[CAD圖紙全套]CA5-38汽車變速器的設計

黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 目 錄 摘要 . . . 第 1 章 緒 論 . 1 展趨勢及成果 . 4 . 8 . 9 第 2 章變速器的結(jié)構(gòu)方案的確定 . 10 . 10 . 11 . 11 . 12 . 13 . 14 第 3 章 載貨汽車主要參數(shù)的確定 . 15 . 15 . 16 速的確定 . 17 . 18 第 4 章 變速器主要參數(shù)的選擇 . 18 . 18 . 18 . 18 速器一檔傳動比的確定 . 19 . 21 . 22 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 . 23 . 23 . 23 力角及螺旋角 . 25 . 27 . 27 . 28 . 29 進行修正 . 29 . 29 . 31 . 33 . 35 . 36 . 38 . 40 第 5 章 變速器齒輪的設計及校核 . 41 輪的材料選擇 . 41 . 41 . 42 . 43 . 44 . 44 接觸應力 . 46 . 47 . 55 . 58 第 6 章 變速器軸和軸承的設計及校核 . 59 . 59 . 59 . 59 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 . 61 . 62 . 62 . 68 . 72 . 77 第 7 章同步器的確定 . 78 . 78 . 79 . 80 第 8 章操縱機構(gòu)和箱體的確定 . 81 . 81 檔位置圖 . 81 . 81 . 81 . 82 . 82 . 82 . 83 . 83 . 84 . 85 結(jié) 論 . 86 參考文獻 . 87 致 謝 . 88 附 錄 . 89 附錄 A 變速器介紹 . 89 附錄 B . 91 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 第 1 章 緒 論 車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果 隨著中共十七屆五中全會召開，中國政府起草并通過了國家“十二五”規(guī)劃，規(guī)劃中明確提出，中國迫切需要完成從汽車大國到汽車強國的轉(zhuǎn)變。 中國要成為汽車強國，首先要克服自主技術這塊短板。而汽車的核心部分 動力總成，仍是國內(nèi)一直沒有完全掌握的關鍵汽車零部件技術之一。在 發(fā)動機 發(fā)展了數(shù)十年之后， 變速器 ，尤其是手動變速器成為了制約國內(nèi)動力總成技術發(fā)展的重要因素。國內(nèi)手動變速器的技 術在國際上也較為落后，雖然目前大部分廠商都擁有生產(chǎn)手動變速器的設備和能力，但普遍以 5檔手動變速箱為主，對于 5 檔以上的產(chǎn)品，還得借助一些國外技術進行研究，并且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品或多或少還存在 齒輪 敲擊嘯叫噪音、換檔性能低下等問題。可以說，目前國內(nèi)的手動變速器在制造或研發(fā)方面處于尚未成熟的階段。 現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機械式變速器不能滿足人們的需要。 從 40 年代初，美國成功研制出兩 檔 的液力 動變速器技術得到了迅速發(fā)展。 80年代，美國已將液力自動變速器作為轎車的標準裝備。1983 年時，美國通用汽車公司的自動變速器裝車率已經(jīng)達到了 94%。近些年來，由于電子技術和電子計算機技術的發(fā)展，自動變速器技術已經(jīng)達到了相當高的水平。自動變速器與機械式變速器相比，具有許多不可比擬的優(yōu)勢：提高發(fā)動機和傳動系的使用壽命；提高汽車的通過性；具有良好的自適應性；操縱更加方便。 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 目前，國內(nèi)變速器廠商都朝無級變 速器和自動變速器方向發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 車已經(jīng)應用上無級變速器，而重型汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。 在跨越了三個世紀的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級變速箱。這是汽車的無奈和缺憾。但是 ,人們始終沒有放棄尋汽車行駛的速度是不斷變化的，這就要求汽車的變速器的變速比要盡量多，這就是無級變速 (稱 。盡管傳統(tǒng)的齒輪變速箱并不理想，但其以結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點依然占領著汽車變速箱的主流地 位。 找實現(xiàn)理想汽車變速器的努力 ,各大汽車廠商對無級變速器 (現(xiàn)了極大的熱情，極度重視 汽車領域的實用化進程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標。 圍繞汽車變速箱四個研究方向，各國汽車變速器專家展開了激烈的角逐。 1 摩擦傳動 屬帶式無級變速箱 (傳動功率已能達到轎車實用的要求，裝備金屬帶式無級變速箱的轎車已達 100多萬輛。據(jù)報道：大排量 6缸內(nèi)燃機（ 奧迪 能傳動 142193率，280是真正意義的無級變速器。 另一種摩擦傳動 為 滾輪轉(zhuǎn)盤式。日產(chǎn)把它裝在概念車 款公爵 (也裝用這種 與 3引擎輸出為 33094配使用，可謂汽車變速箱發(fā)展史上又一重要進步。 從 V 形橡膠帶 V 型金屬帶 到滾輪轉(zhuǎn)盤式 擦傳動 研究已持續(xù)了整整一個世紀，盡管摩擦傳動無級變速器的發(fā)展已經(jīng)達到很高的水平，也已經(jīng)裝備上汽車 達到了實用的水平。但齒輪變速箱依然占據(jù)著半壁河山，這至少說明了四個問題： （ 1）無級變速（ 汽車變速箱始終追逐的目標。 （ 2）摩擦傳動 （ 3）摩擦傳動 （ 4）摩擦傳動 率無法與齒輪變速相比。 2液力傳動 人們經(jīng)常把液力自動變速器（ 無級變速器（ 個概念混為一談。實際上這兩種變速器工作原理完全不同。液力自動變速器免除了手動變速器繁雜的換檔和腳踩離合器踏板的頻繁操作，使開車變得簡單、省力。但是 , 液力自 動變速器（ 龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 不是無級變速，是有級變速的自動控制，沒有從根本上滿足汽車對變速器的要求。 從原始橡膠帶無級變速箱到現(xiàn)代金屬鏈無級變速箱、滾輪轉(zhuǎn)盤式 年大回轉(zhuǎn)說明：無級變速箱是汽車變速箱的最終歸屬，液力自動變速器只不過是一種過渡產(chǎn)品。 3電控機械式自動變速器 電控機械式自動變速器 (稱 和液力自動變速器（ 樣，不是無級變速器，是有級變速器的自動換檔控制。其特點是機械傳動部分沿用了傳統(tǒng)的有級變速箱，但控制參量太多，實現(xiàn)自 動控制相當困難。 4 齒輪無級變速器 5 齒輪無級變速器（ 是一種全新的設計思想，是利用齒輪傳動實現(xiàn)高效率、大功率的無級變速傳動。 據(jù)最新消息：一種 齒輪無級變速裝置 (稱 已經(jīng)試制成功，并已經(jīng)進行了多次樣機試驗。 齒輪無級變速裝置 結(jié)構(gòu)相當簡單，只有不足 20種非標零件， 51個零件，生產(chǎn)成本甚至低于手動變速箱。預計今年進行裝車試驗。 齒輪無級變 速器的優(yōu)勢表現(xiàn)為： （ 1）傳動功率大， 200 （ 2）傳動效率高， 90%以上的傳動效率是很容易達到的； （ 3）結(jié)構(gòu)簡單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當于自動變速箱的 1/10； （ 4）對汽車而言，提高傳動效率，節(jié)油 20%； （ 5）發(fā)動機在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對環(huán)境的污染。 車變速器設計的目的和意義 隨著經(jīng)濟和科學技術的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)也漸漸成為我國支柱產(chǎn)業(yè)，汽車的使用已經(jīng)遍布全國，而隨著我國加入 民的生活水 平不斷提高，微型客貨兩用車、轎車等高級消費品已經(jīng)入平常家庭。 在我國，汽車工業(yè)起步較晚。入世后，我國的汽車面臨的是機遇和挑戰(zhàn)。隨著我國汽車工業(yè)的不斷壯大，以及汽車行業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，如何設計出經(jīng)濟實惠，工作可靠，性能優(yōu)良，且符合中國國情的汽車已經(jīng)是當前汽車設計者的緊迫問題。在面臨著前所未有的機遇的同時，不得不承認在許多技術上，我國與發(fā)達國家還有一定差距，所以我們要努力為我國的汽車工業(yè)做出應有的貢獻。 現(xiàn)代汽車的動力設置，幾乎都采用往復活塞式內(nèi)燃機。它具有體積小，質(zhì)量輕，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 工作可靠，使用方便等優(yōu)點。但其性能與汽 車的動力性和經(jīng)濟性之間存在著較大的矛盾。 此外，汽車的使用條件頗為復雜，變化很大。如汽車的載貨量、道路坡度、路面好壞以及交通情況等。這就要求汽車的牽引力和車速具有較大的變化范圍，以及適應使用的需要。當汽車在平坦的道路上，以高速行駛時，可掛入變速器的高速檔；而在不平的路上或爬較大的坡道時，則應掛入變速器的低速檔。根據(jù)汽車的使用條件，選擇合適的變速器檔位，不僅是汽車動力性的要求，而且也是汽車燃料經(jīng)濟性的要求。例如，汽車在同樣的載貨量、道路、車速等條件下行時，往往可掛入較高的變速器檔位，也可掛入較低的檔位工作。此 時只是發(fā)動機的節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速或大或小而已，可是發(fā)動機在不同的工況下，燃料的消耗量是不一樣的。一般變速器具有四個或更多的檔位，駕駛員可根據(jù)情況選擇合適的檔位，使發(fā)動機燃料消耗量減小。 經(jīng)過這幾年的學習，我掌握了多門基礎知識和專業(yè)知識。在大學畢業(yè)，即將走向工作崗位之際，按學校的要求，進行了 速器的設計。充分體現(xiàn)了設計者的知識掌握和創(chuàng)新思維。通過本次設計，我將進一步鞏固所學的知識，提高實際運用能力，并為以后參加工作打下良好的基礎。 車變速器設計的研究方法和主要內(nèi)容 在本次設計中，由于是對傳統(tǒng) 的變速器進行改進性設計，我在設計中參考了一汽集團的 用了鎖環(huán)式同步器的換檔方式。 在設計中，我們除了對汽車變速器的結(jié)構(gòu)進行了合理的布置外，還運用了材料力學、機械原理、機械設計等知識，對變速器的重要零件 軸和齒輪進行受力分析，強度、剛度的校核，以及為這些零件選擇合理的工程材料和熱處理方法，同時也為變速器選擇合理的同步器和操縱機構(gòu)。 通過參考 型貨車的變速器及學校實驗室里的松花江中型貨車的變速器，對變速器進行整體結(jié)構(gòu)布置，校核軸和齒輪的強度、 剛度，選擇材料和熱處理方法；接下來的主要任務是繪制變速器的裝配圖和重要的零件圖，確定個零件的精度等級及其它參數(shù)；最后，是對整體論文的編寫整理整個設計過程中的各種資料，以及對前期設計中的錯誤做出修改。 本次設計主要是依據(jù)參考的中型貨車的參數(shù)，通過對變速器各部分參數(shù)的選擇和計算，設計出一種基本符合要求的手動 5 檔變速器。本文主要完成下面一些主要工作： 1 參數(shù)計算。包括變速器傳動比計算、中心距計算、齒輪參數(shù)計算、各檔齒輪齒數(shù)的分配； 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 2 變速器齒輪設計計算。變速器齒輪幾何尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及材料選擇； 計算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強度計算及檢驗； 3 變速器軸設計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結(jié)構(gòu)設計、軸的強度計算、軸的加工工藝分析； 4 變速器軸承的選擇及校核； 5 同步器的設計選用和參數(shù)選擇； 6 變速器操縱機構(gòu)的設計選用； 7 變速器箱體的結(jié)構(gòu)設計。 第 2 章變速器的結(jié)構(gòu)方案的確定 速器傳動機構(gòu)分析和布置方案的確定 目前，汽車上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，這是由于各國汽車的使用、制造、修理等條件不同，也是由于各種類型汽車的使用要求不同所決定的。盡管如此，一般變速器的結(jié)構(gòu)形 式，仍具有很多共同點。各種機構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點，這些優(yōu)缺點隨主觀和客觀條件的變化而變化。因此，設計人員應深入實際，收集資料，調(diào)查研究，對結(jié)構(gòu)進行分析比較，并盡可能地考慮到產(chǎn)品的系列化、通用化和標準化，最后確定較合適的方案。 機械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點，故在不同形式的汽車上得到廣泛應用。 通常，有級變速器具有三個、四個、五個前進檔；重型載貨汽車和重型越野車則采用多檔變速器，其前進檔位數(shù)多大 6 16 個甚至 20 個。變速器檔位的增多可提高發(fā)動機的功率利用率、汽車的燃料經(jīng)濟 性和平均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。但檔位數(shù)的增多也使變速器的尺寸及質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)復雜，制造成本提高，操縱也復雜。 某些轎車和貨車的變速器，采用僅在良好的路面和空載行駛時才使用的超速檔。采用傳動比小于 1（約為 超速檔，可充分地利用發(fā)動機功率，降低單位行駛里程的發(fā)動機曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)，因而會減少發(fā)動機的磨損，降低燃料消耗。但與傳動比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會降低傳動效率。 機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括齒輪副的數(shù)目、齒輪的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、 齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 剛度等。 軸式與中間軸式變速器的優(yōu)缺點分析 1兩軸式變速器 兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或準雙曲面齒輪，發(fā)動機橫置時則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他檔位均采用常嚙合齒輪傳動。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點。此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高，同時噪聲低。但兩軸式變速器不能 設置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞；受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設計的很大；對于前進 檔 ，兩軸式變速器輸入軸的傳動方向與輸出軸的傳動方向相反。 2中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的汽車上。其特點是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保持兩軸軸線在同一條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔，變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出 ，此時變速器的傳動效率高，可達90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因為直接檔的利用率要高于其他檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其他前進檔位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設置在第一軸、中間軸和第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一檔仍然有較大的傳動比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數(shù)傳動方案中除了一檔以外的其他檔位的換擋機構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或結(jié)合套換擋，還有各檔同步器或結(jié)合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在除直接檔以外的其他檔位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。 速器 倒 檔 布置方案分析確定 倒檔齒輪的結(jié)構(gòu)及其軸的位置，應與變速器的整體結(jié)構(gòu)方案同時考慮。倒檔設計在變速器的左側(cè)或右側(cè)在機構(gòu)上均能實現(xiàn)，不同之處是掛倒檔時駕駛員移動變速桿的方向改變了。在結(jié)構(gòu)布置上，要注意的是在不掛入倒檔時，為了防止意外掛入倒檔，一般在掛倒檔時設有一個掛倒檔時需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕駛員注意。倒檔齒輪不能與第二軸齒輪有嚙合的狀況。換倒檔時能順利換入倒檔，而不和其它齒輪發(fā)生干涉。 與前進 檔 位比較 ，倒 檔 使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)換倒 檔 ，故多黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 數(shù)方案采用直齒滑動齒輪方式換倒 檔 。為實現(xiàn)倒 檔 傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案；也有利用兩個聯(lián)體齒輪方案的。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒，是在最不利的正、負交替對稱變化的彎曲應力狀態(tài)下工作；而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應力狀態(tài)下工作，并使倒 檔 傳動比略有增加。也有少數(shù)變速器采用結(jié)構(gòu)復雜和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。 圖 倒檔布置方案 圖 布置方案。圖 時利用了中間軸上的一 檔 齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換檔 困難。圖 傳動比，缺點是換 檔 程序不合理。圖 檔 更為輕便，且能獲得較大的倒 檔 傳動比。圖 示方案針對圖 示方案的缺點做了修改，因而取代了圖 檔 齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖 檔 更為輕便。為了充分利用空間， 縮短變速器軸向長度，有的貨車倒 檔 傳動采用圖 缺點是一、倒檔 須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復雜一些。 速器零、部件結(jié)構(gòu)方案分析確定 輪形式 變速器齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪比較，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時工藝復雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒 檔 。 變速器齒輪可以與軸設計為一體或與軸分開，然后用花鍵、過 盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。 齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度 b （響齒輪強度。要求尺寸 b 應該大于或等于輪齒危險斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部 分的寬度尺寸 C ， 在結(jié)構(gòu)允許條件下應盡可能取大些，至少滿足尺寸要求 ： 2) (式中： 2d 花鍵內(nèi)徑。 圖 速器齒輪尺寸控制圖 為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度 應在滿足強度條件下設計得薄些。圖 齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應在 速器自動脫檔機構(gòu)形式分析確定 自動 脫 檔 是變速器的主要故障之一。由于接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動等原因，都會導致自動脫 檔 。為解決這個問題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種： 1 將兩接合齒的嚙合位置錯開，如圖 示。這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒的 1 3用中兩齒接觸部分受到擠壓同時磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來阻止接合齒自動脫 檔 。 2 將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切薄（切下 這樣，換 檔 后嚙黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動脫 檔 ，如圖 示。 3 將接合齒的工作面設計并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜 2 3），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫 檔 的軸向力，如圖 3種方案比較有效，應用較多。將接合齒的齒側(cè)設計并加工成臺階形狀，也具有相同的阻止自動脫 檔 的效果。 a） b) c) 圖 章小結(jié) 本章主要針對 變速器傳動機構(gòu)進行分析和布置方案方案的確定以及變速器零、部件的結(jié)構(gòu)的確定，為下 面的設計過程作鋪墊。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 第 3 章 載貨汽車主要參數(shù)的確定 動機的選擇 根據(jù)現(xiàn)在載貨汽車選用發(fā)動機的情況，參照 型貨車，針對本次設計任務選用 大柴 表 柴 油機技術參數(shù) 發(fā)動機型號 大柴 動機形式 四缸直列，電控共軌 燃油種類 柴油 排量 放標準 國 最大輸出功率 88大馬力 120馬力 最大扭矩 245N m 最大扭矩轉(zhuǎn)速 2000 全負荷最低燃油耗率 210g/h 發(fā)動機凈重 290動機尺寸 790 784 796定轉(zhuǎn)速 3200缸行程 105缸缸徑 98龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 16 量參數(shù)的確定 汽車的 整備質(zhì)量利用系數(shù)0m： 00 （ 式中 汽車的載質(zhì)量； 0m 整車 整備質(zhì)量。 表 車