9吨军用汽车变速箱箱体及传动轴设计21

目录1引言 11.2变速箱的发展历程 31.2.1手动变速器(MT) 31.2.2自动变速器（AT） 41.2.3手动/自动变速器（AMT） 41.3本课题研究的基本内容 52变速器的功用和工作要求 72.1变速箱的地工作要求 72.2变速箱的的相关作用 73变速箱箱体的设计过程 93.1箱体的相关综述 93.2变速箱箱体的结构设计 94变速箱传动轴的设计 134.1传动轴轴的乡关知识准备 134.2传动轴的工作原理 134.3三轴式与两轴式变速箱的比较分析 134.4方案的选择和结构论述 144.5传动轴在箱体中与其他零件的结合方式 154.6轴的外形尺寸的确定 154.6.1第二轴尺寸的确定 164.6.2第二轴的校核 204.7中间轴的尺寸确定 244.8中间轴的校合 244.8.1中间轴的刚度校核 264.9倒档轴的尺寸计算及其较合 275结论 28参考文献： 29致谢: 301引言1.1绪论汽车是20世纪最伟大的发明之一，是一种很重要的交通运输工具。近百年来,汽车工业之所以常胜不衰，主要得益于市场和科学技术的不断进步，使汽车逐渐的完善并能满足使用者的需求。现在不仅在生产活动中，在日常生活中人们也离不开汽车。对于经济发达的国家，选择汽车作为国民经济的支柱产业是完全正确的[1]。自19世纪未期世界上诞生了首辆称为汽车的代步工具起，距今已有一百多年的历史。国外的汽车工业在两次世界大战的推动下有了巨大的发展，其中美、日两国的汽车产量占据了近半壁江山。但近年来发展中国家的汽车工业也在突飞猛进的发展，从1949年以前的中国没有汽车制造业，到1958年第一汽车制造厂生产出了我国的第一辆东风牌轿车，标志着中国的轿车工业从此开始。经过了40多年的艰苦创业与发展，虽然与世界水平还有相当规模的差距，汽车品牌尚不能完全满足国民经济的需要，但是已形成了相当的规模并且有了明确的发展方向，为汽车工业的迅速发展奠定了良好的基础[2]。汽车可依据不同的分类方法进行分类，因分类方法不同，同一辆汽车有不同的称呼。汽车可依据其用途、动力装置类型、行驶道路、行驶机构特征等不同的分类方法进行分类。按用途可分为普通运输汽车、专用汽车和特殊用途汽车；按动力装置类型可分为活塞式内燃汽车、电动汽车、燃气轮机汽车和转子活塞式发动机汽车；按行驶道路可分为公路用车和非公路用车；按行驶机构特征分为轮式汽车、履带式汽车、雪橇式汽车、螺旋推进式汽车和气垫式汽车。本设计题目的CA1092汽车为长春第一汽车制造厂生产的质量为9000kg的中型载货汽车，该车为CA1091型汽车的改进型。汽车是由数百个总成、上万个零部件装配而成。不同车型的结构千差万别。但其总体构造都是由发动机、底盘、车身及其附件、电气设备四部分构成，专用汽车还有其专用设备[3]。(1)发动机发动机是汽车的动力源。其主要作用是使燃料燃烧，将热能转变成机械能输山，以驱动汽车行驶，或供车上的机电设备使用。一辆汽车上一般只有一台发动机，也有装两台的。一台用于驱动汽车行驶、另一台用于驱动其他设备。如空调、发电机、油泵、水泵或其他做功机械；还有些汽车装有双动力，既有内燃机(汽油机或柴油机)，又有电动机和电池。(2)底盘底盘是汽车的骨架，用来支撑车身和安装所有部件，同时将发动机的动力传递到驱动轮，还要保证汽车按照驾驶员的意志正常行驶。底盘由传动系、行驶系、转向系、制动系四部分组成。传动系将发动机输出的动力改善以后传递给驱动轮。使驱动轮上的驱动力矩和转速能随行驶阻力和道路状况而改变。常见的传动系由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等组成。行驶系是汽车各总成和零部件的安装基础，把它们连接到一起，支撑全车的重量，保证汽车行驶。行驶系由车架、悬架、车轴和车轮等组成。转向系是汽车的控制系统，即控制汽车行驶方向的装置。转向系由方向盘、转向机和转向传动机构等组成。制动系也是汽车的控制系统之一，其主要作用是给汽车施加可控制的行驶阻力，必要时停车。制动系由停车制动系、行车制动系和辅助制动系等组成。(3)车身与车身附件车身的作用主要用来覆盖、包装和保护汽车零部件，提供装载货物的空间、以及对驾驶员和乘员提供作良好的乘坐环境。对于不同的车型，车身的结构形式和作用也不同。载重车的车身由发动机仓、乘员室(驾驶室)和货厢三个独立的部分构成。轿车的车身大都是一个整体，兼起承载作用。车身的外形、装饰和颜色对汽车的美观、艺术与豪华程度起着非常重要的作用。(4)电气设备电气设备包括电源、灯光照明系统、点火系统、起动系统、仪表、传感与报警装置、自动检测装置等。过去，电气设备在汽车中只起辅助作用，它仅包括电源、起动、点火、灯光和少量仪表。现代汽车中由于大量引进自动控制和计算机技术，电气设备所占的比重和所起的作用越来越大。汽车电气设备逐渐向电子化、自动化、智能化方向发展．已成为汽车技术发展的热点。驱动桥功用是将万向传动装置输入的动力经降速增矩、改变动力传递方向后，分配到左右驱动轮，使汽车行驶，并允许左右驱动轮以不同的转速旋转。1.2变速箱的发展历程每天我们看到汽车在马路上奔驰的时候,我们不经要啧赞它美丽的外形和如王者的气质,我们不紧称赞驾驶者的驾驶技术和发动机的性能,而在这发动机的后面,这就是变速箱颗,这似乎成为了横量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一“健康的心”是非常重要的，因为它是动力的缔造者。但是，还有一个实现变速的功臣,这就是变速箱颗掌控速度快慢的，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）。1.2.1手动变速器(MT)手动变速器（ManualTransmission）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“下课”，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。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，资历郊深的司机都是“手动”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。虽然自动变速器以及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（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速器。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及锻炼驾驶协调性。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、吉利等国内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。1.2.2自动变速器（AT）自动变速器（AutomaticTransmission），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，以北京市来说，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。而我国要普及这种车型，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。1.2.3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及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，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，比如广州本田飞度1.3LCVT两厢、南京菲亚特2004派力奥1.3HLSpeedgear、南京菲亚特西耶那SpeedgearEL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/自动车在普及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。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求是越来越高的。汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的“最高境界”。无级变速器最早由荷兰人范·多尼斯（VanDoorne’s）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2～7个档。而无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。从市场走向来看，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9.68～11.68万元。而且奇瑞汽车销售公司表示QQ无级变速器型年底上市。看来无级变速器在中档车中的运用将越为广泛。1.3本课题研究的基本内容(1)设计9吨汽车的变速箱箱体及其传动轴(2)写出设计和计算(力学分析,强度计算)的过程(3)了解和分析汽车变速箱的结构和工作原理本设计为9吨军用汽车变速箱的箱体及传动轴的设计其主要数据为:a.汽车的排量:5.56Lb.汽车的自重:4100kg,载重量5000kgc.发动机最大转矩：372N.m(1200—1400r/min)d.最大功率：99kw(3000r/min)e.最高车速：90km/h2变速器的功用和工作要求2.1变速箱的地工作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)设置空档,用来切断发动机动力向驱动轮的传输。(4)换档迅速,方便,省力。(5)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。(6)传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高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。(7)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。2.2变速箱的的相关作用在内燃机驱动的车辆传动系统中,由于内燃机的转矩与转速变化范围较小,不能满足车辆在各种工作情况下对牵引力和行使速度的要求,必须采用变速箱来解决这一问题.变速箱的地主要功用主要为(1)改变传动比,扩大驱动轮的转矩和转速的工作范围,一适应各种形式路面的变化(2)现在倒档,在发动机旋转方向不变的情况下,实现车辆的倒退行使(3)实现空档,可切断传动系统的动力传递,以使发动机能够启动`怠速,并可以在发动机运转的情况下,车辆长时间停车,以便于变速箱的换档和动力输出。3变速箱箱体的设计过程3.1箱体的相关综述变速箱的箱体在变速箱中总质量占有很大的比例，同时也影响着机器的的工作精度及抗振性能，所以正确的的选择箱体的材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减少机器质量，节约金属材料，提高工作精度，增强机器刚度及耐磨性的重要途径。变速箱箱体的工作能力主要指标是刚度，其次是强度和抗震性能，它的结构和外形尺寸大小，决定于它的内部或外部的零件和部件的形状和尺寸及其相互配置，受力与运动情况等。设计时，应使所装的零件和部件便于装拆盒操作。设计箱体时，为了机器装配，调整，操作及维护的方便，应在适当的位置设有大小适宜的孔洞。变速箱为了增强其刚度要求，故采用全封闭式结构。箱体的一些结构，如壁厚，凸缘宽度等厚度对箱体的工作能力，材料，质量，和成本均有较大的影响。但是这些部位的形状的不规则性和应力分布的复杂性，以前大多是按经验公式，经验数据，或比照现用的类似机件进行设计，而略去强度和刚度的分析与校核。由于箱体的受力较为复杂，故能正确的选择设计箱体的截面形状，从而在既不增大截面，又不增大零件质量的条件下，来增大截面系数及截面的惯性矩。变速箱壳体是基础件，用以安装支承变速器全部零件及存放润滑油，他的外型复杂，加工的孔和螺纹较多，要求的同轴度较高，所以一般都采用铸造当中的砂型铸造，因为成本底和设备简单。变速箱的壳体要求强度高，能承受一定的冲击载荷和交变载荷，在汽车行驶过程中进行换挡和利用齿轮来改变力矩，从而来提供足够的动力，来保证正常的行驶，所以变速箱壳体是很重要的一个零件，没有它就没有零件的组合和动力的改变。在汽车各个系统中占有不可忽略的地位。出时，中断向驱动轮的动力传递。3.2变速箱箱体的结构设计变速箱箱体起着支持和固定轴系零件，保证轴系运转精度、良好润滑及可靠密封性等重要作用。箱体的结构设计主要考虑以下几个问题(1)箱体要有足够的刚度：箱体在加工和使用过程中，应为复杂的受变载荷而引起相应的变形，若箱体的刚度不够，会引起轴承空中心线的过度偏斜，从而影响传动件的运转精度，甚至由于载荷集中而导致运动副的加速损坏。壁厚＝此处Ｔ为低速轴的转矩，此壁厚的强度可不做重点考虑，壁厚≥８顾取＝１０mm。为了保证结合处的局部刚度与接触刚度,箱盖与箱体连接部分都应具有较厚的连接凸缘。(2)箱体应有可靠的密封，便于传动件传动和散热。对于绝大多数的箱体类部件，为了保证密封，箱体部分连接凸缘应该有足够的宽度，为了保证齿轮能正常工作，必须采用润滑，对于圆柱齿轮，涡轮和蜗杆，最少应为一个齿高，为了避免搅油损失过大，传动件的浸油深度不应超过其分度圆的1/3。同时为了避免油搅动时成渣范起，齿顶到油池地面的距离不应少于30故此设计箱体与齿轮的间隙：取（≥３０－５０mm）取３０mm(3)箱体应有良好的结构工艺性设计铸造箱体时，要考虑到治磨、造型、浇铸、清洗等工艺的方便。外形应力求简单，尽量减少沿拔摸方向的凸起部分，并应具有一定的拔摸斜度。箱体壁厚力求均匀，过度平稳，金属不要局部积聚。箱体设计应考虑艺术造型问题，外形的简洁和整齐会增强统一协调的美感，例如尽量减少外凸形体，箱体剖面的凸缘，轴承座凸台伸到箱体壁内，这种结构不仅提高了刚性，而且还克服了造型形象支离破碎，使外形更加整齐和美观。箱体外形尺寸的确定箱体的高度h=中心距×2+箱体与齿轮的间隙×2+壁厚×2根据本组成员的计算结果倒档轴与第２轴的中心距a=162.5mm故可以初步定箱体的高度ｈ=１６２．５×２＋３０×２＋１０×２＝４０５箱体的长宽尺寸的确定：充分考虑齿轮和轴的尺寸大小和配合要求，参考ＥＱ１４０的箱体的外形尺寸，并要求满足本组成员操纵机构的要求，选定箱体的长宽尺寸分别为357mm和252mm。轴的位置的确定：先确定中间轴与箱体底座的距离ｄ＝１０＋３０＋常啮合５档齿轮的半径＝148mm同理确定第２轴与上箱体的距离＝112mm，确定第２轴与中间轴的横向垂直距离为40mm箱体肋板的厚度＝０．８５×壁厚，由于对强度要求较小，取肋板的厚度为８输入轴轴盖尺寸的确定（左视图）根据计算查表，选择外径Ｄ＝120mm，螺钉数＝４，Ｄ２＝144mm第２轴与箱体箱体结合处尺寸的确定：由于直径ｄ＝30mm，确定轴盖Ｄ＝80mm，Ｄ２＝98mm所有螺孔都采用M10轴盖（右视图）第２轴D=120mmD2=144mm中间轴D=100mmD2=126mm４螺孔都采用Ｍ10mm耳轴的设计:通过实物测绘,确定它超出箱体外壳的距离为60mm,宽度为35mm,与箱体为圆弧连接取R=10mm,耳轴上应留用通孔,它方面于变速箱与汽车的部件联系在一起(离合器,分动器),起一个固定的左右。箱体的左右两侧都应装有耳轴。所有的轴承端盖处箱体的壁厚都要求加粗，加粗厚度为8mm倒档轴小箱体位置及其尺寸的的确定：参考相关资料，并由实验室测绘得出小箱体距右侧距离为55mm，下面为沿整个轮廓上升16mm。根据倒档轴及倒档齿轮的尺寸要求，选择小箱体的长度为140mm，且壁厚为4mm宽度为160mm,小箱体上的螺孔数为６，且螺孔采用Ｍ10。表面采用整体的圆弧的方面在箱体进行整体铸造,取R=150。箱体的表面还应该视油孔和放油孔,视油孔主要用来检查里面润滑油的深浅,便于加上润滑油,根据实验室箱体的实际测绘,选择视油孔与箱体的倾斜角度为30度,放油孔主要用来清洗和更换里面的机油。 倒档轴位置的确定：与箱体前壁的距离＝箱体的壁厚＋齿轮与箱体的距离＋倒档齿轮的半径确定倒档轴与箱体前壁的距离为60mm，选择倒档轴与中间轴的距离为70mm，倒档轴与倒档齿轮一起放置在此小箱体上。他主要为了方便其倒档轴的设计,由于倒档轴不能像中间轴和第二轴那样采用轴承端盖和轴盖最后直接固定在箱体上,倒轴轴相对比较独立,固设计了此小箱体,这个也是箱体的一个重要的部件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。5结论本次设计是9吨汽车变速器箱体及其传动轴部分。变速器是车辆不可或缺的一部分，其中机械式变速箱设计发展到今天，其技术已经成熟，但对于我们还没有踏出校门的学生来说，其中的设计理念还是很值得我们去探讨、学习的。对于本次设计的变速箱来说，其特点是：扭矩变化范围大可以满足不同的工况要求，结构简单，易于生产、使用和维修，价格低廉，而且采用结合套挂挡，可以使变速器挂挡平稳，噪声降低，轮齿不易损坏。在设计中采用了5+1档手动变速器，通过较大的变速器传动比变化范围，可以满足汽车在不同的工况下的要求，从而达到其经济性和动力性的要求；变速器挂档时用结合套，虽然增加了成本，但是使汽车变速器操纵舒适度增加，齿轮传动更平稳。本着实用性和经济性的原则，在各部件的设计要求上都采用比较开放的标准，因此，安全系数不高，这一点是本次设计的不理想之处。另外变速箱的箱体由于结构复杂,可供参考的资料文献较少,致使本设计在设计过程中遇到了很大的困难,以至于箱体的设计结果不是很理想,由于参与9吨汽车变速箱设计的一共有四位同学,在设计时经常遇到各部件不能很好的配合,这是我们再设计过程中遇到的最大的问题。在