汽车设计结课论文解读.docx

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汽车设计结课论文解读

汽车设计结课论文

机制1001班

杨建生

上课汽车设计要求：

整车大致尺寸尺4300mm*1800mm*1500mm

轴数：

2

轴距：

2600mm

要求座位数：

五座

发动机功率：

120马力

公路行驶最高车速：

190km/h

0-100km/h加速时间：

12s

摘要

本设计的题目是为老师上课要求为汽车设计变速器。

该变速器为五档变速器，其中包括五个前进档和一个倒档。

采用先进的整体式中间轴结构，三叉轴远距离操纵换档机构，使用锁销式同步器换档。

该变速箱结构紧凑，体积小，传动效率高，有较大的速比范围，具有很好的经济性和动力性。

设计说明书包括以下一些内容：

1.绪论；

2.结构方案论证及选择；

3.变速器传动参数设计与计算，其中包括中心距、档位数，最大、最小传动比的确定，齿轮各参数的选择与计算，轴的直径的选择，最后还有精确的配齿；

4.同步器设计理论及参数的确定；

5.齿轮的强度校核,轴的强度和刚度校核,变速器中渐开线花键和半圆键的校核,轴承寿命的校核；

6.变速器工艺性与经济性分析；

7.列出本次设计的参考文献

最后是对本次设计的感想和对指导教师的致谢。

关键词传动比;中心距;同步器;强度;刚度;寿命

目录

绪论2

第一章方案设计3

第二章传动参数设计8

第三章同步器参数设计14

第四章相关参数校核16

第五章经济性与工艺性分析23

参考文献24

想法25

绪论

经查阅资料最后选定汽车为卡罗拉1.6gt

本设计的设计参数如下表:

汽车型号：

卡罗拉1.6gt

总质量：

外形尺寸：

长/宽/高（mm）4300/1800/1500

整备质量利用系数：

1.22

轴距（mm）：

2600

乘员数/载质量：

2/2270

轮距（前/后）（mm）：

zijiatan网上数据

最大功率（kw）：

最大爬坡度（%）：

最大转矩N.m：

变速器:

手动5档

压缩比：

整备质量（Kg）:

3225

最高车速（km/h）：

190

轮胎：

7.00-16汽车布置方式：

FR排量L：

1.6L汽缸数：

4

变速器用于改变发动机的转矩和转速，以适应汽车在起步，加速，行驶以及在克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力和车速的不同要求的需要。

根据这些功能，变速器既要能满足整车性能的要求，还要有足够的可靠性和耐用性，足够的刚度，噪声要低，换档灵活轻便；另外，还要有良好的加工工艺性，零部件通用性，以便于产品系列化，扩大变速器的适用范围。

具体来说，为保证变速器有良好的工作性能，应该满足以下要求：

（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和经济性；

（2）设置空档，以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离；

（3）设置倒档，使汽车可以倒退行驶；

（4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出；

（5）换档迅速，省力，方便；

（6）工作可靠,汽车在行驶过程中，变速器不得有跳档，乱档以及换档冲击等现象发生；

（7）变速器应该具有高的工作效率；

（8）变速器应该操作简单，工作平稳，无噪音；

方案论证

变速器的选择

变速器的种类很多，按前进挡的挡数不同，可分为三、四、五挡和多挡变速器；按轴的形式不同，可分为固定轴式和旋转轴式（常配合行星齿轮传动）两大类。

前者又分为两轴式、中间轴式、双中间轴式和多中间轴式变速器，固定轴式变速器的主要特点是容易实现换挡自动化，应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。

旋转轴式主要用于液力机械式变速器。

两轴式变速器

若传动比较小，常采用两轴式，它有如下特点：

1.变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；

2.当发动机纵置时，主减速器可用螺旋圆锥齿轮或双曲面齿轮，而发动机横置时用圆柱齿轮，因而简化了制造工艺；

3.除倒挡传动常用滑动齿轮外，其他各挡均采用常啮合齿轮传动；

4.各挡的同步器多数在输出轴后端；

5.若低挡传动比较大，则尺寸结构增大，不再具有上述优点，所以只能在传动比较小的条件才可采用此方案。

6.两轴式变速器没有直接挡，因此，在高挡工作时，齿轮和轴承均承载，齿轮噪声大，且易损坏。

中间轴式变速器

从结构外形看，有三根轴，一轴二轴在同一直线上，将它们连接即为直接挡。

使用直接档，变速器齿轮和轴承以及第二轴均不承受载荷，发动机转矩经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，而且磨损小，寿命长，噪音也较小。

因为直接档的使用效率高于其它前进挡，因而提高了变速器的使用寿命。

在其它前进挡工作时，变速器传递的动力需经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两对齿轮传动，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离不大的条件下，一挡仍有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮可以或不采用常啮合齿轮传动。

多数传动方案中除一挡以外的其它挡位的换档机构均采用同步器或啮合套换挡，少数结构中一挡也采用同步器或啮合套换挡。

中间轴式变速器广泛应用于前置后驱的各类汽车上，故本次设计采用这种结构。

双中间轴或多中间轴式的变速器大多应用于重型汽车上，与本次设计不符，故不采用这种结构形式。

齿轮形式的选择

变速器的齿轮一般不外乎两种：

直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。

直齿圆柱齿轮多用于滑动式，故适用在倒挡和一挡较多，它们的结构简单，制造容易，但在换挡时齿轮齿根部容易产生冲击，噪声大，从而使端部磨损加剧，寿命降低，而且由于噪声大，容易造成驾驶员疲劳驾驶。

斜齿圆柱齿轮传动平稳，噪声小，磨损小，寿命长。

唯一的缺点是工作时有轴向力的产生，而且结构复杂。

这个缺点可以在进行轴的载荷计算时予以平衡。

通过比较两种形式的齿轮的优缺点，本设计中，倒档和一档采用直齿轮传动，这是考虑到倒挡和一档使用率较低，综合衡量经济性和实用性而定的。

其余各挡均采用斜齿轮传动，这样可以充分发挥其传动平稳、噪声低等优点。

换挡结构形式的选择

变速器的换挡机构形式有以下几种：

直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡。

直齿滑动齿轮换挡

该方式制造容易、结构简单，但缺点较多：

由于换挡时容易产生冲击，所以端部磨损快，寿命低，噪声大。

从而使汽车的行驶安全性和舒适性降低，而且对驾驶员的技术要求过高，影响汽车的行使等。

故只在一和倒挡之间采用这种形式换挡。

啮合套换挡

采用啮合套换挡，同时承受换挡冲击载荷的接合齿的齿数多，而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早的损坏，但不能消除换挡冲击，因此，汽车行驶安全性和乘坐舒适性仍受到一定影响，对驾驶员的技术要求也很高。

另外，由于增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器的旋转部分转动惯量变大，故这种换挡方式一般应用于某些要求不高的挡位及重型货车上。

同步器换挡

这种换挡形式能消除换挡冲击，而且换挡迅速，操纵轻便，对驾驶员要求也不高，而且由于消除了噪音和换挡冲击，提高了汽车的行驶安全性、加速性、舒适性和经济性等，所以现代汽车一般都采用这种形式。

但是由于其结构复杂，制造精度要求高，从而制造困难，同步环容易损坏，轴向尺寸大等，但是它还是被广泛采用。

 本次设计除一档外的前进档都采用这种换档形式。

倒挡形式的选择

汽车为了实现倒档传动,有的采用在前进档位的路线中,加装一个中间传动齿轮的方案。

采用这种方案结构简单,但是倒档小齿轮每转一周,就和其他齿轮啃合两次,从而反复受挤压。

也就是说,它是在正、负交替对称变化的弯曲应力下工作,这样极易产生疲劳破坏,从而影响变速器的寿命,不能实现安全倒车,故本设计中采用两个联体齿轮的方式。

这种方式结构复杂,但是齿轮的工作状态是比较有利的单向循环弯曲应力,并且能保证有足够大的传动比,因此采用这种方式。

变速器结构方案简图

图2.1示意图

图2.11-一轴常啮合齿轮；2-中间轴常啮合齿轮；3-四挡常啮合齿轮；4-中间轴四挡齿轮；5-三挡常啮合齿轮；6-三挡齿轮；7-二挡常啮合齿轮；8-中间轴二挡齿轮；9-二轴一、倒挡滑动齿轮；10-中间轴一、倒挡齿轮；11-倒挡齿轮；12-一轴；13-中间轴；14-倒挡轴。

具体细节零部件方案的确定

下面就同步器的具体形式、轴承的形式、变速器壳体的形式及挡位设置等问题分别予以讨论。

同步器的选择

同步器一般有常压式、惯性式和增力式三种，其中，惯性式同步器较为常用。

常压式同步器：

该同步器结构虽然结构形式简单，但由于接合套的轴向阻力是由弹簧压力造成的，故其压力大小有限，不能保证被啮合体在同步状态下（即角度相同时）换挡的缺点。

所以这种形式的同步器只在重型汽车上有所应用，本变速器不采用这种同步器。

惯性增力式同步器：

该同步器又称为波舍尔同步器。

它能可靠的保证只在同步状态下换挡。

只要啮合套与齿轮间存在角速度差，同步器上弹簧片的支承力就阻止同步环缩小，从而也就阻止了啮合套的移动。

只有在转速差为零时，弹簧片才卸除载荷，由于对同步环直径的缩小失去阻力，这样才能实现换挡。

波舍尔同步器的摩擦力矩大、结构简单、工作可靠、轴向尺寸短，适用于货车变速器。

惯性式同步器：

这种形式的同步器与常压式同步器一样，是依靠摩擦作用实现同步的。

但是它从结构上保证了接合套与待接合花键齿圈未达到同步时不接触，避免了齿间冲击和噪声。

从结构上分，惯性式同步器有锁销式、锁环式、滑块式、多片式和多锥式等几种。

虽然它们的结构不同，但都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。

（1）滑块式同步器：

其本质上是锁环式同步器。

它工作可靠，零件耐用，但因结构布置上的限制，弯矩容量不大，齿面磨损大，易失效。

它主要用于轿车和轻型货车上。

故从汽车的安全性方面考虑，不采用这种同步器。

（2）锁环式同步器：

这种同步器的锁止面在同步锥环和啮合套的倒锥面上，省去了同步锥环的接合齿，这样就使轴向尺寸变小。

考虑到结构上布置的合理性、紧凑性及锥面产生摩擦力矩大小等因素，多用于轿车和轻型货车上。

本变速器不采用这种同步器。

（3）锁销式同步器：

这种同步器的优点是零件数量少，摩擦锥面平均半径较大，转矩容量得到提高。

轴向尺寸大是它的缺点。

它多用于中、重型汽车变速器上，本次设计采用这种形式的同步器。

（4）多锥式同步器：

该同步器的锁止面仍在同步环的接合齿上，只是在原有的两个锥面之间再插入两个辅助同步锥。

由于锥表面的有效摩擦面积成倍地增加，同步转矩（在同步器摩擦锥面上产生的摩擦力矩）也相应的增加，因而具有较大的转矩容量和低热负荷。

这不但改善了同步效能，增加了可靠性，而且使换挡力大为减小。

若保持换挡力不变，则可缩短同步时间。

多锥式同步器多用于重型货车的主、副变速器以及分动器中。

轴承形式的选择

变速器要求增大传递功率与质量的比值，而且要求工作轴承的可靠性，容量大，寿命长，故轴承的选用比较重要。

变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。

至于何处应当采用何种轴承，是受结构的限制，并随所承受的载荷特点不同而不同。

汽车变速器的结构紧凑、尺寸小、采用尺寸大些的轴承受结构的限制，常在布置上有困难。

如变速器的二轴前端支撑在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。

变速器第一轴前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间可采用角接触球轴承来承受径向力。

作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传递给变速器壳体，此处用轴承外圈有挡圈的圆柱滚子轴承。

第二轴的后端也采用此种圆柱轴承，以承受径向力和轴向力。

中间轴上齿轮工作时产生很大的轴向力，原则上有前或后轴承承受均可以，但当在壳体前断面布置轴承盖有困难时，必须由后轴承来承受轴向力。

本设计前后轴承均采用圆锥滚子轴承。

变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴的前后轴承，按直径系列，一般选用中系列圆柱滚子轴承、球轴承和圆锥滚子轴承。