变速机构课程设计

变速机构课程设计轿车5档变速器设计姓名***学号20130404**年级2013级专业机械设计制造及其自动化系（院）机械工程学院指导教师***2016年6月I摘要随着我国汽车行业的迅猛发展，人们对汽车的需求也越来越高。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。变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的设计水平对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展,轿车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性能。本文阐述了发动机的选择、变速器方案的确定、变速器设计、变速器同步器设计、变速器箱体设计。在给定发动机排量、最高车速、最大扭矩等条件下,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。关键词：轿车;变速器；齿轮；同步器；设计；结构II目录1绪论....................................................................1课题背景............................................................12变速器的总体方案设计....................................................12.1变速器的功用及设计要求..............................................12.2变速器传动机构的型式选择与结构分析..................................12.3.1三轴式变速器与两轴式变速器......................................12.3.2倒档的布置方案..................................................22.3变速器主要零件的结构方案分析........................................32.3.1齿轮型式........................................................32.3.2换档结构型式....................................................32.3.3自动脱档........................................................32.3.4轴承型式........................................................42.3.5变速器操纵机构布置..............................................42.4传动方案的最终设计..................................................43变速器主要参数的选择与齿轮设计..........................................53.1档数................................................................53.2传动比范围..........................................................53.3变速器各档传动比的确定..............................................63.4中心距的选择........................................................83.5变速器的外形尺寸....................................................83.6齿轮参数的选择......................................................83.7各档齿轮齿数的分配及传动比的计算....................................93.8变速器齿轮的变位及齿轮螺旋角的调整.................................124变速器的设计与计算.....................................................134.1齿轮材料的选择原则.................................................134.2变速器齿轮强度校核.................................................144.2.1齿轮弯曲强度校核（斜齿轮）.....................................144.2.2轮齿接触应力校核...............................................184.3轴的结构和尺寸设计.................................................214.3.1初选轴的直径...................................................214.4轴的强度验算.......................................................224.4.1轴的刚度计算...................................................22III4.4.2轴的强度计算...................................................25参考文献.................................................................28致谢..................................................错误!未定义书签。11绪论1.1课题背景随着汽车工业的迅猛发展，我国在手动变速器方面已取得了较大进步，但在自动变速器的技术和发展路线上却相对发展缓慢。对于今后变速器技术发展趋势，新能源汽车传动技术以及变速器对于节能减排的作用等，都是国内汽车行业当前热议的话题。2变速器的总体方案设计2.1变速器的功用及设计要求变速器的功用是根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机的扭矩和转速，使汽车具有适合的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离，变速器具有倒档和空档。在有动力输出需要时，还应有功率输出装置。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求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）汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，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。8）变速器的工作噪声低2.2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，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。变速器由传动机构与操纵机构组成。2.2.1三轴式变速器与两轴式变速器两轴式两轴式变速器结构简单、紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高。两轴式变速器的第二轴（即输出轴）与主减速器主动齿轮做成一体。当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档位均采用常啮合齿轮（斜齿圆柱齿轮）传动,但两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声较大，也增加了磨损。这种结构适用于发动机前置、前轮驱动或发动机后置、后轮驱动的轿车和微、轻型货车上，其特点是输入轴和输出轴平行，无中间轴。2三轴式三轴式变速器的第一轴常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、二轴同心。将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、二轴也仅传递转矩．因此，直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小,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，但除了直接档外其他各档的传动效率有所降低，适用于传统的发动机前置、后轮驱动的布置形式。由于此次设计的是家庭经济型变速器，驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且可布置变速器的空间较小，对变速器的要求较高，要求运行噪声小，设计车速高，故选用二轴式变速器作为传动方案。选择5档变速器，并且五档为超速档。2.2.2倒档的布置方案常见的倒档结构方案有以下几种：图2-1a为常见的倒挡布置方案。在前进档的传动路线中，加入一个传动，使结构简单，但齿轮处于正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。此方案广泛用于轿车和轻型货车的四档全同步器式变速器中。图2-1b所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。某些轻型货车四档变速器采用此方案。图2-1c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图2-1d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而经常在货车变速器中使用。3图2-1e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2-1f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图2-1g所示方案。其缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。综合考虑，本次设计采用图2-1f所示方案的倒档换档方式。2.3变速器主要零件的结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式等因素。2.3.1齿轮型式齿轮形式有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。但是，在本设计中由于各档采用的是常啮合方案，因此全部采用斜齿轮传动方案。2.3.2换档结构型式变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换档，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一档、倒档外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换档。因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换档冲击。目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换档迅速、无冲击、无噪声，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。同上述两种换档方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。通过比较，考虑汽车的操纵性能，本设计全部档位均选用同步器换档。2.3.3自动脱档自动脱档是变速器的主要障碍之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种1）将啮合套做得长一些或者两接合齿的啮合位置错开，这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约1-3mm。使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，4以阻止自动脱档。2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.3-0.6mm），