吨军用汽车变速箱传动副设计方案

目录绪论11.1 引言11.2 课题的基本内容 11.3 变速箱的发展动向 11.3.1 机械式变速箱11.3.2 自动变速箱22 汽车变速箱的结构和工作原理 42.1汽车变速箱概述42.1.1变速箱的功用和组成42.1.2变速器的类型42.2三轴变速箱的工作原理52.2.1结构特点52.2.2工作原理52.3三轴式与两轴式变速箱的比较分析和方案的选择72.3.1三轴式与两轴式变速箱的比较分析72.3.2方案的选择和结构论述73 变速箱传动副的设计计算 93.1变速箱中心距的计算 93.2 齿轮强度计算93.3 变速器各挡传动比及各齿轮尺寸 183.4 各挡齿轮的精度计算 223.5 确定齿轮齿坯技术要求 434 齿轮用滚针轴承的计算和选用 445接合套尺寸选择和强度计算 46结语47参考文献481/13致谢49绪论1.1 引言随着国民经济的不断增强，促使人们物资生活水平大幅提升，社会的物资需求量必然也将大幅度的上升，汽车作为交通运输工具其需求量也会大大增加，使用范围也将越来越广泛。变速器作为汽车传动系中不可或缺的一个环节，在汽车的工作过程中起改变输出转速和转矩的作用。然而由于世界石油危机不断加重，温室气体对地球环境的影响，各个国家对汽车燃油经济性提出越来越高的要求，变速箱的制造技术也在不断进步。从起初的机械式有级变速箱到现在多种型号、类型变速箱的出现，不但满足了各消费群体的需要，对环境的影响也正在逐步减少。当今在汽车中使用的变速箱中，以机械式有级变速器使用最多，除了机械式变速器技术成熟易于制造，相较其它变速器还体现了其制造成本、稳定性和便于维修等优点。本课题是在对比已有机械式变速箱的基础上结合教科书中的设计方法，对9吨军用汽车变速箱中的传动部件进行设计计算，试图以简单的设计方案达到汽车对变速箱的使用要求。在设计初期主要阅读图书馆和手中的资料、书籍取得对变速箱的感性认识和工作机制的深度揣摩，在设计过程中传动部件的强度计算和精度计算采用的是机械设计、互换性和材料力学等课程上的计算方法。1.2 课题的基本内容①分析变速箱的结构和工作原理。②传动副的力学分析和强度计算。③传动齿轮、接合套的零件图设计。1.3 变速箱的发展动向1.3.1机械式变速箱手动变速箱许多最近的发展集中在为降低成本和体积的新制造方法上。传统上，变速箱制造包含大量的昂贵的机器，以及为机械加工和装配操作所需留出的空间限制的设计。最新的技术包括，比如在最新的 Ford／Getrag6速变速箱中可以看到的激光焊接冲压钢滑动齿轮选择器轴套。为替代前一代变速箱的2/13铸铁拨叉，这种精致而坚固的设计方案可以导致更少的对内部的伤害。另一个方面上，设计人员也在其齿轮提供高转矩输出的设计上认真地研究过，提高了耐久性和低噪声水平。1.3.2自动变速箱液力自动变速器已有 60多年的历史，其优点是技术成熟、性能可靠。虽然世界上许多国家投入了对电控机械式自动变速器的研究与开发，但一直未见批量生产的报道，足见其进展的艰难。尽管电控机械式自动变速器产业化的进程不会一帆风顺，但前景是广阔的。在更能满足重型车的动力传递要求方面，电控机械式自动变速器更具发展的优势。金属带无级自动变速器商品化的时间虽不长，目前在汽车变速器中的占有率尚不高，但从目前的产品性能看，其发展前景却十分看好。具体而言，世界范围的自动变速器发展趋势主要有以下几点：①摩擦传动CVT金属带式无级变速箱 (VDT—CVT>的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达 100多万辆。据报道：大排量 6缸内燃机(2．8L>的奥迪 A6轿车上装备的金属带式无级变速箱，能传动 142kw(193bhp>功率，280N?m扭矩。这是真正意义的无级变速器。另一种摩擦传动 CVT是滚轮转盘式。日产把它装在概念车 XVL上，新款公爵(Cedric>车也装用这种 CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机 (XVL的引擎输出为 330N?m／194kw>搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从 V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式 CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了几个问题。无级变速(CVT>是汽车变速箱始终追逐的目标；摩擦传动 CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的；摩擦传动 CVT传动效率低是必然的；摩擦传动 CVT的效率、功率无法与齿轮变速相比。②液力传动人们经常把液力自动变速器 (AT>和无级变速器(CVT>两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂3/13的换挡和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是，液力自动变速器(AT>不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器 (简称“AMT">和液力自动变速器 (AT>一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换挡控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。齿轮无级变速器齿轮无级变速器(CVT>这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。“齿轮无级变速装置”结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。齿轮无级变速器的优势表现为以下几点：传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的；传动效率高，90％以上的传动效率是很容易达到的；结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10；对汽车而言，提高传动效率，节油20％；发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。对于燃油经济性来说，变速箱系统的创新与发动机开发相比，产生的附加成本较少，而且可为下一步混合动力的改进服务。因此，对于基础的变速箱和柔性模块和混合动力<FMH）来说，AMT和它的下一代DCT都展示出了非常好的性能表现。不同档次的车都存在着相应匹配的技术，变速箱的多样化导致了不同技术，它们各有明显的优势和缺点。除了要符合法律和政策的要求以外，主观期望也在影响着市场，在欧洲已经有了一个宽泛的适合DCT的车辆层次，将在各个市场展示出它的潜能。汽车变速箱的结构和工作原理2.1 汽车变速箱概述2.1.1变速箱的功用和组成由于活塞式内燃机的转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求4/13汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，所以发动机的物理特性决定了变速器的存在。变速器是用来改变汽车发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。变速器设有空挡，可在起动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，变速器还有动力输出功能。汽车变速器具有这样几种功用：①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，同时使发动机在有利<功率较高而油耗较低）的工况下工作；②在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；③利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速箱换挡或进行动力输出。汽车变速箱设计应该满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便，同时应满足用户操作时换挡迅速、省力、方便的要求。变速器由变速传动机构<齿轮、轴及变速器壳体）和操纵机构组成，有些还加装有动力输出器。2.1.2变速器的类型①按传动比变化方式，变速器可分为有级式、无级式和综合式 3种。有级式变速器应用最为广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同，有轴线固定式变速器<普通齿轮变速器）和轴线旋转式变速器<行星齿轮变速器）两种。目前，轿车和轻、中型载货汽车变速器的传动比通常有3～5个前进挡和1个倒挡，在重型载货汽车用的组合式变速器中，则有更多挡位。所谓变速器挡数，均指前进挡位数。无级式变速器的传动比在一定的范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式<动液式）两种。电力式无级变速器的变速传动部件为直流串激电动机，这种形式的变速器在超重型自卸车传动系统中有广泛采用的趋势。液力式的传动部件是液力变矩器。综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大值和最小值之间的几个间断的范围内作无级变化，目前应用较多。5/13②按操纵方式不同，变速器又可分为手动操纵式、自动操纵式和半自动操纵式3种。手动操纵式变速器靠驾驶员用手动操纵变速杆换挡，为大多数汽车所采用。自动操纵式变速器的传动比选择是自动进行的。即挡位的变化是借助反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换挡系统的执行元件实现的，驾驶员只需操纵加速踏板即可控制车速。半自动操纵式变速器有两种形式。一种是常用的几个挡位自动操纵，其余挡位则由驾驶员操纵；另一种是预选式，即驾驶员预先用按钮选定挡位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，自动接通电磁装置或液压装置来进行换挡。在多轴驱动的汽车上，变速器之后一般还装有分动器，以便把转矩分别输送给各驱动桥。2.2 三轴变速箱的工作原理2.2.1结构特点现代汽车大多数都采用三轴式变速箱，三轴式变速器主要有三根轴：第一轴、中间轴和第二轴。第一轴和第二轴在同一轴线上，并且与中间轴平行。此外，还有一根倒挡轴。第一轴的前端用向心球轴承支承在飞轮的中心孔内，借离合器与发动机曲轴相连，其后端则利用圆柱滚子轴承在变速器壳体上。第二轴的前端用滚针轴承支承在第一轴齿轮的内圆孔中，后端也是用圆柱滚子轴承支承在变速器壳体上，并在轴的后端花键上装有凸缘与万向传动装置相连。中间轴的两端也采用圆柱滚子轴承作为支承。倒挡轴用锁片固定在壳体上，防止其转动和轴向移动。各个挡位利用结合套换挡，一、倒挡由直齿滑动换挡。2.2.2 工作原理下图是东风EQ1091E的变速箱示意图：6/13变速器的工作由发动机传出的转矩经过第一轴进入变速器，由操纵机构改变第二轴和中间轴齿轮的不同啮合情况，选择变速器输入转矩和输出转矩的传动比，同时操纵机构保证在同一时间只有一对齿轮进入啮合。当需要改变输出反向转矩使汽车倒退时，倒挡齿轮加入啮合，这时由于增加了齿轮啮合的对数，所以变速器输出转矩改变。第二轴上的齿轮<除一、倒挡齿轮）平时由滚针轴承空套在轴上与中间轴上的齿轮啮合，当拨插拨动接合套时，接合套与齿轮上的啮合齿圈啮合传递转矩。一、倒挡齿轮是通过渐开线花键与轴联接，通过拨插拨动齿轮实现一、倒挡的啮合。各挡位接合套通过渐开线花键与轴联接，可以在轴上作轴向滑动。中间轴上的齿轮除了一挡齿轮是直接在轴上制造，其它的都是通过半圆键与轴联接。当第二轴与第一轴被接合套连接时实现直接挡，这时变速器传出的转速最大。2.3 三轴式与两轴式变速箱的比较分析和方案的选择2.3.1 三轴式与两轴式变速箱的比较分析两轴式变速器因轴和轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置7/13等优点，此外，各中间挡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挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。还有，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。对于前进挡，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相同。中间轴式变速器的第一轴和第二轴经接合套连接后可以得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90％以上，噪声低、齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用要高于其他挡位，因此提高了变速器的使用寿命；在其他前进挡位工作时，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中心距不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮可以采用或不采用常啮合齿轮传动；在传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或接合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或接合套换挡，各挡同步器或接合套基本装在第二轴上。除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。2.3.2 方案的选择和结构论述综上所述本课题采用三轴式变速器设计方案作为9吨军用货车的变速箱。其优点：三轴式变速箱能在较小的变速器中心距情况下得到较大的传动速比；由于直接挡使用较多，所以能有效的提高变速器各支承的使用寿命从而提高变速箱的使用寿命和增加变速器的传动效率；在多挡位的情况下相比两轴式变速器能提高变速箱的刚度。本方案中变速箱各结构论述。输入轴和输出轴与中间轴平行在同一轴线上，输入轴齿轮端开有内孔供输出轴一端支承。变速箱各齿轮<除一、倒挡齿轮）均采用常啮合形式，输入轴常啮合齿轮直接在轴上制造，齿轮上开有油孔以便润滑支承在输入轴内孔的滚针轴承。输出轴上一挡齿轮由渐开线花键与轴联接，并且能轴向移动，用于换挡和置空挡，其它齿轮均由滚针轴承支承空套在轴上。中间轴上的齿轮除一挡小齿轮是直接在轴上制造其他的齿轮均由半圆键连接在轴上与轴同步转动。因为高速挡齿轮的转速较快，为方便套在轴上轴8/13承的润滑提高轴承的使用寿命，在输出轴上三、四挡齿轮都开有油孔，齿轮由挡圈作轴向固定。除一、倒挡采用直齿齿形，其他的齿轮均为斜齿轮。在换挡时拨插直接拨动输出轴上的一挡齿轮，进行一、倒挡和空挡的转换。位于输出轴四挡齿轮与输入轴常啮合齿轮之间和输出轴二、三挡齿轮之间安装有接合套，接合套通过渐开线与轴连接。在空挡时接合套不与齿轮齿圈接合，当中断动力输入时，拨插拨动接合套与相应的齿轮齿圈接合产生对应的传动比。操纵机构采用机械手动控制换挡机构，使用拨插拨动相应的接合套或齿轮来控制不同的传动比。变速箱的润滑采用油池飞溅润滑。变速箱传动副的设计计算3.1变速箱中心距的计算按照汽车设计计算方法初选中心距，先根据经验公式算出大致的中心距：式中，A为变速器中心距； 为中心距系数； 为发动机最大转矩；9/13为变速器一挡传动比； 为变速器传动效率。由于 A太小时，中间轴一挡齿轮的模数会很大而且齿轮的变位系数也很大，导致齿轮的重合度减少，不利于齿轮传动，所以采用试凑法得到一个与经验公式大致相当的数据： A=162.5mm，然后根据中心距和各个挡位的传动比选择齿轮的各种数据和参数。接合套尺寸选择和强度计算二、三挡接合套：选用渐开线齿形齿圈，齿形参数 ，m＝4，z＝19， ，h＝4， ， ，取16即接合套宽为2>32<保证空挡位置间隙）接合套强度计算；取从齿根部到受力边缘厚为 5mm，即D＝96,d＝86，得： ，，所以尺寸符合强度要求。四、五挡接合套：选用渐开线齿形齿圈，齿形参数，m＝3，z＝19，，h＝3，，，取10即接合套宽为2>22<保证空挡位置间隙）接合套强度计算；取从齿根部到受力边缘厚为 5mm，即D＝74.5,d＝64.5，得：， ，所以尺寸符合强度要求。10/13以上公式中 为材料的许用拉应力，T为接合套所受转矩， 为载荷分配不均匀系数，D为接合套最小外径尺寸， d为接合套齿根圆直径， 为花键连接的许用压力， 为齿圈的工作长度。本团队全部是在读机械类研究生，熟练掌握专业知识，精通各类机械设计，服务质量优秀。可全程辅导毕业设计，知识可贵，带给你的不只是一份设计，更是一种能力。联系方式： QQ712070844，请看QQ资料。结语这学期做毕业设计的一段经历，让我体会到机械零件的设计和制造并非是一件十分轻松的过程，从零件材料的选择、强度计算、结构设计，到零件的热处理、精度计算和形位公差的确定均非易事。需要设计者拥有非常清醒的逻辑思路和动态发展的设计方案，以变速箱设计为例：确定了中心距之后，需要协调各齿轮的参数才能满足各挡齿轮副中心距一致。一挡和倒挡齿轮的使用频率和转速不高，选用直齿轮既能满足使用的需要又能避免使用接合套换挡，从而简11/13化了变速箱的结构，所以好的方案可以使设计事半功倍。将第二轴直接支承在第一轴齿轮开的孔内不但节省了变速器的空间体积，而且有利于五挡齿轮接合的便利性和提高传动效率。当然本课题的设计存在诸多不足，例如：变速箱的中心距对比已有的设计较大，这主要是在设计过程中选用的齿轮模数和齿数比较大的原因，但是此次毕业设计过程