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1、. . 汽车传动系统黑豹HB1027变速器设计论文第1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
2、变速器更省油。3.手动变速器结构简单,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
3、实用化进程。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。欧洲格特拉克变速箱
4、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20XX, 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。第2章 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黑豹H
5、B1027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
6、引起轴断裂。4 5、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。5 6、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黑豹HB1027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
7、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 2-1汽车以一挡在无风、干砂路面行驶,公式简化为 2-2 即则由最大爬坡度要求的变速器1档传动比为代入数据可得=3.488 2-32根据驱动车轮与路面的附着条件确定式中汽车满载静止于水平路面时后驱动桥给地面的载荷；=mg60%。道路的附着系数,在沥青混凝土干路面,=0.70.8,取=0.75。则=5.12 2-4由2-32-4得3.4885.12；所以,取=3.5。变速器的1档传动
8、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,=1.0。6一般汽车各挡传动比大致符合如下关系即则q=1.52；=3.5；=2.3；=1.5；=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=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3.52.31.51.00.783.5 3、变速器中心距三轴式变速器的中心距Amm可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初选：=式中中心距系数,对货车8.69.6；变速器处于1档时的输出转矩,；发动机最大转矩,Nm；变速器的1档传动比；变速器的传动效率,取0
9、.96。7则=71.2279.50mm。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 2.22.7A 五挡 2.73.0A 六挡 3.23.5A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。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齿宽直齿,为齿宽系数,取为4.58.0,
10、取7.0；斜齿,取为6.08.5,取7.0。5齿顶高系数一般齿轮的齿顶高系数1.0,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3-1为了求,的齿数,先求其齿数和,一挡齿轮为斜齿齿轮,=33.8。取整为34。取=13,=-=21。对中心距进行修正：=74.44mm取整为A=75mm。 确定常啮合传动齿轮副的齿数：由式3-1求出常啮合传动齿轮的传动比3-2=2.17常啮合传动齿轮
11、的中心距与一挡齿轮的中心距相等,即 3-3=34.3由式3-2、3-3得=10.82,=23.48取整为=11,=23,则：=3.38 确定其他各挡的齿数：二挡齿轮为斜齿轮 =1.1 =34.3则=18.0,=16.3取整得=18,=16。 =2.35三挡齿轮为斜齿轮：3-4=0.723-5+=34.3由式3-4、3-5得=14.36,=19.94。 取整=14,=20。=1.46五挡采用超速档,齿轮为斜齿轮。3-6 =0.37+=2Acos 3-7 =34.3由3-63-7得=9.26,=25.04, 取整=9,=25。=0.75 确定倒挡齿轮齿数：倒挡齿轮采用直齿滑动齿轮,选用的模数与一挡
12、相同,倒挡齿轮的齿数一般在2123之间,初选后,可计算出中间轴与倒挡轴的中心距。初选=21,=14,则：=70mm为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉,齿轮12和11的齿顶圆之间应保持有0.5mm以上的间隙,则齿轮11的齿顶圆直径应为=85mm=19.25 取=19计算倒挡轴和第二轴的中心距=80mm计算倒挡传动比=2.842.2.2齿轮强度校核 1、满足工作条件的要求 不同的工作条件,对齿轮传动有不同的要求,故对齿轮材料亦有不同的要求。变速器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值：时渗碳层深度0.81.2。时渗碳层深度0.91.3。时渗碳层深度1.01.3。9表面硬度HRC5863；心部硬度HRC33
13、48。10 2、计算各轴的转矩发动机最大扭矩为=169N.m,转速2100r/min,齿轮传动效率99%,离合器传动效率99%,轴承传动效率96%。轴 =16999%96%=160.62N.m中间轴 =160.620.960.9923/11=319.18N.m轴 一挡 =319.180.960.9921/13=634.27N.m二挡 =319.180.960.9918/16=341.27N.m三挡 =319.180.960.9914/20=212.34N.m五挡 =319.180.960.999/25=109.21N.m倒挡 =319.180.960.9919/14=411.69N.m 3、轮齿强度计算 1轮齿弯曲强度计算 1直齿轮弯曲应力 3-8式中：弯曲应力MPa；计算载荷N.mm；应力集中系数,可近似取=1.65；齿形系数如图2-2,可以查得：图2-2齿形系数图摩擦力影响系数,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；齿宽mm；模数；齿形系数,如图2-2。当计算载荷取作
