商用汽車變速器設(shè)計2(課程設(shè)計),商用,汽車,變速器,設(shè)計,課程設(shè)計
本科課程設(shè)計說明書
題目:汽車設(shè)計課程設(shè)計
——變速器設(shè)計
學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院
班 級 09級車輛3班
指導(dǎo)教師 趙克剛
學(xué)生姓名 鄭振群
學(xué) 號 200930081500
提交日期 2012年07月 06日
《車輛工程專業(yè)課程設(shè)計》設(shè)計任務(wù)書
機(jī)械與汽車學(xué)院 班級 姓名
一.設(shè)計任務(wù):商用汽車變速器設(shè)計(I)
二.基本參數(shù):協(xié)助同組總體設(shè)計同學(xué)完成車輛性能計算后確定
三.設(shè)計內(nèi)容
主要進(jìn)行變速器總成設(shè)計,設(shè)計的內(nèi)容包括:
1.查閱資料、調(diào)查研究、制定設(shè)計原則
2.根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)(發(fā)動機(jī)最大力矩,傳動系傳動比,驅(qū)動輪類型與規(guī)格,汽車總質(zhì)量和使用工況),選擇變速器總成的傳動方案及零部件方案,協(xié)同設(shè)計完成一套完整的變速器裝置,設(shè)計過程中要進(jìn)行必要的計算。
3.變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要技術(shù)參數(shù)的確定
(1)主要參數(shù)的選擇和計算
中心距,外形尺寸,檔位數(shù)(不少于5擋),各擋齒數(shù)等
(2)輸入軸(一軸)及輸出軸(二軸)主要零部件的設(shè)計與計算
齒輪強(qiáng)度計算,軸的強(qiáng)度計算,
3.結(jié)合同組“商用汽車變速器設(shè)計(II)”設(shè)計結(jié)果,繪制變速器裝配圖及主要零部件的零件圖
四.設(shè)計要求
1.變速器總成的裝配圖,1號圖紙一張。
裝配圖要求表達(dá)清楚各部件之間的裝配關(guān)系,標(biāo)注出總體尺寸,配合關(guān)系及其它需要標(biāo)注的尺寸,在技術(shù)要求部分應(yīng)寫出總成的調(diào)整方法和裝配要求。
2.主要零部件的零件圖,3號圖紙4張。
要求零件形狀表達(dá)清楚、尺寸標(biāo)注完整,有必要的尺寸公差和形位公差。在技術(shù)要求應(yīng)標(biāo)明對零件毛胚的要求,材料的熱處理方法、標(biāo)明處理方法及其它特殊要求。
3.編寫設(shè)計說明書。
五.設(shè)計進(jìn)度與時間安排
本課程設(shè)計為3周
1.明確任務(wù),分析有關(guān)原始資料,復(fù)習(xí)有關(guān)講課內(nèi)容及熟悉參考資料0.5周。
2.設(shè)計計算 1.0周
3.繪圖 1.0周
4.編寫說明書、答辯 0.5周
六、主要參考文獻(xiàn)
1.成大先 機(jī)械設(shè)計手冊(第三版)
2.汽車工程手冊???? 機(jī)械工業(yè)出版社
3.陳家瑞 汽車構(gòu)造(下冊) 人民交通出版社
4.王望予 汽車設(shè)計?????機(jī)械工業(yè)出版社
5.余志生 汽車?yán)碚???? 機(jī)械工業(yè)出版社
七.注意事項(xiàng)
(1)為保證設(shè)計進(jìn)度及質(zhì)量,設(shè)計方案的確定、設(shè)計計算的結(jié)果等必須取得指導(dǎo)教師的認(rèn)可,尤其在繪制裝配圖前,設(shè)計方案應(yīng)由指導(dǎo)教師審閱。圖面要清晰干凈;尺寸標(biāo)注正確。
(2)編寫設(shè)計說明書時,必須條理清楚,語言通達(dá),圖表、公式及其標(biāo)注要清晰明確,對重點(diǎn)部分,應(yīng)有分析論證,要能反應(yīng)出學(xué)生獨(dú)立工作和解決問題的能力。
(3)獨(dú)立完成圖紙的設(shè)計和設(shè)計說明書的編寫,若發(fā)現(xiàn)抄襲或雷同按不及格處理。
八.成績評定
出勤情況(20%)
設(shè)計方案與性能計算(40%)
圖紙質(zhì)量(20%)
說明書質(zhì)量(20%)
評 語
總 成 績
指導(dǎo)教師
注意:此任務(wù)書要妥善保管,最后要裝訂在設(shè)計說明書的第一頁。
目錄
概 述 4
中間軸式變速器設(shè)計 5
一、 傳動方案和零部件方案的確定 5
[1] 傳動方案初步確定 5
[2] 零部件結(jié)構(gòu)方案 6
二、 主要參數(shù)的選擇和計算 7
[1] 先確定最小傳動比 7
[2] 確定最大傳動比 8
[3] 擋位數(shù)確定 10
[4] 中心距A 10
[5] 外形尺寸設(shè)計 11
[6] 齒輪參數(shù) 11
三、 輪齒設(shè)計計算 16
[1] 齒輪彎曲強(qiáng)度計算 16
[2] 輪齒接觸應(yīng)力 20
四、 軸的設(shè)計計算 24
[1] 軸的結(jié)構(gòu) 24
[2] 確定軸的尺寸 24
[3] 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 25
參考文獻(xiàn) 32
概 述
變速器的功用是根據(jù)汽車在不同的行駛條件下提出的要求,改變發(fā)動機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速,使汽車具有適合的牽引力和速度,并同時保持發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證汽車倒車以及使發(fā)動機(jī)和傳動系能夠分離,變速器具有倒擋和空擋。在有動力輸出需要時,還應(yīng)有功率輸出裝置。
對變速器的主要要求是:
1.應(yīng)保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計時,根據(jù)汽車載重量、發(fā)動機(jī)參數(shù)及汽車使用要求,選擇合理的變速器擋數(shù)及傳動比,來滿足這一要求。
2.工作可靠,操縱輕便。汽車在行駛過程中,變速器內(nèi)不應(yīng)有自動跳擋、亂擋、換擋沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度,提高行駛安全性,操縱輕便的要求日益顯得重要,這可通過采用同步器和預(yù)選氣動換擋或自動、半自動換擋來實(shí)現(xiàn)。
3.重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì)鋼材,采用合理的熱處理,設(shè)計合適的齒形,提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。
4.傳動效率高。為減小齒輪的嚙合損失,應(yīng)有直接擋。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量,采用適當(dāng)?shù)臐櫥投伎梢蕴岣邆鲃有省?
5.噪聲小。采用斜齒輪傳動及選擇合理的變位系數(shù),提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。
中間軸式變速器設(shè)計
一、 傳動方案和零部件方案的確定
作為一輛前置后輪驅(qū)動的貨車,毫無疑問該選用中間軸式多擋機(jī)械式變速器。中間軸式變速器傳動方案的共同特點(diǎn)如下:
(1) 設(shè)有直接擋;
(2) 1擋有較大的傳動比;
(3) 擋位高的齒輪采用常嚙合傳動,擋位低的齒輪(1擋)可以采用 或不采用常嚙合齒輪傳動;
(4) 除1擋外,其他擋位采用同步器或嚙合套換擋;
(5) 除直接擋外,其他擋位工作時的傳動效率略低。
[1] 傳動方案初步確定
(1)變速器第一軸后端與常嚙合主動齒輪做成一體,第2軸前端經(jīng)滾針軸承支撐在第1軸后端的孔內(nèi),且保持兩軸軸線在同一條直線上,經(jīng)同步器將它們連接后可得到直接擋。擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動,1擋采用滑動直齒齒輪傳動。
(2)倒擋利用率不高,而且都是在停車后再掛入倒擋,因此可以采用支持滑動齒輪作為換擋方式。倒擋齒輪采用聯(lián)體齒輪,避免中間齒輪在最不利的正負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作,提高壽命,并使倒擋傳動比有所增加,倒擋的輸出軸從動齒輪與1擋的輸出軸從動齒輪相同。
圖1 中間軸式五擋變速器傳動方案
根據(jù)以上要求,選擇圖1-a方案作為本設(shè)計的中間軸式五擋變速器的傳動方案。
[2] 零部件結(jié)構(gòu)方案
1.齒輪形式
齒輪形式有直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪。兩者相比較,斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、工作時噪聲低的優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜,工作時有軸向力。
變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。
2.換擋機(jī)構(gòu)形式
此變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動齒輪和同步器換擋兩種形式。
采用軸向滑動直齒齒輪換擋,會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊,齒輪端部磨損加劇并過早損壞,并伴有噪聲,不宜用于高擋位。為簡化機(jī)構(gòu),降低成本,此變速器1擋、倒擋采用此種方式。
使用同步器能保證換擋迅速、無沖擊、無噪聲,得到廣泛應(yīng)用。雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大,但為了降低駕駛員工作強(qiáng)度,降低操作難度,2擋以上都采用同步器換擋。
3.變速器軸承
變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動軸套等。
變速器第1軸、第2軸的后部軸承以及中間軸前、后軸承,按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。中間軸上齒輪工作時產(chǎn)生的軸向力,原則上由前或后軸承來承受都可以;但當(dāng)在殼體前端面布置軸承蓋有困難的時候,必須由后端軸承承受軸向力,前端采用圓柱滾子軸承承受徑向力。滾針軸承、滑動軸套用于齒輪與軸不固定連接,有相對轉(zhuǎn)動的地方,比如高擋區(qū)域同步器換擋的第2軸齒輪和第2軸的連接,由于滾針軸承滾動摩擦損失小,傳動效率高,徑向配合間隙小,定位及運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,有利于齒輪嚙合,在不影響齒輪結(jié)構(gòu)的情況下,應(yīng)盡量使用滾針軸承。
二、 主要參數(shù)的選擇和計算
目前,貨車變速器采用4~5個擋或多擋,多擋變速器多用于重型貨車和越野汽車。因此擋位數(shù)大致在4~5個,需要通過計算傳動比范圍后最后確定。
[1] 先確定最小傳動比
傳動系最小傳動比可由變速器最小傳動比ig和主減速器傳動比i0的乘積來表示
itmin=igmini0 3-1
通常變速器最小傳動比igmin取決于傳動系最小傳動比it0和主減速器傳動比i0,而根據(jù)汽車?yán)碚?,汽車最高車速時變速器傳動比最小,則根據(jù)公式
ua=0.377rnigmini0 3-2
式中:ua為汽車行駛速度,km/h; n為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min; r為車輪半徑,m; igmin特指為最高擋傳動比。
可得
itmin=0.377rnvuamax 3-3
指最高車速時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速,一般=(09~1.1),其中為發(fā)動機(jī)最大功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速,本車取=3800r/min , r/min
中型車輪胎尺寸根據(jù)GB/T 19047-2003《增強(qiáng)型載重汽車輪胎系列》可選用后輪9.0R20型號,負(fù)荷下靜半徑為471mm。汽車給定的最大車速為95km/h,
后經(jīng)過主減速器校核修正之后得到
另外,為了滿足足夠的動力性,還需要校核最高擋動力因數(shù)D0max。一般汽車直接擋或最高擋動力因數(shù)取值范圍如下表所示
動力因數(shù)取值
中型貨車
微型貨車
轎車
0.04~0.08
0.08~0.1
0.1~0.2
本設(shè)計中取D0max=0.05,最小傳動比與最高擋動力因數(shù)D0max有如下關(guān)系
D0max = TtqmaxitminηtrG-CDAuat221.15G 3-4
式中:uat為直接擋或最高擋時,發(fā)動機(jī)發(fā)出最大扭矩時的最大車速,km/h,此時可近似取uat=uamax。
其它參數(shù)見下表。
參數(shù)說明
ηt
Ttqmax(N.m)
最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)轉(zhuǎn)速(r/min)
空氣阻力系數(shù)CD
迎風(fēng)面積A(m^2)
uamax(km/h)
0.9
366.5
2037
0.6
4.234
95
根據(jù)3-4式可得itmin=8.85>6.86,從滿足最高擋動力因數(shù)兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性,取傳動系最小傳動比為itmin=6.86。若按直接擋igmin=1,則i0=6.86該車采用單級主減速器,主減速器傳動比i0≤7,滿足要求。
[2] 確定最大傳動比
確定傳動系最大傳動比,要考慮三方面問題,最大爬坡度或1擋最大動力因數(shù)D0max、附著力和汽車最低穩(wěn)定車速。傳動系的最大傳動比通常是變速器1擋傳動比ig1與主減速器傳動比i0的乘積,即
itmax=ig1i0 3-5
當(dāng)汽車爬坡時車速很低,可以忽略空氣阻力,汽車的最大驅(qū)動力應(yīng)為
Ftmax=Ff+Fimax 3-6
各表達(dá)式展開為
Ttqmaxitminηtr=Gfcosαmax+Gsinαmax 3-7
則
ig1≥G(fcosαmax+sinαmax)rTtqmaxi0ηt 3-8
各參數(shù)見下表
計算參數(shù)表
ηt
f
i0
r(m)
ma(kg)
Ttqmax(N.m)
αmax
0.9
0.02
6.75
0.471
10440
366.5
16°7'(30%)
代入3-8式計算可得ig1≥6.6。
1擋傳動比還應(yīng)滿足附著條件
Ftmax=Ttqmaxig1i0ηtr≤Fφ 3-9
對于后輪驅(qū)動汽車,最大附著力有如下公式
Fφ=FZ2φ=G2φ=m2gφ 3-10
式中:m2為后軸質(zhì)量,m2=66.4%ma,取φ=0.8
將式3-10代入式3-9求得
ig1≤m2gφrTtqmaxi0ηt=11.5
取ig1=6.8。此時校核的最大爬坡度為31%,即 。因此,變速器傳動比范圍是1~6.8,傳動系最大傳動比itmax=46。
[3] 擋位數(shù)確定
增加變速器擋位數(shù)能夠改善汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。擋位數(shù)越多,變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,使輪廓尺寸和質(zhì)量加大,而且在使用時換擋頻率也增高。
在最低擋傳動比不變的情況下,增加變速器的擋位數(shù)會使變速器相鄰的低擋和高擋之間的傳動比比值減小,使換擋工作容易進(jìn)行。在確定汽車最大和最小傳動比之后,應(yīng)該確定中間各擋的傳動比。實(shí)際上,汽車傳動系各擋傳動比大體上是按照等比級數(shù)分配的。
此貨車暫定擋位數(shù)為5,則相鄰擋位傳動比的比值為
Q=4ig1=46.8=1.615<1.8
一般擋數(shù)選擇要求如下:
1) 為了減小換擋難度,相鄰擋位之間的傳動比比值在1.8以下。
2) 高擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動比比值要比抵擋相鄰擋位之間的比值小。
滿足要求,確定擋位數(shù)為5,則ig1=6.86,ig2=q3=4.21,ig3=q2=2.61,ig4=q=1.61,ig5=1。
[4] 中心距A
對于中間軸式變速器,中間軸與第2軸之間的距離稱為變速器中心距A。變速器中心距是一個基本參數(shù),對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小、齒輪的接觸強(qiáng)度都有影響。
中心距越小,齒輪的接觸應(yīng)力越大,齒輪的壽命越短。因此,最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來確定。
初選中心距A時,可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計算
A=KA3Temaxig1ηg 3-11
式中:KA為中心距系數(shù),貨車為8.6~9.6;Temax為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,N.m;ig1為變速器1擋傳動比;ηg為變速器傳動效率,取96%。
貨車的變速器中心距在80~170mm范圍內(nèi)變化。對于本輕型貨車,可取KA=9.0,其余取值按照已有參數(shù)計算3-11式可得A≈120.37mm。
[5] 外形尺寸設(shè)計
貨車變速器殼體的軸向尺寸與擋數(shù)有關(guān),5擋為(2.7~3)A。當(dāng)變速器選用的常嚙合齒輪對數(shù)和同步器多時,應(yīng)取給出范圍的上限。
本車5擋變速器殼體的軸向尺寸取3A,取整得L=361mm。
[6] 齒輪參數(shù)
1.模數(shù)的選取
齒輪模數(shù)選取的一般原則如下
1)為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù),同時增加齒寬;
2)為使質(zhì)量小些,應(yīng)該增加模數(shù),同時減少齒寬;
3)從工藝方面考慮,各擋齒輪應(yīng)該選用同一種模數(shù);
4)從強(qiáng)度方面考慮,各擋齒輪應(yīng)該選用不同模數(shù);
5)對于貨車,減少質(zhì)量比減小噪聲更加重要,因此模數(shù)應(yīng)該選得大一些;
6)低擋齒輪選用大一些的模數(shù),其他擋位選用另一種模數(shù)。
中型貨車(6t
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