车辆工程毕业设计论文-比亚迪f3r手动变速器设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-比亚迪f3r手动变速器设计(编辑修改稿)内容摘要：

主技术这块短板。 而汽车的核心部分 —— 动力总成，仍是国内一直没有完全掌握的关键汽车零部件技术之一。 目前，在中国乘用车手动变速器市场，国产品牌已占主导地位，随着中国乘用车市 3 场的快速发展，对变速器的要求无论从数量上还是从技术水平上均不断提高，但技术落后严重阻碍着国产品牌变速器企业的发展。 虽然现在越来越多的人在买车的时候选择了自动变速器， 但是在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。 具体有两个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定程度上加大了手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣 20xx 年中国手动档乘用车共销售 万辆，较 20xx 年增长 %。 20xx 年 1～9 月份，手动档乘用车共销售 万辆，同比增长 %。 在中国乘用车用手动变速器市场中，国产品牌占主导地位，进口量很小，因而随着手动档乘用车销量的快速增长，手动变速器市场 也将不断扩大 ， 随着全球能源及原材料价格的不断上涨，汽车销售价格的下降，要求汽车变速器向着体积小质量轻、承载能力大、结构紧凑上发展。 这就要求零件设计结构机械性能也要相应有所改变，向着小巧紧凑高强度，高刚性方向改进，进而也要求有新技术新工艺来保证能够制造出来。 国外研究现状 国外在手动变速器的研究上开始趋于自动变速器，这是为了节省燃油以及缓解驾驶者在频繁换挡中产生的疲劳感等一系列缺点。 据预测， 20xx 年欧洲变速器市场上，配备手动变速器的汽车将占 52%，配备自动手动变速器的将占 10%，配备无极变速器的将占 2%，配备双离合器变速器的将占 16%，配备自动变速器的将占 20%。 ,可见手动变速器依然占据着半壁江山，这证实了手动变速器在消费者心中的分量。 国外专家指出，新变速器产品还在不断研发的过程中，因此，今后汽车市场的变速器情况可能还会出现一些变化。 目前许多变速器生产企业正在研发一些燃油经济性更好、换挡性能更高的变速器，以满足市场上的多层次需求。 例如，某公司正在研制一种传动效率可达 92%、换挡性能更好的变速器。 设计主要内容 本次设计的变速器是在原有 比亚迪 F3R 的变速器的基础上，在给定发动机输出转 矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图及主要零件的零件图。 对变速器传动机构的分析与选择 通过比较两轴和中间轴式变速器各自的优缺点，以及所设计车辆的特点，确定传动机构的布置形式。 变速器主要参数的选择：档数、传动比、中心距、齿轮参数等。 4 变速器齿轮强度校核 变速器齿轮强度的校核主要对变速器的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行校核。 轴的基本尺寸计算及强度校核 对于轴的强度计算则是对轴的刚度和强度分别进行校核。 轴承的选择 与寿命计算 对变速器轴的支撑部分选用圆锥磙子轴承，寿命计算是按汽车的大修里程来衡量，轿车的为 30 万公里。 本次设计主要是查阅近几年来有关国内外变速器设计的文献资料，结合所学专业知识，在老师的正确指导下进行设计。 通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，计算变速器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；同时对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析设计；另外，对现有传统变速器的结构进行改进、完善。 5 第 2 章 变速器 总体方案设计 设计初始数据 变速器设计所需的汽车基本参数如表 : 表 设计基本参数表 发动机型号 BYD473QB 排量 1500ml 发动机最大功率 75kw 最高车速 170km/h 总质量 1170kg 最大转矩 135 Nm 最大功率转速 5800 r/min 最大扭矩转速 4800 r/min 变速器设计应满足的基本要求 汽车传动系是汽车的核心组成部分。 其任务是调节、变换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满足汽车的使用要求。 变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。 变速器的结构要求对汽车的动力性、燃料经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。 随着汽车工业的发展，轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。 在汽车变速器的设计工作开始之前，首先要根据变速器运用的实际场合来对一些主要参数做出选择。 主要参数包括中心距、变速器轴向尺寸、轴的直径、齿轮参数、各档齿轮的齿数等。 （ 1） 正确选择变速器的档位 数和传动比，使之与发动机参数优化匹配，以保证汽车具有良好的动力性与经济性 ； （ 2） 设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输 ； （ 3） 设置倒挡，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 ； （ 7） 变速器应有高的工作效率 ； 6 （ 8） 变速器的工作噪声低。 除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。 传动机构布置方案分析 两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析 1．两轴式变速器 两轴式变 速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。 其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他档位均采用常啮合齿轮传动。 与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。 此外，各中间档因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高，同时噪声低。 但两轴式变速器不能设置直接档，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏；受结构限制其一档速比不能设计的很大；对于前进档，两 轴式变速器输入轴的传动方向与输出轴的传动方向相反。 2．中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的汽车上。 其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体。 绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档，变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。 因为直接档的利用率要高于其他档位，因而提高了变 速器的使用寿命。 在除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。 倒挡布置方案 常见的倒档布置方案如图 所示。 图 方案的优点是倒档利用了一档齿轮，缩短了中间轴的长度。 但换档时有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难；图 方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理；图 方案对 的缺点做了修改；图 所示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长；图 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档换更为轻便。 与前进档位比较，倒档 使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒档。 为实现倒档传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮 传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案。 7 图 倒档的布置方案 综合考虑以上因素，为了换档轻便，减小噪声，倒档传动采用图 所示方案。 其他问题 经常使用的挡位，其齿轮因接触应力过高而造成表面电蚀损坏。 将高挡布置在靠近轴的支承中部区域较为合理，在该区因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，偏载减少能提高齿轮寿命。 某些汽车变速器 有仅在好路或空车行驶时才使用的超速挡。 使用传动比小于 1（为~）的超速挡，能够充分地利用发动机功率，使汽车行驶 1km所需发动机曲轴的总转速降低，因而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。 但是与直接挡比较，使用超速挡会使传动效率降低，噪声增大。 机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数，每分钟转速，传递的功率，润滑系统的有效性，齿轮和壳体等零件的制造精度等。 各档齿轮位置安排 各齿轮副的相对安装位置对于整个变速器的结构布置有很大的影响。 各档位置的安排应 考虑以下四个方面： 1．整车总布置 根据整车的总布置，对变速器输入轴和输出轴的相对位置和变速器的轮廓形状以及换档机构提出要求。 2．驾驶员的使用习惯 人们习惯于按档的高低顺序，由左到右或由右到左排列来换档。 值得注意的是倒档，虽然他是平常换档序列之外的一个特殊档位，然而却是决定序列组合方案的重要环节。 按习惯，倒档最好与序列不接合。 从安全角度考虑，将 8 倒档与一档放在一起较好。 3．提高平均传动效率 为提高平均传动效率，在中间轴式变速器中，普遍采用具有直接档的传动方案，并尽可能地将使用时间最多的档位设计成直接 档。 4．改善齿轮受载状况 各档齿轮在变速器中的位置安排，应考虑齿轮的受载状况。 承受载荷大的低档齿轮，一般安置在离轴承较近的地方，以较小轴的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。 变速器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高档齿轮安排在离两支撑较远处较好。 因为变速器在一档和倒档工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒档，都应当布置在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低档到高档顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易 装配。 变速器齿轮形式与自动脱档分析 齿轮形式 变速器齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。 斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮比较，有运转平稳、作时噪声低等优点；缺点是制造时工艺复杂，工作时有轴向力。 变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。 直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒档。 变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。 齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度 b（图22）影响齿轮强度。 要求尺寸 b 应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。 为了使齿轮装在轴上以后，保持足够大的稳定性，齿轮轮毂部分的宽度尺寸 C ，在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求： 2)～( dC  式中： 2d ——花键内径。 图 22 变速器齿轮尺寸控制图 齿轮表面粗糙度数值降低，则噪声减少， 齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。 9 变速器齿轮齿面的表面粗糙度应在 ～Ra μm范围内选用。 变速器自动脱档分析 自动脱档是变速器的主要故障之一。 由于接合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱档。 为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种： 1．将两接合齿的啮合位置错开，如图 23a 所示。 这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿的 1～ 3mm。 使用中两齿接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可用来阻止接 合齿自动脱档。 2．将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下 ～ ），这样，换档后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱档，如图 23b 所示。 3．将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜 2～ 3176。 ），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力，如图 23c 所示。 这种方案比较有效，应用较多。 将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱档的效果。 a） b) c) 图 23 防止自动脱挡的机构措施 换挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮，啮合套和同步器换挡三种形式。 汽车行驶时各挡齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随有噪声。 这使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使乘坐舒适性降低。 只有驾驶员用熟练的操作技术（如两脚离合器），时齿轮换挡时无冲击，才能克服上述缺点。 但是该瞬间驾驶员注意力被分散，会影响行驶安全性。 因此，尽管这种换挡方式结构简单，但除一挡，倒挡外 已很少使用。 由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，所以可用移动啮合套换挡。 这时，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多。 而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。 此外，因增 10 设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总惯性矩增大。 因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。 这是因为重型货车挡位间的公比较小，则换挡机构连件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且还能降低制造成本及减小变速器长度。 使用同步器能保证迅速、无 冲。