CA1040轻型货车机械式变速器设计[三轴式五档]总质量4.06吨

CA1040轻型货车机械式变速器设计[三轴式五档]总质量4.06吨,三轴式五档,CA1040轻型货车机械式变速器设计[三轴式五档],总质量4.06吨,CA1040,轻型,货车,机械式,变速器,设计,三轴式,五档,质量,4.06 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目: CA1040轻型货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B07-5班 学 生 姓 名: 潘雪松 导 师 姓 名: 孙远涛 开 题 时 间: 2011年3月16日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日 开题报告撰写要求 一、“开题报告”参考提纲 1. 课题研究目的和意义； 2. 文献综述（课题研究现状及分析）； 3. 基本内容、拟解决的主要问题； 4. 技术路线或研究方法； 5. 进度安排； 6. 主要参考文献。 二、“开题报告”撰写规范 请参照《黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范》要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 潘雪松 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆07-5 指导教师姓名 孙远涛 职称 实验师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是否 题目名称 CA1040轻型货车机械式变速机设计 一、 课题研究现状、选题目的和意义 研究现状：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、爬破、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。变速器设有空挡，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。变速器设有倒挡，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。 变速器按传动比变化方式不同，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种：有级式变速器应用最为广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同，有轴线固定式变速器和轴线旋转式变速器两种。目前，轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有3-5个前进挡和一个倒挡；在重型货车用的组合式变速器中，则有更多挡位。所谓变速器挡数，均指前进挡位数。无级式变速器的传动比在一定的范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式两种。电力式变速器在传动系统中也有广泛采用的趋势，其边素传动部件为直流串励电动机。液力式变速器的传动部件是液力变矩器。综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大值和最小值之间的几个间断范围内作无级变化，目前应用较多。 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 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着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表现了极大的热情，极度重视无级变速器在汽车领域的实用化进程。 载货汽车分为轻型、中型、重型三种。各国分级方法和标准不尽相同。20世纪70年代以来，由于对运输需求的增加和公路承载能力的提高，各国都在放宽对轴重和车辆总重的限制,因而大吨位载货汽车不断增加。同时,城市中为便于集散货物和零星货物运输，小吨位载货汽车也在发展。为适应各种货物的运输要求，载货汽车有向专用化发展的趋势，专用运输车的种类和数量不断增加。而中国是按汽车载重量分级的，载重量3.5吨以下的为轻型载货汽车,4～8吨的为中型载货汽车，8吨以上的为重型载货汽车。载重量1吨以下的轻型载货汽车多用轿车底盘改制而成，主要用于城市运送食品、日用工业品等小批量货物；有的制成客货两用车。 目的及意义：随着重型车功率加大、传递的扭矩增加和速度的提高，对变速器的要求也不断家大。首先，变速器的节油性能被越来越多的用户所关注。而业内专家表示，目前变速器的节油主要通过安装同步器和增多档位来实现。其次，不言而喻的是整车厂对变速器的轻量化也提出更高要求。再次从发动机电控系统到模块化电子仪表到再到CAN总线的应用，我国重卡电子化控制程度越来越高。随着重卡整车电子化程度的提高，变速器自动化进程也将开始加速，AMT(机械式自动变速器)的应用被提上日程。AMT在传统固定轴式手动变速器和干式离合器基础上应用自动变速理论和电子控制技术，通过电控单元控制执行机构实现自动换挡，具有传动效率高、油耗低、经济性好等诸多优点。相对自动变速器而言，AMT造价低廉，只比传统机械式变速器稍贵一点，也很适合中国用户的消费特点。所以，国内主流的变速器企业都在致力于AMT的研发当中，据了解，法士特、綦齿和大齿等企业的AMT已经开始装车试验，技术日趋成熟。 载货汽车在我国应用十分广泛，而变速器是整车的关键总成之一。其功用是在不同的使用条件下, 改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速, 使汽车得到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。通过载货汽车变速器的设计， 使其变速器性能更好具有一定的实际意义。 二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 1、基本内容 （1）载货汽车变速器研究现状 （2）载货汽车变速器整体结构设计 （3）载货汽车变速器尺寸参数设计 （4）载货汽车变速器尺寸参数校核 2、拟解决的主要问题 （1）载货汽车变速器尺寸参数设计 （2）载货汽车变速器尺寸参数校核 三、技术路线（研究方法） 调研并查阅相关资料 确定总体设计方案 参数计算 变速器结构设计 变速器的尺寸参数强度校核 ` 变速器出图 完成设计和书写说明书 四、进度安排 （1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第1～2周（3月3日～3月16日） （2）确定总体方案 第3～4周（3月17日～3月30日） （3）对变速器结构进行设计第5～6周（3月31日～4月13日） （4）对变速器尺寸进行设计7～8周（4月14日～4月27日） （5）建立变速器的零件图第第8～9周（4月21日～5月4日） （5）建立变速器的装配模型第9～10周（4月28日～ 5月11日） （6）书写设计说明书第11～13周（5月12日～6月2日） （7）设计审核、修改 第14～16周（6月3日～6月23日） （8）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月24日～7月1日） 五、参考文献 （1）蒋崇贤，何明辉《专用汽车设计》 武汉工业大学出版社 （2）工程中的有限元方法(第3版)．机械工业出版社，2004 （3）黄天泽，黄金陵．汽车车身结构与设计．机械工业出版社，2000 （4）孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版 （5）余志生． 汽车理论[M]，机械工业出版社，1987 （6）陈家瑞主编.汽车构造.人民交通出版社出版 （7）吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社，1997 （8）吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002 （9）何云祥. 重型汽车变速器的结构创新[J]. 现代零部件, 2009, (01) :100-101 （10）罗春香. 汽车变速器设计中速比分配问题的研究[J]. 西南民族大学学报(自然科学版), 2004, (03) . （11）变速器设计(上)[J]. 汽车技术, 1972, (01) . （12）王尚军. DC6J80T六档变速器设计[J]. 机械传动, 2002, (01) . （13）黄雄健,杨寿海. CAD/CAE技术在汽车变速器设计中的应用[J]. 广西工学院学报, 2007, (01) . （14）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, (05) . （15）向立明. 汽车变速器的发展历史及未来趋势[J]. 公路与汽运, 2007, (01) . 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 SY-025-BY-2 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 系部 汽车与交通工程院 专业、班级 车辆工程07- 指导教师姓名 孙远涛 职称 实验师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是否 题目名称 CA1040轻型货车机械式变速器设计 一、设计（论文）目的、意义 汽车变速器是汽车传动系的重要组成部分。由于汽油机额定转矩对应的速度范围很小，需要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化。它是传动系的主要部件,它的性能对整车的动力性、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面都有十分重要的影响。设计好变速器对汽车的性能，安全性以及经济性有着重要作用。 手动机械变速器可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、传动效率高、故障率相对较低、物美价廉,因此在市场上仍占有一席之地，开发手动机械变速器也适应当代世界经济的发展。随着科技的高速发展，节能与环境保护、应用新型材料、高性能及低成本都可将作为汽车新型变速器的研究方向。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 基本内容：在保证汽车有必要的动力性和经济性的前提下，进行齿轮和传动轴设计，设置动力输出装置，保证换挡迅速、省力、方便，工作可靠。有较高的工作效率，除此之外，还要保证变速器满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。在设计中要解决的的主要问题：在设计中需要解决变速器是否能有效预防脱档，跳档并方便挂档。减小噪音并尽量能达到轻量化、高承载、低噪声、换档操纵好和经济实用性。 技术要求：具有良好的动力性与经济性，换挡迅速、省力、方便。变速器的工作噪声低，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。 三、 设计（论文）完成后应提交的成果 1.变速器的总装配图一张（A0）； 2.变速器的部件图、零件图（轴及齿轮等）折合两张以上零号图（A1、A2若干张）； 3.撰写设计说明书一份，1.5万字以上。 四、设计（论文）进度安排 1.调研，资料收集，完成开题报告 第1-3周（2月28日-3月20日） 2.分析搜集到的资料，提出最优设计方案 第4-5周（3月21日-4月3日） 3.绘制机械变速器总装配图、零件图的草图 第6-8周（4月4日-4月24日） 4.绘制机械变速器总装配图、零件图, 撰写设计说明书 第9-12周（4月25日-5月22日） 5. 完善设计，提交指导老师审核并修改 第13-14周（5月23日-6月5日） 6. 提交系里评阅并修改，准备答辩 第15-16周（6月6日-6月19日） 7.毕业设计答辩 第17周（6月20日-6月26日） 五、主要参考资料 [1] 王望予.汽车设计[M].北京.机械工业出版社.2004. [2] 常思勤.汽车动力装置[M].北京.机械工业出版社.2005. [3] 刘惟信.汽车设计[M].北京.清华大学出版社.2001. [4] 林绍义.一种汽车变速器设计[J].机电技术，2004.1. [5] 刘法顺.乘用车两轴式机械变速器的设计[J].交通科技与经济，2008.4. [6] 罗春香.汽车变速器设计中速比分配问题的研究[J]. 西南民族大学学报·自然科学版，2004.30. [7] 韦志林.汽车变速器轴承寿命的校核计算[J].广西工学院学报,2000.6. [8] 王之煦,许杏根.简明机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1997.9. [9] 严仓锋.变速器后盖总成轴承装配技术改造[J].实用技术,2005.12. 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）指导记录 日期 2010-03-01 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 通过孙老师的讲解，明确了选题目的及方向，了解所需的文献和书籍，并根据任务书的内容查找相关的资料。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-03-11 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 把搜集到的资料拿给孙老师，孙老师对资料进行了详细的阅读，告诉我那些是对我所做的设计有用的，让我们重点学习这些资料，然后确定自己的设计方案，告诉撰写开题报告的一些注意事项。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-03-21 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 将收集到的材料拿给孙老师，老师帮助我对材料进行了分析，确定了初步的设计方案。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： SY-025-BY-4 毕业设计（论文）指导记录 日期 2011-04-01 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 在老师的指导下确定了设计方案。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-04-08 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 孙老师帮助我对变速器的结构方案进行分析，并开始绘制草图。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-04-15 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 孙老师对我的装配图及零件图的草图进行了批改。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： SY-025-BY-4 毕业设计（论文）指导记录 日期 2011-04-22 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 老师将绘制装配图及零件图时需要注意的问题进行了详细的讲解。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-04-29 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 孙老师在初步装配图中指出了一些需要修改的问题，并对尺寸标注进行详细的讲解。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-05-06 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 在CAD绘图过程中遇到了一些问题，经老师讲解把问题解决了。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： SY-025-BY-4 毕业设计（论文）指导记录 日期 2011-05-13 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 将图拿给孙老师检查，孙老师对图进行分析，并指出需改进的地方。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-05-20 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 将修改后的图拿给老师检查，在标注上孙老师说还需要进一步的修改。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-05-27 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 将最终的图拿给孙老师检查，我把我在绘图中的一些问题咨询了孙老师，孙老师给了详细的解答。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： SY-025-BY-4 毕业设计（论文）指导记录 日期 2011-06-03 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 本次指导主要对说明书的排版，图纸的标注等问题进行检查，并对预答辩的注意事项进行讲解，为周末的预答辩做准备。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-06-10 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决思路） 集中对预答辩发现的问题进行讲解和指导，对设计图纸的内容进行了纠正。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 日期 2011-06-17 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 SY-025-BY-4 （指导内容、存在问题及解决思路） 将全部答辩材料交给孙老师签字，老师仔细交代了答辩注意事项。 学生（记录人）签名： 指导教师签名： 毕业设计指导教师评分表 学生姓名 潘雪松 院系 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程B07-5 指导教师姓名 孙远涛 职称 实验师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 CA1040轻型货车机械式变速器设计 序号 评 价 项 目 满分 得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 工作态度： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅人评分表 学生 姓名 潘雪松 专业 班级 车辆工程B07-5 指导教 师姓名 孙远涛 职称 实验师 题目 CA1040轻型货车机械式变速器设计　 评阅组或预答辩组成员姓名 出席 人数 序号 评 价 项 目 满分 得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 回答问题： 正确□ 基本正确□ 基本不正确□ 不能回答所提问题□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 　 评阅人或预答辩组长签字： 年 月 日 注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。 毕业设计答辩评分表 学生 姓名 潘雪松 专业 班级 车辆工程B07-5 指导 教师 孙远涛 职 称 实验师 题目 CA1040轻型货车机械式变速器设计 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 出席 人数 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性 15 5 毕业设计答辩准备情况 5 6 毕业设计自述情况 20 7 毕业设计答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录、评语： 自述思路与表达能力：好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 回答问题： 正确□ 基本正确□ 基本不正确□ 不能回答所提问题□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 　 答辩组长签字： 年 月 日 毕业设计（论文）成绩评定表 学生姓名 潘雪松 性别 男 院系 汽车与交通工程学院 专业 车辆工程 班级 B07-5 设计（论文）题目 CA1040轻型货车机械式变速器设计 平时成绩评分（开题、中检、出勤） 指导教师姓名 职称 指导教师 评分（X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（Y） 答辩组组长 职称 答辩组 评分（Z） 毕业设计（论文）成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任签字（盖章）： 院系公章： 年 月 日 注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 优秀毕业设计（论文）推荐表 题 目 CA1040轻型货车机械式变速器设计 类别 设计 学生姓名 潘雪松 院（系）、专业、班级 汽车与交通工程学院、车辆工程、B07-5 指导教师 孙远涛 职 称 实验师 设计成果明细： 答辩委员会评语： 答辩委员会主任签字（盖章）： 院、系公章： 年 月 日 备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它 本科学生毕业设计 CA1040轻型货车机械式 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B07-5班 学生姓名： 潘雪松 指导教师： 孙远涛 职 称： 实验师 黑 龙 江 工 程 学 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of CA1040 Light Trucks Manual Transmission Candidate：Pan Xuesong Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-5 Supervisor：Experimental Division. Sun Yuantao Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龙江工程学院本科生毕业设计 摘 要 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工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。 因为变速箱在低档工作时作用有较大的力，所以一般变速箱的低档都布置靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。 本文设计研究了三轴式五挡手动变速器，对变速器的工作原理做了阐述，变速器的各挡齿轮和轴做了详细的设计计算，并进行了强度校核，对一些标准件进行了选型。变速器的传动方案设计并讲述了变速器中各部件材料的选择。 关键词：CA1040；机械式；齿轮；轴 ；变速器 ABSTRACT Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, is aimed at marking start, climbing, turning, accelerate various driving conditions, the car was different traction and speed Meanwhile engine in the most favorable working conditions within the scope of the work. And the trans mission in neutral gear with reverse gear. Transmission also need power output function. Gearbox because of the low-grade work at a larger role, In general, the low-grade gearbox layout are close to the axis after support, Following from low-grade to high-grade order of the layout of stalls gear. This will not only allow axis are large enough for a rigid, but also ensures easy assembly. Gear box overall structure and rigid axle and the shell structure of relations. Generally through the control shaft length control over several stalls to ensure that adequate gear box rigid. This paper describes the design of three-axis five block manual tran mission, the transmission principle of work elaborated, Transmission of the gear shaft and do a detailed design, and the intensity of a school. For some standard parts for the selection. Transmission Trans mission program design. A brief description of the trans mission of all components of the material choice. Key words :CA1040;Mechanical ;Gear;Axis; Transmission II 目 录 摘要 I ABSTRACT II 第1章 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的及意义 2 1.3 机械式变速器国内外研究现状 2 第2章 总体方案设计 4 2.1 汽车参数的选择 4 2.2 传动机构布置方案分析 4 2.2.1 固定轴式变速器 4 2.2.2 倒挡布置方案 5 2.2.3 其他问题 8 2.3 零部件结构方案分析 8 2.3.1 齿轮形式 8 2.3.2换挡机构形式 9 2.3.3变速器轴承 10 2.4. 本章小结 11 第3章 变速器设计 13 3.1 挡数 13 3.2 传动比范围 13 3.3 各档传动比的确定 13 3.3.1主减速器传动比的确定 13 3.3.2最低档传动比计算 14 3.3.3 各档传动比的选定 15 3.3.4中心距的选择 16 3.3.5变速器的外形尺寸 16 3.4 齿轮参数 16 3.4.1 模数的选取 16 3.4.2 压力角 17 3.4.3 螺旋角 17 3.4.4 齿宽b 18 3.4.5 齿顶高系数 19 3.4.6 变位系数的选择原则 19 3.5 各挡齿轮齿数的分配 20 3.5.1 确定一挡齿轮的齿数 20 3.5.2 对中心距进行修正 21 3.5.3 确定常啮合传动齿轮副齿数及变位系数 22 3.5.4 确定其他各挡的齿数及变位系数 22 3.5.5 确定倒挡齿轮齿数及变位系数 24 3.6 本章小结 25 第4章 变速器的校核 26 4.1 齿轮的损坏形式 26 4.2 齿轮强度计算 26 4.2.1 齿轮弯曲强度计算 26 4.2.2轮齿接触应力计算 28 4.3 轴的结构尺寸设计 30 4.4 轴的强度验算 31 4.4.1 轴的刚度的计算 31 4.4.2 轴的强度的计算 36 4.5轴承寿命计算 39 4.6 本章小结 42 第5章 同步器的设计 43 5.1锁环式同步器 43 5.1.1 锁环式同步器结构 43 5.1.2 锁环式同步器工作原理 43 5.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定 44 5.2 本章小结 46 第6章 变速器操纵机构 47 6.1 直接操纵手动换挡变速器 47 6.2 远距离操纵手动换挡变速器 47 6.3 本章小结 48 结论 49 参考文献 50 致谢 51 附录 52 第1章 绪 论 1.1研究背景 近几年国内外汽车工业迅猛发展，车型的多样化和个性化已经成为汽车发展的趋势。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，因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，特别是对轻型商用车而言，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。国产商用车所装配的变速器主要以国产手动档变速器为主，变速器是由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进挡数的不同，变速箱有三、四、五和多挡几种。根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、中间轴式和多中间轴式变速箱。汽车变速器是影响整车动力性、经济性、舒适性的重要总成，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。国内商用车市场的快速发展，2008年全国载货汽车保有量为10、465、404辆，与2007年相比，增加722、181辆，增长7.41%。其中轻型载货汽车5、863、787辆，贡献度最大的车型是轻型货车，轻型货车对商用车销量的贡献度为44.16%，其次是重型货车和微型货车，其贡献度分别为19.89%和12.93%。汽车变速器的使用寿命与整车基本相当，售后维修市场对变速器总成的需求仅占少数，故此可将轻型商用车市场近似为它的变速器配套市场空间。随着全球能源及原材料价格的不断上涨，汽车销售价格的下降，要求汽车变速器向着体积小质量轻、承载能力大、结构紧凑上发展。这就要求零件设计结构机械性能也要相应有所改变，向着小巧紧凑高强度，高刚性方向改进，进而也要求有新技术新工艺来保证能够制造出来。目前许多变速器生产企业正在研发一些能大幅提高离合器、同步器寿命和行车安全性，且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠、易于制造、成本低、燃油消耗少和维护与使用费用低、多档位、大速比变化范围改善了汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性的变速器。现在汽车变速器的发展趋势是向着可调自动变速箱或无级变速器方向发展。无级变速机构由两组锥形轮组成，包括一对主动锥形轮（锥形轮组1）和一对被动锥形轮（锥形轮组2）同时有一根链条运行在两对锥形轮V形沟槽中间，链条的运动如同动力传递单元。锥形轮组1由发动机的辅助减速机构驱动，发动机的动力通过链条传递给锥形轮组2直至终端驱动。在每组锥形轮中有一个锥形轮可以在轴向移动，调整链条在锥形轮的工作直径并传递速比。两组锥形轮必须保持相同的调整，以保证链条始终处与涨紧状态，使传递扭矩时锥形轮接触充分的压力。采用无级变速器可以节约燃料，使汽车单位油耗的行驶里程提高30%。通过选择最佳传动比，获得最有利的功率输出，它的传动比比传统的变速器轻，结构更简单而紧凑。世界各大汽车制造商正竞相开发无级变速器。专家预计2008至2009年间无级变速器将成为世界各大汽车制造商的技术开发重点。 1.2 研究目的及意义 通过一步步的计算和校核来改善变速器的工作状态，使其达到理想的舒适性并减小工作时的噪声。传统的变速器设计设计方法一般是根据性能要求利用经验公式取初值，然后计算其强度，传动质量指标等，如不符合要求根据经验公式改变某些参数，继续计算直至符合所有的条件与要求。通过本题目的设计，可综合运用所学知识对轻型商用车的手动变速器进行设计。由于本题目模拟工程一线实际情况，通过毕业设计可与工程实践直接接触，从而可以提高解决实际问题的能力，综合提高自身的设计和制造水平。 本设计研究基本内容是研究轻型商用车的机械变速器的组成、结构与原理，弄清楚同步器、齿轮、轴等零部件之间的配合关系。选择标准齿轮模数在总当数和一档传动比确定后，合理分配各档位的速比，接着计算出齿轮参数和中心距，并对齿轮进行强度验算，确定齿轮的结构与尺寸，绘制出所有齿轮的零件图，根据经验公式初步计算出所有轴的基本尺寸，对每个档位下对轴的刚度和强度进行验算，确定出轴的结构与尺寸，绘制出各个轴的结构与尺寸，对现有传统变速器的结构进行改进、完善，最终完成变速器的零件图和装备图的绘制。利用计算机辅助设计软件绘制变速器的各零件的零件图，并完成变速器的总装配图。在此次设计中对变速器作了总体设计，对变速器的传动方案进行了选择，变速器的齿轮和轴做了详细的设计计算，对同步器和一些标准件做了选型设计。 1.3机械式变速器国内外研究现状 载货汽车分为轻型、中型、重型三种。各国分级方法和标准不尽相同。20世纪70年代以来，由于对运输需求的增加和公路承载能力的提高，各国都在放宽对轴重和车辆总重的限制,因而大吨位载货汽车不断增加。同时，城市中为便于集散货物和零星货物运输，小吨位载货汽车也在发展。为适应各种货物的运输要求，载货汽车有向专用化发展的趋势，专用运输车的种类和数量不断增加。而中国是按汽车载重量分级的，载重量3.5吨以下的为轻型载货汽车,4-8吨的为中型载货汽车，8吨以上的为重型载货汽车。载重量1吨以下的轻型载货汽车多用轿车底盘改制而成，主要用于城市运送食品、日用工业品等小批量货物；有的制成客货两用车。 随着重型车功率加大、传递的扭矩增加和速度的提高，对变速器的要求也不断家大。首先，变速器的节油性能被越来越多的用户所关注。而业内专家表示，目前变速器的节油主要通过安装同步器和增多档位来实现。其次，不言而喻的是整车厂对变速器的轻量化也提出更高要求。再次从发动机电控系统到模块化电子仪表到再到CAN总线的应用，我国重卡电子化控制程度越来越高。随着重卡整车电子化程度的提高，变速器自动化进程也将开始加速，AMT(机械式自动变速器)的应用被提上日程。AMT在传统固定轴式手动变速器和干式离合器基础上应用自动变速理论和电子控制技术，通过电控单元控制执行机构实现自动换挡，具有传动效率高、油耗低、经济性好等诸多优点。相对自动变速器而言，AMT造价低廉，只比传统机械式变速器稍贵一点，也很适合中国用户的消费特点。所以，国内主流的变速器企业都在致力于AMT的研发当中，据了解，法士特、綦齿和大齿等企业的AMT已经开始装车试验，技术日趋成熟。 第2章 总体方案设计 2.1 汽车参数的选择 变速器设计所需的汽车基本参数如2.1表所示: 表2.1 设计基本参数表 发动机最大功率 66kw 最高车速 110km/h 总质量 4060kg 最大转矩 210 N·m 变速器如下基本要求： (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，使汽车能倒退行驶。 (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。 (6)工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。 (7)变速器应当有高的工作效率。 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，这与变速器的档数，传动比范围和各挡传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂，比功率越小，变速器的传动比范围越大。 2.2 传动机构布置方案分析 2.2.1 固定轴式变速器 固定轴式又分为两轴式，中间轴式，双中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，中间挡位传动效率高和噪声低等优点。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。所以我选择的是中间轴式的变速器。 图2.1分别示出了几种中间轴式五挡变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率高于其它挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在挡数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到档传动方案上有差别。 图2.1(a)所示方案，除一档和倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余各挡为常啮合齿轮传动。图2.1(b)，(c)，(d)所示方案的各前进挡，均用常啮合齿轮传动；图2.1(d)所示方案中的倒挡和超速挡安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速挡的条件下，很容易形成一个只有四个前进挡的变速器。以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的挡位用同步器换挡，有的挡位用啮合套换挡，那么一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。 发动机前置后轮驱动的货车采用中间轴式变速器，为加强传动轴刚度，可将变速器后端加中间支撑。中间轴和第二轴都有三个支承。如果在壳体内，布置倒挡传动齿轮和换挡机构，还能减少变速器主体部分的外形尺寸。 2.2.2 倒挡布置方案 与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。为实现倒挡传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案。前者虽然结构简单，但是中 图2.1 中间轴式五挡变速器传动方案 间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正，负交替对称变化的弯曲应力状态下工作，而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒挡传动比略有增加。 图2.2为常见的倒挡布置方案。图2.2(b)所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图2.2(c)所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图2.2(d)所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2.2(c)所示方案。图2.2(e)所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2.2(f)所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图2.2(g)所示方案。其缺点是一，倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。 因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低挡到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，然后再 图2.2 倒挡布置方案 布置倒挡。此时在倒挡工作时，齿轮磨损与噪声在短时间内略有增加，与此同时在一挡工作时齿轮的磨损与噪声有所减少。 除此以外，倒挡的中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴的受力状况有影响，如图2-3所示。 图2.3 倒挡轴位置与受力分析 2.2.3 其他问题 经常使用的挡位，其齿轮因接触应力过高而造成表面电蚀损坏。将高挡布置在靠近轴的支承中部区域较为合理，在该区因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，偏载减少能提高齿轮寿命。 某些汽车变速器有仅在好路或空车行驶时才使用的超速挡。使用传动比小于1（为0.7~0.8）的超速挡，能够充分地利用发动机功率，使汽车行驶1km所需发动机曲轴的总转速降低，因而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接挡比较，使用超速挡会使传动效率降低，噪声增大。 机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数，每分钟转速，传递的功率，润滑系统的有效性，齿轮和壳体等零件的制造精度等。 2.3 零部件结构方案分析 2.3.1 齿轮形式 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，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挡。我的设计中一挡和倒挡用的是直齿轮，其他挡都是斜齿轮。 2.3.2 换挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮，啮合套和同步器换挡三种形式。汽车行驶时各挡齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随有噪声。这使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使乘坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术（如两脚离合器），时齿轮换挡时无冲击，才能克服上述缺点。但是该瞬间驾驶员注意力被分散，会影响行驶安全性。因此，尽管这种换挡方式结构简单，但除一挡，倒挡外已很少使用。 由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，所以可用移动啮合套换挡。这时，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多。而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总惯性矩增大。 因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，则换挡机构连件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且还能降低制造成本及减小变速器长度。 使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。同上述两种换挡方法比较，虽然它有机构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。 使用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。在滑动齿轮特别宽的情况下，这种差别就更为明显。为了操纵方便，换入不同挡位的变速杆行程要求尽可能一样。 自动脱挡是变速器的主要故障之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，目前在结构上采取措施比较有效的方案有以下几种： 互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速叉轴互被锁住，该机构的作用是防止同时挂入两档，而使挂档出现重大故障。常见的互锁机构有： (1)互锁销式 图2.4是汽车上用得最广泛的一种机构，互锁销和顶销装在变速叉轴之间，用销子的长度和凹槽来保证互锁。 图2.4，(a)为空档位置，此时任一叉轴可自由移动。图2.1，(b)、(c)、(d)为某一叉轴在工作位置，而其它叉轴被锁住。 图2.4 互锁销式互锁机构 (2)摆动锁块式 图2.5为摆动锁块式互锁机构工作示意图，锁块用同心轴螺钉安装在壳体上，并可绕螺钉轴线自由转动，操纵杆的拨头置于锁块槽内，此时，锁块的一个或两个突起部分A档住其它两个变速叉轴槽，保证换档时不能同时挂入两档。 (3)转动钳口式 图2.5为与上述锁块机构原理相似的转动钳口式互锁装置。操纵杆拨头置于钳口中，钳形板可绕A轴转动。选档时操纵杆转动钳形板选入某一变速叉轴槽内，此时钳形板的一个或两个钳爪抓住其它两个变速叉，保证互锁作用。 操纵机构还应设有保证不能误挂倒档的机构。通常是在倒档叉或叉头上装有弹簧机构，使司机在换档时因有弹簧力作用，产生明显的手感。 锁止机构还包括自锁、倒档锁两个机构。 自锁机构的作用是将滑杆锁定在一定位置，保证齿轮全齿长参加啮合，并防止自动脱档和挂档。自锁机构有球形锁定机构与杆形锁定机构两种类型。 倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，方能挂入倒档，起到提醒注意的作用，以防误挂倒档，造成安全事故。 本次设计锁定机构采用自锁、互锁、倒档锁装置。采用自锁钢球来实现自锁，通过互锁销实现互锁。倒档锁采用限位弹簧来实现，使驾驶员有感觉，防止误挂倒档。 2.3.3变速器轴承 变速器轴承常采用圆柱滚子轴承，球轴承，滚针轴承，圆锥滚子轴承，滑动轴套等。至于何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。 图2.5 摆动锁块式互锁机构 图2.6 转动钳口式互锁机构 汽车变速器结构紧凑，尺寸小，采用尺寸大些的轴承结构受限制，常在布置上有困难。如变速器的第二轴前端支承在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。变速器第一轴前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间长采用球轴承来承受向力。作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传给变速器壳体，此处常用轴承外圈有挡圈的球轴承。第二轴后端常采用球轴承，以轴向力和径向力。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以，但当在壳体前端面布置轴承盖有困难的时候，必须由后端轴承承受轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力。 变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径小，宽度较宽因而容量大，可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧，装配麻烦，磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。 变速器第一轴，第二轴的后部轴承以及中间轴前，后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。轴承的直径根据变速器中心距确定，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于6~20mm，下限适用于轻型车和轿车。 滚针轴承，滑动轴套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。滚针轴承有滚动摩擦损失小，传动效率高，径向配合间隙小，定位及运转精度高，有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的径向配合间隙大，易磨损，间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增加。滑动轴套的优点是制造容易，成本低。 在本次设计中由于工作条件的需要主要选用了圆锥滚子轴承、深沟球轴承和滚针轴承。 2.4 本章小结 本章首先确定了设计变速器所需的汽车主要参数以及设计变速器所应满足的基本要求，对自己的设计也有了一定的规范。然后又对变速器的传动机构和档位的布置 形式的进行了简单的介绍，分析了各个传动方案的优缺点，选取了合理高效的的传动方案和一些在设计变速器时常遇的问题，为后面齿轮和轴的计算打下了良好的基础。最后对齿轮的形式做了介绍和优缺点的比较，通过以上比较合理的选择齿轮形式。分析了几种换挡形式，和容易出现的问题，并提供了相关的解决方法，最后很据轴的工作条件和工作状态，对轴承也形式也做了选择。 第3章 变速器结构设计 3.1 挡数 增加变速器的挡数能改善汽车的动力性和经济性。挡数越多，变速器的结构越复杂，并且是尺寸轮廓和质量加大。同时操纵机构复杂，而且在使用时换挡频率也增高。 在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的当属会是变速器相邻的低挡与高挡之间传动比比值减小，是换挡工作容易进行。要求相邻挡位之间的传动比比值在1.8以下,该制约小换挡工作越容易进行。要求高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小。 近年来为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前轿车一般用4~5个挡位，级别高的轿车变速器多用5个挡，货车变速器采用4~5个挡位或多挡。装载质量在2~3.5T的货车采用5挡变速器，装载质量在4~8T的货车采用6挡变速器。多挡变速器多用于重型货车和越野车。本设计为5挡变速器。 3.2 传动比范围 变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡转动比的比值。传动比范围的确定与选定的发动机参数，汽车的最高车速和使用条件等因素有关。目前轿车的传动比范围在3~4之间，轻型货车在5~6之间，其他货车则更大。 3.3 各档传动比的确定 3.3.1 主减速器传动比的确定 发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为： (3.1) 式中：——汽车行驶速度，km/h； ——发动机转速，r/min； ——车轮滚动半径，m； ——变速器传动比； ——主减速器传动比。 由上文可知最高车速==110km/h；最高档为超速档，传动比=1；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格195/65R15得到=377.5（mm）；发动机转速==3600（r/min）；由公式（5.1）得到主减速器传动比计算公式： 3.3.2最低档传动比计算 按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一档通过要求的最大坡道角坡道时，驱动力应大于或等于此时的滚动阻力和上坡阻力（加速阻力为零，空气阻力忽略不计）。用公式表示如下： （3.2） 式中： G ——车辆总重量，N； ——滚动阻力系数，对良好路面μ=0.01~0.02； ——发动机最大扭矩,N·m； ——主减速器传动比； ——变速器传动比； ——为传动效率（0.85~0.9）； R ——车轮滚动半径； ——最大爬坡度本设计为能爬30%的坡，大约。 由公式（3.3）得： （3.3） 已知：m=4060kg；；；r=0.3775m； N·m；；g=9.8m/s2；，把以上数据代入（3.3）式： 满足不产生滑转条件。即用一档发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下： （3.4） 式中：——驱动轮的地面法向反力，； ——驱动轮与地面间的附着系数；对混凝土或沥青路面可取0.5~0.6之间。 取0.55，把数据代入（5.4）式得： 所以，一档转动比的选择范围是： 初选一档传动比为5.1。 3.3.3 各档传动比的选定 变速器的Ⅰ档传动比应根据上述条件确定。变速器的最高档一般为直接档，有时用超速挡，在本设计中最高档即为超速挡。中间档的传动比理论上按公比为（其中n为档位数）的几何级数排列，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。 3.3.4中心距的选择 初选中心距可根据经验公式计算： （3.5） 式中： ——变速器中心距，mm； ——中心距系数，商用车=8.6~9.6； ——发动机最大输出转距为210N，N·m； ——变速器一档传动比为5.1； ——变速器传动效率，取96%。 9.0=90.8mm 商用车变速器的中心距在80～170mm范围内变化。所以根据计算结果，初取A=90mm。 3.3.5 变速器的外形尺寸 变速器的横向外形尺寸，可以根据齿轮直径以及倒档中间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。 乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列公式选用： mm 当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数K应取给出系数的上限。为检测方便，A取整。设计的是五挡变速器，初定轴向壳体尺寸为370mm。 3.4 齿轮参数 3.4.1 模数的选取 遵循的一般原则：为了减少噪声应合理减少模数，增加尺宽；为使质量小，增加数，同时减少尺宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应选用同一种模数，而从强度方面考虑，各挡齿数应有不同的模数。减少轿车齿轮工作噪声有较为重要的意义，因此齿轮的模数应选小；对货车，减小质量比噪声更重要，故齿轮应选大些的模数。 低挡齿轮应选大些的模数，其他挡位选另一种模数。少数情况下汽车变速器各挡齿轮均选用相同的模数。 啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线齿轮。由于工艺上的原应，同一变速器的接合齿模数相同。其取用范围是：乘用车和总质量在1.8～14.0t的货车为2.0～3.5mm。选取较小的模数值可使齿数增多，有利换挡。 初选齿轮模数 =3.0mm 齿轮法向模数 =3.0mm 3.4.2 压力角 压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对商用车，为加大重合度已降低噪声，取小些。 变速器齿轮压力角为20 啮合套或同步器的接合齿压力角用30° 3.4.3 螺旋角 斜齿轮在变速器中得到广泛的应用。选斜齿轮的螺旋角，要注意他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，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。试验还证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。不过当螺旋角大于30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍然继续上升。因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角，以15～25为宜；而从提高高挡齿轮的接触强度和增加重合度着眼，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，中间轴上的不同挡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。一挡和倒挡设计为直齿时，在这些挡位上工作，中间轴上的轴向力不能抵消(但因为这些挡位使用得少，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，需满足下述条件 （3.6） （3.7） 由于T=，为使两轴向力平衡，必须满足 （3.8） 式中：Fa1，Fa2为作用在中间轴齿轮1、2上的轴向力，Fn1，Fn2为作用在中间轴齿轮1、2上的圆周力；r1，r2为齿轮1、2的节圆半径；T为中间轴传递的转矩。 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。 图3.1 中间轴轴向力的平衡 斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围内选用： 商用车中间轴式变速器为 20～30° 初选的螺旋角=25 3.4.4 齿宽b 应注意齿宽对变速器的轴向尺寸，齿轮工作平稳性，齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度均有影响。 考虑到尽可能的减少质量和缩短变速器的轴向尺寸，应该选用较小的齿宽。减少齿宽会使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，还会使工作应力增加。使用宽些的齿宽，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并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数m的大小来选定齿宽。 直齿：b=m， 为齿宽系数，取为4.5~8.0 取=6 斜齿：b=，取6.0~8.5 ，取=6 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。 直齿 b==63=18mm 斜齿 b==63=18mm 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0.75～0.80的短齿制齿轮。 在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为1.00。为了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大与1.00的细高齿。 3.4.6 变位系数的选择原则 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，有避免了其缺点。 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剂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。对于低挡齿轮，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，一对齿轮齿更总厚度越薄，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。 更据上述理由，为降低噪声，对于变速器中除去一档、二挡和倒挡以外的其他各挡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。 3.5 各挡齿轮齿数的分配 在初选中心距，齿轮模数和螺旋角以后，可更据变速器的挡数，传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。 图3.2 五挡变速器传动方案 3.5.1 确定一挡齿轮的齿数 一挡传动比 （3.9） 如果，齿数确定了，则与的传动比可求出，为了求，的齿数，先求其齿数和 直齿=2A/m （3.10） 斜齿=2A/ （3.11） 因为一挡用的是直齿轮，所以=2A/m=290/3=60 计算后取整，然后进行大小齿轮齿数的分配。中间轴上的一档小齿轮的齿数尽可能取小些，以便使/的传动比大些，在已定的情况下，/的传动比可分配小些，使第一轴常啮合齿轮的齿数多些，以便在其内腔设置第二轴的前轴承并保证轮轴有足够的厚度。考虑到壳体上的第一轴轴孔尺寸的限制和装配的可能性，该齿轮齿数又不宜取多。 中间轴上小齿轮的最少齿数，还受中间轴轴经尺寸的限制，即受刚度的限制。在选定时，对轴的尺寸及齿轮齿数都要统一考虑。商用车中间轴式变速器一挡传动比=5~6时，中间轴上一挡齿轮数可在15~17间取，货车在12~17间取。 因为=5.1取中间轴上一挡齿轮=14 输出轴上一挡齿轮=-=60-14=46 根据确定的中心距A求啮合角： =0.9397 得： ==故总变位 即为高度变位 根据齿数比u= 查得： 则 两齿轮分度圆仍相切，节圆与分度圆重合，合齿高度不变。 3.5.2 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，所以应根据和齿轮变位系数新计算中心距，在以修正后的中心距作为各挡齿轮齿数分配的依据。故修正后中心距A取90mm。. 3.5.3 确定常啮合传动齿轮副齿数及变位系数 求出传动比 （3.12） 而常啮合传动齿轮中心距和一档齿轮的中心距相等，即 A=/2 （3.13） 90=3（+）/2cos25 求得常啮合齿轮齿数为 =23 =34 核算 =4.85 在误差允许范围内 故可得齿轮1、2精确的螺旋角为18.2 凑配中心距 斜齿端面模数为3.158mm 啮合角 高度变位 根据齿数比 查得变位系数 故 3.5.4 确定其他各挡的齿数及变位系数 二挡齿轮是斜齿轮螺旋角与常啮合齿轮不同 （3.14） （3.15） 此外，从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下列关系式： （3.16） 联解上述三式，采用试凑法，当螺旋角为时，解（3.14）、（3.15）得： 求得二挡齿轮齿数为 ： 代入上式近似满足轴向力平衡 凑配中心距 正角度变位 斜齿面模数 啮合角 根据齿数比 查得变位系数 图3.3选择变位系数线路图 同理：三挡齿轮齿数 时近似满足轴向力平衡关系 凑配中心距 斜齿端面模数 啮合角 根据齿数比 查得变位系数 四挡齿轮齿数 时近似满足轴向力平衡关系 凑配中心距 斜齿端面模数 啮合角 根据齿数比 查得变位系数 3.5.5 确定倒挡齿轮齿数及变位系数 倒档齿轮选用的模数往往与一档相近，倒档齿轮的齿数一般在~23之间 初选 计算输入轴与倒档轴的中心距设 有中心距 圆整后取 为保证倒档齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮11和12的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙，故取满足输入轴与中间轴距离 假设当齿轮11和齿轮12啮合时中心距： ==88.5A且mm 故倒档轴与中间轴的中心距 根据中心距求啮合角 故 高度变位 根据齿数比 查得 3.6 本章小结 本章对变速器的档数、传动比的范围进行了介绍并根据自身设计选择了所涉及变速器的档数，结合相应的汽车参数计算出传动比的范围，对变速器齿轮的参数也做了合理的选择，并计算了各档的齿数分配情况，对中心距也做了重新的修正。 第4章 变速器的校核 4.1 齿轮的损坏形式 齿轮的损坏形式分三种：轮齿折断，齿面疲劳剥落，移动换挡齿轮端部破坏。 轮齿折断分两种：轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在变速器中出现的很少，后者出现的多。 齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这时存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。 用移动齿轮的方法完成换挡的抵挡和倒挡齿轮，由于换挡时两个进入啮合的齿轮存在角速度差，换挡瞬间在齿轮端部产生冲击载荷，并造成损坏。 4.2 齿轮强度计算 与其他机械行业相比，不同用途汽车的变速器齿轮使用条间仍是相似的。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，支承方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合金钢制作，采用剃齿和磨齿精加工 ，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度为JB179—83，6级 和7级。因此，用于计算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。下面介绍的是计算汽车变速器齿轮强度用的简化计算公式。 4.2.1 齿轮弯曲强度计算 (1)直齿轮弯曲应力 (4.1) 式中，为弯曲应力；为圆周力，；为计算载荷；d为节圆直径；为应力集中系数，可近似取=1.65；为摩擦力影响系数，主、从动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同，对弯曲应力的影响也不同：主动齿轮=1.1，从动齿轮=0.9；b为齿宽；t为端面齿距，，m为模数；y为齿形系数，如图6-1所示。 因为齿轮节圆直径d=，z为齿数，带入式(6-1)得 (4.2) 一挡从动齿轮 一挡主动齿轮 倒挡直齿轮作用弯曲应力在400~850N/mm 故直齿轮弯曲应力均符合要求 (2) 斜齿轮弯曲应力 (4.3) 式中，为圆周力，；为计算载荷；d为节圆直径， ，为法向模数；z为齿数；为斜齿轮螺旋角；为应力集中系数，=1.50；b为齿面宽；t为法向齿距，；y为齿形系数，可按当量齿数在图6-1中查得；为重合度影响系数，=2.0。 将上述有关参数代入式（6-3），整理后得斜齿轮弯曲应力为 (4.4) 四挡齿轮弯曲应力 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180～250范围。 符合要求。 图4.1 齿形系数图 （假定载荷作用在齿顶，） 4.2.2轮齿接触应力计算 轮齿接触应力 δ=0.418 (4.5) 式中，为轮齿的接触应力；F为齿面上的法向力， ；为圆周力，；为计算载荷；d为节圆直径；为节点处压力角，为齿轮螺旋角；E为齿轮材料的弹性模量；b为齿轮接触的实际宽度； 、为主、从动齿轮节点处的曲率半径，直齿轮 、，斜齿轮 ， ； 、为主、从动齿轮节圆半径。 一挡齿轮接触应力 δ=0.418 =1203.7 四挡齿轮接触应力 δ=0.418 =685.34 校核都在范围之内，符合要求 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4-1。 表4-1变速器齿轮许用接触应力 齿轮 ／ 渗碳齿轮 液体碳氮共渗齿轮 一挡和倒挡 1900--2000 950--1000 常啮合齿轮和高挡 1300--1400 650--700 变速器齿轮多数采用渗碳合金钢，其表层的高硬度与芯部的高韧性相结合，能大大提高齿轮的耐磨性及抗弯取疲劳和接触疲劳的能力。在选用钢材及热处理时，对切削加工性能及成本也应考虑。值得指出的是，对齿轮进行强力喷丸处理以后，齿轮弯曲疲劳寿命和接触疲劳寿命都能提高。齿轮在热处理之后进行磨齿，能消除齿轮热处理的变形；磨齿齿轮精度高于热处理前剃齿和挤齿齿轮精度，使得传动平稳、效率提高；在同样负荷的条件下，磨齿的弯曲疲劳寿命比剃齿的要高。 国内汽车变速器齿轮材料主要用20CrMnTi、20Mn2TiB、16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5。渗碳齿轮表