长安杰勋汽车机械式变速器设计[中间轴式五档手动变速器]-mpv车型【含7张CAD图纸+文档全套】
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毕业设计中期检查表填表日期2011年4月20日迄今已进行 7 周剩余 9 周学生姓名武宇院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-7指导教师姓名朱荣福职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称长安杰勋汽车机械式变速器设计学生填写毕业设计工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、收集毕业设计有关资料,完成开题报告; 2、确定变速器的总体布置方案;3、根据变速器的基本参数计算个档的传动比;4、计算变速器的各档齿轮并进行校核;5、对变速器的轴和轴承进行设计计算并校核; 6、绘制装配图。1、确定换挡机构的形式; 2、绘制齿轮和轴的零件图; 3、撰写说明书。 存在问题及努力方向在设计的过程中,对齿轮计算过程中的凑配齿轮齿数问题很不熟练,经常出错,一对齿轮的选择失误,就会引起所有的齿轮重新计算。经过进一步的计算,使我的齿轮参数更加符合设计要求。 学生签字: 指导教师意 见 指导教师签字: 年 月 日教研室意 见教研室主任签字: 年 月 日SY-025-BY-2毕业设计任务书学生姓名武宇院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-7指导教师姓名朱荣福职称讲师从事专业车辆工程是否外聘否题目名称长安杰勋汽车机械式变速器设计一、设计(论文)目的、意义现代汽车变速器的发展十分快,不断出现崭新的变速器装置。变速器技术的每次跨越都和相关学科的发展密切相关。计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为变速器的进一步发展提供了有力的保障。变速器的发展也给相关学科提出更高的理论要求,使人类的认识迈向新的、更高的境界。变速器的档位数和传动比与发动机参数优化匹配,可以保证汽车具有良好的动力性与经济性。因此现代汽车变速器向着节能、环保、安全、舒适、高效、可靠方向不断提高,结构更加简单、紧凑,传动效率更高。变速器的结构型式选择、设计参数选取及设计计算对汽车的整车设计极其重要。二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)论文内容:结合选定的变速器参数,完成变速器的结构布置和整体设计。本文所设计的主要内容有变速器传动机构布置方案,零、部件结构方案分析,变速器主要参数的选择,变速器的设计与计算,同步器设计,变速器操纵机构,变速器结构元件,最终完成对各零、部件的校核。 研究方法:1、在对变速器的结构、类型和工作原理的掌握的基础上,对变速器存在的问题进行分析,找出有效的解决方案。并结合国内外变速器发展现状和趋势对所设计的变速器进行技术更新。2、参考各种文献资料,从实验室亲自获取变速器有关数据,和导师同学间的互动,以原有的公式为基础,对变速器进行设计计算。3、利用autoCAD软件画出变速器简图。三、设计(论文)完成后应提交的成果(一)计算说明部分变速器轴、齿轮的设计;变速器操纵机构的设计;变速器轴及齿轮的校核;设计说明书一份。(二)图纸部分1. 变速器的总装配图(A0一张);2. 变速器的部件图、零件图(轴及齿轮等A2若干张);四、设计(论文)进度安排第1周 选题、领取任务书;第23周 调研,搜集资料,撰写开题报告;第45周 分析调研报告和综述内容,提出并优选论点和方案,并加以论证;第68周 方案设计并绘草图,绘制产品原理图,中期答辩;第913周 绘制总成图、部件图和零件图;第14周 完善设计并提交指导教师审核;第15-16周 更改并最终完成设计,准备答辩;第17周 毕业答辩。五、主要参考资料1徐安,陈德阳汽车底盘M北京:机械工业出版社,20052张洪欣汽车设计M北京:机械工业出版社,19813杜瑞丰,李忠凯汽车底盘构造与维修M北京:高等教育出版社,20014王望予机械式变速器设计M北京:机械工业出版社,20025王尚军DC6J80T六档变速器设计J大同齿轮集团有限责任公司,2001(3)6林绍义一种汽车变速器设计J,机电技术,2004(1)7刘惟信变速器设计M北京:清华大学出版社,20038陈家瑞汽车构造M北京:机械工业出版社,2000六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日本科学生毕业设计长安杰勋汽车机械式变速器设计 院系名称: 汽车与交通工程学院 专业班级: 车辆工程B07-7班 学生姓名: 武宇 指导教师: 朱荣福 职 称: 讲 师 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Changan Jiexun TransmissionCandidate: WuYuSpecialty: Vehicle EngineeringClass: B07-7Supervisor: Lecturer. ZhuRongfuHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目: 长安杰勋汽车机械式变速器设计院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程B07-7 学 生 姓 名: 武宇 导 师 姓 名: 朱荣福 开 题 时 间: 2011年3月11日 指导委员会审查意见: 签字: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告学生姓名武宇院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-7指导教师姓名朱荣福职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称长安杰勋汽车机械式变速器设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状现代汽车变速器的发展十分快,不断出现崭新的变速器装置。变速器技术的每次跨越都和相关学科的发展密切相关。计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为变速器的进一步发展提供了有力的保障。变速器的发展也给相关学科提出更高的理论要求,使人类的认识迈向新的、更高的境界。变速器由传动机构和变速机构组成,可制成单独变速机构或与传动机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动,也有的用行星齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和离合器等。滑移齿轮有多联滑移齿轮和变位滑移齿轮之分。用三联滑移齿轮变速,轴向尺寸大;用变位滑移齿轮变速, 结构紧凑, 但传动比变化小。离合器有啮合式和摩擦式之分。用啮合式离合器时,变速应在停车或转速差很小时进行,用摩擦式离合器可在运转中任意转速差时进行变速,但承载能力小,且不能保证两轴严格同步。为克服这一缺点,在啮合式离合器上装以摩擦片,变速时先靠摩擦片把从动轮带到同步转速后再进行接合。行星齿轮传动变速器可用制动器控制变速。汽车变速器按传动比变化方式不同可分为有级式、无极式和综合式三种。有级式变速器应用最为广泛,目前轿车和轻、中型货车多有应用;无级式变速器有两种电力式变速器和液力式变速器,电力式变速器在传动系统中也有广泛采用的趋势;综合式变速器目前应用的较多。机械式变速器(Manual Transmission)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,机械式变速器会在不久“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,机械式变速器不会过早的离开。首先,从商用车的特性上来说,机械式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,他们的最爱还是机械式变速器。从我国的具体情况来看,机械式变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史,资历较深的司机都是用机械式变速器的,他们对机械式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,尤其是喜欢超车时机械式变速器带来的那种快感,所以一些中高档的汽车(尤其是轿车)也不敢轻易放弃机械式变速器。另外,现在在我国的汽车驾驶学校中,教练车都是机械式变速器的,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,机械式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机械式变速器的车,它们的各款车型基本上都是5档机械式变速器。 现在市场上的变速器细分为5类手动变速器(MT),手动自动一体变速器(AMT),无级变速器(CVT)、双离合器变速器(DCT)和自动变速器(AT),各自都有不同的优势。国内外的汽车制造与销售数据显示人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。在欧洲市场,原本是手动变速器的市场,不断被自动变速器占领。如在英国,现在装配自动变速器的汽车占汽车总量的15%。而5年前,这个数字是13.5%。日前,世界著名的变速器制造商德国ZF公司预测说到2012年,北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡2013年欧洲变速器市场上,配备手动自动一体的变速器将占20%,可以预见带有自动功能变速器的汽车是未来市场的主导产品发展和掌握自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造潮流的方向。而优先开发手动自动一体变速器具有技术上的延续性,对我国来说具有更大的优势。中国市场会在一定时期内出现多种变速器品种并存的现状,这会使中国的市场更加多元化,同时也会使竞争更加激烈。中国汽车产业巨大的市场,将会使中国变成世界变速器的重要市场。CVT进入中国已经有些年头,但是并没有被中国消费者广泛接受。到2010年,中国轻型车市场对最大输入扭矩为150Nm以下范围的变速器的需求将超过350万台。其中,双离合器变速器可能会占80的市场份额。中国汽车变速器市场正处于高速发展期。2007年中国汽车销售879.15万辆,2008年汽车产销量将突破900万,2010年汽车销售规模将达到1263万辆。在汽车行业市场规模高速增长的情况下,中国变速器行业面临着重大机遇。2006年我国汽车变速器市场规模达300亿元人民币,并且以每年超过20%的速度增长。汽车变速器是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置,用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中,在发动机和车轮之间产生不同的变速比,通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。变速器的发展趋势是越来越复杂,自动化程度也越来越高,自动变速器将是未来的主流。汽车行驶的速度是不断变化的,这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多,这就是无级变速(简称CVT)。尽管传统的齿轮变速箱并不理想,但其以结构简单、效率高、功率大三大显著优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。在跨越了三个世纪的一百多年后的今天,汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情,极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题,也是汽车变速器的研究的终极目标。2、选题目的和意义变速器的档位数和传动比与发动机参数优化匹配,可以保证汽车具有良好的动力性与经济性。因此现代汽车变速器向着节能、环保、安全、舒适、高效、可靠方向不断提高,结构更加简单、紧凑,传动效率更高。变速器的结构型式选择、设计参数选取及设计计算对汽车的整车设计极其重要。变速器可以改变传动比,扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围,以适应经常变化的行驶条件,如起步、加速、上坡等, 使发动机在有利的工况下工作;在发动机的旋转方向不变的前提下, 使汽车能倒退行驶;利用空档,中断动力传递,以使发动机能够启动、怠速,并便于变速器的换档或进行动力输出。 变速器设计是对汽车理论方面知识系统的应用,提高理论联系实际的能力。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题1、设计的主要内容(1)变速器传动方案确定;(2)变速器档数及各档传动比的确定;(3)变速器齿轮参数的选择及各档齿轮齿数的分配;(4)变速器齿轮的强度计算;(5)变速器轴和轴承的设计计算及轴的强度验算;(6)同步器的选择;(7)利用CAD画装配图、零件图。2、拟解决的主要问题(1)变速器倒档齿轮参数计算;(2)变速器轴的设计与校核;(3)变速器轴承的选择与校核;(4)变速器同步器的选择和主要参数计算。三、技术路线(研究方法) 变速器传动方案确定变速器传动机构变速器操纵方式零、部件结构变速器主要参数的选择变速器的设计与计算齿轮、轴和轴承同步器利用AUTOCAD绘图完成毕业设计及设计说明书调查、研究并查阅资料四、进度安排1、资料收集、调研,完成开题报告 第12周(2月28日3月13日)2、熟悉变速器的结构原理 第3周(3月14日3月20日)3、变速器传动方案与设计步骤确定 第4周(3月21日3月27日)4、变速器参数的选择、计算及完成装配草图 第58周(3月28日4月24日)5、对装配草图进行修改,绘制零件图 第910周(4月25日5月8日)6、设计说明书定稿,完成图纸绘制 第1114周(5月9日6月5日)7、设计审核、修改 第1516周(6月6日6月19日)8、毕业论文(设计)答辩 第17周(6月20日6月26日)五、参考文献1 刘惟信. 汽车设计M.北京:清华大学出版社, 2001.2 陈家瑞. 汽车构造M.北京:人民交通出版社,2001. 3 王望予. 汽车设计M.北京:机械工业出版社,2004.4 张洪欣汽车设计M.北京:机械工业出版社,19815 余志生. 汽车理论M.北京:机械工业出版社, 2000.6 马秋生. 机械设计基础M.北京:机械工业出版社,2003.7 石允国. 汽车变速器的现状与前景J. 机械研究与应用, 2007 (4).8 韦志林. 汽车变速器轴承的校核计算J. 广西工学院学报,2000 (11).9 林绍义一种汽车变速器设计J. 机电技术,2004 (1)10王尚军DC6J80T六档变速器设计J大同齿轮集团有限责任公司,2001 (3)11董炳武. 汽车变速器的优化设计J. 福州大学学报(自然科学版),1997 (5).12丁能根、连小珉、蒋孝煜.变速器轴的参数优化设计和分析J. 汽车研究与开发, 1996 (6).13郑明国. 汽车机械式变速器现代设计方法应用研究D. 吉林大学,2007.14 Leitermann.Modern manual transmissions innovative solutions for a mature technology.VDI Berichte Nr.1943 ,2006(Germany).15 Domian,Grumbach.Passenger car transmissions today and in the future;ATZ, Germany,2006,2.六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要变速器由传动机构和操纵机构组成,其基本功用是改变传动比,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的工况下工作;在发动机曲轴旋转方向不变的前提下使汽车能倒退行驶;利用空档中断动力传递,以使发动机能够起动、怠速,并便于变速器换档或进行动力输出。变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。本设计研究了中间轴式五档手动变速器,其目的主要是基于对机械原理、机械设计、AutoCAD等知识的熟练运用和掌握,同时运用汽车构造、汽车设计、材料力学等学科知识,对中间轴式变速器的各部件进行设计,并利用AutoCAD软件绘制装配图和零件图等内容。首先,本文介绍了变速器的现状和设计的主要内容。其次,对工作原理做了阐述,对不同的变速器传动方案进行比较,选择合理的结构方案进行设计。最后,对变速器的各档齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算,并进行了受力分析、强度和刚度校核计算。本文将对变速器换档过程中的重要部件同步器以及操纵机构进行阐述,讲述同步器的类型、工作原理、选择方法及变速器壳体的设计。关键词:变速器;传动比;轴;齿轮;设计计算;校核ABSTRACTTransmission by transmission transmission mechanism and control mechanisms, its basic function is composed rotation, expand drive change transmission torque and speed range change, in order to adapt to the changes often, and make the engine driving conditions in favorable conditions work; In engine crankshaft direction invariable premise that car can drive backward; Use neutral interrupt power transfer to make the engine can start, idle, and facilitate the transmission shift or power output. The transmission of the structure of the power, request car fuel economy and shift reliability and manipulation of portability, transmission stability and efficiency to wait to have direct influence. Using the transmission oart type transmission with two prominent advantages: one is the direct transmission of high transmission efficiency, wear and noise also is the minimum; Second, in the gear center distance is smaller still can acquire larger gear transmission. This paper studies the design manual shift transmission oart in five, its main purpose is based on mechanical principle, mechanical design, good use AutoCAD and master knowledge, and using this automobile structure, automobile design, material mechanics, interchangeability measurements to discipline knowledge, all the parts of the transmission oart in design, and using AutoCAD software rendering drawings and parts graph, etc. First, this paper will outline the present situation and developing trend of the transmission. Secondly, it is elaborated, principle of work of different variable speed .Key words: Transmission; Ratio; Axis; Gear; Design calculation; Checking目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1汽车变速器选题目的及意义11.2汽车变速器研究现状和发展趋势11.3汽车变速器设计内容4第2章 变速器传动机构布置方案52.1变速器传动机构布置方案分析52.1.1两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析52.1.2变速器倒档布置方案62.1.3传动机构布置中齿轮的安排62.2变速器零、部件结构方案分析6 2.2.1变速器的齿轮形式6 2.2.2变速器自动脱档72.3本章小结8第3章 变速器主要参数的选择93.1变速器档位数和传动比93.1.1变速器档位数的确定93.1.2主减速比的确定93.1.3 变速器各档传动比的确定103.2变速器中心距的确定123.3变速器的外形尺寸133.4变速器的齿轮参数的确定13 3.4.1齿轮齿数13 3.4.2齿轮模数133.4.3齿形、压力角及螺旋角16 3.4.4齿宽173.4.5齿顶高系数183.4.6齿轮的修正183.5变速器各档齿轮齿数的分配19 3.5.1确定一档齿轮齿数203.5.2对中心距进行修正20 3.5.3确定常啮合齿轮齿轮副的齿数223.5.4确定其他各档的齿数243.5.5确定倒档齿轮齿数303.6变速器齿轮的设计及校核323.6.1 齿轮的坏损形式32 3.6.2轮齿的强度计算323.7计算各轴的转矩363.8各档齿轮的强度计算363.9计算各档齿轮的受力443.10变速器轴的设计及校核473.10.1轴的结构与分析473.10.2轴的尺寸483.11轴的强度计算483.11.1轴的刚度验算483.11.2轴的强度计算533.12轴承的选择及校核573.13本章小结58第4章 同步器和变速器操纵机构594.1惯性式同步器59 4.1.1锁销式同步器59 4.1.2锁环式同步器604.2变速器操纵机构的分类614.3锁止装置624.3.1互锁装置624.3.2自锁装置634.3.3倒档锁装置634.4变速器壳体644.5本章小结64结论65参考文献66致谢67附录68附录A 外文文献原文68附录B 外文文献中文翻译71V黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论1.1汽车变速器选题目的及意义变速器用来改变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、加速等各种行驶工况下,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。变速器设有空档,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。变速器设有空档,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1。汽车的使用条件颇为复杂,变化很大。如汽车的载货量、道路坡度、路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围,以及适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上,以高速行驶时,可挂入变速器的高速档;而在不平的路上或爬较大的坡道时,则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件,选择合适的变速器档位,不仅是汽车动力性的要求,而且也是汽车燃料经济性的要求。例如,汽车在同样的载货量、道路、车速等条件下行时,往往可挂入较高的变速器档位,也可挂入较低的档位工作。此时只是发动机的节气门开度和转速或大或小而已,可是发动机在不同的工况下,燃料的消耗量是不一样的。一般变速器具有四个或更多的档位,驾驶员可根据情况选择合适的档位,使发动机燃料消耗量减小。 变速器的档位数和传动比与发动机参数优化匹配,可以保证汽车具有良好的动力性与经济性。因此现代汽车变速器向着节能、环保、安全、舒适、高效、可靠方向不断提高,结构更加简单、紧凑,传动效率更高。变速器的结构型式选择、设计参数选取及设计计算对汽车的整车设计极其重要。1.2汽车变速器研究现状和发展趋势 现代汽车变速器的发展十分快,不断出现崭新的变速器装置。变速器技术的每次跨越都和相关学科的发展密切相关。计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为变速器的进一步发展提供了有力的保障。变速器的发展也给相关学科提出更高的理论要求,使人类的认识迈向新的、更高的境界。 汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化,机械式变速器不能满足人们的需要。从40年代初,美国成功研制出两档的液力-机械变速器以来,自动变速器技术得到了迅速发展。80年代,美国已将液力自动变速器作为轿车的标准装备。1983年时,美国通用汽车公司的自动变速器装车率已经达到了94%。近些年来,由于电子技术和电子计算机技术的发展,自动变速器技术已经达到了相当高的水平。自动变速器与机械式变速器相比,具有许多不可比拟的优势:提高发动机和传动系的使用寿命;提高汽车的通过性;具有良好的自适应性;操纵更加方便2。 机械式变速器(Manual Transmission)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,机械式变速器会在不久“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,机械式变速器不会过早的离开。首先,从商用车的特性上来说,机械式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,他们的最爱还是机械式变速器。从我国的具体情况来看,机械式变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史,资历较深的司机都是用机械式变速器的,他们对机械式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,尤其是喜欢超车时机械式变速器带来的那种快感,所以一些中高档的汽车(尤其是轿车)也不敢轻易放弃机械式变速器。另外,现在在我国的汽车驾驶学校中,教练车都是机械式变速器的,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,机械式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机械式变速器的车,它们的各款车型基本上都是5档机械式变速器。 早期的汽车传动系,从发动机到车轮之间的动力传动形式是很简单的。1892年法国制造出第一辆带有变速器的汽车。1921年英国人赫伯特福鲁特采用耐用的摩擦材料进一步完善了变速器的性能。现代汽车变速器是1894年由法国人路易斯雷纳本哈特和艾米尔拉瓦索尔推广使用的。目前为止,变速器经历了几个发展阶段,主要为:1手动变速器手动变速器主要采用齿轮传动的降速原理。变速器内有多组传动比不同的齿轮副,而汽车行驶时的换档工作,也就是通过操纵机构使变速器内的不同的齿轮副工作。手动变速器又称手动齿轮式变速器,含有可以在轴向滑动的齿轮,通过不同齿轮的啮合达到变速变矩的目的。手动变速器的换档操作可以完全遵从驾驶者的意志,且结构简单、故障率相对较低、价廉物美。2自动变速器自动变速器是根据车速和负荷(油门踏板的行程)来进行双参数控制,档位根据上面的两个参数来自动升降。自动变速器与手动变速器的共同点,就是二者都属于有级式变速器,只不过自动变速器可以根据车速的快慢来自动实现换档,可以消除手动变速器“顿挫”的换挡感觉。自动变速器是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵机构组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩的目的。3无级变速器 无级变速器又称为连续变速式无级变速器。这种变速器与一般齿轮式自动变速器的最大区别,是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动,而只用了两组带轮进行变速传动。无级变速器结构比传统变速器简单,体积更小,它既没有手动变速器的众多齿轮副,也没有自动变速器复杂的行星齿轮组,主要靠主动轮、从动轮和传动带来实现速比的无级变化。4无限变速式机械无级变速器(IVT)无限变速式机械无级变速器与其它自动变速器的差别之一是不使用变矩器。变矩器的作用是通过油液介质将发动机动力传递给变速器,它的传递效率通常只有80%。IVT由于不使用变矩器,与其它变矩器比较,IVT具有效率高、不易打滑、油耗低、不需要工艺复杂造价高昂的金属传送带、结构简单、成本低等一系列优点,加上传递扭矩大,长时间使用也不会过度发热,不但使用于轿车,也使用于越野车,是一种新型变速器。汽车变速器的发展可以清楚的知道,变速器作为汽车传动系统的重要组成部分,其技术的发展,是衡量汽车技术水平的一个重要依据。现代汽车变速器的发展趋势,是向着可调自动变速器或无级变速器的方向发展。自动变速器多档化虽能扩大自动变速的范围,但它并非安全迅速。理想的无级变速器是在整个传动范围内能连续的、无档比的切换变速比,是变速器始终按最佳换档规律自动变速。无级化是对自动变速器的理想追求。现代无级变速器传动效率提高,变速反应快、油耗低。随着电子技术的发展,变速器的自动控制进一步完善,在各种使用工况下能实现发动机与传动系的最佳匹配,控制更加精确、有效,性能价格比大大提高。无级变速器装有自动控制装置,行车中可以根据车速自动调整档位,无需人工操作,省去了换档及踩踏离合器踏板的操作。其不足之处在于价格昂贵、维修费用很高,而且使用起来比手动档车费油,尤其是低速行驶或堵车中走走停停时,更会增大油耗。当今世界各大汽车公司对无级变速器的研究都十分活跃。不久的将来,随着电子控制技术的进一步完善,电子控制式的无级变速器可望得到广泛的发展和应用。1.3汽车变速器设计内容 本次设计主要是依据参考参数,通过对变速器各部分参数的选择和计算,设计出一种基本符合要求的手动5档变速器。本设计主要完成下面一些主要工作:1参数计算。包括变速器传动比、中心距、齿轮参数、各档齿轮齿数的分配计算;2变速器齿轮设计计算。齿轮的强度计算及材料选择、齿轮强度计算及检验;3变速器轴设计计算。包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算;4变速器轴承的选择及校核;5同步器的设计选用;6变速器操纵机构的设计选用;7变速器箱体的结构设计。 第2章 变速器传动机构布置方案2.1变速器传动机构布置方案分析机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点,故在不同形式的汽车上得到广泛应用。通常,有级变速器具有三个、四个、五个前进档;重型载货汽车和重型越野车则采用多档变速器,其前进档位数多大616个甚至20个。变速器档位的增多可提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性和平均车速,从而可提高汽车的运输效率,降低运输成本。但档位数的增多也使变速器的尺寸及质量增大,结构复杂,制造成本提高,操纵也复杂。当采用手动的机械式操纵时,要实现迅速、无声换档,对于多于5个前进档得变速器来说是困难的。因此,直接操纵式变速器档位数上限为5档。多于5个前进档将使操纵机构复杂化,或者需加装具有独立操纵机构的副变速器,后者仅用于一定的行驶工况3。某些轿车和货车的变速器,采用仅在良好的路面和空载行驶时才使用的超速档。采用传动比小于1(约为0.70.8)的超速档,可充分地利用发动机功率,降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数,因而会减少发动机的磨损,降低燃料消耗。但与传动比为1的直接档比较,采用超速档会降低传动效率。有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关,包括齿轮副的数目、齿轮的转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。2.1.1两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析1. 两轴式变速器两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器相比,两轴式变速器因轴和轴承数少,所以结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点,此外,各中间档因只经一对齿轮传递动力,故传动效率高同时噪声低。因两轴式变速器不能设置直接档,所以在高档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,其一档速比不能设计的很大。对于前进档,两轴式变速器输入轴的传动方向与输出轴的传动方向相反。 2中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上,第一轴上的花键用来装设有离合器的从动盘上,而第二轴的末端经花键与万向节连接。变速器一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合,且第一、二轴同心。将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接档。此时,齿轮、轴承及中间轴均不承载,而第一、二轴也仅传递转矩。因此,直接档的传动效率高,磨损及噪声也最小,这是三轴变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此,在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比,这是三轴变速器的另一个优点。其缺点是:除直接档外其他各档的传动效率有所降低3。2.1.2变速器倒档布置方案变速器的一档或倒档因传动比大,工作时在齿轮上的作用力也增大,并导致变速器轴产生较大的挠度和转角,使工作齿轮啮合状态变坏,最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声增加。为此无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一档与倒档,都应该布置在靠轴的支承处,然后按照从低档到高档的顺序布置各档齿轮,这样既能使轴有足够大的刚性,又能保证容易装配3。倒档设计在变速器的左侧或右侧在机构上均能实现,不同之处是挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为了防止意外挂入倒档,一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力,用来提醒驾驶员注意。 2.1.3传动机构布置中齿轮的安排常用档位的轮齿因接触应力过高而易造成表面点蚀损坏。将高档布置在靠近轴的两端支承中部区域较为合理,在该区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小,齿轮可保持较好的啮合状态,以减少偏载并提高齿轮寿命3。2.2变速器零、部件结构方案分析2.2.1变速器的齿轮形式变速器齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮比较,斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、作时噪声低等优点;缺点是制造时工艺复杂,工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮,尽管这样会使常啮合齿轮数增加,并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒档。变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开,然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。齿轮尺寸小又与轴分开,其内径直径到齿根圆处的厚度(图2.1)影响齿轮强度。要求尺寸应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮装在轴上以后,保持足够大的稳定性,齿轮轮毂部分的宽度尺寸,在结构允许条件下应尽可能取大些,至少满足尺寸要求,为花键内径。图2.1 变速器齿轮尺寸控制图齿轮表面粗糙度数值降低,则噪声减少,齿面磨损速度减慢,提高了齿轮寿命。变速器齿轮齿面的表面粗糙度应在范围内选用。要求齿轮制造精度不低于7级1。2.2.2变速器自动脱档自动脱档是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因,都会导致自动脱档。为解决这个问题,除工艺上采取措施以外,目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种1:1将两接合齿的啮合位置错开,如图2.2a所示。这样在啮合时,使接合齿端部超过被接合齿的13。使用中两齿接触部分受到挤压同时磨损,并在接合齿端部形成凸肩,可用来阻止接合齿自动脱档。2将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄(切下0.30.6),这样,换档后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住,从而阻止自动脱档,如图2.2b所示。3将接合齿的工作面设计并加工成斜面,形成倒锥角(一般倾斜23),使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力,如图2.2c所示。这种方案比较有效,应用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状,也具有相同的阻止自动脱档的效果。 a) b) c)图2.2防止自动脱挡的机构措施2.3本章小结本章主要对变速器传动机构进行分析并选择变速器的布置方案、倒档的布置方案。对变速器零、部件的结构进行分析,对传动机构的齿轮进行布置,介绍了变速器的自动脱档,为下面的设计过程作铺垫。第3章 变速器主要参数的选择3.1变速器档位数和传动比3.1.1变速器档位数的确定对不同类型的汽车,其档位数也不尽相同。增加变速器的档数,能够改善汽车的动力性和燃油经济性以及平均车速。档数越多,变速器的结构越复杂,并且使轮廓尺寸和质量加大,同时操纵机构复杂,而且在使用时换档频率增高并增加了换档难度。近年来,为了降低油耗,变速器的档数有增加的趋势。目前,乘用车一般用45个档位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用5个档。商用车变速器采用45个档或多档。载质量3.510.0的货车多采用五档变速器,载质量在4.08.0的货车多采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上3。长安杰勋汽车的主要技术参数见表3.1。表3.1 长安杰勋汽车的主要技术参数发动机最大功率112车轮型号195/65 R15发动机最大转矩192最大功率时转速55006000r/min最大转矩时转速40004500r/min最高车速195km/h3.1.2主减速比的确定 (3.1) 式中:汽车行驶速度(); 发动机转速(); 车轮滚动半径(); 变速器传动比; 主减速器传动比。 (3.2) 式中:发动机最大扭矩(); 发动机最大功率(); 发动机最大功率转速(); 转矩适应系数=1.11.3 (3.3)式中:发动机最大扭矩转速已知:最高车速=;最高档为直接档,传动比=1;车轮滚动半径由所选用的轮胎规格=0.317(m);发动机最大扭矩转速=4000 ();发动机最大功率转速=5500 ();由公式(3.1)得到主减速器传动比:3.1.3 变速器各档传动比的确定在选择最低档传动比时,应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮和地面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等综合考虑来确定。汽车爬坡时车速不高,空气阻力可忽略,则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有: (3.4)一般货车的最大爬坡度约为30%,即=16.7,则由最大爬坡度要求的变速器1挡传动比为: (3.5)式中:汽车总质量,;重力加速度,;滚动阻力系数,;驱动车轮的滚动半径,m;发动机最大转矩,;主减速比,;汽车传动系的传动效率,。将各数据代入式(3.5)中得:根据驱动车轮与路面的附着条件:(3.6) 可求得变速器一档传动比为: (3.7) 式中:汽车满载静止与水平路面时驱动桥给地面的载荷,因为乘用车发动机前置前驱动的轴荷分配范围为47%60%,所以=14859.8 55=8004.15 道路的附着系数,计算时取通过以上计算可得到2.343.41,国产汽车中,轿车变速器传动比变化范围是34,中、轻型货车约为56,其他货车在7以上。所以,取。变速器各档传动比之间的关系基本是几何级数,故相邻档位传动比比值就是几何级数的公比;但是实际上与理论值略有出入,因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些,另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。此变速器的最高档为直接档,其传动比为1.0,一档传动比初选为3.4,中间各档的传动比按理论公式 (其中n为档位数)求得公比。因为,所以:3.2变速器中心距的确定对中间轴式变速器,是将中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距;对两轴式变速器,将变速器输入轴与输出轴线之间的距离称之为变速器中心距。它是一个基本参数,其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积和质量大小有影响,而且对轮齿的接触强度有影响。中心距越小,轮齿的接触应力越大,齿轮寿命越短。因此,最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上,从布置变速器的可能与方便和不因同一垂直面上的两轴承孔之间的距离过小而影响壳体的强度考虑,要求中心距取大些。此外,受一档小齿轮齿数不能过少的限制,要求中心距也要取大些。还有,变速器中心距取得过小,会使变速器长度增加,并因此使轴的刚度被削弱和使齿轮的啮合状态变坏3。中间轴式变速器的中心距()的确定初选中心距,可根据下述经验公式计算 (3.8)式中:中心距系数,乘用车: ,商用车: 发动机的最大转矩();变速器一挡传动比;变速器的传动效率,取96%;将各数代入式(3.8)中得 初选中心距=78。乘用车变速器的中心距在6080范围内变化,而商用车变速器的中心距在80170范围内变化。3.3变速器的外形尺寸变速器的横向外形尺寸,可根据齿轮直径以及倒档中间(过渡)齿轮和换档机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。乘用车四档变速器壳体的轴向尺寸为(3.03.4)。商用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列数据选用:四档 (2.22.7)五档 (2.73.0)六档 (3.23.5)此变速器为五档,故外形尺寸为(2.73.0)=210.6234。3.4变速器的齿轮参数的确定3.4.1齿轮齿数确定变速器齿轮齿数时,应考虑:1尽量符合动力性、经济性等对各档传动比的要求;2最少齿数不应产生根切。通常,变速器中间轴一档齿轮是齿数最少的齿轮,此齿轮不应产生根切,而且齿根圆直径应大于中间轴直径;3互相啮合的齿轮,齿数间不应有公因数,速度高的齿轮更应注意这点;4齿数多,可降低齿轮传动的躁声。3.4.2齿轮模数齿轮模数由轮齿的弯曲疲劳强度或最大载荷作用下的静强度所决定。选择模数时应考虑到当增大齿宽而减小模数时将降低变速器的噪声,而为了减小变速器的质量,则应增大模数并减小齿宽和中心距。降低噪声水平对轿车很重要,而对载货汽车则应重视减小质量。根据圆柱齿轮强度的简化计算方法,可列出齿轮模数与弯曲应力之间有如下关系:直齿轮模数 (3.9)式中:计算载荷,; 应力集中系数,直齿齿轮取1.65; 摩擦力影响系数,主动齿轮取1.1,被动齿轮取0.9; 齿轮齿数; 齿宽系数,直齿齿轮取4.47.0; 齿形系数; 轮齿弯曲应力,当时,直齿齿轮的许用应力MPa。斜齿轮法向模数 (3.10)式中:计算载荷,; 应力集中系数,斜齿齿轮取1.5; 斜齿螺旋角; 摩擦力影响系数,主动齿轮取1.1,被动齿轮取0.9; 齿轮齿数; 齿宽系数,斜齿齿轮取7.08.6; 齿形系数;轮齿弯曲应力,当时,对乘用车变速器斜齿齿轮的许用应力MPa,商用车变速器斜齿齿轮的许用应力MPa。从轮齿应力的合理性及强度考虑,每对齿轮应有各自的模数,但出于工艺考虑,模数应尽量统一,多采用折衷方案3。表3.2给出了汽车变速器齿轮模数范围。表3.2汽车变速器齿轮的法向模数()车型乘用车的发动机排量货车的最大总质量1.0V1.61.6V2.56.014.014.0模数2.252.752.753.003.504.504.506.00设计时所选模数应符合国标GB1357-78规定(表3.3)并满足强度要求。表3.3 汽车变速器常用齿轮模数()一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.75(3.25)3.50(3.75)4.505.50选取齿轮模数时一般要遵守的原则是:在变速器中心距相同的条件下,选取较小的模数,就可以增加齿轮的齿数,同时增加齿宽可使齿轮啮合的重合度增加,并减少齿轮噪声,所以为了减少噪声应合理减少模数,同时增加齿宽;为使质量小些,应增加模数,同时减小齿宽;从工艺方面考虑,各档齿轮应该选用一种模数,而从强度方面考虑,各档齿轮应有不同的模数;减少乘用车齿轮工作噪声有较为重要的意义,因此齿轮的模数应选得小些;变速器低档齿轮应选用大些的模数,其他档选用另一种模数。少数情况下,汽车变速器各档齿轮均选用相同的模数1。啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线。由于工艺上的原因,同一变速器中的接合齿模数相同。其取值范围是:乘用车和总质量在1.814.0的货车为2.03.5;总质量大于14.0的货车为3.55.0。选取较小的模数值可使齿数增多,有利于换档。由表3.1和表3.2并且参照同类车型选取模数3.4.3齿形、压力角及螺旋角压力角较小时,重合度大并降低了齿轮刚度,为此能减少进入啮合和退出啮合时的动载荷,使传动平稳,有利于降低噪声;压力角较大时,可提高齿轮的抗弯强度和表面接触强度。试验证明:对于直齿轮,压力角为28强度增加不多;对于斜齿轮,压力角为25时强度最高。因此,理论上对于乘用车,为加大重合度以降低噪声应选用14.5、15、16、16.5等于小些得压力角;对商用车,为提高齿轮承载能力应选用22.5或25等大些的压力角。斜齿轮在变速器中得到广泛的应用。选斜齿轮的螺旋角,要注意它对齿轮工作噪声齿轮的强度和轴向力的影响。在齿轮选用大些的螺旋角时,使齿轮的啮合的重合度增加,因而工作平稳、噪声降低。实验证明:随着螺旋角的增大,齿轮的强度也相应提高。从提高低档齿轮的抗弯强度出发,不希望用过大的螺旋角,以1525;而从提高高档齿轮的接触强度着眼,应选用较大螺旋角。斜齿轮传递转矩时,要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡,以减少轴承负荷,提高轴承寿命。因此,中间轴上的不同档位齿轮的螺旋角应该是不一样的。为使工艺简便,在中间轴轴向力不大时,可将螺旋角设计成一样的,或者仅取为两种螺旋角。中间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律取为右旋,则第一、第二轴上的斜齿轮应取为左旋。轴向力经轴承盖作用到壳体上。一档和倒档设计为直齿时,在这些档位上工作,中间轴上的轴向力不能抵消(但因为这些档位使用得少,所以也是允许的),而此时第二轴则没有轴向力作用。根据图3.1可知,欲使中间轴上两个斜齿轮的轴向力平衡,须满足下述条件 (3.11)由于T=,为使两轴向力平衡,必须满足 (3.12)式中:,为轴向力,为圆周力,为节圆半径,为中间轴传递的转矩。图3.1中间轴轴向力的平衡最后可用调整螺旋角的方法,使各对啮合齿轮因模数或齿数和不同等原因而造成的中心距不等现象得以消除1。斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围内选用: 乘用车变速器: 两轴式变速器为 :2025 中间轴式变速器为:2234货车变速器:1826汽车变速器的齿形、压力角及螺旋角按表3.4选取。表3.4 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角项目车型齿形压力角螺旋角轿车高齿并修形的齿形,一般货车GB1356-78规定的标准齿形重型车GB1356-78规定的标准齿形低档、倒档齿轮,小螺旋角3.4.4齿宽在选择齿宽时,应该注意齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减少质量,应该选用较小的齿宽。另一方面,齿宽减小使斜齿轮传动平稳的优点被削弱,此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方法给予补偿,但这时轴承承受的轴向力增大,使其寿命降低。齿宽窄又会使齿轮的工作应力增加。选用宽些的齿宽,工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜,使齿轮沿齿宽方向受力不均匀造成偏载,导致承载能力降低,并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽:直齿,为齿宽系数,取为4.58.0;斜齿,取为6.08.5。采用啮合套或同步器换档时,其接合齿的工作宽度初选时可取为24。第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些,使接触线长度增加,接触应力降低,以提高传动平稳性和齿轮寿命。对于模数相同的各档齿轮,档位低的齿轮的齿宽系数取的稍大。3.4.5齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。若齿顶高系数小,则齿轮重合度小,工作噪声大;但因轮齿受到的弯矩减小,轮齿的弯曲应力也减少。因此,从前因齿轮加工精度不高,并认为轮齿上受到的载荷集中齿顶上,所以曾采用过齿顶高系数为0.750.80的短齿制齿轮。在齿轮加工精度提高以后,短齿制齿轮不再被采用,包括我国在内,规定齿顶高系数取为1.00。3.4.6齿轮的修正为了改善齿轮传动的某些性能,常对齿轮进行修正。修正的方法有三种:加工时改变刀具与齿轮毛坯的相对位置,又称变位;改变刀具的原始齿廓参数;改变齿轮齿廓的局部渐开线,又称修形。齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节。采用变位齿轮,除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外,它还影响齿轮的强度,使用平稳性,耐磨性、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。变位齿轮主要有两类:高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数的和为零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度,使它达到和大齿轮强度想接近的程度。高度变位齿轮副的缺点是不能同时增加一对齿轮的强度,也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。角度变位既具有高度变位的优点,又避免了其缺点。有几对齿轮安装在中间轴和第二轴上组合并构成的变速器,会因保证各档传动比的需要,使各相互啮合齿轮副的齿数和不同。为保证各对齿轮有相同的中心距,此时应对齿轮进行变位。当齿数和多的齿轮副采用标准齿轮传动或高度变位时,则对齿数和少些的齿轮副应采用正角度变位。由于角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标,故采用的较多。对斜齿轮传动,还可通过选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要求。变速器齿轮是在承受循环负荷的条件下工作,有时还承受冲击负荷。对于高档齿轮,其主要损坏形势是齿面疲劳剥落,因此应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。为提高接触强度,应使总变位系数尽可能取大一些,这样两齿轮的齿轮渐开线离基圆较远,以增大齿廓曲率半径,减小接触应力。对于低档齿轮,由于小齿轮的齿根强度较低,加之传递载荷较大,小齿轮可能出现齿根弯曲断裂的现象。总变位系数越小,一对齿轮齿根总厚度越薄,齿根越弱,抗弯强度越低。但是由于轮齿的刚度较小,易于吸收冲击振动,故噪声要小些。根据上述理由,为降低噪声,对于变速器中除去一、二档和倒档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小的一些数值,以便获得低噪声传动1。3.5变速器各档齿轮齿数的分配图3.2变速器传动示意图在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后,可根据变速器的档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。3.5.1确定一档齿轮的齿数 一档齿轮选用斜齿圆柱齿轮,模数=2.75,初选螺旋角=30, 中间轴一档齿轮齿数可在15-17之间选取,货车可在12-17之间选用。取17,一档齿轮为斜齿轮。常啮合传动齿轮副的传动比为: (3.13) 为了求、的齿数,先求其齿数和 斜齿: (3.14)=49.127,取整为49即=49-17=323.5.2对中心距进行修正因为计算齿数和后,经过取整数使中心距有了变化,所以应根据取定的和齿轮变位系数重新计算中心距,再以修正后的中心距作为各档齿轮齿数分配的依据。=77.79,取整为=78。对一档齿轮进行变位:确定实际螺旋角:端面分度圆压力角: 端面啮合角:中心距变动系数n:变位系数之和:查变位系数线图得: 齿顶高变动系数n:计算一档齿轮9、10参数:分度圆直径:齿顶高:齿根高:齿全高:齿顶圆直径:齿根圆直径:基圆直径: 节圆直径: 当量齿数:3.5.3确定常啮合传动齿轮副的齿数常啮合齿轮选用斜齿圆柱齿轮,模数=2.75,初选螺旋角=28。由式(3.13)求出常啮合传动齿轮的传动比 (3.15)常啮合传动齿轮的中心距与一档齿轮的中心距相等,即 (3.16) 取整为=19,=31,则:对常啮合齿轮进行变位:确定实际螺旋角:理论中心距:端面分度圆压力角 : 端面啮合角 :中心距变动系数n:变位系数之和:查变位系数线图得: 齿顶高变动系数n:计算常啮合齿轮1、 2参数:分度圆直径: 齿顶高: 齿根高: 齿全高: 齿顶圆直径: 齿根圆直径: 基圆直径: 节圆直径: 当量齿数: 3.5.4确定其他各档的齿数1二档齿轮为斜齿轮,模数=2.75,初选=26 (3.17) (3.18) 取整为=31,=20对二档齿轮进行变位:确定实际螺旋角:理论中心距:端面分度圆压力角 : 端面啮合角 :中心距变动系数n:变位系数之和:查变位系数线图得: 齿顶高变动系数n:计算二档齿轮7、8参数:分度圆直径:齿顶高:齿根高:齿全高:齿顶圆直径:齿根圆直径:基圆直径: 节圆直径: 当量齿数:2三档齿轮为斜齿轮,模数=2.5,初选=25 (3.19) (3.20) 取整为=30,=27对三档齿轮进行变位:确定实际螺旋角:理论中心距:端面分度圆压力角: 端面啮合角:中心距变动系数n:变位系数之和:查变位系数线图得: 齿顶高变动系数n:计算三档齿轮5、6参数:分度圆直径: 齿顶高:齿根高:齿全高:齿顶圆直径:齿根圆直径:基圆直径: 节圆直径: 当量齿数: 3四档齿轮为斜齿轮,模数=2.5,初选=25 (3.21) (3.22) 取整为=26,=31对四档齿轮进行变位:确定实际螺旋角:理论中心距:端面分度圆压力角 : 端面啮合角 :中心距变动系数n:变位系数之和:查变位系数线图得: 齿顶降低系数n:计算四档齿轮3、4参数:分度圆直径:齿顶高:齿根高:齿全高:基圆直径: 齿顶圆直径:齿根圆直径: 节圆直径: 当量齿数:3.5.5确定倒档齿轮齿数倒档齿轮选用直尺圆柱齿轮,倒档齿轮选用的模数为3,倒档齿轮的齿数一般在2123之间,初选后,可计算出中间轴与倒档轴的中心距。初选=23,=16,则:=58.5为保证倒档齿轮的啮合和不产生运动干涉,齿轮12和11的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙,则齿轮11的齿顶圆直径应为=2783(16+2)1=101=31.66为了保证齿轮11和12的齿顶圆之间应保持有0.5以上的间隙,取=31计算倒档轴和第二轴的中心距:=81计算倒档传动比: =3.16分度圆直径:齿顶高:齿根高: 齿全高: 齿顶圆直径: 齿根圆直径: 3.6变速器齿轮的设计及校核3.6.1 齿轮的坏损形式变速器齿轮的损坏形式主要有三种:齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合。齿轮折断有两种情况,一种是齿轮受到足够大的突然载荷的冲击作用,导致齿轮断裂,这种破坏的断面为粗粒状。另一种是受到多次重复载荷的作用,齿根受拉面的最大应力区出现疲劳裂缝,裂缝逐渐扩展到一定深度后,齿轮突然折断。齿面点蚀是闭式齿轮传动经常出现的一种损坏形式。因闭式齿轮传动齿轮在润滑油中工作,齿面长期受到脉动的接触应力作用,会逐渐产生大量与齿面成尖角的小裂缝。面裂缝中充满了润滑油,啮合时,由于齿面互相挤压,裂缝中油压增高,使裂缝继续扩展,最后导致齿面表层一块块剥落,齿面出现大量扇形小麻点,这就是齿面点蚀现象。高速重载齿轮传动、轴线不平行的螺旋齿轮传动及双曲面齿轮传动,由于齿面相对滑动速度大,接触压力大,使齿面间滑动油模破坏,两齿面间金属材料直接接触,局部温度过高,互相熔焊粘联,齿面沿滑动方向形成撕伤痕迹,这种损坏形式叫胶合。在汽车变速器齿轮中,胶合损坏情况不多。3.6.2轮齿的强度计算汽车的变速器齿轮使用条件是相似的。此外,汽车变速器齿轮用的材料、热处理方法、加工方法、精度级别、支撑方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合金钢制造,采用剃齿或磨齿精加工,齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺,齿轮精度不低于7级。因此,比用于通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮,同样可以获得较为准确的结果。 1. 轮齿弯曲应力(1)直齿轮弯曲应力公式为: (3.23)式中:弯曲应力(MPa);圆周力(N),;计算载荷();节圆直径();应力集中系数,可近似取=1.65;摩擦力影响系数,主、从动齿轮在啮合点上的摩擦力方向对弯曲应力的影响也不同,主动齿轮=1.1,从动齿轮=0.9;齿宽();端面齿距(),;模数;齿形系数,如图3.3所示。因为齿轮节圆直径,式中为齿数,所以将上述有关参数代入式后得: (3.24)当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时,一、倒档直齿轮许用弯曲应力在400850MPa范围,货车可取下限,承受双向交变载荷作用的倒档齿轮的许用应力取下限。(2)斜齿弯曲应力公式为: (3.25)式中:圆周力(),;计算载荷();节圆直径(),法向模数(),齿数, 斜齿轮螺旋角();应力集中系数,;齿面宽();法向齿距(),;齿形系数,可按当量齿数在图3.3中查得;重合度影响系数,。将上述有关参数代入公式后,可得到斜齿轮的弯曲应力公式为: (3.26)当计算载荷取作用到变速器第一轴上的最大转矩时,对乘用车常啮合齿轮和高挡齿轮,许用应力在180350MPa范围,对货车为100250MPa范围。图3.3 齿形系数图2. 轮齿接触应力 (3.27)式中:轮齿的接触应力(MPa);齿面上的法向力(N),;端面内分度圆切向力,;计算载荷();节圆直径();节点处压力角();齿轮螺旋角();齿轮材料弹性模量(MPa),=2.110 ;齿轮接触实际宽度();,主动及被动齿轮节圆处齿廓曲率半径(),其中:斜齿轮,; 直齿轮,。、 主动及被动齿轮节圆半径()。其中:斜齿轮,直齿轮所以:斜齿轮,; 直齿轮,。 斜齿轮法向模数 直齿轮模数 斜齿轮当量齿数 直齿轮齿数将所有参数带入式(3.27)得:斜齿轮 (3.28)直齿轮 (3.29)将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷时,变速器齿轮的许用接触应力见表3.5。表3.5 变速器齿轮的许用接触应力齿轮/MPa渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一档和倒档190020009501000常啮合齿轮和高档130014006507003.7计算各轴的转矩发动机最大扭矩为192Nm,齿轮传动效率99%,离合器传动效率99%,轴承传动效率96%。轴: =19299%96%=182.48中间轴:=182.4896%99%31/19=282.96轴: 一档=282.960.960.9932/17=506.21 二档=282.960.960.9931/20=416.83 三档=282.960.960.9930/27=298.81 四档=282.960.960.9926/31=225.55 倒档 =470.64 倒档轴: =282.960.960.9923/16=386.583.8各档齿轮的强度计算1计算一档斜齿轮9,10的弯曲应力=32,=17,=0.137,=0.166,=506.20,=282.96,=30,=2.75,=8.0=287.11MPa180350MPa=249.33MPa180350MPa2计算二档斜齿轮7,8的弯曲应力=31,=20,=0.141,=0.158,=416.83,=282.96,=26,=2.75,=8.5=231.62MPa180350MPa=217.49MPa180350MPa3计算三档斜齿轮5,6的弯曲应力=30,=27,=0.131,=0.153,=298.81,=282.96,=25,=2.5,=8.0=263.35MPa180350MPa=237.24MPa180350MPa4计算四档斜齿轮3,4的弯曲应力=26,=31,=0.128,=0.152,=225.55,=282.96,=25,=2.5,=8.0=234.74MPa180350MPa=207.99MPa180350MPa5常啮合齿轮1,2的弯曲应力=19,=31,=0.163,=0.132,=192,=282.96,=30,=2.75,=8.0=154.16MPa180350MPa=171.95MPa180350MPa6计算倒档直齿轮11,12,13的弯曲应力 =31,=16,=23,=0.143,=0.126,=0.132,=3,=8.0,=470.64,=282.96,=386.58=464.91MPa400850MPa= 751.20MPa400850MPa=681.49MPa400850MPa7计算一档斜齿轮9,10的接触应力=32,=17,=506.20,=282.96,=30,=8.0,=2.75 =14.15=1508.25MPa19002000MPa=1547.08MPa19002000MPa8计算二档斜齿轮7,8的接触应力=31,=20,=416.83,=282.96,=26,=8.5,=2.75 =21.99=14.19mm=1361.73MPa13001400MPa=1396.86MPa13001400MPa9计算三档斜齿轮5,6的接触应力=30,=27,=298.81,=282.96,=25,=8.0,=2.5 =17.82mm =16.04mm =1357.99MPa13001400MPa=1393.00MPa13001400MPa10计算四档斜齿轮3,4的接触应力=26,=31,=225.55,=282.96,=25,=8.0,=2.5 =15.33 =18.27=1283.11MPa13
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