变速器毕业设计

毕业论文（设计）

题目变速器的设计

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学生毕业论文（设计）评定

论文题目：变速器的设计教师评语：

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内容提要

设计内容：5+1两轴手动变速器设计

目的和意义：

变速器是汽车不可或缺的组成部分，其功用是使汽车在起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况下工作。

通过该设计使学生在设计变速器的过程中进一步掌握变速器的构造、工作特性、动力传动方式、及操纵方式，了解不同形式变速器的优缺点，掌握汽车零部件设计的基本思路，为学生以后的发展打下坚实的基础。通过毕业设计学生应当达到以下基本要求：

1．具有综合应用所学理论知识和实践技能，初步解决本专业范围内的工程技术问题的能力，善于应用新技术、新工艺、新材料。

2．具有查阅科技文献资料、使用各种标准、手册以及独立工作、创新的能力。

3．综合考核学生掌握知识的广度和深度、运用知识处理问题的能力、实验能力、外语应用水平、计算机应用水平、科技写作能力、口头表达能力等。

目录

绪论（或引言） (1)

第1章需求分析 (1)

1.1 本设计的目的和意义 (1)

1.2 变速器的现状和发展 (2)

第2章系统分析 (3)

2.1 变速器设计的基本要求： (3)

2.2 变速器倒档传动与布置方案 (3)

第3章系统设计 (5)

3.1 本设计的数据准备 (5)

3.2 档数和传动比 (5)

3.3 中心距 (7)

3.4 轴向尺寸 (7)

第4章系统实施 (8)

4.1 模数的选用 (8)

4.2 压力角α (9)

4.3 螺旋角β (9)

4.4 齿宽b (9)

4.5 确定一挡齿轮的齿数 (11)

结论 (13)

参考文献 (14)

附录（可选） (15)

绪论（或引言）

变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。设计任务是设计一台用于微型商用车上的手动变速器。采用中间轴式变速器设计方案，其有两个突出优点：一是其直接挡传动效率高，磨损及噪声小；二是在齿轮中心距较小的情况下任然可以获得较大的一档传动比。

本设计根据汽车的外形、轮距、轴距、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数结合该汽车的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要参数，再结合某些轿车的基本参数选择适当的主减速比。根据上述参数，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。

本设计给出了机械式变速器设计方案，经过严谨设计过程完成了一款手动变速器设计，并经过校验，证明设计的变速器能够符合现实功用要求，设计方案具有比较强的可借鉴性。

第1章需求分析

1.1本设计的目的和意义

随着汽车工业的迅猛发展,车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。尽管近年来，自动变速器和无级变速器技术迅猛发展，对长期以来主导市场地位的手动变速器产生很大冲击，但手动变速器已应用了很长一个时期,经过反复改进,成为现在的形式,制造技术趋于成熟化，与其它种类变速器相比较，具有以下优点：

1.手动变速器技术已经发展了几十年，制造技术更加成熟，长期处于主导变速器市场的地位，各方面技术经过长期市场考验，通过逐步积累，技术已经相当成熟。

2.手动变速器传动效率较高，理论上比自动变速器更省油。

3.手动变速器结构简单，制造工艺成熟，市场需求大，能够产生生产规模效益，生产成本低廉。

4.维修方便，维修成本便宜。

5.可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。

在市场经济形势下.特别是当前国家对汽车变速器产品还拿不出完整规划的情况下.寻求引进更先进的汽车变速器,改进现有的变速器,从市场广度开发转变为深度开发,使产品系列化,通用化,标准化.组织好精益生产,降低成本,提高产品质量,才能逐步缩短同世界先进技术水平的差距。

1.2变速器的现状和发展

从现代汽车变速器的市场状况和发展来看, 全世界的各大广商都对提高AT的性能及研制无级变速器CVT表现积极, 汽车业界非常重视CVT在汽车上的实用化进程。然而,因无级变速器技术难度很大, 发展相对较慢, 从而成为世界范围内尚未解决的难题之一。目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器、电控液力自动变速器、金属带链式无级变速器、电控机械式自动变速器、双离合器变速器及环形锥盘滚轮牵引式无级变速器等数种, 并具有各自优势, 但其中金属带式无级变速器前景看好。ECT变扭器中的自动变速器油在高速运动中, 由于油液分子间的内摩擦和油液分子与各工作轮叶片表面间的摩擦所消耗的部分能量及泵轮、涡轮窄隙处油液剪切等原因会产生油液温度升高造成功率损失, 存在传动效率低油耗较大的不足, 另外还存在结构复杂、成本高及维修难度大等较明显缺点。欧洲格特拉克变速箱公司开发的电控机械自动变速器则克服了AT效率低等缺点, 与AT相比, 具有更大的发展优势。可是, AMT依旧需要复杂的电控系统来控制。据该公司预测, 到2008年, 欧洲的50％的MT将会被AMT代替, 同时部分市场也将会被占领。

总之, 变速器是汽车除发动机外的主要装置之一, 伴随着汽车技术更新换代和市场需求，在向实现理想变速器发展过程中将会取得更加巨大的成就。变速器会应对市场要求朝操纵舒适、轻柔、传动效率高、低油耗、环保与低噪声方向发展, 汽车变速器市场的需求量将继续持续增长。

第2章系统分析

变速器的结构对汽车的动力性、燃油经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性，传动的平稳性与效率等都有直接的影响。采用优化设计方法对变速器与主减速器，以及变速器的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与燃油经济性；采用自锁及互锁装置、倒档安全装置，对接合齿采取倒锥齿侧（或越程接合、错位接合、齿厚减薄、台阶齿侧）等措施，以及其他结构措施，可使操纵可靠，不跳档、乱档、自行脱档和误挂倒档；采用同步器可使换挡轻便、无冲击及噪声；采用高齿、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低。降低噪声水平已成为提高变速器质量和设计、工艺水平的关键。

2.1变速器设计的基本要求：

1）保证汽车有必要的动力性和经济性。

2）设置空挡，用来切断发动机的动力传输。

3）设置倒挡，使汽车能变速倒退行驶。

4）设置动力输出装置。

5）换挡迅速、省力、方便。

6）工作可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。

7）变速器应有高的工作效率。

8）变速器的工作噪声低。

2.2变速器倒档传动与布置方案

变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。

固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。

两轴式变速器有结构简单、轮廓尺寸小、布置方便、中间挡位传动效率高和噪声低等优点。两轴式变速器不能设置直接挡，一挡速比不可能设计得很大。

图2-1为发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均用常啮合齿

轮的传动。

图2-1 变速器倒档传动方案

倒挡布置方案：

图2-2为常见的倒挡布置方案。图2-b方案的优点是倒挡利用了一挡齿轮，缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图2-c方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图2-d方案对2-c的缺点做了修改。图2-e所示方案是将一、倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2-f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，挡换更为轻便。

为了缩短变速器轴向长度，倒挡传动采用图2-g所示方案。缺点是一、倒挡各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。

max 0max max max

(cos sin )e gI T

r

T i i mg f mg r ηααψ≥+=图2-2 变速器倒档传动方案

综述以上，传动方案本设设计优先选用2—e 方案，倒档方案本设计。

第3章 系统设计

3.1 本设计的数据准备

3.2 档数和传动比

近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘用车一般用4~5

个档位的变速器。本设计也采用5个档位。

选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。

汽车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为

Gi

Gf r i i T r

T

g tq +≥η0

()

T

tq man r g i T f Gr i ηαα0max max 1sin cos +≥

式中：G —作用在汽车上的重力，G=mg ，m —汽车质量，g —重力加速度，

N mg G 16660==

N T T g tq 198m ax ==

τη—传动系效率，τη=0.95；

r r —车轮半径，r =0.35m ；

f —滚动阻力系数，干砂路面f （0.100～0.300）取150.0=f ；

i —坡度，i =16.7°。

97.295

.05.4198

)

7.16sin 16cos 150.0(35.0166601=??+*??≥g i ○

1

满足附着条件。

ψητ

21m ax G r i T r

g e ≤ 求得的变速器I 档传动比为： τ

ηψ0m ax 21i T r G i g r

g ≤

式中 G2----汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷； 在沥青混凝土干路面，ψ=0.5~0.6，取ψ=0.5

444.395

.05.419835

.05.08.917001=?????≤

ig ○

2 一般汽车各挡传动比大致符合如下关系

q

i i i i i i i i g g g g g g g g ==

=

=

5

44

33

22

1

式中：q —常数，也就是各挡之间的公比；

超速档的的传动比一般为0.7~0.8，本设计去五档传动比75.05=g i 因此，各挡的传动比为 =5g i 0.75，=1g i 3.2

即

437.1=q

所以各挡传动比与一挡传动比的关系为

2.31=g i 满足条件○1○2 所以 227.22=g i ，550.13=g i

079.14

=g i ,75.05=g i

5

4

433221g g g g g g g g i i i i i i i i ≥≥≥ （实际）

3.3 中心距

中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的强度。

初选中心距时，可根据下述经验公式：

31max g

e A i T K A η=

式中：A — 变速器中心距（mm ）；

A K — 中心距系数，商用车：A K =8.9～93；

max

e T — 发动机最大转矩（N.m ）；

1i — 变速器一挡传动比，1g i =3.2 ； g

η — 变速器传动效率，取96% ；

max

e T — 发动机最大转矩，m ax g T =198N.m 。 则:

31m ax g

e A i T K A η=

=396.02.3198)3.99.8(??～ =75.408～78.797（mm ） 初选中心距A =78mm 。

3.4 轴向尺寸

变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初

步确定。

轿车四档变速器壳体的轴向尺寸 3.0~3.4A 。货车变速器壳体的轴向尺寸与档数有关：

四档(2.2~2.7)A 五档(2.7~3.0)A 六档(3.2~3.5)A

当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数KA 应取给出系数的上限。为检测方便，A 取整。

本次设计采用5+1手动挡变速器，其壳体的轴向尺寸是3?78mm=234mm ，

变速器壳体的最终轴向尺寸应由变速器总图的结构尺寸链确定。

第4章系统实施

4.1模数的选用

齿轮模数选取的一般原则：

⑴为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；

⑵为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；

⑶从工艺方面考虑，各档齿轮应该选用一种模数；

⑷从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。

⑸对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；

⑹对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。

⑺低档齿轮选用大一些的模数，其它档位选用另一种模数

变速器用齿轮模数范围大致如下：微型和轻型轿车为2.25～2.75；中级轿车为2.75～3.0；重型货车为4.25～6.0。

啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。轿车和轻型货车取2~3.5，选取较小的模数值可使齿数增多，有利于换挡。

表4-1 汽车变速器齿轮法向模数

表4-2 汽车变速器常用齿轮模数

根据表4-1及4-2，一二档齿轮的模数定为3mm ，三四五档及倒档的模数定为2.75mm,啮合套和同步器的模数定为2.5mm 。

4.2 压力角α

国家规定的标准压力角为20°，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20°

4.3 螺旋角β

实验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。在齿轮选用大些的螺旋角

时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时，应力求使中间轴上同时工作的两对齿轮产生的轴向力平衡，以减小轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一样的。为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，可将螺旋角设计成一样的，或者仅取为两种螺旋角。

变速器螺旋角：23°

4.4 齿宽b

直齿m k b c =，c k 为齿宽系数，取为4.5～8.0，取7.0；

斜齿n c m k b =，c k 取为6.0～8.5，取7.0。 各挡齿轮齿数的分配

图4-3变速器传动示意图

1-一轴一挡齿轮 2-二轴一挡齿轮 3-一轴二档齿轮 4-二轴二挡齿轮 5-一轴轴三挡齿轮 6-二轴三挡齿轮 7-一轴四档齿轮 8-二轴四档齿轮

9-一轴五档齿轮10-二轴五档齿轮 11-一轴倒档 12-二轴倒档齿轮 13-倒档齿轮

如图4-3所示为变速器的传动示意图。在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。应该注意的是，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。

图4-4变为系数图

4.5 确定一挡齿轮的齿数

取模数n m =3mm 螺旋角?=23β 齿宽系数7=kc

n m A z z βcos 221=

+

2.311

2

==g i z z ∴z1=11 z2=35

mm m z z A n 958.7423

cos 275

.2)3511(cos 2)(21,=??+=+=

β

对一挡齿轮进行角度变位： 分度圆压力角

βααcos /tan tan n t = 即 o t

57.21=α

端面啮合角 t t A a ααcos cos ,,

==57.21cos 78

958

.74

即 ,

α=26.65°

U=

12z z =11

35=3.182 变位系数之和 查表得∑ξη=0.35

40.01=n ξ 5.02-=n ξ

47.0359

.7678'=-=-=

n n m A A y

12

.047.035.0-=-=-=?∑n n y n y ξ

分度圆直径: mm z m d n 85.35cos 1

1==

β

β

cos 2

2z m d n =

=mm 327.117 节圆直径 mm 511.3622

11

1=+='Z Z AZ d

mm 489.11922

11

2=+=

'Z Z AZ d

齿顶高 n

n n a a m y h d h )(21*

11?-++=ξ

=35.85+2(+0.40+0.12)3.819mm

n

n n a a m y h d h )(22*

22?-++=ξ

=2.469mm

齿根高 n

n n a f m c h h )(1*

*1ξ-+=

=2.550mm

n

n n a f m c h h )(2*

*2ξ-+=

=3.900mm 全齿高 h1=ha1+hf1=6.069mm 齿顶圆直径 da1=d1+2ha1=43.488mm da2=d2+2ha2=115.747mm 齿根圆直径 df1=d1-2hf1=30.750mm df2=d2-2hf2=103.009mm 当量齿数 1n z =3

1

cos βz =14.103

2n z =

3

1

cos β

z =44.873

结论

本次设计的是汽车变速器部分。变速器是车辆不可缺少的一部分，其中机械式变速箱设计发展到今天，其技术已经成熟，但对于我们即将踏出校门的学生来说，其中的设计理念还是很值得我们去探讨和学习的。

对于本次设计的变速箱来说，其特点是：扭矩变化范围大可以满足不同的工况要求，结构简单，易于生产、使用和维修，价格低廉，而且采用同步器挂挡，可以使变速器挂挡平稳，噪声降低，轮齿不易损坏。在设计中采用了五档手动变速器，通过较大的变速器传动比变化范围，可以满足汽车在不同的工况下的要求，从而达到其经济性和动力性的要求；变速器挂档时用结合套，虽然增加了成本，但是使汽车变速器操纵舒适度增加，齿轮传动更平稳。实用性和经济性，在各部件的设计要求上都采用的比较开放，因此，安全系数不高，这一点是本次设计的不理想之处。但是，在以后的工作和学习中，我会继续学习和研究变速器技术，以求设计更加合理和经济。

紧张忙碌的毕业设计已经接近尾声，这次设计是对我大学学习的一次综合的检验，更是一次综合的学习过程。毕业设计不仅使我学习和巩固了专业课知识而且了解了不少相关专业的知识，个人能力得到很大提高。同时也锻炼了与人协作的精神，为以后我踏入社会工作打下了良好的基础。

参考文献

[期刊文献]：作者、文章题目、刊名、年份、卷期、引用页码。[图书文献]：作者、书名、出版单位、出版年份、版次、引用页码。

附录

附录不是必须的，但是可以作为论文主体的补充项目，可以列入其它详尽的信息、研究方法和技术等，也可以列入不便于编入正文的珍贵资料和某些重要的原始数据等等。

致谢

在论文之后，可以对相关组织和个人给予记述和表示感谢。可以包括资助研究工作的基金、单位或个人，协助完成工作或提供帮助、便利条件的组织和个人，给予转载和引用权的资料、图片、文献等的所有者等等。