《毕业设计（论文）BJ1041型轻型载货汽车变速器设计（全套图纸）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）BJ1041型轻型载货汽车变速器设计（全套图纸）.doc（64页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、轻型货车变速器设计摘 要变速器用于转变汽车发动机曲轴的转矩和转速，目的是以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动轮起引力及车速的不同要求的需要，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围内工作。变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有直接的影响。本次设计参考BJ1041QF4D轻型载货汽车变速器设计，设计一款5+1有超速挡的机械式变速器。设计时，首先要根据发动机与汽车的转速求出总传动比，然后初步选定主减速器传动比。变速器各挡传动比可以根据近似等比数列的原则求出各挡的传动比，但各挡传动比都不宜过大。采用自锁及
2、互锁装置、倒挡安全装置，可使操纵可靠，不跳挡、乱挡、自动脱挡和误挂倒挡；除一、倒挡外，其余各挡均采用斜齿圆柱齿轮。确定传动比后，根据传动比计算各挡齿轮的模数、齿数、压力角和螺旋角。全套图纸，加153893706按照传统设计方法，本着半经验半理论的设计原则通过类比法确定方案，参照已有车型变速器结构，采用主、副变速箱结构，从而提高了轴的刚度。换挡机构全部使用锁环式同步器进行换挡，这样能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，使换挡更加平稳。最后以机械零件的强度和刚度理论对确定的形状和尺寸进行必要的计算和校核，以此确定变速器的内部结构，以满足约束条件，进而缩短设计周期，降低设计成本。通过分析、计算、验证得知，
3、本次设计的变速器能为整车提供合理的变速速比，使车辆系统的动力性、经济性得到最大的发挥。关键词：变速器，设计，同步器，齿轮轴THE TRANSMISSION DESIGN OF LIGHT TRUCK ABSTRACTThe transmission gearbox uses in transforming the motor car engine cranks torque and the rotational speed, the goal is by adapts the automobile, in the start, the acceleration, go as well as o
4、vercome each kind of path hindrance and so on under the different travel condition to have the attraction and the vehicle speed various requirement need to the driving gear, causes the automobile to obtain the different force of traction and the speed, simultaneously causes the engine to work in the
5、 most advantageous operating mode scope. Transmission gearboxs structure to automobiles power, efficient, the operation reliability and the portability, the transmission stability and the efficiency has the direct influence.This design refers to the BJ1041QF4D light truck transmission gearbox design
6、, designs one section 5+1 to have the overdrive transmission mechanical transmission gearbox. When design, first of all, according to the engine and vehicle speed the transmission ratio calculated, and then initially identified the main reducer transmission ratio. Transmission gearbox various grade
7、of velocity ratios may act according to the approximate geometric series the principle to extract various files the velocity ratio, but various grade of velocity ratios not suitable oversized. Uses the self-locking and the interlock installment, the reverse gear safety device, may cause the operatio
8、n to be reliable, does not jump the files, the chaotic files, to be temporarily out of production automatically with hangs the reverse gear by mistake; Besides one, reverse gear, other various grade uses the helical gear. After definite velocity ratio, calculates various grade of gears modulus, the
9、number of teeth, the angle of pressure and the angle of spiral according to the velocity ratio.According to the traditional design methods, in the semi-half of experience in the design principles by analogy to determine the plan, in the light of existing models transmission structure, a Lord, vice g
10、earbox structure, so as to enhance the rigidity of the shaft. Shift all agencies to use lock ring simultaneously with a shift, this can ensure rapid, no impact, not noise shift to shift more smoothly. Finally, mechanical parts of the theory of strength and stiffness to determine the shape and size o
11、f the necessary calculations and check in order to determine the internal structure of transmission to meet the constraints and thereby shorten the design cycle and reduce design costs. Through analysis, calculation, verify that the current design of the vehicle for the transmission can provide a re
12、asonable speed ratio, so that the momentum of the vehicle system, the economy of the best play.KEY WORDS：Transmission, design, synchromesh, gear shaft符 号 说 明 汽车总质量 重力加速度 道路最大阻力系数 驱动轮的滚动半径 mm 发动机最大扭矩 主减速比 汽车传动系的传动效率 一挡传动比 汽车满载载荷 N 路面附着系数 第二轴与中间轴的中心距 mm 中间轴与倒挡轴的中心距 mm 第二轴与倒挡轴的中心距 mm 中心距系数 直齿轮模数 斜齿轮法向模
13、数 齿轮压力角 斜齿轮螺旋角 齿轮宽度 mm 齿轮齿数 齿轮变位系数 齿轮弯曲应力 齿轮接触应力 齿轮所受圆周力 轴向力 径向力 计算载荷 应力集中系数 摩擦力影响系数 齿轮材料的弹性模量 重合度影响系数 主动齿轮节圆半径 mm 从动齿轮节圆半径 mm 主动齿轮节圆处的曲率半 mm 从动齿轮节圆处的曲率半径 mm 扭转切应力 轴的抗弯截面系数 轴的材料的剪切弹性模量 轴截面的极惯性矩 垂直面内的挠 mm 水平面内的挠 mm 目 录第一章 前言 1 1.1 手动变速器（MT） 1 1.2 自动变速器（AT） 2 1.3 自动/手动变速器（AMT） 2 1.4 无级变速器（CVT） 3第二章 变速
14、器的结构分析与形式选择 42.1 概述 42.2 变速器的总体结构 52.3 变速器传动机构布置方案分析 62.4 变速器零、部件的结构分析与型式选择 12第三章 变速器主要参数的选择 173.1 变速器的传动比 173.1.1 挡数 173.1.2 轮胎半径的选择 183.1.3 主减速器传动比 183.1.4 分配各挡传动比 193.1.5 初定中心距 203.1.6 变速器的外形尺寸 213.2 齿轮参数 213.2.1 齿轮模数 213.2.2 压力角及螺旋角 223.2.3 齿轮齿宽 243.2.4 齿顶高系数 253.3 各挡齿轮齿数的分配 263.3.1 确定一挡齿轮的齿数 26
15、3.3.2 确定常啮合传动齿轮副的齿数 263.3.3 确定其他各挡的齿数 273.3.4 确定倒挡齿轮齿数 27第四章 变速器齿轮的设计计算 294.1 齿轮的损坏形式 294.2 齿轮的材料选择 294.3 轮齿强度计算 304.3.1 轮齿弯曲强度计算 304.3.2 轮齿接触应力计算 35第五章 变速器轴的设计计算 375.1 初选轴的直径 375.2 轴的强度验算 385.2.1 轴的刚度验算 385.2.2 轴的强度验算 41第六章 变速器轴承寿命计算 456.1 变速器轴承 456.2 第二轴上的轴承寿命计算 46第七章 键的校核计算 497.1 键的选择 497.2 键的校核
16、49第八章 同步器设计 508.1 同步器主要零件材料的选择 508.2 锁环式同步器结构 518.3 锁环式同步器的工作原理 518.4 摩擦力矩的计算 528.5 锁环式同步器主要尺寸的确定 528.5.1 摩擦锥面上的螺纹槽 528.5.2 锥面半锥角 538.5.3 摩擦锥面平均半径 538.5.4 锥面工作长度 538.5.5 锁止角 54第九章 变速器操纵机构 559.1 操纵方式 559.2 锁止装置 56第十章 结论 60参考文献 61致 谢 62第一章 前 言从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）、
17、无极变速器（CVT）。1.1手动变速器（MT）手动变速器（Manual transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是邒的，所以各档的变速比是个定值（也就是所谓的“级”）。比如，一档变速比3.85，二档2.55，再到五档的0.75，这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值（即有5级），所以说它是有级变速器。曾经有人断言，繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发展的额角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看，笔者认为手动变速器不会过早的离开。首先，从商用车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的
18、。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装在数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力的协助。我们都知道一档特别有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。其次，对于老司机和大部分的男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历较深的司机都是“手动”驾驶车辆的，他们对于手动变速器的认知程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，笔者觉得是不太现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已
19、经非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚于手动，尤其是喜欢超车时手动变速器带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易的放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，除了经济适用之外，关键是能够让学员打好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。第三，随着生活水平的不断提高，现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济实用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如：奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速器的车，它们的各款车型基本上都是5档手动变速的。1.2自动变速器（AT）
20、自动变速器（Automatic Transmission）,利用行星齿轮机构进行变速，它们能够根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需要操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但地洞变速器中有很多离合器，这些离合器能随车的车速变化而自动的进行分离和合闭，从而达到自动变速的目的。在中档车的市场上来看，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时的快乐的感觉。在高速公路上，这时将体现的非常完美。而且，对于一些省会城市，或发达的一些城市，现在的交通状况不好，堵车时经常的是事情，有时要不停的起步、停
21、步数次，司机如果使用手动挡，则会反复的挂档、摘挡，操作十分繁琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动挡就不会出现这样的麻烦。在市场上，此类汽车销售情况是不错的，尤其是对于女性朋友来说比较合适，通常女性朋友驾车时力求便捷。而我国要普及这种车型，关键要解决路况的问题，现在的路况装不均匀，难以发挥自动挡汽车的优势。1.3自动/手动变速器（AMT）其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传统的手动变速器，而且在某些时候也需要自动的感觉。这样手动/自动变速器便由此诞生。这种变速器在德国保时捷车厂911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动挡束缚，让驾驶者也能享受
22、手动换挡的乐趣。此型车在其档位上设有“+”、“-”选择档位。在D档时，可自由变换加档（+）或减档（-），如同手动挡一样。自动/手动变速器系统向人们提供两种驾驶方式，当需要驾驶乐趣的时候可以使用手动挡，而在交通拥挤的时候可以使用自动挡，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。笔者曾在上面提到，手挡变速器有着很大的使用群体，而自动挡也能适应女性群体以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些浮起双方均会驾车的家庭来说，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，例如广州本田飞度1.3L CVT两厢、南京菲亚特2004 派力奥 1
23、.3 HL Speedgear等这些二合一的车型价格均在10万元左右，这个价格层面还是比较低的。所以，手动/自动车在普及上还是具有相当大的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，根据市场需求精心打造此类变速器。1.4无级变速器（CVT）当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高的。汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的最高境界。无级变速器最早由荷兰人范多尼斯（VanDoornes）发明。无级变速器系统不像手动变速器和自动变速器那样使用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，没有换挡的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、
24、油耗高等缺点。通常有些朋友讲自动变速器称为无级变速器，这都是错误的。虽然他们有着共同点，但是自动变速器只有换挡时自动的，但是它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有27个档。而无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。从市场走向来看，虽然无级变速器是一个技术分量比较高的部件，但是也已经走进了普通轿车的“车体”之中，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了CVT无级变速器，既方便又省油。看来无级变速器在中档车中的运用将约为广泛。第二章 变速器的结构分析与形式选择变速器由传动机构和操纵机构组成
25、，有级变速器与无级变速器相比，其结构简单、造价低廉，具有较高的传动效率，因此在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。由于汽车行驶条件不同，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化。例如在高速路上车速应能达到100km/h，而在市区内，车速常50km/h左右。空车在平直的公路上行驶时，行驶阻力很小，则当满载上坡时，行驶阻力便很大。而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更不能满足实际路况需要。2.1概述变速器用来改变在不同的使用条件下发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。此外，还应保证汽车能够在倒退行驶、滑行或停车时，使发
26、动机和传动系分离；需要时还应有动力输出的功能。对变速器的基本要求如下。(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转输。(3) 设置倒挡，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，不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。(7) 传动效率高。(8) 工作噪声低。除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸方面的要求，同时要质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、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。变
27、速器由变速传动机构和操纵机构组成。变速传动机构可按前进挡数或轴的形式不同分类，具体分类如下图所示：图2-1 变速传动机构分类在原有变速传动机构基础上，再加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器档数的目的。近年来，变速器操纵机构有自动操作方向发展的趋势。2.2 变速器的总体结构有级变速器与无级变速器相比具有传动效率高(0.960.98)，造价低廉，因此在各类汽车中均得到广泛采用，此次设计也采用有级变速器。有级变速器传动机构分为固定轴式和旋转轴式两类。固定轴式又分为中间轴式，两轴式和多中间轴式变速器。固定轴式应用最广泛。两轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。由于中间轴式变速
28、器直接挡工作时，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡齿轮分别与中间轴的相应齿轮啮合，且第一，二轴均不承受径向载荷载荷，第一、二轴只起传递扭矩的作用。因此直接挡的传递效率高，磨损及噪声也最小，这是中间轴式变速器的突出的优点。另外中间轴式在齿轮中心距较小的情况下仍可获得大的一挡传动比，这是三轴式变速器的又一突出优点。其缺点是除直接挡外其他各挡位的传动效率低。从结构上讲两轴式变速器与中间轴式变速器相比，其传动系结构简单，紧凑且除最高挡外其他各挡的传动效率都比较高，噪声也低，但多用于前置前驱的轿车布置。综合对比后选用中间轴式。一般情况下，变速器的挡位数与汽车的动力性，燃油经济性有着密切的关系。就汽车的动
29、力性而言，挡位数多，增加了发动机在底燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗；同时有利扩大传动比范围，以适应各种使用条件下动力性经济性的要求。由于设计的是轻型载货汽车，且发动机的功率及所传递的扭矩不是很大，采用中间轴式5+1挡的结构，符合当前汽车的使用要求及其所发展的方向。在设计中采用带副箱的结构能提高强度，减少噪声，延长寿命。倒挡的布置要尽量靠近支撑点，提高强度。2.3 变速器传动机构布置方案分析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，故在各种形式的汽车上得到广泛应用。1两轴式变速器两轴式变速器主要用于发动机前置前轮驱动的乘用车，变速器传动比较小。如图2-2所示为常用
30、的两轴式变速器的传动方案。a) b) c) d)图2-2 两轴式变速器的传动方案两轴式变速器的特点如下：(1) 变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时采用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮传动；发动机横置时用圆柱齿轮传动。(2) 倒挡传动常采用滑动齿轮，其他挡位采用常啮合齿轮传动。(3) 各挡同步器多装在输出轴上。由图2-2a、b、c可以看出，各挡主动齿轮均与输入轴固连在一起，从动齿轮浮套在从动轴上，通过同步器与从动轴相连接。也有例外情况，如图2-2d所示，有两个挡(高挡)的主动齿轮浮套在输入轴上，靠同步器与轴连接，而从动齿轮与从动轴固结在一起。与中间轴式变速器(见图2-3)相比，两轴式变
31、速器具有结构简单、中间挡传动效率高、噪声小等优点。但是，当低挡传动比较大时，会使结构尺寸增大，因而只在传动比小的条件下选用这种方案。另外，两轴式变速器没有直接挡，高挡工作时齿轮噪声较大，传动效率低。2. 中间轴式变速器中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动和发动机后置后轮驱动的汽车上。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器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接，如图2-3所示。中间轴式变速器的特点是第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，把它们固结起来就得到直接挡，其传动效率高、磨损小、噪声较小；除直接挡外，其余各挡都是通过两对齿轮副传递动力，此时传动效率较低。
32、a) b) c) d) e) f) g) h)图2-3 中间轴式变速器的传动方案各种中间轴式变速器，主要是在常啮合齿轮副数量、换挡方式和倒挡传动方案上有差别。下面分析几种变速器：(1) 四挡变速器传动方案如图2-3a、b、c所示。其中图2-3a和b 有四对常啮合齿轮，可用同步器或啮合套换挡； 倒挡用直齿滑动齿轮换挡。 图2-3所示方案有三对常啮合齿轮，一挡和倒挡用直齿滑动齿轮换挡。(2) 五挡变速器传动方案如图2-3d、e、f所示。其中图2-3所示方案除一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮；图2-3e和f全部齿轮处于常啮合状态。(3) 六挡变速器传动方案如图2-3g和h所示。除图2
33、-3g中的一挡、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮。图2-3g中超速挡位于后支撑轴承的后部，有利于系列化。3. 倒挡布置方案与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。图2-4为一些常用的倒挡布置方案。为实现倒挡传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案，如图2-4a、f所示；也有利用两个联体齿轮方案的，如图2-3c、d、e所示。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿是在最不利的正、负交替对称变化的弯曲应力状态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒挡传动比略有增加
34、。也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的啮合套或同步器方案换入倒挡。a) b) c) d) e) f) g)图2-4 倒挡的布置方案如图2-4a所示的倒挡布置方案广泛应用于轿车和轻型货车的四挡全同步器式变速器，在中间轴上装有一个专用倒挡齿轮。如图2-4b所示方案的优点是可以利用中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度，但换挡时要求有两对齿轮同时进入啮合，换挡较困难。如图2-4c所示方案能获得较大的倒挡传动比，但为了换入倒挡，需要向前推动二轴上的直齿轮。如图2-4d所示方案与图2-4c所示方案的差别在于，换倒挡时需要向后推动二轴上的直齿轮。如图2-4e所示方案是将中间轴上的一、倒挡齿轮做成一
35、体，其齿宽增大了，因而缩短了长度。如图2-4f所示方案适用于全部齿轮均为常啮合的变速器，换挡更为方便。如图2-4g所示方案可以充分利用空间，缩短变速器轴向长度，缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使操纵机构复杂。变速器的一挡或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力会使变速器轴，产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现为轮齿磨损加快和工作噪声增加。为此，无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一挡与倒挡，都应当布置在靠近轴的支承处，以便改善上述不良状况，然后按照从低挡到高挡的顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。 虽然倒挡的传动比与一挡接近，但因为倒挡的使用时间非常短，故有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，如图2-3b、e、g等所示，然后再布置倒挡。此时在倒挡工作时，轮齿磨损与噪声在短时间内略有增加，而在一挡工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。图2-2c将倒挡齿轮布置在附加壳体内，并紧靠轴的支承处，而一挡布置在变速器壳体右侧紧靠支承处，这
