设计简介
摘 要
从汽车诞生时起，汽车变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的动力性和燃油经济性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。
本文以哈飞路宝汽车的一些整车参数和发动机参数为依据，进行变速器的设计。设计的主要内容包括变速器传动机构布置方案的确定，变速器主要参数如挡数、传动比范围、中心距、各挡传动比、外形尺寸、齿轮参数、各挡齿轮齿数的选择，齿轮、轴、轴承的设计校核，同步器、操纵机构及箱体的设计及对轴的有限元分析。
在设计的过程中，本文根据轿车变速器的设计要求和车辆动力传动系统自身的特点，参考多篇文献资料，以及国内外变速器设计图册，从经济性和实用性方面着手进行分析,设计出一种两轴式五挡变速器。
关键词：变速器；齿轮；轴；箱体；设计
ABSTRACT
Since automobile was born, the transmission has played a critical role in the drivetrain. Modern cars widely uses engines as the power source. The range of torque and speed are small, but complex using conditions require the automobile’s dynamic and fuel economical efficiency can change in a very large range. To solve this contradiction, transmission is set up in the drivetrain.
The transmission is designed based on engine parameters and vehicle parameters of Ha Fei Lu Bao automobile in this text. The main design contents include the layout program of transmission drive-mechanism, the selection of main transmission parameters such as shifts, the range of gear ratio, center-spacing, each gear ratio, size, gear parameters and the numble of each gear, the design and verification of gears, shafts and bearings, the design of synchronizer, manipulation-framework and gearbox.
Bases on the design requirement and the characteristic of power transmission system, consulting a great deal of literatures and transmission design drafts from both home and overseas,at economical efficiency and practicability angle, a small kind of two-shafted five block transmission is designed.
Key words: Transmission；Shell；Gear；Shaft；Design
目 录
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论…………………………………………………………………………………1
1.1 选题的目的及意义……………………………………………………………………1
1.2 国内外研究现状………………………………………………………………………1
1.3 研究方法设计…………………………………………………………………………2
1.4 研究内容设计…………………………………………………………………………3
第 2 章 变速器传动机构布置方案……………………………………………………4
2.1变速器传动机构布置方案分析………………………………………………………4
2.1.1两轴式和中间轴式变速器 ……………………………………………………4
2.1.2倒档的形式和布置方案 ………………………………………………………4
2.2 变速器零、部件布置方案分析 ………………………………………………………5
2.2.1齿轮形式 ………………………………………………………………………5
2.2.2换挡的结构形式 ………………………………………………………………5
2.2.3轴承的形式 ……………………………………………………………………6
2.2.4轴的形式 ………………………………………………………………………7
2.3 变速器操纵机构布置方案设计………………………………………………………7
2.3.1变速器操纵机构的分类 ………………………………………………………7
2.3.2典型的操纵机构及其锁定装置设计……………………………………………7
2.4 本章小结……………………………………………………………………………9
第 3 章 变速器主要参数的选择及设计计算 ………………………………………10
3.1 变速器设计依据的主要参数 ………………………………………………………10
3.2 挡数及传动比范围的确定……………………………………………………………10
3.2.1挡数的确定……………………………………………………………………10
3.2.2传动比范围……………………………………………………………………10
3.3 变速器各档传动比的确定 …………………………………………………………11
3.3.1 主减速器传动比………………………………………………………………11
3.3.2 最低挡传动比计算……………………………………………………………11
3.3.3 变速器各挡传动比的分配……………………………………………………13
3.4 中心距的选择…………………………………………………………………………13
3.5 外形尺寸确定…………………………………………………………………………13
3.6 齿轮参数确定…………………………………………………………………………14
3.7 各挡齿轮齿数的分配…………………………………………………………………17
3.7.1 确定一挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………17
3.7.2 确定二挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………18
3.7.3 确定三挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………19
3.7.4 确定四挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………19
3.7.5 确定五挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………20
3.7.6 确定倒挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………20
3.8 变速器齿轮的变位……………………………………………………………………21
3.8.1 确定一挡齿轮变位系数………………………………………………………21
3.8.2 确定二挡齿轮变位系数………………………………………………………22
3.8.3 确定三挡齿轮变位系数………………………………………………………23
3.8.4 确定四挡齿轮变位系数………………………………………………………24
3.8.5 确定五挡齿轮变位系数………………………………………………………25
3.8.6 本次设计所有齿轮的几何尺寸………………………………………………25
3.9 本章小结………………………………………………………………………………27
第 4 章 变速器主要结构元件的设计与计算………………………………………28
4.1 齿轮损坏的原因及形式………………………………………………………………28
4.2 齿轮材料的选择原则…………………………………………………………………28
4.3 计算各轴的转矩………………………………………………………………………29
4.4 齿轮强度计算…………………………………………………………………………29
4.4.1 齿轮弯曲强度校核……………………………………………………………30
4.4.2 齿轮接触应力校核……………………………………………………………33
4.5 轴的强度计算…………………………………………………………………………38
4.5.1 初选轴的直径…………………………………………………………………38
4.5.2 轴的刚度计算…………………………………………………………………39
4.5.3 轴的强度校核…………………………………………………………………47
4.6 轴承校核……………………………………………………………………………51
4.6.1输入轴轴承校核………………………………………………………………51
4.6.2输出轴轴承校核………………………………………………………………52
4.7 同步器设计……………………………………………………………………………53
4.7.1惯性式同步器…………………………………………………………………54
4.7.2 同步器主要尺寸的确定………………………………………………………55
4.7.3 主要参数的确定………………………………………………………………56
4.8 轴的有限元分析……………………………………………………………………59
4.8.1有限元基本理论简介…………………………………………………………59
4.8.2 有限元分析基本步骤…………………………………………………………60
4.8.3变速器输出轴的有限元分析的主要步骤……………………………………60
4.9 本章小结………………………………………………………………………………66
第 5 章 变速器操纵机构和箱体设计………………………………………………67
5.1直接操纵手动换挡变速器……………………………………………………………67
5.2远距离操纵手动换挡变速器…………………………………………………………69
5.2.1换挡操纵机构（外换挡操纵机构）……………………………………………69
5.2.2 换挡机构（内换挡操纵机构）…………………………………………………70
5.3电控自动换挡变速器…………………………………………………………………71
5.4 变速器箱体 …………………………………………………………………………72
5.5 本章小结……………………………………………………………………………73
结论…………………………………………………………………………………………74
参考文献 ……………………………………………………………………………………75
致谢……………………………………………………………………………………………76
从汽车诞生时起，汽车变速器在汽车传动系中扮演着至关重要的角色。现代汽车上广泛采用内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的动力性和燃油经济性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。
本文以哈飞路宝汽车的一些整车参数和发动机参数为依据，进行变速器的设计。设计的主要内容包括变速器传动机构布置方案的确定，变速器主要参数如挡数、传动比范围、中心距、各挡传动比、外形尺寸、齿轮参数、各挡齿轮齿数的选择，齿轮、轴、轴承的设计校核，同步器、操纵机构及箱体的设计及对轴的有限元分析。
在设计的过程中，本文根据轿车变速器的设计要求和车辆动力传动系统自身的特点，参考多篇文献资料，以及国内外变速器设计图册，从经济性和实用性方面着手进行分析,设计出一种两轴式五挡变速器。
关键词：变速器；齿轮；轴；箱体；设计
ABSTRACT
Since automobile was born, the transmission has played a critical role in the drivetrain. Modern cars widely uses engines as the power source. The range of torque and speed are small, but complex using conditions require the automobile’s dynamic and fuel economical efficiency can change in a very large range. To solve this contradiction, transmission is set up in the drivetrain.
The transmission is designed based on engine parameters and vehicle parameters of Ha Fei Lu Bao automobile in this text. The main design contents include the layout program of transmission drive-mechanism, the selection of main transmission parameters such as shifts, the range of gear ratio, center-spacing, each gear ratio, size, gear parameters and the numble of each gear, the design and verification of gears, shafts and bearings, the design of synchronizer, manipulation-framework and gearbox.
Bases on the design requirement and the characteristic of power transmission system, consulting a great deal of literatures and transmission design drafts from both home and overseas,at economical efficiency and practicability angle, a small kind of two-shafted five block transmission is designed.
Key words: Transmission；Shell；Gear；Shaft；Design
目 录
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论…………………………………………………………………………………1
1.1 选题的目的及意义……………………………………………………………………1
1.2 国内外研究现状………………………………………………………………………1
1.3 研究方法设计…………………………………………………………………………2
1.4 研究内容设计…………………………………………………………………………3
第 2 章 变速器传动机构布置方案……………………………………………………4
2.1变速器传动机构布置方案分析………………………………………………………4
2.1.1两轴式和中间轴式变速器 ……………………………………………………4
2.1.2倒档的形式和布置方案 ………………………………………………………4
2.2 变速器零、部件布置方案分析 ………………………………………………………5
2.2.1齿轮形式 ………………………………………………………………………5
2.2.2换挡的结构形式 ………………………………………………………………5
2.2.3轴承的形式 ……………………………………………………………………6
2.2.4轴的形式 ………………………………………………………………………7
2.3 变速器操纵机构布置方案设计………………………………………………………7
2.3.1变速器操纵机构的分类 ………………………………………………………7
2.3.2典型的操纵机构及其锁定装置设计……………………………………………7
2.4 本章小结……………………………………………………………………………9
第 3 章 变速器主要参数的选择及设计计算 ………………………………………10
3.1 变速器设计依据的主要参数 ………………………………………………………10
3.2 挡数及传动比范围的确定……………………………………………………………10
3.2.1挡数的确定……………………………………………………………………10
3.2.2传动比范围……………………………………………………………………10
3.3 变速器各档传动比的确定 …………………………………………………………11
3.3.1 主减速器传动比………………………………………………………………11
3.3.2 最低挡传动比计算……………………………………………………………11
3.3.3 变速器各挡传动比的分配……………………………………………………13
3.4 中心距的选择…………………………………………………………………………13
3.5 外形尺寸确定…………………………………………………………………………13
3.6 齿轮参数确定…………………………………………………………………………14
3.7 各挡齿轮齿数的分配…………………………………………………………………17
3.7.1 确定一挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………17
3.7.2 确定二挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………18
3.7.3 确定三挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………19
3.7.4 确定四挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………19
3.7.5 确定五挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………20
3.7.6 确定倒挡齿轮的齿数及传动比………………………………………………20
3.8 变速器齿轮的变位……………………………………………………………………21
3.8.1 确定一挡齿轮变位系数………………………………………………………21
3.8.2 确定二挡齿轮变位系数………………………………………………………22
3.8.3 确定三挡齿轮变位系数………………………………………………………23
3.8.4 确定四挡齿轮变位系数………………………………………………………24
3.8.5 确定五挡齿轮变位系数………………………………………………………25
3.8.6 本次设计所有齿轮的几何尺寸………………………………………………25
3.9 本章小结………………………………………………………………………………27
第 4 章 变速器主要结构元件的设计与计算………………………………………28
4.1 齿轮损坏的原因及形式………………………………………………………………28
4.2 齿轮材料的选择原则…………………………………………………………………28
4.3 计算各轴的转矩………………………………………………………………………29
4.4 齿轮强度计算…………………………………………………………………………29
4.4.1 齿轮弯曲强度校核……………………………………………………………30
4.4.2 齿轮接触应力校核……………………………………………………………33
4.5 轴的强度计算…………………………………………………………………………38
4.5.1 初选轴的直径…………………………………………………………………38
4.5.2 轴的刚度计算…………………………………………………………………39
4.5.3 轴的强度校核…………………………………………………………………47
4.6 轴承校核……………………………………………………………………………51
4.6.1输入轴轴承校核………………………………………………………………51
4.6.2输出轴轴承校核………………………………………………………………52
4.7 同步器设计……………………………………………………………………………53
4.7.1惯性式同步器…………………………………………………………………54
4.7.2 同步器主要尺寸的确定………………………………………………………55
4.7.3 主要参数的确定………………………………………………………………56
4.8 轴的有限元分析……………………………………………………………………59
4.8.1有限元基本理论简介…………………………………………………………59
4.8.2 有限元分析基本步骤…………………………………………………………60
4.8.3变速器输出轴的有限元分析的主要步骤……………………………………60
4.9 本章小结………………………………………………………………………………66
第 5 章 变速器操纵机构和箱体设计………………………………………………67
5.1直接操纵手动换挡变速器……………………………………………………………67
5.2远距离操纵手动换挡变速器…………………………………………………………69
5.2.1换挡操纵机构（外换挡操纵机构）……………………………………………69
5.2.2 换挡机构（内换挡操纵机构）…………………………………………………70
5.3电控自动换挡变速器…………………………………………………………………71
5.4 变速器箱体 …………………………………………………………………………72
5.5 本章小结……………………………………………………………………………73
结论…………………………………………………………………………………………74
参考文献 ……………………………………………………………………………………75
致谢……………………………………………………………………………………………76
