2T轻型货车变速箱设计说明书毕业设计(共47页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上太原科技大学本科毕业设计说明书2t轻型货车机械传动式变速箱设计2 Tons Of Light Trucks Mechanical Transmission Gearbox Design 学 院(系): 机械工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名: 祝三力 学 号: 9 指 导 教 师: 卫良保 评 阅 教 师: 张亮有 完 成 日 期: 2014年06月10日 太原科技大学 Taiyuan University of Science and Technology专心-专注-专业摘 要 变速箱是传动系中的主要部件。它用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和
2、转速。本次设计的主要内容包括变速箱传动机构布置方案的确定,变速箱主要参数如挡数、传动比范围、中心距、各挡传动比、齿轮参数、各挡齿轮齿数的选择,齿轮、轴的设计校核,同步器、操纵机构及箱体的设计。在设计的过程中,本文根据轻型货车变速箱的设计要求和车辆动力传动系统自身的特点,参考多篇文献资料,以及变速箱设计图册,设计出中间轴式变速箱。关键词:变速箱;齿轮;传动系统 AbstractTransmission is the main power train components. It is used to change the engines torque spread and wheel speed
3、. The main design contents include the layout program of transmission drive-mechanism, the selection of main transmission parameters such as shifts, the range of gear ratio, center-spacing, each gear ratio, gear parameters and the number of each gear, the design and verification of gears and shafts,
4、 the design of synchronizer, manipulation-framework and gearbox. Bases on the design requirement and the characteristic of power transmission system, consulting a great deal of literatures and transmission design drafts, a kind of three-shafted transmission is designed. Keywords: Transmission;Gear;T
5、he transmission system 目 录 摘要.I Abstract.I 引言.1 1.轻型载货汽车主要参数的确定.2 1.1 质量参数的确定.2 1.2 发动机的选型.2 1.2.1根据已知数据对发动机最大功率进行估算.3 1.2.2发动机主要性能指标的选择.3 2.变速箱的设计与计算.5 2.1 变速箱的档位数和传动比.5 2.1.1 确定档位数和各档速比.5 2.1.2 档位数的确定.7 2.2. 设计方案的确定.8 2.2.1两轴式.8 2.2.2 三轴式.8 2.2.3液力机械式 .9 2.2.4 确定方案.9 2.3 零件的结构分析.10 2.3.1齿轮形式.10 2.
6、3.2 轴的结构分析.11 2.3.3 轴承形式.11 2.3.4 换挡机构形式.12 2.4 主要参数的选择和计算.12 2.4.1 中心距.12 2.4.2 变速器的外形尺寸.12 2.4.3 齿轮参数 .13 2.4.4 各档齿轮齿数的分配.16 2.4.5 变位系数的选择与计算.20 3 变速箱主要零部件的校核计算.23 3.1 齿轮的材料及热处理.23 3.2 齿根弯曲应力和齿面接触应力的计算方法.23 3.2.1 直齿齿轮弯曲应力.23 3.2.2 斜齿齿轮弯曲应力.24 3.2.3 齿轮接触应力计算.24 3.2.4 各档位齿轮强度的验算.25 3.3 变速箱轴的验算.28 3.
7、3.1 确定轴的结构.28 3.3.2 确定轴的尺寸.28 3.3.3 轴的校核.29 4 同步器的设计.32 4.1 同步器的结构.32 4.2 同步器的工作原理.34 4.3 主要参数.35 5 变速箱的操纵机构.38 5.1 变速箱操纵机构应满足的条件.38 5.2 变速箱操纵换挡方案的选择.38引 言变速箱是汽车传动系中最主要的部件之一。变速箱由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转距和转速的数值和方向;操纵机构的主要作用是控制传动机构,实现变速箱传动比的交换,即实现换档,以达到变速变距。本设计为轻型货车五档变速箱设计,设计中一档和倒档齿轮为直齿圆柱齿轮,
8、其他档位的齿轮为斜齿圆柱齿轮,用了两个同步器。本设计先对轻型货车进行了总体计算,选出作用的发动机,然后由发动机开始,进入到变速箱的详细设计计算,确定了本设计的传动方案,对齿轮进行了弯曲强度和接触疲劳强度的校核,之后对轴进行了校核,最后介绍了一些同步器设计的知识和变速箱操纵机构的知识。 第1章 轻型载货车主要参数确定1.1 质量参数的确定商用货车的总质量ma由整备质量m0、载质量me和驾驶员以及随行人员质量三部分组成,即 ma=m0+me+65n1 本设计主要参数如表1.1所示。 表1.1 主要质量参数1)整车整备质量 mam0=2000kg2)汽车装载质量3)汽车总质量kg2)质量系数m0 m
9、0=me/m0=2000/2000 =1m0=1 1.2 发动机的选型1.2.1根据已知数据对发动机最大功率进行估算由公式: (1.1)其中_传动系统效率,对单级主减速器型驱动桥的42汽车取0.90; _重力加速度,此处取9.8m/; _滚动阻力系数,对货车取0.02; -空气阻力系数,对货车取0.8-1.0,此处取0.8; -汽车正面投影面积,对货车有 为前轮距,对于本设计轻型货车取 为汽车正面投影面积,此处 ; -最高车速,本例为120km/h (已知); -汽车总质量,此处为4130kg;代入数据,得: =1/0.90(41309.80.02120/3600+0.82.341203/71
10、640) = 84.4kw1.2.2发动机主要性能指标的选择1) 发动机最大功率与相应转速 根据给定的比功率和最大总质量,可得: 为满足动力性能要求,所选发动机的功率不应小于此值,故比较上述两个结果后,满足设计要求的最大功率。查表1.2得表1.2 最大功率转速的范围(r/min)汽油机3000-7000乘用车4000-7000轻型、微型货车4000-5000中型货车4000以下柴油机18004000乘用车、轻型、微型货车3200-4000大货车1800-26002) 发动机的最大转矩和相应的转速发动机最大转矩查相关资料的的值在1.4至2.0之间,在此取1.6,计算得-最大功率时相应的转速;-最
11、大转矩时相应的转矩;发动机主要参数如表1.3表1.3本设计发动机主要参数额定功率/转速(kw/r/min)85/4500最大扭矩/转速(N.m/r/min)226/2800汽缸数4缸径(mm)87.5第2章 变速箱的设计与计算2.1变速箱的档位数和传动比 不同类型汽车的变速箱,其档位数也不尽相同。轿车变速器传动比变化范围较小(约为34),过去常用3个或4个前进档,但近年来为了提高其动力性尤其是燃料经济性,多已采用5个前进档。轻型货车变速器的传动比变化范围约为56,其他货车为7以上,其中总质量在3.5t以下者多用四档变速器,为了降低油耗亦趋向于增加1个超速档;总质量为3.5l0t多用五档变速器;
12、大于l0t的多用6个前进档或更多的档位。 选择最低档传动比时,应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等来综合考虑、确定。2.1.1确定档位数和各档速比 一般来说,汽车发挥最大车速时对应的发动机转速就是最大功率时的转速。轻型车轮轮胎尺寸根据国家标准可选用6.00R16LT,即轮胎名义宽度为6.00英寸,轮辋名义直径为16英寸,货车轮胎扁平率为90-100,在此取90,则轮胎直径可以计算为: (2.1) 则车轮半径为r=0.34m。 确定传动系最大传动,要考虑三个问题:最大爬坡度,一档最大动力因数、附着力和汽车最低稳定车速。传动系最大的传动
13、比通常是变速器一档传动比与主减速器传动比的乘积,即: (2.2)a.当汽车爬坡时车速很低,可以忽略空气阻力,汽车的最大驱动力应为: (2.3) 各表达式展: (2.4)则由最大爬坡度要求的变速器1档传动比为: (2.5) 式中 汽车总质量;重力加速度;道路阻力系数,此处取0.02;最大爬坡要求; 驱动车轮的滚动半径; 发动机最大转矩; 主减速比4.40; 汽车传动系的传动效率,此处取0.9。 本课题变速器igh=1,该货车的最大爬坡度约为30%,即=16.7, (2.5)= =4.713 即一档传动比大于4.713,即可以满足爬坡度的要求。b.根据驱动车轮与路面的附着条件确定 一档传动比还应满
14、足附着条件: (2.6)对于后轮驱动汽车,最大附着力有如下公式: (2.7)取=0.7,式子中为后轴轴载,可以从汽车设计手册中查得; 回代得:综上:暂取。因此,此变速器传动比范围为1-6.00,传动系统最大传动比为=4.406=26.4 (2.2)2.1.2档位数确定 增加变速箱的档位数能改善汽车的动力性和经济性。但是,档位数越多,变速箱的结构越复杂,使得轮廓尺寸和质量加大,而且在使用时换挡频率也会增高。 在最低档传动比不变的条件下,增加变速箱的档位数会使得变速箱相邻的低档和高档之间的传动比值减小,使得换挡工作容易进行。在确定汽车最大和最小传动比之后,应该确定中间各个档位的传动比。实际上,汽车
15、传动系各档位传动比大体上按照等比级数分配的。因此,各档位传动比的大致关系为: (q为各档之间的传动比)(2.8) 因此,各档传动比为 (2.9) (2.10) (2.11). 若为五档变速箱,且,则各档传动比与q有如下关系: (2.12) (2.13) (2.14) (2.15) 若档位数为n,有 (2.16)暂定档位数为5,则 对于选择的档位数有如下要求:1. 为了减小换挡难度,相邻档位之间的传动比比值在1.8以下;2. 高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档位区相邻档位之间的比值小。综上,选择5档位满足要求。则各个档位速比大致为: 2.2 设计方案的确定 轻型载货车变速箱一般选用机械式变速
16、箱,它采用齿轮传动,具有若干个定值传动比。采用这种变速箱的轻型载货车通常有35个前进档和一个倒档。最近几年液力机械变速箱和机械式无级变速箱在汽车上的应用越来越广泛,根据目前广泛使用变速器的种类,以及应用的范围,初步拟定三种设计方案。2.2.1 两轴式 两轴式变速箱结构简单、紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高。两轴式变速箱的第二轴(即输出轴)与主减速器主动齿轮做成一体。当发动机纵置时,主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮;当发动机横置时则可用圆柱齿轮。除倒档常用滑动齿轮(直齿圆柱齿轮)外,其他档位均采用常啮合齿轮(斜齿圆柱齿轮)传动,但两轴式变速器没有直接档,因此在高档工作时,齿轮和轴承均承载,
17、因而噪声较大,也增加了磨损。这种结构适用于发动机前置、前轮驱动或发动机后置、后轮驱动的轿车和微、轻型货车上,其特点是输入轴和输出轴平行,无中间轴。2.2.2 三轴式 三轴式变速箱的第一轴常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合,且第一、二轴同心。将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接档。此时,齿轮、轴承及中间轴均不承载,而第一、二轴也仅传递转矩因此,直接档的传动效率高,磨损及噪声也最小, 其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此,在齿轮中心距(影响变速器尺寸的重要参数)较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比,但除了直接档外其他各档的传动效率有所降低,适用于传统的发动机前置
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