黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計變速器用來改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，是汽車總成部件中的重要組成部分，是主要的傳動系統(tǒng)。變速器的結構要求對汽車的動力性、燃料經濟性、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，故在大多數汽車中廣泛應用。本文設計研究了三軸式五檔手動變速器，其目的主要是基于對機械原理、機械設計、時運用汽車構造、汽車設計、材料力學、互換性測量等學科知識，對三軸式變速器的各部件進行設計，并利用先，本文將概述變速器的現狀和發(fā)展趨勢，介紹變速器領域的最新發(fā)展狀況。其次，對工作原理做了闡述，對不同的變速器傳動方案進行比較，選擇合理的結構方案進行設計。再次，對變速器的各檔齒輪和軸以及軸承做了詳細的設計計算，并進行了受力分析、強度和剛度校核計算,并為為這些元件選擇合適的工程材料及熱處理方法。對一些標準件進行了選型以及變速器的傳動方案設計。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構進行闡述，講述同步器的類型、工作原理、選擇方法以及重要參數。關鍵詞：變速器；傳動比；軸；齒輪；設計計算；校核黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計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. . . .汽車變速器的設計方法和研究內容. . 3第2章 變速器傳動機構布置方案.變速器的選擇. . . .零、部件結構方案分析. . . .速器主要參數的選擇.概述.擋數.傳動比范圍. . .變速器的齒輪參數的確定.變速器各檔齒輪齒數的分配.本章小結.輪校核. .計算各軸的轉矩. . .本章小結.速器軸和軸承的設計及校核.變速器的軸徑和軸長設計計算.變速器軸的強度計算.軸承的選擇和校核.本章小結.步器和操縱機構的設計及選用.同步器的設計.變速器操縱機構的設計.變速器箱體的設計.本章小結.出軸的有限元靜力學分析. 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)動機曲軸的轉矩和轉速，以適應汽車在起步、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。但變速器設計一直是汽車設計中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經濟性指標。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燃機的最低穩(wěn)定車速是難以達到的。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、停車和滑行時能長時間將發(fā)動機和傳動系分離。變速器的結構除了對汽車的動力性、經濟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)動機的參數做優(yōu)化匹配，可得到良好的動力性與經濟性；采用自鎖及互鎖裝置，倒擋安全裝置，其他結構措施，可使操縱可靠，不產生跳擋、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濟性，使汽車和發(fā)動機有良好的匹配性。車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果2究現狀重型汽車的裝載質量大，使用條件復雜，欲保證重型汽車具有良好的動力性、經濟性和加速性，則必須擴大傳動比范圍并增多檔數。傳統(tǒng)結構三軸式變速器的最大容量：檔位數一般最多蛤能布置到6個前進檔和一個倒檔，最大輸出扭矩約為8400年來重型汽車需要更多檔位的前進檔，需要爬行檔（最低檔）速比為10然傳統(tǒng)結構變速器遠不能滿足需求。而組合式機械變速器則能滿足上述要求。而組合式機械變速器則能滿足上述要求。而組合機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，而齒輪對數小于檔位數，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計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。計目的意義重型貨車裝載數十噸的貨品，面對如此高的“壓力”，除了發(fā)動機需要強勁的動力之外，還需要變速器的全力協助。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，但這些特點尚不具備。從我國的具體情況來看，機械式變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史，資歷郊深的司機都是用機械式變速器的，他們對機械式變速器的認識程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現實的。車變速器發(fā)展趨勢現代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機械式變速器不能滿足人們的需要。而自動變速器技術得到了迅速發(fā)展。目前，國內變速器廠商都向著無級變速器和自動變速器方向發(fā)展，國內現已有好幾款轎車已經應用上無級變速器，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，是它省去了復雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進行變速傳動。無級變速器結構比傳統(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雜的行星齒輪組，主要靠主動輪、從動輪和傳動帶來實現速比的無級變化在跨越了三個世紀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現理想汽車變速器的努力,各大汽車廠商對無級變速器(現了極大的熱情，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。在今后，摩擦傳動力傳動；電控機械式自動變速器(；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（是一種全新的設計思想，是利用齒輪傳動實現高效率、大功率的無級變速傳動。據最新消息：一種齒輪無級變速裝置(已經試制成功，并已經進行了多次樣機試驗。齒輪無級變速裝置結構相當簡單，只有不足20種非標零件，51個零件，生產成本甚至低于手黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計3動變速箱。預計今年進行裝車試驗。齒輪無級變速器的優(yōu)勢表現為：(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到的；(3)結構簡單，大幅度降低生產成本，相當于自動變速箱的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。車變速器的設計方法和研究內容8在本次設計中，由于是對傳統(tǒng)的變速器進行改進性設計,在給定的發(fā)動機最大轉矩、轉速及最高車速、發(fā)動機標定功率等條件下，主要完成變速器機構的設計，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濟性；（2）設置空擋，用來切斷發(fā)動機動力向驅動輪的傳輸；（3）設置倒檔，使汽車能到推行駛；（4）設置動力輸出裝置，需要時能進行功率輸出；（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象發(fā)生；（7）變速器應當有高的工作效率；（8）變速器的工作噪聲要低。除此以外，變速器還應當滿足輪廓尺寸和質量小，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濟性指標。速器設計的主要內容：本次設計主要是依據給定的重型貨車有關參數，通過對變速器各部分參數的選擇和計算，設計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、參數計算。包括變速器傳動比計算、中心距計算、齒輪參數計算、各檔齒輪齒數的分配；2、變速器齒輪設計計算。變速器齒輪幾何尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及材料選擇；計算各軸的扭矩和轉速；齒輪強度計算及檢驗；黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計43、變速器軸設計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結構設計、軸的強度計算、軸的加工工藝分析；4、變速器軸承的選擇及校核；5、同步器的設計選用和參數選擇；6、變速器操縱機構的設計選用；7、變速器箱體的結構設計設計；8、建立有限元計算模型；9、加載進行應力分析與結果分析；10、對汽車機械變速器的結構參數進行優(yōu)化設計。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計5第 2章 構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，當發(fā)動機縱置時，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而當發(fā)動機橫置時用圓柱齒輪，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，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。因此設計的變速器采用中間軸式。擋布置方案倒擋布置應注意以下幾點：（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) 多數五擋采用 (d) e) 前進擋常嚙合 (f) 前進擋常嚙合 (g) 一、短變速器的軸向長度，點是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器蓋中的操縱機構復雜一些。倒檔結構方案的選擇，應根據其它檔布置情況。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、運轉平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時稍有復雜，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增加，并導致變速器的質量和轉動慣量增大。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。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計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（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構簡單，制造、拆裝與維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉部分的慣性力矩，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。此外，因增設了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉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，而與操作技術的熟練程度無關，從而提高了汽車的加速性、燃油經濟性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點，但仍然得到廣泛應用。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，目前在結構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薄（這樣，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計并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜23），使接合齒面產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，應黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計8用較多。將接合齒的齒側設計并加工成臺階形狀，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) 章小結本章首先對比了兩軸式和中間軸式的優(yōu)、缺點，由于中間軸式變速器的結構工藝性、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,因此設計的變速器選擇中間軸式；接著本章確定了倒擋布置方案；然后對零部件的結構方案進行了分析，即對齒輪及換擋機構的形式進行了分析；最后對倒擋的布置方案以及防止自動脫擋進行了設計。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計9第 3章 述滿足汽車必要的動力性和經濟性指標，這與變速器的擋數、傳動比范圍和各擋傳動比有關。汽車工作的道路條件越復雜、比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。本參數整備質量 最大總質量 最高車速 最大爬坡度 最大功率 最大扭矩 輪胎 變速器擋數920060000km/h 30% 1700/20數近年來，為了降低油耗，變速器的擋數有增加的趨勢。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量大些的貨車和越野汽車上。本設計采用七擋變速器。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7擋為直接擋，則：1p (中： 最高車速黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計10發(fā)動機最大功率轉速r 車輪半徑變速器最小傳動比0i 主減速器傳動比9550 （轉矩適應系數=（上兩式，得：主減速器比 0i =足最大爬坡度根據汽車行駛方程式： 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汽車質量，g重力加速度，G=6000568000發(fā)動機最大轉矩， 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，對于貨車取f =爬坡度，取=個參數帶入，得： ）（足附著條件根據驅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，驅動橋給地面的載荷2G = 2m g=65%01920路附著系數，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系： 7665544321 32式中：q常數，也就是各檔之間的公比， ， 5i 2 ， 43 ， 3i 4 ， 25g ， 6 ， 17 1,65432 心距根據下述經驗公式3 1 （中：A變速器中心距（中心距系數，乘用車： 98商用車： 68多擋變速器： 59取 K ；發(fā)動機最大轉矩（黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計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數對貨車，減小質量比減小噪聲更重要，故齒輪應該選用大些的模數；從工藝方面考慮，各擋齒輪應該選用一種模數。嚙合套和同步器的接合齒多數采用漸開線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數相同。其取值范圍是：乘用車和總質量 質量 取較小的模數值可使齒數增多，有利于換擋。 車變速器齒輪的法向模數（型 乘用車的發(fā)動機排量V/L 貨車的最大總質量 14.0 滿足強度要求。車變速器常用齒輪模數一系列 壓力角理論上對于乘用車，15、16、龍江工程學院本科生畢業(yè)設計13等小些的壓力角；對商用車，25等大些的壓力角。國家規(guī)定的標準壓力角為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。旋角實驗證明：隨著螺旋角的增大，齒的強度也相應提高。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。斜齒輪傳遞轉矩時，要產生軸向力