毕业设计(论文)-汽车变速器的传动方案设计.doc
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1、兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 I 摘要 货车作为一种常用的商用车,已在现代的社会中占有举足轻重的地位。人们的衣食 住行的便利,都有货车运输方面的功劳。社会经济的发展,人们生活水平的提高更需要 货车的运输,货车已成为一个国家乃至整个世界不可缺少的一样运输工具,变速器用来 改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,使发动机在最有利工况范围内工作。变速器由 变速传动机构和操纵机构组成。变速器还设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出 功能。 随着汽车工业的发展,变速器的设计趋势为增大变速器传递功率与重量之比,并要 求变速器具有较小的尺寸和良好的性能。在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最 大爬坡度
2、等条件下,着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算。该 型结构紧凑工艺性能好,适配性强,传动平稳噪声低,节油且成本低。变速器是汽车传 动系统结构中最重要的部分之一,汽车的前进、后退,增速、减速都要靠变速器传动来 实现。而且变速器在汽车的动力性和燃油经济性上也有很重要的影响。 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。简单讲述了变速器中各部件材料的选择。 关键字:挡数;传动比;齿数;轴 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 II ABSTRACT Tran
3、smission 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 t
4、rans 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 gea
5、r. 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 des
6、cribes the design of three-axis five block manual trans 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 descri
7、ption of the trans mission of all components of the material choice. Keywords : block; Transmission ratio; Teeth; Axis 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 I 目目 录录 摘要 I ABSTRACT .II 1前言.1 2 总体方案设计 .2 2.1 汽车参数的选择.2 2.2 变速器设计应满足的基本要求.2 2.3 变速器传动机构布置方案.2 2.3.1 传动机构布置方案分析.2 2.3.2 变速器传动机构的结构分析与型式选择 .2 2.3.3 固定轴式变速器.3 2.3.4
8、 倒挡布置方案.5 2.3.5 其他问题.6 3 零部件结构方案分析 .7 3.1 齿轮形式.7 3.2 换挡机构形式.7 3.3 变速器轴承.8 4 变速器设计和计算 10 4.1 挡数10 4.2 传动比范围10 4.3 中心距 A 10 4.4 外形尺寸10 4.5 轴的直径11 4.6 齿轮参数12 4.6.1 模数的选取12 4.6.2 压力角12 4.6.3 螺旋角13 4.6.4 齿宽 b 14 4.6.5 变位系数的选择原则14 4.7 各挡齿轮齿数的分配14 4.7.1 确定一挡齿轮的齿数15 4.7.2 对中心距进行修正15 4.7.3 确定常啮合传动齿轮副的齿数16 4.
9、7.4 确定其他各挡的齿数16 4.7.5 确定倒挡齿轮齿数17 5 变速器的校核 18 5.1 齿轮的损坏形式18 5.2 齿轮强度计算18 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 II 5.2.1 齿轮弯曲强度计算18 5.2.2 轮齿接触应力计算20 5.2.3 齿轮接触应力 22 5.3 轴的强度计算23 5.4 本章小结 25 6 同步器的选型 26 6.1 同步器的概述 26 6.2 锁销式同步器27 6.2.1 锁销式同步器结构27 6.2.2 锁销式同步器工作原理27 6.3 锁环式同步器28 6.3.1 锁环式同步器结构28 6.3.2 锁环式同步器工作原理28 6.3.3 锁环
10、式同步器主要尺寸的确定29 7 变速器操纵机构 32 7.1 直接操纵手动换挡变速器32 7.2 远距离操纵手动换挡变速器32 8 结论 33 致谢 .34 参考文献 .35 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 1 1前言 随着科学技术的日益发展,汽车的各项性能也日臻完善。现代汽车已成为世界各国 国民经济和社会生活中不可缺少的交通工具。现代汽车除了装有性能优良的发动机外还 应该有性能优异的传动系与之匹配才能将汽车的性能淋漓尽致的发挥出来,因此汽车变 速器的设计显得尤为重要。 现代汽车的动力装置,几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有相当多的优点,如体积 小,质量轻,工作可靠,使用方便等。但其性能与
11、汽车的动力性和经济性之间存在着较大 的矛盾。如在坡道上行驶时,所需的牵引力往往是发动机所能提供的牵引力的数倍。而且 一般发动机如果直接与车轮相连,其输出转速换算到对应的汽车车速上,将达到现代汽车 极限速度的数倍。上述发动机牵引力、转速与汽车牵引力、车速要求之间的矛盾,单靠现 代汽车内燃机本身是无法解决的。因此就出现了车用变速箱和主减速器。它们的共同努力 使驱动轮的扭矩增大到发动机扭矩的若干倍,同时又可使其转速减小到发动机转速的几分 之一。 此外,现代汽车的使用条件极为复杂,在不同场合下有不同的要求。往往要受到如载 运量、道路坡度、路面好坏及交通是否通畅等条件的影响。这就要求汽车的牵引力和车速
12、能在较大范围内变化,以适应使用的要求。在条件良好的平直路面上要能以高速行驶,而 在路面不平和有较大坡度时能提供较大的扭矩。变速箱的多挡位选择就能满足这些需求。 此外,发动机在不同工况下,燃油的消耗量也是不一样的。驾驶员可以根据具体情况,选 择变速箱的某一挡位,来减少燃油的消耗。在某些情况下,汽车还需要能倒向行驶。发动 机本身是不可能倒转的,只有靠变速箱的倒挡齿轮来实现。 变速箱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。 现在汽车变速器的发展趋势是向着可调自
13、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
14、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 2003 至 2005 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。目前一些著名汽车制造商 (如宝马、福特、通用、本田、克莱斯勒等)正致力于无级变速器的开发工作。现在全球 CVT 的产量约为 50 万台,而普通型自动变速器的产量约为 2,500 万台,双向通讯和线控技 术的应用,无级变速器有无比的优势,预计不久将来中国各大汽车制造商也将生产自己的 CVT 无级变速器,并广泛应用于国产轿车。 在此次设计中对变速器作了总体设计,为保证变速器具有良好的工作性能,对变速器应 提出的设计要求,对变速器的
15、传动方案进行了选择,变速器主要参数的选择,变速器的 设计计算,同步器设计计算等,还有变速器的齿轮和轴做了详细的设计计算,和一些标 准件做了选型设计。 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 2 2 总体方案设计 2.1 汽车参数的选择 根据变速器设计所选择的汽车基本参数如下表 表2-1设计基本参数表 2.2 变速器设计应满足的基本要求 对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
16、,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。 2.3 变速器传动机构布置方案 机械式变速器因具有结构简单,传动效率高,制造成本低和工作可靠等优点,在不 同形式的汽车上得到 广泛应用。 2.3.1 传动机构布置方案分析 变速器由传动机构与操纵机构组成。 2.3.2 变速器传动机构的结构分析与型式选择 有级变速器与无级变速器相比,其结构简单、制造低廉,具有较高
17、的传动效率 (=0.960.98) ,因此在各类汽车上均得到广泛的应用。 设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围、档位数及各档 的传动比,因为它们对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。 传动比范围是变速器低档传动比与高档传动比的比值。汽车行驶的道路状况愈多样, 发动机的功率与汽车质量之比愈小,则变速器的传动比范围应愈大。目前,轿车变速器 的传动比范围为 3.04.5;一般用途的货车和轻型以上的客车为 5.08.0;越野车与牵引车 为 10.020.0。 项目参数值 发动机型号: LB4 挡数: 5 I: 4.03 传动系传动比: 主减速比: 3.08 发动 机最大转
18、矩(Nm/n): 315/2800 驱动轮类型与规格: P205/75R15 汽车总质量(kg): 2205 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 3 通常,有级变速器具有 3、4、5 个前进档;重型载货汽车和重型越野汽车则采用多档变 速器,其前进档位数多达 616 个甚至 20 个。 变速器档位数的增多可提高发动机的功率利用效率、汽车的燃料经济性及平均车速, 从而可提高汽车的运输效率,降低运输成本。但采用手动的机械式操纵机构时,要实现 迅速、无声换档,对于多于 5 个前进档的变速器来说是困难的。因此,直接操纵式变速 器档位数的上限为 5 档。多于 5 个前进档将使操纵机构复杂化,或者需要加装具
19、有独立 操纵机构的副变速器,后者仅用于一定行驶工况。 某些轿车和货车的变速器,采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速档。采用传动 比小于 1(0.70.8)的超速档,可以更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。 三轴式和两轴式变速器得到的最广泛的应用。 三轴式变速器如图 2-1 所示,其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与
20、中 间轴的相应齿轮相啮合,且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩 则称为直接档。此时,齿轮、轴承及中间轴均不承载,而第一、第二轴也传递转矩。因 此,直接档的传递效率高,磨损及噪音也最小,这是三轴式变速器的主要优点。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(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: 处直接档外其他各档的传动效率有所下降。 图 2-1 两轴式变速器 1-第一轴;2-第二轴;3-同步器 2.3.3 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
21、 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。 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 4 图 2-2,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
22、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
23、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 2-2a 所示方案,除一,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 2-2b,c,d 所示方案的各前进挡,均用常啮合齿轮传动;图 2-2d 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。 图2-2 中间轴式五挡变速器传动方案 以
24、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轿车采用中间轴式变速器,为缩短传动轴长度,可将变速器 兰州工业高等专科学校毕业设计说明书 5 后端加长。伸长后的第二轴有时装在三个支承上,其最后一个支承位于加长的附加壳体 上。如果在附加壳体内,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。 综上所述选择第 2 种传动方案,前进挡,均用常啮合齿轮传动。 2.3.4 倒挡布置方案 与前进挡位比较,倒挡使用率不高,而
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