汽车设计课程设计 汽车设计课程设计 计算说明书 设计题目： 设计题目：四档变速器 07 车辆工程 设 计 者：梁锐文 指导教师： 指导教师：龙志军 2010 月 6 月 28 号 广东白云学院 目 录 第一部分：车型基本参数3 第二部分：传动方案拟定4 第三部分：变速器主要参数的选择5 第四部分：变速器齿轮的设计计算6 第五部分：变速器轴的设计计算14 第六部分：滚动轴承的选择和计算18 第七部分：参考资料20 中间轴四档机械式变速器设计 中间轴四档机械式变速器设计 变速器的结构对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻 便性，传动的平稳性与效率等都有直接的影响。采用优化设计方法对变速 器与主减速器，以及变速器的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与燃 油经济性；采用自锁及互锁装置、倒档安全装置，对接合齿采取倒锥齿侧 （或越程接合、错位接合、齿厚减薄、台阶齿侧）等措施，以及其他结构 措施，可使操纵可靠，不跳档、乱档、自行脱档和误挂倒档；采用同步器 可使换挡轻便、无冲击及噪声；采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿 轮传动平稳、噪声低。降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺 水平的关键。 变速器设计的基本要求： 变速器设计的基本要求： （1）保证汽车有必要的的动力性和经济性； （2）设置空挡，用来切断发动机的动力传输； （3）设置倒档，使汽车能倒退行驶； （4）设置动力输出装置； （5）换挡迅速、省力、方便； （6）工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡，以及换挡 冲击等现象出现； （7）工作效率高，噪声小；结构简单、方案合理； （8）变速器的工作噪声低。 计 算 与 说 明 主要结果 Pemax=75kw 一车型基本参数选择 车型 最大功率 Pemax kw 最大转矩 Temax Nm 主减速比 i0 最大车速 Vmax km/h Temax=119.4Nm i0=3.8 Vmax=110 km/h 某商用 货车 75 119.4 3.8 110 二传动方案拟定 两轴式变速器与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到 挡外其他各档的传动效率高、噪声低。本设计中采用前置发动机后轮 驱动。 两轴式变速器的倒档齿轮、一档齿轮、二档齿轮均与输入轴做成 一体，三档齿轮四档齿轮与输入轴采用花键连接。输出轴上的倒 档齿轮在同步器上，一档齿轮，二档齿轮是空套在轴上，三挡四 档齿轮与轴做成一体 ，五档齿轮空套在输出轴上。一档齿轮、二 档齿轮采用同步器换档，布置在输出轴上，三挡四档齿轮之间也 采用同步器换挡，布置在输入轴上。五挡单独用采用同步器换挡， 不知在输出轴上。倒档采用滑动齿轮换挡。 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。在本设 计中倒档采用直齿圆柱齿轮，其他档位采用斜齿圆柱齿轮。 变速器多采用滚动轴承，即深沟球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴 承以及圆锥滚子轴承。通常是根据变速器的结构选定，再验算其寿命。 固定式中间轴采用滚针轴承或圆柱滚子轴承支承着连体齿轮。 计 算 与 说 明 主要结果 为了适应汽车变速器向着增大其单位质量的传递功率、增大其承 载能力、具有更高的可靠性、更长的寿命和更好的性能等发展方向， 变速器采用圆锥滚子轴承的日益增多。 在本设计中所采用的是锁环式同步器， 该同步器是依靠摩擦作用 实现同步的。但它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键齿圈在达 到同步之前不可能接触，以免齿间冲击和发生噪声。同步器的结构如 图 2-4 所示： 图 2-4 锁环环式同步器 l、4-同步环;2-同步器齿鼓;3-接合套;5-弹簧;6滑块; 同步环;2-同步器齿鼓;3-接合套;5-弹簧;6滑块; ;2 ;3 ;5 ;6 止动球;8 卡环;9 输出轴;10 11;8;9 ;10、 7-止动球;8-卡环;9输出轴;10、11-齿轮 采用锁环环式同 步器 倒档传动方案 变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，工作时在齿轮上作用的 力也增大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合 状态变坏，最终表现出轮齿磨损加快和工作噪声大。所以无论是两轴 式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在靠近轴的 支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低 档到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能 保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用 倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承 处。本设计采用图 2-2 所示的传动方案。 计 算 与 说 明 主要结果 图 2-2 变速器倒档传动方案 三、变速器主要参数的选择 1、档数和传动比 近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘 用车一般用 45 个档位的变速器。本设计采用 5 个档位。 变速器各档传动比 一档 3.8 2、中心距 二档 2.11 三档 1.172 四档 0.651 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 KA=10 齿轮的强度。三轴式变速器的中心距 A（mm）可根据对已有变速器的 统计而得出的经验公式初定： A = K A 3 TI max 式中 K A中心距系数。对轿车，K A (3-4) =8.99.3；对货车，K A =8.69.6；对多档主变速器，K A =9.511；取 KA=10 计 算 与 说 明 主要结果 TI max 变速器处于一档时的输出扭矩 =68.22mm A = K A 3 TI max 故可得出初始中心距 A=68mm。 四、变速器齿轮的设计计算 A=68mm 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。利用经验公式初选模数,一档二档采用模数为 3mm,，三四五 挡采用 2.75mm ，倒档采用 2.5mm 2、压力角 实际上应国家规定的齿轮标准压力角为 20 度， 所以变速器齿轮普 遍采用的压力角为 20 度。 3、齿轮螺旋角 为减少工作噪声和提高强度，汽车变速器齿轮多用斜齿轮，只有 倒档齿轮。随着螺旋角的增大，齿的强度也相应的提高，不过当螺旋 角大于 30 度时，其弯曲强度骤然下降，而接触强度仍继续上升，因此 从提高低档齿轮的弯曲强度出发，并不希望过大，而从提高高档齿轮 的接触强度着眼，可选取较大值。 斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围 选用: 轿车变速器：22 34 ， 货车变速器： 26 ， 18 在此选用 18 30 螺旋角。初步选取螺旋角 25 4、齿宽 通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽。 直齿轮 b=(4.57.5) mT ，斜齿轮 b =(6.58.5) mn 。 m 倒挡 = 2.5mm m 3, 4,5 = 2.75 m1, 2 = 3mm = 20 = 25 计 算 与 说 明 主要结果 b1, 2 = 21mm 三四 挡齿厚为 6 2.75=16.5，一二挡齿厚为 21 , 输入倒挡齿为 18mm,输出齿厚为 12mm. 使接触线长度增加，接触应力降低，以提高 传动的平稳性和齿轮的寿命。 5、各档传动比及其齿轮齿数的确定 b3, 4,5 = 16.5 mm b倒 入 = 18mm 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。 b 倒出 = 12mm 确定一档齿轮的齿数 一档传动 ig1 = z2z7 = 3 .8 z1 z 8 i 1 : 先求其齿数和gZ = Z2 = 3 . 415 Z1 Z 7 = 33 Z 8 = 13 Z1 = 16 Z 2 = 25 Z = 2A m z= 2a cos m 其中 A =69mm、m =3mm；故有 Z = 46 。 i g1 = 3.8 由此可得 Z 1 = 16、Z 2 = 25 一档的实际传动比为 3.8 A= mz =69mm 2 cos Z 3 = 21 Z 4 = 21 计 二档实际传动比为 算 与 说 明 主要结果 ig 2 = Z 2 Z5 = 2.11 Z1 Z 6 按同样的方法可分别计算出： 三档齿轮 Z 5 档齿轮 = 17、Z 6 = 27 ； 四 Z 5 = 27 Z 6 = 17 Z 9 = 21、Z10 = 23 ； 。 一般情况下，倒档传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档传 动比 i gr 取 3.167。倒档传动齿轮的齿数与一档主动齿轮 1/ 相当，可以 ig 3 = 1.56 Z 9 = 21 Z10 = 23 Z 3 = 21 Z 4 = 21 Z 3 = 21 得出倒档输入齿轮 Z 4 = 21 各档实际传动比为： 三档实际传动比为 四档实际传动比为 ig 4 = 0.86 Z 9 = 21 Z10 = 23 ig 3 = 1.56 ig 4 = 0.86 igr = 3.41 倒实际传动比为 6、各档斜齿轮螺旋角计算 根据 = arccos 二档： 三档： igr = 3.417 mn ( z3 + z 4 ) 2a 2 = 24 = arccos = arccos 3(27 + 17) = 24 2 69 2.75( 21 + 21) = 24.76 2 69 3 = 24.76 四档： = arccos 2.75(21 + 23) = 24.56 2 69 4 = 24.56 7、齿轮变位系数的选择 齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节。采用变位齿轮， 除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外，它还影响齿轮的强度， 使用平稳性，耐磨性、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。 为降低噪声，变速器中除去一、二档和倒档以外的其他各档齿轮 的总变位系数要选用较小的一些数值，以便获得低噪声传动。其中， 一档主动齿轮