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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用摘要变速器是汽车传动系的重要组成部分,其进展无疑代表着汽车工业的进展,它的设计也是汽车设计的一个重要部分；本设计的任务是设计一台用于微型车上的三轴式刚性支承结构变速器,以使变速器结构更加紧凑、合理,承载才能大,满意匹配微车发动机之所需；本设计从后驱动变速器的总体方案开头,对传动系统的方案进行分析,档位的布置形式进行讨论分析,变速器基本参数的挑选,零部件结构方案的分析确定,同步器、操纵机构及箱体的设计选用；依据所配车型,结合上述参数,再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关学问,运算出相关的变速器参数并论证设计的合理性；
2、最终,用 AutoCAD 软件完成变速器装配图和零件图的绘制；设计三轴式刚性支承结构变速器,以进一步提升后驱动变速器的性能,增加后驱动微型车市场,满意不同层次的需求；关键词： 三轴式刚性支承；后驱动变速器；轴；齿轮；箱体；设计ABSTRACT Transmission is an important of automobile transmission system.Undoubtedly,it represents the development of the automobile industry,its design is also an important part of automo
3、tive design.The design mission is a three-axis rigid support transmission designing for micro car.The purpose is to enable the transmission has more compact and reasonable structure,carry capacity of large,meet the needs of mini-car engines. In this paper,from the beginning of the overall program of
4、 rear-wheel drive transmission,analyse the program of transmission system.Choose basic parameters of the 名师归纳总结 transmission,determine the structure of the program components,design the 第 1 页,共 30 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用synchronizer,manipulation of body and the box.Accor
5、ding to the model selection,combine these parameters and the related knowledge of Auto Design,Automotive Theory,Mechanical design ,calculate related parameters of transmission and prove the rationality of the design.Finally,achieve the assembly drawing and parts chart to use the soft ware of AutoCAD
6、. Design the three-axis rigid support transmission to upgrade the performance of rear-wheel drive transmission,increase the market of rear-wheel drive mini-cars,in order to satisfy the needs of different levels.Key words: Three-axis Rigid Support； Rear-wheel Drive Transmission； Axle ； Gear-wheel；名师归
7、纳总结 Box；Design第 2 页,共 30 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目 录摘要 Abstract 名师归纳总结 第 1 章 绪论 1 第 3 页,共 30 页1 1.1 课题的目的和意义 1.2 讨论现状 1 1.3 变速器的设计思想 2 1.4 讨论的主要工作内容 2 第 2 章 变速器设计的总体方案 4 4 2.1 设计依据 2.2 变速器传动机构布置方案 4 2.3 变速器基本参数的确定 5 2.3.1 挡数的确定 5 2.3.2 传动比的确定 5 2.3.3 变速器中心距的确定 7 2.3.4 变速器
8、轴向尺寸的确定 7 2.4 本章小结 7 第 3 章 主要零部件的设计及运算 8 8 3.1 齿轮的设计及校核 3.1.1 齿轮参数确定及各挡齿轮齿数安排 8 3.1.2 轮齿强度运算 14 3.1.3 变速器齿轮的材料及热处理 17 3.2 轴的设计及校核 17 3.2.1 初选轴的直径 17 3.2.2 轴的设计 18 3.2.3 轴的校核 21 3.3 轴承的选用及校核 26 3.3.1 变速器轴承型式的挑选 26 3.3.2 轴承的校核 26 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用名师归纳总结 3.3.3 轴承的润滑和密封
9、 29 第 4 页,共 30 页3.4 花键的校核 29 3.5 本章小结 30 第 4 章 变速器其他零件及机构的设计 31 31 4.1 同步器的设计及运算 4.1.1 锁环式同步器主要尺寸的确定 31 4.1.2 主要参数的确定 32 4.2 操纵机构的设计 33 4.3 变速器箱体的设计 34 4.4 本章小结 34 结论 35参考文献 36致谢 37 附录 38- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第 1 章 绪 论1.1 课题的目的和意义 变速器用来转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
10、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 有利的工况范畴内工作 1；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；变速器如采纳浮动式结构的齿轮轴,工作时会产生挠度；因 此,一方面降低了输出轴的刚性,另一方面造成了啮合齿轮啮合不良,致使齿轮强度 降低,增加了运转噪音,影响了整机的性能；为了近一步提升后驱动变速器的性能,增加后驱微型车市场销售份额,应当建立 一个适应发动机排量为 1.3 升的后驱动变速器新平台,以满意车厂和用户更高层次的 要求；设计方案力求实现：1）变速器结构更加紧凑、合理,承载才能较大,满意匹配发动机之所需；2）选挡、换挡轻巧、
11、敏捷、牢靠；3）同步器结构合理,性能稳固,有利于换挡； 主要采纳齿轮传动的降低原理,变速器内有多组传动比不同的齿轮副,汽车行驶时的换挡就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副工作；我国汽车工业采纳 CAD 技术,从无到有,至今已有十多年的历史；与其他机械 产品相比,汽车行业在运算机应用的投入比较多；各汽车厂纷纷引进软硬件并逐步建 立了运算机帮助系统； AutoCAD 在用户的心目中也变成了二维设计软件的缩影；1.3 变速器的设计思想依据发动机匹配的微型车的基本参数,及发动机的基本参数,设计能够匹配各项 的新型后驱动变速器；新型后驱动变速器应满意：1）发动机排量 1.3 升；2）五个前进挡,一个倒
12、档；3）输入、输出轴保证两点支承；4）采纳同步器,保证牢靠平稳换挡； 1.310 最大功率 km 606000r/min 底盘参数最大扭矩 N m 1023000r/min 驱动方式后轮驱动轮胎规格165/70 R13 整车尺寸及质量长*宽 *高mm 3725*1560*1895 轴距 mm 2350 总质量 kg 1580 整车性能参数整备质量 kg 1000 最高车速 km/h 135 6.3L/100km 最大爬坡度32% 注：其中, 165/70 R13 表示轮胎断面宽 故车轮滚动半径近似等于轮胎半径,为2.2 变速器传动机构布置方案B=165,扁平比 H/B=70, 轮辋直径 13i
13、n=330.2mm ,r=330.2/2+115.5=280.6mm ；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离合名师归纳总结 器的从动盘,而其次轴的末端经花键与万向节连接；如图2.1 所示；第 7 页,共 30 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 2.1 传动方案图变速器采纳三轴式刚性支承,能提高轴的刚度；第一轴后端经轴承支承在其次轴 前端的孔内,其次轴前端与常啮合主动齿轮做成一体,且保持两轴轴线在同始终线上,经啮合套将
14、它们连接后可得到直接挡；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其次轴直接输出,此时变速器的传动效率 高,可高达 90%以上,噪声低,齿轮和轴承的磨损削减；挡位高的齿轮采纳常啮合齿 轮传动,挡位低的齿轮不采纳常啮合齿轮传动,各挡位采纳同步器换挡 3；2.3 变速器基本参数的确定 2.3.1 挡数的确定 挡数的设置与整车的动力性和经济性有关；就动力性而言,增加变速器的挡数,能够增加发动机发挥最大功率邻近高功率的机会,提高了整车的加速与爬坡才能；就 燃油经济性而言,挡数多,增加了发动机在低油耗区工作的可能性,降低油耗；所以挡数设置为五档；2.3.2 传动比的确定
15、 1.确定主减速器传动比 依据 2.1）名师归纳总结 式中：最高车速, 135km/h；第 8 页,共 30 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 发动机最大功率下的转速,个人资料整理仅限学习使用6000r/min；r 车轮半径, 0.281m； 变速器最高挡传动比, 1.0； 变速器主减速比；由公式 2.1）得：=4.708；2.确定变速器一挡传动比 汽车爬陡坡时车速不高,空气阻力可忽视,就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：1：,就由最大爬坡度要求的变速器一挡传动比为 2.2）式中： m 汽车总质量, 1580kg；g重力加速度
16、, 9.8； 道路最大阻力系数,由于一般沥青或混凝土路面滚动阻力系数f=0.0180.020,故取f=0.019；最大爬坡度,故坡角,所以为 0.323； 驱动车轮滚动半径, 0.281mm； 发动机最大转矩, 102N m； 主减速比, 4.708；汽车传动系的传动效率,轿车可取0.90.92,应选为 0.9；由公式 2.2）得：；1：依据驱动车轮与路面的附着条件,求得变速器一挡传动比为 2.3）式中：汽车满载静止于水平路面时,驱动桥给地面的载荷,对于发动机前置后轮驱动的乘用名师归纳总结 车,满载时后轴占 50%55%,故取=55%mg；为0.6；第 9 页,共 30 页 道路的附着系数,运
17、算时取=0.50.6,应选, 见式 2.2）下说明；由公式 2.3）得：；最终取；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.确定其他挡传动比 由 于 汽 车 传 动 系 各 挡 的 传 动 比 大 体 上 是 按 等 比 级 数 分 配 的 , 且 =1,q为各挡公比,就,故；2.3.3 变速器中心距的确定 对于中间轴式变速器,是将中间轴与其次轴轴线之间的距离称为变速器中心距 3：A,初选中心距时,可依据下述体会公式运算 2.4）式中： 中心距系数,乘用车：=8.99.3,取=9.3； 发动机最大转矩, 102N m； 变速器一挡
18、传动比, 3.32；变速器传动效率,取 96%；由公式 2.4）得： A=63.95mm；乘用车变速器的中心距在 6080mm范畴内变化,圆整后得变速器中心距 A=70mm；2.3.4 变速器轴向尺寸的确定 变速器的轴向尺寸与挡位数、齿轮型式、换挡机构的结构型式等都有直接关系,设计初可依据中心距 A 的尺寸参照下式初选；乘用车变速器壳体的轴向尺寸为 2.4 本章小结3.03.4）A,取 3.2A=224mm；本章主要通过分析整车和发动机、底盘参数,对新型后驱动变速器的总体方案进 行确定；其中包括：变速器传动方案的布置,中心距的确定,挡位的设置,各挡传动 比的确定及轴向尺寸的确定等；通过确定变速
19、器的基本参数,便于其他零部件的设计 选用,为下一步的设计运算奠定基础；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第3章 主要零部件的设计及运算3.1 齿轮的设计及校核 3.1.1 齿轮参数确定及各挡齿轮齿数安排 1.模数 m 齿轮模数是一个重要参数,并且影响它的选取因素又很多,如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等；对于乘用车为了削减噪声应合理减小模数,乘用车和总质量 在 1.814.0t的货车为 2.03.5mm,取 m=2.5mm；2.压力角国家规定的标准压力角为,所以变速器齿轮普遍采纳的压力
20、角为；3.螺旋角选取斜齿轮的螺旋角,应当留意它对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影 响；螺旋角应挑选相宜,太小时发挥不出斜齿轮的优越性,太大又会使轴向力过大；轿车变速器齿轮应采纳较大螺旋角以提高运转平稳性,降低噪声；乘用车中间轴式变速器为,选；4.齿宽 b 齿宽的挑选既要考虑变速器的质量小,轴向尺寸紧凑,又要保证轮齿的强度及工作平稳性的要求,通常是依据齿轮模数来确定齿宽b；,其中为齿宽系数；变速器中一般倒挡采纳直齿圆柱齿轮 轮 =6.08.5；5.齿顶高系数=4.58.0；常啮合及其他挡位用斜齿圆柱齿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；一般齿
21、轮的齿顶高系数 6.各挡齿轮齿数的安排,为一般汽车变速器齿轮所采纳；安排齿数时应留意的是,各挡齿轮的齿数比应当尽可能不是整数,以使齿面磨损 匀称；1）确定一挡齿轮的齿数由于一挡采纳斜齿轮传动,所以齿数和=50,修正后得；齿轮的变位是齿轮设计中一个特别重要的环节,采纳变位齿轮,除为了防止齿轮产生 根切和凑配中心距以外,它仍影响齿轮的强度,使用平稳性、耐磨损、抗胶合才能及名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 齿轮的啮合噪声6；个人资料整理仅限学习使用凑配中心距；3.1；斜齿端面模数；啮合角,得故总变位系数,即为高度变位；
22、两齿轮分度圆仍相切,节依据齿数比查得：圆与分度圆重合,全齿高不变；一挡齿轮参数如表表 3.1 一挡齿轮基本参数序号运算工程运算公式1 端面压力角2 分度圆直径3 齿顶高4 齿根高5 齿顶圆直径6 齿根圆直径7 当量齿数8 齿宽此处删减 NNNNNNNNNNNNNNNN需要整套设计请联系q：99872184；对其次轴 3.9）选：中间轴式变速器的其次轴与中间轴的最大直径 d 可依据中心距 Amm ）按下式初,取；第一轴花键部分直径可依据发动机最大转矩 N mm）按下式初选：；取,为满意发动机最大转矩要求,取；代入名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 30 页精选学习资料 -
23、- - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.9）式：第一轴取,就；中间轴取,就；其次轴取,就；初选的轴径仍需要依据变速器的结构布置和轴承与花键、弹性挡圈等标准以及轴 的刚度与强度等结果进行修正；3.2.2 轴的设计初选轴的材料为45 号钢,调质处理；调质是淬火后在400720进行高温回火,用来使钢获得高的韧性和足够的强度；轴的结构设计是要尽量保证轴便于加工,轴上零件易于装拆；轴和轴上零件要有 精确的工作位置；各零件要坚固而牢靠地相对固定；以及改善受力情形,削减应力集 中和提高疲惫强度；1. 输入轴的设计 如图 3.1；图 3.1 输入轴图第一段：接离合器从动轴轴承；依据第一轴
24、花键部分直径及轴承标准,取；查手册选用深沟球轴承6203,取；其次段：为花键轴段,接离合器从动盘；第一轴的花键尺寸与离合器从动盘毂的 内花键统一考虑,目前一般都采纳齿侧定心的矩形花键,键齿之间为动协作；花键连 接比平键连接具有承载才能高,对轴减弱程度小,定心好和导向性能好等优点；名师归纳总结 依据第一轴花键直径d=18mm,查汽车设计得花键内径d=18mm,花键外径第 13 页,共 30 页D=23mm,花键齿数 n=10,键齿宽 b=4mm,有效齿长 l=20mm,即取；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 第三段：过渡轴,取个人资料整理仅限学习使用；第
25、四段：轴承支承段；这一段轴依据轴承标准取,查机械设计手册选用圆锥滚子轴承 32305,；依据轴径,挑选卡环对轴承进行轴向固定,查手册选用挡圈 GB/T 893.1-1986 62孔径,材料为 65Mn ,热处理硬度 4451HRC,经表面氧化处理的 A 型孔用弹性挡圈）,取；第五段：齿轮段,一挡、倒挡、二挡主动轮与轴做为一体；取；依据齿宽等因素,取；第六段：过渡轴,取；第七段：通过滚针轴承接变速器三挡主动轮；取,依据标准选用向心滚针和保持架组件： K JB/T 7918-1997,取；第 八 段 ： 花 键 轴 段 , 接 同 步 器 ； 根 据, 选 择 矩 形 花 键,取,；第 九 段 ：
26、 通 过 滚 针 轴 承 接 四 挡 主 动 轮 , 结 合 第 七 段 轴 选 用 滚 针 轴 承K,取,；, 查 手 册 选用 圆锥 滚 子 轴承32305,第 十 段 ：轴 承 支承 段； 取；在轴承外圈开槽放卡环与箱体进行固定,查手册选用 挡 圈 GB/T 893.1-1986 62孔 径, 材 料 为65Mn , 热 处 理 硬 度4451HRC, 经 表 面 氧 化 处 理 的 A 型 孔 用 弹 性 挡 圈 ） ； D=66.2mm, s=2mm,b=5.2mm,取；第 十 一 段 ： 花 键 轴 段 , 接 同 步 器 ； 根 据 选 用 矩 形 花 键,取,；第十二段：与输出
27、轴常啮合齿轮相连,依据轴承标准取,选用非标准件滚针,取；2. 中间轴的设计如图 3.2；图 3.2 中间轴图名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 1）最小直径估算 3.10）式中： C 由轴的材料和承载情形确定的常数,45号钢为 118107,取 C=108；P传递的功率,为发动机最大功率,60KW ；为变速器传动效率,取 96%； 轴的转速, 6000r/min；由公式 3.10）得：2）中间轴结构设计第一段：轴承段；依据标准取,就查表选用圆锥滚子轴承30205,；依据轴径,选用卡环对轴
28、承进行轴向固定,查手册选用挡圈 GB/T 893.1-1986 52,取；第 二 段 ： 齿 轮 段 ； 通 过 滚 针 轴 承 接 一 挡 齿 轮 , 取,；选用向心滚针和保持架组件 K；第 三 段 ： 花 键 轴 段 , 接 同 步 器 ； 根 据, 选 用 矩 形 花 键,就取；第四段：齿轮段,通过滚针轴承接二挡从动轮；依据其次段轴的结构选用向心滚针和保持架组件 K,取,；第五段：过渡轴段,取第 六 段 ： 齿 轮 段 , 三 挡 从 动 轮 和 四 挡 从 动 轮 与 轴 铸 成 一 体 ；,取,依据输入轴取；第七段：轴承段；依据轴承标准取,查表选用圆锥滚子轴承 30205,；依据轴径
29、,选用卡环对轴承进行轴向固定；查手册选用挡圈 GB/T 893.1-1986 52,取；第八段：过度轴段；,取第 九 段 ： 齿 轮 段 , 常 啮 合 主 动 轮 通 过 花 键 与 轴 相 连 , 选 用 矩 形 花 键,就取；第十段：螺纹段,拧上螺母进行固定及轴向定位；依据标准选一般螺纹 M18-6g公称直径 18,螺距 1.5 的细牙右旋外螺纹,中径和大径的公差带均为 6g,中等旋合长度）,取；查表选用螺纹规格 D=M18,性能等级为 8 级,不经表面处理, A 级的 I 型六角螺母,标记为螺母 GB/T 6170 M18；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 30
30、 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3. 输出轴的设计取第一段：齿轮轴段,常啮合从动轮与轴做为一体,取；其次段：轴承支承段；依据标准取；查表选用深沟球轴承6306,；选用套筒 D=40mm,并安装车速表驱动齿轮,取72mm；第三段：花键轴段,与万向节连接；选用矩形花键,35mm；图 3.3 输出轴图3.2.3 轴的校核 变速器在工作时,由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用,变速器的轴要承 受转矩和弯矩,要求变速器的轴应有足够的刚度和强度；为了验证结构方案的合理性 及变速器的牢靠性需对轴进行校核；应当对每个挡位下的轴的刚度和强度都进行验算,由于挡位不
31、同不仅齿轮的圆周 力、径向力和轴向力不同,而且着力点也有变化；验算时可将轴看作是铰接支承的梁,第一轴的运算转矩为发动机最大转矩；及轴向力1.运算各挡齿轮啮合的圆周力、径向力 3.11）式中： i 齿轮的传动比；d 齿轮的节圆直径, mm；节圆处压力角；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用螺旋角； 发动机最大转矩；一挡 代入3.11）式得：二挡 代入3.11）式得：三挡 代入3.11）式得：四挡 代入 3.11）式得：倒挡 代入 3.11）式得：五挡 3.12）式中： P输出轴功率,；n输出轴转速, r/min；T 输出轴转矩, N mm；名师归纳总结 输出轴功率 Nmm；,代入 3.12）式第 17 页,共 30 页得代入 3.11）式得：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2.输入轴的校核1）轴的强度运算应当校核在弯矩和转矩联合作用下的变速器轴的强度；作用在齿轮上的径向力和轴向力使轴在垂直面内弯曲变形并产生垂向挠度；而圆周力使轴在水平面内弯曲变形并产生水平挠度,就在弯矩和转矩联合作用下的轴应力为： 3.13） 3.14）式中：运算转矩, N