9吨中型载货汽车三轴式五档变速器设计本科学位论文.doc

目 录摘要 ⅠAbstract Ⅱ第 1章 绪 论 11.1 概述选题的目的及意义 11.2 国内外研究状况 1 1.3 变速器的设计思想 31.4 设计的主要内容 4第 2章 变速器结构方案的设计 52.1两轴式和三轴式变速器 52.1.1变速器的径向尺寸 52.1.2变速器的寿命 52.1.3变速器的效率 62.2齿轮安排 62.2.1整车总布置 62.2.2驾驶员的使用习惯 62.2.3提高平均传动效率 62.2.4改善齿轮受载状况 72.3换档结构方式 72.3.1滑动齿轮换档 72.3.2啮合套换档 72.3.3同步器换档 72.4倒档的结构方案及倒档轴的位置 82.5变速器最低档传动比的确定 82.6中心距的确定 102.7变速器的传动方案及相关参数 11第3章 变速器齿轮的设计 123.1齿轮传动的失效形式 123.1.1齿轮折断 123.1.2齿面点蚀 123.1.3齿面胶合 133.2 变速器齿轮设计步骤 133.2.1模数的选取 133.2.2压力角 143.2.3螺旋角 143.2.4齿宽b 153.2.5变位系数的选择原则 153.3各档齿轮齿数的分配 173.3.1确定一档齿轮的齿数 173.3.2对中心距进行修正 183.3.3确定常啮合传动齿轮副的齿数 183.3.4确定其他各档的齿数 183.3.5确定倒档齿轮齿数 193.3.6齿数和螺旋角具体计算如下 193.4 齿轮的材料及其选择原则 213.4.1常用的齿轮材料 213.4.2齿轮材料的选择原则 223.5圆柱齿轮强度的简化计算方法 233.5.1接触强度计算 233.5.2弯曲强度计算 24第4章 变速器轴的设计 294.1轴的设计 294.1.1轴的功用及其设计要求 294.1.2轴的尺寸 294.1.3轴的结构设计 304.1.4接合器设计 314.2轴的受力分析与校核计算 314.2.1轴的受力分析 314.2.2轴的强度计算 344.2.3轴的刚度计算 37第5章 同步器设计 405.1惯性式同步器 405.2同步器工作原理 425.3同步器的主要参数的确定 435.3.1摩擦系数 435.3.2同步环主要尺寸的确定 445.3.3锁止角 455.3.4同步时间t 45第6章 变速器操纵机构 466.1操纵机构的功用 466.2 换档位置图 466.3变速杆的布置 476.3.1直接操纵手动换挡变速器 476.3.2远距离操纵手动换挡变速器 476.4锁止装置 476.4.1互锁装置 476.4.2自锁装置 496.4.3倒档锁装置 49结 论 51参考文献 52致 谢 53附 录 54附录A 英文文献 54附录B 文献翻译 58黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论1.1选题的目的及意义 现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速的变化范围很小，而复杂的使用条件要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。

为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器，用来改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在最有利的工况范围下工作；在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出变速器设计的目的就是为了满足上述的要求，使汽车在特定的工况下稳定的工作变速器除了要能满足一定的使用要求外，还要保证使其和汽车能有很好的匹配性，可以提高汽车的动力性和经济性，保证发动机在有利的工况范围内工作提高汽车的使用寿命、降低能源消耗、减少汽车的使用噪声等这就要求设计人员依据汽车的技术参数，合理的选择变速器的参数，使所设计的变速器能和整车具有很好的匹配性对变速器的要求除一般便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑外，主要还有以下几点：1）保证汽车有必要的动力性和经济性2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输3）设置倒档，使汽车能倒退行驶4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出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发生7）变速器应当有高的工作效率。

8）变速器的工作噪声低1.2 国内外研究状况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，美国成功研制出两挡的液力-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"CVT") 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(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，280Nm扭矩这是真正意义的无级变速器另一种摩擦传动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330Nm/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到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。

但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的4）摩擦传动CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比2．液力传动人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈实际上这两种变速器工作原理完全不同液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力但是, 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品3．电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称"AMT")和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难 4．齿轮无级变速器齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。

据最新消息：一种"齿轮无级变速装置"(Gear Continuously Variable Transmission简称"G-CVT")已经试制成功，并已经进行了多次样机试验"齿轮无级变速装置"结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱预计今年进行装车试验齿轮无级变速器的优势表现为：（1）传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的；（2）传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的；（3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10；（4）对汽车而言，提高传动效率，节油20%；（5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染1.3 变速器的设计思想根据发动机匹配的载货汽车的基本参数，及发动机的基本参数，设计能够匹配各项的新型后驱动变速器新型后驱动变速器应满足：（1）发动机排量5.42升；（2）五个前进挡，一个倒档；（3）输入、输出轴保证两点支承；（4）采用同步器，保证可靠平稳换挡；（5）齿轮、轴及轴承满足使用要求1.4 设计的主要内容中间轴式变速器主要用于后轮驱动变速器，所以，根据实际汽车发动机匹配所需，本文计划对适用于后驱动发动机固定中间轴式变速器作为总的布置方案。

1.确定合适的布置结构变速器中各档齿轮按照档位先后顺序在轴上排列；各档的换挡方式；齿轮与轴的配套方案；轴承支承位置等结构2.进行主要参数的选择确定变速器的档位数；各档传动比；中心距；轴向长度等3.进行主要零部件及其他结构的设计齿轮参数；各档齿轮齿数分配；轮齿强度计算；轴的设计及校核；轴承的设计及校核；同步器主要参数的选取；操纵机构的设计等4.绘制图纸 根据设计方案，通过CAD完成装配图及零件图的绘制第2章 变速器结构方案的设计目前，汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的，这是由于各国汽车的使用、制造、修理等条件不同，也是由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的尽管如此，一般变速器的结构形式，仍具有很多共同点各种机构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随主观和客观条件的变化而变化因此，设计人员应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化，最后确定较合适的方案2.1两轴式和三轴式变速器现代汽车大多数采用三轴式变速器两轴式变速器只用于发动机前置、前轮驱动或发动机后置、后轮驱动的轿车上究竟采用哪种形式，除了汽车总布置的要求外，主要考虑以下三个方面：2.1.1变速器的径向尺寸两轴式变速器的前进档均由一对齿轮传递动力。

当需要大的传动比时，需将主动齿轮做得小些，而将从动齿轮做得大些，因此两轴的中心距和变速器壳体的相关尺寸也必然增大而三轴式变速器由两对齿轮传递动力，在同样传动比的情况下，可将大齿轮的径向尺寸做得小些，因此中心距及变速器壳的相关尺寸均可减小2.1.2变速器的寿命两轴式变速器的低档齿轮幅大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多，因此小齿轮的寿命比大齿轮。