黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是汽車總成部件中的重要組成部分，是主要的傳動系統(tǒng)。變速器的結(jié)構(gòu)要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。三軸式變速器由于具有體積小、原理簡單、工作可靠、操縱方便等優(yōu)點(diǎn)，故在大多數(shù)汽車中廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)研究了三軸式五檔手動變速器，其目的主要是基于對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、時運(yùn)用汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、互換性測量等學(xué)科知識，對三軸式變速器的各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用先，本文將概述變速器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹變速器領(lǐng)域的最新發(fā)展?fàn)顩r。其次，對工作原理做了闡述，對不同的變速器傳動方案進(jìn)行比較，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。再次，對變速器的各檔齒輪和軸以及軸承做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了受力分析、強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算,并為為這些元件選擇合適的工程材料及熱處理方法。對一些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了選型以及變速器的傳動方案設(shè)計(jì)。簡單講述了變速器中各部件材料的選擇。最后，本文將對變速器換檔過程中的重要部件同步器以及操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行闡述，講述同步器的類型、工作原理、選擇方法以及重要參數(shù)。關(guān)鍵詞：變速器；傳動比；軸；齒輪；設(shè)計(jì)計(jì)算；校核黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)to on in of an of of of of a is as of on of my is of of of I of AD of At of of of on I a of of of in of I of a I do of of I an in I an of 摘要.論. .汽車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果. . . .汽車變速器的設(shè)計(jì)方法和研究內(nèi)容. . 3第2章 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案.變速器的選擇. . . .零、部件結(jié)構(gòu)方案分析. . . .速器主要參數(shù)的選擇.概述.擋數(shù).傳動比范圍. . .變速器的齒輪參數(shù)的確定.變速器各檔齒輪齒數(shù)的分配.本章小結(jié).輪校核. .計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩. . .本章小結(jié).速器軸和軸承的設(shè)計(jì)及校核.變速器的軸徑和軸長設(shè)計(jì)計(jì)算.變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算.軸承的選擇和校核.本章小結(jié).步器和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及選用.同步器的設(shè)計(jì).變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).變速器箱體的設(shè)計(jì).本章小結(jié).出軸的有限元靜力學(xué)分析. 和.利用. . 擋花鍵有限元受力分析. 檔花鍵有限元受力分析. 檔花鍵有限元受力分析. 嚙合檔花鍵有限元受力分析. .章 緒 車變速器的概述1變速器用于改變發(fā)動機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下，滿足驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，今后要求汽車車型的多樣化、個性化、智能化已成為汽車的發(fā)展趨勢。但變速器設(shè)計(jì)一直是汽車設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。變速器能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛，而這種低的車速只靠內(nèi)燃機(jī)的最低穩(wěn)定車速是難以達(dá)到的。變速器的倒擋使汽車能倒退行駛；其空擋使汽車在啟動發(fā)動機(jī)、停車和滑行時能長時間將發(fā)動機(jī)和傳動系分離。變速器的結(jié)構(gòu)除了對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性有影響同時對汽車操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒擋安全裝置，其他結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不產(chǎn)生跳擋、亂擋、自動脫擋和誤掛倒擋；采用同步器可使換擋輕便，無沖擊及噪聲；采用斜齒輪、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低，不同的傳動比還可以使在其不同路面提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，使汽車和發(fā)動機(jī)有良好的匹配性。車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果2究現(xiàn)狀重型汽車的裝載質(zhì)量大，使用條件復(fù)雜，欲保證重型汽車具有良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，則必須擴(kuò)大傳動比范圍并增多檔數(shù)。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)三軸式變速器的最大容量：檔位數(shù)一般最多蛤能布置到6個前進(jìn)檔和一個倒檔，最大輸出扭矩約為8400年來重型汽車需要更多檔位的前進(jìn)檔，需要爬行檔（最低檔）速比為10然傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)變速器遠(yuǎn)不能滿足需求。而組合式機(jī)械變速器則能滿足上述要求。而組合式機(jī)械變速器則能滿足上述要求。而組合機(jī)械變速器的組成是在傳統(tǒng)變速器（稱主箱）后部（或前部）加裝一個副變速器（稱副箱，一般為兩檔），將主箱的檔位數(shù)增加一倍，所增加檔位的速比值增大到等于主箱速比和副箱速比的乘積，而齒輪對數(shù)小于檔位數(shù)，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2因此箱體尺寸大為縮小，軸的長度減短，剛度增大，并且增大了變速器的容量。計(jì)目的意義重型貨車裝載數(shù)十噸的貨品，面對如此高的“壓力”，除了發(fā)動機(jī)需要強(qiáng)勁的動力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。大家都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時候有足夠的牽引力量將車帶動。特別是面對爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對于其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。從我國的具體情況來看，機(jī)械式變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史，資歷郊深的司機(jī)都是用機(jī)械式變速器的，他們對機(jī)械式變速器的認(rèn)識程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。車變速器發(fā)展趨勢現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機(jī)械式變速器不能滿足人們的需要。而自動變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前，國內(nèi)變速器廠商都向著無級變速器和自動變速器方向發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無級變速器，而重型多擋位汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。無級變速器又稱為連續(xù)變速式無級變速器(。這種變速器與一般齒輪式自動變速器的最大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動。無級變速器結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復(fù)雜的行星齒輪組，主要靠主動輪、從動輪和傳動帶來實(shí)現(xiàn)速比的無級變化在跨越了三個世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級變速箱。這是汽車的無奈和缺憾。但是,人們始終沒有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力,各大汽車廠商對無級變速器(現(xiàn)了極大的熱情，極度重視是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標(biāo)。在今后，摩擦傳動力傳動；電控機(jī)械式自動變速器(；齒輪無級變速器（圍繞著汽車變速箱四個主要的研究方向。齒輪無級變速器（是一種全新的設(shè)計(jì)思想，是利用齒輪傳動實(shí)現(xiàn)高效率、大功率的無級變速傳動。據(jù)最新消息：一種齒輪無級變速裝置(已經(jīng)試制成功，并已經(jīng)進(jìn)行了多次樣機(jī)試驗(yàn)。齒輪無級變速裝置結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，只有不足20種非標(biāo)零件，51個零件，生產(chǎn)成本甚至低于手黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3動變速箱。預(yù)計(jì)今年進(jìn)行裝車試驗(yàn)。齒輪無級變速器的優(yōu)勢表現(xiàn)為：(1)傳動功率大2002)傳動效率高，90%以上的傳動效率是很容易達(dá)到的；(3)結(jié)構(gòu)簡單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當(dāng)于自動變速箱的1/10；(4)對汽車而言，提高傳動效率，節(jié)油20%；(5)發(fā)動機(jī)在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對環(huán)境的破壞。車變速器的設(shè)計(jì)方法和研究內(nèi)容8在本次設(shè)計(jì)中，由于是對傳統(tǒng)的變速器進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì),在給定的發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率等條件下，主要完成變速器機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。對于變速器的要求：（1）保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性；（2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪的傳輸；（3）設(shè)置倒檔，使汽車能到推行駛；（4）設(shè)置動力輸出裝置，需要時能進(jìn)行功率輸出；（5）換擋迅速、省力、方便。工作可靠；（6）汽車行駛過程中，變速器不得有跳檔、亂檔以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；（7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率；（8）變速器的工作噪聲要低。除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求，滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。速器設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù)給定的重型貨車有關(guān)參數(shù)，通過對變速器各部分參數(shù)的選擇和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種基本符合要求的手動7檔變速器。本文主要完成下面一些主要工作：1、參數(shù)計(jì)算。包括變速器傳動比計(jì)算、中心距計(jì)算、齒輪參數(shù)計(jì)算、各檔齒輪齒數(shù)的分配；2、變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算。變速器齒輪幾何尺寸計(jì)算；變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇；計(jì)算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)；黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)43、變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。包括各軸直徑及長度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的加工工藝分析；4、變速器軸承的選擇及校核；5、同步器的設(shè)計(jì)選用和參數(shù)選擇；6、變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用；7、變速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)；8、建立有限元計(jì)算模型；9、加載進(jìn)行應(yīng)力分析與結(jié)果分析；10、對汽車機(jī)械變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)5第 2章 構(gòu)工藝性兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動機(jī)縱置時，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而當(dāng)發(fā)動機(jī)橫置時用圓柱齒輪，因而簡化了制造工藝。速器的徑向尺寸兩軸式變速器的前進(jìn)擋均為一對齒輪副，而中間軸式變速器則有二對齒輪副。因此，對于相同的傳動比要求，中間軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。速器齒輪的壽命兩軸式變速器的低擋齒輪副，大小相差懸殊，小齒輪工作次數(shù)比大齒輪要高的多，因此，小齒輪的壽命比大齒輪的短。中間軸式變速器的各前進(jìn)擋，均為常嚙合斜齒輪傳動，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命較接近。在直接擋時，齒輪只空轉(zhuǎn)，不影響齒輪壽命。速器的傳動效率兩軸式變速器，雖然可以有等于1的傳動比，但仍要有一對齒輪傳動，因而有功率損失。而中間軸式變速器，可將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接擋，因而傳動效率較高，磨損小，噪聲也較小。轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，而中、重型載貨汽車則多采用中間軸式變速器。因此設(shè)計(jì)的變速器采用中間軸式。擋布置方案倒擋布置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）倒擋齒輪在非工作位置時，不得與第二軸的齒輪有嚙合現(xiàn)象；（2）換入倒擋時不得與其他齒輪發(fā)生干涉；（3）倒擋軸在變速器殼體上的支承不得與與中間軸的齒輪相碰。a) 小客車常用 (b) 直齒滑動嚙合四擋 (c) 多數(shù)五擋采用 (d) e) 前進(jìn)擋常嚙合 (f) 前進(jìn)擋常嚙合 (g) 一、短變速器的軸向長度，點(diǎn)是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。倒檔結(jié)構(gòu)方案的選擇，應(yīng)根據(jù)其它檔布置情況。力求位置合理并縮短變速器的軸向長度。綜合以上幾種變速器倒擋布置方案，。、輪形式變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時稍有復(fù)雜，工作時有軸向力，這對軸承不利。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。倒擋齒輪用直齒，其他擋齒輪用斜齒輪。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)7（a）直齒滑動齒輪換擋 （b）嚙合套換擋 （c）合套和同步器換擋三種形式。直齒滑動齒輪換擋要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)（如兩腳離合器）才能使換擋時齒輪無沖擊；換擋行程長，換擋瞬間駕駛員注意力被分散，又影響行駛安全。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡單，制造、拆裝與維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩，但除一擋、倒擋已很少使用。嚙合套換擋不能消除換擋沖擊，而且要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性力矩增大。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。動脫擋由于接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動等原因，都會導(dǎo)致自動脫擋。為解決這個問題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種：（1）將兩接合齒的嚙合位置錯開，樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒的13用中兩齒接觸部分受到擠壓同時磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來阻止接合齒自動脫擋。（2）將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄟ@樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動脫擋，3）將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜23），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫擋的軸向力，如圖2.3（c）所示。這種方案比較有效，應(yīng)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)8用較多。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)并加工成臺階形狀，也具有相同的阻止自動脫擋的效果。(a) 接合齒位置錯開 (b) 齒厚切薄 (c) 章小結(jié)本章首先對比了兩軸式和中間軸式的優(yōu)、缺點(diǎn)，由于中間軸式變速器的結(jié)構(gòu)工藝性、變速器徑向尺寸、變速器齒輪的壽命、變速器傳動效率好于兩軸式,因此設(shè)計(jì)的變速器選擇中間軸式；接著本章確定了倒擋布置方案；然后對零部件的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了分析，即對齒輪及換擋機(jī)構(gòu)的形式進(jìn)行了分析；最后對倒擋的布置方案以及防止自動脫擋進(jìn)行了設(shè)計(jì)。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)9第 3章 述滿足汽車必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的擋數(shù)、傳動比范圍和各擋傳動比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。本參數(shù)整備質(zhì)量 最大總質(zhì)量 最高車速 最大爬坡度 最大功率 最大扭矩 輪胎 變速器擋數(shù)920060000km/h 30% 1700/20數(shù)近年來，為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用45個擋位的變速器。發(fā)動機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個擋。商用車變速器采用45個擋或多擋。擋變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。本設(shè)計(jì)采用七擋變速器。動比范圍變速器傳動比是指變速器最高擋與最低擋傳動比的比值。他商用車則更大。速器各檔傳動比的確定初選傳動比：設(shè)7擋為直接擋，則：1p (中： 最高車速黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速r 車輪半徑變速器最小傳動比0i 主減速器傳動比9550 （轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)=（上兩式，得：主減速器比 0i =足最大爬坡度根據(jù)汽車行駛方程式： 20青混凝土干路面行駛，公式簡化為： g 即： 0 （中：G作用在汽車上的重力， ，m汽車質(zhì)量，g重力加速度，G=6000568000發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， i 主減速器傳動比， 0i =傳動系效率， T =85%；r車輪半徑，r=f 滾動阻力系數(shù)，對于貨車取f =爬坡度，取=個參數(shù)帶入，得： ）（足附著條件根據(jù)驅(qū)動車輪與路面附著條件：r g 01G 式中： 2G 汽車滿載靜止于水平路面時，驅(qū)動橋給地面的載荷2G = 2m g=65%01920路附著系數(shù)，在瀝青混凝土干路面，=：1 般汽車各檔傳動比大致符合如下關(guān)系： 7665544321 32式中：q常數(shù)，也就是各檔之間的公比， ， 5i 2 ， 43 ， 3i 4 ， 25g ， 6 ， 17 1,65432 心距根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式3 1 （中：A變速器中心距（中心距系數(shù)，乘用車： 98商用車： 68多擋變速器： 59取 K ；發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)121變速器一擋傳動比；g 變速器傳動效率，取96%。則， 3 7 = 初選中心距A=198數(shù)對貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應(yīng)該選用大些的模數(shù)；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)。嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量 質(zhì)量 取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換擋。 車變速器齒輪的法向模數(shù)（型 乘用車的發(fā)動機(jī)排量V/L 貨車的最大總質(zhì)量 14.0 滿足強(qiáng)度要求。車變速器常用齒輪模數(shù)一系列 壓力角理論上對于乘用車，15、16、龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13等小些的壓力角；對商用車，25等大些的壓力角。國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20。嚙合套或同步器的接合齒壓力角有20、25、30等，但普遍采用30壓力角。旋角實(shí)驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。在齒輪選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時，要產(chǎn)生軸向力