微型汽車手動變速器設(shè)計【含二維三維圖紙和說明書】

微型汽車手動變速器設(shè)計【含二維三維圖紙和說明書】,含二維三維圖紙和說明書,微型汽車,手動,變速器,設(shè)計,二維,三維,圖紙,以及,說明書,仿單 畢 業(yè) 設(shè) 計學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 題 目： CV6微型汽車變速器設(shè)計 指導(dǎo)教師： 評閱教師： 201 年 月摘 要汽車變速器裝置是汽車的傳動系統(tǒng)中最重要的部件，主要作用體現(xiàn)在汽車行駛的過程當(dāng)中。目前在汽車變速器裝置技術(shù)的發(fā)展,能夠去衡量一個國家汽車技術(shù)的真正水平，因此汽車傳動系統(tǒng)的靈魂可以說是變速器裝置。本課題的研究對象是手動的汽車變速器裝置，通過CV6微型汽車的變速器為基礎(chǔ)研究依據(jù)，對其變速器的基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分析，從而在動力匹配方面、機(jī)械設(shè)計以及機(jī)械強(qiáng)度方面實現(xiàn)變速器計算，最后通過方案對比確定設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)，通過計算機(jī)軟件處理使用AutoCAD繪圖軟件繪制汽車變速器的二維設(shè)計圖紙。汽車變速器裝置中關(guān)鍵部件的設(shè)計與計算是設(shè)計變速器的重難點，主要包括的方面有以下幾個方面：結(jié)構(gòu)分析方面、方案確定方面、計算和校核等。其中結(jié)構(gòu)的分析是對零部件的設(shè)計與計算，從機(jī)械式變速器的中心矩的計算、各檔的齒輪需求參數(shù)的計算、傳動比的計算還有以及輸入輸出軸的設(shè)計來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析，實現(xiàn)零部件的設(shè)計。在方案確定的時候，通過對倒檔軸和換擋的機(jī)構(gòu)有效進(jìn)行分析與選型實現(xiàn)。在校核計算方面，是通過前面的齒輪裝置的設(shè)計和軸裝置的設(shè)計等來進(jìn)行零部件的校核的。關(guān)鍵詞 手動變速器 動力匹配 結(jié)構(gòu)分析 機(jī)械強(qiáng)度67畢業(yè)設(shè)計說明書AbstractThe automobile transmission is the most important part of the automobile transmission system, and its main function is reflected in the vehicle driving process.At present, the development of automobile transmission technology can measure the true level of automobile technology in a country, so the soul of automobile transmission system can be said to be a kind of transmission device.The research object of this subject is manual vehicle transmission, which is based on CV6 transmission.The basic parameters and structure of the transmission are analyzed reasonably, and the power matching, mechanical design and transmission calculation of the square of mechanical strength are realized.Finally, the plan was adopted.The overall structure of the design is determined by comparison.The two-dimensional drawings of automobile transmission are drawn by computer software processing and AutoCAD drawing software.Design and calculation of key components, the design and calculation of automobile transmission device is the most important difficult transmission, including the following aspects: structural analysis, scheme determination, calculation and verification, analysis of the design and calculation of structural components, calculation of the center moment of mechanical transmission, calculation and design of the transmission ratio required by each gear wheel and gear parameters. The input and output axes are analyzed. Realize the design of parts. When deciding the scheme, the shift mechanism is effectively analyzed and selected. In checking computations, parts are inspected through the design of front gear set and shaft device.Key Words Manual transmission Power matching Structure analysis Mechanical strength目錄第1章 緒 論41.1概述41.2機(jī)械變速器發(fā)展的歷程41.2.1機(jī)械傳動系的發(fā)展歷程41.2.2汽車自動變速器的結(jié)構(gòu)特點51.2.3國內(nèi)外變速器現(xiàn)狀61.3 選題的意義71.4 研究的基本內(nèi)容81.5 研究步驟及方法101.6變速器的功用及要求10第2章 變速器總體傳動方案的確定112.1 布置結(jié)構(gòu)分析112.2 設(shè)計方案的確定122.2.1 齒輪方案122.2.2 軸承方案122.2.3 換擋機(jī)構(gòu)方案13第3章 變速器主要參數(shù)的設(shè)計133.1 檔位數(shù)的確定133.2 各檔傳動比的確定133.2.1 最大傳動比的確定133.2.2 確定其他各檔傳動比143.3 中心距153.4 輪廓尺寸153.5 齒輪的設(shè)計和計算153.5.1 模數(shù)計算153.5.2 壓力角計算163.5.3 螺旋角的設(shè)計163.5.4 齒寬的計算163.6 變位系數(shù)的確定17第4章 齒輪的設(shè)計計算與校核174.1 齒輪的設(shè)計與計算174.1.1 各擋齒輪齒數(shù)的分配174.1.2 齒輪材料的選擇264.1.3轉(zhuǎn)矩的計算264.2 輪齒的強(qiáng)度分析274.2.1 輪齒的失效模式274.2.2 輪齒彎曲強(qiáng)度計算274.2.3 輪齒的接觸應(yīng)力的計算31第5章 軸及附件的設(shè)計與校核355.1 軸的設(shè)計計算355.1.1 工藝參數(shù)355.1.2 結(jié)構(gòu)分析365.1.3 軸的直徑計算365.1.4 軸的強(qiáng)度計算365.2 軸承的選擇及校核405.2.1 輸入軸的軸承選擇與校核405.2.2 輸出軸軸承校核42第6章 同步器的設(shè)計446.1 同步器的結(jié)構(gòu)分析446.2 同步器的工作原理456.3 同步器主要參數(shù)的計算456.3.1 摩擦系數(shù)456.3.2 同步環(huán)尺寸的計算456.3.3 鎖止角的計算466.3.4 同步時間的計算46第7章 變速器操縱機(jī)構(gòu)及箱體的設(shè)計467.1 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計467.1.1變速器操縱機(jī)構(gòu)的要求467.1.2 變速器操縱機(jī)構(gòu)分析477.2 箱體的設(shè)計48總 結(jié)48致 謝49參 考 文 獻(xiàn)50第1章 緒 論1.1 概述汽車變速器的發(fā)展前后經(jīng)過鏈?zhǔn)絺鲃臃绞降淖兯倨鞯烬X輪式傳動的手動變速器,再到目前采用機(jī)械液力方式實現(xiàn)的自動變速器，還有電控機(jī)械式的自動變速器，這些變速器的發(fā)展前前后后經(jīng)歷了大約100多年之久。無論是使用的哪種類型作為傳動的汽車變速器，這都是汽車的傳動系統(tǒng)中十分重要的部件，汽車變速器主要作用體現(xiàn)在汽車行駛的過程當(dāng)中。因此汽車傳動系統(tǒng)的靈魂可以說是變速器裝置。1.2 機(jī)械變速器發(fā)展的歷程1.2.1 機(jī)械傳動系的發(fā)展歷程 工程機(jī)械傳動系的發(fā)展歷程與主機(jī)的發(fā)展是同步的。以 為例,其傳動系皆從拖拉機(jī)、汽車傳動系演變而來。20世紀(jì)60年代初, 的特征結(jié)構(gòu)形式已基本定型,其傳動系的型式格局也隨之框定,小型機(jī)多采用機(jī)械式傳動,中型和大型 采用動力換擋(液力機(jī)械或全液壓傳動)，超大型 (礦山開挖)采用電拖動及電動輪方式(如美國馬拉松公司的產(chǎn)品). 其中,液力機(jī)械傳動的發(fā)展有兩種流派,一是以克拉克為代表的定軸式,產(chǎn)品強(qiáng)度高、可靠、耐用;另一類是以卡特彼勒為代表的行星式。采埃孚是專業(yè)車橋制造商,前期也長期生產(chǎn)行星式變速器,結(jié)構(gòu)與卡特彼勒相似。主要分為四類：(1)機(jī)械變速器 :由變矩器、換擋離合采用變矩器來完器、多組傳比不同的齒輪副、操縱機(jī)出的轉(zhuǎn)速和扭矩機(jī)械變構(gòu)、變速閥、變速泵器(PS)殼體等組成.(2)液力機(jī)械變速器：由液壓泵、閥、液壓液壓泵接受動馬達(dá)、驅(qū)動箱等組成液壓泵接受動力,輸出液壓動力油,通過閥控制液壓馬達(dá)變速、變矩?？赏鈳ж?fù)荷換擋變速器,實現(xiàn)無級變速以及少檔變速。(3)電驅(qū)傳動裝置：由發(fā)電機(jī)由內(nèi)傳電控盒、電動機(jī)置驅(qū)動箱等組成。(4)靜液壓傳動裝置：由液壓泵、閥、液壓馬達(dá)、驅(qū)動箱等組成。1.2.2汽車自動變速器的結(jié)構(gòu)特點 自動變速器按傳動方式可分為電控機(jī)械式有級自動變速器，電控液力機(jī)械式有級自動變速器，電控機(jī)械式無級自動變速器三大類。電控機(jī)械式有級自動變速器是在傳統(tǒng)的手動式平行軸齒輪變速器的基礎(chǔ)上，設(shè)置一套能控制離合器和變速器的電控液壓操縱系統(tǒng)，由摩擦片式離合器、平行軸式齒輪變速器、電控液壓操縱系統(tǒng)組成。它不僅保留原平行軸式齒輪變速器的優(yōu)點（傳動效率高、制造工藝成熟等），而且還具有操縱簡單，變速平穩(wěn)，傳動效高，整車動力性、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點。(如圖1)液力機(jī)械式有級自動變速器由鎖止式液力變矩器、齒輪變速器、電控液壓操縱系統(tǒng)等組成。由于在發(fā)動機(jī)與變速齒輪之間設(shè)置了液力變矩器，此類變矩器具有液力傳動和齒輪傳動等各項優(yōu)點。液力變矩器有多種類型，常用的是三元件單級二相式液力變矩器。由于液力變矩器的泵輪和渦輪之間存在轉(zhuǎn)速差和液力損失，其效率不如機(jī)械式變矩器，因此，絕大多數(shù)液力變矩器設(shè)置了鎖止裝置。機(jī)械式無級變速器多采用傳動帶傳動，它主要通過改變主、從動帶輪的工作半徑來改變傳動比，實現(xiàn)無級變速。它主要由行星齒輪機(jī)構(gòu)（實現(xiàn)前進(jìn)和倒檔轉(zhuǎn)換）、輔助減速齒輪、傳動鏈輪機(jī)構(gòu)和電控液壓操縱系統(tǒng)組成。油泵及閥體（一個手控閥、 1 個液壓閥、 . 個電磁閥）、傳感器及電子控制器 ,- 都安裝在變速器內(nèi)（傳感器等器件不能直接進(jìn)行檢測，只能用自診斷插口），驅(qū)動橋與變速器組合形成無級自動變速驅(qū)動橋。1.2.3國內(nèi)外變速器現(xiàn)狀國產(chǎn) 主要采用以下3種變速器。占主導(dǎo)地位的變速器是:雙渦輪4元件變矩器+2進(jìn)1退行星式變速器。高檔 中主要是采用德國ZF公司(進(jìn)口或柳州合資生產(chǎn))的變速器:單渦輪3元件變矩器+4進(jìn)3退定軸式變速器。部分 廠家或部分產(chǎn)品采用的國產(chǎn)變速器:單渦輪3元件變矩器+4進(jìn)4退,4進(jìn)2退或3進(jìn)3退定軸式變速器。而國內(nèi) 所采用動力換檔變速箱現(xiàn)普遍仍為手動變速換檔。只有上海同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院研究開發(fā)一種適合前進(jìn)46檔的變速箱的電控變速系統(tǒng)(帶控制器),在國內(nèi)一 廠家的 上小批使用,但尚不能實現(xiàn)自動變速功能。近年來，我國各大工程機(jī)械廠家先后開發(fā)了9 t級、10 t級，以及更大噸位的輪式 ，選用的都是zF或DANA的電液控制動力換擋變速器。目前，對于功率大于250 W的電液控制動力換擋變速器，我國各大工程機(jī)械廠商對進(jìn)口商品依賴嚴(yán)重。但在17年，天津工程機(jī)械研究院有限公司生產(chǎn)出了300w的 用動力換擋變速器，其技術(shù)性能與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)，滿足9t級 工作要求。 國產(chǎn)車發(fā)動機(jī)最早用的基本都是合資技術(shù)，以三菱最具代表性，現(xiàn)在很多國產(chǎn)二三線品牌有的車還在使用這套技術(shù)，當(dāng)然是經(jīng)過升級和改良之后的三菱，但核心技術(shù)還是當(dāng)年三菱的技術(shù)?，F(xiàn)在國產(chǎn)一線品牌基本都推出了自己的發(fā)動機(jī)，比如長安、長城、比亞迪、奇瑞、吉利、一汽等。綜合用車數(shù)據(jù)、修理廠數(shù)據(jù)以及維修技師口述，現(xiàn)在的國產(chǎn)發(fā)動機(jī)基本30萬公里不用大修，所以國產(chǎn)發(fā)動機(jī)的表現(xiàn)還是不錯的。對于變速箱來說，之前國產(chǎn)只有手動變速器?，F(xiàn)在就以比亞迪為例，推出了國產(chǎn)的DCT雙離合變速器，雖然推出之初會存在這樣那樣的毛病，但隨著用戶反饋和廠家改進(jìn)，現(xiàn)在穩(wěn)定性也在逐步提高。正常情況下手動變速箱穩(wěn)定性比較高，出現(xiàn)問題的頻率比較低。自動變速箱如果保養(yǎng)得當(dāng)，基本問題也不大。1.3 選題的意義隨著我國人民收入的高速增長，越來越多的平民百姓成了有車一族，但汽車數(shù)量的給城市交通系統(tǒng)帶來了日益嚴(yán)重的壓力，越來越多的市民遇到了交通堵塞和停車?yán)щy的問題。而微型汽車有低價格、少能耗、小巧玲瓏、經(jīng)濟(jì)實用的特征,在城市較窄的道路開起來非常靈活方便，其性能和價格也符合我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和廣大人民群眾購買能力的基本國情,因而受到用戶的青睞,在我國汽車市場上獲得迅猛發(fā)展。許多已經(jīng)有車的市民在經(jīng)濟(jì)狀況允許的情況下也會選擇購買一輛用于短途行駛（比如去擁堵的市場買菜等）。 現(xiàn)在新能源汽車的蓬勃發(fā)展也為微型汽車市場帶來了第二個春天。電池技術(shù)的進(jìn)步，也使得純電動汽車的續(xù)航里程不斷提高，在城市通勤這一用車場景下，微型電動車的“里程焦慮”得到緩解。統(tǒng)計顯示，城市人群絕大多數(shù)日行駛里程為30-50公里，50公里以上不到30%，30公里以下在30%。以7月份A00級車熱門的奇瑞eQ1為例，平均100-200公里的續(xù)航里程，完全可以滿足人們的日常出行。此外，在政策引導(dǎo)下，汽車消費(fèi)觀點也在變化，能環(huán)保與使用經(jīng)濟(jì)性也成為消費(fèi)者關(guān)心的重要點，微型純電動車在享受國家政策優(yōu)惠后，購車和用車成本都較低。消費(fèi)者對輕出行、快停車、低成本、強(qiáng)便捷的需求，正在倒逼企業(yè)推出更多、更好的微型純電動車，全國乘用車市場信息聯(lián)席會秘書長崔東樹對汽車大全表示，“A00級純電動車市場潛力巨大。低成本、便利性強(qiáng)成為影響消費(fèi)者購買的重要因素。” 在新能源微型汽車不斷發(fā)展的今天，為汽車心臟的發(fā)動機(jī)設(shè)計一款性能強(qiáng)又經(jīng)濟(jì)得變速器也顯得尤為重要。1.4 研究的基本內(nèi)容熟悉汽車變速器的基本工作原理，對變速器各個結(jié)構(gòu)及其功能有一定了解。在給出發(fā)動機(jī)質(zhì)量，功率以及汽車最大行駛速度的前提下，分析其可行方案后結(jié)合參考資料設(shè)計出一款cv6型微型汽車的變速器。1）變速器 相較于傳動比固定不變的減速器，變速器在許多情況下,機(jī)器需要在工作過程中根據(jù)不同的要求隨時改變速度,如汽車要根據(jù)具體情況改變行駛速度;機(jī)床要根據(jù)被加工零件的具體情況調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速以達(dá)到最有利的切削速度。變速器就是能隨時改變傳動比的傳動機(jī)構(gòu)一般是一臺機(jī)器整個傳動系統(tǒng)的一部分,很少作為獨(dú)立的傳動裝置使用,所以也常稱其為變速機(jī)構(gòu)。變速器可分為有級變速器(或分級變速器)和無變速器兩大類。前者的傳動比只能的設(shè)要求通過操縱機(jī)構(gòu)分級進(jìn)行改變:而后者的傳動比則可在設(shè)計預(yù)定的范圍內(nèi)無級地進(jìn)行改變。計算星輪變速器的傳動比時，可以將其按單排 2K- H輪系進(jìn)行分解 , 得到系統(tǒng)聯(lián)系圖（下圖左邊為結(jié)構(gòu)圖，右為系統(tǒng)聯(lián)系圖） , 然后根據(jù)該圖建立運(yùn)動分析和力矩分析的數(shù)學(xué)模型并求解 , 概念清晰 ,易于理解 , 還宜用計算機(jī)程序來進(jìn)行分析與計算。用C A D 技術(shù)對行星變速器進(jìn)行傳動簡圖設(shè)計，在判斷傳動方案的構(gòu)件干涉中，運(yùn)用“判斷干涉原理” ，采用 “標(biāo)記矩陣 ”的數(shù)字信息，輸入計算機(jī)進(jìn)行判斷，在型號為 8086的C P U 微 機(jī)上計算，通常只需十幾秒即可完成傳動方案簡圖設(shè)計，若需打印所有信息，一般需 2分鐘時問左右。如果接上優(yōu)化 設(shè)計程序 ，可直接時可行方案中行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。2）傳動系齒輪強(qiáng)度校核計算對于載荷變化很大的 ，在傳動系的齒輪設(shè)計中，一般不使用穩(wěn)定載荷的齒輪彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度計算公式，而使用更為簡潔的汽車齒輪設(shè)計專用的彎曲強(qiáng)度校核。在 傳動系的齒輪計算 中經(jīng)常遇到按公式計算的應(yīng)力值大于許用應(yīng)力值 ，而 齒輪在實際使用中并沒有產(chǎn)生相應(yīng)的損壞。實踐中，應(yīng)該根據(jù)齒輪損壞機(jī)理把計算分成兩部分。 傳動系統(tǒng)的齒輪可能在承受尖峰載荷時，彎曲應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限而破壞，因此根據(jù)尖峰載荷校驗靜強(qiáng)度 ；但齒輪多因為疲勞而破壞 ，因此需根據(jù)計算載荷校驗疲勞強(qiáng)度。3) 變速器箱體結(jié)構(gòu)的疲勞分析速器內(nèi)的齒輪軸通過軸承與變速器箱體相連，將激勵傳遞到變速器箱體之上。箱體承受系統(tǒng)激勵產(chǎn)生的動態(tài)響應(yīng)具有多種耦合效應(yīng)，會影響箱體結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。因此如何獲取箱體動態(tài)激勵并進(jìn)行響應(yīng)計算成了變速器研究領(lǐng)域的關(guān)鍵之一。國外普遍使用統(tǒng)計法對得到的應(yīng)力譜進(jìn)行壽命預(yù)估，而國內(nèi)學(xué)者多采用靜態(tài)評估方法。由疲勞相關(guān)特性知，如果時間不斷變化，即使應(yīng)力值小于強(qiáng)度要求也會造成振動疲勞破壞。設(shè)計時應(yīng)考慮齒輪、軸系及變速器箱體柔性的結(jié)構(gòu)動力學(xué)耦合分析模型，對變速器箱體進(jìn)行動態(tài)響應(yīng)計算，然后采用樣本法對危險區(qū)域進(jìn)行疲勞壽命預(yù)估。4）變速閥仿真設(shè)計對于依靠人力換檔的變速箱，換檔過程的平穩(wěn)性主要由駕駛員的操縱動作來控制；對于依靠動力換檔的變速箱，則主要由液壓操縱系統(tǒng)來控制。為改善操控性，大多采用動力換檔變速箱采用 SimulationX 軟件。1.5 研究步驟及方法(1)查閱和收集CV6微型汽車和變速器等方面的資料了解熟悉變速器的功能與結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容。(2)分析其可行的原理方案根據(jù)技術(shù)參數(shù),計算出變速器的主要結(jié)構(gòu)尺寸。(3)齒輪副及其軸設(shè)計按照機(jī)械設(shè)計的軸計算公式設(shè)計軸，按照汽車專業(yè)計算公式完成變速器齒輪副的設(shè)計。(4) SimulationX 軟件進(jìn)行變速閥仿真設(shè)計首先要分析確定系統(tǒng)中獨(dú)立運(yùn)動的部件；其次要確定各獨(dú)立運(yùn)動部件的壓力作用區(qū)域以及各獨(dú)立運(yùn)動部件的過流面積；最后根據(jù)實際結(jié)構(gòu)搭建模型。(5)變速器箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計首先確定該微型汽車手動變速器的設(shè)案，包括齒輪和軸的總布置形式、換檔操縱機(jī)構(gòu)及檔位布置形式等。 (6)變速泵設(shè)計 先根據(jù)變速箱需求進(jìn)行理論排量設(shè)計，設(shè)計轉(zhuǎn)子時可考慮限制條件后選擇線型再修型，根據(jù)排量等參數(shù)對排油腔進(jìn)行設(shè)計。最后為各個部位合適的選擇材料。(7)汽車離合器設(shè)計1.6變速器的功用及要求變速器是通過將汽車發(fā)動機(jī)提供的能量傳遞給汽車的車輪，主要功能和作用包含一下三個方面是： （1）為了能夠適應(yīng)各種路況的變化，常常換擋的方式以此來改變傳動比使轉(zhuǎn)矩改變，這樣驅(qū)動輪的工作有效范圍就被擴(kuò)大了，這就使汽車可以工作在最有利的工作狀況下，發(fā)揮變速器最佳的性能； （2）為了能夠讓汽車可以實現(xiàn)倒退行駛，又因為發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)不會改變旋轉(zhuǎn)方，所以變速器如果要實現(xiàn)汽車的這一項功能，可通過改變輸出軸的轉(zhuǎn)向從而實現(xiàn)； （3）在變速器換擋以后，汽車要保證正常行駛和平穩(wěn)起步。此外對變速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的工作性能主要的要求包含以下三個方面是： （1）設(shè)計需要考慮汽車的動力性與經(jīng)濟(jì)性，能夠考慮到汽車其形式過程中會遇到的各種工作情況，特別是在安全性上也要嚴(yán)格滿足； （2）對于設(shè)計使用的材料要經(jīng)過嚴(yán)格的最佳的熱處理方式進(jìn)行處理，這樣可以提高效率，同時延長使用的時間，在選擇使用的齒輪的傳動方式要合理，變位系數(shù)的選擇也要正當(dāng)；（3） 此外變速器在外形的尺寸、制造使用的成本、使用起來維修能夠方便、工作的性能要可靠等也要嚴(yán)格滿足使用要求2。 表1-1 變速器基本參數(shù)本設(shè)計使用的參數(shù)完全匹配CV6微型汽車MT變速器，設(shè)計中所采用的基本參數(shù)如下表1-1：在完成汽車手動變速器設(shè)計的設(shè)計之際，可綜合運(yùn)用汽車設(shè)計、機(jī)械制圖等課程的知識。同時還掌握汽車變速器的基本設(shè)計方法和步驟，對今后工作有很大的幫助。第2章 變速器總體傳動方案的確定2.1 布置結(jié)構(gòu)分析本設(shè)計主要采用的是弧齒錐齒輪，對于發(fā)動機(jī)的布置方式采用縱置，對于倒檔的方面采用滑動的直齒輪，在其他的檔位傳動主要采用常嚙合斜齒輪，所以最終確定的方案可以通過圖2-1知道。2.2 設(shè)計方案的確定2.2.1 齒輪方案直齒圓柱齒輪與斜齒圓柱齒輪是現(xiàn)在變速器中最常采用的兩種方式。這兩種方式的對比如下表方式特點直齒圓柱齒輪使用壽命較長；工作噪聲也比較低；工作運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)上也十分緊湊斜齒圓柱齒輪加工制造工藝相對復(fù)雜；旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生軸向力；軸承的使用壽命也比較短因為實際使用時考慮到變速器對齒輪受力的頻繁，而且齒輪的轉(zhuǎn)速也比較高，所以考慮在本設(shè)計中采用的變速器為直齒圓柱齒輪。2.2.2 軸承方案在使用變速器時都會用的到軸承。常用的軸承主要有圓柱型的滾子軸承、圓錐型的滾子軸承、球型的軸承、滾針式的軸承等。但該采用何種軸承，這主要由使用在哪個部位決定，同時還要結(jié)合結(jié)構(gòu)能夠承受的載荷最終才能決定。在本設(shè)計中考慮到力學(xué)因素所以變速器在的前端采用圓柱型的滾子軸承，在輸出軸的末端常采用深溝式的球型軸承8。圓錐型的滾子軸承一般使用在受力面積比較大，需要高負(fù)載，和工況比較復(fù)雜的部位。滾針式的軸承因為具有摩擦損失比較小、傳動效率也比較高等特點，所以大多數(shù)用在有相對運(yùn)動的不是固定連接的零件之間。2.2.3 換擋機(jī)構(gòu)方案變速器換擋機(jī)構(gòu)的形式主要有三種，分別是嚙合套換擋、滑動齒輪換擋，還有同步器換擋 9。在汽車手動變速器設(shè)計中擬采用同步器換擋，因為其具有換擋無沖擊還可減輕操作強(qiáng)度，在安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性方面也十分突出，。第3章 變速器主要參數(shù)的設(shè)計3.1 檔位數(shù)的確定如果要提高汽車的動力性同時降低燃油的經(jīng)濟(jì)性的話，那么增加換擋數(shù)是一個十分直接有效的方法，它可以是傳動比擴(kuò)大范圍，一般的變速器有320個檔位數(shù)?？墒窃黾訐Q擋數(shù)的話對于變速器的結(jié)構(gòu)要求就會變得十分的復(fù)雜，需要的常嚙合齒輪裝置也會變的非常多，而且外形尺寸也將會增加不少，也將會使操縱機(jī)構(gòu)變得十分復(fù)雜，這對于駕駛員來說增加了不小的負(fù)擔(dān)，所以也并不是換擋數(shù)越多就一定會越好，考慮到多種因素在設(shè)計中的汽車變速器擬采用五個檔位的變速器。3.2 各檔傳動比的確定3.2.1 最大傳動比的確定 一檔傳動比在汽車變速器中是最大傳動比，所以設(shè)計時需要根據(jù)公式計算最大的爬坡度。這樣才能夠使汽車在爬坡過程中平穩(wěn)，克服各種意想不到的狀況。所以通過公式計算有：式中個變量對應(yīng)名稱和所取數(shù)值見下表名稱符號數(shù)值單位車重G16856N發(fā)動機(jī)的最大扭矩155主減速器傳動比4.444-傳動系效率97%-車輪平均半徑0.3m滾動阻力系數(shù)0.02-爬坡度16.7度（）根據(jù)公式（3.1）將數(shù)值帶入計算知道10.192此外還需（3.2）要滿足一些附加的條件，如式（3.2： 其中是地面的附著系數(shù)，所取數(shù)值是0.8；在設(shè)計時還需要考慮車輪對地面的載荷，主要時計算汽車在滿載狀況下靜止在水平面時的載荷，??；根據(jù)公式（3.1）將數(shù)值帶入計算知道。綜合以上的計算分析可以知道；又因為，所以可以指知道，考慮到綜合因素取。通過設(shè)計的基礎(chǔ)要求知道發(fā)動機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，所以這樣才能夠滿足設(shè)計的要求。3.2.2 確定其他各檔傳動比在變速器的設(shè)計中，可以使用等比數(shù)列形式進(jìn)行分配各擋位傳動比12： （3.3）式中：各擋傳動比的公比；由式3-3可知其他各擋為：傳動比符號數(shù)值一檔3.455二檔1.944三檔1.286四檔五檔3.3 中心距考慮到中心距對于變速器的重要性，所以在中心間距A的確定上十分謹(jǐn)慎，因為這對變速器的輪廓尺寸和質(zhì)量大小都有十分重要的影響，而且還會影響與輪齒的接觸強(qiáng)度。所以為了能夠滿足設(shè)計的要求，本設(shè)計根據(jù)擬采用A=71mm。3.4 輪廓尺寸根據(jù)之前變速器的換擋數(shù)和齒輪結(jié)構(gòu)，以及中心間距等因素，綜合考慮在不影響結(jié)構(gòu)外觀等多種狀況的條件下，本課題所設(shè)計的變速其擬采用五檔變速器的軸向尺寸是372=216mm。3.5 齒輪的設(shè)計和計算3.5.1 模數(shù)計算如果想要選擇比較的小的模數(shù)來滿足使用設(shè)計的要求，那么需要在先確定中心距的前提下才可以，這樣考慮設(shè)計的齒輪才能保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，降低運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的噪聲。若想要設(shè)計的變速各方面都達(dá)到最優(yōu)，需要從工藝設(shè)計方面和齒輪強(qiáng)度兩個方面入手，首先就是擋齒輪的模數(shù)在選擇使用時要相同；強(qiáng)度要保持一致。本次設(shè)計擬采用漸開線形式的齒輪。這樣有利于換擋等操作，其具體可通過表3-1和3-2所示知道：表3-1汽車變速器齒輪法向模數(shù)車型類型單位模數(shù)單位乘用車的發(fā)動機(jī)1.0V1.6L2.252.75mm1.6V2.5L2.753.00mm貨車的最大總質(zhì)量 6.014t3.504.50mm14.0t4.506.00mm表3-2汽車變速器常用齒輪模數(shù)系列齒輪模數(shù)/mm一系列1.001.251.502.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.753.253.503.754.505.50由以上數(shù)據(jù)可知知道擬采用的變速器的模數(shù)大致范圍在2.25mm2.75mm之間。同步器的模數(shù)大致范圍在2.0mm2.75mm之間。3.5.2 壓力角計算標(biāo)準(zhǔn)壓力角可通過在機(jī)械設(shè)計手冊中相關(guān)規(guī)定查找，所以汽車手動變速器設(shè)計中擬采用的壓力角度是20，而變速器中的結(jié)合同步器的齒壓力角度是3016。3.5.3 螺旋角的設(shè)計綜合考慮齒輪的重合度、以及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的噪聲，還有要考慮齒輪輕度的增強(qiáng)，所以在設(shè)計時要把這些全部囊括在內(nèi)，因為齒輪的螺旋角對于輪齒的應(yīng)用強(qiáng)度影響巨大。所以為了減輕軸承的負(fù)荷和提高系統(tǒng)設(shè)計的使用壽命，本次設(shè)計擬采用的螺旋角度是203.5.4 齒寬的計算考慮到齒輪壽命收到齒寬b的影響，所以在設(shè)計時應(yīng)盡量縮小輪齒的寬度，但也要考慮其強(qiáng)度，所以設(shè)計的齒輪的寬度可以根據(jù)以上齒輪的模數(shù)來進(jìn)行設(shè)定，具體計算見下表：類型名稱計算依據(jù)為齒寬系數(shù)取值直齒4.58.0斜齒6.08.5所以綜合考慮擬采用接合齒的寬度是2mm。3.6 變位系數(shù)的確定齒輪的變位對于變速器至關(guān)重要，那么齒輪的變位設(shè)計主要是通過變位系數(shù)的計算來確定，齒輪變位又分為高度變位和角度變位，不管哪種變位的方式，變位系數(shù)的選擇總會直接影響到齒輪平穩(wěn)性、嚙合噪聲等。由于變速器工作設(shè)計的需要，在設(shè)計時會根據(jù)一檔的齒輪齒數(shù)為z1=1117,所以齒輪的變位系數(shù)取值，齒頂高系數(shù)也可根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊知道為1.0018。第4章 齒輪的設(shè)計計算與校核4.1 齒輪的設(shè)計與計算4.1.1 各擋齒輪齒數(shù)的分配一擋齒輪采用的是斜齒輪傳動，取其模數(shù)2.75，壓力的角度，螺旋角度=20，則這可計算知道一檔的傳動比值。 （4.1） 根據(jù)斜齒齒數(shù)和，可以計算出齒數(shù)、， （4.2） 因此可以知道的值是11， 的值是38?？紤]到安全性和穩(wěn)定性需要對中心距和螺旋角度修正處理，具體可根據(jù)公式計算： （4.3） (4.4)可以通過計算知道修正的螺旋角度。未變位中心距可以通過小表知道：名稱計算公式結(jié)果單位分度圓直徑32.325mm111.668mm未變位中心距71.995mm 但是實際使用時中心距發(fā)生了改變，所以為了還能夠滿足要求，中心距對一擋的齒輪副需要進(jìn)行變位處理，首先具體計算端面嚙合角和嚙合角 ：tan=tan/cos （4.5）cos= （4.6）帶入數(shù)值計算可知 ，。有以上計算出的數(shù)值可以求的變位系數(shù)和和當(dāng)量齒數(shù)與： （4.7） 此外取值 ，可以進(jìn)一步計算出一擋齒輪副的齒頂高和、齒根高和、齒頂圓直徑和、齒根圓直徑和以及齒全高h(yuǎn)： 式中： 、 式中： 在設(shè)計時采用斜齒輪作為二擋的齒輪，取模數(shù)數(shù)值2.5，壓力的角度，螺旋的角度，因此可以計算出二擋的傳動比數(shù)值和齒數(shù)之和： 同時取 ， ，這樣可以計算出修正的螺旋角度的值： 通過函數(shù)轉(zhuǎn)化求出其值 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)還可以計算出二擋的齒輪變位系數(shù)相關(guān)參數(shù)理論中心距、端面壓力角、端面嚙合角、當(dāng)量齒數(shù)和與變位系數(shù)之和： =72.003mm tan=tan/cos 此外取值 =-0.02，可以進(jìn)一步計算出二擋的齒輪的參數(shù)分度圓直徑和、齒頂高和、齒根高和、齒頂圓直徑和、齒根圓直徑和以及齒全高h(yuǎn)： 式中： ， 式中： =54.015mm 在設(shè)計時采用斜齒輪作為三擋的齒輪，取模數(shù)數(shù)值2.5，壓力的角度，螺旋的角度，因此可以計算出三擋的傳動比數(shù)值和齒數(shù)之和： =1.286 =同時取，這樣可以計算出三擋的齒輪變位系數(shù)參數(shù)理論中心距、端面壓力角、端面嚙合角、變位系數(shù)之和、當(dāng)量齒數(shù)和、分度圓直徑和、齒頂圓直徑和、齒根圓直徑和以及齒全高h(yuǎn)： tan=tan/cos 此外取值，可知： 式中： ， 式中： 在設(shè)計時采用斜齒輪作為四擋的齒輪，取模數(shù)數(shù)值2.5，壓力的角度，螺旋的角度，因此可以計算出四擋的傳動比數(shù)值和齒數(shù)之和： 同時取 ，則可以計算出修正的螺旋角度的數(shù)值： 由三角函數(shù)計算可以知道修正的數(shù)值這樣可以計算出四擋的齒輪變位系數(shù)參數(shù)理論中心距、端面壓力角、端面嚙合角、變位系數(shù)之和、當(dāng)量齒數(shù)和、分度圓直徑和、齒頂圓直徑和、齒根圓直徑和以及齒全高h(yuǎn)： tan=tan/cos 此外取值 可知： 式中： ， 式中： 在設(shè)計時采用斜齒輪作為五擋的齒輪，取模數(shù)數(shù)值2.5，壓力的角度，螺旋的角度，因此可以計算出四擋的傳動比數(shù)值和齒數(shù)之和： =0.80 =同時取 ，這樣可以計算出五擋的齒輪變位系數(shù)參數(shù)理論中心距、端面壓力角、端面嚙合角、變位系數(shù)之和、當(dāng)量齒數(shù)和、分度圓直徑和、齒頂圓直徑和、齒根圓直徑和以及齒全高h(yuǎn)： tan=tan/cos 此外取值 可知： 式中： ， 式中： 根據(jù)理論計算可以知道倒擋齒輪的模數(shù)，壓力角度時，取的值等于23后，可計算出輸入軸和倒擋軸的距離：在為兩齒輪齒頂圓之間加一定的間隙d主要是為了避免齒輪的相互干涉，取d的值等于0.5mm，則可計算出倒檔的齒頂圓直徑是： 安全考慮期間取的值等于38，這樣就可計算出倒擋軸距離輸出軸的中心距從而知道倒擋的傳動比的值 4.1.2 齒輪材料的選擇1、工作條件的要求 設(shè)計時主要考慮的方面有齒輪強(qiáng)度的要求、傳動裝置耐磨性的要求、材料選擇要求、結(jié)構(gòu)尺寸外形的要求，特別時對于工作性能中穩(wěn)定度、安全性，這幾個方面要求全部滿足，這樣才能保證設(shè)計出的變速器使用壽命長、安全有穩(wěn)定。2、合理選擇材料配對 在設(shè)計變速器的所有部件中，對于材料的使用要嚴(yán)格的把控，因為一點出現(xiàn)質(zhì)量問題將會造成十分大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)上的損失，所以說合理選擇材料的配對對于汽車變速器的設(shè)計至關(guān)重要，特別是在嚙合齒輪的選擇材料要求抗膠合性能要強(qiáng)，同時兩齒輪在選用時往往用不同型號的材料設(shè)計19。3、考慮加工工藝及熱處理工藝在設(shè)計變速箱的齒輪時擬采用時低碳鋼，其具體的工藝路線如下：4.1.3轉(zhuǎn)矩的計算由于設(shè)計使用的發(fā)動機(jī)的最大扭矩是，而且齒輪傳動的有效效率，離合器傳動的有效效率，軸承傳動的有效效率。因此可通過下表知道各個擋的最大扭矩：名稱計算公式計算結(jié)果單位輸入軸=147.31Nm輸出軸一擋483.718Nm輸出軸二擋272.167Nm輸出軸三擋180.044Nm輸出軸四擋135.663Nm輸出軸五擋112.003Nm倒擋268.340Nm231.310Nm4.2 輪齒的強(qiáng)度分析4.2.1 輪齒的失效模式汽車經(jīng)過長時間的工作，導(dǎo)致輪齒失效的原因主要有因為材料或者受力過大引起的折斷、工作時間長了齒面的磨損、塑性變形等因素20。具體的解決方案需要考慮到以上導(dǎo)致齒輪失效的因素，對于每個元件要進(jìn)行將加工，多余材料要選用合乎規(guī)格標(biāo)注的材質(zhì)，不然潛在的安全隱患什么可怕，不僅會帶來財產(chǎn)的損失，還有可能對駕駛員帶來生命的危險，所以馬虎不得。4.2.2 輪齒彎曲強(qiáng)度計算1、齒輪彎曲的計算首先要從倒檔直齒輪的彎曲應(yīng)力計算： 式中符號代表的含義件表名稱符號單位備注彎曲應(yīng)力MPa-理論載荷N.mm-應(yīng)力集中系數(shù)-摩擦力系數(shù)-主動齒輪取，從動齒輪取齒寬mm-模數(shù)-齒寬系數(shù)-倒檔取7.5齒形系數(shù)-公式計算的齒形系數(shù)圖見圖4-1所示。 由計算和設(shè)計手冊能夠知道，如果載荷達(dá)到理論計算值時，倒擋軸位置的齒輪彎曲應(yīng)力應(yīng)該在400MPa850之間20。 設(shè)倒擋位置的齒輪的彎曲應(yīng)力分別為 ，：，, 2.斜齒輪的彎曲應(yīng)力的計算 式中各個符號含義與取值見下表名稱符號單位備注理論載荷Nmm-法向模數(shù)mm-齒數(shù)-斜齒輪螺旋角度-應(yīng)力集中系數(shù)-齒形系數(shù)-可按當(dāng)量齒數(shù)在圖4-1查得；齒寬系數(shù)-取7.5重合度影響系數(shù)=2.0由計算和設(shè)計手冊能夠知道，只有許用應(yīng)力在180MPa350MPa范圍內(nèi)才可以滿足常嚙合齒輪的需求。（1）一擋齒輪彎曲應(yīng)力 、的計算 ， （2）二擋齒輪的彎曲應(yīng)力 、的計算 ， （3）三擋齒輪的彎曲應(yīng)力 、的計算 ， （4）四擋齒輪的彎曲應(yīng)力 、的計算 ， （5）五擋齒輪的彎曲應(yīng)力 、的計算 ，4.2.3 輪齒的接觸應(yīng)力的計算 式中各個符號含義見下表名稱符號單位備注理論載荷Nmm-輪齒的接觸應(yīng)力MPa-節(jié)圓的直徑mm-壓力角度-螺旋角度-齒輪材料的彈性模量MPa-齒輪嚙合寬度mm-主動齒輪的曲率半徑mm直齒輪、斜齒輪從動齒輪的曲率半徑mm主動齒輪的節(jié)圓半徑mm-從動齒輪的節(jié)圓半徑mm-如果=時，即輸入軸的理論載荷等于變速器齒輪最大載荷量的一半，則許用接觸應(yīng)力可在表4-1知道：表4-1變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力齒輪滲碳齒輪液體碳氮共滲齒輪一擋與倒擋的許用接觸應(yīng)力常嚙合齒輪與高擋的許用接觸應(yīng)力 所以可知通過計算知道彈性模量的值，齒的寬度可以使用公式計算。（1）一擋齒輪1，2的接觸應(yīng)力的計算， ， ， （2）二擋齒輪3，4的接觸應(yīng)力的計算，（3）三擋齒輪5，6的接觸應(yīng)力的計算，（4）四擋齒輪7，8的接觸應(yīng)力的計算，（5）五擋齒輪1，2的接觸應(yīng)力的計算，（6）倒擋齒輪11，12，13的接觸應(yīng)力的計算， 第5章 軸及附件的設(shè)計與校核5.1 軸的設(shè)計計算5.1.1 工藝參數(shù)現(xiàn)在設(shè)計變速器的材料主要是采用碳鋼和合金作為軸的材料。這兩種材料對比發(fā)現(xiàn)碳鋼的生產(chǎn)成本要比合金鋼的生產(chǎn)制造成本低很多，并且碳鋼在抗疲勞強(qiáng)度上也表現(xiàn)的十分優(yōu)秀，在熱處理方式上也比較簡單，所以本設(shè)計擬采用軸的材質(zhì)的作為軸工藝的材料，同時為了避免倒擋軸的磨損失效，在加工時需要在軸的表面進(jìn)行精加工處理操作。此外為了保護(hù)滑動齒輪能夠工作在十分優(yōu)越的性能，因此在輸入軸和輸出軸均采用滲碳、氰化等方式進(jìn)行熱處理。5.1.2 結(jié)構(gòu)分析軸的結(jié)構(gòu)主要從以下幾個方面考慮：一是從工藝方面進(jìn)行考慮，需要加工方便；二是從使用的方面進(jìn)行考慮，需要滿足強(qiáng)度的使用和承受載荷的能力。根據(jù)對比分析設(shè)計采用齒輪軸作為軸的生產(chǎn)設(shè)計的方式，結(jié)構(gòu)圖詳見圖5-1所示。 5.1.3 軸的直徑計算在變速器中由于傳動軸主要的強(qiáng)度設(shè)計只需按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計算，因此輸入軸的軸頸 =22.75126.164mm （5.1）輸出軸的軸頸 =23.34727.584mm = （5-2）K為經(jīng)驗系數(shù)，K=4.04.65.1.4 軸的強(qiáng)度計算 （5.2） （5.3） （5.4） 以上公式中的符號含義見下表：名稱符號單位備注齒輪承受的徑向力N齒輪承受的圓周力N彈性模量MPa=2.1105MPa慣性矩mm4對于實心軸，軸的直徑mm齒輪上的作用力距支座的距離、mm兩支座間的距離mm根據(jù)式（5.2）和式（5.3）可以計算出軸的全撓度。 （5.5）根據(jù)垂直面上的mm使用范圍和在水平面內(nèi)的mm使用范圍，再結(jié)合齒輪平面轉(zhuǎn)角的使用范圍可以計算出一檔的基本參數(shù)圓周力和、徑向力和、軸向力和。 ， , ,， 知道數(shù)值， ，可以計算出 = 輸出軸的剛度計算： =因為一擋的時撓度影響整個系統(tǒng)的安全，所以需要對輸入軸強(qiáng)度的校核計算。 1)豎直平面分析得 =2)水平平面分析得= 由第三強(qiáng)度定理計算得： 如圖5-2所示即為輸入軸的強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)。圖5-2輸入軸強(qiáng)度分析圖 因為一擋的時撓度影響整個系統(tǒng)的安全，所以需要對輸出軸強(qiáng)度校核。 1)豎直平面分析 得 = 2)水平平面分析 得 由第三強(qiáng)度定理計算得： 圖5-3輸出軸強(qiáng)度分析如圖5-3所示即為輸出軸的強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)。5.2 軸承的選擇及校核5.2.1 輸入軸的軸承選擇與校核由機(jī)械設(shè)計手冊可以知道一些據(jù)汽車變速器得要求，結(jié)合軸承工作得條件需求，還有軸頸直徑初選，基本確定輸入軸的軸承得型號為NUP204，查找資料可以知道其原型號為92204，此外通過查表可以知道代號NUP204軸承得參數(shù)： ， ，。由以上數(shù)據(jù)能夠知道軸承的計算預(yù)壽命長度為： 因為軸承得使用壽命對于汽車的使用壽命影響巨大，所以為了保險起見需要對其進(jìn)行校核計算：）、水平平面分析+=得， ）、內(nèi)部力分析，由查手冊知 ）、軸向力分析 因此軸的左側(cè)易放松，右側(cè)易被壓緊。）、