汽车手动变速器设计——毕业论文

《汽车手动变速器设计——毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车手动变速器设计——毕业论文（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、汽车手动变速器设计 杨双玮摘要变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。其设计任务是设计一台用于微型商用车 上的手动变速器。采用中间轴式变速器设计方案，其有两个突出优点：一是其直接挡传 动效率高，磨损及噪声小；二是在齿轮中心距较小的情况下任然可以获得较大的一档传 动比。设计中根据汽车的满载质量、主减速比以及驱动车轮的滚动半径等参数并结合该汽 车的发动机型号以及发动机的最大功率、最大扭矩、最高转速等重要参数作为基础进行 设计。根据上述参数，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出相关 的变速器参数并论证设计的合理性。 设计中给出了机械式变速器设计方案，经过严谨设计过程完成了一款手动变速器

2、设 计，并经过校验，证明设计的变速器能够符合现实功用要求，设计方案具有比较强的可 借鉴性。 变速器的功用是：改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常 变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作；在发 动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；利用空档，中断动力传递，以使发 动机能够起动、怠速，并便于发动机换档或进行动力输出。 变速器的基本要求是：保证汽车有必要的动力性和经济性。换档迅速、省力、 方便。工作可靠。变速器不得有跳档、乱档及换档冲击等现象发生。变速器应有高 的工作效率。变速器的工作噪声低。汽车手动变速器设计 目 录第 1 章 绪论 .1 1.

3、1 本课题研究的目的和意义 1 1.2 本课题研究现状和发展 .1 第 2 章 机械式变速器设计 .3 2.1 变速器设计基本方案 .32.1.1 变速器传动机构布置方案 32.1.2 变速器主要参数选择 .32.2 齿轮设计计算 62.2.1 各挡齿轮齿数的分配 62.2.2 齿轮强度校核 92.3 轴设计计算 .162.3.1 轴的工艺要求 162.3.2 轴的校核计算 .162.4 同步器及操纵机构设计 .252.4.1 同步器的设计 252.4.2 变速器的操纵机构 262.5 轴承及平键的校核 .272.5.1 轴承选择及校核 .272.5.2 平键选择及强度计算 .292.6 变速

4、器箱体设计 .292.6.1 箱体材料与毛坯种类 .292.6.2 箱体的主要结构尺寸的计算19 .292.7 本章小结 .30 第 3 章 有限元优化分析 .31 3.1 齿轮 catia 有限元分析 .313.1.1 倒档主动直齿轮 catia 有限元分析 .313.1.2 一档从动齿轮 catia 有限元分析 .31汽车手动变速器设计 3.2 变速器轴 catia 有限元分析 .323.2.1 中间轴 catia 有限元分析 .323.2.2 第二轴 catia 有限元分析 .323.3 本章小结 .33 结论 .34 参考文献 .35 致 谢 .36汽车手动变速器设计 - 1 -第 1

5、 章 绪论1.1 本课题研究的目的和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。尽管近年来，自动变速器和无级变速器技术迅猛 发展，对长期以来主导市场地位的手动变速器产生很大冲击，但手动变速器已应用了很 长一个时期,经过反复改进,成为现在的形式,制造技术趋于成熟化，与其它种类变速器相 比较，具有以下优点： 1.手动变速器技术已经发展了几十年，制造技术更加成熟， 长期处于主导变速器市场的地位，各方面技术经过长期市场考验，通过逐步积累， 技术已经相当成熟。 2.手动变速器传动效率较高，理论上比自动变速器更省油。 3.手动变速器结构

6、简单，制造工艺成熟，市场需求大，能够产生生产规模效益，生 产成本低廉。 4.维修方便，维修成本便宜。 5.可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。1 在市场经济形势下.特别是当前国家对汽车变速器产品还拿不出完整规划的情况下. 寻求引进更先进的汽车变速器,改进现有的变速器,从市场广度开发转变为深度开发,使产 品系列化,通用化,标准化.组织好精益生产,降低成本,提高产品质量,才能逐步缩短同世 界先进技术水平的差距。1.2 本课题研究现状和发展从现代汽车变速器的市场状况和发展来看, 全世界的各大广商都对提高 AT 的性能及 研制无级变速器 CVT 表现积极, 汽车业界非常重视 CVT 在汽车上的实用

7、化进程。然而,因 无级变速器技术难度很大, 发展相对较慢, 从而成为世界范围内尚未解决的难题之一。 目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器、电控液力自动变速器、金属带链式无 级变速器、电控机械式自动变速器、双离合器变速器及环形锥盘滚轮牵引式无级变速器 等数种, 并具有各自优势, 但其中金属带式无级变速器前景看好。ECT 变扭器中的自动变 速器油在高速运动中, 由于油液分子间的内摩擦和油液分子与各工作轮叶片表面间的摩 擦所消耗的部分能量及泵轮、涡轮窄隙处油液剪切等原因会产生油液温度升高造成功率 损失, 存在传动效率低油耗较大的不足, 另外还存在结构复杂、成本高及维修难度大等 较明显缺点。欧洲

8、格特拉克变速箱公司开发的电控机械自动变速器则克服了 AT 效率低等 缺点, 与 AT 相比, 具有更大的发展优势。可是, AMT 依旧需要复杂的电控系统来控制。 据该公司预测, 到 2008 年, 欧洲的 50的 MT 将会被 AMT 代替, 同时部分市场也将会被 占领。2总之, 变速器是汽车除发动机外的主要装置之一, 伴随着汽车技术更新换代和市场 需求，在向实现理想变速器发展过程中将会取得更加巨大的成就。变速器会应对市场要汽车手动变速器设计 - 2 -求朝操纵舒适、轻柔、传动效率高、低油耗、环保与低噪声方向发展, 汽车变速器市场 的需求量将继续持续增长。汽车手动变速器设计 - 3 -第2章

9、机械式变速器设计2.1 变速器设计基本方案2.1.1 变速器传动机构布置方案1、变速器类型的选择 本设计是某轻型商用车机械式变速器设计，发动机为前置后驱形式，故变速器设计 将采用五档中间轴式变速器形式。2、倒档形式选择 与前进挡比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案 均采用直齿滑动齿轮方式换倒档。3、齿轮型式选择 变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。4、轴的结构分析 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。第一轴的花健 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健，键齿 之间为动配合。 第二轴制成阶梯式的以便于齿

10、轮安装，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的应力集中会引起轴断裂。45、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。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。56、换挡机构形式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。2.1.2 变速器主要参数选择1、变速器挡数的选择 本设计是针对某轻型商务车变速器设计，为五档手动中间轴式机械式变速器，因此， 初步选取传动比范围为 5.0，最高档为超速档，次高档为

11、直接挡，传动比为 1.0。2、变速器各挡传动比的确定 选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着力、汽车的 最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等来综合考虑、确定。 （1）根据汽车最大爬坡度确定汽车爬陡坡时车速不高，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。故有根据汽车行驶方程式汽车手动变速器设计 - 4 -dtdumGiuACGfriiTaDTg20emax 15.21（2-1） 汽车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为)sincos(maxmax01maxfmgriiTrtge（2-2） 即TtqgiTfGri01sincos则由

12、最大爬坡度要求的变速器 1 档传动比为ter giTfmgri0maxmaxmax 1)sincos(其中 m=1860kg,f=0.020,rr=340mm,amax=20,Temax=185Nm,nt=0.9代入数据可得ter giTfmgri0maxmaxmax 1)sincos(=2.797 （2-3）（2）根据驱动车轮与路面的附着条件确定ter giTrGi0max2 1式中2G汽车满载静止于水平路面时后驱动桥给地面的载荷；2G=mg60%。道路的附着系数，在沥青混凝土干路面，=0.70.8，取 =0.75。则ter giTrGi0max2 1=3.490 （2-4）由（2-3） （

13、2-4）得 2.7971gi3.490；所以，取1gi=3.2。变速器的 1 档传动比应根据上述条件确定。变速器的次高档为直接档，最高档为超速档，本设计变速器次高档四挡为直接挡,4gi=1.0。6一般汽车各挡传动比大致符合如下关系qiiiiiiiiiigggggggggg6554433221（即11n gngiiq）则 q=1.47；1gi=3.2；2gi=2q=2.2；3gi=q=1.5；汽车手动变速器设计 - 5 -4gi=1.0；最高档位为超速档，超速档传动比一般为 0.70.8，本设计取qig5=0.78。列出变速器传动比如表 2-1：表 2-1 传动比分配表档位一二三四五倒档传动比3

14、.22.21.51.00.783.23、变速器中心距 可以利用如下经验公式初选中心距：3max1TKAA=31maxgeAiTKA式中AK中心距系数,对轿车 8.99.3；max1T变速器处于 1 档时的输出转矩，ggeiTT1maxmax1；maxeT发动机最大转矩，Nm；1gi变速器的 1 档传动比；g变速器的传动效率，取 0.96。7则31maxgeAiTKA=71.2477.03（mm） 。 初选中心距 A=75mm。4、变速器的轴向尺寸 货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可参考下列数据选用：四挡 （2.22.7）A；五挡（2.73.0）A；六挡（3.23.5）A。轿车四档变速器壳体

15、轴向尺 寸为（3.03.4）A。对于具体的变速器，其轴向尺寸取决于具体的结构。当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时，应取给出范围的上限。为检测方便， A 取整。5、齿轮参数（1）模数齿轮的模数定为 4.0mm。 (2)压力角 国家规定的标准压力角为 20，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为 20。啮合套汽车手动变速器设计 - 6 -或同步器的接合齿压力角有 20、25、30等，但普遍采用 30压力角。 （3）螺旋角 货车变速器螺旋角选取范围为：1826。初选常啮合齿轮螺旋角为 24。 （4）齿宽b直齿mkbc，ck为齿宽系数，取为 4.58.0，取 7.0；斜齿ncmkb ，ck取为 6.08.5，取 7.0。（5）齿顶高系数一般齿轮的齿顶高系数0f1.0，为一般汽车变速器齿轮所采用。变速器基本参数列入表 2-2：表 2-2 变速器参数参数模数压力角螺旋角齿宽系数齿顶高系数值42024712.2 齿轮设计计算2.2.1 各挡齿轮齿数的分配本设计变速器结构示意图如图 2-1：图 2-1 变速器结构图一挡齿轮的齿数： 一档传动比为10192 1ZZZZi （3-1）汽车手动变速器设计 - 7 -为了求11Z，12Z的齿数，先求其齿数和hZ，一挡齿轮为斜齿齿轮，mAZhcos2=33.8。取整为 3