福克斯2.0轿车变速器的设计毕业论文.doc

本科学生毕业设计福克斯2.0轿车变速器的设计系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Thesis for Bachelors DegreeDesign on transmission of fox 2.0 carCandidate： Specialty： Class： Supervisor： Heilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计（论文）摘 要变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下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。变速器设有空挡，可在起动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，变速器还有动力输出功能。本次设计任务是设计一款用于中型轿车的前置后驱式机械式五挡变速器。手动变速器具有结构简单、效率高、功率大、制造成本低等显著优点，所以在中国乘用车市场一直占据着汽车变速器的主导地位。本次设计拟采用中间轴式变速器，其显著优点是直接挡利用率较高，在其他前进挡位工作时一挡仍然有较大的传动比。但在其他前进挡位工作时其传动效率略有降低，同时由于其操作复杂，会使驾驶员产生疲劳感，噪声较大，这是它的缺点。首先要选择发动机型号，确定发动机的最大功率、最大扭矩、最高转速等重要参数，然后根据上述参数选择最大及最小传动比，合理分配各挡传动比。结合运用汽车设计、汽车理论、机械设计、机械原理等知识，计算出变速器各个齿轮及轴的参数并校核其强度，论证设计方案的合理性，最后要画出变速器齿轮和轴的零件图。关键词：变速器；传动比；齿轮；轴；计算；校核ABSTRACTThe transmission gearbox is used to change torque and the rotate speed from engine to driving gear, In-situ start, the hill climbing, the curve, the acceleration and so on under each kind of travel operating mode, the goal is to obtain the different force of traction and the speed, meanwhile makes the engine to work in the most advantageous operating mode scope.The transmission gearbox is equipped with the neutral which can stop the power from the engine to the driving gear transmission when starting engine, the automobile glide or parking,The transmission gearbox is equipped with the reverse gear, makes the automobile to obtain reversing travel ability.When needed, the transmission gearbox also has the dynamic output function.The task is to design one five-gear manual transmission used in the front engine rear drive intermediate.The manual transmission gearbox has many advantages including simple structure, high efficiency, big power, low production cost, therefore which is always occupying the automobile transmission gearbox dominant position in vehicle market of China.This design plans to use the middle shaft-type transmission gearbox which has the merit of high efficiency in the positive gear,and when working in the other forward gears position still has the great velocity ratio,but reduces the transmission efficiency, because of its complicated operation, it can make the pilot to have the weary feeling, the big noise, this is its shortcoming.First we must choose the engine type, gain the maximum power, the maximum torque, the highest rotate speed, the important parameter and so on , then according to above parameter choose the biggest and the smallest velocity ratio, distribute all the velocity ratio rational.Using the knowledge about automobile design, automobile theory, machine design, mechanism and so on, we can calculate the parameter of each gear and the axis and examine its intensity, prove the papers rationality, finally must draw the part drawing of an gear and an axis.Key words: Transmission；Transmission Ratio；Gear ；Shaft；Calculation；CheckII目 录摘要.IAbstract.II第1章 绪论.11.1 汽车变速器的概述.11.2 汽车变速器研究现状、发展趋势.11.2.1 国外研究现状.1 1.2.2 国内研究现状.41.3 汽车变速器设计的目的和意义.51.4 汽车变速器的设计方法和研究内容.5第2章 变速器主要参数的选择.72.1 变速器档数及各档传动比.72.1.1 变速器档数的确定.72.1.2 主要技术参数.72.1.3 主减速比的确定.72.1.4 变速器一档传动比的确定.82.1.5 变速器各档传动比的确定.102.2 变速器中心距的确定.102.3 变速器各档齿轮参数的确定.112.3.1 确定一档齿轮齿数.112.3.2 对中心距A进行修正.122.3.3确定常啮合传动齿轮的齿数.132.3.4 确定其他各档的齿数.152.3.5 确定倒档齿轮齿数.202.4 本章小结.21第3章 变速器齿轮的设计及校核.223.1 齿轮的材料选择.223.1.1 齿轮损坏形式及避免方法.223.1.2 各档齿轮的材料选择.233.2 计算各轴的转矩.243.3 齿轮的强度计算.243.3.1 轮齿的弯曲应力公式.253.3.2 轮齿接触应力公式.263.3.3 各档齿轮的强度计算及校核.283.4 各档齿轮的受力计算.353.5 本章小结.38第4章 变速器轴和轴承的设计及校核.394.1轴的设计.394.1.1 轴的作用及其设计要求.394.1.2 轴的结构设计.394.1.3 轴的尺寸计算.404.2 轴的强度计算及校核.414.2.1 轴的刚度计算及校核.414.2.2 轴的强度计算及校核.464.2.3 轴承的选择及校核.50 4.3 本章小结.52第5章 同步器的确定.535.1 锁销式同步器介绍.535.2 锁环式同步器介绍.545.3 本章小结.55第6章 操纵机构和箱体的确定.566.1 操纵机构的功用.566.2 换档位置示意图.566.3 变速器箱体的设计.566.4 本章小结.57结论.58参考文献.59致谢.60附录.61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。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1。 1.2汽车变速器研究状况、发展趋势1.2.1国外研究现状变速器作为传递动力和改变车速的主要装置，国外对其操纵的方便性和档位数等方面的要求愈来愈高。目前，4档特别是5档变速器的用量有日渐增多的趋势。同时，6档变速器的装车率也在上升。电子控制式自动变速器是90年代人们关注的焦点。它是在机械变速器的基础上，通过运用电子技术实现自动换档、自动控制离合器及油门动作的种先进的变速装置。在该装置中，有一个由半导体元件和集成电路组成的电子控制器，它是变速器的“指挥中心”，以模拟控制与数字控制两种方式作用，能连续不断地把车辆的实际行驶状况与希望实现的状况进行比较，如果两者不吻合，该控制器就会命令操纵机构，改换变速器的档位、离合器的分离与接合以及油门的开度。通过实现自动选择最佳档位和最佳换档时间，电控变速器可直接改善整车的操纵性，并使车辆在经济性最佳的范围内行驶。据悉，丰田电控变速器可节油5%左右。尽管电控自动变速器从开始研制至今仅20余年，但由于它既有机械变速器传动效率高和使用可靠等优点，又有液力机械自动变速器动力性好、油耗低和操作简单的好处，所以国外各大公司都很重视该产品的研制应用。丰田公司开发的ECT电控自动变速器，起动时和低、中速时的加速性都很好，而且变速平稳、油耗低。日产研制的全新通档电控自动变速器，体积小,传递效率高，比同类产品更能满足经济性要求，它在车速超过50km/h时,无论在3档或4档都具有转矩锁定功能。三菱在其最新的电控自动变速系统中，增加了“模糊控制”的新概念。当电子控制器根据所收到的车辆行驶状况信息，通过模糊逻辑进行判断之后，会白动选择最适当的换档方式，从而可以防止车辆上坡时或转弯时自动换人高档，也可防止车辆下坡时自动由高档换到低档。本田开发的电控变速器也应用了模糊控制概念，使变速控制非常简便、轻松，驾驶者简直难以觉察到档位的变换。目前国外轿车的电控自动变速器，主要有三种操纵方式，即电子控制气动操纵、电子控制液压操纵和电子控制马达操纵。最近几年,传统的液力自动变速器通过采用CAD/CAM技术来提高液力变矩器效率,增加行星齿轮变速器的档位(四、五档)以及电子技术的应用,液力自动变速器的性能已相当完善。每年还有几十项专利申请,主要是在电子控制方面的,如消除汽车爬坡时因牵引力不足产生急剧减速造成的重复换档;防止汽车转弯时因短时间速度下降产生重复换档,有效地减小离合器和制动器的使用频率;因海拔高度变化引起发动机转矩下降而对换档时刻进行修正;通过控制液压系统压力和发动机输出转矩以抑制换档冲击等2。现在的液力自动变速器已能通过微电脑对整个动力传动系统进行控制,可称得上是全电子控制的智能化产品。由各种电子传感器和微电脑组成的电控单元可根据路况、驾驶方式等信息控制发动机的喷油量,决定换档时机和液力变矩器锁定时刻,使动力输出达到最佳,既降低油耗,又减小换档时的振动。三菱公司新的自动变速车“Fuzzy Shift 4AT”在自动变速系统中加入了“模糊控制”的概念,变速器内的微电脑会根据收集到的行驶状况信息,通过模糊逻辑判断后,自动选择最适当的换档方式。该公司的INVECS-自动速器,控制参数扩大到车辆的全部工作范围,相关信息数量高达210个,其电脑有记忆驾驶员的爱好和习惯的能力,可据此修改换档程序。液力自动变速器的应用范围非常广,与之匹配的发动机排量小至1L,大至10L以上;传递功率可从几十千瓦到几百千瓦;可以装备轿车、客车、货车、越野车等各种车型。仅就液力自动变速器在轿车上的装备率而言,目前美国为90%左右,日本接近80%。因此,液力自动变速器在汽车自动变速器行业占有主导地位。据预测,随时间的增加,日本自动变速器的总装车率将达到40%,美国将达到35%,不过在这当中,AMT和CVT将要挤占部分份额。进入80年代,五十铃、伊顿、ZF等公司研制电子控制机械自动变速器并装车成功后,福特公司、大众公司、菲亚特公司、雷诺公司和丰田公司等也相继开展AMT的研究和开发。1995年本田的部分Civic轿车装用了AMT。1996年宝马M3轿车所采用的“M序列式变速器”就是在原来的M3型6档手动机械变速器基础上作了大幅度的改进,以全新的电液控制系统代替了传统的机械式变速器的操纵系统,并可选择自动变速和手动变速两种模式。ZF公司也推出了其电控机械自动变速器新产品ASTRONIC系列。由于机械式自动变速器是采用现代电子技术改造传统手动变速器而得到的,其研究时的一个初衷就是考虑机械变速器部分可以借用原有的结构,因而新增生产设备较少。但这也限制了为改善自动变速器性能所要求的一些结构上的变化。据统计,截至1996年底,装备金属带式CVT的轿车就已达120多万辆。最近,日本本田汽车公司和荷兰的VDT(Van Doorne s Transmissie B.V.)变速器公司共同研制的新型无级变速器已装备在了本田1996Civic HX型轿车上。日产汽车公司原定在21世纪进入CVT的实用化阶段,但因该公司近几年经营情况不理想,为有利于抢占市场,现已明显加快了CVT实用化步伐,电子控制的哈依帕CVT已装在蓝鸟等排量2L的轿车上。据统计,目前装有CVT的轿车约120万辆,发动机排量大多在0.63.3L。预计随时间增加,无级变速器的装车率,日本将达到15%,而美国将达到38%。这主要集中在中小排量的轿车上,用于大功率传递时仍有一些问题需要解决。另外,美国一些高校的研究机构以及装备液力自动变速器量最大的通用汽车公司也正在加紧CVT的研制和试装车。由此可看出国外汽车企业对CVT的态度已由举棋不定转向了加速发展3。1.2.2国内研究现状我国从60年代起,就在“红旗”770轿车上使用了具有2个前进档的液力自动变速器,1975年又研制出具有3个前进档的CA774液力自动变速器。80年代初,老“红旗”轿车因油耗高而停止生产。油耗高的原因除液力自动变速器效率问题外,更主要的要归因于其高达5.6L排量的发动机。此外,除在部分军用车辆上使用了液力自动变速器外,国内汽车行业几乎与自动变速器无缘。甚至有人认为,中国在2000年以前不需要自动变速器。随着中国的改革开放,大量国外轿车进入我国市场,其中许多中高档轿车是带有自动变速器的,而其类别几乎全部是液力自动变速器。这也使一大批汽车修理企业对液力自动变速器的维修变得十分熟悉。由于对自动变速器良好性能的逐渐认识,用户的需求量越来越大,使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。1998年,一汽大众公司生产的“捷达王”已将自动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康”1.6L的车型上推出了电控式液力自动变速器。上海通用汽车公司在所生产的别克“世纪”轿车上装备了目前最为先进的一种液力自动变速器4T65E型四档电控自动变速驱动桥。而广州本田“雅阁”轿车,自动变速器几乎是标准配置。因此,在国产车上选装液力自动变速器已成为必然之势。从研究与生产环节来看,CA770液力自动变速器生产过近2000台,加之工程机械、军用车辆采用动力换档的行星齿轮变速器已有很多年的历史,近几年,国内也为大功率车辆研制成功电控自动变速器,因此可以说,在液力自动变速器的研究、生产以及修理方面均有一定的基础。但目前国产轿车所装用的液力自动变速器全部都依靠进口。不过通用汽车公司在上海的合资企业已开始试生产4T65E型四档电控自动变速驱动桥。当然,完全国产化还有一段路要走。在电子控制机械式自动变速器方面,国内有关部门也正在进行研究，目前已生产出样机。至于机械式无级变速器,早在十年前,国内就有高校购买过国外样机作分析研究,但苦于经费问题,无法深入进行。近一两年一些高校才又开始重新起步。根据国外目前CVT应用的趋势和所做的预测,CVT可能是小功率(发动机排量2L以下)液力自动变速器最有威胁的挑战者,国内市场前景不容忽视。但要想完全依靠国内自己的力量做成实用的CVT,既不现实,时间上也不允许。走技术引进的道路是一条捷径。按照我国汽车工业产业政策的规划,到2010年我国轿车产量将达400万辆,不过这个目标可能过于乐观。届时年产200万辆轿车是完全有可能的,而由于大量非职业驾驶人员的出现和对汽车性能要求的提高,装备自动变速器的至少占10%,再加上部分大客车也采用自动变速器,对自动变速器的需求量将在20万台以上,这对于我国的汽车工业而言,将是一个极好的机遇,同时也是一场新的挑战4。1.3汽车变速器设计的目的和意义21世纪，汽车工业成为中国经济发展的支柱产业之一，汽车企业对各系统部件的设计需求旺盛。其实，汽车与人一样，也有着整套健康系统的有机结合体。发动机是心脏，车轮、底盘与悬挂是躯干和四肢，然而链接他们的，是类似于人体经脉的变速器系统。如果汽车丧失了变速器这个中心环节，心脏、四肢、与躯干再好，汽车也只能如同植物人般成为废铁一堆！可以说，变速器是伴随着汽车工业出现的必然产物，是汽车上的必需品。在完成了最基本的传动功能之外，我们对变速器的要求也越来越高，这是变速箱演变过程的首要催产素。由此可见，对汽车的变速器进行研究具有十分重要的意义。变速器是汽车的重要部件之一，主要实现汽车在行进过程中变速及倒车功能。通过改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，适应在起步、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车轮牵引力及车速不同要求的需要。变速器的好坏还体现在挡位区间是否清晰、换挡是否平顺。道理很简单，一个挡位模糊、换挡艰涩的变速器是不会为汽车带来流畅的动力分配也不会为驾驶者带来惬意的驾驶乐趣的。因此变速器的设计对汽车性能至关重要。变速器组成零件较多，零件之间的装配关系相当复杂。对于车辆工程专业的本科学生，通过本毕业设计可以充分复习所学知识，并能提高计算机及软件使用水平，为以后的工作打下坚实基础5。汽车变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时是发动机在最有利的工况范围内工作。通过对福克斯2.0轿车变速器的设计，让我充分了解变速器的构造和设计过程，锻炼我的动手能力、独立思考能力和绘图能力。1.4汽车变速器的设计方法和研究内容在本次设计中，由于是对传统的变速器进行改进型设计，在设计中参考其他福克斯轿车的变速器，采用了锁环式同步器的换挡方式。在设计中，我除了对汽车变速器的结构进行了合理的布置外，还运用了材料力学、机械原理、机械设计等知识，对变速器的重要零件轴和齿轮进行受力分析，强度、刚度的校核，以及为这些零件选择合理的工程材料和热处理方法，同时也为变速器选择合理的同步器和操纵机构6。在设计的初期，我上网寻找变速器的相关资料，尤其是变速器的各部件的功用；在设计的第二阶段，通过参考其他车型的的变速器，对变速器进行整体结构布置，校核轴和齿轮的强度、刚度，选择材料；在第三阶段的主要任务是绘制变速器的装配图和重要的零件图，确定个零件的精度等级及其它参数；最后，是对整体论文的编写整理整个设计过程中的各种资料，以及对前期设计中的错误做出修改。本次设计主要是依据参考福克斯轿车的参数，通过对变速器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的手动5挡变速器。本文主要完成下面一些主要工作：（1）参数计算。包括变速器传动比计算、中心距计算、齿轮参数计算、各档齿轮齿数的分配；（2）变速器齿轮设计计算。变速器齿轮尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及校核；计算各轴的尺寸计算及校核；齿轮强度计算及检验；（3）变速器轴设计计算。包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算；（4）变速器轴承的选择及校核；（5）同步器的设计选用和参数选择；（6）变速器操纵机构的设计选用；（7）变速器箱体的结构设计。