三轴式五挡手动变速器毕业设计(CAD图 )

三轴式五档手动变速器设计摘要本设计的任务是设计一台用于通用五菱之光微型车的三轴式五档手动变速器，该变速器有两个突出的优点：一是其直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小；二是在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得较大的一档传动比。随着科学技术的日益发展，汽车的各项性能也日臻完善。现代汽车已成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的交通工具。现代汽车除了装有性能优良的发动机外还应该有性能优异的传动系与之匹配才能将汽车的性能淋漓尽致的发挥出来，因此汽车变速器的设计显得尤为重要。分析了为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出的设计要求。详细介绍了变速器机构方案的确定，变速器主要参数的选择，变速器的设计计算，同步器设计计算等在变速器设计过程中的关键步骤。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，是汽车获得不同的牵引力和速度，用时使发动机在最有利工况范围内工作。变速器设有空档和倒档。需要变速器还有动力输出功能。关键词：变速器；同步器；档数；轴；Three axis manual shift transmission design in five Abstrack This design task is to design a used for general WuLing sunshine in fiveof the three axis subcompact manual shift transmission ，the transmission hastwo outstanding advantages ：one is its direct transmission of high transmissionefficiency ；wear and noise minimal ；Second：in the gear center distanceissmaller still can acquire larger gear transmission . Along with the development of science and technology the car of variousperformance also is being perfected . Hyundai has become the world nationaleconomic and social life of indispensable transport . Modern car with goodperformance engine except outside still should have excellent performancedrivetrain matching car performance will play out so the incisively and vividlyauto transmission design is particularly important. Analyzed in order to ensuretransmission has good work performance ：the transmission should proposedesign requirements. Introduces the transmission mechanism project determinationand transmission main parameters are selected the transmission design calculation the synchronizer design calculation in design process such asa critical step in transmission. Transmission used to change to the drive wheels on the engine torque ancdrotational speed the purpose is back starting climbing turn accelerate etc. Various kinds of driving conditions the automobile get different traction and theengine speed and use it in the most favorable work within the working conditions. Transmission has gap and reversing. Need transmission and power outputfunctions.Keywords: transmission Synchronizer File numbered Axis 目录中文摘要英文摘要主要符号表1 绪论1.1 概述1.2 五档手动变速器的研究意义1.3 国内外相关研究现状1.3.1 手动变速器（MT）1.3.2 自动/手动变速器（AMT）1.3.3 自动变速器（AT）1.3.4 无级变速器（CVT）1.3.5 双离合器变速器（DCT）1.4 本文主要研究工作2 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2.2 变速器结构方案的确定

2.2.1 变速器传动机构的结构分析与型式选择2.2.2 倒档传动方案2.3 变速器主要零件结构的方案分析2.

3.1 齿轮型式2.3.2 换档结构型式3 变速器主要参数的选择与主要零件的设计3.1 变速器主要参数的选择3.1.1 档数和传动比3.1.2 中心距3.1.3 轴向尺寸3.1.4 齿轮参数3.2 各档传动比及其齿轮齿数的确定3.2.1 确定一档齿轮的齿数3.2.2 确定常啮合齿轮副的齿数3.2.3 确定其他档位的齿数3.2.4 确

定倒档齿轮的齿数3.3 齿轮变位系数的选择4 变速器齿轮的强度计算与材料的选择4.1 齿轮的损坏原因及形式4.2 齿轮的强度计算与校核4.2.1 齿轮弯曲强度计算

4.2.2 齿轮接触应力5 变速器轴的强度计算与校核

5.1 变速器轴的结构和尺寸

5.1.1 轴的结构5.1.2 确定轴的尺寸5.2 轴的校核5.2.1 第一轴的强度与刚度校核5.2.2 第二轴的校核计算6 变速器同步器的设计

6.1同步器的结构6.2同步环主要参数的确定6.2.1同步环锥面上的螺纹槽6.2.2锥面半锥角6.2.3 摩擦锥面平均半径R 6.2.4 锥面工作长度b 6.2.5 同步环径向厚度6.2.6锁止角6.2.7同步时间t7 变速器的操纵机构8 结论致谢参考文献主要符号表m 汽车总质量kgg 重力加速度N/kgΨmax 道路最大阻力系数rr 驱动轮的滚动半径mmTδmax 发动机最大扭矩Nm i0 主减速比η 汽车传动系的传动效率igi 一档传动比G2 汽车满载载荷

Nφ 路面附着系数A 第一轴与中间轴的中心距mmA′ 中间轴与倒档轴的中心距mmA 第二轴与中间轴的中心距mmKA 中心距系数m 直齿轮模数mn 斜齿轮法向模数α 齿轮压力角°斜齿轮螺旋角°b 齿轮宽度mmZx 齿轮齿数齿轮变位系数W 齿轮弯曲应力MPaj 齿轮接触应力MPaFt 齿轮所受圆周力NFa 轴向力NFr 径向力NTg 计算载荷NmK 应力集中系数Kf 摩擦力影响系数E 齿轮材料的弹性模量MPaK 重合度影响系数rz 主动齿轮节圆半径mm 1 绪论1.1 概述从上世纪50 年代第一辆国产载货汽车下线以来，我国汽车工业经过50 多年的发展，已经成为我国的支柱产业。随着改革开放的深入和社会发展的广泛需求，我国汽车工业发展迅速，汽车保有量逐年上升，2006 年我国汽车保有量比近1997 年增加了2.03 倍，10 年来年均增长率为13.4，保持了较高的增长速度。并且2009 年中国车市的火爆带来了整车企业销量的剧增，也带来了变速器产品进口量的步步攀升，今年上半年我国的变速器进口量接近300 万台，进口量超过了36 亿美元，远高于其他汽车零部件。1.2 五档手动变速器的研究意义在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。具体有两个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定程度上加大了手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣。在自动变速器方面，除吉利汽车开发出有自主知识产权的液压控制的三速自动变速器外，其他企业尚没有一家具有自主知识产权，悉数依赖国外技术和进口。1.3 国内外相关研究现状从技术、节能和基础设施角度，对各种变速器在中国和国外的发展情况作以下简要分析：1.3.1 手动变速器（MT）：手动变速器应该说是最为节能的变速方式，另外由于中国企业已经掌握该技术，而且在生产方面也积累了长期经验，从而在价格和质量方面会有较大优势。所以在短期内仍将是变速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工况。1.3.2 自动/手动变速器（AMT）：自动手动变速器实际上是由一个机器系统来完成操作离合器和选档这两个动作。AMT 的汽车驾驶简单，省去了离合器踏板，驾驶者只要踩油门，选速器系统会自动选择换档的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速器的错误使用，以避免错换档位。这一点对新手和整车的可靠性都非常重要。选速器大大简化了驾驶的复杂性，令AMT 汽车驾驶更加简便、省心，且能够保证最低的动力损耗。由选速器完成驾驶者踩离合器换档的动作，选择的换档时机要比驾驶者完成得

更准确。因此，在能源日益紧缺和CO2 排放压力越来越大这一背景下，AMT 顺应了“节能减排”这一趋势，是一项非常适合中国市场的先进技术。AMT 的制造成本远低于电液控自动变速器，国内的很多车型都准备采用这一领先技术，即有可能随着中国汽车工业的迅猛发展，将有更多车型采用AMT。中国也将会取代欧洲和美洲，成为世界上最大的AMT 的应用市场。1.3.3 自动变速器（AT）：自动变速器近些年新技术也不断在使用，它正朝着多档位、数字化控制等方面发展。日本最大的自动变速器生产商AISIN AW 公司2006 年成功推出型号为AA80E型8 前速自动变速器，目前被使用在雷克萨斯LS460 车上。这就形成了更大的总传动比范围，同时各个传动比之间也比5 速变速器更加接近。因此，驾驶员几乎在各种行驶条件中都可以选择最佳传动比。电子控制模块可以选择更多的传动比，传动比取决于行驶条件，从而降低了油耗并提高了换档平顺性。发动机转速与行驶状态的最优化匹配意味着发动机提高了动力、燃油经济性并降低了运行噪声。1.3.4 无级变速器（CVT）：无级变速器则只需两组可移动锥轮以及传动带或传动链，即可实现无数个前进档的变速过程。CVT 采用传动带、传动链和可变槽宽的锥轮进行动力传递及传动比的选择，即当锥轮变化槽宽时，相应改变主动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速。CVT 是真正无级化了，与AT 相比具有较高的运行效率，油耗较低。通过近几年市场上的应用看，其发展势头也比较迅猛，目前在我国应用的车型已迅速发展到5、6 种以上。目前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力都在大力进行CVT 的研发工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI 等著名汽车品牌中都配备CVT 的轿车销售，全世界CVT 轿车的年产量已达到近50 万辆。值得注意的一点是，装备有CVT 的汽车市场，由最初的日本、欧洲已经渗透到北美市场，CVT 汽车已经成为当今汽车发展的主要趋势。

1.3.5 双离合器变速器（DCT）：双离合器变速器最早是德国大众技术，因此在大众车系里又称DSG 变速器。它可以说是目前世界上最先进的、具有革命性的变速器系统，大众汽车在2002年于德国沃尔夫斯堡首次向世界展示了这一技术创新。DSG 变速器旨在满足消费者对驾驶运动感和车辆节油的双重要求，为那些酷爱手动变速器的驾驶者们提供了一个最佳选择。DSG 在带来低油耗的同时，在车辆性能方面却没有任何损失，同样具有出色的加速性和最高时速，并且与传统自动变速器一样可以实现顺畅换档而不影响牵引力。因此，既保证了其舒适性，同时还体现其动感加速性。双离合变速器工作原理及基本结构如图1 所示。图1.双离合变速器工作原理及基本结构DSG 变速器的特点如下：a. 新一代DSG 变速器采用了2 个离合器和6 个前进档的传统齿轮变速器作为动力传送部件，这是目前世界上较先进的、具有革命性的自动变速器；b. DSG 变速器没有液力变扭器，也没有离合器踏板；c. DSG 变速器在传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性；d. DSG 变速器的反应非常灵敏，具有良好的驾驶乐趣；e. 车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更加强劲、圆滑。100km 的加速时间比传统手动变速器还短；f. DSG 变速器的动力传送部件是一台三轴式6 前进档的传统齿轮变速器，增加了传动比的分配；g. DSG 变速器的多片湿式双离合器是由电子液压控制系统来操控的，两个离合器的工作过程是互锁的，也就是说

一个离合器工作，一个不工作，不会同时出现两个离合器都参与工作；h. 双离合器的使用，可以使变速器同时有两个档位啮合，使换档操作更加快捷；i. DSG 变速器也有手动和自动两种控制模式，除了挂档杆可以控制外，方向盘上还配备有手动控制的换档按钮，行驶中两种控制模式之间可以随时切换；j. 选用手动模式时，如果不提供升档操作，即使将油门踩到底，DSG 变速器也不会作出升档反应；k. 模糊逻辑控制可以根据司机的意愿进行换档控制；l. 在手动控制模式下，可以跳跃降档。根据我国汽车变速器的技术条件和市场情况，对于未来20 年的中国市场，可以得出以下结论：手动变速器在短期内仍将主导市场，但自动变速器将不断受到市场青睐，其中，双离合器技术潜力巨大。1.4 本文主要研究工作本设计的任务是设计一台用于通用五菱之光微型车的三轴式五档手动变速器，该变速器有两个突出的优点：一是其直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小；二是在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得较大的一档传动比。2 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，是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。变速器设有空档，可在起动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒档，使汽车获得倒退行驶的能力。需要时，变速器还有动力输出功能。对变速器提出如下基本要求：a. 保证汽车有必要的动力性和经济性。b. 设置空档，用来切断发动机方向驱动轮的转输。c. 设置倒档，使汽车能倒退行驶。d. 设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。e. 换档迅速、省力、方便。f. 工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳档、乱档以及换档冲击等现象发生。

g. 变速器应当有高的工作效率。h. 变速器的工作噪声低。除此之外，变速器还淫荡满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的档数、传动比范围和各档传动比有关。汽车工作的道路越复杂、比功率越小，变速器的传动比范围越大。2.2 变速器结构方案的确定变速器由变速传动机构和操纵机构组成。2.2.1 变速器传动机构的结构分析与型式选择有级变速器与本设计应用在现今使用广泛的发动机前置、后轮驱动的4×2总体布置方案，发动机发出的动力依次经过离合器、变速器、万向传动装置（万向节和传动轴）、主减速器、差速器、半轴，传到驱动轮，如图2.1 所示。1.离合器；2.变速器；3.万向传动装置；4.驱动桥图2.1 发动机前置后轮驱动汽车传动系无级变速器相比，其结构简单、制造低廉，具有高的传动效率（η0.960.98），因此在各类汽车上均得到广泛的应用。设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围、档位数及各档的传动比，因为它们对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。传动比范围是变速器低档传动比与高档传动比的比值。汽车行驶的道路状况愈多样，发动机的功率与汽车质量之比愈小，则变速器的传动比范围应愈大。目前，轿车变速器的传动比范围为3.04.5；一般用途的货车和轻型以上的客车为5.08.0；越野车与牵引车为10.020.0。通常，有级变速器具有3、4、5 个前进档?恢匦驮鼗跗岛椭匦驮揭捌翟虿捎枚嗟当渌倨鳎淝敖滴皇啻?616 个甚至20 个。变速器档位数的增多可提高发动

机的功率利用效率、汽车的燃料经济性及平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但采用手动的机械式操纵机构时，要实现迅速、无声换档，对于多于5 个前进档的变速器来说是困难的。因此，直接操纵式变速器档位数的上限为5 档。多于5 个前进档将使操纵机构复杂化，或者需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于一定行驶工况。某些轿车和货车的变速器，采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速档。采用传动比小于1（0.70.8）的超速档，可以更充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传动比为1 的直接档比较，采用超速档会降低传动效率。有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力的齿轮副数目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。三轴式和两轴式变速器得到的最广泛的应用。三轴式变速器如图2.2 所示，其第一轴的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、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。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，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：处直接档外其他各档的传动效率有所下降。1-第一轴2-第二轴；3-第三轴图2.2 轿车中间轴式五档变速器两轴式变速器如图2.3 所示。与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力-传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量降低610。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。如图所示，两轴式变速器的第二轴（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面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；个档的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高档的同步器也可以装在第一轴的后端，如图示。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，因而噪声比较大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限（igⅠ4.04.5）也受到较大限制但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。1-第一轴；2-第二轴；3-同步器图2.3 两轴式变速器有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿轮。后者比直齿轮有更长的寿命、更低的噪声，虽然其制造稍复杂些且在工作中有轴向力。因此，在变速器中，除低档及倒档外，直齿圆柱齿轮已经被斜齿圆柱齿轮所代替。但是在本设计中，由于倒档齿轮采用的是常啮式，因此也采用斜齿轮。由于本设计的要求是三轴式手动五档变速器的设计，故选取中间轴式五档变速器传动方案进行研究。该传动方案的特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接档。使用直接档，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，可达

90以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少因为直接档的利用率高于其它档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其它前进档位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一档以外的其他档位的换档机构，均采用同步器或啮合套换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换档方式和到档传动方案上有差别。图2.4a 所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图2.4b、c、d 所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图1-4d所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前进档的变速器。图2.4 中间轴式五档变速器传动方案以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现.