手动变速器设计.docx
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手动变速器设计
手动变速器设计
摘要
汽车诞生于19世纪末，至今已有100多年的历史,在这期间汽车工业以惊人的速度发展,写下了人类近代文明史的重要篇章.汽车已为世界经济的发展和人类进入现代化生活产生了无法估量的巨大影响.目前,全世界有十几亿辆汽车在陆地上行驶,并且以每年几千万辆的速度增长.可以断言,没有哪种机械产品像汽车那样对人类社会产生如此广泛而深远的影响.为人类社会的进步作出了不可磨灭的贡献，掀起了一场划时代的革命。
变速器有机械式手动变速器和机械式无级变速器两种，如果变速器挡位多其动力性和经济性得到保证，挡位少其操纵方便，本次设计我设计的是中型货车变速器，针对变速器的传动机构方案的布置作了详细的分析最终选用5+1挡中间轴式变速器，换挡形式采用同步器换挡。
结合总体的要求操纵机构形式选用直接操纵机构形式。
本次设计的变速器即满足了汽车必要的动力性也满足了其经济性的指标。
最后通过对齿轮、轴、键、轴承等的校核，其变速器的尺寸及其部件的强度都满足设计要求。
变速器的发展趋势是越来越复杂，且变速器由传统的手动式向自动操纵式发展，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来的主流。
关键词：
变速器，设计，中型货车，传动方案
THEDESIGNOFMANUALTRANSMINSSION
ABSTRACT
Carbirthedin19thcentury,andtodayithasahistoryofmorethan100years,duringtheperiod,theautomobileindustryhasdevelopedwithamazingspeed,andwrittenanimportantchapterinthemodernhumancivilization.CarforthedevelopmentoftheworldeconomyandhumanlifehaveaccesstomodernImmeasurabletremendousimpact.Atpresent,therearehundredsofmillionsofcarsonlandintheworld,andgrowinaspeedoftenmillionsperyear.Wecanassertthattherearenomechanicalproductsmorethancarssoextensiveandprofoundinfluencetothehuman.Havemadeanindeliblecontributionfortheprogressofhumansociety.
Transmissionhastwostylesofmechanicalmanuletransmissionandmechanicaldevicescontinuestransmission,ifthetransmission’sshiftmoreitspowerandeconomicwasguaranteed,iffeweritsmanipulationisconvenience,thisdesignIdesignanheavytrucktransmission,thisdesignIdeterminedthepeedratioaftercarefulanalysofpeedratioandultimatelytherelevanttypeofthecar,Imadeacarefulanalysisofthelayoutofthedriveagencyprogrammersagainstthetransmissionandfinallyusethe5+1blockintermediatetransmission,theformofshiftuseasynchronousdevice.Afterrequestedtheoveralltheformofagenciesusedirectmanipulationinstitutionalforms.Thisdesignedoftransmissionmeetthedynamicofthenecessarypoweralsomeetitseconomictargets.Finaladoptionthedegreeofgear,axle,keys,bearings,etc.thesizeoftransmissionandstrengthofcomponentsaredesignedtomeettherequirements.
Thedevelopmenttrendofthetransmissionismorecomplex,moreandmoreisalsohighautomationdegree,automatictransmissionisthemainstreamofthefuture
KEYWORDS:
Transmission,Design,Mediumtruck,Speedratio.
目 录
前 言1
第1章概述2
第2章变速器传动机构布置3
2.1传动机构布置3
2.1.1传动机构布置方案分析3
2.1.2倒挡齿轮分析4
2.2零部件结构方案分析5
2.2.1齿轮形式5
2.2.2换挡机构形式5
2.2.3变速器轴承6
第3章变速器主要参数的选择7
3.1中心距7
3.2齿轮参数的选取7
3.2.1模数8
3.2.2齿形、压力角α、螺旋角β和齿宽b8
3.2.3齿轮变位系数的选择原则9
3.2.4确定一档齿轮参数10
3.2.5确定常啮合齿轮副的齿数11
3.2.6确定其他档位的齿数11
第4章变速器设计与计算14
4.1轴的计算与校核14
4.1.1中间轴的受力分析14
4.1.2齿轮的计算与校核15
4.1.3校核中间轴一挡齿轮15
4.2齿轮参数的选取16
4.2.1模数16
4.2.2齿形、压力角α、螺旋角β和齿宽b16
4.3各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算17
4.3.1确定一档齿轮参数及传动比18
4.3.2确定常啮合齿轮副的齿数18
4.3.3确定其他档位的齿数19
4.3.4确定倒档及其他档齿轮的齿数19
4.4轴的计算与校核20
4.4.1中间轴的受力分析20
4.4.2Ｘ－Ｚ面受力分析21
4.4.3Ｘ－Y面受力分析22
4.4.4校核计算23
4.5齿轮的计算与校核23
4.5.1齿轮的计算校核公式23
4.5.2校核中间轴一挡齿轮24
4.5.3校核第二轴一挡齿轮25
4.5.4校核第一轴常啮合齿轮26
4.5.5校核中间轴常啮合齿轮27
4.6轴承的计算与校核27
4.7键的校核计算28
4.7.1花键的校核计算29
4.7.2平键的校核计算29
第5章同步器的设计30
5.1环式同步器主要尺寸的确定30
5.1.1环式同步器主要尺寸的确定30
5.1.2主要参数的确定30
第6章变速器操纵机构设计32
结 论33
谢辞34
参考文献35
前 言
变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。
变速器在汽车中起着重要的作用，它能使汽车以非常低且稳定的车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定转速是难以达到的。
随着汽车工业的不断壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出更经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题，也是我们作为汽车工程本科毕业生，必须肩负的重任。
在面临着前所未有的机遇的同时，我们要努力为我们的汽车工业做出应有的贡献。
经过四年的刻苦学习，我掌握了四十多门基础知识和专业知识，阅读了大量的专业书籍，为从事汽车行业的工作打下了坚实的基础。
在大学毕业，即将走向工作岗位之际，按国家教委的要求，进行了这次设计。
毕业设计是对我们在大学期间所学知识的一次检阅，充分体现了一个设计者的知识掌握程度和创新思想。
毕业设计总体质量的好坏也直接体现了毕业生的独立创造设计能力。
由于毕业设计具有特殊的重要意义，在两个多月的毕业设计时间里我们到单位实习，并阅读了大量的汽车资料，虚心向老师请教，且在老师的指导下，将老师传授的设计方法运用到自己的设计中，使本次毕业设计得以顺利完成。
正确绘制其装配图及部分零件图。
编写符合要求的设计说明书，翻译与课题有关的外文资料。
在设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决给定的工程问题。
要力争做到设计内容的科学性、设计思想的新颖性、设计表述的规范性和设计过程的综合性。
独立完成完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合1号图幅以上的图纸用手工绘制，查阅到12篇以上与课题相关的文献，按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书。
最后，由于本人的设计经验和知识水平有限，在设计中出现的问题敬请各位老师和同学的指正。
第1章概述
变速器是用来改变改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速的，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。
变速器设有空挡，，可在启动发动机，汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。
变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。
需要时，变速器还有动力输出功能。
对变速器提出如下要求：
1）保证汽车有必要的动力性和经济性。
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，需要是能进行功率输出。
5）换档迅速、省力、方便。
6）工作可靠。
汽车行使过程中，变速器不得跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。
7）变速器应有高的工作效率。
8）变速器的工作燥声低。
除此之外，变速器还应当轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。
满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、传动比有关。
汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小，变速器的传动比范围越大。
变速器由变速传动机构和操纵机构组成。
变速传动机构可按前进挡数或轴的形式分类。
在原有变速传动机构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。
近年来，变速器操纵机构有向自动操作方向发展的趋势。
第2章变速器传动机构布置
2.1传动机构布置
2.1.1传动机构布置方案分析
图2-1a所示方案，除一、倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。
图2-1b、c、d所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图2-1d所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前进档的变速器。
图2-1中间轴式五档变速器传动方案
图2-1a所示方案中的一档、倒档和图b所示方案中的倒档用直齿滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮。
以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。
同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。
变速器用图2-1c所示的多支承结构方案，能提高轴的刚度。
这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。
图2-1c所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。
2.1.2倒挡齿轮分析
图2-2为常见的倒挡布置方案。
图2-2b所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，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，使换挡困难。
图2-2c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。
图2-2d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2-2c所示方案。
图2-2e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。
图2-2f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。
为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图2-2g所示方案。
其缺点是一，倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。
本设计采用图2-2f所示的传动方案。
图2-2变速器倒档传动方案
因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，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挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，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挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。
倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处。
本次设计采用中间轴式方案如图2-1b，但倒档传动方案有所改动，采用2-1d的常啮合倒档传动方案。
2.2零部件结构方案分析
第3章变速器主要参数的选择
3.1中心距
对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴轴线之间的距离称为变速器的中心距A。
对两轴式变速器，将变速器输入轴与输出轴轴线之间的距离称为变速器的中心距A。
它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积大小由影响，而且对齿轮的接触强度由影响。
中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮的寿命越短。
因此，最小允许中心距应当由保证齿轮必要的接触强度来确定。
变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与反便和不因同一垂直面上的两轴承孔之间的距离过小而影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。
此外，受一挡小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要大些。
还有，变速器中心距取的过小，会使变速器长度增加，并因此使轴的刚度被削弱和使齿轮的啮合状态变坏。
对于中间轴式初选中心距A时，可根据下述公式计算
A=K
上面根据初选的A及m计算式中A为中心距,mm；
K
为中心距系数，商用车取K
＝8.9－9.6；
为发动机的最大转矩,N.m；
为变速器一挡传动比；
为变速器传动效率，取96％。
把一档传动比代入中心距公式计算变速器中心距：
A=132.91mm
圆整后取A=133mm。
3.2齿轮参数的选取
第4章变速器设计与计算
当变速器挂一挡时轴受力最大,所以只要一挡时轴的强度满足要求,其就符合要求只,下面只校核一挡时中间轴的强度。
4.1轴的计算与校核
4.1.1中间轴的受力分析
中间轴的轴向力基本上已相互抵消可以不予考虑。
1.
373400（N.mm）
=7112（N）
=2851（N）
=3284（N）
2.
=853486（N）
=46067（N）
=21481（Ｎ）
4.1.2齿轮的计算与校核
一挡齿轮因其承受载荷最大，所以只要它满足要求，其它各挡都满足要求，由于常啮合齿轮一直处于工作状态，因此也要对其进行校核。
下面对一挡齿轮和常啮合齿轮进行校核。
1）.弯曲应力：
直齿，
（4-1）
斜齿，
（4-2）式中
─圆周力，N；
─应力集中系数；
kC─齿面宽系数；
t─法向齿距,mm；
y─齿行系数；
k
─重合度影响系数；
─摩擦力影响系数。
2）.齿面接触应力：
（4-3）
式中
─齿面上的法向力，N；
E─齿轮材料的弹性模量E=210000；
第5章同步器的设计
同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种，目前得到广泛应用的是惯性增力式同步器。
惯性增力式同步器能做到换挡时，在两换挡元件之间的角速度完全相等之前不允许换挡，因而能很好的完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。
按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。
因锁环式同步器有工作可靠、零件耐用等优点，但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在锁环的接合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于乘用车和总质量不大的火车变速器中，这次设计我采用的都是锁销式同步器。
同步过程与锁环式类似，但锁止元件是三个锁销及相配的锁销孔倒角，另有三个以弹簧及钢球定位的定位销，作为弹性元件的三个弹簧及相应的定位钢球是装在配合套的钻孔中，使啮合套等在空挡时保持中间位置。
摩擦元件是鉚在锁销两端的同步锥环及与之相配并固定在齿轮上的内锥面，其摩擦锥面径向尺寸大，转矩容量大，广泛用于中、重型货车。
5.1环式同步器主要尺寸的确定
第6章变速器操纵机构设计
根据汽车的使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡。
变速器操纵机构应当满足如下主要要求：
换挡时只能挂入一个挡位，换挡后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱挡或自动挂挡，防止误挂倒挡，轻便换挡。
用于机械式变速器的操纵机构，常见的是有变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选挡、换挡、或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。
手动换挡变速器又分为直接操纵手动换挡变速器和远距离操纵手动换
结 论
随着时间的推移，毕业设计已经临近了尾声，针对这次毕业设计我做如下总结总结，找出其中的缺点和不足，吸取教训、经验。
本次设计我设计的是重型货车的变速器，变速器是汽车的一个重要组成部分，其设计的好坏直接关系到汽车性能的优劣。
在本次设计中既存在一些个人创新，也有一些缺点和失误。
由于这次设计中我采用了中间轴式布置方案，这样就保证了在中间轴和第二轴之间距离不大的情况下一挡仍有较大的传动比，其换挡形式，均采用同步器，提高了操作的方便性，减轻了驾驶员的疲劳。
在操纵机构的布置上采用直接操纵形式，增加了其稳定性。
通过本次设计我对变速器的结构形式和工作原理有了更加深入和广泛的了解，这不仅扩展了我的知识面，更使我学会了设计的方法。
在本次设计中，总体上还是比较紧张的，但在老师的指导和监督之下我们的设计还是比较有序的，在刚看到任务书时是很茫然的，感觉到无法
谢辞
时光飞逝，转眼间就到毕业的时候了。
即将离开美丽的母校，可敬的老师们。
心里有万分的不舍。
参考文献
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外文资料翻译
TRANSMISSION
Ofalltransmissiontechnologies,themanualgearboxisthemostefficient;around96percentoftheenergythatisputincomesoutoftheotherend.Butnoteveryonecandriveoneorwantsto.Becauseyouhavetodiptheclutchpedal,itislesscomfortabletodriveinheavytraffic.Itmakesthedrivertiredandthetorqueinterruptions’head-nodeffectonpassengerscanbewearing.
Thedriver'sclutchcontrolandcorrespondingtorqueinterruptionsarealsothemanualsweakpoint.Whenacceleratingupthroughthegearbox,eachup-shiftrequiresthedrivertocutthetorquemomentarilybyliftingthegas
变速器
所有变速箱技术中，手动变速器的效益最高，输出功率可达到输入功率的96%，但并不是所有的人都能驾驭手动变速箱，也不是所有人愿意用它。
因为用手动变速器需要踩离合器，这是在交通繁忙的时候很不舒服，驾驶员容易疲劳，而由扭矩中断导致的“点头”效应也会使乘客很难受。
由驾驶员操纵离合器而产生的扭矩中断是手动变速器主要的缺点。
在换档加速时，驾驶员都必须通过松开油门并踩下离合器来使扭矩中断，完成整个过程大概需要一秒，但在这段时间里车辆会暂时停止加速，速度也会降低。
与此截然不同的是自动变速箱，到目前为止现代汽车自动变速器是汽车上最复杂的元件。
它是一种可以自己换挡的变速器。
力矩转换器或流体联合器被用来代替手动离合器连接发动机。
汽车上变后轮驱动或前轮驱动是车辆自动变速器的两种基本类型。
在一个后轮驱动的速器通常放在发动机后面凸起后长板旁边气体踏板下方的位置。
驾驶杆连接变速器后端，最终驾驶的准确位置在后轴，用操纵力控制后轮。
发动机的动力简单连续的在这个系统中循环，在通过变速器时改变力矩，通过传动轴后在主减速器分流到两后轮。
在前轮驱动汽车中，变速器常常兼有最终驱动叫做变速驱动桥。
前轮驱动汽车通常在发动机的后下方安装有横向变速驱动桥。
前桥直接连接在发动机的变速驱动桥上为前轮提供动力，动力从发动机出发转过一个大链条后经180°转变传给变速器。
从而，将主动力通过变速器后分流传到驱动轴再送到
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