正。8.2运用UG软件进行零件设计界面如下图8.1Ug界面图图8.2Ug界面图根据前面的查阅的资料以及自己设计出来的结构进行建模。先进性零部件图的绘画。主要用的操作命令有拉伸旋转，由于该系统结构曲线较少，所以用到的扫描命令较少。主要几个零部件的建模如下：图8.3轴图8.4齿轮1图8.5固定螺栓图8.6手柄图8.7窥视窗图8.8减速器图8.9齿轮2图8.10垫层图8.11顶盖图8.12箱体8.3运用UG软件进行零件装配把画好的零部件进行整体的装配主要注意的是基准，得到了装配图。注意事项如下：1.打开UG软件，点击文件下拉菜单中的新建按钮，选择装配体，单击确定，即建好一个新的装配体文件。2.在所打开的界面中，点击插入零部件，点击左侧的浏览按钮，变会出现你放零件的文件夹，选择你要进行装配的零件。用同样的方法插入第二个零件3.零件导入后，下一步就是对零件进行装配。点击插入零部件旁边的配合按钮，在弹出的左侧对话框中选择一次选择要配合的两个面，要实现两个孔对齐，可以选择两个孔的面，然后选择下面的同心按钮，两个孔的轴线便在一条直线上了。4.两个孔在一条直线上是不够的，还必须重合。则再选择两个需要重合的面，选择下面的重合按钮。5.最后，用同样的方法，实现两外两个面的平行。最后得到的系统的整体装配图如图所示：图8.13装配进行图图8.15变速箱沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第九章结论与