【正文】 北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院 車輛工程專業(yè) 課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)論文（設(shè)計(jì)）（普通高等教育）汽車專業(yè)課程設(shè)計(jì)機(jī)械式變速器——計(jì)算說明書目 錄第一章 設(shè)計(jì)題目，任務(wù)與分析 3第二章 變速器的方案初步論證 4第一節(jié) 變速器類型選擇及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 4一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4二、變速器的徑向尺寸 4三、變速器齒輪的壽命 5四、變速器的傳動(dòng)效率 5第二節(jié) 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析 5一、換檔結(jié)構(gòu)形式的選擇 5二、倒檔的形式及布置方案 5第三節(jié) 變速器操縱機(jī)構(gòu)方案分析 6一、變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用 6二、設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)該滿足的基本要求 6三、換檔位置 6第三章 變速器設(shè)計(jì)計(jì)算 9五、齒輪強(qiáng)度校核 17第四章 變速器總成的拆裝順序 39一、變速器的裝配順序 39二、變速器的拆卸 40三、變速器總成裝配應(yīng)注意的問題 40第五章 心得體會(huì) 40參考文獻(xiàn) 41第一章 設(shè)計(jì)題目，任務(wù)與分析 設(shè)計(jì)題目：貨車變速器設(shè)計(jì)變速器形式:（4＋1）檔設(shè)計(jì)參數(shù)：滿載質(zhì)量：20100Kg發(fā)動(dòng)機(jī): Memax=160 Nm；車輪滾動(dòng)半徑：R0= m；爬坡度：；（176。）主減速比：i0=； 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率：240Kw/2500r/min；發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)矩：810Nm/1500r/min——傳動(dòng)系機(jī)械效率，；設(shè)計(jì)要求:1，變速器設(shè)計(jì)2，CATIA圖紙 導(dǎo)出 CAD圖紙3，變速器零部件性能有限元分析設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)功用分析:現(xiàn)代汽車采用的活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化范圍較小，不能適應(yīng)汽車在各種條件下阻力變化的要求，因此在汽車傳動(dòng)系中，采用了可以改變轉(zhuǎn)速比和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩比的裝置，即變速器。變速器不但可以擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)車輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)汽車在各種條件下行駛的需要，而且能在保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變的情況下，實(shí)現(xiàn)倒車，還能利用空擋暫時(shí)地切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。變速器的功用：（1）改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作；（2）在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；（3）利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。因此變速器通常還設(shè)有倒檔，在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下汽車能倒退行駛；設(shè)有空擋，在滑行或停車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能保持分離。變速器還應(yīng)能進(jìn)行動(dòng)力輸出。為保證變速器具有良好的工作性能，設(shè)計(jì)變速器必須滿足以下的使用條件和基本要求：（1）應(yīng)該合理地選擇變速器的檔數(shù)和傳動(dòng)比，使汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；（2）工作可靠，在使用過程中不應(yīng)該有自動(dòng)跳檔、脫檔和換檔沖擊現(xiàn)象發(fā)生；此外，還不允許出現(xiàn)誤掛倒檔的現(xiàn)象；（3）操縱輕便，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度；（4）傳動(dòng)效力高、噪音小。為了減少齒輪的嚙合損失，應(yīng)設(shè)有直接檔。此外合理地齒輪形式以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高其制造和安裝精度，都是提高效率和減小噪聲的有效措施。 （5）結(jié)構(gòu)緊湊，盡量做到質(zhì)量輕、體積小、制造成本底。（6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長；（7）貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；（8）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 第二章 變速器的方案初步論證第一節(jié) 變速器類型選擇及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 變速器的設(shè)計(jì)主要考慮以下四個(gè)方面：一、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)的汽車是發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)，采用三軸式變速器，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來傳遞扭矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此。在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：除直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所下降。二、變速器的徑向尺寸兩軸式變速器的前進(jìn)檔均為一對齒輪副，而三軸式變速器則有兩對齒輪副。因此，對于相同的傳動(dòng)比要求，三軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。三、變速器齒輪的壽命 三軸式變速器的各前進(jìn)檔均為常嚙合齒輪傳動(dòng)，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命比較接近。在直接檔時(shí)，齒輪只是空轉(zhuǎn)，不影響齒輪壽命。四、變速器的傳動(dòng)效率兩軸式變速器，雖然可以有等于1的傳動(dòng)比，但是仍要有一對齒輪傳動(dòng)，因而有功率損失。而三軸式變速器，可以將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接檔，因而傳動(dòng)效率高，磨損小，噪聲也較小。 轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，這樣可將變速器和主傳動(dòng)器組成一個(gè)整體，使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的總體布置。因此，近年來在歐洲的轎車中采用得比較多。而中、重型載貨汽車則多采用三軸式變速器。這次設(shè)計(jì)的變速器是輕型貨車使用，所以采用三軸式變速器。第二節(jié) 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析根據(jù)第一節(jié)所述，采用中間軸式變速器，在各檔數(shù)相同的條件下，各變速器的差別主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方案和倒檔傳動(dòng)方案。一、換檔結(jié)構(gòu)形式的選擇現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器換檔。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，與操作技術(shù)熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換檔方法相比，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命短等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。近年來，由于同步器廣泛使用，壽命問題已得到基本解決。本次設(shè)計(jì)方案一、二檔和三、四檔采用同步器換檔，倒檔使用二軸上滑動(dòng)直齒輪換檔。二、倒檔的形式及布置方案倒檔使用率不高，采用直齒滑動(dòng)齒輪方案換入倒檔。為實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)有些利用在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪的方案。布置如圖：第三節(jié) 變速器操縱機(jī)構(gòu)方案分析一、變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用是保證各檔齒輪、嚙合套或同步器移動(dòng)規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時(shí)掛入兩個(gè)檔位。二、設(shè)計(jì)變速器操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該滿足的基本要求（一）要有鎖止裝置，包括自鎖、互鎖和倒檔鎖。（二）要使換檔動(dòng)作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度。（三）應(yīng)使駕駛員得到必要的手感。三、換檔位置設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)首先要確定換檔位置。換檔位置的確定主要從換檔方便考慮。為此應(yīng)該注意以下三點(diǎn)：（一）按換檔次序來排列 ；（二）將常用檔放在中間位置，其它檔放在兩邊；（三）為了避免誤掛倒檔，往往將倒檔安排在最靠邊的位置，有時(shí)于1檔組成一排。第四節(jié) 變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)各齒輪副的相對安排位置，對于整個(gè)變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各檔位置的安排，應(yīng)考慮以下四個(gè)方面的要求：一、整車總布置根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸與輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形狀以及換檔機(jī)構(gòu)提出要求。比如說是該車是采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)還是發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)動(dòng)等等，這些問題都牽連著變速器的設(shè)計(jì)方案。二、駕駛員的使用習(xí)慣變速器采用一二，三四前后設(shè)計(jì)，符合人機(jī)工程學(xué)，使駕駛員開車舒適度最高，倒檔設(shè)計(jì)在左側(cè)，按習(xí)慣，倒檔最好與序列不結(jié)合。設(shè)計(jì)效果如下圖：三、提高平均傳動(dòng)效率為提高平均傳動(dòng)效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接檔的傳動(dòng)方案，并盡可能地將使用時(shí)間最多的檔位實(shí)際成直接檔。四、改善齒輪受載狀況各檔齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。承受載荷大的低檔齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以減小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高檔齒輪安排在離兩支承較遠(yuǎn)處較好。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。 變速器簡圖：傳動(dòng)路線：Ⅰ檔：一軸→1→2→中間軸→8→7→二軸→7齒輪間的同步器→輸出Ⅱ檔：一軸→1→2→中間軸→6→5→7齒輪間的同步器→二軸→輸出Ⅲ檔：一軸→1→2→中間軸→4→3→3齒輪間同步器→二軸→輸出Ⅳ檔：一軸→1→3齒輪間同步器→二軸→輸出R檔：一軸→1→2→中間軸→10→11→9→二軸→輸出變速器設(shè)計(jì)效果圖：第三章 變速器設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié) 變速器主要參數(shù)的選擇（一）主要參數(shù)的設(shè)計(jì)汽車在最大爬坡路面上行使時(shí)，最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)能克服輪胎與路面間滾動(dòng)阻力及上坡阻力。由于汽車上坡行使時(shí)，車速不高，故可以忽略空氣阻力，這時(shí)： （） 式中：——最大驅(qū)動(dòng)力；即 = / ——滾動(dòng)阻力；即 =cos ——最大上坡阻力。即 =sin 把以上參數(shù)代入（31）得： ()以上是根據(jù)最大爬坡度確定一檔傳動(dòng)比，式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，=810 Nm；——變速器一檔傳動(dòng)比；——主傳動(dòng)器傳動(dòng)比，=；——汽車總質(zhì)量，＝20100kg；——(一般瀝青公路)；——傳動(dòng)系機(jī)械效率，；——重力加速度；取=；——驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)半徑， m；——，即＝= 取= 由 ,式中，為常數(shù)，也就是各檔之間的公比，—。由中等比性質(zhì),得：——檔位數(shù)，取=2,3,4,——檔數(shù)，n=4 ；===(直接檔)===符合q的要求=, = =, =。三、中心矩A對于中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距A初選中心矩A時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算A= ()—— 中心距系數(shù)：=~,； —— 變速器一檔傳動(dòng)比； —— 變速器傳動(dòng)效率：?。?6％；——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，單位為（Nm）；∴A=(810)1/3= 取=137mm三、變速器的軸向尺寸貨車變速器殼體的軸向尺寸：四檔（~）代入數(shù)據(jù)得：L=(~)mm（二）齒輪的設(shè)計(jì)與校核分析（一）模數(shù)的選擇影響齒輪模數(shù)選取的因素很多，如齒輪強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。選取齒輪模數(shù)時(shí)一般遵循的原則是：合理減少模數(shù)，增加齒寬會(huì)使噪聲降低；為了減輕變速器的質(zhì)量，應(yīng)增加模數(shù)，同時(shí)減小齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù)，而從齒輪強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該有不同的模數(shù)。對貨車，減輕質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)。 初選模數(shù)時(shí)，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定，即： = = 高檔齒輪K=~6，所以取5 = = 一檔齒輪 倒檔為直齒，故選擇小模數(shù)，以使掛檔順利，減小磨損。式中： 為斜齒輪法向模數(shù)； 為直齒輪模數(shù)； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；=810Nm ——變速器一檔傳動(dòng)比； —— 變速器傳動(dòng)效率：?。?6％；該設(shè)計(jì)選用同一模數(shù)進(jìn)行，故斜齒輪法向模數(shù)取=5；直齒輪模數(shù)取=4（二）壓力角α的選擇壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對于轎車，為提高重合度以降低噪聲，176。,15176。，16176。，176。等小些的壓力角；對貨車，為提高齒輪的承載能力，176?；?5176。等大些的壓力。因此，倒檔軸選25176。，176。（三）螺旋角β選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)注意到它對齒輪工作噪聲，輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選取大的螺旋角時(shí)，齒輪嚙合重合度增加，工作平穩(wěn)，噪聲降低。隨著β增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，不過，當(dāng)螺旋角大于30176。時(shí)，抗彎強(qiáng)度急劇下降，會(huì)使軸向力及軸承載荷過大。貨車變速器斜齒螺旋角β的選擇范圍：18176?！?6176。初選β1,2=176。（四）各檔齒數(shù)Z齒數(shù)確定原則：選擇齒輪的齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意最好不要使相配的齒輪齒數(shù)和為偶數(shù), 且各檔齒數(shù)無公約數(shù)，否則會(huì)引起齒面不均勻的磨損。一檔齒輪齒數(shù) ⑴斜齒=2 ()選?。?0176。 =2137cos20176。/3= 取=51由進(jìn)行大小齒輪齒數(shù)分配，對于貨車一般取12—14，為使的傳動(dòng)比更大些，取=39,=12；⑵=(+)/(2cos) ()=5(39＋12)/(2 cos20176。)=取＝136mm；⑶/＝/ ()=12/39=；⑷由= (+)/(2cos) ()+＝2136cos20176。/3=51取=21，=30（圓整）；⑸修正=/() ()=3039/（2112）=%=||/=%5% (合格)；⑹修正由＝(+)/（2cos） ()得＝arccos［(+)/（2A）］= 176。同理＝arccos［(+)/（2A）］= 176。確定二檔齒輪齒數(shù)（?。?0176。）⑴/=/