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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
趙陽
系部
汽車與交通工程
專業(yè)、班級
車輛07-8
指導(dǎo)教師姓名
崔宏耀
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
否
題目名稱
HLJIT8-1000變速器設(shè)計
一、設(shè)計（論文）目的、意義
為了往復(fù)活塞式發(fā)動機的工作特性，滿足消費者對汽車高性能、安全、可靠、舒適性的需求，所以對變速器的性能要求也更高?，F(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，因此，在汽車傳動系中設(shè)置了變速器和主減速器，以達到減速增矩的目的。手動變速器有成本低、可靠性高、維護簡便的特點。
隨著汽車對安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車變速器作為整車的一個關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的質(zhì)量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車后橋進行有效的優(yōu)化設(shè)計計算是非常必要的。
二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
基本參數(shù)
驅(qū)動型式：6*2
總質(zhì)量：16t
驅(qū)動橋滿載：11.5T;
最高車速90km/h
最大爬坡：30%
最大輸入轉(zhuǎn)矩：1000N.m
設(shè)計8檔三軸式變速器，主副變速器結(jié)構(gòu)
設(shè)計的主要內(nèi)容：
（1）研究汽車機械變速器的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計；
（2）建立有限元計算模型；
（3）研究汽車機械變速器的載荷；
（4）加載進行應(yīng)力分析與結(jié)果分析；
（5）對汽車機械變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。
技術(shù)要求（研究方法）：
（1）要求研究汽車有限元分析、優(yōu)化設(shè)計基本理論，并將其與機械制圖、機械設(shè)計、材料力學(xué)、計算機軟件等相關(guān)知識有機結(jié)合、熟練運用；
（2）要求運用CAD/CAM/CAE軟件進行建模；
（3）運用有限元分析軟件進行靜力學(xué)分析，重點進行彎曲強度分析；
（4）實現(xiàn)變速器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。
三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果
設(shè)計圖紙（合0號圖紙2.5張）；
設(shè)計說明書（2萬字左右）；
相關(guān)外文翻譯（1篇2千字左右）；
基于有限元分析軟件的主變速器輸出軸靜力學(xué)分析；
四、設(shè)計（論文）進度安排
（1）調(diào)研、資料收集、完成開題報告 第2周
（2）整體方案設(shè)計，完成結(jié)構(gòu)示意圖（手繪）第3周
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，有限元分析，4-8周
（4）繪制設(shè)計圖9-12周
（5）編寫設(shè)計說明書13周
（6）畢業(yè)設(shè)計（論文）審核、修改 第14、15周
（7）畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯準備及答辯 第16周
五、主要參考資料
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目: HLJIT-8變速器的設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-8班
學(xué) 生 姓 名: 趙 陽
導(dǎo) 師 姓 名: 崔宏耀
開 題 時 間: 2011年3月11日
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
趙 陽
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程07-8班
指導(dǎo)教師姓名
崔宏耀
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
HLJIT8-1000變速器設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義
1、研究現(xiàn)狀
汽車變速器發(fā)展經(jīng)歷了100多年，從最初采用側(cè)鏈傳動到手動變速器，到現(xiàn)在的液力自動變速器和電控機械式自動變速器，再向無級自動變速器方向發(fā)展。變速器是汽車傳動系的重要組成部分，其發(fā)展無疑代表著汽車工業(yè)的發(fā)展，它的設(shè)計也是汽車設(shè)計的一個重要部分。
前些年，我國重型商用車主要以駕駛室的更新?lián)Q代為主，新產(chǎn)品重視的是駕駛室造型的新穎性及其內(nèi)部的舒適性。然而，當(dāng)相對豪華和舒適的駕駛室成為普遍基本屬性的情況下，行業(yè)所關(guān)注的重點不再是“長相”而是“內(nèi)涵”。近年來，重卡的產(chǎn)品研發(fā)更加注重提升“內(nèi)涵”——產(chǎn)品性能。在與重卡“內(nèi)涵”密切相關(guān)的多種性能中，動力性和經(jīng)濟性成為目前關(guān)注的焦點。因此，人們都不約而同地將產(chǎn)品研發(fā)的方向，轉(zhuǎn)向了底盤特別是動力系統(tǒng)總成。重型變速器的研發(fā)與應(yīng)用也已成為關(guān)注的重點。
通過對重型變速器的觀察及對市場的分析發(fā)現(xiàn)，總體而言，我國重型變速器產(chǎn)品技術(shù)目前呈現(xiàn)一種多擋化、輕量化和自動化的發(fā)展局面。
在重型商用車發(fā)動機向大功率方向發(fā)展的同時，對多擋位重型變速器的需求也在與日俱增。一直以來，我國重型商用車所用的變速器幾乎都是5擋和6擋，而且采用8擋及8擋以上變速器的商用車少之又少。然而，在近年來上市的重型卡車中，配置8擋變速器的車型明顯增多，而且配置12擋甚至16擋變速器的車型也在增加。重型商用車對變速器多擋化的需求，主要是為了提高傳遞效率，但最終是為了提高整車的燃油經(jīng)濟性。重型變速器在傳遞效率方面大有提高，因此既可滿足低速重載的性能，又很適合高速行駛。隨著重型商用車發(fā)動機功率的加大、輸入扭矩的增加和車速的提高，變速器的燃油經(jīng)濟性受到越來越多人的關(guān)注。對此，重型商用車變速器要達到節(jié)油的目的是必不可缺的，目前的主要措施和辦法是，可以通過安裝同步器和增多擋位來實現(xiàn)。一般而言，重型商用車的載運重量較大，使用條件比較復(fù)雜。為了保證其在運輸過程中具有良好的動力性、經(jīng)濟性和加速性，希望變速器能夠增加擋位的呼聲越來越高。從國外的發(fā)展情況來看，我國重型變速器的多擋化是必然的發(fā)展方向。
2、目的、依據(jù)和意義
為了往復(fù)活塞式發(fā)動機的工作特性，滿足消費者對汽車高性能、安全、可靠、舒適性的需求，所以對變速器的性能要求也更高?，F(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，因此，在汽車傳動系中設(shè)置了變速器和主減速器，以達到減速增矩的目的。手動變速器有成本低、可靠性高、維護簡便的特點。
隨著汽車對安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車變速器作為整車的一個關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的質(zhì)量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車后橋進行有效的優(yōu)化設(shè)計計算是非常必要的。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、基本內(nèi)容
（1）研究目的意義、技術(shù)現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展趨勢。
（2）CA5-38變速器主要參數(shù)確定。
（3）傳動機構(gòu)設(shè)計。
（4）操縱機構(gòu)選擇。
2、擬解決的主要問題
（1）CA5-38變速器總體設(shè)計。
（2）CA5-38變速器軸的設(shè)計。
（3）CA5-38變速器齒輪設(shè)計。
（4）CA5-38變速器同步器和軸承的選擇。
三、技術(shù)路線（研究方法）
整體方案的確定
操縱結(jié)構(gòu)
的選擇
傳動機構(gòu)
的設(shè)計
對主要參數(shù)進行校核
利用AUTOCAD繪圖
撰寫設(shè)計說明書
完成畢業(yè)設(shè)計
四、進度安排
（1）調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開題報告； 第1～2周 （2月28日～3月11日） （2）確定變速器傳動機構(gòu)、操縱機構(gòu)的總體方案 第3周 （3月14日～3月18日） （3）變速器傳動機構(gòu)進行設(shè)計與校核； 第4～6周 （3月21日～4月8日） （4）靜力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計； 第7～8周 （4月11日～4月22日） （5）對變速器換擋操縱部分進行設(shè)計與校核； 第9～10周 （4月25日～5月6 日）
（6) 繪制變速器的總裝圖與零件圖； 第11～13周 （5月9 日～5月27日）
（7）撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書； 第14周 （5月30日～6月3 日）
（8）設(shè)計審核、修改設(shè)計說明書； 第15～16周 （6月6 日～6月17日）
（9）畢業(yè)設(shè)計答辯； 第17周 （6月20日～6月24日）
五、參考資料
[1] 陳家瑞. 汽車構(gòu)造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002：40-70.
[2] 王紅巖. 變速傳動系統(tǒng)動態(tài)特性的理論與試驗分析[J].湖北：湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2000.
[3] Ercole G.Mattiazzo G.Mauro Co-operating clutch and engine control for servo actuated shifting through fuzzy supervisor[J].SAE Transactions，1999.
[4] 朝峰. 汽車變速器技術(shù)的發(fā)展與展望[J]. 汽車研究與開發(fā)，2005.
[5] 宋燕. 無級變速控制技術(shù)[J]. 黑龍江交通科技出版社，2009.
[6] 張松林. 最新軸承手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：374-378.
[7] 劉惟信. 汽車設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001：
[8] 馬秋生. 機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：150-221.
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[10] 李俊明. 汽車變速操縱液壓系統(tǒng)的神經(jīng)模糊與數(shù)字控制方法研究[J].重慶：重慶工學(xué)院學(xué)報，2006.
[11] 劉應(yīng)誠. 汽車液力自動變速器的應(yīng)用與發(fā)展[J]. MC現(xiàn)代零部件，2004.
[12] 彭明濤. 汽車帶式變速器的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 重慶工商大學(xué)學(xué)報，2003.
[13] Lee H.Kim H.Improvement of fuel economy by shift speed control for metal belt continuously variable transmission[J]，ImechE，2002.
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[15] Ashloy e.Is CVT the transmission of the future[J]，Mechanical Engineering，1994.
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 HLJIT8-1000 變速器設(shè)計 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-8 班 學(xué)生姓名： 趙陽 指導(dǎo)教師： 崔宏耀 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design Of HLJIT8-1000 Transmission Candidate:ZhaoYang Specialty: Vehicle Engineering Class: BW07-8 Supervisor: Associate Prof. CuiHongYao Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 0 目 錄 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 摘 要 變速器用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是汽車總成部件中的重要組 成部分，是主要的傳動系統(tǒng)。變速器的結(jié)構(gòu)要求對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性、換檔 操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。 本文設(shè)計研究了中間軸式八擋手動變速器，其目的是基于機械原理、機械設(shè)計、 AutoCAD 等知識的熟練運用和掌握，并利用 AutoCAD 軟件繪制裝配圖和零件圖等五項 內(nèi)容。同時運用汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計、材料力學(xué)、互換性測量等學(xué)科知識對中間軸式 八檔變速器進行設(shè)計。首先，本文將概述變速器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹變速器領(lǐng)域 的最新發(fā)展?fàn)顩r。其次，對工作原理做了闡述，對不同的變速器傳動方案進行比較， 選擇合理的結(jié)構(gòu)方案進行設(shè)計。再次，對變速器的各擋齒輪和軸以及軸承做了詳細的 設(shè)計計算，并進行了受力分析、強度和剛度校核計算,并為為這些元件選擇合適的工 程材料及熱處理方法。對一些標(biāo)準件進行了選型以及變速器的傳動方案設(shè)計。簡單講 述了變速器中各部件材料的選擇。最后，本文將對變速器換檔過程中的重要部件—同 步器以及操縱機構(gòu)進行闡述，講述同步器的類型、工作原理、設(shè)計方法以及重要參數(shù)。 關(guān)鍵詞： 變速器；傳動比；參數(shù)；設(shè)計計算；校核 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I ABSTRACT Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, Automotive transmission parts in the automobile assembly of an important part of the main drive system. Transmission of the power structure of the vehicle, economy, manipulation of the reliability and portability, the smooth drive and have a direct impact on efficiency. This design study of the three-axis 8-speed manual transmission, the purpose is based on mechanical principles, mechanical design, AutoCAD and other knowledge and mastery of the use of skilled and using Auto CAD software, drawing assembly drawings and parts diagrams of five elements. At the same time the use of vehicle construction, automotive design, material mechanics, interchangeability of measurement knowledge of the subjects on the three-axis gearbox design file 8.At first, I will give a summary of the current situation and the tendency of development of the vehicle transmission, and introduce the latest development state in the field of the transmission.The second, I will compare the transmitting scheme of different transmission, and choose a better structure scheme.Next, I will do some mechanic analyses, strength, stiffness check of the shafts and gears, which are the important parts of the transmission, and choose appropriate materials and heat treatment. At last, I will introduce the operation mechanism and the synchronizer, which plays an important role in changing gear. I will give an account of the type, operation, design procedure and major parameter of the synchronizer.At the supplement, I will write some thing like formula, tableau graph and so on. It may be helpful for the future design. Key words: Transmission；Transmission Ratio；Parameters；Design and Calculation；Checking；Shaft；Gear 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I Abstract???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II 第 1 章 緒論??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 汽車變速器概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 課題研究現(xiàn)狀、設(shè)計的目的和意義 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2.1 研究現(xiàn)狀 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2.2 設(shè)計目的意義????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.3 汽車變速器現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.4 變速器的特點和設(shè)計要求及內(nèi)容 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 第 2 章 變速器傳動機構(gòu)布置方案 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.1.變速器的選擇?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.1.2 變速器的徑向尺寸 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.1.3 變速器齒輪的壽命 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.1.4 變速器的傳動效率 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.2.倒擋布置方案?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.3. 零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.3.1 齒輪形式 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.3.2 換擋機構(gòu)形式????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.3.3 自動脫擋 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.4 本章小結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇及齒數(shù)的分配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.1 概述 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.2 擋數(shù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.3 傳動比范圍???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.4 變速器各擋傳動比的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.5 中心距 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3.6 齒輪參數(shù) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 3.6.1 模數(shù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 3.6.2 壓力角????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.6.3 螺旋角 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.6.4 齒寬 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.6.5 齒頂高系數(shù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.7 各擋齒輪齒數(shù)的分配 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.7.1 確定五檔擋齒輪的齒數(shù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 3.7.2 確定常嚙合傳動齒輪 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.7.3 確定其他各擋的齒數(shù) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 3.8 本章小結(jié) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 第 4 章 齒輪校核 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 4.1 齒輪材料的選擇原則 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 4.2 計算各軸的轉(zhuǎn)矩???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 4.3 輪齒強度計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 4.3.1．輪齒彎曲強度計算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 4.3.2 輪齒接觸應(yīng)力 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 4.4 本章小結(jié) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41 第 5 章 變速器軸和軸承的設(shè)計計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 5.1 軸的工藝要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 5.2 軸的強度計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 5.3.1 初選軸的直徑 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 5.2.2 軸的強度驗算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43 5.3 變速器軸承的選擇和校核 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52 5.3.1 第二軸軸承的選擇和校核 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52 5.3.2 中間軸軸承的選擇和校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????53 5.4 輸出軸 ANSYS 分析過程 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54 5.4.1 前處理 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54 5.4.2 網(wǎng)格劃分 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????55 5.4.3 有限元處理過程??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????55 5.4.4 進行求解 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????56 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5.4.5 查看結(jié)果 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????57 5.4.6 結(jié)果分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????60 5.4 本章小結(jié) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????60 第 6 章 同步器和操縱機構(gòu)的設(shè)計及 選用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????61 6.1 同步器的設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????61 6.1.1 鎖銷式同步器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????61 6.1.2 鎖環(huán)式同步器 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62 6.1.3 同步器主要尺寸的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????63 6.1.4 同步器主要參數(shù)的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????66 6.2 變速器操縱機構(gòu)的設(shè)計??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????68 6.2.1 變速器操縱機構(gòu)的要求及分類 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????68 6.2.2 變速器操縱機構(gòu)分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69 6.3 變速器箱體的設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????70 6.4 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????71 結(jié)論??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????72 參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????74 附錄??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????75 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 0 第 1 章 緒 論 1.1 汽車變速器概述 變速器用于改變發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及 克服各種道路障礙等不同行駛條件下，滿足驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。 隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，今后要求汽車車型的多樣化、個性化、智能化已成為汽車 的發(fā)展趨勢。但變速器設(shè)計一直是汽車設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動 機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的 性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)。變速器能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛， 而這種低的車速只靠內(nèi)燃機的最低穩(wěn)定車速是難以達到的。變速器的倒擋使汽車能倒 退行駛；其空擋使汽車在啟動發(fā)動機、停車和滑行時能長時間將發(fā)動機和傳動系分離。 變速器的結(jié)構(gòu)除了對汽車的動力性、經(jīng)濟性有影響同時對汽車操縱的可靠性與輕便性、 傳動的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動機的參數(shù)做優(yōu)化匹配， 可得到良好的動力性與經(jīng)濟性；采用自鎖及互鎖裝置，倒擋安全裝置，其他結(jié)構(gòu)措施， 可使操縱可靠，不產(chǎn)生跳擋、亂擋、自動脫擋和誤掛倒擋；采用同步器可使換擋輕便， 無沖擊及噪聲；采用斜齒輪、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低，不 同的傳動比還可以使在其不同路面提高汽車的動力性和經(jīng)濟性，使汽車和發(fā)動機有良 好的匹配性。 1.2 課題研究現(xiàn)狀、設(shè)計的目的和意義 1.2.1 研究現(xiàn)狀 重型汽車的裝載質(zhì)量大，使用條件復(fù)雜，欲保證重型汽車具有良好的動力性、經(jīng) 濟性和加速性，則必須擴大傳動比范圍并增多檔數(shù)。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)三軸式變速器的最大容 量：檔位數(shù)一般最多蛤能布置到6個前進檔和一個倒檔，最大輸出扭矩約為8400Nm。 近年來重型汽車需要更多檔位（8-16個）前進檔，需要爬行檔（最低檔）速比為10- 17。顯然傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)變速器遠不能滿足需求。而組合式機械變速器則能滿足上述要求。 而組合式機械變速器則能滿足上述要求。而組合機械變速器的組成是在傳統(tǒng)變速器 （稱主箱）后部（或前部）加裝一個副變速器（稱副箱，一般為兩檔） ，將主箱的檔 位數(shù)增加一倍，所增加檔位的速比值增大到等于主箱速比和副箱速比的乘積，而齒輪 對數(shù)小于檔位數(shù)，因此箱體尺寸大為縮小，軸的長度減短，剛度增大，并且增大了變 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 速器的容量。 1.2.2 設(shè)計目的意義 重型貨車裝載數(shù)十噸的貨品，面對如此高的“壓力” ，除了發(fā)動機需要強勁的動 力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。大家都知道一檔有“勁” ，這樣在起步的時候有 足夠的牽引力量將車帶動。特別是面對爬坡路段，它的特點顯露的非常明顯。而對于 其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性，但這些特點尚不具備。 從我國的具體情況來看，機械式變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史，資 歷郊深的司機都是用機械式變速器的，他們對機械式變速器的認識程度是非常深刻的， 如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實的。 1.3 汽車變速器現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機械式變速器不能 滿足人們的需要。而自動變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前，國內(nèi)變速器廠商都向著 無級變速器和自動變速器方向發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無級變速器， 而重型多擋位汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。 無級變速器又稱為連續(xù)變速式無級變速器(Continuously Variable Transmission 簡稱“CVT“) 。這種變速器與一般齒輪式自動變速器的最大區(qū)別，是它 省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進行變速傳動。無級變 速器結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有 自動變速器復(fù)雜的行星齒輪組，主要靠主動輪、從動輪和傳動帶來實現(xiàn)速比的無級變 化 在跨越了三個世紀的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級變速箱。 這是汽車的無奈和缺憾。但是,人們始終沒有放棄尋找實現(xiàn)理想汽車變速器的努力,各 大汽車廠商對無級變速器(CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極度重視 CVT 在汽車領(lǐng)域的實用 化進程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標(biāo)。在 今后，摩擦傳動 CVT；液力傳動；電控機械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission 簡稱“AMT“)；齒輪無級變速器（Gear Continuously Variable Transmission）是圍繞著汽車變速箱四個主要的研究方向。 齒輪無級變速器（Gear Continuously Variable Transmission）這是一種全新 的設(shè)計思想，是利用齒輪傳動實現(xiàn)高效率、大功率的無級變速傳動。 據(jù)最新消息：一種“齒輪無級變速裝置“(Gear Continuously Variable Transmission 簡稱“G-CVT“)已經(jīng)試制成功，并已經(jīng)進行了多次樣機試驗。“齒輪無級 變速裝置“結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，只有不足 20 種非標(biāo)零件，51 個零件，生產(chǎn)成本甚至低于 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 手動變速箱。預(yù)計今年進行裝車試驗。 齒輪無級變速器的優(yōu)勢表現(xiàn)為： (1) 傳動功率大 200KW 的傳動功率是很容易達到的； (2) 傳動效率高，90%以上的傳動效率是很容易達到的； (3) 結(jié)構(gòu)簡單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當(dāng)于自動變速箱的 1/10； (4) 對汽車而言，提高傳動效率，節(jié)油 20%； (5) 發(fā)動機在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對環(huán)境 的破壞。 1.4 變速器的特點和設(shè)計要求及內(nèi)容 在本次設(shè)計中，由于是對傳統(tǒng)的變速器進行改進性設(shè)計,在給定的發(fā)動機最大轉(zhuǎn) 矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、發(fā)動機標(biāo)定功率等條件下，主要完成變速器機構(gòu)的設(shè)計，并繪 制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。 在本設(shè)計中主要設(shè)計是帶有主副變速箱的中間軸式八檔變速器。主箱是中間軸式 四檔的變速器，采用鎖銷式同步器，最高檔位為直接檔 1。副箱采用一對直接檔齒輪 傳動和一對減速檔齒輪傳動并采用鎖銷式同步器來改變傳動比 。從而使掛入副箱減 速檔時或得通過減速齒輪后的四個減速檔位。 對于變速器的要求： （1）保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性； （2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機動力向驅(qū)動輪的傳輸； （3）設(shè)置倒檔，使汽車能到推行駛； （4）設(shè)置動力輸出裝置，需要時能進行功率輸出； （5）換擋迅速、省力、方便。工作可靠； （6）汽車行駛過程中，變速器不得有跳檔、亂檔以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生； （7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率； （8）變速器的工作噪聲要低。除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小， 制造成本低，維修方便等要求，滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)。 1.4.1 變速器設(shè)計的主要內(nèi)容： 本次設(shè)計主要是依據(jù)給定的重型貨車有關(guān)參數(shù)，通過對變速器各部分參數(shù)的選擇 和計算，設(shè)計出一種基本符合要求的手動 8 檔變速器。本文主要完成下面一些主要工 作： 1、參數(shù)計算。包括變速器傳動比計算、中心距計算、齒輪參數(shù)計算、各檔齒輪 齒數(shù)的分配； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 2、變速器齒輪設(shè)計計算。變速器齒輪幾何尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及 材料選擇；計算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強度計算及檢驗； 3、變速器軸設(shè)計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸的強度計 算、軸的加工工藝分析； 4、變速器軸承的選擇及校核； 5、同步器的設(shè)計選用和參數(shù)選擇； 6、變速器操縱機構(gòu)的設(shè)計選用； 7、變速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 第 2 章 變速器傳動機構(gòu)布置方案 2.1.變速器的選擇 2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性 兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動機縱置時，主減速器 可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而當(dāng)發(fā)動機橫置時用圓柱齒輪，因而簡化了制造工 藝。 2.1.2 變速器的徑向尺寸 兩軸式變速器的前進擋均為一對齒輪副，而中間軸式變速器則有二對齒輪副。因 此，對于相同的傳動比要求，中間軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。 2.1.3 變速器齒輪的壽命 兩軸式變速器的低擋齒輪副，大小相差懸殊，小齒輪工作次數(shù)比大齒輪要高的多， 因此，小齒輪的壽命比大齒輪的短。中間軸式變速器的各前進擋，均為常嚙合斜齒輪 傳動，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命較接近。在直接擋時，齒輪只空轉(zhuǎn)， 不影響齒輪壽命。 2.1.4 變速器的傳動效率 兩軸式變速器，雖然可以有等于 1 的傳動比，但仍要有一對齒輪傳動，因而有功 率損失。而中間軸式變速器，可將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接擋，因而傳動 效率較高，磨損小，噪聲也較小。 轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，而中、重型載貨汽車則多采 用中間軸式變速器。因此設(shè)計的變速器采用中間軸式[ 6]。 2.2.倒擋布置方案 倒擋布置應(yīng)注意以下幾點： （1）倒擋齒輪在非工作位置時，不得與第二軸的齒輪有嚙合現(xiàn)象； （2）換入倒擋時不得與其他齒輪發(fā)生干涉； （3）倒擋軸在變速器殼體上的支承不得與與中間軸的齒輪相碰。 圖 2.1 為常見的倒擋布置方案。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 圖 2.1a 方案主要用于小客車上。 圖 2.1b 方案用于四擋直齒滑動齒輪的變速器上。 (a) 小客車常用 (b) 直齒滑動嚙合四擋 (c) 多數(shù)五擋采用 (d) c 方案的改進 (e) 前進擋常嚙合 (f) 前進擋常嚙合 (g) 一、倒擋各用一跟撥叉軸 圖 2.1 擋布置方案 圖 2.1d 方案是對 c 的修改。 圖 2.1e 用于所有前進檔都是常嚙合的變速器上。圖 2.1f 也是用于所有前進檔都 是常嚙合的變速器上. 為了充分利用空間，縮短變速器的軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖 2.1g 方 案；缺點是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器蓋中的操縱機構(gòu)復(fù)雜一些。 倒檔結(jié)構(gòu)方案的選擇，應(yīng)根據(jù)其它檔布置情況。力求位置合理并縮短變速器的軸 向長度。綜合以上幾種變速器倒擋布置方案，選擇圖 2.1f 為變速器的倒擋布置方案 [7]。 2.3. 零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 2.3.1 齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu) 點；缺點是制造時稍有復(fù)雜，工作時有軸向力，這對軸承不利。變速器中的常嚙合齒 輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn) 動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。一擋、二擋和倒擋齒輪用直齒，其他 擋齒輪用斜齒輪。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 （a）直齒滑動齒輪換擋 （b）嚙合套換擋 （c）同步器換擋 圖 2.2 換擋機構(gòu)形式 2.3.2 換擋機構(gòu)形式 如圖 2.2 變速器換擋機構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋三種形式。 直齒滑動齒輪換擋要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)（如兩腳離合器）才能使換擋時 齒輪無沖擊；換擋行程長，換擋瞬間駕駛員注意力被分散，又影響行駛安全。因此， 盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡單，制造、拆裝與維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉(zhuǎn)部 分的慣性力矩，但除一擋、倒擋已很少使用。 嚙合套換擋不能消除換擋沖擊，而且要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增 設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性力矩增大。因此，目前這種換 擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。 使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)， 從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖 然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點，但仍然得到廣泛應(yīng)用。 2.3.3 自動脫擋 由于接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動等原因，都會導(dǎo)致自動脫擋。為解決 這個問題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下 幾種： (a) 接合齒位置錯開 (b) 齒厚切薄 (c) 工作面加工成倒錐角 圖 2.3 防止自動脫擋的措施 （1）將兩接合齒的嚙合位置錯開，如圖 2.3a 所示。這樣在嚙合時，使接合齒端 部超過被接合齒的 1～3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時磨損，并在接合齒端 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 部形成凸肩，可用來阻止接合齒自動脫擋。 （2）將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切薄（切下 0.3～0.6mm） ，這樣，換擋后 嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動脫擋，如圖 2.3b 所示。 （3）將接合齒的工作面設(shè)計并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜 2°～3°） ， 使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫擋的軸向力，如圖 2.3（c）所示。這種方案比較有效， 應(yīng)用較多。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計并加工成臺階形狀，也具有相同的阻止自動脫擋的效 果。 2.4 本章小結(jié) 本章首先對比了兩軸式和中間軸式的優(yōu)、缺點，由于中間軸式變速器的結(jié)構(gòu)工藝 性、變速器徑向尺寸、變速器齒輪的壽命、變速器傳動效率好于兩軸式,因此設(shè)計的 變速器選擇中間軸式；接著本章確定了倒擋布置方案；然后對零部件的結(jié)構(gòu)方案進行 了分析，即對齒輪及換擋機構(gòu)的形式進行了分析；最后對倒擋的布置方案以及防止自 動脫擋進行了設(shè)計。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 第 3 章 變速器主要參數(shù)的選擇及齒數(shù)的分配 3.1 概述 滿足汽車必要的動力性和經(jīng)濟性指標(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。 表 3.1 基本參數(shù) 3.2 擋數(shù) 近年來，為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用 4～5 個擋位的變速器。發(fā)動機排量大的乘用車變速器多用 5 個擋。商用車變速器采 用 4～5 個擋或多擋。載質(zhì)量在 2.0～3.5t 的貨車采用五擋變速器，載質(zhì)量在 4.0～8.0t 的貨車采用六擋變速器。多擋變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車 上。本設(shè)計采用八擋變速器。 3.3 傳動比范圍 變速器傳動比是指變速器最高擋與最低擋傳動比的比值。目前乘用車的傳動比范 圍在 3.0～4.5 之間，總質(zhì)量輕些的商用車在 5.0～8.0 之間，其他商用車則更大。 最大總質(zhì) 量 最高 車速 最大爬坡 度 最大 功率 最大 扭矩 輪胎 變速器 擋數(shù) 16000kg 90km/h 30% 191 1000N.m 10.00R20 8 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 3.4 變速器各擋傳動比的確定 初選傳動比： 設(shè) 8 擋為直接擋，則 1min?g (3.1)0inax37.rUgp? 式中： —最高車速maxU —發(fā)動機最大功率轉(zhuǎn)速pn —車輪半徑r —變速器最小傳動比ming —主減速器傳動比0 （轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù) =1.1～1.3 取 1.2）peenPTmaxmax954???? 所以， min63.21809.rp? 由上述兩兩式取 =2200 r/minpn68.437.0maxin???guri 雙曲面主減速器，當(dāng) 時，取 %0?i90?? 重型商用車 在 10.0 20.0 范圍，1gi~ %， 96g??004.86?T? 最大傳動比 的選擇：1i ①滿足最大爬坡度。 根據(jù)汽車行駛方程式 (3.2)dt umGiuACfriTaDTg ?????20emax15. 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 汽車以一擋在無風(fēng)、瀝青混凝土干路面行駛，公式簡化為 (3.3) ??sin co0emaxGfriTTg?? 即， (3.4)??TegifGi0max1s? 式中：G—作用在汽車上的重力， ， —汽車質(zhì)量， —重力加速度，g?mg —發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩， =1000N.m；maxeTmaxe —主減速器傳動比， =4.680i 0i —傳動系效率， =86.4%；T?T? —車輪半徑， =0.74；rr —滾動阻力系數(shù)，對于貨車取 =0.0125；f f —爬坡度，取 =16.7°?? 計算得 5.949 ?1gi ②滿足附著條件。 ????201emaxZTgFri 在瀝青混凝土干路面， ，取8.0~7?75.?? 即 62.10gi 得 ；.945?gi 傳動比大于 10 取 =10.401gi