毕业设计（论文）-小汽车机械式变速器设计.docx

小汽车机械式变速器设计摘要在当今世纪，汽车行业发展迅速，正朝着轻量化、智能化方向发展。变速器作为汽车最重要的部件之一，它的性能直接影响到汽车的动力性和经济性，它的作用是匹配发动机传递给驱动轮的动力，使汽车在各种工况下以最佳状态工作。一个好的变速器，能提高汽车的舒适性、减小行驶噪音，这对对轿车来，有着很大的意义。本设计针对乘用车手动变速器进行设计研究。本设计以大众Polo变速器为参考，使用现代的机械设计方法，对变速器的传动比的计算、档位数的选择、齿轮和轴的设计计算以及轴承的选择等进行设计和研究，最终设计一款工艺简单化，更加轻量化的变速器。关键词：机械式变速器、传动比、齿轮、轴AbstractWiththedevelopmentofmodernscienceandtechnology,theautomobileindustryisalsodevelopingrapidly,andtheautomobileisdevelopingtowardslightweightandintelligentdirection.Asoneofthemostimportantpartsoftheautomobile,theperformanceofthetransmissiondirectlyaffectsthepowerandeconomyoftheautomobile.Itsfunctionmatchesthepowertransmittedbytheenginetothedrivingwheel,makingtheautomobileworkinthebestconditionundervariousworkingconditions.Agoodtransmissioncanimprovethecomfortofthecarandreducethedrivingnoise,whichisofgreatsignificancetothecar.Thisdesignaimsatthedesignandresearchofmanualtransmissionofpassengercar.ThisdesigntakestheVolkswagenPolotransmissionasareference,usesthemodernmechanicaldesignmethod,carriesonthedesignandtheresearchtothetransmissionratiocalculation,thegearnumberselection,thegearandtheshaftdesigncalculationaswellasthebearingselectionandsoon,finallydesignsatransmissionwiththetechnologysimplification,thelighterweight.Keywords：Mechanicaltransmission,Transmissionratio,Gear,Shaft第1章绪论11.1 研究背景11.2 研究目的与意义、发展现状11.2.1 目的及意义11.2.2 国内外发展现状11.3 本章小结2第2章机械式变速器的概述及其方案的确定32.1 变速器的功用和要求32.2 变速器结构方案的确定32.2.1 设计初始参数32.2.2 变速器传动机构的结构分析与型式选择32.2.3 倒档传动方案52.2.4 齿轮型式62.2.5 换档结构型式62.3 本章小结6第3章变速器主要参数的选择与主要零件的设计73.1 变速器主要参数的选择73.1.1 档数和传动比73.1.2 传动比范围73.1.3 变速各档传动比的确定73.1.4 中心距的选择93.2 齿轮参数的选择与设计93.2.1 齿轮参数的选择93.2.2 确定各档齿轮齿数103.3 本章小结17第4章变速器强度的计算及材料的选择184.1 齿轮损坏的原因及形式184.2 齿轮的强度计算与校核184.2.1 计算各轴的转矩184.2.2 齿轮强度计算194.2.3 齿轮接触应力Oj224.3 本章小结24第5章轴的设计与计算和轴承的选择与校核255.1 轴的设计计算255.1.1 轴的工艺要求255.1.2 初选轴径255.1.3 轴的强度计算265.2 轴承的选择及校核295.2.1 输入轴、输出轴的轴承选择与校核295.3 本章小结31第6章变速器同步器与操纵机构的设计326.1 同步器的机构及工作原理326.2 同步环主要参数的确定336.3 变速器的操纵机构设计346.4 本章小结34第7章变速器三维建模357.1 输入轴建模357.2 输出轴建模357.3 各档齿轮建模367.4 同步器装配图377.5 装配图387.6 本章小结38第8章结论39参考文献40致谢41第1章绪论1.1 研究背景随着时代的进步和人们消费水平的提高，汽车这一便利的交通工具，在人们的出行中占据着越来越大的使用率，人们对汽车的要求和期待值也越来越高，为汽车配备一款质量好，性能优良的变速器对汽车整体性能会有一个很大的提升。手动变速器面临的其他种类变速器的挑战还是非常巨大的，设计一款更加轻便、性能优良的手动变速器是非常有必要的。1.2 研究目的与意义、发展现状1.3 .1目的及意义变速器作为汽车的调配员，在汽车工作过程中发挥着不可代替的作用，他可以匹配发动机和动力系之间的动力传输，从而满足汽车行驶在各种工况下发动机都在最优的工作状态，也能达到提高汽车动力性和经济性的目的。现在活跃在市场上的变速器主要有：手动变速器（V为、自动变速器（A7）、手动/自动变速器（AM、无级变速器（CV乃。其中，手动变速器是历史最悠久的一个。有人预言,手动变速器麻烦的换档操作是汽车发展道路上的绊脚石，从事物进化的角度看，这样的预言不无道理，但是，从目前现实市场上活跃的变速器来说，这种预言还是比较片面的，首先，机械式变速器的动力性要更好，商用车广泛采用手动变速器，其次，手动变速器具有更好的操作体验，男司机和老司机更青睐于手动变速器在超车时带来的快感，而且，手动变速器更能有效提升驾校学生的驾驶技巧山，另外，它还有较高的传动效率和较好的燃油经济系。但是，其舒适性不是很突出且在出现特殊工况时，安全性也有待提高。机械式变速器在科技快速发展的过程中受到很多挑战，但仍得到很多汽车爱好者的青睐，只有不断优化设计，才能将这种古老的变速方式延续下去。本课题将在保证变速器零件结构和强度刚度可靠使用的条件下，进行提高其舒适性、轻量化和功率使用更大化设计。1.2.2国内外发展现状为了延续这种古老的变速方式，国内外相关设计人员对手动变速器进行优化改造和创新。在提高变速器可靠性方面，刘怡然提出要加强对轴承的结构分析和规范，其定力过度位置的可靠性可作为重要参考；而黄瑾媛、李时蕾和刘翔则以最基本的齿轮的可靠性为中心，进行复合模型分析和层层筛选以提高变速器的可靠性；都振海，李丽艳四综合了现代的研究方法对齿轮、传动器等进行精细化的设计，使机械式变速器的性能全面提高。钟承鹏，周碧波和张忠真网等人、张凌同样从齿轮入手，前者认为可以将齿轮模数设计成同等规格来降低成本和提高齿轮实用性，后者认为设计者研充分注意齿轮的体积、重量、大小等各方面数据进行详细的研究和修正来保证齿轮的实用性，二者同时提出可以适当增加档位数来改善汽车总体动力性。蒋澄灿，芮延年阿二人通过对复合轮系的研究，利用行星齿轮和周转齿轮的转化关系，设计一种新型变速器，很好的解决了大负荷启动困难的问题，且节能效果显著。章涛皿对变速器的齿轮模数、档位数、齿宽、角度最低档传动比等的初始数据后利用Romax软件对变速器进行建模设计、仿真分析,来进行优化。李淑廷四等人创新性的对机械式变速器进行多目标可靠性优化设计，缩小了变速器的体积，使机械式变速器的传动平稳性更好。而国外的EdSonLUeianODUqUe1等人应用HFE方法，提升换挡舒适性。MOhamedAWadaIIah网等人通过建立不同的动力系统的数学模型,对变速器进行开发仿真来达到优化设计的目的。G.LUCente等人建立混合模型将变速控制策略作为混合最优控制问题解决。PiotrBera同等人通过对物理关系以及对车辆动力学、燃油经济性、人体工程学和道路特性进行的分析，提出了一种新的手动变速器中的传动比计算算法。1.3本章小结机械式变速器正在面临着自动变速器等其他变速器的挑战，手动变速器这种古老的变速手段必须寻求新的变化，不断优化自身，结合最新科技，国内外相关设计者也正在不断尝试，寻找突破。第2章机械式变速器的概述及其方案的确定2.1变速器的功用和要求变速器的功能是给汽车在行驶工况下匹配相适应的发动机的扭矩和速度。使汽车具有当前工况下最优的牵引力和速度，变速器设计了倒档和空档，使车辆能向后行驶并可以将中断动力传输。能进行动力输出。变速器的要求：L保证动力性和经济性优良。设计变速器时，通过综合整车参数和配置的发动机参数设计合理的档位数、传动比来达到此要求。2 .工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，不应出现跳档、滑档和其他不正常的换档情况。操纵轻便可以减轻驾驶员的驾驶汽车是耗费的体力，也是能从侧面提高汽车的安全性。3 .结构紧凑。可以通过在合理的范围内缩小中心距来实现这一点，也可以通过选择和设计紧凑的零部件来控制。4 .有较高的传动效率。使变速器有良好的润滑减小摩擦损耗，设计更加合理的啮合等可以有效控制损耗的效率。5 ,噪声小。设计的变位齿轮啮合合理，零部件间工作平顺会减小噪音。6 .设置倒挡，可以使汽车向后行驶；有空挡，可以在一些工况下中断动力传输。2.2 变速器结构方案的确定2.2.1 设计初始参数1.5L手动全景乐享版为参考车型。本次设计拟以大众Polo2019款Plus车型参数：最大功率/最大扭矩：83kW145N.m最高车速km/h：190轮胎型号：185/65R15最大功率转速rpm：6000最大扭矩转速rpm：3900整备质量kg：11452.2.2 变速器传动机构的结构分析与型式选择两轴式和三轴式有级变速器变速器的应用最为广泛。两轴式变速器如图Ll所示。两轴式变速器的结构简单，操作轻便，中间轴式变速器相比之下就比较复杂了。这种变速器多配置在前置前驱的车辆上。如图所示，变速器的输出轴和主减速器的主动齿轮二者做成一体，这样可以简化工艺，使制造成本更低。图中两轴式变速器倒档使用直齿轮传动，其他前进档都采用了常啮合斜齿轮，可以看见图中同步器的放置位置，抵挡放在了输出轴上，高档放在输入轴上面，这是因为抵挡齿轮较小。图Ll两轴式变速器1第一轴；2第二轴；3同步器图1.2轿车中间轴式变速器1第一轴；2第二轴；3中间轴两轴式变速器也存在明显的不足，它的一档传动比会受到齿轮尺寸的限制，不可以太大，另外两轴式变速器没有直接档，所以当汽车在高速行驶时，齿轮间的碰撞比较激烈，增加了磨损，对轴承的使用寿命有影响。参考车型大众Polo为前置前驱，故本设计采用两轴式变速器。三轴式变速器如图L2所示，三轴式变速器主要优势是存在直接档，第一轴和第二轴是同轴的，所以直接档的相率相比其他档位更高一些，噪声小。另外，三轴式变速器的一档传动比在相同情况下可以设计的比两轴式大，这是三轴式变速器的第二优势，其