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車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
第一章 前 言
汽車是重要的交通運輸工具，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志。汽車工業(yè)是資金密集，技術(shù)密集，人才密集，綜合性強，經(jīng)濟(jì)效益高的產(chǎn)業(yè)，世界各個工業(yè)發(fā)達(dá)的國家?guī)缀鯚o一例外的把汽車工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。
汽車的研究、生產(chǎn)、銷售、營運與國民經(jīng)濟(jì)許多部門都息息相關(guān)，對社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展起重要作用。
汽車也是社會物質(zhì)生活發(fā)展的標(biāo)志，汽車的保有量隨著國民人均收入的提高而增加，在許多發(fā)達(dá)國家中汽車已經(jīng)普及到家家戶戶，促使人們的社會生活方式發(fā)生顯著的變化，但是，汽車的數(shù)量過多也會造成環(huán)境污染以及交通擁堵，交通事故等社會問題，汽車工業(yè)還必須創(chuàng)造更新的產(chǎn)品來適應(yīng)環(huán)境保護(hù)，交通管理等方面的法規(guī)和政策的嚴(yán)格限制。
自第一輛車誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有一百多年的時間了，在這一百多年的時間里，汽車工業(yè)從無到有，迅猛發(fā)展，產(chǎn)量大幅度增加，技術(shù)日新月異。目前，日本、美國、歐洲等資本主義國家的汽車工業(yè)已經(jīng)很成熟了，而發(fā)展中國家的汽車工業(yè)也正在崛起，但是還是需要面對很多困難，比如:技術(shù)落后，資金匱乏，人才不足，原料短缺等等。中國的汽車工業(yè)是解放以后才發(fā)展起來的，但是經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)有了翻天覆地的變化，相信在不久的將來中國的汽車工業(yè)會更加的強大。
第一章 方案選擇
§2.1 概述
變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空擋，可在起動發(fā)動機(jī)、汽車滑行或停車時使閥動機(jī)的動力停止向驅(qū)動輪傳輸。變速器設(shè)有到黨，是汽車獲得倒退行駛能力。需要時，變速器還有動力輸出功能。
對變速器題述如下基本要求：
1） 保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性。
2） 設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪的傳輸。
3） 設(shè)置倒擋，是汽車能倒退行駛。
4） 設(shè)置動力輸出裝置，需要時能進(jìn)行功率輸出
5） 換擋迅速、省力、方便。
6） 工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有挑擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。
7） 變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。
8） 變速器的工作噪聲低。
除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。
滿足汽車必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的擋數(shù)、傳動比范圍和各擋傳動比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。
變速器由變速傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。變速傳動機(jī)構(gòu)可按前進(jìn)擋數(shù)和軸的形式不同分類。
在原由變速傳動機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，再附加一個副箱體，這就在結(jié)構(gòu)變化不大的基礎(chǔ)上，達(dá)到增加變速器擋數(shù)的目的。近年來，變速器操縱機(jī)構(gòu)有向自動操縱方向發(fā)展的趨勢。
§2.2變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案
機(jī)械式變速器應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點，故在不同形式的汽車上的到廣泛應(yīng)用。
§2.2.1傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析
1.固定軸式變速器
（1）兩軸式變速器 固定軸式變速器的兩軸式和中間軸式變速器應(yīng)用廣泛。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動汽車上。
（2）中間軸式變速器 中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承載發(fā)動機(jī)飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設(shè)離合器的從動盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。
SUV柴油車屬于多功能型轎車，工況復(fù)雜多變。所以對變速器有較高的要求，要求較寬的傳動比范圍，所以選擇5加1擋變速器。此SUV車是發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動，所以采用中間軸式變速器，帶副箱的變速器倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高周的剛度、減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速擋的條件下，很容易形成一個只有四個前進(jìn)擋的變速器。這樣的變速器很符合柴油SUV的工作條件，所以此車可以采用帶副箱的變速器。
第三章 變速器主要參數(shù)的選擇計算
§3.1擋數(shù)
柴油SUV是多功能轎車，可選五前進(jìn)擋和一個倒擋，即5+1擋?！ ?
§3.2傳動比范圍
變速器傳動比范圍是指變速器最低擋傳動比與最高擋傳動比的
比值，最高擋是超速擋傳動比為0.7~0.8，直接擋傳動比是1，影響最低擋傳動比的因素有：發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的最大爬坡能力、驅(qū)動輪與路面間的附著能力、主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以及所要求達(dá)到的最底穩(wěn)定行駛車速等，目前乘用車傳動比范圍在3.0~4.5之間，重質(zhì)量輕些的商用車在5.0~8.0之間，其他商用車則更大。
§3.3中心距A
對中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸軸線之間的距離稱為變速器中心距A。它是一個基本參數(shù)，其大小不僅對變速器的外形尺寸、在、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對輪齒的接觸強度有影響。
1、中間軸式變速器中心距A的確定
初選中心距A時，可根據(jù)下述經(jīng)驗公式計算：
（3-1）
式中A為變速器中心距（mm）;Ka為中心距系數(shù)可，乘用車：Ka=8.9~9.3，
商用車：Ka=8.6~9.6，多擋變速器：Ka=9.5~11.0;Temax 為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）；i1為變速器一擋傳動比；為變速器傳動效率，取96%。
計算：Temax=225Nm i1=4.11 =0.96 Ka=9.0
§3.4外形尺寸
變速器的橫向外形尺寸可，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間（過渡）齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置確定。
影響變速器殼體軸向尺寸的因素有擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式及齒輪形式。
§3.5齒輪參數(shù)
§3.5.1各參數(shù)的初選
1.模數(shù)
齒輪模數(shù)是一個重要參數(shù)，并且影響他的選取因數(shù)有很多，如齒輪的強度、質(zhì)量、噪音、工藝要求等。
初選模數(shù)時可根據(jù)經(jīng)驗公式下面計算：
= (3-2)
計算： K=1 Temax=225N·m
=
=
所以初選模數(shù)為3。
2.壓力角
齒輪壓力角較小時，重合度較121212大并降低了輪齒剛度，為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合時的動載荷，使傳動平穩(wěn)，有利于降低噪聲；壓力角較大時，可提高齒輪的抗彎強度和表面接觸強度。
實際上，因國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為
3.螺旋角
斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對齒輪工作噪聲、輪齒的強度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時是齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。實驗還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強度和重合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。
采用斜齒輪欲使中間軸上兩個斜齒輪的軸向力平衡，需滿足下述條件
由于T=Fa1r1=Fa2r2,為時兩軸向力平衡，需滿足
式中，F(xiàn)a1、Fa2為作用在中間軸齒輪1、2上的軸向力；Fn1、Fn2為作用在中間軸齒輪1、2上的圓周力；r1、r2為齒輪1、2的節(jié)圓半徑；T為中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。
4.齒寬b
在選擇齒寬時，應(yīng)該注意齒寬對變速器的軸向尺寸，質(zhì)量、齒
輪工作平穩(wěn)性、齒輪強度和齒輪工作時的受力均勻程度等有影響。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)m(mn)的大小來選定齒寬。
斜齒b=，取為6.0~8.5
直齒b=，取為4.5~8.0
§3.5.2一擋齒輪參數(shù)的確定
主箱齒輪參數(shù)應(yīng)根據(jù)中心距、軸向力平衡條件、傳動比綜合確定。
變速箱傳動方案確定如下圖：
圖5-1變速箱傳動方案
計算一擋齒輪 Z1，Z2
圓整取A為86.5，初選mn為3，螺旋角初選為
取Z1=17，Z2=40。
修正中心距A
修正螺旋角
一擋齒輪主要參數(shù)確定如下：
Z2=40，Z1=17，=3,=
中心距修正為88mm
§3.5.3直接擋齒輪參數(shù)的確定
長嚙合擋齒輪即直接擋齒輪的計算：
A=88mm, 初選，
圓整得=52，
由 得
解得 Z8=18.93 圓整取得Z8=19
Z7=52-19=33
修正，
此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式
=
相差不大，所以可以滿足上述要求，
修正ig1, ig1=
計算得直接擋齒輪主要參數(shù)如下：
mn=3,Z8=19,Z7=33, =
一擋傳動比ig1為4.09
§3.5.4其它擋齒輪參數(shù)的確定
其它擋齒輪同理，依次按此步驟計算可得個擋齒輪主要參數(shù):
二擋齒輪主要參數(shù)：
齒數(shù)：Z4=31，Z3=24，螺旋角，端面模數(shù)mn=3
二擋傳動比ig2為2.24
三擋齒輪主要參數(shù)：
齒數(shù)：Z6=24，Z5=29，螺旋角，端面模數(shù)mn=3
三擋傳動比ig3為1.44
五擋齒輪主要參數(shù)：
齒數(shù)：Z10=16，Z9=35，螺旋角，端面模數(shù)mn=3
五擋傳動比ig2為0.79
倒擋齒輪計算：
由于倒擋使用的很少所以可以將倒擋設(shè)計成直齒輪。
選模數(shù)m=3,倒擋齒輪Z13的齒數(shù)，一般在21~23之間。
為保證倒擋齒輪的嚙合不產(chǎn)生運動干涉，齒輪11和12的齒頂圓指甲應(yīng)保證有0.5mm以上的間隙。即;
取Z11+Z12=54，mm
則可計算得:Z11=17,Z12=37,Z13選為21，
倒擋傳動比=3.78
第四章 變速器的計算與校核
§4.1齒輪強度計算
變速器齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞剝落（點蝕）、移動換擋齒輪端面破壞以及齒面膠合。與其他機(jī)械設(shè)備變速器比較，不同用途汽車的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，汽車比速器齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級別、支承方式也基本一致。因此，比用于計算通用齒輪強度公式更為簡化一些的計算公式來計算汽車齒輪，同樣可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。下面介紹的是計算汽車變速器齒輪強度用的簡化計算公式。
1. 輪齒彎曲強度計算
（1） 直齒輪彎曲應(yīng)力
(4-1)
式中，為彎曲應(yīng)力（MPa）；為圓周力（N），；為計算載荷（）;d 為節(jié)圓直徑（mm）;為應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.65；為摩擦力影響系數(shù)，主從動齒輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，對彎曲應(yīng)力的影響也不同：主動齒輪=1.1從動齒輪=0.9；b為齒寬（mm）；t為端面齒距（mm），,m為模數(shù)；y為齒形系數(shù)，
因為齒輪節(jié)圓直徑d=mz，式中z為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)代入上式后得
(4-2)
當(dāng)計算載荷去作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時，倒擋直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400~850MPa，貨車可取下限，承受雙向教鞭載荷作用的倒擋齒輪的許用應(yīng)力應(yīng)取下限。
（2） 斜齒輪彎曲應(yīng)力
(4-3)
式中，為圓周力（N），；為計算載荷（N·㎜）；d為節(jié)圓直徑（㎜），，為法向模數(shù)（㎜）；z為齒數(shù)；為斜齒輪螺旋角（）；為應(yīng)力集中系數(shù)，；b為齒面寬（㎜）t為法向齒距（㎜），；y為齒形系數(shù)，為重合度影響系數(shù)，=2.0。
將上述有關(guān)參數(shù)代入上式整理后得到斜齒輪彎曲應(yīng)力為
(4-4)
當(dāng)計算載荷去作用到變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時，對乘用車常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180~350MPa范圍，對貨車為100~250 MPa。
計算第一軸齒輪彎曲強度，即齒輪7的彎曲強度，
彎曲應(yīng)力：
2. 輪齒彎曲接觸計算
輪齒接觸應(yīng)力
(4-5)
式中，為輪齒的接觸應(yīng)力（MPa）；F為齒面上的法向力（N），；為圓周力（N），；d為節(jié)圓直徑；為節(jié)圓處壓力角（），為斜齒輪螺旋角（）；E為齒輪材料的彈性模量（MPa）b為齒輪接觸的實際寬度（㎜）；、為主從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（㎜），直齒輪、，斜齒輪、；、為主從、動齒輪節(jié)圓半徑（㎜）。
將作用在變速器第一軸上的載荷作為計算載荷時，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見下表
表4-1變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
齒 輪
滲 碳 齒 輪
液體碳氮共滲齒輪
一擋和倒擋
1900~2000
950~1500
常嚙合齒輪
1300~1400
650~700
變速器齒輪多采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與心部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。在選用鋼材及熱處理時，對可加工性及成本也應(yīng)考慮。
國內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要采用20CrMnTi、15MnCr5、20MnCr等合金鋼，滲碳齒輪表面硬度為58~63HRC，心部硬度為33~48HRC。
計算第一軸齒輪接觸強度，即齒輪7的接觸強度
接觸應(yīng)力：
其它斜齒輪的彎曲應(yīng)力及接觸應(yīng)力的計算同上，在此就不再重復(fù)，計算結(jié)果如下表:
表4-2各斜齒輪應(yīng)力計算結(jié)果
齒輪
齒數(shù)
齒寬
螺旋角
彎曲應(yīng)力
接觸應(yīng)力
1
17
25
13.69
388.68
1926.91
2
40
23
13.69
346.21
1926.91
3
24
23
20.36
240.09
1343.55
4
31
25
20.36
249.48
1343.55
5
29
23
25.39
200.67
1260.79
6
24
25
25.39
191.81
1260.79
7
33
23
27.58
178.29
1198.58
8
19
25
27.58
170.59
1198.58
9
35
23
29.62
154.19
1184.79
10
16
25
29.62
173.76
1184.79
倒擋齒輪為直齒輪，倒擋齒輪的強度計算如下：
彎曲應(yīng)力的計算：
齒輪11：
齒輪12：
齒輪12：
接觸應(yīng)力的計算：
倒擋軸與中間軸嚙合齒輪副的計算：
，有效嚙合齒寬b=30㎜.
同理可得二軸與倒擋嚙合齒輪副的接觸應(yīng)力
§4.2 軸的強度計算
變速器工作時，由于齒輪上的圓周力，徑向力和軸向力作用，其軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。變速器的軸應(yīng)由足夠的剛度和強度。剛度大小應(yīng)以保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。確定軸和齒輪的尺寸后就可以進(jìn)行剛度和強度的計算。軸的強度和轉(zhuǎn)角可按《材料力學(xué)》的有關(guān)公式計算。計算時只計算齒輪位置處周的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸嚙合齒輪副，因距離支承點近，負(fù)荷又小通常撓度不大，就可以不必計算。
1.軸剛度計算
若軸在垂直面內(nèi)的撓的為，在水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角，則可以用下式計算
(4-6)
(4-7)
(4-8)
式中，為齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）；為齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）E為彈性模量（MPa）；I為慣性矩，d為軸的直徑（㎜）。
2.軸的強度計算
作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點的垂直平面和水平面內(nèi)的支反力和之后，計算相應(yīng)的彎矩和，軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩的同時作用下，其應(yīng)力為
(4-9)
式中，；d為軸的直徑（㎜），花鍵處取內(nèi)徑；W為抗彎截面系數(shù)（）。
低擋工作時，。
除此之外，對軸上的花鍵，應(yīng)計算齒面的擠壓應(yīng)力。
變速器軸用與齒輪相同的材料制造。
§4.2.1軸的受力分析與計算
（1） 計算中間軸上各擋位工作時齒輪對中間軸產(chǎn)生的力。
直接擋從動輪，
。
其它各擋工作時，各個齒輪對軸的力計算方法相同，在此就不再重復(fù)。計算結(jié)果如下表：
表4－3中間軸各齒輪對軸產(chǎn)生的力
齒輪
直徑（㎜）
螺旋角（）
Fr（KN）
Ft（KN）
Fa（KN）
2
52.49
13.69
5.58
14.89
3.63
4
76.8
20.36
3.95
10.18
3.78
6
96.3
25.39
3.27
8.12
3.85
8
111.69
27.58
2.87
7
3.66
10
120.78
29.62
2.71
6.47
3.68
12
51
0
5.58
15.33
0
此變速器是帶副箱的，所以有中間軸承即中間軸有中間支承。
根據(jù)材料力學(xué)疊加原理，可以通過已知的各個齒輪的作用力，計算出各個軸承對中間軸的支反力。
以一擋工作時為例，受力簡圖如下圖：
圖4－1一檔工作時中間軸受力簡圖
計算結(jié)果如下表：
表4-4各擋工作時中間軸上各軸承的支反力
齒輪
Fa
Fr
Ft
RAH
RAV
RBH
RBV
RCH
RCV
2
3.63
5.58
14.89
-7.89
8.45
-14.477
6.43307
1.25
0.77
4
3.78
3.95
10.18
-3.18
6.82
-7.8222
4.06869
1.85
1.03
6
3.85
3.27
8.12
-1.12
6.14
-4.7746
2.98283
1.21
0.81
8
3.66
2.87
7
6.1
2.5
1.29
0.77949
-0.78
0.32
10
3.68
2.71
6.47
0.11
0.05
1.29
0.24908
-0.39
0.16
1
0
5.58
15.33
6.56
-2.33
-12.13
-5.42
2.76
-0.7
表中，分別為各個齒輪的軸向力、徑向力和圓周力；分別為中間軸左，中，右三個軸承對中間軸的水平和垂直支反力。
第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點近，符合又小，通常撓度不大，故可以不必計算。
§4.2.2中間軸的強度校核：
1.作出彎矩圖
分別按水平面和垂直面計算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計算結(jié)果分別作出水平面上的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖；然后按下式計算出總彎矩并作出圖；
(4-10)
以一擋工作時為例中間軸受力情況如下簡圖，根據(jù)各力對軸的彎矩作彎矩圖如下：
圖4-2 軸的載荷分析圖
在彎矩和扭矩同時作用下，其應(yīng)力為：
MPa
低擋工作時，[]400MPa
所以符合要求，合格。
其它各擋工作時計算方法及過程均相同，在此就不再重復(fù)。
§4.2.3軸的剛度校核
(4-11)
(4-12)
(4-13)
各擋位工作時，上式中各值見下表：
表4-5 不同擋位下各參數(shù)的值
齒輪
F1
a
b
L
F2
E
d
I
2
5.58
229.1
29
258.1
14.89
210000
44
183891
4
3.95
142.7
115.4
258.1
10.18
210000
44
183891
6
3.27
113.7
144.4
258.1
8.12
210000
39
113503.2
10
2.71
118.4
25.3
143.7
6.47
210000
37
91951.02
12
5.58
30
113.7
143.7
15.33
210000
44
183891
分別代入公式后得到計算結(jié)果見下表：
表4-6 中間軸剛度校核結(jié)果
齒輪
fc
fs
2
-0.00025
0.00823742
0.021981
4
-5.9E-05
0.03582348
0.092325
6
8.93E-05
0.04776023
0.118597
10
-9.1E-05
0.00292119
0.006974
12
9.57E-05
0.00389978
0.010714
軸在垂直平面和水平面內(nèi)撓度的允許值為[]=0.05~0.1㎜,[]= 0.1~0.15㎜。齒輪在垂直平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002rad.
所以中間軸的剛度符合要求。
其它軸的剛度校核及強度校核方法及計算過程與此相同，在此就不在重復(fù)。
§4.2軸承壽命計算
變速器軸承在不同擋位下所受力不同，但是低速擋和倒擋的使用率很低，所校核軸承時只需校核常用擋的軸承壽命。
以三擋工作時中間軸軸端軸承的計算為例
具體計算步驟如下：
查機(jī)械設(shè)計手冊可知軸承7507E的。
1.求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系。
左端軸承水平力為，垂直力為；
右端軸承水平力為，垂直力為。
，
2.求兩軸承的計算軸向力和
對于7000E型軸承，軸承派生軸向力，由機(jī)械設(shè)計手冊查得 ， 。
計算得
計算派生軸向力：
計算軸向力：
3.計算軸承當(dāng)量動載荷
由機(jī)械設(shè)計手冊查得：
對軸承1
對軸承2
動載荷系數(shù) ，則
根據(jù)公式計算軸承壽命:
式中n為三擋時中間軸承的最高轉(zhuǎn)速，n=2467n/s，
取中最大值即取。
以三擋行駛速度為50公里每小時計算，可以行駛二十多萬公里，所以所選軸承符合壽命要求。
其它常用擋的軸承壽命計算方法及步驟一樣，在此就不再重復(fù)。
考慮到一二擋及倒擋使用時間很少，所以就不用計算。
第五章 變速器操縱機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)元件
§5.1 變速器操縱機(jī)構(gòu)
根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用變速器的操縱機(jī)構(gòu)完成選擋和實現(xiàn)換擋或退空擋。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)該滿足如下要求：換擋時只能掛入一個擋位，換擋后應(yīng)使齒輪在全吃長上嚙合，防止自動脫擋或自動掛擋，防止誤掛倒擋，換擋輕便。
用于機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu)，常見的是有變速桿、撥快、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒擋鎖裝置等主要零件組成，并依靠駕駛員手力完成選擋、換擋或倒擋工作，稱為手動換擋變速器。
此變速器采用直接操縱手動換擋操縱機(jī)構(gòu)
當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近時，可將變速桿直接按在變速器上，并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換擋功能的手動換擋變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡單，已得到廣泛應(yīng)用
§5.2 變速器結(jié)構(gòu)元件
1.變速器齒輪
變速器齒輪可以和軸設(shè)計為一體或者與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。
齒輪尺寸小又與軸分開時，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度b影響齒輪強度。要去尺寸b應(yīng)該大于或者等于齒輪危險截面處的厚度，為了使齒輪裝在軸上以后保持足夠大的穩(wěn)定性 ，齒輪輪轂部分的寬度尺寸C，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)該盡可能取大些，至少滿足尺寸C=（1.2~1.4）c.變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在0.80~0.40范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于7級，
2．變速器軸
變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體
的軸承孔內(nèi)，第一軸前端和中間軸式變速器的第二軸前端，分別裝在飛輪內(nèi)腔，第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔里。倒擋軸為固定壓入殼體孔中并固定不動的光軸。
由上述可知，變速器軸上裝有軸承、齒輪、軸套等零件有的軸上又有矩形花鍵，所以設(shè)計時不僅要考慮裝配上的可能，而且應(yīng)當(dāng)可以順利的拆下軸上各零件，此外還應(yīng)當(dāng)注意工藝上的有關(guān)問題。
3.同步器設(shè)計
同步器有常壓式、慣性增力式和慣性式三種。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡單，但有不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下（即角速度相等）換擋的缺點，現(xiàn)已不用。得到廣泛應(yīng)用的是慣性式同步器，結(jié)構(gòu)如下圖：
圖5-1 鎖環(huán)式同步器
1-嚙合套座 2、7-鎖環(huán)(同步錐環(huán)) 3-滑塊 4-鋼球 5-嚙合套 6-彈簧
4．變速器殼體
變速器殼體尺寸應(yīng)該盡可能小，同時質(zhì)量也要小，并有足夠大的剛度，來保證軸和軸承工作時不會歪斜。
為了加強殼體的剛度，在殼體上應(yīng)該設(shè)計加強肋。
為了注油和放油，在變速器殼體上設(shè)計有注油孔和放油孔，注油孔應(yīng)設(shè)計在潤滑油所在平面處同時利用它作為檢查油面的檢查孔，放油孔應(yīng)設(shè)計在變速器殼體最低處。
為了減小質(zhì)量，變速器殼體采用鋁合金鑄造是壁厚取3.5~4mm。采用鑄鐵殼體時壁厚取5~6mm。增加殼體壁厚，雖然能提高殼體的剛度和強度，但會使質(zhì)量增加，并且消耗材料，提高了成本。
第六章 結(jié) 論
本此設(shè)計是設(shè)計柴油SUV變速器，伴隨汽車工業(yè)的發(fā)展與成熟變速器也不斷走向成熟，但其傳統(tǒng)設(shè)計理念，方法，經(jīng)驗仍需不斷地堅持、改進(jìn)和繼承。
我認(rèn)為本次設(shè)計的變速器有以下特點。1. 采用主副變速箱，傳動比變化大可以滿足不同工況要求；2. 結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)，使用和維修方便，價格低廉；3. 換檔平穩(wěn)、可靠，噪聲低，使用壽命長；4. 變速器采用直接操縱機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。
此外，變速器的設(shè)計涉及全面系統(tǒng)機(jī)械知識、汽車?yán)碚撘约吧a(chǎn)實踐經(jīng)驗，且受本人水平所限，設(shè)計存在許多不足之處。本次設(shè)計中在各齒輪參數(shù)選擇上是按受力最大的那個齒輪強度選擇的，因此在一擋、倒檔滿足強度的情況下，其他各檔及常嚙合齒輪強度會有很大富余，這樣會使變速器結(jié)構(gòu)變大，因此本次設(shè)計的不理想之處是未能實現(xiàn)等強度設(shè)計，未能達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的要求。同時在說明書中符號的使用上有點亂。
本次設(shè)計是對我所學(xué)知識的一次綜合檢驗和全面考察。通過這次設(shè)計不僅使我加深了對專業(yè)知識的理解，也提高了自己獨立思考問題、解決問題的能力。最終在規(guī)定時間內(nèi)較完整地完成了設(shè)計任務(wù)，達(dá)到了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)運用專業(yè)知識，提高個人工作學(xué)習(xí)能力和鍛煉團(tuán)隊合作精神的目的。
參考文獻(xiàn)
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計是對我所學(xué)專業(yè)知識的最全面考查和檢驗，也為自己將要進(jìn)入社會邁開第一步。我是懷著極大的熱情和信心相信能夠把本次設(shè)計做好，為即將走向工作崗位的我邁開堅實的一步。
萬事開頭難，缺乏實踐經(jīng)驗的我遇到了許多難以解決的困難和問題。由于指導(dǎo)李水良老師在設(shè)計中一直密切關(guān)注，給了我耐心細(xì)致的指導(dǎo)，提供了大量的參考書，講述了許多實際生產(chǎn)中常見問題的解決辦法，這些都是我能夠順利完成本次設(shè)計必不可少的。同時也得到其他指導(dǎo)老師及熱心同學(xué)的幫助，所有這些都是我能夠順利完成設(shè)計不可或缺的。在這里特別向一直對我畢業(yè)設(shè)計提供幫助，一直密切關(guān)注的李水良老師表示感謝；也向那些對我畢業(yè)設(shè)計提出寶貴意見的老師同學(xué)們表示誠摯的謝意！
2007年6月
27
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
（學(xué)生填表）
院系：車輛與動力工程學(xué)院
課題名稱
柴油動力SUV車設(shè)計——變速器及操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
課題類型
指導(dǎo)教師
職稱
課題來源
1. 設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義
變速器是汽車上僅次于發(fā)動機(jī)的重要組成部件，自從有了汽車變速器的研究設(shè)計就成為汽車行業(yè)一個重要任務(wù)，。由于國內(nèi)汽車行業(yè)起步較晚，國外的汽車業(yè)一直領(lǐng)先于中國，當(dāng)然變速器也是一樣，現(xiàn)在的變速器分為手動、自動、有級、無級、手自一體等，自動無級多檔變速器已成為當(dāng)今世界變速器研究的熱點，國內(nèi)部分企業(yè)也著手于自動無級變速器的研究。國外的大眾、通用等一些大型汽車企業(yè)對變速器的研究設(shè)計更加加速了變速器的發(fā)展。
SUV柴油車興起于上世紀(jì)90年代，近年一直穩(wěn)占暢銷車型的頭位，SUV是集旅游、越野于一體的多功能車，在未來家庭轎車中占有重要地位。同時由于油價上漲有著先天節(jié)油優(yōu)勢的柴油車得到了重視，但是目前柴油版的SUV卻很少，因此開發(fā)柴油動力的SUV具有廣闊的前景，當(dāng)然SUV車變速器也同樣肩負(fù)重大使命，所以SUV車變速器的研究設(shè)計是汽車業(yè)的需要也是整個人類的需要。
變速器使用改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡和加速等各種工況下使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。由于柴油版SUV比較少，所以其變速器的研究設(shè)計也不是很成熟，因此對SUV的變速器的研究還有很大的發(fā)展空間，也可以對柴油SUV車整體性能大的提高。
2. 國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述
近幾十年來國際汽車科技高速發(fā)展，一些領(lǐng)先技術(shù)不多引進(jìn)國內(nèi)，其中先進(jìn)的變速器技術(shù)首當(dāng)其沖裝配到國內(nèi)國產(chǎn)車中，在近些年國內(nèi)外汽車離合器的研究設(shè)計方法也出現(xiàn)了更先進(jìn)的方法技術(shù)，一CAD/CAE/CAM為代表的現(xiàn)代汽車設(shè)計方法正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的設(shè)計方法。許多大型應(yīng)用軟件也應(yīng)運而生，如文件處理、繪圖軟件、數(shù)學(xué)分析軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件、加上計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，以及基于這些通用軟件的專業(yè)應(yīng)用軟件的誕生，使“無紙化設(shè)計”在一些發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造企業(yè)中得以實現(xiàn)。
隨著高科技設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用更加促進(jìn)了變速器的設(shè)計研究，從AT到ECVT，變速箱技術(shù)的演進(jìn)史代表了汽車科技的演進(jìn)史。目前最先進(jìn)的電控?zé)o級式自動變速器(ECVT)更是頂尖汽車科技的代表。
世界上一些大型汽車企業(yè)開發(fā)了一系列先進(jìn)的技術(shù)，
主要產(chǎn)品為新六速自動變速器,這是目前世界尚最先進(jìn)的自動變速器，也有其他的一些先進(jìn)的變速器。例如：
梅塞德斯-奔馳：7前速變速箱
雷克薩斯：8前速自動變速箱
第一輛自動變速車:福特T型車 1908年,福特T型車最早采用一種兩個速比的自動變速器。其構(gòu)造是采用多組齒輪,并且分成中央齒輪和周邊齒輪,最外邊則是一個轉(zhuǎn)輪,隨著中央齒輪從發(fā)動機(jī)引入的扭矩不同,齒輪組相機(jī)行事,從而得到高低不一的轉(zhuǎn)速,，包括倒車擋的反向旋轉(zhuǎn)。
目前電控?zé)o級式自動變速器(ECVT)更是頂尖汽車科技的代表
從AT到ECVT，變速箱技術(shù)的演進(jìn)史代表了汽車科技的演進(jìn)史。目前最先進(jìn)的電控?zé)o級式自動變速器(ECVT)更是頂尖汽車科技的代表，而在CVT家族中，由計算機(jī)控制的無級式自動變速器——電控?zé)o級式自動變速器ECVT(Electronic Continuously Variable Transmission)無疑是其中最高科技的代表。與普通CVT相比，由電腦控制可以使ECVT在各種工作狀態(tài)下，保持最佳的傳動比和圓滑過渡，ECVT能同時兼顧汽車的經(jīng)濟(jì)性和動力性，在發(fā)動機(jī)最佳轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行傳動比匹配。ECVT可以實現(xiàn)動力傳動系統(tǒng)的綜合控制，充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)性能，發(fā)動機(jī)始終在最佳工況下工作，從而改善了發(fā)動機(jī)的燃燒過程，降低了廢氣的排放。
3. 課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容乘用車的基本參數(shù)為：發(fā)動機(jī)選用柴油發(fā)動機(jī)，最高車速為135km/h，最小轉(zhuǎn)彎半徑≤5.5m，乘員人數(shù)5人，檔位數(shù)5+1，載重
量為0.5噸。
參照長安牌微型貨車的整體布局參數(shù)（網(wǎng)上可以查到），亞洲牌微型客車底盤實物（車輛實驗室整車陳列室內(nèi)），長劍牌微型轎車實物（車輛實驗室整車拆裝室內(nèi)）和有關(guān)的其他車型（查閱有關(guān)資料），完成乘用車的變速箱及起操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計任務(wù)
4. 設(shè)計（或研究）方法
過收集國內(nèi)外同類車型的資料，分析目前汽車通市場上該車型的最新發(fā)展?fàn)顩r。通過集體討論定出本次設(shè)計方案。借鑑類似的實體或模型認(rèn)識相應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)，作出合理的設(shè)計設(shè)想，通過大家的通力合作設(shè)計出在市場上暢銷的車型。
5. 實施計劃
第5周 調(diào)研，搜索，分析資料；
第6周 全組集體討論，制定，確定總體方案；
第7-10周 完成主要總圖設(shè)計；
第11-14周 完成零部件圖設(shè)計，并完成手繪圖；
第15周 按要求編輯整理設(shè)計說明書；
第16周 整理圖紙及全部設(shè)計文件，最后交卷；
第17周 審核，互審評閱設(shè)計，答辯，評定成績。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
研究所（教研室）意見
研究所所長（教研室主任）簽字： 年 月 日
車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
柴油動力ＳＵＶ車設(shè)計—變速器及操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計
摘要
汽車變速器的主要用途是改變發(fā)動機(jī)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，使之能夠?qū)崿F(xiàn)變速行駛、倒退行駛，并且能夠使駕駛員在不必停止發(fā)動機(jī)工作就能停車和停車時不必停止發(fā)動機(jī)動作的要求。
本設(shè)計是設(shè)計一款能滿足整車要求，即規(guī)定最高車速、最大扭矩、最大功率等要求的 SUV車變速器。通過分析各類型變速器的的結(jié)構(gòu)及性能，最終確定此變速器為中間軸式帶副箱的5+1檔變速器，即有五個前進(jìn)檔（包括超速檔）和一個倒檔，為了與整車相配，通過設(shè)計與計算得應(yīng)該采用直接操縱機(jī)構(gòu)。
通過傳動效率和傳動比的設(shè)計計算初步確定變速器主要尺寸，再通過接觸強度和彎曲強度計算進(jìn)一步確定齒輪、軸、同步器等零部件的尺寸及材料。從而也可以估算出軸承等元件的壽命。
根據(jù)整車、離合器、汽車橫梁及傳動軸等的形狀結(jié)構(gòu)可以確定變速箱箱體形狀，也可以確定變速箱與各相鄰部分的連接方法及結(jié)構(gòu)。確定變速器的位置及連接時應(yīng)該使變速器處于駕駛員最佳換檔位置。
關(guān)鍵詞：變速器，SUV，材料，傳動比，強度
Transmission diesel SUV design
ABSTRACT
Automotive Transmission of the main purposes is to change the engine output torque and speed, so that it will be able to achieve speed and backwards motion, and the driver can not stop the engine work will stop and when not to stop parking engine moves the request.
This section is designed to meet the whole car requirements, which require maximum speed, maximum torque, the maximum power requirements of the SUV vehicle transmission. By analyzing various types of transmission of the structure and properties, This final coaxial transmission belt for the middle Vice box stall Transmission 5 +1, that is, five ahead stalls (including speeding stalls), and a Reverse.
To match with the vehicle, through the design and calculation should be used in the direct control agencies.
Through the transmission efficiency of the transmission ratio and the calculation of the initial design of the main transmission to determine size, Then contact strength and bending strength calculation further define the gears, shafts, and other parts Synchronizer size and materials. Thus can be estimated bearings and other components of life.
According Vehicle, Clutch, motor and transmission beams and other structural shapes can be identified gearbox box shape, Transmission also can be identified with the adjacent part of the connection method and structure. Transmission to determine the location and connection should make the driver in the best transmission shift position
KEYWORDS : Transmission, SUV, Material, transmission ratio，Strength
目 錄
第一章 前言......................................1
第二章 方案選擇..................................2
§2.1概述...................................... 2
§2.2變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案.....................3
第三章 變速器主要參數(shù)的初選......................4
§3.1擋數(shù).......................................4
§3.2傳動比范圍.................................4
§3.3中心矩.....................................4
§3.4外形尺寸...................................5
§3.5齒輪參數(shù)...................................5
§3.5.1一擋齒輪各參數(shù)的計算...................5
§3.5.2直接擋齒輪各參數(shù)的計算.................7
§3.5.3其它前進(jìn)擋齒輪參數(shù)的計算...............8
§3.5.4倒擋齒輪各參數(shù)的計算...................9
第四章 變速器的計算與校核.......................10
§4.1齒輪強度計算..............................10
§4.2軸的強度計算..............................14
§4.2.1軸的受力分析與計算....................15
§4.2.2軸的強度計算..........................17
§4.2.3軸的剛度計算..........................19
§4.3軸承壽命計算..............................20
第五章 變速器操縱機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)元件.................22
§5.1變速器操縱機(jī)構(gòu)............................22
§5.2變速器結(jié)構(gòu)元件............................22
第六章 結(jié)論.....................................25
參考文獻(xiàn).........................................26
致謝.............................................27
III