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畢業(yè)設(shè)計論文-汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化-文庫吧資料

2025-06-10 00:57本頁面
  

【正文】 變速器: 18176。 中間軸式變速器為 22176。 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。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。 ,接合套或同步器的接合齒壓力角用 30176。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。 出于工藝考慮,模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一。 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。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。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多,有利于換檔。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒輪。 低檔齒輪應(yīng)選大些的模數(shù),其他檔位選另一種模數(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 。 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。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。 軸的直徑 變速器的軸應(yīng)設(shè)計成階梯式。 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。原則上總質(zhì)量小的汽車中心距小。 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 ~ 。 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)。 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。中心距越小,齒輪的接觸應(yīng)力就越大,齒輪壽命就越短。 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。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。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。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。 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。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。 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。 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。多檔變速器多用于重型貨車和越野車。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。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。同時操縱機構(gòu)復(fù)雜,而且在使用時換檔頻率也增高。 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。 輸 入 軸和輸 出 軸的具體結(jié)構(gòu)和其上裝配的零件如圖 、 。一 /二檔同步器固連在輸出軸上。 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。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。 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)。 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。因為與其 它 軸承相比,圓錐滾子軸承的直徑小、寬度大、接觸線長,因而容量大,可以承受上海工程技術(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 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。前者與后者相比,具有定位精度高 , 有利于齒輪嚙合 、 傳動效率高等一系列 的 優(yōu)點,但對配合處的尺寸精度、表面粗糙度及硬度都要求很嚴,且配合要適宜。因為它也要承受向外的軸向力。為便于輸入軸的拆裝,后軸承的座孔直徑應(yīng)大于輸入軸齒輪的齒頂圓直徑。 輸入軸前軸承(安裝在發(fā)動機飛輪內(nèi)腔中)采用向心球軸承;后軸承采用外圈帶止動槽的向心球軸承。 軸承型式 變速器采用滾動軸承,即向心球軸承、向心短圓柱滾子軸承、滾針軸承以及圓錐滾子軸承。當(dāng)?shù)箼n采用滑動齒輪掛檔時,輸出軸的相應(yīng)花鍵則采用矩形花鍵及動配合。輸出軸安裝同步器齒座的花鍵,采用漸開線花鍵且以大徑定心。各截面尺寸不應(yīng)相差懸殊,否則軸上供磨 削用的砂輪越程槽處的應(yīng)力 過于 集中 , 會引起軸 的 斷裂。輸入軸的花鍵尺寸與離合器從動盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮,采用齒側(cè)定心的矩形花鍵,鍵齒之間為動配合。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強度與剛度外,還應(yīng)考慮齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定, 另外 它與加工工藝也有密切關(guān)系。本設(shè)計擬定倒檔采用直齒圓柱齒輪,其它檔 位采用斜齒圓柱齒輪??紤]到倒車安全,倒檔傳動比與一檔傳動比接近,希望倒車時車速盡可能低些。如圖 所示,操縱變速桿,通過倒檔撥 叉撥動第 2 倒檔齒輪,帶動倒檔軸右移 ,使輸入軸上的第 1 倒檔齒輪燈通過倒檔軸上的第 2 倒檔齒輪與輸出軸上的第 3 倒檔齒輪 18 嚙合,動力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸上的第 1倒檔齒輪 17,倒檔軸上的第 2倒檔齒輪和輸出軸上的第 3 倒檔齒輪 18 傳給輸出軸 15 輸出。在發(fā)動機功率足夠的條件下,采用超速檔可提高汽車的燃油經(jīng)濟性。五檔脫開方式,與一檔類似。 (5)五檔傳動路線 如圖 所示,操縱變速桿,通過撥叉機構(gòu)撥動五檔換檔撥叉,使與輸入軸五檔齒輪 7 相連的五檔同步器 8 的接合套右移,與輸入軸端部上的上海工程技術(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 16 外齒圈嚙合,動力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸端部外齒圈、五檔同步器 輸入軸五檔齒輪 7 和輸出軸五檔齒輪 9 傳給輸出軸 15 輸出。四檔脫開方式,與一檔類似。 (4) 四檔傳動 路線 如圖 所示,操縱變速桿,通過撥叉機構(gòu)撥動三 /四檔換檔撥叉,使三 /四檔同步器 3 的接合套左移,與輸入軸四檔齒輪 2 的外齒圈嚙合,動力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸四檔齒輪 2 和輸出軸四檔齒輪 14 傳給輸出軸 15 輸出。三檔傳動比為輸出軸三檔齒輪 13 的齒數(shù) /輸入軸三檔齒輪4 的齒數(shù)。二檔脫開方式,與一檔類似。 圖 SJ 五檔機械變速器的傳動路線 ; ; /四檔同步器; ; 檔齒輪; ; ; ; ;; /二檔同步器; ; ;; ; (僅見于圖 ); 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 15 (2)二檔傳動路線 如圖 所示,操縱變速桿,通過撥叉機構(gòu)撥動一 /二檔換檔撥叉,使一 /二檔同步器 11 的接合套左移,與輸出軸二檔齒輪 12 的外齒圈嚙合,動力便 可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸二檔齒輪 輸出軸二檔齒輪 12 和一 /二檔同步器 11 傳給輸出軸 15 輸出。一檔傳動比最大,產(chǎn)生的車輪驅(qū)動力最大,車速也最低,用于車輛的起步和爬坡。動力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸一檔齒輪 輸出軸一檔齒輪 10 和一 /二檔同步器 11 傳給輸出軸 15 輸出。由于此時所有 同步器接合套未與任何齒輪接合,倒檔軸上的第 2 倒檔齒輪亦未撥到與第 1 和第 3 倒檔齒輪嚙合的位置,因此,發(fā)動機動力不能傳到輸出軸,變速器處于空檔位置,車輛不能起步行駛。圖 為設(shè)計的 SJ 變速器的傳動方案簡圖。 由于倒檔使用率不高,本設(shè)計采用直齒滑動齒輪方案換入倒檔。 根據(jù)設(shè)計要求,本 文擬選用兩軸式的手動變速器作為設(shè)計對象。兩軸式變速器的輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體,當(dāng)發(fā)動機縱置時,主減速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪;當(dāng)發(fā)動機橫置時則可用圓柱齒輪,從而簡化了制造工藝、降低了成本。 兩軸式變速器與三軸式變速器相比,其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動效率高、噪聲低。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比,這是三軸式變速器的另一優(yōu)點。此時,齒輪、軸承及中間軸均不承載,而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩.因此,直接檔的傳動效率高,磨損及噪聲也最小,這是三軸式變速器的主要優(yōu)點。 三軸式變速器的第一軸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、二軸同心。 ) 傳動系機械效率 ( T? ) 變速器傳動方案的確定 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 12 軸數(shù)的選擇 手動變速器與自動變速器相比,其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉,因此在各種類型的汽車上 均得到了廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計要求設(shè)計手動齒輪式變速器,變速器應(yīng)用于發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動的轎車上(具體參數(shù)見表 )。 變速器的結(jié)構(gòu)對汽車的動力性、經(jīng)濟性、操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。 另外變速器箱體在降低變速器噪聲方面也發(fā)揮著重要的作用,改進箱體的截面形狀,從而改善箱體的振 動特性,可有效地降低變速器的噪聲。 幾十年來,人們對齒輪的低噪聲化進行 了大量的研究工作,取得了明顯的成效。為了提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和駕駛平穩(wěn)性, 就 要求變速器增加速比范圍 , 減少速比間隔。目前,大眾汽車公司和奧迪汽車公司啟動了使用鎂合金的戰(zhàn)略,福特汽車公司也在其輕型載貨車的離合器殼體中使用了鎂合金。而且鎂合金的切削性、比強度、比剛度好,尺寸穩(wěn)定性好,吸振能力好,有利于減振和降低噪聲。 鋁、鎂合金具有比強度高、比重小等諸多優(yōu)點,是實現(xiàn)輕量化較為理想的材料 , 目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于變速器殼體、離合器殼體、操縱蓋以及換檔撥叉等零件。所以致力于減輕汽車所有部件的質(zhì) 量成為了汽車設(shè)計的基本準(zhǔn)則。 (1)小型輕量化 汽車 的質(zhì) 量由于涉及到汽車的油耗,所以在現(xiàn)代汽車的設(shè)計當(dāng)中通常占有及其重要的地位。 由齒輪傳動的原理可知,多級齒輪傳動的傳動比為 : i ? 所 有 各 級 從 動 齒 輪 齒 數(shù) 的 連 乘 積 = 各 級 齒 輪 傳 動 比 的 連 乘 積所 有 各 級 主 動 齒 輪 齒 數(shù) 的 連 乘 積 ???? 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