乘用車二軸式五檔變速器總成設計【含CAD圖紙、說明書】
設計說明書題 目 乘用車二軸式五檔變速器總成設計 專 業(yè) 班 級 學 生 指導教師 摘 要變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。它的功用是改變傳動比,擴大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍,以適應經(jīng)常變化的行駛條件如起步、加速、上坡等,同時使發(fā)動機在有利的工況下工作;在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下,使汽車能倒退行駛。利用空檔來中斷動力傳遞,以使發(fā)動機能夠起動、怠速,并便于發(fā)動機換檔或進行動力輸出。轎車多采用前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的布置,因為這種布置使汽車的動力傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量減輕。二軸式變速器則方便于這種布置,而且使傳動系的結(jié)構(gòu)簡單。采用二軸式變速器有兩個突出優(yōu)點:一是二軸式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點;二是其傳動效率高同時噪聲也低。根據(jù)設計任務要求,本設計一臺用于乘用車上的手動變速器。該變速器設有五個前進檔(包括一個超速檔五檔)和一個倒檔,并通過鎖環(huán)式同步器來實現(xiàn)換檔。根據(jù)已知設計參數(shù),確定了二軸式五檔變速器設計方案,確定了變速器主要設計參數(shù),并設計分配了變速器的各檔齒輪齒數(shù)、螺旋角,壓力角等主要參數(shù)。簡單設計了操縱機構(gòu),同步器結(jié)構(gòu)。另外,針對齒輪作用力的不同,在不同的軸上選擇合適的軸承。利用軟件AUTCAD完成變速器總成圖、第一軸、第二軸、各個檔齒輪及同步器的設計。 關(guān)鍵詞: 汽車工程,變速器,設計,手動,齒輪,傳動比ABSTRACTGearbox is the one main component of the vehicle transmission. Its function is: Changing gear ratio, expanding the torque of the driving wheel and the range of the rotational speed, to adapt the travel condition which frequently changes, like start, acceleration, climbing and so on, simultaneously causes the engine to work under the advantageous operating mode; Under the premise of the invariable rotation, enables the automobile to travel back; Using neutral, severances the power transmission, to make the engine start, idle, and is advantageous for the engine to shift gears or to carry on the dynamic output. Car usually is the Front Engine Front Drive,because this arrangement plan makes the power train compact, control function good and weight light. Double shaft type transmission is suitable for this arrangement and makes the power train simple. Using the double shaft type gearbox has two prominent merits: firstly, the biaxial-type transmission has the advantage of simple structure,small boundary dimension and easy arrangement; Secondly, it also has high transmission efficiency and low noise. According to the design task requirement,the paper design a manual transmission used in the Passenger Car, This gearbox has five (including over drivefifth gear) and a reverse gear, and through the inertial type of synchronizer to realize shift gears. According to the known design parameters, I determined the design solution of double shaft type fifth speed gearbox and the main technical parameters of the transmission,I also designed and assigned the gearboxs each gear teeth qty, spiral angle, pressure angle and so on. The control mechanism and synchronizer were simply designed. In addition, based on the different gear forces, I chose the appropriate bearing in different axis. And I used of software AUTCAD to complete transmission assembly diagram, the first and second shaft axis, each block gear and synchronizer design.KEY WORDS: automotive engineering, transmission, design, manual, gear, gear ratio II 目 錄摘要.IABSTRACT.II第一章 緒 論.11.1 本次設計題目的基本內(nèi)容.11.2 變速器的種類及其發(fā)展.11.2.1手動變速器(MT).21.2.2自動變速器(AT).2 1.2.3手動/自動變速器(AMT).2 1.2.4無級變速器(CVT).3 1.3變速器設計的基本要求.31.4兩軸式變速器的特點及其傳動方案.4第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與計算.72.1變速器的原始數(shù)據(jù).72.2變速器主要參數(shù)的選擇.72.2.1檔數(shù).72.2.2初選傳動比.8 2.2.3初算中心距A.8第三章 變速器齒輪的設計計算.103.1齒輪初步參數(shù). 103.1.1模數(shù). .103.1.2壓力角 .10 3.1.3螺旋角.103.1.4齒寬b.103.2各檔齒輪齒數(shù)的分配.113.2.1齒輪齒數(shù)的確定.113.2.2對中心距進行修正. .12 3.2.3修正螺旋角.123.2.4確定倒檔齒輪齒數(shù). . .123.3確定齒輪參數(shù).13第四章 齒輪的校核.184.1 齒輪的損壞形式.184.2齒輪材料及加工方法.184.3 計算各軸轉(zhuǎn)矩.184.4齒輪彎曲強度計算.194.5齒輪接觸應力計算.214.6齒輪的受力分析.24第五章 軸的設計計算及校核255.1 軸的工藝要求.255.2 初選軸的直徑.255.3軸的強度驗算.255.3.1軸的剛度計算.255.3.2軸的強度計算. .29第六章 軸承校核.316.1初選軸承型號.,.31 6.2計算軸承的壽命.31第七章 同步器的設計.327.1同步器的結(jié)構(gòu)類型.327.2 慣性同步器的工作原理.337.3慣性鎖環(huán)式同步器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù).337.3.1摩擦錐面的半錐角和摩擦系數(shù)f.337.3.2摩擦錐面的平均半徑R和同步錐環(huán)的徑向厚度W.347.3.3摩擦錐面的工作面寬b.347.3.4鎖止角. .347.3.5同步時間t與軸向推力F.347.4同步器摩擦副的材料.35第八章 操縱機構(gòu)的設計.368.1操縱機構(gòu).368.2鎖止機構(gòu).368.2.1互鎖裝置.36 8.2.2倒檔鎖止裝置.37致謝.38參考文獻.39 41第一章 緒 論1.1 本次設計課題的基本內(nèi)容汽車變速器是傳動系統(tǒng)中主要總成之一,也是汽車設計的一個重要環(huán)節(jié),由于發(fā)動機前置前驅(qū)沒有縱貫車身前后的傳動軸,車身底板高度可降低,汽車高速行駛時穩(wěn)定性提高,并且車內(nèi)空間較大。因整個傳動系都在車頭,因而其操縱機構(gòu)比較簡單,制造和維修成本也相對較低。因此前置前驅(qū)方式已廣泛在普通轎車及部分微、輕型上使用。與前置前驅(qū)配用的變速器是二軸式變速器,汽車變速器設計是車輛工程專業(yè)本科學生必須掌握的專業(yè)知識之一,本設計根據(jù)給定的設計任務要求,確定兩軸式變速器傳動方案,設計變速器及同步器。1.2 變速器的種類及其發(fā)展從現(xiàn)在市場上不同車型所配置的變速器來看,主要分為:手動變速器(MT)、自動變速器(AT)、手動/自動變速器(AMT)、無級變速器(CVT)。1.2.1手動變速器(MT)手動變速器(Manual Transmission)采用齒輪組,每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定的,所以各檔的變速比是個定值(也就是所謂的“級” )。比如,一檔變速比是3.85,二檔是2.55,再到五檔的0.75,這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動比,總共只有5個值(即有5級),所以說它是有級變速器。曾有人斷言,繁瑣的駕駛操作等缺點,阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐,手動變速器會在不久“下課”,從事物發(fā)展的角度來說,這話確實有道理。但是從目前市場的需求和適用角度來看,手動變速器不會過早的離開。首先,從商用車的特性上來說,手動變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例,卡車用來運輸,通常要裝載數(shù)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。我們都知道一檔有“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。其次,對于老司機和大部分男士司機來說,他們的最愛還是手動變速器。從我國的具體情況來看,手動變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史,資歷較深的司機都是“手動”駕車的,他們對手動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。雖然自動變速器以及無級變速器已非常的普遍,但是大多數(shù)年輕的司機還是崇尚手動,尤其是喜歡超車時手動變速帶來的那種快感,所以一些中高檔的汽車(尤其是轎車)也不敢輕易放棄手動變速器。另外,現(xiàn)在在我國的汽車駕駛學校中,教練車都是手動變速器的,除了經(jīng)濟適用之外,關(guān)鍵是能夠讓學員打好扎實的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。第三,隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進入了家庭,對于普通工薪階級的老百姓來說,經(jīng)濟型轎車最為合適,手動變速器以其自身的性價比配套于經(jīng)濟型轎車廠家,而且經(jīng)濟適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如,夏利、奇瑞、吉利等國內(nèi)廠家的經(jīng)濟型轎車都是手動變速的車,它們的各款車型基本上都是5檔手動變速。1.2.2自動變速器(AT)自動變速器(Automatic Transmission),利用行星齒輪機構(gòu)進行變速,它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化,自動地進行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。雖說自動變速汽車沒有離合器,但自動變速器中有很多離合器,這些離合器能隨車速變化而自動分離或合閉,從而達到自動變速的目的。在中檔車的市場上,自動變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶希望在駕駛汽車的時候為了簡便操作、降低駕駛疲勞,盡可能的享受高速駕駛時快樂的感覺。在高速公路上,這是個體現(xiàn)地非常完美。而且,以北京市來說,現(xiàn)在的交通狀況不好,堵車是經(jīng)常的事情,有時要不停地起步停步數(shù)次,司機如果使用手動檔,則會反復地掛檔摘檔,操作十分煩瑣,尤其對于新手來說更是苦不堪言。使用自動檔,就不會這樣麻煩了。在市場上,此類汽車銷售狀況還是不錯的,尤其是對于女性朋友比較適合,通常女性朋友駕車時力求便捷。而我國要普及這種車型,關(guān)鍵要解決的是路況問題,現(xiàn)在的路況狀況不均勻,難以發(fā)揮自動檔汽車的優(yōu)勢。1.2.3手動/自動變速器(AMT)其實通過對一些車友的了解,他們并不希望摒棄傳統(tǒng)的手動變速器,而且在某些時候也需要自動的感覺。這樣手動/自動變速器便由此誕生。這種變速器在德國保時捷車廠911車型上首先推出,稱為Tiptronic,它可使高性能跑車不必受限于傳統(tǒng)的自動檔束縛,讓駕駛者也能享受手動換檔的樂趣。此型車在其檔位上設有“+”、“-”選擇檔位。在D檔時,可自由變換降檔(-)或加檔(+),如同手動檔一樣。自動手動變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式為了駕駛樂趣使用手動檔,而在交通擁擠時使用自動檔,這樣的變速方式對于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術(shù)含量,但這類的汽車并不會在價格上都高不可攀。所以,手動/自動車在普及上還是具有相當?shù)膬?yōu)勢。而汽車廠商和配套的變速器廠家應該以此為契機,根據(jù)市場要求精心打造此類變速器。因為這類變速器是有比較廣闊的市場的。1.2.4無級變速器(CVT)當今汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,是非常迅速的,用戶對于汽車性能的要求是越來越高的。汽車變速器的發(fā)展也并不僅限于此,無級變速器便是人們追求的“最高境界”。無級變速器最早由荷蘭人范多尼斯(VanDoornes)發(fā)明。無級變速系統(tǒng)不像手動變速器或自動變速器那樣用齒輪變速,而是用兩個滑輪和一個鋼帶來變速,其傳動比可以隨意變化,沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動變速器“突然換檔”、油門反應慢、油耗高等缺點。通常有些朋友將自動變速器稱為無級變速器,這是錯誤的。雖然它們有著共同點,但是自動變速器只有換檔是自動的,但它的傳動比是有級的,也就是我們常說的檔,一般自動變速器有27個檔。而無級變速器能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)速比的無級變化,并選定幾個常用的速比作為常用的“檔”。裝配該技術(shù)的發(fā)動機可在任何轉(zhuǎn)速下自動獲得最合適的傳動比。1.3 變速器設計的基本要求變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比的齒輪傳動裝置,又稱變速箱。它作為汽車動力系統(tǒng)重要的組成部分,主要用于轉(zhuǎn)變從發(fā)動機曲軸傳出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,以適應汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同需求。此外,變速器還用于使汽車能倒退行駛和在起動發(fā)動機以及汽車滑行或停車時使發(fā)動機與傳動系保持分離;必要時還應有動力輸出功能。為保證變速器具有良好的工作性能,對變速器應提出如下設計要求。1. 應保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟性指標。在汽車整體設計時,根據(jù)汽車載重量、發(fā)動機參數(shù)及汽車使用要求,選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動比,來滿足這一要求。2. 設置空檔,以保證汽車在必要時能將發(fā)動機與傳動系長時間分離;設置倒檔,使汽車可以倒退行駛。3. 工作可靠,操縱輕便。汽車在行駛過程中,變速器內(nèi)不應有自動跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強度,提高行駛安全性,操縱輕便的要求日益顯得重要,這可通過采用同步器和預選氣動換檔或自動、半自動換檔來實現(xiàn)。4. 重量輕、體積小。影響這一指標的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì)鋼材,采用合理的熱處理,設計合適的齒形,提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。5. 傳動效率高。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量,采用適當?shù)臐櫥投伎梢蕴岣邆鲃有省?. 噪聲小。采用斜齒輪傳動及選擇合理的變位系數(shù),提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。7. 貫徹零件標準化、部件通用化和變速器總成系列化等設計要求,遵守有關(guān)標準和法規(guī)。8. 需要時應設計動力輸出裝置。1.4兩軸式變速器的特點及其傳動方案兩軸式變速器如圖1-1所示。與三軸式變速器相比,其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的布置,因為這種布置使汽車的動力-傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質(zhì)量降低6%10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動系的結(jié)構(gòu)簡單。如圖所示,兩軸式變速器的第二軸(即輸出軸)與主減速器主動齒輪做成一體,當發(fā)動機縱置時,主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪;當發(fā)動機橫置時則可用圓柱齒輪,從而簡化了制造工藝,降低了成本。除倒檔常用滑動齒輪(直齒圓柱齒輪)外,其他檔均采用常嚙合斜齒輪傳動;個檔的同步器多裝在第二軸上,這是因為一一檔的主動齒輪尺寸小,裝同步器有困難;而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端,如圖示。兩軸式變速器沒有直接檔,因此在高檔工作時,齒輪和軸承均承載,因而噪聲比較大,也增加了磨損,這是它的缺點。另外,低檔傳動比取值的上限(ig=4.04.5)也受到較大限制,但這一缺點可通過減小各檔傳動比同時增大主減速比來取消。圖1-1 發(fā)動機縱置時兩軸式變速器1.第一軸;2.第二軸;3.同步器圖1-1 發(fā)動機縱置時兩軸式變速器1.第一軸;2.第二軸;3.同步器另外,二軸式的傳動方案種類如下:圖1-2為發(fā)動機前置前輪驅(qū)動轎車的兩軸式變速器傳動方案。其特點是:變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體;多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪,其它檔位均用常嚙合齒輪的傳動圖1-2 兩軸式變速器傳 圖1-2 兩軸式變速器傳動方案另外,二軸式的傳動方案種類如上:圖1-2為發(fā)動機前置前輪驅(qū)動轎車的兩軸式變速器傳動方案。其特點是:變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體;多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪,其它檔位均用常嚙合齒輪的傳動。因此,此次變速器設計的傳動機構(gòu)布置方案為:1采用兩軸式變速器2倒檔采用直齒滑動齒輪3采用同步器換檔(鎖環(huán)式同步器)倒檔布置方案: 圖1-3為常見的倒檔布置方案。圖1-3-b方案的優(yōu)點是倒檔利用了一檔齒輪,縮短了中間軸的長度。但換檔時有兩對齒輪同時進入嚙合,使換檔困難。圖1-3-c方案能獲得較大的倒檔傳動比,缺點是換檔程序不合理。圖1-3-d方案對1-3-c的缺點做圖1-3倒檔傳動方案了修改。圖1-3-e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體,將其齒寬加長。為了充分利用空間,縮短變速器軸向長度,有的貨車倒檔傳動采用圖1-3-g所示方案;其缺點是一、倒檔齒輪須各用一根變速器拔叉軸,致使變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復雜一些。 本次設計采用圖1-3-f所示方案,此方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪,換檔更為輕便。輪,縮短了中間軸的長度。但換檔時有兩對齒輪同時進入嚙合,使換檔困難。圖2-c方案能獲得較大的倒檔傳動比,缺點是換檔程序不合理。圖-2d方案對2-c的缺點做了修改。圖2-e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體,將其齒寬加長。圖2-f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪,檔換更為輕便。圖1-3倒檔傳動方案第二章 變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設計計算2.1 變速器的原始設計數(shù)據(jù) 乘用車(二軸式)基本參數(shù)如下表:表2.1設計基本參數(shù)最大功率 67KW 最大功率轉(zhuǎn)速 5200r/min最大轉(zhuǎn)矩 145Nm最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 3300r/min最高車速 178km/h輪胎規(guī)格 175/70HR13使用壽命90000h表1-1設計基本參數(shù)表 表2.1-2 軸荷分布車前軸后軸空車1306 kg588kg718kg整車1606 kg770kg836kg 表2.1-33 變速器變速比一檔傳動比 3.45五檔傳動比 0.75倒檔傳動比 3.1主減速器傳動比 3.672.2變速器主要參數(shù)的選擇2.2.1檔數(shù)增加變速器的檔數(shù)能改善汽車的動力性和經(jīng)濟性。檔數(shù)越多,變速器的結(jié)構(gòu)越復雜,并且是尺寸輪廓和質(zhì)量加大。同時操縱機構(gòu)復雜,而且在使用時換檔頻率也增高。在最低檔傳動比不變的條件下,增加變速器的當屬會是變速器相鄰的低檔與高檔之間傳動比比值減小,是換檔工作容易進行。要求相鄰檔位之間的傳動比比值在1.8以下,該制約小換檔工作越容易進行。要求高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值小。近年來為了降低油耗,變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前轎車一般用45個檔位,級別高的轎車變速器多用5個檔,貨車變速器采用45個檔位或多檔。裝載質(zhì)量在23.5T的貨車采用5檔變速器,裝載質(zhì)量在48T的貨車采用6檔變速器。多檔變速器多用于重型貨車和越野車。本次設計選用的是5檔變速器。2.2.2初選傳動比已知主減速器傳動比為3.67,一檔傳動比為3.45,最高檔五檔傳動比為0.75分配各檔傳動比:選五檔 按等比級數(shù)分配 (2-1),所以 =1.46,2.2.3初算中心距A初選中心距時,可根據(jù)下述經(jīng)驗公式 (2-2)式中:變速器中心距(mm);中心距系數(shù),乘用車:=8.99.3,商用車:=8.69.6,多檔變速器:=9.511.0;發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩(Nm);變速器一檔傳動比;變速器傳動效率,取96%。=145N.m=3.45 =69.772.83(mm)初選中心距=71mm。 第三章 變速器齒輪的設計計算3.1齒輪參數(shù)3.1.1模數(shù) 表3.1汽車變速器齒輪法向模數(shù)車型乘用車的發(fā)動機排量V/L貨車的最大總質(zhì)量/t1.0V1.61.6V2.56.014.014.0模數(shù)/mm2.252.752.753.003.504.504.506.00 表3.2汽車變速器常用齒輪模數(shù)一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.753.253.503.754.505.50根據(jù)表3.1、表3.2本次設計,一、二、倒檔齒輪的模數(shù)定為2.5mm,三四五檔模數(shù)為2.25mm。3.1.2 壓力角壓力角較小時,重合度大,傳動平穩(wěn),噪聲低;較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對轎車,為加大重合度已降低噪聲,取小些。變速器齒輪壓力角為 20 3.1.3 螺旋角斜齒輪在變速器中得到廣泛的應用。選斜齒輪的螺旋角,要注意他對齒輪工作噪聲齒輪的強度和軸向力的影響。在齒輪選用大些的螺旋角時,使齒輪嚙合的重合度增加,因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。試驗還證明:隨著螺旋角的增大,齒的強度也相應提高。不過當螺旋角大于30時,其抗彎強度驟然下降,而接觸強度仍然繼續(xù)上升。因此,從提高低檔齒輪的抗彎強度出發(fā),并不希望用過大的螺旋角,以1525為宜;而從提高高檔齒輪的接觸強度和增加重合度著眼,應選用較大螺旋角。斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用:轎車兩軸式變速器為 2025初選的螺旋角=233.1.4 齒寬b應注意齒寬對變速器的軸向尺寸,齒輪工作平穩(wěn)性,齒輪強度和齒輪工作時受力的均勻程度均有影響??紤]到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸,應該選用較小的齒寬。減少齒寬會使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點被削弱,還會使工作應力增加。使用寬些的齒寬,工作時會因軸的變形導致齒輪傾斜,使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m的大小來選定齒寬。直齒:b=m, 為齒寬系數(shù),取為4.58.0 斜齒:b=,取6.08.5 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù),可取大些,使接觸線長度增加、接觸應力降低,以提高傳動平穩(wěn)性和齒輪壽命。 3.2 各檔齒輪齒數(shù)的分配在初選中心距,齒輪模數(shù)和螺旋角以后,可根據(jù)變速器的檔數(shù),傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。一、二、三、四、五檔選用斜齒輪,倒檔選用直齒輪。3.2.1齒輪齒數(shù)的確定一檔: (3-1)斜齒: (3-2)= 52.28計算后取整=52,然后進行大小齒輪齒數(shù)的分配。 取=12 =40, 計算得二檔: 取52 解得: 所以 三檔: ,取58 解得: 所以 四檔: ,取58解得: 所以 五檔: 取58 取=33,=25 計算到3.2.2對中心距進行修正因為計算齒數(shù)和后,經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化,所以應根據(jù)和齒輪變位系數(shù)新計算中心距,在以修正后的中心距作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。根據(jù)3-2式來修正中心距。修正后中心距一二檔: A=mm , 三四五檔 :A=mm 。圓整取為71mm。3.2.3修正螺旋角根據(jù)3-2式來修正螺旋角。修正后螺旋角一二檔: 三四五檔 :3.2.4確定倒檔齒輪齒數(shù)倒檔齒輪選用的模數(shù)往往與一檔接近,取模數(shù)為2.5,倒檔齒輪的齒數(shù)一般在2123之間,選=22。 (3-3) (3-4) ,= (3-5)=mm =mm3.3確定齒輪參數(shù)各檔齒輪的變位系數(shù)根據(jù)變位系數(shù)線圖來選?。簣D3-1變位系數(shù)圖(1) 一檔齒輪變位后參數(shù):角度變位后的端面壓力角: = (3-6)所以 端面嚙合角: (3-7)解得查表得變位系數(shù)和:0.50 (3-8) 0.48 =0.02 (3-9)=0.344 (3-10)分度圓直徑: ,=109.23mm (3-11)齒頂高 =2.84mm,=()=1.69mm (3-12)齒根高=(+-)=1.925mm,=(+- )=3.075mm (3-13)全齒高 =+=4.765mm,=+=4.765mm (3-14)齒頂圓直徑:=38.45mm,=112.61mm (3-15)齒根圓直徑:=28.92mm,=103.08mm (3-16)當量齒數(shù) =15.64, = =52.13 (3-17)(2) 二檔齒輪變位后參數(shù):角度變位后的端面壓力角: = 所以 端面嚙合角: 解得查表得變位系數(shù)和:0.50 0.43 =0.07=0.344分度圓直徑: =101.04mm齒頂高 =2.715mm =()=1.815mm齒根高=(+-)=2.05mm =(+-)=2.95mm全齒高 =4.765mm =4.765mm齒頂圓直徑:=46.39mm =104.67mm齒根圓直徑:=36.86mm =95.14mm當量齒數(shù) = = 19.55 = =48.22(3) 三檔齒輪變位后參數(shù):角度變位后的端面壓力角: = 所以 端面嚙合角: 解得查表并計算得變位系數(shù)和:0.42 0.36 =0.080.049- =0.371分度圓直徑: =88.14mm齒頂高 =2.225mm =()=1.595mm齒根高=(+-)=2.00mm =(+-)=2.63mm全齒高=4.227mm =4.227mm齒頂圓直徑:=58.31mm =91.33mm齒根圓直徑:=49.86mm =82.88mm當量齒數(shù) = =28.35 = =46.38(4) 四檔齒輪變位后參數(shù):角度變位后的端面壓力角: = 所以 端面嚙合角: 解得查表得變位系數(shù)和:0.42 0.23 =0.190.049- =0.371分度圓直徑: =75.9mm齒頂高 =1.933mm =()=1.843mm齒根高=(+- )=2.295mm =(+-)=2.385mm全齒高 =4.228mm =4.228mm齒頂圓直徑:=69.97mm =79.59mm齒根圓直徑:=61.51mm =71.13mm當量齒數(shù) = =34.79 = =39.94(5) 五檔齒輪變位后參數(shù):角度變位后的端面壓力角: = 所以 端面嚙合角: 解得查表得變位系數(shù)和:0.42 0.18 =0.240.049- =0.371分度圓直徑: =61.21mm齒頂高=1.82mm =()=1.96mm齒根高=(+-)=2.41mm =(+-)=2.27mm全齒高=4.23mm =4.23mm齒頂圓直徑:=84.43mm =65.13mm齒根圓直徑:=75.97mm =56.67mm當量齒數(shù) = =42.52 = =32.21(6)倒檔齒輪變位后參數(shù);角度變位后的端面壓力角: 查表得變位系數(shù)和:=0 =0.23 = -0.23 =0.230- =0分度圓直徑: =32.50mm =55mm =100mm齒頂高 =3.075mm =()=1.925mm =3.075mm齒根高=(+-)=2.55mm =(+-)=3.70mm=(+-)=2.55mm全齒高=5.625mm =5.625mm =5.625mm齒頂圓直徑:=38.65mm =58.85mm =106.15mm齒根圓直徑:=27.40mm =47.60mm =94.9mm第四章 齒輪的校核4.1 齒輪的損壞形式變速器齒輪的損壞形式主要有:輪齒折斷,齒面疲勞剝落,移動換檔齒輪端部破壞以及齒面膠合。4.2 齒輪加工方法及材料與其他機械行業(yè)相比,不同用途汽車的變速器齒輪使用條間仍是相似的。此外,汽車變速器齒輪用的材料,熱處理方法,加工方法,精度級別,支承方式也基本一致。如汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作,采用剃齒和磨齒精加工 ,齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝,齒輪精度不低于7級。國內(nèi)汽車常用的變速器齒輪材料有20GrMnTi、20GrMn2TiB、15MnCr5、20MnCr5、25 MnCr5、28 MnCr5。滲碳齒輪的表面硬度為5863HRC,心部硬度為3348HRC。本次設計中齒輪的材料選用20GrMnTi,一般設計中軸與齒輪的材料選取應相同,所以此次設計中軸的材料也選用20GrMnTi。4.3 計算各軸的轉(zhuǎn)矩發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩為145Nm,齒輪傳動效率99%,離合器傳動效率99%,軸承傳動效率96%。 (4.1) 輸入軸 輸出軸一檔=137.810.960.993.33= 436.15Nm 輸出軸二檔=137.810.960.992.47=323.51Nm 輸出軸三檔=137.810.960.991.64= 214.8Nm 輸出軸四檔=137.810.960.991.15= 150.62Nm 輸出軸五檔=137.810.960.990.76=99.54Nm 倒檔軸 =137.810.960.991.69=221.35 Nm =221.350.960.991.82 =382.88Nm4.4 齒輪彎曲強度計算斜齒輪彎曲應力 (4.2)式中:計算載荷(Nmm);法向模數(shù)(mm);齒數(shù);斜齒輪螺旋角();應力集中系數(shù),=1.50;齒形系數(shù),可按當量齒數(shù)在圖中查得;齒寬系數(shù),=7.0重合度影響系數(shù),=2.0。當計算載荷取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 譯文外文翻譯題 目 乘用車二軸式五檔變速器總成設計學 院 專 業(yè) 學 生 學 號 指導教師 汽車變速器的振動特性H. W. LEE, S. H. PARK1, M. W. PARK和 N. G. PARK (2008年8月1日編輯; 2009年1月5日修訂)摘要:考慮到傳動軸,傳動軸承和輪齒的靈活性以及齒輪傳動轉(zhuǎn)子的陀螺效應,汽車變速器的數(shù)學模型已經(jīng)發(fā)展得很成熟了。變速器內(nèi)部的橫向,扭轉(zhuǎn)和軸向的運動是由于斜齒輪傳動而耦合的。作用在汽車變速器上的激勵力被分類成第一、第二和第三等級,這種分級的基礎是由攝動法所確定的激勵力的大小。產(chǎn)生這種激勵力的原因是由于齒輪之間大量的不平衡,軸的位置偏差,軸承之間的間隙和非線性形變,傳動誤差和齒輪嚙合剛度的周期性變化。在裝載條件下的臺架試驗是以三檔汽車變速器而進行的。振動特性的測試結(jié)果會與那些由理論分析所得出的結(jié)果進行對比。當對比結(jié)果的誤差控制在3.3%之內(nèi)時即對比之后的結(jié)果具有良好的一致性。關(guān)鍵詞:汽車變速器,傳動誤差,臨界轉(zhuǎn)速,攝動法,裝載條件下的臺架試驗,斜齒輪傳動,振動學1. 介紹最近,消費者通過關(guān)注性能和質(zhì)量兩者上來選擇喜歡的汽車。消費者會特別地尋找提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱性,舒適性,安全性,動力性能,穩(wěn)定性和汽車的燃油經(jīng)濟性的汽車。變速器是汽車的主要部件,有待于發(fā)展?jié)M足大容量,高性能,小型化和低噪聲的更嚴格的要求。汽車變速器包括傳動軸,斜齒輪,軸承,齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng),殼體等。Lim 和Singh通過考慮固定和殼體來著手做汽車變速器的模態(tài)分析。通過改變殼體的結(jié)構(gòu)和傳動軸的布局,Rondo(1990)設計了一個產(chǎn)生較少齒輪傳動噪聲的汽車變速器。本田在1990年對齒輪轉(zhuǎn)動鏈中軸向振動的模態(tài)特性進行了研究。當直齒圓柱齒輪中的彎曲效應和扭轉(zhuǎn)效應偶合在一起時,Linda等人(1985)發(fā)現(xiàn)了外變速器系統(tǒng)的動力特性不同于當系統(tǒng)被看作成一個簡單的、非偶合的系統(tǒng)時所得出的結(jié)果。Schwibinger 和 Nordmann (1988)發(fā)現(xiàn)這種在直齒圓柱齒輪中彎曲和扭矩的耦合效應影響了齒輪軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Choy等人(1990)研發(fā)了能使彎曲效應和扭矩效應偶合在一起的動態(tài)模型,這個動態(tài)模型是一種三檔直齒齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)狀態(tài),而這個系統(tǒng)狀態(tài)是因為質(zhì)量不平衡而被迫形成的;然后他又計算了瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應。Choy 和 Ruan (1993)建立了一個帶有單速直齒齒輪副的減速齒輪箱的模型。他對齒輪-轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的部分和殼體部分分別使用了傳遞矩陣法和有限元分析法,然后他將結(jié)果與由振動光譜的實驗數(shù)據(jù)所得出的結(jié)果進行了比較。Kahraman等人(1992)通過考慮到彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動的耦合效應從而得出了單速齒輪鏈的臨界轉(zhuǎn)速,并且他們還利用有限元分析法解決了質(zhì)量不平衡的強迫響應和傳動誤差的問題。Kahraman(1994)按強迫效應計算了具有三檔斜齒齒輪減速器的變速器的穩(wěn)態(tài)誤差。本田等公司(1990)研發(fā)了一個輕巧的,單速的,直齒齒輪傳動鏈去研究齒輪軸的振動效應和比較實驗數(shù)據(jù)和噪聲等級中的理論數(shù)據(jù)。通過考慮到汽車變速器中輪廓的制造誤差和輪齒的彈性形變,Lee 等人(2007)制定了齒廓修正曲線,他對由變速器中的誤差引起的激勵進行了計算響應和測量響應的對比分析;他的目的在于檢驗對于汽車變速器的適用性。本論文主要探究了一個數(shù)字模型,這個數(shù)字模型是用來分析由多層螺旋系統(tǒng)組成的汽車變速器的振動特性的。該模型的軸和軸承具有靈活性,陀螺效應和力偶,此力偶起因于齒輪由于傳動時引起的的橫向,扭轉(zhuǎn),軸向的運動。作用在汽車變速器上的激勵力被劃分成第一,第二,第三等級,這種分級的依據(jù)是由攝動法所決定的激勵力的大小。產(chǎn)生這種激勵力的原因是齒輪之間大量的不平衡,軸的位置偏差,軸承之間的間隙和非線性形變,傳動誤差和齒輪嚙合剛度的周期性變化。在裝載條件下的臺架試驗是在三檔汽車變速器的情況下進行的。然后這個實驗得出的結(jié)果將會與振動特性分析得出的結(jié)果進行比較。2. 汽車變速器的數(shù)字模型前置后驅(qū)類型的汽車的手動變速器的數(shù)字模型如示圖1所示,這個模型包括74個軸元素,3個盤形元素,13個齒輪元素,7個斜齒輪輪齒副和13個軸承元素。在示圖3中,字母S,G,B,P和D分別表示轉(zhuǎn)動軸,齒輪,軸承,斜齒齒輪副和圓盤。另外,S1,S2,S3和S4分別地表示輸入齒輪軸,輸出齒輪軸,反轉(zhuǎn)齒輪軸和倒擋惰輪軸。同樣,G1,G2,G3,G4,G5,G6分別表示的是第四檔齒輪,第三檔齒輪,第二檔齒輪,第五檔齒輪,G7-G12表示的是副軸齒輪,G13表示的是倒擋惰輪。P1,P2,P3,P4和 P5分別表示的是第四檔,第一檔,第二檔,第三檔和第五檔齒輪副。P6表示的是G11和G13的倒檔齒輪副,同時,P7表示的是G5和G11的倒檔齒輪副。D1表示的是三檔和四檔的同步器齒套,D2表示的是一檔和二檔的同步器齒套,D3表示的是五檔和倒車檔的同步器齒套。同樣,B1, B2, B3和B6表示的是球軸承。B4和B5表示的是圓柱滾子軸承,B7-B13表示的是滾針軸承。 第一檔,第二檔和第三檔的變速器的輸出路徑分別是 S1-G1-G7-G10-G4-D2-S2,S1-G1-G7-G9-G3-D2-S2和 S1-G1-G7-G8-G2-D1-S2。此外,第四檔,第五檔和倒檔變速器的輸出路徑分是S1-G1-D1-S2, S1-G1-G7-G12-G6-D3-S2和S1-G1-G7-G11-G13-G5-D3-S2。圖1:前置后驅(qū)汽車手動變速器的數(shù)字模型2.1.汽車變速器系統(tǒng)的運動方程式 汽車變速器的齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由斜齒齒輪傳動鏈,軸,轉(zhuǎn)子和軸承組成。這個模型考慮到了軸和軸承的靈活性,陀螺效應和由橫向和扭轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的力偶,這些運動是由齒輪傳動引起的。齒輪嚙合剛度會考慮到有關(guān)嚙合輪齒的彈性形變。關(guān)于轉(zhuǎn)子,因為它是剛體,所以要考慮陀螺效應。將軸承看作是線性彈簧并且將旋轉(zhuǎn)軸看作是歐拉梁;并且這個模型將彈性效應和分布質(zhì)量的動量效應兩者都考慮在內(nèi)了。汽車變速器系統(tǒng)的數(shù)字模型是通過裝配變速器中的各種部件用子結(jié)構(gòu)綜合法而研發(fā)的。汽車變速器的運動方程式基于這個模型可以寫成如下形式:M w + G w + Kw = 0 ( 1 )在方程式(2)中,廣義位移w包括三個位移矢量: x,y和相當于橫向矢量()和旋轉(zhuǎn)扭矩()矢量如下所示: w = ( 2 ) 如方程式(1)中所示的運動方程式包含了轉(zhuǎn)動慣量 M,回轉(zhuǎn)力G和剛度K。 以有限元模塊化原理為基礎,我們考慮了汽車變速器的單個部件的作用。因此,我們?yōu)辇X輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的每個部分建立了振動子模型。(如圖2)(1) 就旋轉(zhuǎn)軸而言,節(jié)點被指定在軸直徑經(jīng)常變化的位置。(示圖2a)(2) 就磨盤而言,節(jié)點被指定在在中心點。(3) 就磨盤所安裝在的軸而言,在磨盤上的軸直徑是磨盤厚度的一半來延長的。(Krmer, 1993)(4) 就配合于殼體的軸承所在的軸而言,節(jié)點被指定在軸承的中心點。(示圖2d)(5) 就中間齒輪和滾針軸承所附加在的軸上而言,并列的兩個節(jié)點被分別指定在齒輪和滾針軸承的中心點。(示圖2e)示圖2.汽車變速器的模塊化方法2.2振動模型的組件2.2.1.齒輪鏈的振動模型汽車變速器是由一個非常復雜的多層螺旋齒輪系統(tǒng)組成的。輪齒接觸部位的振動建模過程如下所示。(1) 通過考慮到嚙合輪齒的彈性形變來計算等效嚙合剛度。(2) 忽略了遍布在嚙合輪齒表面的分布式輸出壓力的摩擦部分;通過平均耦合力和在齒輪嚙合節(jié)點上的平均集中應力可以確定分布力。忽略了耦合力,只考慮齒面上的齒向修緣,我們就能夠把嚙合輪齒的傳動力界定為齒輪嚙合節(jié)點的平均集中應力,如圖3所示。(3) 只考慮一個齒輪輪齒的彈性形變,不考慮所有齒輪主體的彈性形變。(4) 如圖4所示,將嚙合輪齒分解成兩個單獨的,壓縮的,線性的彈簧P-G1和P-G2。在這里,彈簧的導程是與輪齒接觸線垂直的。示圖3.斜齒齒輪副的模型示圖4.斜齒齒輪副的模型( 5 ) 等效彈簧系數(shù)K1和K2可以通過Choi (1987)曾經(jīng)所用的方法來計算,這個方法是將齒輪輪齒看作是懸梁臂時的彎曲形變和剪切形變。此方法是從赫茲接觸理論得到了齒輪接觸變形。斜齒齒輪副的數(shù)學模型如圖5所示。設驅(qū)動齒輪的中心點為坐標的原點,徑向水平方向為x軸,剛性轉(zhuǎn)動方向為z軸。齒面接觸力的方向矢量定義如下: (3)在方程式(3)中,指的是基圓的螺旋角,指的是主動齒輪和從動齒輪的中心夾角。主動齒輪的旋轉(zhuǎn)方向是如圖5所示的逆時針方向,作用線的轉(zhuǎn)角表示為:在上面的表達式中,表示的是橫向運轉(zhuǎn)壓力角。斜齒輪齒的勢能推導式為 (4) 示圖5.斜齒齒輪副的數(shù)學模型圖解在方程式(4)中表示的是比例矩陣,是從齒輪中心與齒面接觸位移之間的的剛體運動來進行相關(guān)線性計算的。齒輪副的輪齒剛度系數(shù)是通過Park (1987)研發(fā)的程序計算的。兩個節(jié)點間的剛度矩陣可以通過方程式(4)來計算。假設這是一個集總參數(shù)系統(tǒng)。此方程式則是通過關(guān)于在兩個嚙合齒輪之間的中心的廣義位移矢量來描述勢能的。10
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