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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計論文-汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化(編輯修改稿)

2025-07-08 00:57 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 19 高負荷;在承受同樣載荷的情況下其徑向尺寸可以減小,從而縮小中心距,減小變速器的尺寸和質(zhì)量;錐體、外圈及滾子間基本的幾何關(guān)系使?jié)L子能正確對中,確保軸承的可靠性及長壽命;接觸線長加 之錐角和配合選擇適當(dāng),則可提高軸的剛度,使齒輪正確嚙合、降低噪聲,減少自動脫檔的可能并提高其壽命;圓錐滾子軸承可通過預(yù)緊消除軸向間隙和軸向竄動。 變速器采用圓錐滾子軸承時,為了便于裝配和軸承預(yù)緊,通常將殼體設(shè)計成沿變速器軸中心線所在平面垂直分開或水平分開。 換檔型式 目前大多數(shù)的汽車變速器都采用同步器換檔,本設(shè)計也采用同步器換檔,因為使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲的換檔,而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān),從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟性和行車安全性。但是它也有結(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。 變速器傳動部分結(jié)構(gòu)的確定 在確定了變速器的齒輪、軸、軸承以及其它一些主要零部件的型式后,就可以結(jié)合變速器的傳動方案,確定 SJ 變速器傳動部分的結(jié)構(gòu)。 輸入軸通過一個滾針軸承和球軸承固定在變速器殼體上,輸入軸三、四、五檔齒輪通過滾子軸承松套在輸入軸上,三 /四檔同步器 5 通過花鍵與輸入軸相連。五檔同步器與輸入軸五檔齒輪相連,通過軸承松套在輸入軸上,五檔接合齒套與輸入軸制成一體。其他 3 個與輸入軸緊固相連的齒輪從左向右分別為輸入軸二檔齒輪、輸入軸倒檔第 1 齒輪和輸入軸二檔齒輪。 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 20 輸出軸上 則 緊固相連著輸出軸四檔齒輪、輸出軸三檔齒輪、輸出軸五檔齒輪和輸出軸倒檔第 3 齒輪。輸出軸二檔齒輪和輸出軸一檔齒輪通過軸承松套在輸出軸上。一 /二檔同步器固連在輸出軸上。倒檔第 2 齒輪固連在倒檔中間軸上。 輸 入 軸和輸 出 軸的具體結(jié)構(gòu)和其上裝配的零件如圖 、 。 圖 SJ 變速器輸入軸分解圖 ; ; ; ; ; 器套管; ; ; ; 10. 五檔齒輪滾針軸承內(nèi)圈; ; ; ; ; 內(nèi)圈; ; ; ; ; 20.上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 21 鎖環(huán); /四檔同步器; ; ; ;; 圖 SJ 變速器輸出軸分解圖 ; ; ; ; ; 承支座; 7. 輸出軸內(nèi)后軸承; ; ; 軸承內(nèi)圈; ; /二 檔同步器; ; ; 15.二檔齒輪滾針軸承; ; ; ; ; 軸承; ; ; 變速器主要參數(shù)的設(shè)計 確定了變速器的主要結(jié)構(gòu)之后,需要按照設(shè)計的要求,確定變速器的主要參數(shù),以達到設(shè)計的要求。 檔數(shù) 增加變速器的檔數(shù)能改善汽車的動力性和經(jīng)濟性。但檔數(shù)越多,變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,并且使尺寸輪廓和質(zhì)量加大。同時操縱機構(gòu)復(fù)雜,而且在使用時換檔頻率也增高。 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 22 在最低檔傳動比不變的條件下 ,增加變速器的檔數(shù)會使變速器相鄰的低檔與高檔之間的傳動比比值減小,使換檔工作容易進行。要求相鄰檔位之間的傳動比比值在 以下 ,要求高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值小。 近年來為了降低油耗,變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前轎車一般用4~ 5 個檔位,級別高的轎車變速器多用 5 個檔,貨車變速器采用 4~ 5 個檔位或多檔。裝載質(zhì)量在 2~ 5檔變速器,裝載質(zhì)量在 4~8T 的貨車采用 6 檔變速器。多檔變速器多用于重型貨車和越野車。本設(shè)計考慮設(shè)計要求,采用 5 檔變速器。 傳動 比 變速器的傳動比范圍是指變速器最低檔傳動比與最高檔轉(zhuǎn)動比的比值。傳動比范圍的確定與選定的發(fā)動機參數(shù),汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。 選擇最低檔傳動比時,應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動車輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動車輪的滾動半徑等來綜合考慮。 ( 1)根據(jù)汽車最大爬坡度確定 一檔傳動比 汽車爬陡坡時車速不高,空氣阻力可忽略,則最大驅(qū)動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有 m a x 1 0 m a x m a x( c o s s in )e g trT i i m g fr ? ???? ????????????????( ) 則由最大爬 坡度要求 得出 的變速器 1 檔傳動比為 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 23 m a x m a x1m a x 0( c o s s in ) 3 . 1rgetm g r fi Ti???????????????????????( ) 式中 m—— 汽車總質(zhì)量 ,1360kg ; g—— 重力加速度; f—— 道路阻力系數(shù) ,; max? —— 要求最大爬坡 ,30%(176。 ); r —— 驅(qū)動車輪的半徑, ; maxeT —— 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩, 145Nm? ; 0i —— 主減速器傳動比, ; T? —— 汽車傳動系的傳動效率, (2) 根據(jù)驅(qū)動輪與地面的附著力確定一檔傳動比 汽車行駛時,為了使驅(qū)動輪不打滑,必須使驅(qū)動力等于或小于驅(qū)動輪與路面間的附著力。 max 1 0e g t ZrT i i Fr ? ?? ?????? ? ??????????????????( ) 求得的變速器 1 檔傳動比為: 1 m ax 0 etFri Ti?????????????? ? ?????? ???????( ) 式中 ZF —— 驅(qū)動輪上法向反作用力, 9395N; ? —— 道路的附著系數(shù), ? = (3) 其它各檔傳動比的確定 五檔式變速器中第四檔為直接檔,傳動比為 1。第五檔為超速檔一般取 左右 。一至四檔傳動比 一般 取為等比數(shù)列,但是由于變速箱各檔利用率差別很大,高檔利用率比低檔大,所以在現(xiàn)代設(shè)計中,變速箱各檔上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 24 傳動比并不是正好按等比級數(shù)來分配的,而是在高檔區(qū)內(nèi) 相鄰兩檔間的傳動比的間隔比低檔區(qū)的要小。對于倒檔一般初選與一檔相同,但由于設(shè)計方法的影響,一般倒檔為兩對齒輪嚙合,情況較復(fù)雜,其設(shè)計是在中心距已定的情況下。而中心距又是由一檔所得,所以從強度考慮,倒檔傳動比應(yīng)小于一檔。當(dāng)然,若以倒檔來設(shè)計中心距則傳動比可大些。各傳動比確定后可依此設(shè)計齒輪,實際傳動比可根據(jù)齒數(shù)調(diào)整。 考慮實際傳動比還需要根據(jù)齒數(shù)調(diào)整,故 此處初步設(shè)計的傳動比為i1=,i2=,i3=,i4=,i5=, i 倒 = 。 中心距 A 對于兩軸式變速器 ,輸 入軸與輸出軸之間的距離稱為變速器中心距。其大小不僅對變速器的外形尺寸 ,體積和質(zhì)量大小 ,而且對齒輪的接觸強度有影響。中心距越小,齒輪的接觸應(yīng)力就越大,齒輪壽命就越短。最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證齒輪有必要的接觸強度來確定。 變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上,從布置軸承的可能性、方便性 以 及不影響殼體的強度考慮,要求中心距取大些。此外受一檔小齒輪齒數(shù)不能過少的限制,要求中心距也要大些。 變速器的中心距 A 可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初選: 3 1maxAA K T? ??????????? ? ?? ????????????( ) 式中 AK —— 中心距系數(shù)。對轎車取 ~ ;對貨車取 ~ ;對多檔主變速器,取 ~ 11; 1maxT —— 變速器處于 1 檔時的輸出轉(zhuǎn)矩, 1max max 1e g gT T i ?? ; 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 25 maxeT —— 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩, 145N?m; 1gi—— 變速器的 1 檔傳動比; g?—— 變速器的傳動效率,取 。 初選中心距也可以由發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出: 33 m a x 1 4 .5 1 4 5 7 6A e eA K T m m? ? ? ? ?????? ? ??????????( ) 式中 AeK —— 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩直接求中心距時的中心距系數(shù),對轎車取 ~ ,對貨車取 ~ 。 轎車變速器的中心距在 65~ 80mm 變化范圍,貨車的變速器中心距在80~ 170mm 范圍內(nèi)變化。原則上總質(zhì)量小的汽車中心距小。 外形尺寸 變速器的軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪 型式、換檔機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等都有直接關(guān)系,設(shè)計初可根據(jù)中心距 A 的尺寸參用下列關(guān)系初選。 商用車變速器殼體的軸向尺寸: 四檔 ( ~ ) A 五檔 ( ~ ) A 六檔 ( ~ ) A 乘用車變速器殼體的軸向尺寸:( ~ ) A 變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。 此處由于選用五檔變速器,故其外形尺寸初定為 3A= 228mm。 軸的直徑 變速器的軸應(yīng)設(shè)計成階梯式。當(dāng)變速器工作時,軸除了傳遞轉(zhuǎn)矩外,還承受來自齒輪作用的徑向力,如果是斜齒輪還有軸向力。在這些力 的作上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 26 用下,變速器軸必須有足夠的強度和剛度。軸的剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形,破壞齒輪的正確嚙合,對齒輪的強度和耐磨性產(chǎn)生影響,增加工作噪聲。 輸入軸花鍵部分直徑 d 可按下式初選 3 m a x 21ed K T m m?????????????????????????( ) 式中 K 為經(jīng)驗系數(shù), K=,Temax為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩( 145N? m) 其它部分的軸徑按變速器的結(jié)構(gòu)需求,考慮階梯式的原則進行設(shè)計。 齒輪參數(shù) ( 1)模數(shù)的選取 遵 循的一般原則:為了減少噪聲,應(yīng)合理減少模數(shù),增加齒寬;為使質(zhì)量小,應(yīng)合理增加模數(shù),同時減少齒寬;從工藝方面考慮,各檔齒輪應(yīng)選用同一種模數(shù);而從強度方面考慮,各檔齒數(shù)應(yīng)有不同的模數(shù)。減少轎車齒輪工作噪聲有較為重要的意義,因此齒輪的模數(shù)應(yīng)選小 。 對貨車,減小質(zhì)量比噪聲更重要,故齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)。 低檔齒輪應(yīng)選大些的模數(shù),其他檔位選另一種模數(shù)。少數(shù)情況下汽車變速器各檔齒輪均選用相同的模數(shù)。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒輪。由于工藝上的原因,同一變速器的接合齒模數(shù)相同。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多,有利于換檔。 根據(jù)圓柱齒輪強度的簡化計算方法,可列出齒輪模數(shù) m 與彎曲應(yīng)力 之間有如下關(guān)系: 直齒輪模數(shù): 3 2wcfj yzK KKTm ?? ?? ?????????????????????????( ) 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 27 式中 jT ——計算載荷, N?mm; ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù),直齒齒輪取 ; fK —— 摩擦力影響系數(shù),主動齒輪取 ,被動齒輪取 ; Z—— 齒輪齒數(shù); cK —— 齒寬系數(shù),直齒齒輪取 ~ ; y—— 齒形系數(shù)。齒高系數(shù) f相同、節(jié)點處壓力角不同時: yy ? , yy ? , yy ? , 2025 yy ? ;壓力角相同、齒高系數(shù)為 時, ??? ; w? —— 輪齒彎曲應(yīng)力,當(dāng) maxej TT? 時, 直齒齒輪的許用應(yīng)力850~400][ ?w? MPa。 斜齒齒輪法向模數(shù): 3 c os2wcjn yKzK KTm ?? ???? ???????????????????????( ) 式中 ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù),斜齒齒輪取 1. 5; ? —— 斜齒齒輪螺旋角; cK —— 齒寬系數(shù),斜齒齒輪取 ~ ; ?K —— 重合度影響系數(shù), 取 2; y —— 齒形系數(shù),按當(dāng)量齒數(shù)按 3/ cosnZZ ?? 查詢; w? —— 輪齒彎曲應(yīng)力,轎車變速器斜齒齒輪取 350~180][ ?w? MPa,貨車變速器斜齒齒輪取 250~100][ ?w? MPa。 汽車變速器齒輪法向模數(shù)取值范圍如下: 微型、輕型轎車, ~ ; 中型轎車, ~ 3; 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 28 中型貨車, ~ ; 重型貨車, ~ 6。 同步 器和嚙合套的接合齒多采用漸開線齒,取值范圍為: 轎車及輕型、中型貨車為 2~ ; 重型貨車為 ~ 5。 出于工藝考慮,模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一。 (2)壓力角的選擇 壓力角較小時,重合度大,傳動平穩(wěn),噪聲低;較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對轎車,為加大重合度已降低噪聲,取小些;對貨車,為提高齒輪承載力,取大些。 變速器齒輪用 20176。 ,接合套或同步器的接合齒壓力角用 30176。 (3)螺旋角的選擇 斜齒輪在變速器中得到廣泛的應(yīng)用。選斜齒輪的螺旋角,要注意 它 對齒輪工作噪聲 、 齒輪的強度和軸向力的影響。從提高低檔齒 輪的抗彎強度出發(fā),不希望用過大的螺旋角;而從提高高檔齒輪的接觸強度著眼,應(yīng)選用較大螺旋角。 斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用: 轎車變速器: 兩軸式變速器為 20176?!?30176。 中間軸式變速器為 22176。~ 34176。 貨車
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