河北农业大学汽车设计结课设计最后成果.doc

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1、汽车设计结课论文 机电工程学院 机械设计及自动化1002班 目录第一 设计要求 1第二 设计方案大致确定 1第三 前言基础知识 5第四 大体设计过程 6第五 变速器及主要参数的选择 14第六变速器齿轮的强度计算与材料选择22第七 速器同步器与操纵机构的设计 22第八 总结 26一 设计要求：l 整车大致尺寸尺4300mm*1800mm*1500mml 轴数：4l 轴距：2600mml 要求座位数：五座l 发动机功率：120马力l 公路行驶最高车速：190km/hl 0-100km/h加速时间：12s二 设计方案大致确定1.发动机功率设计要求发动机功率为120马力，查资料可得1kw=1.36马力

2、，所以可以确定该车的功率约为88kw，从功率可以看出该车动力性能并不是相当出色，所以其最高车速为190km/h基本符合要求。2百公里加速时间该车百公里加速时间为12s，说明该车爆发力算上中上等，通过网上查资料基本可以确定该车的扭矩在120-140N*M之间。3整车大致尺寸从整车大致尺寸可以得到该车不可能是suv，因为suv车的高度在1700mm左右。而且该车轴距和长度较短可以确定该车基本为两厢车家用型轿车。通过筛选得到基本车型：丰田卡罗拉1.6gt 5mt大众朗行1.6风尚 5mt标志207cc时尚 6at日产骊威1.6xv cvt通过自己选择确定本人选择大众朗行作为设计对象大众朗行参数具体如

3、下：基本性能百公里等速油耗4.90L驱动方式前轮驱动乘员人数（含司机）5人整备质量1235kg最高车速188km/h百公里等速油耗速度90km/h车身结构车门数5车身型式两厢外部尺寸长4454mm宽1765mm高1460mm轴距2610mm内部尺寸行李箱容积412L燃油燃油箱容积55L燃料类型汽油供油方式多点电喷型号EA211排量1598mL最大功率81kW最大功率转速5800r/min(rpm)最大扭矩155Nm最大扭矩转速3800r/min(rpm)气缸排列型式L型发动机位置前置进气型式自然吸气凸轮轴双顶置凸轮(DOHC)汽缸数4个每缸气门数4个缸体材料铝合金缸盖材料铝合金环保标准国4,京

4、5底盘操控转向助力电子液压变速器型式手动前进挡数5前制动类型通风盘后制动类型盘式前悬挂类型麦弗逊式独立悬架后悬挂类型复合扭转梁式半独立悬架轮毂材料铝合金前轮胎规格195/65 R15后轮胎规格195/65 R15三 前言及基础知识一、MT手动变速箱MT的英文全称是manual transmission。中文意思是手动变速器，也称手动挡。即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，方可拨得动变速杆。如果驾驶者技术好，装手动变速器的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。MT变速箱是目前使用主广泛的变速器。未来手动变速箱的发展趋势是档位不断提高，以

5、使发动机的转矩和转速更好地匹配汽车复杂的工况需求。二、AT自动变速箱AT的英文全称是automatic transmission自动变速箱是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。目前国内市场大多数自动变速档变速箱使用的都是AT变速箱。一般来说，自动变速器的挡位分为P、R、N、D、2、1或L等。三、AMT机械式自动变速箱AMT的英文全称是automated mechanical transmission。中文意思是机械式自动变速箱。AMT可以看成是自动的手动

6、变速箱AMT变速箱，是在通常的手动变速箱和离合器上配备一套电子控制的液压操纵系统，以达到自动切换档位目的的机构。其实就是在手动变速器，也就是齿轮式机械变速器（MT）的原有基础上加装了微机控制的自动操纵系统，以此改变原来的手动操作系统。因此AMT实际上是由一个机器人系统来完成操作离合器和选挡的两个动作，其核心技术是微机系统，电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。四、DCT双离合器变速箱DCT的英文全称是double clutch transmission.中文意思是双离合器变速箱。也有人称之为DSG（Direct-Shift Gearbox），中文表面意思为“直接换挡变速器”。大众汽车

7、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。 新一代DCT变速器采用了双离合器和6个前进档的传统齿轮变速器作为动力的传送部件，主要与高扭矩的发动机配合使用。五、CVT机械式无级变速器CVT 的英文全称是Continuous Variable Transmission，中文意思是“机械式无级变速器”。CVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷：功率有限(转矩局限于135Nm以下)，离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较

8、大，因而没有被汽车行业普遍接受。四 大体设计过程变速器的功用及设计要求变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，又称变速箱。它作为汽车动力系统重要的组成部分，主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同需求。此外，变速器还用于使汽车能倒退行驶和在起动发动机以及汽车滑行或停车时使发动机与传动系保持分离；必要时还应有动力输出功能变速器总体设计要求应该满足下面几点： 保证汽车有必要的动力性和经济性 设置空档，用来切断动力 设置倒档，使汽车能倒退行驶 设置动力输出装置，需要时能进行功率输出 换档

9、迅速、省力、方便 工作可靠，无跳档、乱档、换档冲击现象 传动效率要高 工作噪声低 轮廓尺寸和质量小，成本低，维修方便三轴式变速器与两轴式变速器现代汽车大多都采用三轴式变速器。以下是三轴式和两轴式变速器的传动方案。两轴式变速器与中间轴式变速器相比较：输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反；轴和轴承数少，结构简单，轮廓尺寸小，易布置；中间挡位传动效率高，噪声低；不能设置直接挡，高挡工作噪声大，易损坏；受结构限制，一挡速比不可能设计得很大；多用于FF布置形式。两轴式传动方案布置情况如上图中间轴式变速器特点使用直接挡时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，传动效率高，噪声低，磨损少，寿命提高；中间挡位可以获得

10、较大的传动比；高挡齿轮采用常啮合齿轮传动，低挡齿轮可以不采用常啮合齿轮传动；除一挡以外的其它挡位，换挡机构多采用同步器或啮合套换挡；有的一挡也采用同步器或啮合套换挡；各挡同步器或啮合套多设置在第二轴上。 三轴5挡式变速器的布置形式如上图（因该车实际设计中选用5轴挡变速器所以此处直接显示5挡变速结构图）由于本设计的汽车是发动机前置，后轮驱动，因此采用三轴式变速器。变速器主传动方案的比较a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。b、c、d所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图2-3d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，

11、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，形成一个只有四个前进档的变速器. 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。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。倒档的布置方案:a倒挡齿轮同时与两个齿轮进入啮合；齿轮应力状态差。b倒挡双联齿轮同时与两个齿轮进入啮合；齿轮应力状态得到改善；能够获得较大的倒挡传动比 ；但两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。 a图b图c滑动二轴一档齿轮进行换挡 能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。d换档的方向不同对前者的缺点做了修改，

12、因而经常在货车变速器中使用。 c图 d图e中间轴上一、倒挡齿轮做成一体，齿宽加长 ；是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。f全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更轻便适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。e图 f图综合考虑，本次设计采用图f所示方案的倒档换档方式。变速器主要零件的结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式等因素。齿轮型式齿轮形式有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮具体比较如下图直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。但是，在本设计中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动

13、方案，即除一档外，均采用斜齿轮传动。换档结构型式换挡形式有如下三种并进行比较：本设计实际采用同步器换挡，为了更符合汽车设计要求在本设计中所采用的是锁环式同步器。轴承型式变速器轴承要求：结构紧凑、尺寸小，否则布置困难；载荷变化大，工作时间长，要能承受高负荷，而且容量足够大；有些轴承还要能承受轴向力。为了满足设计要求在本设计中，第一轴常啮合齿轮及第二轴上齿轮由于内腔尺寸较小，所以采用滚针轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承按直径系列选用深沟球轴承或圆柱滚子轴承。中间轴前、后轴承采用圆锥滚子轴承。传动方案的最终设计通过对变速器型式、传动机构方案及主要零件结构方案的分析与选择，并根据设计任务与要求，最

14、终确定的传动方案如下图所示。其传动路线：1档：一轴12中间轴1099、11间同步器二轴输出2档：一轴12中间轴875、7间同步器二轴输出3档：一轴12中间轴655、7间同步器二轴输出4档：为直接档，即一轴11、3间同步器二轴输出5档：一轴12中间轴431、3间同步器二轴输出倒档：一轴12中间轴1213119、11间同步器二轴输出五 变速器主要参数的选择档位数和传动比挡数的选择：首先增加挡数，可以改善汽车的动力性、燃油经济性和平均车速；在传动比范围不变的条件下，挡数增加会使相邻挡位之间的传动比比值减小，使换挡容易；要求相邻挡位传动比比值在1.8以下，该值越小换挡越容易；其次高挡区相邻挡位之间的传

15、动比比值，要比低挡区的小。 但挡数增多，将使结构复杂，轮廓尺寸和质量加大，换挡频率增高将增加换挡难度。乘用车45个挡位，排量大用5挡；再次货车装载量2.03.5t（5挡），4.08.0t（6挡）；所以本设计也采用应该采用5个档位。变速器调速范围：变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。最高挡传动比是1.0（直接挡）或0.70.8（超速挡）；最低挡传动比选取的影响因素有:汽车最大爬坡能力；驱动轮与路面间的附着力；主减速比；驱动轮的滚动半径；汽车的最低稳定行驶车速。动比范围：乘用车：3.04.5；轻型商用车：5.08.0；其它商用车辆更大由参考资料（该车实际传动比）选择可以得到ig1 =3.85；

16、ig2=2.55 ；ig3=1.69；ig4 =1；ig5=0.75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。三轴式变速器的中心距A，可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式进行初选根据经验公式初选中心距：KA为中心距系数（乘用车8.99.3；商用车8.69.6；多挡变速器=9.511.0）；Temax（Nm）；变速器传动效率g取96%。乘用车变速器中心距的确定可以根据发动机排量进行初选。排量越大，中心距越大。中心距的范围（为了检测方便，中心距A最好取为整数） 乘用车：6580mm商用车：80170mm；总质量小，则中心距也小故可得出初始中心距A=78mm。

17、齿轮模数齿轮模数选取的一般原则：1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。 对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；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。所选模数值应符合国家标准的规定。模数模数的选用范围（mm）根据汽车实际齿轮的参数本设计选择第一轴常啮合斜齿轮的法向模数mn=2.5一档直齿轮的模数m=3同步器和啮合套的接合大都采用渐开线齿形。变速器中齿轮上的花键和结合套模数取2.5。齿形、压力角、螺旋角和齿宽b压力角：是指齿

18、轮在啮合点所受正压力方向与该点速度方向所形成的锐角。压力角选取的影响因素：根据本车实际设计要求在本设计中变速器齿轮压力角取20,啮合套或同步器取30。螺旋角选取影响因素应该注意的是选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上是轴向力相互抵消。为此，中间轴上的全部齿轮一律去右旋，而第一轴和第二轴上的的斜齿轮去左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。齿宽b影响因素齿宽b选取范围 考虑上述两个表的综合影响通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽：直齿 b=(4.58.0)m，mm斜齿 b=(6.08.5)m，mm第一轴常啮合齿轮副齿宽的系数值可取大一些，使接触线长度增加，接触应力降低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。齿轮的

19、变位系数变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数的和为零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度想接近的程度。高度变位齿轮副的缺点是不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。变位系数的选择原则 ：1）对于高档齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。2）对于低档齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。 3）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，噪声要小一些

20、。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着档位的降低，总变位系数应该逐档增大。一、二档和倒档齿轮，应该选用较大的值。各档传动比及其齿轮齿数的确定确定一档齿轮的齿数一档传动比 （1）为了确定Z9和Z10的齿数，先求其齿数和： （2）其中 A =77.08mm、m =3；故有。选择齿轮的齿数时应注意最好不使相配齿轮的齿数和为偶数，以减少因大、小齿轮的齿数间有公约数的机会，否则会引起齿面的不均匀磨损。则取=51。当轿车三轴式的变速器时，则，此处取=16，则可得出=35。上面根据初选的A及m计算出的可能不是整数，将其调整为整数后，从式（

21、2）看出中心距有了变化，这时应从及齿轮变位系数反过来计算中心距A，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。这里修正为51，则根据式（2）反推出A=76.5mm。确定常啮合齿轮副的齿数由式（1）求出常啮合齿轮的传动比 （3）由已知数据可得： 而常啮合齿轮的中心距与一档齿轮的中心距相等，且斜齿轮中心距 （4）由此可得： （5）根据已知数据可计算出：。联立方程式可得：=19、=34。则根据式（1）可计算出一档实际传动比为 。 确定其他档位的齿数二档传动比 （6）而故有：，对于斜齿轮： （7）故有： 联立方程式得：。按同样的方法可分别计算出：三档齿轮 ；五档齿轮 。确定倒档齿轮的齿数一般情况下，倒档

22、传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档传动比取3.7。中间轴上倒档传动齿轮的齿数比一档主动齿轮10略小，取。而通常情况下，倒档轴齿轮取2123，此处取=23。由 （8）可计算出。因本设计倒档齿轮也是斜齿轮，故可得出中间轴与倒档轴的中心距 而倒档轴与第二轴的中心距六 变速器齿轮的强度计算与材料选择(略)七 变速器同步器与操纵机构的设计6.1同步器设计在前面已经说明，本设计所采用的同步器类型为锁环式同步器，其结构如下图所示： 1、9-变速器齿轮 2-滚针轴承 3、8-结合齿圈 4、7-锁环（同步环） 5-弹簧 6-定位销 10-花键毂 11-结合套锁环式同步器工作原理换挡时啮合套带动滑块和锁环

23、移动，锁环锥面与齿轮锥面接触锥面上的摩擦力矩使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，锁止面相抵触，同步器处于锁止状态；摩擦力矩使齿轮与锁环迅速同步，期间摩擦力矩总是大于拨环力矩，防止挂档；同步后摩擦力矩消失，拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，解除锁止状态，完成同步换挡。同步器主要参数的确定1、摩擦因数f为了获得较大的摩擦力矩，要求材料的摩擦因数大而且性能稳定，锁环常选用黄铜合金（如：锰黄铜）制造；黄铜合金钢材摩擦副在油中工作的摩擦因数取为0.1； 对锥面的表面粗糙度要求较高，保证在使用过程中摩擦因数变化小；摩擦因数大，则换挡省力或同步时间缩短；在同步环锥面处制有破坏油膜的细牙螺纹槽及泄油槽，以保证

24、摩擦面之间有足够的摩擦因数。本设计选择锰黄铜合金同步环锥面螺纹槽的尺寸螺纹槽顶部窄一些，则刮油效果好；但过窄会使磨损加快，摩擦系数降低，换挡费力；螺纹槽大一些，便于储存刮下来的油，但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。轴向泄油槽通常为612个，槽宽34mm轻、中型汽车总质量大些的货车二、同步器主要参数的确定锥面半锥角越小，摩擦力矩越大；但过小则摩擦锥面将产生自锁现象；避免自锁的条件是tgf 。一般取=68。但在锥面的表面粗糙度控制不严时，则有粘着和咬住的倾向；在=7时就很少出现咬住现象。本次设计中采用的锥角均为取7。摩擦锥面平均半径RR越大，则摩擦力矩越大；原则上是在可能的条件下，尽可能将

25、R取大些；R会受到中心距A和相关零件尺寸（如：同步环径向厚度）和布置的限制，本次设计中采用的R为5060mm。锥面工作长度bb小，可缩短变速器轴向长度，但减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。p摩擦面的许用压力Mm摩擦力矩同步环径向厚度受结构布置的限制（中心距A、锥面平均半径R等）不易取厚，但必须保证同步环有足够的强度；乘用车同步环厚度较小，选用锰黄铜等材料采用锻造工艺加工，能提高材料的屈服强度和疲劳寿命；货车同步环用铝黄铜等材料压铸加工；钢钼摩擦副（钢或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀一层钼）比铜环的强度高、耐磨损；因此以钢质为基体的同步环不仅可以节约铜，还可以提高同步环的强度。本设计

26、中同步器径向宽度取10.5mm。锁止角正确选择，可以保证只有在同步时才能进行换挡；选取的影响因素：f、R、和锁止面平均半径r，在26 42范围内变化。本次设计锁止角取。同步时间同步时间：越短越好影响因素同步器的结构尺寸；转动惯量；接合零件的角速度差；摩擦锥面上的轴向力：轴向力与作用在变速杆手柄上的力有关，不同车型要求作用到手柄上的力也不相同。同步时间可以在下面参考范围内选取乘用车：高挡0.150.30s，低挡0.500.80s；货车：高挡0.300.80s，低挡1.001.50s。变速器的操纵机构（略写）一、操纵机构的功用和组成根据汽车使用条件的需要完成选挡、换挡或退到空挡。由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及安全装置组成。二、操纵机构的设计要求换档只能挂入一个档位；换档后保证齿轮在全齿长上啮合；防止自动脱档，自动挂档；防止误挂倒档；换档轻便。总结汽车设计论文终于告一段落了，这是对我在课上学习的知识的一次综合性的检验。其间，我学到了不少东西，也发现了很多的不足之处。在面对一项比较大的任务时，做好规划和时间安排是很重要的。并且要懂得运用网络这个平台，懂得对知识的综合应用。感谢老师提供的课件对我完成这次汽车设计的结课设计提供很大帮助，感谢网上一些前辈的论文让我对变速器的设计有了初步的构想。 由于我水平有限，设计中难免有错误和不足之处，敬请老师们批评指正。