组合式变速器设计课程设计.doc

汽车工程学课程设计计算书题 目 学生姓名 班级学号 指导教师 江苏大学20112012学年第2学期工程车辆机械组合式变速箱的设计摘 要本次设计的题目是商用客车变速器设计，变速器是通过改变传动比来改变发动机的扭矩和转速，使车辆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。该变速器设计为八加二挡手动变速器，即八个前进挡和两个倒挡，结构形式为中间轴式，包括一轴，二轴，中间轴，倒挡轴。本次设计中,进行变速器的零件的外形尺寸的设计，再对齿轮和轴等进行校核，来保证齿轮、轴、箱体等的可靠性和持久性。在变速器外形尺寸的设计时，要进行中心距的选取，齿轮齿数、模数、螺旋角、半径的确定；倒挡轴的设计；操纵机构的设计。绘制变速器的二维装配图和部分零件图，如齿轮、轴。关键词：档数，传动比，齿数，轴，变速器ABSTRACT The project topic is the design of business coach transmission,it changes the engine torque and speed by changing the gear ratio,making vehicle to have a suitable traction and speed,while keeping the engine in the most favorable conditions range.The transmission is designed to eight and two-speed manual transmission, that is, eight forward gears and two reverse gear, all of the gear with straight; The structure is intermediate shaft, including the first shaft, the second shaft, the intermediate shaft, the reverse gear shaft.In the design. Design the parts dimensions,and then check the gears and shafts, etc to ensure the grears,shafts, box reliability and durability. In the design of transmission dimensions, to carry out the selection of center distance, gear teeth, module, helix angle, radius; the design of Synchronous enginery and the selection of main parameters; reverse shafts design; control mechanisms design. Drawing transmissions two-dimensional assembly drawing and some parts drawings, such as gears, shafts.KEY WORDS: block; Transmission ratio; Teeth; Axis；transmission 目录第一部分：机械式变速器概述及其传动方案-1. 变速器的功能与设计要求2. 变速器传动方案的确定3. 变速器主要零件结构方案分析第二部分：变速器结构形式及主要参数的选择-1. 变速器主要参数的选择2. 传动比及齿轮齿数的计算3. 变位系数的计算第三部分：变速器结构形式及主要参数的选择-4. 变速器主要参数的选择5. 传动比及齿轮齿数的计算6. 变位系数的计算第四部分： 变速器轴的结构尺寸的确定-第五部分：小结第六部分：参考资料- 前言变速器是能固定或分挡改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置。又称变速箱。变速器由传动机构和变速机构组成，可制成单独变速机构或与传动机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用行星齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和离合器等。滑移齿轮有多联滑移齿轮和变位滑移齿轮之分。用三联滑移齿轮变速，轴向尺寸大；用变位滑移齿轮变速，结构紧凑，但传动比变化小。离合器有啮合式和摩擦式之分。用啮合式离合器时，变速应在停车或转速差很小时进行，用摩擦式离合器可在运转中任意转速差时进行变速，但承载能力小，且不能保证两轴严格同步。为克服这一缺点，在啮合式离合器上装以摩擦片，变速时先靠摩擦片把从动轮带到同步转速后再进行接合。行星齿轮传动变速器可用制动器控制变速。变速器广泛用于机床、车辆和其他需要变速的机器上。机床主轴常装在变速器内，所以又也叫主轴箱，其结构紧凑，便于集中操作。变速器是通过改变传动比，改变发动发动机曲轴的转拒，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。通俗上分为手动变速器(MT)，自动变速器(AT)，手动/自动变速器，无级式变速器。一、 变速器的选择及其简介（一） 变速器的功用和要求 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。对变速器的主要要求是：1. 应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。2. 工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。3. 重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。4. 传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。变速器的种类很多，按前进档位的不同可分为三、四、五和多档变速器，根据轴的型式的不同，又有固定轴式和旋转轴式（常配合行星齿轮传动）两类。固定轴式又有两轴式、中间轴式、双中间轴式和多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。（二）变速器的结构选择1-1 中间轴式变速器 从结构外形看中间轴式变速器有三根轴：一轴和二轴在一条中心线上。将它们连接即为直接档，此时，齿轮、轴承不承受载荷而只传递转矩，故而传动效率高，而且摩损小，寿命长，噪音也较小。而在其他档位上，经过两对连续齿轮传动，传动效率稍低。由于本设计中的汽车为重型货车，且档位多，传动比大，故本设计采用这种型式。1-2 变速器齿轮型式变速器中的齿轮一般只有两种：直尺圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮多用为滑动式，故使用在一档和倒档的较多，它们的结构简单，制造容易。但是在换档时齿轮端部产生冲击，噪声很大，从而加剧端部磨损，使齿轮的寿命降低，而且由于噪声大，容易造成驾驶员的疲劳。斜齿圆柱齿轮传动平稳，噪声很小，磨损小，寿命长。唯一的缺点是工作时有轴向力的产生，而且结构复杂，这个缺点可以在进行轴的载荷计算时予以平衡。通过比较两种型式齿轮的优缺点，本设计中，一档、倒档采用直齿圆柱齿轮，这是考虑到倒档的使用率较低，综合衡量经济性和便利性而定的，其余各档全部采用斜齿圆柱齿轮传动，这样充分发挥其传动平稳，噪声小等优点。二. 机械式变速器方案的确定1-1变速器传动方案及简图 下图所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有八个前进档的变速器。1-2 倒档的选择与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒档。为实现倒档传动，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，也有利用两个联体齿轮方案的，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弯曲状态下工作，并使倒档传动比略有增加。至此，我们可以参考汽车设计中的相关内容进行讨论。汽车设计中的图3-5主要介绍了七种不同的倒档布置方案。其中图b所示方案的优点是换档时利用了中间轴上的一档齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换档时有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难。图c所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。图d所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图c所示方案。图e所示方案是将中间轴上的一、倒档齿轮作成一体，将其齿宽加长。图f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒档传动采用图g所示方案。其缺点是一、倒档需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。在本设计中，由于整个变速器是由主，副两个变速器组成的（5+1）*2变速器，所以采用一档和倒档共用换档机构的设计。即汽车设计倒档布置方案中的f）方案。三、变速器主要参数的选择与主要零件的设计（一） 变速器主要参数的选择 一、档数和传动比考虑到车的最高车速110km/h,所以本变速器选择8档设计。整车性能参数：最大总质量：2.5t 最高车速：110km/h 最大转矩：发动机转速 最高档一般为直接档，取，车轮半径rdq=0.508m取主减速器的传动比为：。根据最大爬坡度确定一档传动比=5.66其中f=0.011.中间档的传动比理论上按等比数列确定，际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。由此，初定高速挡传动比 , , , 。副变速器传动比为3。二、 中心距的选取 中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的 强度。根据经验公式初定：A=（1417） 为发动机最大转矩； 初取14.6 代入数据求得：A=170.09, 故初取170mm 三、齿轮参数（1）齿轮模数初选模数时，可以参考同类型汽车的齿轮模数确定，也可根据大量现代汽车变速器齿轮模数的统计数据，找出模数的变化规律，即经验公式。例如，可利用下列经验公式初选模数：，mm 高档齿轮K=1， mm 一档齿轮式中： 发动机最大扭矩， Nm； 变速器一档传动比； 变速器传动效率，可取=0.96。经计算，圆整为6， ，圆整为8，则高档齿轮用一种模数，一档及倒档齿轮用一种模数，其余齿轮的模数在这之间。（2） 压力角、螺旋角和齿宽b 压力角选取国家规定的标准压力角 螺旋角根据货车变速器的可选范围为选取 齿轮宽度大，承载能力高。但齿轮受载后，由于齿向误差及轴的挠度变形等原因，沿齿宽方向轴力不均匀，因而吃宽不宜太大。吃宽可根据下列公式初选： 直齿轮 斜齿轮 四、各档传动比及其齿轮齿数的确定在初选了中心距、齿轮的模数和螺旋角后，可根据预先确定的变速器档数、 传动比和结构方案来分配各档齿轮的齿数。下面结 合本设计来说明分配各档齿数的方法。确定一档齿轮的齿数 1）确定一档齿数 为了确定Z7和Z8的齿数，先求其齿数和: 直齿 圆整 取， 四档变速器示意图 2)对中心距修正 =*m/2=172mm3) 得，4)修正i1 31*27/22*26 =2.63确定档齿轮齿数（取24）1)，圆整为45。则由 得，。 2) 修正：由，得3)修正i2 31*25/22*20 4)修正5.6 5.6arccosmn(Z5+Z6)/A*2=23.565)tg1.2/tg5.6=1.113 Z2/(Z1+Z2)(1+Z5/Z6)=1.507 |1.508-1.195|=0.3440.5 两者相差不大，近似认为轴向力平衡。确定档齿轮齿数（3.424 ）1) ，圆整为46则由 得，。 2) 修正：由，得3)修正i： 31*21/22*24 1.234)tg1.2/tg3.4=1.113Z2/(Z1+Z2)(1+Z3/Z4)=1.200|1.200-1.166|=0.0340.5两者相差不大，近似满足轴向力的平衡条件。确定倒档传动比倒档齿轮的模数往往与一档相同，为保证中间轴倒档齿轮不发生根切，初选Z10 21，倒档齿轮一般在2123之间选择。 （汽车设计第4版P96）根据中间轴和输出轴的中心距A=为了保证倒档齿轮的啮合和不产生运动干涉， 齿轮9和齿轮8的齿顶圆之间应保持0.5以上的间隙。假设取Z9=23，间隙0.5，齿轮能正常啮合且不发生运动干涉，所以取Z9=23。修正倒档传动比： ir=Z2Z7/(Z1Z8) =3432/（1818） =3.55561)中间轴与倒档轴之间的中心矩AA=2)第二轴与倒档轴之间的中心矩AA=152mmA+A=172+152=324mm齿轮精度的选择根据推荐，提高高档位齿轮的性能，均取为7级。螺旋方向由于斜齿轮传递扭矩时要产生轴向力，故设计时应要求中间轴上的轴向力平衡。故中间轴上全部齿轮螺旋方向一律做齿轮取左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。确定副变速器齿数 与主变速器的计算方法一样，可以求得副变速器各个齿轮的齿数，Z1=17，Z2=33，Z3=28，Z4=17。传动比经过修正i=3.19。齿轮变位系数的计算选择变位系数首先要考虑到齿轮传动的使用场合和齿轮的材料和热处理等，使变位后的齿轮性能达到预期的要求，如提高承载能力，避免根切等。由于齿轮的变位影响齿轮的加工和齿轮的尺寸，因此，齿轮变位系数的选择受到一定条件的限制：外齿轮要保证加工时不根切和不顶切，保证必要的齿顶厚，保证必要的重合度以及啮合时不干涉。合理的选择是既要满足齿轮使用性能方面的要求，又满足变位的限制条件。由此，变速器低档传动比分别为8.40，5.61，3.92，3.19高档传动比分别为2.63，1.76，1.23，1。四、齿轮的设计、计算及校核五、轴承的设计、计算及校核六、轴的设计、计算及校核七、小结六、参考资料