2022年轴式刚性支承结构变速器设计方案 .pdf

个人资料整理仅限学习使用摘要变速器是汽车传动系的重要组成部分，其发展无疑代表着汽车工业的发展，它的设计也是汽车设计的一个重要部分。本设计的任务是设计一台用于微型车上的三轴式刚性支承结构变速器，以使变速器结构更加紧凑、合理，承载能力大，满足匹配微车发动机之所需。本设计从后驱动变速器的总体方案开始，对传动系统的方案进行分析，档位的布置形式进行研究分析，变速器基本参数的选择，零部件结构方案的分析确定，同步器、操纵机构及箱体的设计选用。根据所配车型，结合上述参数，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出相关的变速器参数并论证设计的合理性。最终，用 AutoCAD 软件完成变速器装配图和零件图的绘制。设计三轴式刚性支承结构变速器，以进一步提升后驱动变速器的性能，增加后驱动微型车市场，满足不同层次的需求。关键词： 三轴式刚性支承；后驱动变速器；轴；齿轮；箱体；设计ABSTRACT Transmission is an important of automobile transmission system.Undoubtedly,it represents the development of the automobile industry,its design is also an important part of automotive design.The design mission is a three-axis rigid support transmission designing for micro car.The purpose is to enable the transmission has more compact and reasonable structure,carry capacity of large,meet the needs of mini-car engines. In this paper,from the beginning of the overall program of rear-wheel drive transmission,analyse the program of transmission system.Choose basic parameters of the transmission,determine the structure of the program components,design the 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用synchronizer,manipulation of body and the box.According to the model selection,combine these parameters and the related knowledge of Auto Design,Automotive Theory,Mechanical design ,calculate related parameters of transmission and prove the rationality of the design.Finally,achieve the assembly drawing and parts chart to use the soft ware of AutoCAD. Design the three-axis rigid support transmission to upgrade the performance of rear-wheel drive transmission,increase the market of rear-wheel drive mini-cars,in order to satisfy the needs of different levels.Key words: Three-axis Rigid Support。 Rear-wheel Drive Transmission。 Axle 。 Gear-wheel。Box。Design精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用目录摘要Abstract第 1 章 绪论1 1.1 课题的目的和意义1 1.2 研究现状1 1.3 变速器的设计思想2 1.4 研究的主要工作内容2 第 2 章 变速器设计的总体方案4 2.1 设计依据4 2.2 变速器传动机构布置方案4 2.3 变速器基本参数的确定5 2.3.1 挡数的确定5 2.3.2 传动比的确定5 2.3.3 变速器中心距的确定7 2.3.4 变速器轴向尺寸的确定7 2.4 本章小结7 第 3 章 主要零部件的设计及计算8 3.1 齿轮的设计及校核8 3.1.1 齿轮参数确定及各挡齿轮齿数分配8 3.1.2 轮齿强度计算14 3.1.3 变速器齿轮的材料及热处理17 3.2 轴的设计及校核17 3.2.1 初选轴的直径17 3.2.2 轴的设计18 3.2.3 轴的校核21 3.3 轴承的选用及校核26 3.3.1 变速器轴承型式的选择26 3.3.2 轴承的校核26 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用3.3.3 轴承的润滑和密封29 3.4 花键的校核29 3.5 本章小结30 第 4 章 变速器其他零件及机构的设计31 4.1 同步器的设计及计算31 4.1.1 锁环式同步器主要尺寸的确定31 4.1.2 主要参数的确定32 4.2 操纵机构的设计33 4.3 变速器箱体的设计34 4.4 本章小结34 结论35参考文献36致谢37 附录38精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用第 1章 绪论1.1 课题的目的和意义变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，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1。中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器若采用浮动式结构的齿轮轴，工作时会产生挠度。因此，一方面降低了输出轴的刚性，另一方面造成了啮合齿轮啮合不良，致使齿轮强度降低，增加了运转噪音，影响了整机的性能。为了近一步提升后驱动变速器的性能，增加后驱微型车市场销售份额，应该建立一个适应发动机排量为1.3 升的后驱动变速器新平台，以满足车厂和用户更高层次的要求。设计方案力求实现：1）变速器结构更加紧凑、合理，承载能力较大，满足匹配发动机之所需；2）选挡、换挡轻便、灵活、可靠；3）同步器结构合理，性能稳定，有利于换挡； 主要采用齿轮传动的降低原理，变速器内有多组传动比不同的齿轮副，汽车行驶时的换挡就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副工作。我国汽车工业采用CAD 技术，从无到有，至今已有十多年的历史。与其他机械产品相比，汽车行业在计算机应用的投入比较多。各汽车厂纷纷引进软硬件并逐步建立了计算机辅助系统。 AutoCAD 在用户的心目中也变成了二维设计软件的缩影。1.3 变速器的设计思想根据发动机匹配的微型车的基本参数，及发动机的基本参数，设计能够匹配各项的新型后驱动变速器。新型后驱动变速器应满足：1）发动机排量 1.3升；2）五个前进挡，一个倒档；3）输入、输出轴保证两点支承；4）采用同步器，保证可靠平稳换挡； 1.310 最大功率 (km 60(6000r/min 最大扭矩 (N m 102(3000r/min 底盘参数驱动方式后轮驱动轮胎规格165/70 R13 整车尺寸及质量长*宽 *高(mm 3725*1560*1895 轴距 (mm 2350 总质量 (kg 1580 整备质量 (kg 1000 整车性能参数最高车速 (km/h 135 6.3L/100km 最大爬坡度32% 注：其中， 165/70 R13 表示轮胎断面宽B=165，扁平比H/B=70, 轮辋直径13in=330.2mm ，故车轮滚动半径近似等于轮胎半径，为r=330.2/2+115.5=280.6mm 。2.2 变速器传动机构布置方案中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。如图2.1所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用图 2.1 传动方案图变速器采用三轴式刚性支承，能提高轴的刚度。第一轴后端经轴承支承在第二轴前端的孔内，第二轴前端与常啮合主动齿轮做成一体，且保持两轴轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可高达 90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮不采用常啮合齿轮传动，各挡位采用同步器换挡3。2.3 变速器基本参数的确定2.3.1 挡数的确定挡数的设置与整车的动力性和经济性有关。就动力性而言，增加变速器的挡数，能够增加发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了整车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，挡数多，增加了发动机在低油耗区工作的可能性，降低油耗。所以挡数设置为五档。2.3.2 传动比的确定1.确定主减速器传动比根据 2.1 ）式中：最高车速， 135km/h；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用发动机最大功率下的转速，6000r/min；r 车轮半径， 0.281m；变速器最高挡传动比， 1.0；变速器主减速比。由公式 2.1）得：=4.708。2.确定变速器一挡传动比汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有：，则由最大爬坡度要求的变速器一挡传动比为1： 2.2 ）式中： m汽车总质量， 1580kg；g重力加速度， 9.8； 道路最大阻力系数，由于一般沥青或混凝土路面滚动阻力系数f=0.0180.020，故取f=0.019；最大爬坡度，故坡角，所以为 0.323；驱动车轮滚动半径， 0.281mm；发动机最大转矩， 102N m；主减速比， 4.708；汽车传动系的传动效率，轿车可取0.90.92，故选为 0.9。由公式 2.2）得：；根据驱动车轮与路面的附着条件，求得变速器一挡传动比为1： 2.3）式中：汽车满载静止于水平路面时，驱动桥给地面的载荷，对于发动机前置后轮驱动的乘用车，满载时后轴占 50%55%，故取=55%mg；道路的附着系数，计算时取=0.50.6，故选为0.6；，见式2.2）下说明。由公式 2.3）得：；最终取。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用3.确定其他挡传动比由 于 汽 车 传 动 系 各 挡 的 传 动 比 大 体 上 是 按 等 比 级 数 分 配 的 ， 且=1，q为各挡公比，则，故。2.3.3 变速器中心距的确定对于中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴轴线之间的距离称为变速器中心距A，初选中心距时，可根据下述经验公式计算3： 2.4 ）式中：中心距系数，乘用车：=8.99.3，取=9.3；发动机最大转矩， 102N m；变速器一挡传动比， 3.32；变速器传动效率，取 96%。由公式 2.4）得： A=63.95mm；乘用车变速器的中心距在 6080mm范围内变化，圆整后得变速器中心距A=70mm。2.3.4 变速器轴向尺寸的确定变速器的轴向尺寸与挡位数、齿轮型式、换挡机构的结构型式等都有直接关系，设计初可根据中心距A 的尺寸参照下式初选。乘用车变速器壳体的轴向尺寸为3.03.4）A，取 3.2A=224mm。2.4 本章小结本章主要通过分析整车和发动机、底盘参数，对新型后驱动变速器的总体方案进行确定。其中包括：变速器传动方案的布置，中心距的确定，挡位的设置，各挡传动比的确定及轴向尺寸的确定等。通过确定变速器的基本参数，便于其他零部件的设计选用，为下一步的设计计算奠定基础。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用第3章 主要零部件的设计及计算3.1 齿轮的设计及校核3.1.1 齿轮参数确定及各挡齿轮齿数分配1.模数 m 齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。对于乘用车为了减少噪声应合理减小模数，乘用车和总质量在 1.814.0t的货车为 2.03.5mm，取 m=2.5mm。2.压力角国家规定的标准压力角为，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为。3.螺旋角选取斜齿轮的螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。螺旋角应选择适宜，太小时发挥不出斜齿轮的优越性，太大又会使轴向力过大。轿车变速器齿轮应采用较大螺旋角以提高运转平稳性，降低噪声。乘用车中间轴式变速器为，选。4.齿宽 b 齿宽的选择既要考虑变速器的质量小，轴向尺寸紧凑，又要保证轮齿的强度及工作平稳性的要求，通常是根据齿轮模数来确定齿宽b。，其中为齿宽系数。变速器中一般倒挡采用直齿圆柱齿轮=4.58.0；常啮合及其他挡位用斜齿圆柱齿轮=6.08.5。5.齿顶高系数齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。一般齿轮的齿顶高系数，为一般汽车变速器齿轮所采用。6.各挡齿轮齿数的分配分配齿数时应注意的是，各挡齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。1）确定一挡齿轮的齿数由于一挡采用斜齿轮传动，所以齿数和=50，修正后得。齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节，采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和凑配中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用平稳性、耐磨损、抗胶合能力及精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用齿轮的啮合噪声6。凑配中心距；斜齿端面模数；啮合角，得；故总变位系数，即为高度变位。根据齿数比查得：。两齿轮分度圆仍相切，节圆与分度圆重合，全齿高不变。一挡齿轮参数如表3.1。表 3.1 一挡齿轮基本参数序号计算工程计算公式1 端面压力角2 分度圆直径3 齿顶高4 齿根高5 齿顶圆直径6 齿根圆直径7 当量齿数8 齿宽此处删减 NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套设计请联系q：99872184。对第二轴 3.9 ）中间轴式变速器的第二轴与中间轴的最大直径d可根据中心距 Amm）按下式初选：，取；第一轴花键部分直径可根据发动机最大转矩N mm）按下式初选：；取，为满足发动机最大转矩要求，取。代入精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用3.9）式：第一轴取，则；中间轴取，则；第二轴取，则。初选的轴径还需要根据变速器的结构布置和轴承与花键、弹性挡圈等标准以及轴的刚度与强度等结果进行修正。3.2.2 轴的设计初选轴的材料为45 号钢，调质处理。调质是淬火后在400720进行高温回火，用来使钢获得高的韧性和足够的强度。轴的结构设计是要尽量保证轴便于加工，轴上零件易于装拆；轴和轴上零件要有准确的工作位置；各零件要牢固而可靠地相对固定；以及改善受力情况，减少应力集中和提高疲劳强度。1. 输入轴的设计如图 3.1。图 3.1 输入轴图第一段：接离合器从动轴轴承。根据第一轴花键部分直径及轴承标准，取。查手册选用深沟球轴承6203，取。第二段：为花键轴段，接离合器从动盘。第一轴的花键尺寸与离合器从动盘毂的内花键统一考虑，目前一般都采用齿侧定心的矩形花键，键齿之间为动配合。花键连接比平键连接具有承载能力高，对轴削弱程度小，定心好和导向性能好等优点。根据第一轴花键直径d=18mm，查汽车设计得花键内径d=18mm，花键外径D=23mm，花键齿数 n=10，键齿宽 b=4mm，有效齿长 l=20mm，即取。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用第三段：过渡轴，取。第四段：轴承支承段。这一段轴根据轴承标准取，查机械设计手册选用圆锥滚子轴承32305，。根据轴径，选择卡环对轴承进行轴向固定，查手册选用挡圈GB/T 893.1-1986 62孔径，材料为 65Mn，热处理硬度4451HRC，经表面氧化处理的A 型孔用弹性挡圈），取。第五段：齿轮段，一挡、倒挡、二挡主动轮与轴做为一体。取。根据齿宽等因素，取。第六段：过渡轴，取。第七段：通过滚针轴承接变速器三挡主动轮。取，根据标准选用向心滚针和保持架组件： K JB/T 7918-1997，取。第 八 段 ： 花 键 轴 段 ， 接 同 步 器 。 根 据， 选 择 矩 形 花 键，取，。第 九 段 ： 通 过 滚 针 轴 承 接 四 挡 主 动 轮 ， 结 合 第 七 段 轴 选 用 滚 针 轴 承K，取，。第十 段 ：轴 承 支承 段。 取，查 手 册 选用 圆锥 滚 子 轴承32305，。在轴承外圈开槽放卡环与箱体进行固定，查手册选用 挡 圈 GB/T 893.1-1986 62孔 径， 材 料 为65Mn ， 热 处 理 硬 度4451HRC， 经表 面氧 化处 理的 A 型 孔 用 弹 性 挡 圈 ） 。 D=66.2mm， s=2mm，b=5.2mm，取。第 十 一 段 ： 花 键 轴 段 ， 接 同 步 器 。 根 据选 用 矩 形 花 键，取，。第十二段：与输出轴常啮合齿轮相连，根据轴承标准取，选用非标准件滚针，取。2. 中间轴的设计如图 3.2。图 3.2 中间轴图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用 1）最小直径估算 3.10 ）式中： C由轴的材料和承载情况确定的常数，45号钢为 118107，取 C=108；P传递的功率，为发动机最大功率，60KW；为变速器传动效率，取 96%；轴的转速， 6000r/min。由公式 3.10）得：2）中间轴结构设计第一段：轴承段。根据标准取，则查表选用圆锥滚子轴承30205，。根据轴径，选用卡环对轴承进行轴向固定，查手册选用挡圈 GB/T 893.1-1986 52，取。第 二 段 ： 齿 轮 段 。 通 过 滚 针 轴 承 接 一 挡 齿 轮 ， 取，。选用向心滚针和保持架组件K。第 三 段 ： 花 键 轴 段 ， 接 同 步 器 。 根 据， 选 用 矩 形 花 键，则取。第四段：齿轮段，通过滚针轴承接二挡从动轮。根据第二段轴的结构选用向心滚针和保持架组件 K，取，。第五段：过渡轴段，取。第 六 段 ： 齿 轮 段 ， 三 挡 从 动 轮 和 四 挡 从 动 轮 与 轴 铸 成 一 体 。，取，根据输入轴取。第七段：轴承段。根据轴承标准取，查表选用圆锥滚子轴承30205，。根据轴径，选用卡环对轴承进行轴向固定。查手册选用挡圈 GB/T 893.1-1986 52，取。第八段：过度轴段。，取。第 九 段 ： 齿 轮 段 ， 常 啮 合 主 动 轮 通 过 花 键 与 轴 相 连 ， 选 用 矩 形 花 键，则取。第十段：螺纹段，拧上螺母进行固定及轴向定位。根据标准选普通螺纹M18-6g公称直径 18，螺距 1.5 的细牙右旋外螺纹，中径和大径的公差带均为6g，中等旋合长度），取。查表选用螺纹规格D=M18，性能等级为 8 级，不经表面处理， A 级的 I 型六角螺母，标记为螺母 GB/T 6170 M18。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用3. 输出轴的设计第一段：齿轮轴段，常啮合从动轮与轴做为一体，取。第二段：轴承支承段。根据标准取。查表选用深沟球轴承6306，。选用套筒 D=40mm，并安装车速表驱动齿轮，取72mm。第三段：花键轴段，与万向节连接。选用矩形花键，取35mm。图 3.3 输出轴图3.2.3 轴的校核变速器在工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用，变速器的轴要承受转矩和弯矩，要求变速器的轴应有足够的刚度和强度。为了验证结构方案的合理性及变速器的可靠性需对轴进行校核。应当对每个挡位下的轴的刚度和强度都进行验算，因为挡位不同不仅齿轮的圆周力、径向力和轴向力不同，而且着力点也有变化。验算时可将轴看作是铰接支承的梁，第一轴的计算转矩为发动机最大转矩。1.计算各挡齿轮啮合的圆周力、径向力及轴向力 3.11 ）式中： i齿轮的传动比；d齿轮的节圆直径， mm；节圆处压力角；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用螺旋角；发动机最大转矩。一挡代入3.11）式得：二挡代入3.11）式得：三挡代入3.11）式得：四挡代入3.11）式得：倒挡代入3.11）式得：五挡 3.12 ）式中： P输出轴功率，；n输出轴转速， r/min；T输出轴转矩， N mm。输出轴功率；，代入 3.12）式得 N mm。代入3.11）式得：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用2.输入轴的校核1）轴的强度计算应该校核在弯矩和转矩联合作用下的变速器轴的强度。作用在齿轮上的径向力和轴向力使轴在垂直面内弯曲变形并产生垂向挠度；而圆周力使轴在水平面内弯曲变形并产生水平挠度，则在弯矩和转矩联合作用下的轴应力为： 3.13 ） 3.14 ）式中：计算转矩， N mm；d轴在计算断面处的直径，花键处取内径，mm；弯曲截面系数，；在计算断面处轴的垂向弯矩，N mm；在断面处轴的水平弯矩， N mm；许用应力，在抵挡工作时取。一挡受力图如图 3.4。计算得： AB=66.875mm, BC=30.125mm,CD=141.625mm；水平面垂直面N m； N m； N m；d=26mm，代入 3.13）3.14）得：，故满足强度要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用水平面垂直面图 3.4 一挡受力图2）轴的刚度计算对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。前者使齿轮中心距发生变化，破坏了齿轮的正确啮合；后者使齿轮相互歪斜，致使沿齿长方向的压力分布不均匀。若轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为和转角为，可以分别用下式计算： 3.15 ）式中：齿轮齿宽中间平面上的径向力N）；齿轮齿宽中间平面上的圆周力N）；E弹性模量 MPa），；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用I惯性矩 ），对于实心轴，；d轴的直径 mm），花键处按平均直径计算；a、b齿轮上的作用力距支座B、D 的距离 mm）；L支座间的距离 mm）。计算得：一挡齿轮a=21.375mm，b=150.375mm；,；由公式 3.15）得：，轴的全挠度为。由 于 轴 在 垂 直 面 和 水 平 面 内 挠 度 的 允 许 值 为，齿 轮所 在平 面的 转角 不 应 超 过 0.002rad。 满 足，故满足刚度要求。同理计算出：二挡斜齿轮轴应力，故强度足够。挠度，转角，故刚度足够。三挡齿轮轴应力，故强度足够。挠度，转角，故刚度足够。四挡齿轮轴应力，故强度足够。挠度，转角，故刚度足够。倒档齿轮轴应力，故强度足够。挠度，转角，故刚度足够。3.输出轴的校核由于输出轴在运转的过程中所受的弯矩很小，可以忽略，可认为其只受扭矩。轴的扭转切应力：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用 3.16 ）式中：轴的扭切应力， MPa；T转矩，N mm；抗扭截面系数，对圆截面轴；P传递的功率， kw；n轴的转速， r/min；d轴的直径， mm。其 中 ， n=6000r/min 代 入 3.16） 式 得 ：查表可知： 45号钢许用扭切应力，故符合强度要求。3.3 轴承的选用及校核3.3.1 变速器轴承型式的选择变速器轴承多选用滚动轴承，即向心球轴承，向心短圆柱滚子轴承，滚针轴承以及圆锥滚子轴承。通常是根据变速器的结构选定，再验算其寿命。输入轴及中间轴的两个轴承采用圆锥滚子轴承，输出轴的轴承采用深沟球轴承，它不仅承受径向负荷，而且承受向外的轴向负荷。齿轮内孔与轴的配合采用滚针轴承。3.3.2 轴承的校核1.输入轴轴承 32305 查机械设计手册可知：；圆锥滚子轴承受力如图3.5。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用图 3.5 轴承受力图根据力矩平衡得出： 3.17 ）解3.17）式得出：；轴承内部轴向力：；因为，所以轴承 1 为压紧端：；因为 e=0.3，故，所以；，所以；当量动载荷： 3.18 ）代入得：；。轴承寿命用小时表示比较方便： 3.19 ）式中：基本额定寿命， h；温度系数，轴承工作温度为100时，=1；载荷系数，无冲击或轻微冲击；中等冲击；C基本额定动载荷， N；P动载荷， N；寿命指数，对于球轴承=3，对于滚子轴承=；n轴的转速， r/min。取=1，=1.6，代入3.19）式得：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用；平均车速；行驶至大修前的总行驶里程。对汽车轴承寿命的要求是轿车30 万 km，故该轴承满足使用要求。2.中间轴轴承 30205 查机械设计手册可知：；同理可得 3.20 ）求得则即，；因为 e=0.37，故，所以；，所以；由公式 3.18）得：，。取，代入3.19）式得：，满足使用要求。3.输出轴轴承 6306 根据轴承型号查手册可知：，。故；，插入法查表得系数e=0.264；而，查表取 X=0.56，插入法得： Y=1.68；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用由公式 3.18）得： P=。取，n=6000r/min，代入 3.19）式得：，满足使用要求。3.3.3 轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑方式具体选择可按速度因数dn 值来定。 d代表轴承内径， mm；n代表轴承套圈的转速， r/min，dn 值间接地反映了轴颈的圆周速度，当时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑，超过这一范围宜采用润滑油润滑9。由于 d=25mm，n=6000r/min，故 dn=采用润滑脂润滑。脂润滑因润滑脂不易流失，故便于密封和维护，且一次充填润滑脂可运转较长时间。采用密封圈对轴承进行密封，工作温度范围-40100。密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成。3.4 花键的校核1.输入轴第二段花键轴段接离合器从动盘花键尺寸选定后应进行挤压应力及剪切应力的强度校核： 3.21 ） 3.22 ）式中： D，d花键的外径及内径， D=23mm，d=18mm；n花键齿数， n=10；l，b花键的有效齿长及键齿宽，l=20mm，b=4mm；Z从动盘毂的数目， Z=1；发动机最大转矩，N mm。由公式 3.21）3.22）得：；，故强度足够。2.输入轴第八段花键轴段接同步器动连接压强： 3.23 ）式中：T-转矩，N mm，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用N mm；K 载荷不均匀系数， K=0.70.8，取 K=0.8；平均半径，；Z齿数， Z=6；h齿面工作高度，；齿的接触长度，。由公式 3.23）得： P=39.34Mpa。由于动连接齿面经过热处理时中等使用情况下许用压强P=,故，强度足够。3.输入轴第十一段花键轴段接同步器 N mm；K=0.8，Z=6，；由公式 3.23）得： P=55.95MpaP，故强度足够。3.5 本章小结本章主要对新型后驱动变速器的主要零件进行设计和计算，其中包括：齿轮的设计及校核，轴的设计及校核，轴承的设计及校核。这些零件是变速器的基石，齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节，轴的设计是变速器传递动力的重要因素，轴承的定位及校核是设计的难点，这些计算的理论基础是设计的关键。此外，本章的一些计算结果，绘图时需要进一步印证。第 4章 变速器其他零件及机构的设计4.1 同步器的设计及计算该变速器的一挡和二挡、三挡和四挡及常啮合齿轮共采用三个同步器进行换挡。同步器虽然结构较复杂，制造成本高，精度要求严，轴向尺寸大以及存在同步环的使用寿命有待提高等问题，但由于它能保证轻便、迅速、无冲击、无噪声换挡，且对操作技术无需求，从而有利于提高汽车的加速性、燃料经济性与行驶安全性，也可延长精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用齿轮寿命，故在现代轿车上得到了最普遍的应用。锁环式同步器有工作可靠，零件耐用等优点，但因为结构布置上的限制，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货车变速器中。4.1.1 锁环式同步器主要尺寸的确定1.接近尺寸 b 尺寸 b 应大于零，取。2.分度尺寸 a 尺寸 a应等于 1/4 接合齿齿距。= = ；3.滑块转动距离 c 4.1 ） 4.2 ）式中：滑块轴向移动后的外半径；接合齿分度圆半径；t接合齿齿距；d为滑块宽度；E缺口宽度。同步器 1 接齿轮 7 时，取mm，代入 4.1）得，取 d=10mm，代入4.2）得 E=13.04mm；同步器 2 接齿轮 6 时，取mm，代入 4.1）得，取 d=10mm，代入4.2）得 E=13.76mm；同步器 3 接齿轮 2 时，取mm，代入 4.1）得，取 d=10mm，代入0，应使，通常取左右，啮合套端面与锁环端面的间隙取为 0.8mm；锁环端面与齿轮接合齿端面应留有的间隙为 1.22.0mm，取和；在空挡位置，锁环锥面的轴向间隙应保持在0.20.5mm。4.1.2 主要参数的确定1.摩擦因数 f 摩擦因数 f 对换挡齿轮和轴的角速度能迅速达到相同有重要作用。摩擦因数大，则换挡省力或缩短同步时间；摩擦因数小则反之，甚至失去同步作用。作为与同步环锥面接触的齿轮上的锥面部分与齿轮做成一体，同低碳合金钢制成。同步环常选用能保证具有足够高的强度和硬度、耐磨性能良好的黄铜合金制造，如锰黄铜3。由黄铜合金与钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数f 取为 0.1。2.同步环主要尺寸的确定1）同步环锥面上的螺纹槽轴向泄油槽取为 6 个，槽宽 3mm。2）锥面半锥角避免自锁的条件是，一般取，取。3）摩擦锥面平均半径原则上是在可能的条件下，尽可能将R 取大些；取。4）锥面工作长度 b 对锁 环式 同步 器， 取 b=0.25R， 则，。5）同步环径向厚度。3.锁止角锁止角选取得正确，可以保证只有在换挡的两个部分之间角速度差达到零值才能换挡。同步器锁止条件： 4.3 ）式中： f摩擦系数；、摩擦锥面及锁止面的平均半径；摩擦锥面的半锥角；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用锁止面的锁止角。，取，代入4.3）式得：；，取，代入4.3）式得：；，取，代入4.3）式得：。 4.同步时间 t 同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。对乘用车变速器，高挡取，抵挡取。4.2 操纵机构的设计变速器操纵机构由变速杆、拨叉轴、拨叉、自锁与互锁装置、倒挡安全装置等组合于变速器盖上。直接操纵是最简单的操纵方案，在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。其传统的布置方案是将变速杆安装在变速器盖上并由驾驶座椅旁的地板伸出，以便司机可直接用手操纵变速杆进行换挡。根据同步器的安装位置及工作方式，先确定换挡位置图，它给出了换挡时变速杆的移动路线。图 4.1 换挡位置图变速杆力传动比：当变速杆由地板伸出直接操纵时，一般为。4.3 变速器箱体的设计变速器壳体的尺寸要尽可能小，同时质量也要小，并具有足够大的刚度，用来保证轴和轴承工作时不会歪斜。变速器横向断面尺寸应保证能布置下齿轮，设计时应注意到壳体侧面的内壁与转动齿轮齿顶之间留有的间隙，否则由于增加了润滑油的液压阻力，会导致产生噪声和使变速器过热。齿轮齿顶到变速器底部之间要留有不小于 15mm 的间隙1。为了加强变速器壳体的刚度，在壳体上应设计有加强肋。为了注油和放油，在变速器壳体上设计有放油孔，放油孔设计在壳体的最低处。为了保持变速器内部为大气压力，在变速器顶部装有通气塞。为了减少质量，变速器壳体采用压铸铝合金铸造，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用壁厚取。4.4 本章小结本章主要是根据变速器的结构及参数特点，对变速器的其他机构进行设计分析，这些结构对变速器起着非常重要的作用。其中包括：同步器的设计及计算，操纵机构设计，变速器箱体的设计。变速器采用同步器换挡，保证了选挡、换挡的灵活、可靠；采用直接操纵方式换挡，保证了换挡的简单、轻便。通过与上一章齿轮、轴、轴承等零部件设计的结合，完成变速器总体结构的设计方案。结论汽车变速器是车辆的重要组成部分，直接影响着车辆的性能和可靠性。一直以来， 由于研究水平和设计能力等多方面的原因，我国的变速器技术与国际先进水平相比还存在着很大的差距。目前，变速器依旧依赖于国外的先进技术，这很大程度上影响了中国汽车行业的整体发展。因此，提高变速器系统的设计能力己成为目前十分紧迫的任务。本次设计是参照长安之星的变速器部分，设计的一款新型后驱动变速器。变速器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 30 页个人资料整理仅限学习使用是汽车传动系的重要组成部分，其中机械式变速箱设计发展到今天，其技术已经成熟，其中的设计理念很值得探讨、学习。对于本次设计的变速箱来说，其特点是采用中间轴式刚性支承结构，以使变速器结构更加紧凑、合理，便于安装，承载能力大，并且采用同步器换挡，保证了换挡轻便、迅速、无冲击，从而有利于提高汽车的加速性，燃料经济性与行驶安全性。通过对整车动力性、经济性的影响因素的分析确定了挡位数、挡位布置及速比，在整车的经济性改善方面，可以进一步调整主减速比。在验证阶段，主要进行了轴的校核，轴承的校核及花键的校核均满足使用要求。本着实用性和经济性的原则，在各部件的设计要求上都采用比较开放的标准，因此，设计存在误差，这一点是本次设计的不理想之处。参考文献1 刘惟信 .