汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書五擋變速器

1、汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目： 五擋變速器 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程06級(jí)1班 設(shè) 計(jì) 者：* 指導(dǎo)教師：* 2*年7月12日目錄第一部分：車型基本參數(shù)-3第二部分：傳動(dòng)方案擬定-4第三部分：變速器主要參數(shù)的選擇-5第四部分：變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算-6第五部分：變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算-14第六部分：滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算-18第七部分：參考資料-20兩軸五檔機(jī)械式變速器設(shè)計(jì) 變速器的結(jié)構(gòu)對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、換擋操縱的可靠性與輕便性，傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)變速器與主減速器，以及變速器的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置、倒檔安全裝置，

2、對(duì)接合齒采取倒錐齒側(cè)（或越程接合、錯(cuò)位接合、齒厚減薄、臺(tái)階齒側(cè)）等措施，以及其他結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不跳檔、亂檔、自行脫檔和誤掛倒檔；采用同步器可使換擋輕便、無(wú)沖擊及噪聲；采用高齒、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低。降低噪聲水平已成為提高變速器質(zhì)量和設(shè)計(jì)、工藝水平的關(guān)鍵。變速器設(shè)計(jì)的基本要求：（1）保證汽車有必要的的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；（2）設(shè)置不同擋位，滿足用來(lái)調(diào)整與切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸并使汽車能倒退行駛；（3）工作可靠，汽車行駛過(guò)程中，變速器不得有跳擋、亂擋，以及換擋沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn)；（4）工作效率高，噪聲?。唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方案合理； 計(jì) 算 與 說(shuō) 明主要結(jié)果一車型基本參數(shù)

3、選擇車型最大功率pemaxkw最大轉(zhuǎn)矩temaxnm主減速比i0最大車速vmaxkm/hcorollaxli811423.944185二傳動(dòng)方案擬定 兩軸式變速器與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最到擋外其他各檔的傳動(dòng)效率高、噪聲低。本設(shè)計(jì)中采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)。兩軸式變速器的倒檔齒輪、一檔齒輪、二檔齒輪均與輸入軸做成一體，三檔齒輪四檔齒輪五擋齒輪與輸入軸采用花鍵連接。輸出軸上的倒檔齒輪在同步器上，一檔齒輪，二檔齒輪是空套在軸上，三擋四檔齒輪與軸做成一體 ，五檔齒輪空套在輸出軸上。一檔齒輪、二檔齒輪采用同步器換檔，布置在輸出軸上，三擋四檔齒輪之間也采用同步器換擋，布置在輸入軸上。五擋單

4、獨(dú)用采用同步器換擋，不知在輸出軸上。倒檔采用滑動(dòng)齒輪換擋。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。在本設(shè)計(jì)中倒檔采用直齒圓柱齒輪，其他檔位采用斜齒圓柱齒輪。變速器多采用滾動(dòng)軸承，即深溝球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承以及圓錐滾子軸承。通常是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)選定，再驗(yàn)算其壽命。固定式中間軸采用滾針軸承或圓柱滾子軸承支承著連體齒輪。計(jì) 算 與 說(shuō) 明主要結(jié)果為了適應(yīng)汽車變速器向著增大其單位質(zhì)量的傳遞功率、增大其承

5、載能力、具有更高的可靠性、更長(zhǎng)的壽命和更好的性能等發(fā)展方向，變速器采用圓錐滾子軸承的日益增多。在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證結(jié)合套與待嚙合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。同步器的結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：圖2-4 鎖環(huán)環(huán)式同步器l、4-同步環(huán);2-同步器齒鼓;3-接合套;5-彈簧;6滑塊;7-止動(dòng)球;8-卡環(huán);9輸出軸;10、11-齒輪倒檔傳動(dòng)方案 變速器在一擋和倒擋工作時(shí)有較大的力，工作時(shí)在齒輪上作用的力也增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出輪齒磨損加快和工作噪聲大。所以無(wú)

6、論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處。本設(shè)計(jì)采用圖2-2所示的傳動(dòng)方案。采用鎖環(huán)環(huán)式同步器計(jì) 算 與 說(shuō) 明主要結(jié)果圖2-2 變速器倒檔傳動(dòng)方案3、 變速器主要參數(shù)的選擇1、檔數(shù)和傳動(dòng)比近年來(lái)，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車一般用45個(gè)檔位的變速器。本設(shè)計(jì)采用5個(gè)檔位。變速器各檔傳動(dòng)比一檔二檔三檔四檔五

7、檔倒檔3.2142.0451.3330.9720.823.5832、中心距中心距對(duì)變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距、應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。三軸式變速器的中心距a（mm）可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初定： (3-4)式中 k a-中心距系數(shù)。對(duì)轎車，k a =8.99.3；對(duì)貨車，k a =8.69.6；對(duì)多檔主變速器，k a =9.511；取ka=10 ka=10計(jì) 算 與 說(shuō) 明主要結(jié)果 ti max -變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩 =75.95mm故可得出初始中心距a=70mm。四、變速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1、齒輪模數(shù)初選模數(shù)時(shí)，可以參考同類型汽車的齒輪模數(shù)確定，也可根據(jù)大量

8、現(xiàn)代汽車變速器齒輪模數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，找出模數(shù)的變化規(guī)律，即經(jīng)驗(yàn)公式。利用經(jīng)驗(yàn)公式初選模數(shù),一檔二檔采用模數(shù)為3mm,，三四五擋采用2.75mm ，倒檔采用2.5mm2、壓力角實(shí)際上應(yīng)國(guó)家規(guī)定的齒輪標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20度，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20度。3、齒輪螺旋角為減少工作噪聲和提高強(qiáng)度，汽車變速器齒輪多用斜齒輪，只有倒檔齒輪。隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)的提高，不過(guò)當(dāng)螺旋角大于30度時(shí)，其彎曲強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升，因此從提高低檔齒輪的彎曲強(qiáng)度出發(fā)，并不希望過(guò)大，而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，可選取較大值。 斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍選用:轎車變速器：，貨車變速器：

9、，在此選用螺旋角。初步選取螺旋角4、齒寬 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來(lái)選定齒寬。直齒輪b=(4.57.5)，斜齒輪=(6.58.5)。a=70mm=計(jì) 算 與 說(shuō) 明主要結(jié)果三四五擋齒厚為62.75=16.5，一二擋齒厚為21 , 輸入倒擋齒為 18mm,輸出齒厚為12mm. 使接觸線長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪的壽命。5、各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明分配各檔齒數(shù)的方法。確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)先求其齒數(shù)和: 其中 a =70mm、m =3mm；故有。

10、 由此可得 一檔的實(shí)際傳動(dòng)比為 =71.168mm二檔傳動(dòng)比 而 ， 故有： 可得出：三四五擋齒厚為62.75=16.5，一二擋齒厚為21 , 輸入倒擋齒厚為 18mm,輸出齒厚為12mm. 使接觸線長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪的壽命。5、各檔傳動(dòng)比及其齒輪齒數(shù)的確定在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù)、傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明分配各檔齒數(shù)的方法。確定一檔齒輪的齒數(shù) 一檔傳動(dòng)先求其齒數(shù)和: 其中 a =80mm、m =2.7；故有。 由此可得 一檔的實(shí)際傳動(dòng)比為二檔傳動(dòng)比 而 ， 21mmmm 計(jì) 算 與 說(shuō) 明

11、主要結(jié)果二檔實(shí)際傳動(dòng)比為 按同樣的方法可分別計(jì)算出：三檔齒輪 ；四檔齒輪 ；五檔齒輪 。一般情況下，倒檔傳動(dòng)比與一檔傳動(dòng)比較為接近，在本設(shè)計(jì)中倒檔傳動(dòng)比取3.167。倒檔傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)與一檔主動(dòng)齒輪相當(dāng)，可以得出倒檔輸入齒輪。各檔實(shí)際傳動(dòng)比為：三檔實(shí)際傳動(dòng)比為 四檔實(shí)際傳動(dòng)比為 五檔實(shí)際傳動(dòng)比為 倒檔實(shí)際傳動(dòng)比為 6、各檔斜齒輪螺旋角計(jì)算 根據(jù) 二檔： 三檔：四檔：五檔：7、齒輪變位系數(shù)的選擇齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。為降低噪聲，變速器中除去一、二檔和倒檔以

12、外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。其中，一檔主動(dòng)齒輪10的齒數(shù)z1017，因此一檔齒輪需要變位。最小變位系數(shù) = 取0.5 倒擋采用變位 取x=0.358、 齒輪分度圓直徑。各擋齒輪分度圓直徑如表3-2所示。一擋二擋三擋四擋五擋倒擋分度圓 直徑 輸入33.10mm46.34mm60.57mm72.68mm78.74mm29.25mm輸出109.2396.0081.7769.6563.6102.5倒擋齒輪56.7基圓直徑35.5252.37倒擋齒輪53.2832.98輸出119.25101.9884.7571.0967.12106.56 一擋變位 （6） 齒輪

13、輪齒尺寸。 倒擋 齒頂高：，其中.35 齒根高：，其中輸入軸分度圓齒頂 齒根一擋33.1043.9030.4二檔46.3452.3438.84三擋60.5766.0753.69四擋72.6878.1865.80五擋78.7484.2471.86輸出軸分度圓齒頂齒根1擋109.23120.03106.532擋96.00102.0088.503擋81.7787.2774.894擋69.6575.1562.775擋63.6069.1056.72待添加的隱藏文字內(nèi)容19、 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核（1） 一擋斜齒圓柱齒輪： 當(dāng)計(jì)算載荷取到作用到變速器第一軸時(shí)的最大扭矩時(shí)，許用應(yīng)力在180350mpa，所以

14、彎曲強(qiáng)度滿足要求。1輪齒接觸應(yīng)力 式中： n/；為齒面上的法向力，n ；為節(jié)點(diǎn)處壓力角，；為齒輪材料的彈性模量，n/； b為齒輪接觸的實(shí)際寬度， mm ；為主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，mm 。 （1）i擋直齒輪接觸應(yīng)力其中將作用在變速器第一軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，對(duì)于滲碳齒輪，一擋和倒擋的許用接觸應(yīng)力為19002000mpa，所以強(qiáng)度滿足要求。（3）變速器齒輪的材料及熱處理 現(xiàn)代汽車變速器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造，使輪齒表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合，以大大提高其接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮到其機(jī)械加工性能及制造成本。國(guó)產(chǎn)汽車變速器齒輪常用材料是2

15、0crmnti(過(guò)去的鋼號(hào)18 crmnti)，也采用20mn2tib,20mnvb,20mnvob的，這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶粒。為了消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火。5、 變速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、 初選軸的直徑 變速器軸的長(zhǎng)度可以初步確定。軸的長(zhǎng)度對(duì)軸的剛度影響很大，滿足剛度要求，軸的長(zhǎng)度須和直徑保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。第一軸花鍵部分直徑的初選：。軸的直徑與支撐跨度長(zhǎng)度l之間關(guān)系：材料 20crmnti第二軸，取第一軸的最細(xì)處軸徑為d=25mm.2、 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 根據(jù)傳動(dòng)方案的布置，倒擋齒輪處于軸徑最小處，且倒擋時(shí)軸所承受的載荷最大，所以選擇倒擋進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗(yàn)

16、算。 （1）一擋軸處軸的剛度驗(yàn)算 軸在垂直面內(nèi)的撓度為: 軸在水平面內(nèi)的撓度為： 轉(zhuǎn)角為： 式中：為軸在垂直面內(nèi)的撓度，mm；為軸在水平面內(nèi)的撓度，mm；為齒輪齒寬中間平面上的圓周力，n；為齒輪齒寬中間平面上的徑向力，n；為軸的直徑，mm；為彈性模量，mpa；為慣性矩，；、-為齒輪上作用力距支座a、b的距離，mm；-為支座間距離，mm。可求出 全撓度 所以剛度滿足要求 二擋軸齒輪 三擋齒輪 四檔齒輪 （2） 軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸在水平方向的彎矩圖73 軸在豎直方向的彎矩圖 所以強(qiáng)度滿足要求。所有擋符合3、花鍵的擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算 根據(jù)傳動(dòng)方案的布置，五擋主動(dòng)齒輪與輸入軸之間采用花鍵連接，根據(jù)軸徑尺寸為2

17、5mm，可選出花鍵的齒數(shù)z=8，d=21mm，b=5mm，c=0.2 d=25 當(dāng)齒面未經(jīng)熱處理時(shí)，花鍵靜連接的許用擠壓應(yīng)力最小為3555mpa，當(dāng)齒面經(jīng)熱處理時(shí)，花鍵靜連接的許用擠壓應(yīng)力最小為4070mpa，所以n擠壓強(qiáng)度滿足要求。 六、滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算 1、滾動(dòng)軸承的型號(hào)選擇和壽命驗(yàn)算 （1）、初選軸承型號(hào) 根據(jù)輸入軸徑尺寸為25mm，輸出軸徑為30mm以及其他已知條件，初選其輸入軸軸承型號(hào)為7205ac，由手冊(cè)查得，軸承型號(hào)為7205ac （2）、計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷： 根據(jù)查表得 ， 因?yàn)?，所以 （3） 、軸承的壽命計(jì)算 由表查得 根據(jù)壽命計(jì)算公式： 得 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可判斷出軸承的壽命滿足設(shè)計(jì)要求。壽命滿足要求 五、參考資料1. 王望予主編. 汽車設(shè)計(jì)（第四版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 20052. 劉維信主編. 汽車設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)