车辆工程毕业设计论文-奥腾皮卡变速器设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-奥腾皮卡变速器设计(编辑修改稿)内容摘要：

用非常广泛，但自动变速器是今后变速器发展的必然趋势。 现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化 ，机械式变速器不能满足人们的需要。 从 40 年代初，美国成功研制出两 档 的液力 机械变速器以来，自动变速器技术得到了迅速发展。 80 年代，美国已将液力自动变速器作为轿车的标准装备。 1983 年时，美国通用汽车公司的自动变速器装车率已经达到了 94%。 近些年来，由于电子技术和电子计算机技术的发展，自动变速器技术已经达到了相当高的水平。 目前，国内变速器厂商都朝 自动 变速器和 无级 变速器方向发展，国内现已有 多 款轿车已经应用上无级变速器，而重型汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。 汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求 汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速 (Continuously Variable Transmission 简称 CVT)。 尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。 一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。 但是 ,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力 ,各大汽车厂商对无级变速器 (CVT)表现了极大的热情，极度重视 CVT 在汽车领域的实用化进程。 这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器研究的终极目标。 今后 变速器技术 将会朝着节能环保、应用新型材料、高性能、低成本、微型化、智能化、集成化的方向 发展并会取得重大成果。 变速器设计的 研究方法与 目的意义 [3] 从轻型货车的特性上来说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。 本课题取材于汽车中比较实用的皮卡汽车，皮卡车载货或在雨、雪路面上行驶时，动力性好，越野性能出色。 为了满足消费者对汽车高性能、安全性、可靠性、舒适性的需求，对变速器的性能要求也更高。 因此，本课题主要是针对机械式变速器的设计。 汽车变速器的设计是一个复杂的系统工程 ， 其设计的成功与否决定着车辆的平顺 3 性、动力 性和燃油经济性等多方面的设计要求。 这就对变速器设计人员提出较高的要求。 我们除了 要 对汽车变速器的结构进行了合理的布置外，还运用了材料力学、机械原理、机械设计等知识，对变速器的重要零件轴和齿轮进行受力分析，强度、刚度的校核，以及为这些零件选择合理的工程材料和热处理方法，同时也为变速器选择合理的同步器和操纵机构。 本次设计主要是 根据给定皮卡车的车型参数， 通过 对 变速器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的手动 5 档 变速器。 本文要完成 的有 下面一些主要工作： 1． 主要 参数计算。 包括变速器传动比计算、中心距计算、 齿轮参数计算、各档 齿轮齿数的分配。 2． 变速器齿轮设计计算。 变速器齿轮几何尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及材料选择；计算各轴的扭矩和转速；齿轮强度计算及检验。 3． 变速器轴设计计算。 包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的加工工艺分析。 4． 变速器轴承的选择及校核。 5． 同步器 、 变速器操纵机构 和 箱体 的设计选用。 4 第 2 章 皮卡 主要参数 与变速器结构方案 的确定 确定总质量 汽车的 整备质量利用系数 0m ： 00 mmem  （ ） 式中 em —— 汽车的载质量； 0m —— 整车 整备质量。 表 货车的质量系数 0m 参数 车型 总质量 tma/ 0m 货 车 ＜ am ≤ ～ ① ＜ am ≤ ～ am ＞ ～ ①装柴油机的货车为 ～。 汽车总质量 am ： 商用货车的总质量 am 由整备质量 οm 、载质量 em 和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即 kgnmmm eοa 651 () 式中， 1n 为包括驾驶员及随行人员数在内的人数，应等于座位数。 此载货汽车是 柴 油机，查表 得 质量利用系数为 ～ ，其 整备 质量 是om = 103kg, 由公式 （ ）得：  ~ 7 6 0  mooe mm  =1408～ 1760kg 5 因为此车设计为 双 排室 ,所以1n=5,由公式 （ ）得 : kgnmmm ea 6510  =（ 1408～ 1760） +1760+5 65 =3493～ 3845kg 本课题选用 ma=3500kg。 选择 发动机 型号 根据现在载货汽车选用发动机的情况，参照 20xx 款 GA1020CRE3A 型奥腾皮卡 ，针对本次设计任务选用 GA4D28TC 柴油 发动 机。 表 GA4D28TC 柴油 发动 机技术参数 发动机型号 GA4D28TC 发动机形式 四缸直列， 高压 共轨 燃油种类 柴油 排量 排放标准 国 Ⅲ 最大输出功率 80KW 最大扭矩 260Nm 最大扭矩转速 1600~2400 r/min 最大功率转速 3800r/min 确定最高 车速   3m a xm a xm a x 7614036001 VACVgfmP DaTe  () 式中 maxeP —— 发动机最大功率， kW； T —— 传动系 传动效率，取 T ≈ ； am —— 汽车总 质量， kg； g —— 重力加速度， m／ s2； f —— 滚动阻力系数，对载货汽车取 ； 6 maxV —— 最高车速， km／ h； DC —— 空气阻力系数，轿车取 ～ ，客车取 ～ ，货车取 ～ ； A —— 汽车正面投影面积，㎡，若无测量数据，可按前轮距 B汽车总高H、汽车总宽 B 等尺寸近似计算： 对轿车 A≈ ， 对载货汽车 A≈ B1 H。 A≈ B1 H≈ = ㎡ 由公式 （ 23）得：   3m a xm a xm a x 7614036001 VACVgfmP DaTe    3m a xm a x 76140 180 VV　 算出 maxV ≈ 130km/h,该车满足要求。 变速器传动机构 的 布置 [3] 机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本 低 和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛应用。 通常，有级变速器具有三个、四个、 五个前进 档 ；重型载货汽车和重型越野车则采用多 档 变速器，其前进 档 位数多 达 6～ 16 个甚至 20 个。 变速器 档 位的增多可提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性和平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。 但 档 位数的增多也使变速器的尺寸及质量增大，结构复杂，制造成本提高，操纵也复杂。 某些轿车和货车的变速器，采用仅在良好的路面和空载行驶时才使用的超速档。 采用传动比小于 1（约为 ～ ）的超速 档 ，可充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。 但与传动比为 1 的直接 档 比较，采用超速 档 会降低传动效率。 机械式 变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括齿轮副 的 数目、 齿轮的 转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。 7 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。 变速器 倒 档 布置 倒档齿轮的结构及其轴的位置，应与变速器的整体结构方案同时考虑。 倒档设计在变速器的左侧或右侧在机构上均能实现，不同之处是 挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了。 在结构布置上，要注意的是在不挂入倒档时，为了防止意外挂入倒档，一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。 倒档齿轮不能与第二轴齿轮有啮合的状况。 换倒档时能顺利换入倒档，而不和其它齿轮发生干涉。 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；也有利用两个联体齿轮方案的。 前者虽然结构简单，但是中间传动 齿轮的轮齿，是在最不利的正、负交替对称变化的弯曲应力状态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒 档 传动比略有增加。 也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的 8 啮合套或同步器方案换入倒档。 图 21 倒档布置方案 图 21 为常见的倒 档 布置方案。 图 21b 所示方案的优点是换倒 档 时利用了中间轴上的一 档 齿轮，因而缩短了中间轴的长度。 但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换档 困难。 图 21c 所示方案能获得较大的倒 档 传动比，缺点是换 档 程序不合理。 图 21d所示方案适用于全部齿轮 副均为常啮合齿轮，换 档 更为轻便，且能获得较大的倒 档 传动比。 图 21e 所示方案针对图 21c 所示方案的缺点做了修改，因而取代了图 21c 所示方案。 图 21f所示方案是将中间轴上的一、 倒 档 齿轮做成一体，将其齿宽加长。 图21g所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换 档 更为轻便。 为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度。 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。 9 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。 综上所述，由于 本次设计的为 轻 型货车变速器 ， 布置形式采用发动机前置后轮驱动， 变速器 布置 的 空间较 大 ，对变速器的 结构 要求较高，要求运行 时 噪声 要 小，故选用 中间 轴 五档 变速 器 ，并且五档为直接档。 采用图 21g 的倒档布置形式。 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。