五档变速器设计说明书(2)

黑龙江工程学院本科生毕业设计

目 录

摘要 ......................................................... I Abstract .................................................... II 第1章 绪论 .................................................. 1

1.1汽车变速器的概述 ......................................... 1 1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果 .......................... 2 1.3汽车变速器设计的目的和意义 ................................. 4 1.4汽车变速器的设计方法和研究内容 ............................. 5

第2章 变速器的结构方案的确定 ................................ 6

2.1变速器传动机构分析和布置方案的设计 .......................... 6

2.1.1两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析 .................. 6 2.1.2变速器倒挡布置方案分析确定 ............................ 7 2.1.3传动机构布置中齿轮安排的分析确定 ....................... 8 2.2变速器零、部件结构方案分析确定 ............................. 9

2.2.1齿轮形式 ................................................... 9 2.2.2变速器自动脱档机构形式分析确定 ............................ 10 2.3本章小结 ............................................... 11

第3章 变速器主要参数的选择 ................................. 12

3.1变速器档位数目及各档传动比 ................................ 12

3.1.1变速器档位数目的确定 ...................................... 12 3.1.2主减速比的确定 ............................................ 12 3.1.3 变速器Ⅰ档传动比的确定 ................................... 13 3.1.4变速器各档传动比的确定 .................................... 15 3.2变速器中心距的确定 ....................................... 15 3.3变速器的外形尺寸 ........................................ 16

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3.4变速器的齿轮参数的确定 ................................... 17

3.4.1齿轮齿数 .................................................. 17 3.4.2齿轮模数 .................................................. 17 3.4.3齿形、压力角及螺旋角 ...................................... 19 3.4.4齿宽 ...................................................... 21 3.4.5齿顶高系数 ................................................ 21 3.4.6齿轮的修正 ................................................ 21 3.5变速器各档齿轮齿数的分配 .................................. 23

3.5.1确定一挡齿轮的齿数 ........................................ 23 3.5.2对中心距A进行修正 ........................................ 23 3.5.3确定常啮合传动齿轮副的齿数 ................................ 24 3.5.4确定其他各档的齿数 ........................................ 26 3.5.5确定倒档齿轮齿数 .......................................... 31 3.6本章小结 ............................................... 33

第4章 变速器齿轮的设计及校核 ............................... 34

4.1 齿轮的材料选择 .......................................... 34

4.1.1 齿轮坏损形式及避免错失 ................................... 34 4.1.2 齿轮的材料选择 ........................................... 35 4.2计算各轴的转矩 .......................................... 36 4.3齿轮的强度计算 .......................................... 36

4.3.1轮齿的弯曲应力 ............................................ 36 4.3.2轮齿接触应力 .............................................. 39 4.3.3各档齿轮的强度计算校核 .................................... 40 4.4计算各档齿轮的受力 ....................................... 48 4.5本章小结 ............................................... 51

第5章 变速器轴和轴承的设计及校核 ........................... 52

5.1轴的设计 ........................................................ 52 5.1.1轴的功用及其设计要求 ...................................... 52

5.1.2轴的结构设计 .............................................. 52

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5.1.3轴的尺寸 .................................................. 53 5.2轴的强度验算 ............................................ 54

5.2.1轴的刚度验算 .............................................. 54 5.2.2轴的强度计算 .............................................. 59 5.2.3轴承的选择及校核 .......................................... 61 5.3本章小结 ............................................... 65

第6章 同步器的确定 ......................................... 66

6.1锁销式同步器 ............................................ 66 6.2锁环式同步器 ............................................ 67 6.3本章小结 ............................................... 68

第7章 操纵机构和箱体的确定 ................................. 69

7.1操纵机构的功用 .......................................... 69 7.2 换档位置 ............................................... 69 7.3变速杆的布置 ............................................ 69

7.3.1直接操纵手动换挡变速器 .............................. 69 7.3.2远距离操纵手动换挡变速器............................. 70 7.4锁止装置 ............................................... 70

7.4.1互锁装置 .......................................... 70 7.4.2自锁装置 .......................................... 71 7.4.3倒档锁装置 ........................................ 71 7.5变速器箱体的设计 ........................................ 71 7.6本章小结 ............................................... 72

结论 ........................................................ 73 参考文献 .................................................... 74 致谢 ........................................................ 75 附录 ........................................................ 76

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第1章 绪 论

1.1汽车变速器的概述

汽车是一种快速机动的道路交通工具。一般是指自带动力装置的可以独立行驶并完成运载任务的轮式车辆，具有四个或四个以上的车轮。按照国家标准中有关规定，汽车可分为载货汽车，越野汽车，自卸汽车，牵引汽车，专业汽车，客车，轿车等种类。汽车的基本组成是相同的，均由发动机，底盘，车身和电气设备四大部分组成，现代汽车将以往复活塞式内燃机为主要动力源，而发动机的扭矩、转速与汽车的牵引力、车速要求之间的矛盾，靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。为此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器。既可使驱动车轮的扭矩增大为发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的若干分之一。

变速器用于改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下，满足驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。随着汽车工业的不断发展，今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定车速是难以达到的。变速器的倒档使汽车能倒退行驶；其空档使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离[1]。

变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒档安全装置，其他结构措施，可使操纵可靠，不产生跳档、乱档、自动脱档和误挂倒档；采用同步器可使换档轻便，无冲击及噪声；采用斜齿轮、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性，使汽车和发动机有良好的匹配性。

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1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果

现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化，机械式变速器不能满足人们的需要。从40年代初，美国成功研制出两档的液力-机械变速器以来，自动变速器技术得到了迅速发展。80年代，美国已将液力自动变速器作为轿车的标准装备。1983年时，美国通用汽车公司的自动变速器装车率已经达到了94%。近些年来，由于电子技术和电子计算机技术的发展，自动变速器技术已经达到了相当高的水平。自动变速器与机械式变速器相比，具有许多不可比拟的优势：提高发动机和传动系的使用寿命；提高汽车的通过性；具有良好的自适应性；操纵更加方便。

目前，国内变速器厂商都朝无级变速器和自动变速器方向发展，国内现已有好几款轿车已经应用上无级变速器，而重型汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。

汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速(Continuously Variable Transmission简称\。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位[2]。

在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。

围绕汽车变速箱四个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。 1．摩擦传动CVT

金属带式无级变速箱[3] (VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ，能传动142kw（193bhp）功率，280 N·m扭矩。这是真正意义的无级变速器[4]。

另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330 N·m /194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达

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