HGC1050轻型商用车变速器设计【中间轴式五挡手动五档变速器】[含高清CAD图纸和说明书]
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本科学生毕业设计HGC1050轻型商用车变速器设计系部名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程 B07-2班 学生姓名: 张露 指导教师: 苏清源 职 称: 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月SY-025-BY-2毕业设计(论文)任务书学生姓名张露系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 B07-2指导教师姓名苏清源职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称HGC1050轻型商用车变速器设计一、设计(论文)目的、意义随着汽车工业的迅猛发展,车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标,对轻型商用车而言,其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天,车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标,而变速器的设计如果不合理,将会使汽车的舒适性下降,使汽车的运行噪声增大。通过本题目的设计,学生可综合运用汽车构造、汽车理论、汽车设计、机械设计、液压传动等课程的知识,达到综合训练的效果。由于本题目模拟工程一线实际情况,学生通过毕业设计可与工程实践直接接触,从而可以提高学生解决实际问题的能力。二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)本次设计主要是通过查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料,结合所学专业知识进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计,计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算;同时对同步器、换挡操纵机构等结构件进行分析计算;另外,对现有传统变速器的结构进行改进、完善。然后利用计算机辅助绘图画出装配图和零件图,并辅之以说明书。三、设计(论文)完成后应提交的成果(一)计算说明部分 1、各档位传动比及计算依据; 2、输入轴、中间轴、输出轴强度校核;3、齿轮参数的计算选择; 4、设计计算说明书。(二)图纸部分1、整体装配图 A0 一张; 2、输入轴、输出轴、中间轴零件图 A1 三张; 3、其他重要零件图合计A0 一张 四、进度安排1、第1-2周 调研、开题报告2、第3周 各档位传动比计算及常啮齿轮齿数分配3、第4周 各档位齿轮设计计算及输入轴、输出轴的设计及校核4、第5-6周 变速器操纵机构及箱体设计5、第7周 装配图设计绘制6、第8周 中期检查6、第9第10周 完成装配图图7、第11-12周 完成零件图8、第12周 完成设计说明书9、第13周 设计审核、修改10、第14周 毕业设计(论文)修改 11、第15周 毕业设计(论文)评阅教师评阅或预审12、第16周 毕业设计(论文)修改。13、第17周 毕业设计答辩准备及答辩五、参考文献1 陈家瑞.汽车构造(上,下册) M.北京:人民交通出版社,19942 高维山.变速器M.北京:人民交通出版社,19903 刘海江,于信汇,沈斌.汽车齿轮M.上海:同济大学出版社,1997 4 孙恒,傅则绍.机械原理M.北京:高等教育出版社,19905 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,20006 蔡炳炎,徐勇,林宁.机械式汽车变速器的速比配置分析J.机械研究与应用 2005-047 王望予.汽车设计(第四版)M.北京:机械工业出版社,20048 刘惟信.汽车设计M.北京:清华人学出版社,20019 徐 灏.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1991 10相关汽车专业网站六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目: HGC1050轻型商用车变速器设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程B07-2班 学 生 姓 名: 张 露 导 师 姓 名: 苏清源 开 题 时 间: 2011-02-28 指导委员会审查意见: 签字: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告学生姓名张露系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-2班指导教师姓名苏清源职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称HGC1050轻型商用车变速器设计一、课题研究现状、选题目的和意义1.课题研究现状汽车变速器作为汽车传动系统中的主要变速机构,它的发展经历了100多年,随着汽车技术日新月异的发展,汽车变速器技术的发展也发生了很大的变化。它通过改变转速比,从而改变传动扭矩比,与发动机配合工作。鉴于变速器重要的变速功能,其结构对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接的影响,所以它也是影响整车性能的重要因素之一,因此变速器的质量一直也是汽车行业竞争的焦点,对变速器的研究开发也越来越显得举足轻重。中国要成为汽车强国,首先要克服自主技术这块短板。而汽车的核心部分动力总成,仍是国内一直没有完全掌握的关键汽车零部件技术之一。在发动机发展了数十年之后,变速器,尤其是自动变速器成为了制约国内动力总成技术发展的重要因素。几乎所有的自主整车企业都在对自动变速器进行研发,也有企业推出了产品,但结构都比较简单,技术很落后,换档平顺性和经济性都让人难以满意。以AT(液力自动变速器)为例,国内汽车企业研究时间较长的是4挡AT,因为布置方案等技术困难,以及AT对生产设备和工艺控制的要求也是难以具备的,至今尚做不出成熟产品。这些因素同样体现在构造特殊的CVT(机械无级自动变速器)上面。而对于AMT(电控机械自动变速器)、DCT(双离合变速器),最大的技术难点是在于软体发展和控制。在制造方面,部分可以延续手动变速器的齿轴生产设备,但加工精度仍需要大幅提高。目前国内,自动变速箱基本依靠国际厂商提供产品或者技术,市场竞争还处在手动变速器和自动变速器之间,中国的变速箱发展同国际水平差距很大,尚处在初级阶段。国内手动变速器的技术在国际上也较为落后,虽然目前大部分厂商都拥有生产手动变速器的设备和能力,但普遍以5档手动变速箱为主,对于5 档以上的产品,还得借助一些国外技术进行研究,并且生产出来的产品或多或少还存在齿轮敲击啸叫噪音、换档性能低下等问题。可以说,目前国内的手动变速器在制造或研发方面处于尚未成熟的阶段。从国际变速器市场看,不同区域的变速器装配情况也不一样。几年前出现的双离合变速器(DCT),结合了手动变速器的燃油经济性、运动性和自动变速器的方便舒适性。世界范围内在对其进行大规模研究和制造,北美已经开始在注重舒适性的同时,寻求可以降低油耗的方案,DCT便是很好解决方案之一,而且4挡AT已经成为落后技术,其将被6挡AT或者是更多档位的AT或者是DCT代替;而在欧洲市场,DCT显示出了更为流行和普遍的趋势,依靠现成的手动变速器生产设施和条件,DCT在欧洲已经被大量生产。由于DCT比AT节约大约10%油耗,今后其会逐渐占据一部分原有的手动变速器和AT的市场。可见DCT的出现在一定程度上改变了目前的市场格局。未来短期,全球的变速箱市场竞争主要会在各种自动变速器(AT、CVT、和DCT)间展开。目前全球汽车产量平均以每年3.5的速度递增,预计至2015 年全球轻型汽车产量将至少达到8900万辆。随着轻型汽车的产量增加,手动变速器和行星齿轮自动变速器的产量预计也将随之增加,但都将会被AMT(自动变速器) 和CVT(无极变速器) 侵占一部分市场份额。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。其载货量大,需要大功率的发动机和大转矩变速器,采用一档或二档起步,在起步时才会有足够的牵引力量将车带动。特别是在满载爬坡时,机械式变速器的特点就非常明显。相对其他新型变速器而言,操作简便的优点使用时仍然无法和动力性好这些特点相媲美。随着生活水平的提高,现在很多农户和小企业会根据自身需要和经济状况选择购买一辆经济适用的轻型货车作为运输车,机械式变速器以其自身的性价比配套于经济性货车厂家,而且经济实用型轻型货车的销量在货车市场一直都不错,轻型货车基本上都是5档机械式变速器。由此可见对轻型货车的变速器的研究还是很有必要的。众所周知,传统机械式变速器有很多缺点,比如换挡冲击大,体积大,振动噪声大和操纵复杂沉重等。但是它也有很多优点,例如传动效率高,工作可靠,使用寿命长,制造工艺成熟和成本低廉等。就目前市场希求和适用角度来看,作为在中国适用性最为广泛的汽车变速器,依然会较长一段时间内发挥其不可替代的作用,因此有必要对其作进一步的研究。2.选题的目的和意义汽车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,同时是发动机在最有利的工况范围内工作。手动变速器在我国应用十分广泛,通过对手动变速器的设计,让我充分了解变速器的构造和设计过程,锻炼本人的动手能力、独立思考能力和绘图能力,使其变速器的学习具有一定的实际意义。在汽车开发过程中变速器参数的选择十分重要,因为它们关系到车辆的动力性和燃油经济性。如不同车速时驱动力和行驶阻力之间的关系,当车速低于最高车速时,驱动力大于行驶阻力,这样汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡,这些都与变速器的参数有关。通过对手动变速器的设计让我更加的了解变速器参数的选择过程和优化过程。汽车变速器的设计是一个复杂的系统工程。其设计的关键是综合考虑车辆的平顺性、动力性和燃油经济性等多方面的设计要求,这就对变速器设计人员提出较高的要求。采用AutoCAD 绘制二维平面图,对变速器参数进行优化设计,能够大大提高设计的效率和质量。为了满足往复活塞式发动机的工作特性,满足消费者对汽车高性能、安全、可靠、舒适性的需求,所以对变速器的性能要求也更高。手动变速器有成本低、可靠性高、维护简便的特点。随着人们汽车对安全、节能、环保的不断重视,汽车变速器作为整车的一个关键部件,其产品的质量对整车的安全及整车性能的影响越来越大,因而对汽车变速器进行有效的优化设计是非常必要的。现代汽车上广泛采用的往复活塞式内燃机具有体积小、质量轻、工作可靠和使用方便等优点,但其转矩和转速变化范围较小,而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化,因此,在汽车传动系中设置了变速器和主减速器,以达到减速增矩的目的,所以设计出合理的变速器对于汽车整体性能的提高具有实际的意义。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题1. 研究的基本内容(1)研究的目的意义、技术现状、存在的问题及发展趋势;(2)变速器传动机构方案的选择;(3)变速器参数的确定;(4)变速器轴和齿轮的校核; (5)变速器操纵机构的设计;(6)变速器箱体的设计。 2. 拟解决的主要问题(1)确定各档传动比;(2)齿轮参数的计算校核;(3)同步器的设计计算;(5)操纵机构的设计计算;(6)轴承的计算校核;(7)变速器箱体的设计计算。三、技术路线(研究方法) 中间轴式五档变速器简图变速器传动机构方案的选择档数和传动比的分析计算变速器参数的确定轴承的计算校核计算是否满足要求同步器形式的选择箱体的设计撰写说明书绘装配图和零件图齿轮齿数及齿轮参数的计算是否分析任务书、查阅资料倒档机构的计算操纵机构的设计计算中心距四、进度安排1、调研、开题报告 第1-2周(02.2803.13) 2、各档位传动比计算及常啮齿轮齿数分配 第3周 (03.1403.20) 3、各档位齿轮设计计算及输入轴、输出轴的设计及校核 第4周 (03.2103.27) 4、变速器操纵机构及箱体设计 第5-6周 (03.2804.10) 5、装配图设计绘制 第7周 (04.1104.17) 6、中期检查第8周 (04.1804.24) 7、完成装配图图 第9第10周 (04.2505.08) 8、完成零件图 第11周 (05.0905.15) 9、完成设计说明书 第12周 (05.1605.22) 10、设计审核、修改 第13周 (05.2305.29) 11、毕业设计(论文)修改 第14周 (05.3006.05) 12、毕业设计(论文)评阅教师评阅或预审 第15周 (06.0606.12) 13、毕业设计(论文)修改 第16周 (06.1306.19) 14、毕业设计答辩准备及答辩 第17周 (06.2006.26) 五、参考文献1 陈家瑞.汽车构造(上,下册)M.机械工业出版社,2005.2 胡朝峰,过学迅,汪斌.汽车变速器技术的发展与展望J.汽车研究与开发,2005,(07).3 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,2000.4 陈文才.汽车变速器可靠性设计研究J.煤炭技术, 2010, (09) . 5 刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社,2001.6 彭国民,康黎云, 任海军.变速器齿轮传递误差分析与优化J.汽车技术,2009,(02)7 刘惟信.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1991.8 郝石磊.新型CVT无级变速器动力传递机构的设计,湖北汽车工业学院学报J.2007,(04) .9 范钦珊.材料力学M.北京:侵华大学出版社,2004. 11 刘混举.机械可靠性设计M.北京:国防工业出版社,2009.12 张义民.汽车零部件可靠性设计M.北京:北京理工大学出版社,2000.13 孙靖民.机械优化设计M.北京:机械工业出版社,2003.14 雷兴善. 双离合器变速器DSG结构特点与工作原理J. 大科技科技天地,2010,(11).15 干茂华, 王忠利.浅议我国工程机械定轴式变速器的应用与发展J.工程机械,2008,(09) .16李杰,张磊,赵旗.中轻型货车变速器齿轮的接触应力分析J .汽车工程学会,2008,(11).17周飞.基于人际工程轿车变速器操纵机构的设计D.上海交通大学,2008.18蒋春明.汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计D.南京航空航天大学,2007.10高敬.汽车变速器变速传动机构可靠性分析A.工程技术,2009.19孙卫静.轻型货车变速器设计平台研发D.武汉理工大学,2010.20肖永清,杨忠敏.汽车的发展与未来J.汽车工程学会,2004,(13).21高敬.汽车变速器变速传动机构可靠性分析J.科技创新导报,2009,(16) .22施全, 龙月泉, 石晓辉.郭栋.变速器齿轮参数优化与啸叫声控制的研究J. 噪声与振动控制,2010,(03).24 成大先.机械设计手册第三卷第14 篇(第四版)M.北京:化学工业出版社,2002.25王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社,2006.26黄鹏.变速器齿轮参数的选择J.上海股份汽车齿轮总厂产品工程部,2006,(04).27向立明,汽车变速器的发展历史及未来趋势J.公路与汽运,2005,(08).28 Lazaropoulos, Athanasios. Broadband Transmission via Underground Medium-Voltage Power Lines Part I: Transmission CharacteristicsJ. Transactions on Power Delivery, 2010 (4) .29 Masahiko Nishijima, Kenji Hiraga, Michiaki Yamasaki .Characterization of Precipitates in Mg-Sm Alloy Aged at 200 deg C, Studied by High-Resolution Transmission Electron Microscopy and High-Angle Annular Detector Dark-Field Scanning Transmission Electron MicroscopyJ.Materials transactions, 2009 (7) .六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日毕业设计(论文)指导记录日期2011.02.28地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)布置设计内容,指导设计思路; 调研、资料收集整理、完成开题报告。初步制定设计思路学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.03.02地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)资料补充及分析处理;分析设计中存在的问题;整理开题报告。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.03.09地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)认真阅读刘维信汽车设计变速器部分;构思主要计算的内容。学生(记录人)签名: 指导教师签名:毕业设计(论文)指导记录日期2011.03.16地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)完成开题答辩,并对答辩过程中老师提出的问题进行改正;掌握变速器结构特点、工作原理;确定本周设计计算的主要内容。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.03.23地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)设计并画出中间轴式五档变速器的结构简图;计算各档传动比、确定中心距;对齿轮进行角变位、计算齿轮参数;在对倒挡齿轮进行变位的时候遇到难题,在老师耐心指导下完成计算。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.03.30地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)计算各档齿轮的接触应力和弯曲应力;计算各档齿轮的受力;利用CAD画出中心距和齿轮。学生(记录人)签名: 指导教师签名:毕业设计(论文)指导记录日期2011.04.06地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)对各档滚针轴承进行计算、选择及寿命验算;对轴两端的圆锥滚子轴承进行计算、选择及寿命验算;利用CAD画出滚针轴承和圆锥滚子轴承。在选择计算滚针轴承的时候不知道怎么计算,在老师的帮助下找到了正确的计算方法。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.0413地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)初选轴径;校核轴的强度和刚度;与老师讨论阶梯轴的设计;利用CAD画出各轴。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.04.20地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)选择同步器花键毂的花键尺寸;与老师讨论定位问题并选择轴向和周向固定零件;利用CAD画出所选择的标准件。学生(记录人)签名: 指导教师签名:毕业设计(论文)指导记录日期2011.04.27地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)与老师讨论变速器操纵机构设计与选择;利用CAD画出操纵机构。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.05.04地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)选择倒档轴的支承方案;旋转剖出倒档轴。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.05.11地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)在老师的指导下修改倒挡轴的支撑方案;与老师讨论变速器箱体的结构型式;初步设计出变速器的箱体。学生(记录人)签名: 指导教师签名:毕业设计(论文)指导记录日期2011.0518地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)变速器箱体设计;利用CAD画出变速器箱体;完成变速器装配图的主视图。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.05.25地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)完成变速器装配图的右视图;标注装配图尺寸及配合;完成装配图的明细栏及技术要求。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.06.01地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)绘制第一轴、第二轴中间轴的零件图;绘制倒档齿轮、第二轴三档齿轮、中间轴常啮合齿轮的零件图。学生(记录人)签名: 指导教师签名:毕业设计(论文)指导记录日期2011.06.08地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)修改图纸;在老师的指导下确定说明书的章节了解规范后撰写了说明书正文并进行说明书的排版。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期2011.06.15地点E209指导方式面授指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)老师指出说明书正文的错误并进行改正;完成说明书目录;完成说明书的撰写;将所有设计内容整理后上交等待答辩。学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期地点指导方式指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)学生(记录人)签名: 指导教师签名:毕业设计(论文)指导记录题 目HGC1050轻型商用车变速器设计学生姓名张露院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程B07-2班指导教师苏清源职 称副教授教 务 处 制黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要变速器是汽车传动系统的重要组成部分,它的性能直接影响到汽车的动力性和燃油经济性,因此变速器的设计是关系到汽车整体使用性能的重要总成设计。本次设计主要研究了中间轴式五挡手动变速器,主要设计内容包括变速器传动机构方案的选择分析;变速器主要参数的计算;变速器操纵机构的设计;变速器传动机构的计算及其校核;变速器轴承的选择计算及校核;同步器的设计计算及选用;变速器箱体的结构设计。最后,经过整体的计算、分析与校核,设计出结构性能合理、符合技术要求的变速器。 关键词:变速器;传动比;参数;设计计算;校核ABSTRACTTransmission is an important part of automobile transmission, which directly affects the performance of vehicle dynamics and fuel economy, so the design of transmission is related to the overall performance of major vehicle assembly design. The design of the main shaft of the middle five-speed manual transmission, the main design elements include the choice of transmission of transmission programs; transmission main parameters of the calculation; transmission control mechanism design; transmission, calculation and check of drive mechanism; transmission bearing The choice of calculation and checking; synchronizer design calculation and selection; transmission box structure design. Finally, after the whole calculation, analysis and verification, the performance and structure of the transmission is reasonable, meeting the technical requirements of transmission.Keyword: Transmission; Transmission Ratio; Parameters; Design and Calculation; CheckingII黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要Abstract 第1章 绪论1 1.1汽车变速器概述11.2课题研究现状、设计的目的和意义1 1.2.1研究现状.1 1.2.2设计目的意义.2 1.3汽车变速器现状和发展趋势2 1.4变速器的特点和设计要求及内容.4第2章 变速器的结构分析与型式选择52.1变速器传动机构的结构分析与型式选择5 2.1.1有级与无级变速器.5 2.1.2两轴式与三轴式变速器.5 2.1.3支承方案分析62.2变速器零、部件的结构分析与型式选择.7 2.2.1齿轮型式.7 2.2.2轴的结构与分析.7 2.2.3轴承型式.8 2.2.4换挡机构的结构型式与分析有级与无级变速器9 2.2.5变速器的操纵机构.9 2.3变速器倒档布置方案的选择与分析.11 2.4本章小结.12第3章变速器主要参数的计算与校核133.1设计的初始数据.133.2变速器传动比的确定.133.3中心距.153.3.1初选中心距.153.3.2变速器的轴向尺寸.153.4齿轮参数及齿轮材料的选择.153.4.1齿轮模数.153.4.2齿形、压力角及螺旋角.163.4.3齿宽.163.4.4齿顶高系数.163.4.5齿轮材料的选择原则.163.5一档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算17 3.5.1一档齿轮参数的计算.18 3.5.2一档齿轮强度的计算.203.5.3一档齿轮受力计算.223.6常啮合档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算23 3.6.1常啮合档齿轮参数的计算.23 3.6.2常啮合档齿轮强度的计算.243.6.3常啮合档齿轮受力计算.243.7二档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算24 3.7.1二档齿轮参数的计算.24 3.7.2二档齿轮强度的计算.253.7.3二档齿轮受力计算.263.8三档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算26 3.8.1三档齿轮参数的计算.26 3.8.2三档齿轮强度的计算.273.8.3三档齿轮受力计算.273.9四档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算27 3.9.1四档齿轮参数的计算.27 3.9.2四档齿轮强度的计算.293.9.3四档齿轮受力计算.293.10倒档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算29 3.10.1倒档齿轮参数的计算.29 3.10.2倒档齿轮强度的计算.313.10.3倒档齿轮受力计算.323.11本章小结32第4章轴及轴上支承的计算及其校核344.1轴承的选择及寿命验算.344.1.1滚针轴承的选择及寿命验算.34 4.1.2圆锥滚子轴承的选择及寿命验算.404.2轴的工艺要求.444.3轴的校核计算.44 4.3.1初选轴的直径.44 4.3.2轴的刚度校核.45 4.3.2轴的强度校核.514.4本章小结.54第 5章同步器和操纵机构的设计及选用555.1同步器的设计555.1.1锁销式同步器.55 5.1.2锁环式同步器.56 5.1.3同步器主要尺寸的确定.57 5.1.4同步器主要参数的确定.605.2变速器操纵机构的设计.62 5.2.1变速器操纵机构的要求及分类.62 5.2.2变速器操纵机构分析.635.3变速器箱体的设计.645.4本章小结.65结论66参考文献 67致谢69The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of HGC1050 Auto Transmission Candidate:Zhang LuSpecialty: Vehicle EngineeringClass: B07-1Supervisor: Associate Prof. Su QingyuanHeilongjiang Institute of Technology20011-07Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论1.1汽车变速器概述变速器用于改变发动机曲轴的转矩和转速,以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下,满足驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。随着汽车工业的不断发展,今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一,它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶,而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定车速是难以达到的。变速器的倒挡使汽车能倒退行驶;其空挡使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离。变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数做优化匹配,可得到良好的动力性与经济性;采用自锁及互锁装置,倒挡安全装置,其他结构措施,可使操纵可靠,不产生跳挡、乱挡、自动脱挡和误挂倒挡;采用同步器可使换挡轻便,无冲击及噪声;采用斜齿轮、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低,不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性,使汽车和发动机有良好的匹配性。1.2 课题研究现状、设计的目的和意义1.2.1 研究现状汽车变速器作为汽车传动系统中的主要变速机构,它的发展经历了100多年,随着汽车技术日新月异的发展,汽车变速器技术的发展也发生了很大的变化。它通过改变转速比,从而改变传动扭矩比,与发动机配合工作。鉴于变速器重要的变速功能,其结构对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接的影响,所以它也是影响整车性能的重要因素之一,因此变速器的质量一直也是汽车行业竞争的焦点,对变速器的研究开发也越来越显得举足轻重。随着生活水平的提高,现在很多农户和小企业会根据自身需要和经济状况选择购买一辆经济适用的轻型货车作为运输车,机械式变速器以其自身的性价比配套于经济性货车厂家,而且经济实用型轻型货车的销量在货车市场一直都不错,轻型货车基本上都是5档机械式变速器。由此可见对轻型货车的变速器的研究还是很有必要的。众所周知,传统机械式变速器有很多缺点,比如换挡冲击大,体积大,振动噪声大和操纵复杂沉重等。但是它也有很多优点,例如传动效率高,工作可靠,使用寿命长,制造工艺成熟和成本低廉等。就目前市场希求和适用角度来看,作为在中国适用性最为广泛的汽车变速器,依然会较长一段时间内发挥其不可替代的作用,因此有必要对其作进一步的研究。1.2.2 设计目的意义 汽车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,同时是发动机在最有利的工况范围内工作。手动变速器在我国应用十分广泛,通过对手动变速器的设计,让我充分了解变速器的构造和设计过程,锻炼本人的动手能力、独立思考能力和绘图能力,使其变速器的学习具有一定的实际意义。在汽车开发过程中变速器参数的选择十分重要,因为它们关系到车辆的动力性和燃油经济性。如不同车速时驱动力和行驶阻力之间的关系,当车速低于最高车速时,驱动力大于行驶阻力,这样汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡,这些都与变速器的参数有关。通过对手动变速器的设计让我更加的了解变速器参数的选择过程和优化过程。汽车变速器的设计是一个复杂的系统工程。其设计的关键是综合考虑车辆的平顺性、动力性和燃油经济性等多方面的设计要求,这就对变速器设计人员提出较高的要求。采用AutoCAD 绘制二维平面图,对变速器参数进行优化设计,能够大大提高设计的效率和质量。1.3 汽车变速器现状和发展趋势现代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。而自动变速器技术得到了迅速发展。目前,国内变速器厂商都向着无级变速器和自动变速器方向发展,国内现已有好几款轿车已经应用上无级变速器,而轻型多挡位汽车则采用多中间轴的形式,将低速档和高速档区分开。无级变速器又称为连续变速式无级变速器(Continuously Variable Transmission简称CVT) 。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。几乎所有的自主整车企业都在对自动变速器进行研发,也有企业推出了产品,但结构都比较简单,技术很落后,换档平顺性和经济性都让人难以满意。以AT(液力自动变速器)为例,国内汽车企业研究时间较长的是4挡AT,因为布置方案等技术困难,以及AT对生产设备和工艺控制的要求也是难以具备的,至今尚做不出成熟产品。这些因素同样体现在构造特殊的CVT(机械无级自动变速器)上面。而对于AMT(电控机械自动变速器)、DCT(双离合变速器),最大的技术难点是在于软体发展和控制。在制造方面,部分可以延续手动变速器的齿轴生产设备,但加工精度仍需要大幅提高。目前国内,自动变速箱基本依靠国际厂商提供产品或者技术,市场竞争还处在手动变速器和自动变速器之间,中国的变速箱发展同国际水平差距很大,尚处在初级阶段。国内手动变速器的技术在国际上也较为落后,虽然目前大部分厂商都拥有生产手动变速器的设备和能力,但普遍以5档手动变速箱为主,对于5 档以上的产品,还得借助一些国外技术进行研究,并且生产出来的产品或多或少还存在齿轮敲击啸叫噪音、换档性能低下等问题。从国际变速器市场看,不同区域的变速器装配情况也不一样。几年前出现的双离合变速器(DCT),结合了手动变速器的燃油经济性、运动性和自动变速器的方便舒适性。世界范围内在对其进行大规模研究和制造,北美已经开始在注重舒适性的同时,寻求可以降低油耗的方案,DCT便是很好解决方案之一,而且4挡AT已经成为落后技术,其将被6挡AT或者是更多档位的AT或者是DCT代替。由于DCT比AT节约大约10%油耗,今后其会逐渐占据一部分原有的手动变速器和AT的市场。可见DCT的出现在一定程度上改变了目前的市场格局。未来短期,全球的变速箱市场竞争主要会在各种自动变速器(AT、CVT、和DCT)间展开。目前全球汽车产量平均以每年3.5的速度递增,预计至2015 年全球轻型汽车产量将至少达到8900万辆。随着轻型汽车的产量增加,手动变速器和行星齿轮自动变速器的产量预计也将随之增加,但都将会被AMT(自动变速器) 和CVT(无极变速器) 侵占一部分市场份额。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。其载货量大,需要大功率的发动机和大转矩变速器,采用一档或二档起步,在起步时才会有足够的牵引力量将车带动。特别是在满载爬坡时,机械式变速器的特点就非常明显。1.4 变速器的特点和设计要求及内容在本次设计中,由于是对传统的变速器进行改进性设计,在给定的发动机最大转矩、转速及最高车速、发动机标定功率等条件下,主要完成变速器机构的设计,并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。对于变速器的要求: (1)保证汽车有必要的动力性和经济性;(2)设置空挡,用来切断发动机动力向驱动轮的传输;(3)设置倒档,使汽车能到推行驶;(4)设置动力输出装置,需要时能进行功率输出;(5)换挡迅速、省力、方便、工作可靠;(6)汽车行驶过程中,变速器不得有跳档、乱档以及换挡冲击等现象发生;(7)变速器应当有高的工作效率;(8)变速器的工作噪声要低。除此以外,变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小,制造成本低,维修方便等要求,满足汽车有必要的动力性和经济性指标。变速器设计的主要内容:1、变速器传动机构方案的选择;2、变速器操纵机构的设计;3、各档齿轮参数计算及其强度校核。参数计算包括变速器传动比计算、中心距计算、各档齿轮齿数的分配、齿轮参数等,强度校核包括齿轮的弯曲应力的校核、接触应力的校核以及计算齿轮所受的圆周力、径向力、轴向力;4、变速器轴及轴上支撑的计算及其校核。包括格挡齿轮滚针轴承的选择及其寿命验算、第二轴和中间轴上圆锥滚子的选择及其寿命验算、轴的加工工艺分析、轴的结构设计、各轴直径及长度计算、轴的强度和刚度计算;5、同步器的设计选用和参数选择;6、变速器箱体的结构设计设计。第2章 变速器的结构分析与型式选择2.1变速器传动机构的结构分析与型式选择2.1.1有级与无级变速器有级变速器与无级的相比,其结构简单、造价低廉,具有高的传动效率,因此在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。通常,有级变速器具有3个、4个、5个前进挡;重型载货汽车和重型越野车则采用多党变速器,其前进档位数多达6-16个甚至20个。有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关,包括传递动力的齿轮副数目、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。2.1.2两轴式与三轴式变速器三轴式变速器如图2.1所示。1-中间轴;2-第一轴;3-第二轴;4-换挡拨叉;5-定位钢球图2.1 载货汽车的三轴式五档变速器 其第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,这是三轴式变速器的主要优点。其他前进挡需依次经过两对齿轮传递转矩。因此,在齿轮中心距(影响变速器尺寸的重要参数)较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比,这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是:除直接档外其他各档的传动效率有所降低。两轴式变速器如图2.2所示。1-第一轴;2-第二轴;3,4-同步器图2.2 轿车具有纵置发动机时的两轴式变速器 与三轴式变速器相比,其结构简单、紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高、噪声低。两轴式变速器的第二轴(即输出轴)与主减速器主动齿轮做成一体,当发动机纵置时,主减速器可用螺旋锥齿轮(见图2.2)或双曲面齿轮;当发动机横置时则可用圆柱齿轮,从而简化了制造工艺,降低了成本。两轴式变速器没有直接档,因此在高档工作时,齿轮和轴承均承载,因而噪声较大,也增加了磨损,这是它的缺点。另外,低档传动比取值的上限()也受到较大限制,但这这一缺点可通过减小各高档传动比同时增大主减速比来消除。2.1.3支承方案分析 有些货车变速器采用多支承方案(见图2.3(a)以提高第二轴与中间轴的刚度,这时可采用以该两轴所决定的平面作为壳体的分界面,以解决轴和齿轮等零部件的拆装问题。传统的三轴式变速器的第二轴长且支承刚度差,而各换挡部件多装在第二轴上,低档同步条件较差,近年来有些货车变速器采用短的第二轴方案。如图2.3(b)所示,其常啮合传动齿轮加大,故除了后置啮合传动齿轮较大外,各档齿轮均可设计得紧凑轻巧;另外,低档同步器安装在中间轴上,同步惯量减小,这样既可缩短同步时间又可减轻换挡力;中间轴的支承刚度较大,低档同步器装于其上既可减少换挡零部件的磨损,又可减少自动脱档的可能性。(a)变速器的多支承方案;(b)变速器的短第二轴方案图2.3 变速器的多支承方案与短第二轴方案2.2变速器零、部件的结构分析与型式选择2.2.1齿轮型式斜齿圆柱齿轮虽然工作时有轴向力且加工稍复杂些,但仍以其运动平衡、噪声低、寿命长的突出优点而受到变速器的普遍采用。直齿圆柱齿轮仅用于一些变速器的一档和倒档。2.2.2轴的结构与分析 变速器轴在工作时承受转矩及弯矩,轴的明显变形将影响齿轮正常啮合,产生较大的噪声,降低使用寿命。轴的结构形状除应保证其强度与刚度外,还应考虑齿轮、同步器及轴承等的安装、固定,它与加工工艺也有密切关系。第一轴通常与齿轮做成一体,其长度决定于离合器总成的轴向尺寸。第一轴的花键尺寸与离合器从动盘毂的内花键统一考虑,目前一般都采用齿侧定心的矩形花键,键齿之间为动配合。第二轴制成阶梯式的以便于安装,从受力及合理利用材料来看,也是需要的。各截面尺寸不应相差悬殊,轴上供磨削用的砂轮越程槽处得应力集中会引起轴断裂。用弹性挡圈定位各档齿轮虽简单,但拆装不方便,且与旋转件端面有滑摩,同时弹性挡圈也不能承受大的轴向力,故这种结构仅用于轻型及以下的汽车变速器上。第二轴安装同步器齿座的花键采用渐开线花键且以大径定心更宜。渐开线花键固定连接的精度要求比矩形花键低,但定位性能好,承载能力大,且键齿高较小使小径相应增大,可增强轴的刚度。变速器中间轴分为旋转式及固定式两种。旋转式中间轴支承在前后两个滚动轴承上。其上的一档齿轮常与轴做成一体,而高档齿轮则用键或过盈配合与轴连接以便于更换。如结构尺寸允许,应尽量采用旋转式中间轴。固定式中间轴为仅起支承作用的光轴,与壳体呈轻压配合并用锁片等作转向定位。刚度主要由支承于其他的连体齿轮(宝塔齿轮)的结构保证。仅用于当壳体上无足够位置设置滚动轴承和支承盖时。2.2.3轴承型式 变速器多采用滚动轴承,即向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承、滚针轴承以及圆锥滚子轴承。通常是根据变速器的结构选定,再验算其寿命。 第一轴前轴承(安装在发动机飞轮内腔中)采用向心球轴承;后轴承为外圈带止动槽的向心球轴承,因为它不仅受径向负荷而且承受向外的轴向负荷。 第二轴前端多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承;后端采用带止动槽的单列向心球轴承,因为它也要承受向外的轴向力。 旋转式中间轴前端多采用向心短圆柱滚子轴承,此轴承不承受轴向力,因为在该处布置轴承困难;后轴承为带止动槽的向心球轴承。中间轴的轴向力应力求相互抵销,未抵销部分由后轴承承受。 为适应汽车变速器向着增大其单位质量的传递功率、增强其承载能力、具有更高的可靠性。更长的寿命和更好的性能等方向发展,变速器采用圆锥滚子轴承日益增多。因为与其他轴承此昂比,圆锥滚子轴承的直径小、宽度大、接触线长,因而容量大,可以承受高负荷;在承受同样载荷的情况下其径向尺寸可以减小,从而缩小中心距,减小变速器的尺寸和质量;圆锥滚子轴承可通过预紧消除轴向间隙和轴向窜动。由于上述优点,圆锥滚子轴承已在国外一些轿车、客车和载货汽车及重型汽车的变速器上得到应用。2.2.4换挡机构的结构型式与分析 换挡机构的结构型式有同步器、啮合套和直齿滑动齿轮等三种。 同步器虽然结构比较复杂、制造成本高、精度要求严、轴向尺寸大以及存在同步环的使用寿命有待提高等问题,但由于它能保证轻便、迅速、无冲击、无噪声换挡,且对操作技术无要求,从而有利于提高汽车的加速性、燃料经济性与行驶安全性,也可延长齿轮寿命,故在现代轿车上得到了最普遍的应用,在现代其他种类的汽车上采用的也日益增多。 啮合套换挡用于常啮合斜齿轮,其结构简单、制造容易,维修方便,换挡时行程较短且由于同时承受冲击载荷的接合齿齿数多,故冲击及磨损较轻,噪声低,而齿轮又不参与换挡,因而它们都不会过早损坏。目前它仅用于某些要求不高的档位和重型汽车变速器上。2.2.5变速器的操纵机构变速器操纵机构由变速杆、拨叉轴、拨叉、自锁与互锁装置、倒档安全装置等组合于变速器盖上(图2.4)。应结构简单,操纵轻便,档位清晰,变变速杆的换挡位置(见图2.5)合理,挂档准确、迅速、安全可靠(每次只能挂入一个档,不误挂倒档,不自动脱档)。(a)变速杆由盖得上方装入 (b)变速杆由盖的下方装入1-互锁销;2,5-换挡拨叉;3-自锁用钢球;4-挂一档倒档用的中间杆;6-互锁钢球图2.4 组合于变速器盖上的操纵机构图2.5 换挡位置图 自锁装置为档位定位装置,通过弹簧、钢球及拨叉轴上的凹槽定位(见图2.4),以防止自动脱档并保证接合齿的全长啮合。 互锁装置防止两档同挂,保证当移动某一拨叉轴时,其他拨叉轴互被锁住。销、球式(见图2.4)简单可靠,另有摆动锁块式(图2.6,其中摆动的锁块装在变速器盖上)、转动锁块式互锁装置(图2.7)及三向锁销式(图2.8)等。 图2.6 摆动锁块式互锁装置 图2.7 转动锁块式互锁装置 图2.8 三向锁销式互锁装置 图2.9 倒档安全装置 倒档安全装置又称倒档锁或选档阻力装置(图2.9)。当变速器杆头接触到倒档锁销开始挂倒档时,要克服钢球和弹簧的较大阻力,从而产生明显手感而引起注意。2.3变速器倒档布置方案的选择与分析 倒挡布置应注意以下几点: (1)倒挡齿轮在非工作位置时,不得与第二轴的齿轮有啮合现象; (2)换入倒挡时不得与其他齿轮发生干涉; (3)倒挡轴在变速器壳体上的支承不得与中间轴的齿轮相碰。 图2.1为常见的倒挡布置方案。 图2.1a方案主要用于小客车上。 图2.1b方案用于四挡直齿滑动齿轮的变速器上。(a) (b) (c) (d)(e) (f) (g)(a) 小客车常用;(b) 直齿滑动啮合四挡;(c) 多数五挡采用;(d) c方案的改进 ;(e) 前进挡常啮合;(f) 前进挡常啮合;(g) 一、倒挡各用一跟拨叉轴图2.10 挡布置方案图2.1(d)方案是对(c)的修改;图2.1(e)用于所有前进档都是常啮合的变速器上;图2.1(f)也是用于所有前进档都是常啮合的变速器上。为了充分利用空间,缩短变速器的轴向长度,有的货车倒挡传动采用图2.1(g)方案;缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴,致使变速器盖中的操纵机构复杂一些。倒档结构方案的选择,应根据其它档布置情况。力求位置合理并缩短变速器的轴向长度。综合以上几种变速器倒挡布置方案,选择图2.1(f)为变速器的倒挡布置方案7。2.4 本章小结本章首先对比了两轴式和中间轴式的优、缺点,由于中间轴式变速器的结构工艺性、变速器径向尺寸、变速器齿轮的寿命、变速器传动效率好于两轴式,因此设计的变速器选择中间轴式;接着本章确定了倒挡布置方案;然后对零部件的结构方案进行了分析,即对齿轮及换挡机构的形式进行了分析;最后对倒挡的布置方案以及防止自动脱挡进行了设计。第3章 变速器主要参数的计算及校核3.1设计的初始数据表3.1已知基本数据最高车速(Km/h)发动机率(Kw)额定转矩总质量(Kg)转矩转速(r/min)主减速器传动比车轮半径(mm)9088.04300.67545532005.24393.22车轮:R16(选205/55R16) 3.2变速器传动比的确定确定档传动比: 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:= (3.1)式中:-作用在汽车上的重力,;-汽车质量;-重力加速度,;发动机最大转矩,;主减速器传动比,;传动系效率,;车轮半径,;滚动阻力系数,对于货车取;爬坡度,30%换算为。则由最大爬坡度要求的变速器I档传动比为:= (3.2)驱动轮与路面的附着条件: (3.3)-汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷; 取综上可知: 取其他各档传动比的确定:按等比级数分配原则: (3.4)式中:常数,也就是各挡之间的公比;因此,各挡的传动比为:,=高档使用率比较高,低档使用率比较低,所以可使高档传动比较小,所以取其他各挡传动比分别为:=;3.3中心距A3.3.1初选中心距可根据下述经验公式 (3.5)式中:变速器中心距(mm);中心距系数,商用车:;发动机最大转矩(N.m);变速器一挡传动比,;变速器传动效率,取96% ;发动机最大转矩,。 则,初选中心距。3.3.2变速器的轴向尺寸货车变速器壳体的轴向尺寸:mm。3.4齿轮参数及齿轮材料的选择3.4.1齿轮模数同步器与啮合套的接合齿多采用渐开线齿形。出于工艺性考虑,同一变速器的接合齿采用同一模数。轻中型货车为2-3.5,选取较小的模数并增多齿数有利于换挡。变速器一档及倒档模数为3.5mm,其他档位为3.0。3.4.2齿形、压力角及螺旋角根据刘维信的汽车设计表6-3汽车变速器齿轮的齿形,压力角及螺旋角分别为:表3.2齿形压力角螺旋角GB1356 78规定的标准齿形选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上的轴向力相互抵消。为此,中间轴上的全部齿轮一律取右旋,而第一,第二轴上的斜齿轮一律取左旋,其轴向力经轴承盖由壳体承受。3.4.3齿宽通常是根据齿轮模数来确定齿宽b直齿,为齿宽系数,取为4.48.0,取 8 .0;斜齿,取为7.08.6,取8.0。一档及倒档齿轮齿宽mm;其他档位齿轮齿宽mm。第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些,以提高传动的平稳性和齿轮的寿命。采用啮合套或同步器换挡时,其接合齿的工作宽度初选时可取为24mm,取4mm。3.4.4齿顶高系数一般规定齿顶高系数取为1.00。 3.4.5齿轮材料的选择原则1、满足工作条件的要求 不同的工作条件,对齿轮传动有不同的要求,故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮,要求其材料具有足够的强度和耐磨性,而且齿面硬,齿芯软。2、合理选择材料配对 如对硬度350HBS的软齿面齿轮,为使两轮寿命接近,小齿轮材料硬度应略高于大齿轮,且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能,大、小轮应采用不同钢号材料。3、考虑加工工艺及热处理工艺 变速器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值:时渗碳层深度0.81.2时渗碳层深度0.91.3时渗碳层深度1.01.3表面硬度HRC5863;心部硬度HRC3348对于氰化齿轮,氰化层深度不应小于0.2;表面硬度HRC485312。对于大模数的重型汽车变速器齿轮,可采用25CrMnMO,20CrNiMO,12Cr3A等钢材,这些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理,以提高表面硬度,细化材料晶面粒13。3.5一档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算图3.1 中间轴式五档变速器简图3.5.1一挡齿轮参数的计算 中间轴一挡齿轮齿数,货车可在1217之间选用,最小为12-14,取,一挡齿轮为斜齿轮。一挡传动比为 (3.6)为了求,的齿数,先求其齿数和, (3.7)=55 即=-=55-13=42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挡齿轮齿数分配的依据。理论中心距:=102.427mm (3.8)对一挡齿轮进行角度变位:端面压力角: tan=tan/cos (3.9) =21.17端面啮合角: cos= (3.10) =23.3由表14-1-21查得:齿轮齿数之比变位系数之和 (3.11) =0.47067查图14-1-4选择变位系数线图(,),可知,则 计算精确值:A= (3.12) 当量齿数 根据齿形系数图可知一挡齿轮参数:分度圆直径 =3.542/cos22.26=158.82mm =3.513/cos22.26=49.16mm中心距变动系数 =(92-91.25)/3.5=0.214齿顶变动系数 =0.145-0.214=0.0688齿顶高 =3.4279mm =5.07055mm齿根高 =4.52mm =4.01mm齿高 =7.64mm齿顶圆直径 =141.56mm =56.07mm齿根圆直径 =126.15mm =40.81mm3.5.2一挡齿轮强度的计算 1.齿轮弯曲应力的计算图3.2 齿形系数图斜齿轮弯曲应力 (3.13)式中: 计算载荷(Nmm);法向模数(mm);齿数;斜齿轮螺旋角;应力集中系数,;齿形系数,可按当量齿数在图2.1中查得;齿宽系数;重合度影响系数,。(1)计算一挡齿轮9,10的弯曲应力 , 。2齿轮接触应力的计算 (3.14)式中:轮齿的接触应力(MPa);计算载荷(N.mm);节圆直径(mm);节点处压力角(),齿轮螺旋角();齿轮材料的弹性模量(MPa);齿轮接触的实际宽度(mm);、主、从动齿轮节点处的曲率半径(mm),直齿轮、,斜齿轮、;、主、从动齿轮节圆半径(mm)。弹性模量=20.6104 Nmm-2,齿宽=74=28mm表3.3变速器齿轮的许用接触应力齿轮齿轮类型一挡和倒挡常啮合齿轮和高挡渗碳齿轮1900200013001400液体碳氮共渗齿轮9501000650700(1)计算一挡齿轮9,10的接触应力mmmm = =3.5.3一挡齿轮受力的计算 N 3.6常啮合齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算3.6.1常啮合齿轮参数的计算 求出常啮合传动齿轮的传动比 (3.15)=因常啮合传动齿轮副的中心距与一挡齿轮副以及其他各档齿轮副的中心距相等,初选=,即 (3.16) (3.17) =由式(3.15)、(3.17)得,则: = 表3.4对常啮合齿轮进行角度变位理论中心距(mm)端面压力角()端面啮合角()变位系数精确值()当量齿数齿形系数102.6621.5723.370.430.03524.6832520.170.158表3.5 常啮合齿轮参数 (mm)分度圆直径中心距变动系数齿顶高变动系数齿顶高齿根高79.23128.750.4460.01864.233.052.463.64全齿高齿顶圆直径齿根圆直径 6.6987.70134.8574.31121.463.6.2常啮合齿轮强度的计算 表3.6 常啮合齿轮的接触应力与弯曲应力弯曲应力()接触应力()()()(mm)(mm)()()140.76143.9431.699.811297.471330.893.6.3常啮合齿轮受力的计算 表3.7 常啮合齿轮的受力圆周力(N)径向力(N)轴向力(N)7213.426855.582887.582744.283312.843148.503.7二档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算3.7.1二档齿轮参数的计算 二挡齿轮为斜齿轮,模数与一挡齿轮相同,初选 (3.18)= (3.19)=由式(3.18)、(3.19)得,则,=表3.8 对二档齿轮进行角度变位理论中心距(mm)端面压力角()端面啮合角()变位系数精确值()当量齿数齿形系数102.8321.322.9-0.05490.4622.6257240.150.17表3.9 二档齿轮参数 (mm)分度圆直径中心距变动系数齿顶高变动系数齿顶高齿根高146.2461.740.390.01512.794.333.912.37全齿高齿顶圆直径齿根圆直径 6.70151.8270.41138.4157.003.7.2常啮合齿轮强度的计算 表3.10 二档齿轮的接触应力与弯曲应力弯曲应力()接触应力()()()(mm)(mm)()()300.47278.9629.3312.381161.301191.223.7.3二挡齿轮受力的计算 表3.11 二档齿轮的受力圆周力(N)径向力(N)轴向力(N)13586.1514295.195353.645633.045657.745953.013.8三档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算3.8.1三档齿轮参数的计算 (1)三挡齿轮为斜齿轮,模数与一挡齿轮相同,初选 (3.20) (3.21)=由式(3.20)、(3.21)得,则,=表3-12 对三档齿轮进行角度变位理论中心距(mm)端面压力角()端面啮合角()变位系数精确值()当量齿数齿形系数103.5421.4322.068-0.10530.2622.6250320.1490.162表3.13 三档齿轮参数 (mm)分度圆直径中心距变动系数齿顶高变动系数齿顶高齿根高126.7481.240.150.0112.683.784.072.97全齿高齿顶圆直径齿根圆直径 6.75132.1088.80118.6175.303.8.2三档齿轮强度的计算 表3.14三档齿轮的接触应力与弯曲应力弯曲应力()接触应力()()()(mm)(mm)()()229.89222.4825.4216.29948.05972.483.8.3三挡齿轮受力的计算 表3.15 三档齿轮的受力圆周力(N)径向力(N)轴向力(N)10325.4710864.354068.774281.113312.843148.503.9四档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算3.9.1四档齿轮参数的计算 (1)四挡齿轮为斜齿轮,模数与一挡齿轮相同,初选 (3-22) = (3-23)= 由(3-22)和(3-23)得,则: 表3.16 对四档齿轮进行角度变位理论中心距(mm)端面压力角()端面啮合角()变位系数精确值()当量齿数齿形系数102.66121.5723.3650.5-0.03424.6842430.1760.144表3.17 四档齿轮参数 (mm)分度圆直径中心距变动系数齿顶高变动系数齿顶高齿根高102.34105.640.4460.0194.442.842.253.85全齿高齿顶圆直径齿根圆直径 6.69111.22111.3297.8497.933.9.2四档齿轮强度的计算 表3.18四档齿轮的接触应力与弯曲应力弯曲应力()接触应力()()()(mm)(mm)()()149.67192.4821.1821.86805.02825.763.9.3四挡齿轮受力的计算 表3.19 四档齿轮的受力圆周力(N)径向力(N)轴向力(N)7940.888355.3043178.733344.623646.943837.263.10倒档齿轮参数的计算、齿轮校核、受力计算3.10.1倒档齿轮参数的计算 倒挡齿轮选用的模数与一挡相同,倒挡齿轮的齿数一般在21-23之间,初选后,可计算出中间轴与倒挡轴的中心距。初选,则:=mm (3-24)取整mm端面压力角: tan=tan/cos (3-25) 端面啮合角: cos= (3-26) 由表14-1-21查得:变位系数之和 (3-27) 则 当量齿数 (3-28)根据齿形系数图可知倒挡齿轮参数:分度圆直径 =3.522/cos20.36=82.1311mm中心距变动系数 =(66-65.33)/3.5=0.1914齿顶高变动系数 =0.19759-0.1914=0.00619齿顶高 =2.6999mm齿根高 =5.5134mm齿高 =7.8533mm齿顶圆直径 =87.5309mm齿根圆直径 =71.8243mm为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉,齿轮12和9的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙,取间隙为5mm: (3-29)初选,由得取整为表3.20 对倒档齿轮进行角度变位理论中心距(mm)端面压力角()端面啮合角()变位系数精确值()当量齿数齿形系数130.3621.1720.75-0.3230.2219.5651320.1440.157表3.21 倒档齿轮参数 (mm)分度圆直径中心距变动系数齿顶高变动系数齿顶高齿根高159.71100.280.468-0.574.376.275.503.60全齿高齿顶圆直径齿根圆直径 9.87168.44112.82148.7093.073.10.2倒档齿轮强度的计算 1弯曲应力2接触应力mmmm =表3.22 倒档齿轮的接触应力与弯曲应力弯曲应力()接触应力()()()(mm)(mm)()()136.60239.6130.7412.15820.081368.783.10.3倒挡齿轮受力的计算 表3.23 倒档齿轮的受力圆周力(N)径向力(N)轴向力(N)8070.7722483.923115.528679.342865.957984.103.11本章小结本章首先根据所学汽车理论的知识计算出主减速器的传动比,然后计算出变速器的各挡传动比;并根据各挡传动比计算各挡齿轮的齿数,同时对各挡齿轮进行变位,接着确定齿轮的参数,如齿轮的模数、压力角、螺旋角、齿宽、齿顶高系数,最后计算出各挡齿轮所受的力,为下章对轴及轴承进行校核做准备。第四章 轴及轴上支承的计算及其校核4.1轴承的选择及寿命验算4.1.1滚针轴承的选择及寿命验算1.输出轴五档齿轮滚针轴承的选择对货车轴承寿命要求是25万km,由刘维信汽车设计表6-9变速器各档的相对工作时间或使用率可知hh由 r/minKN根据式(7-2-1)查表7-2-31表7-2-26可知KN根据式(7-2-6)查表(7-2-29)KN查表(7-2-31)KN查表(7-2-85)选择滚针轴承:表4.1五档滚针轴承参数基本尺寸基本额定载荷极限转速质量轴承代号安装尺寸脂油K型38463044.082.56700950030.142.7轴承寿命验算:由h故所选轴承合格。根据速比极差计算各档转速:=即r/min r/min r/min r/min2.输出轴四档齿轮滚针轴承的选择由刘维信汽车设计表6-9变速器各档的相对工作时间或使用率可知hKN根据式(7-2-1)查表7-2-31表7-2-26可知KN根据式(7-2-6)查表(7-2-29)KN查表(7-2-31)KN查表(7-2-85)选择滚针轴承:表4.2四档滚针轴承参数基本尺寸基本额定载荷极限转速质量轴承代号安装尺寸脂油K型48563049.81055300750030.142.7轴承寿命验算:由故所选轴承合格。3.输出轴三档齿轮滚针轴承的选择由刘维信汽车设计表6-9变速器各档的相对工作时间或使用率可知hKN根据式(7-2-1)查表7-2-31表7-2-26可知KN根据式(7-2-6)查表(7-2-29)KN查表(7-2-31)KN查表(7-2-85)选择滚针轴承:表4.3三档滚针轴承参数基本尺寸基本额定载荷极限转速质量轴承代号安装尺寸脂油K型52603052.011248006700-30.142.7轴承寿命验算:由h故所选轴承合格。4.输出轴二档齿轮滚针轴承的选择由刘维信汽车设计表6-9变速器各档的相对工作时间或使用率可知hKN根据式(7-2-1)查表7-2-31表7-2-26可知KN根据式(7-2-6)查表(7-2-29)KN查表(7-2-31)KN查表(7-2-85)选择滚针轴承:表4.4二档滚针轴承参数基本尺寸基本额定载荷极限转速质量轴承代号安装尺寸脂油K型55624062.5160480067007340.172.3轴承寿命验算:由h故所选轴承合格。5.输出轴一档齿轮滚针轴承的选择由刘维信汽车设计表6-9变速器各档的相对工作时间或使用率可知hKN根据式(7-2-1)查表7-2-31表7-2-26可知KN根据式(7-2-6)查表(7-2-29)KN查表(7-2-31)KN查表(7-2-85)选择滚针轴承:表4.5一档滚针轴承参数基本尺寸基本额定载荷极限转速质量轴承代号安装尺寸脂油K型75833072.598.236005000-30.142.7轴承寿命验算:由h故所选轴承合格。6.倒档齿轮滚针轴承的选择h KN根据式(7-2-1)查表7-2-31表7-2-26可知根据式(7-2-6)查表(7-2-29)KN查表(7-2-31)KN查表(7-2-85)选择滚针轴承:表4.6倒档滚针轴承参数基本尺寸基本额定载荷极限转速质量轴承代号安装尺寸脂油K型40483045.286.86300900030.142.7轴承寿命验算:由h故所选轴承合格。倒档轴齿轮11,,12表4.7倒档双联齿轮滚针轴承参数基本尺寸基本额定载荷极限转速质量轴承代号安装尺寸脂油K型42502031.054.2600085000-20.142.74.1.2圆锥滚子轴承的选择及寿命验算1.第二轴两端轴承的选择初选轴承型号 30208 和323088因为挂I档时齿轮所受圆周力,轴向力,径向力最大,所以两个圆锥滚子轴承在挂I档时所受力最大。轴向载荷分析图如下图4.1第二轴圆锥滚子轴承受力分析N N根据力的径向平衡条件有:NN轴承的转速为352r/min计算两轴承寿命:附加轴向力:NN因为所以轴承I被“压紧”,轴承II被“放松”。所以被“压紧”的轴承工作所受的总轴向力必须与相平衡,即轴承I:NKN轴承II:NKN轴承的名义寿命L(以转为单位)由h故所选轴承合格。中间轴两端圆锥滚子轴承的选择:初选轴承型号 33228 和32308因为挂I档时齿轮所受圆周力,轴向力,径向力最大,所以两个圆锥滚子轴承在挂I档时所受力最大。轴向载荷分析图如下图4.2中间轴圆锥滚子轴承受力分析 N N根据力的径向平衡条件有: N N轴承的转速为1137r/min计算两轴承寿命:附加轴向力: N N因为所以轴承I被“压紧”,轴承II被“放松”。所以被“压紧”的轴承工作所受的总轴向力必须与相平衡,即轴承I: NKN轴承II: NN轴承的名义寿命L(以转为单位)由h故所选轴承合格。故所选轴承合格。4.2轴的工艺要求倒挡轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴。变速器第二轴视结构不同,可采用渗碳、高频、氰化等热处理方法。对于只有滑动齿轮工作的第二轴可以采用氰化处理,但对于有常啮合齿轮工作的第二轴应采用渗碳或高频处理14。第二轴上的轴颈常用做滚针的滚道,要求有相当高的硬度和表面光洁度,硬度应在HRC5863,表面光洁度不低于815。对于做为轴向推力支承或齿轮压紧端面的轴的端面,光洁度不应低于7,并规定其端面摆差。一根轴上的同心直径应可控制其不同心度16。对于采用高频或渗碳钢的轴,螺纹部分不应淬硬,以免产生裂纹。对于阶梯轴来说,设计上应尽量保证工艺简单,阶梯应尽可能少17。4.3轴的校核计算4.3.1初选轴的直径三轴式变速器的第二轴与中间轴的最大直径d可根据中心距A按下式初选:=第一轴花键部分直径可根据发动机最大转矩按下式初选: (4.1)式中:经验系数,;发动机最大转矩(N.m)。初选的轴径还需根据变速器的结构布置和轴承与花键,弹性挡圈等标准件以及轴的刚度,强度验算结果进行修正。第一轴花键部分直径;第二轴
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