三轴五档汽车变速器结构改进设计

密级： 学号：本科生毕业论文（设计） 三轴五档汽车变速器结构改进设计学 院： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 摘要 随着国民经济的持续发展，汽车工业也在不断地发展着，各种设备都在不断地发展，创新着。特别是在汽车变速器方面，三轴五档汽车变速器的应用非常广泛，在一些特定的工作场合，三轴五档汽车变速器体积小，变速灵活，价格成本低廉很受欢迎，越来越多的驾驶人员选择三轴五档汽车变速器作为车辆的变速装置。根据市场调查发现，三轴五档汽车变速器必须满足当今人们对机动车辆速度调节方面的灵活性操控等需求，能够在不改变发动机的扭矩和转速的情况下，改变机动车辆的驱动力和行驶速度；在发动机曲轴旋转方向不变的情况下，使机动车辆前进或后退；在发动机不熄灭的情况下，可使机动车辆长时间停车或进行固定作业。变速箱有自锁功能、互锁装置和倒挡锁装置。 目前市面上的三轴五档汽车变速器大多都是采用传统的变速结构，在某些特定的区域，这种结构形式的三轴五档汽车变速器非常不受欢迎。由于以往的三轴五档汽车变速器采用传统的结构形式，这样就造成传动精度不好控制，保养维护费用较高;同时存在一定的安全隐患。因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使得操作很不舒服。虽然传通的三轴五档汽车变速器传动效率较高，变速效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。所以研究一种新式的三轴五档汽车变速器势在必行！ 本次设计的题目是三轴五档汽车变速器结构改进的设计，目前，国内三轴五档汽车变速器的研发也在向朝着高稳定性、高传动效率的方向发展，通过对传统的三轴五档汽车变速器进行内部结构的改进设计，使改进后的三轴五档变速器传动效率和精度都更高。关键词：汽车工业；三轴五档汽车变速器；结构；改进0 Abstract随着国民经济的持续发展，汽车工业也在不断地发展着，各种设备都在不断地发展，创新着。特别是在汽车变速器方面，三轴五档汽车变速器的应用非常广泛，在一些特定的工作场合，三轴五档汽车变速器体积小，变速灵活，价格成本低廉很受欢迎，越来越多的驾驶人员选择三轴五档汽车变速器作为车辆的变速装置。根据市场调查发现，三轴五档汽车变速器必须满足当今人们对机动车辆速度调节方面的灵活性操控等需求，能够在不改变发动机的扭矩和转速的情况下，改变机动车辆的驱动力和行驶速度；在发动机曲轴旋转方向不变的情况下，使机动车辆前进或后退；在发动机不熄灭的情况下，可使机动车辆长时间停车或进行固定作业。变速箱有自锁功能、互锁装置和倒挡锁装置。 With the sustainable development of the national economy, the automobile industry is constantly developing, and all kinds of equipment are constantly developing and innovating. Especially in the automobile gearbox, triaxial fifth gear of automobile gearbox is widely used. In some specific workplace, triaxial fifth automobile gearbox has the advantages of small volume, flexible speed, low cost price is very popular, more and more drivers choose triaxial fifth car gearbox as the vehicle speed change device. According to the market survey, three shaft gear of automobile gearbox must meet today people of motor vehicle speed adjusting flexibility control and needs to be without changing the engine torque and speed change motor vehicle driving force and speed; engine crankshaft rotation direction in the same situation, the motor vehicle forward or backward; in engine is not extinguished, the motor vehicle for a long time parking or fixed operation. Transmission has self locking function, interlocking device and reverse gear lock device. Currently on the market, most of the motor vehicle transmission is using the traditional transmission structure, in some specific areas, the structural form of motor vehicle transmission is very unpopular. Because of the previous motor vehicle transmission using the traditional structure, which caused the transmission accuracy is not good control, maintenance costs are high; at the same time there is a certain security risk. Therefore, the safety requirements of the whole machine is higher, the operation will give the staff a strong vibration, making the operation is not comfortable. Although the transmission efficiency of the transmission of motor vehicle transmission is higher, the effect is better, but the price is more expensive, it is difficult for the average user to accept. So it is imperative to study a new kind of motor vehicle gearbox! This design topic is triaxial fifth automobile transmission structure improvement design, at present, research and development of domestic triaxial fifth gear of automobile gearbox also to towards the direction of high stability, high transmission efficiency by of conventional triaxial fifth automobile gearbox of the improved design of the internal structure, so that the improved triaxial fifth gear transmission efficiency and accuracy are higher. Abstract:Automobile industry; three axis five automobile gearbox; structure; improvementI 目 录第一章 绪 论1 1.1机动车辆发展现状1 1.1.1机动车辆结构形式的发展3 1.1.2汽车变速器的发展状况4 第二章 三轴五档汽车变速器的总体方案设计7 2.1 变速箱的结构形式9 2.2.1变速箱内部传动系统的布局 10 第三章 三轴五档汽车变速器体传动系统的设计12 3.1变速箱内部传动系统的具体结构13 3.2各档位的传动路线的确定13 3.3各档位的传动比及其速度的计算15 3.3.1各档位的传动比的确定16 3.3.2各档位速度确定18 第四章 变速箱内部传动零件的设计20 4.1传动轴的设计计算21 4.2传动齿轮的设计计算21 第五章 变速箱内部主要传动零件的强度校核23 5.1传动轴的强度校核24 5.2传动齿轮的强度校核25 5.3轴承强度的校核26 结 论27 参考文献28 致 谢29I 第一章 绪论1.1 机动车辆发展现状在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的同时，与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。机动车辆行业通过行业展会、科研合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发达国家之间的差距。在新的市场需求的驱动下，机动车辆设备的更新和优化升级更加迫切。国内机动车辆设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的机动车辆械设备，在我国飞速发展的农业从人工作业到机械化的转变中发挥着积极的作用。一般生产大型机动车辆设备的企业对设备传动效率指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从而减少设备因为振动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。国内机动车辆设备的研发及制造要与全球号召的低碳经济、经久耐用主题保持一致。加大机动车辆设备新型多样化的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。机动车辆的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前机动车辆正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。 1.1.1 机动车辆结构形式的发展 机动车辆的结构形式主要有一下几个方面：首先是发动机，发动机主要是动力来源，工作方式简单的说是，把氧气和柴油混合喷进燃烧室，然后压燃，产生动力通过飞轮传单变速箱。发动机后面是变速箱，变速箱主要是把发动机输出的单一速度转变成很多个速度级，然后根据不同的作业条件调整速度。原理就是改变传动比来改变行走速度还有需要的扭矩。变速箱后面是液压提升体统，液压提升系统主要是用于挂接所需农具使用，有的农具在使用过程中需要机动车辆把农具背起来作业，液压提升系统就可以。液压系统的工作原理就是利用液体不能压缩的原理工作的，液体动力来源于液压油泵，然后驱动液压油，因为液压油不能压缩，所以必须做功，然后通过改变油路，然后进到不同的油路，推动液压油缸做伸展运动。最后面还有动力输出，也就是机动车辆的二级动力，它是给机动车辆后面挂接的农具输出动力的，因为有的农具虽然背起来了，但是自己不会工作或者说没有动力源，然后机动车辆在后面给一个输出轴，作为后面农具的动力源，只要挂接传动轴就可以输出动力。 当今社会，机动车辆的发展不断地向着操作灵活，多样型，复合型发展，其具体结构形式的变更最主要的是体现在以下几个方面：1）前轮小，后轮大。传统的机动车辆的轮子基本上是一样大，但通过技术创新，改变了传动的结构形式，采用前轮小，后轮大的结构，这样更省力，操作起来也更方便。2） 机动车辆底盘上面安装有输出轴，可以直接给后面的需要工作的农业挂具提供动力。3） 橡胶履带式机动车辆 通常这样类型的机动车辆采用三角带传动，适合大功率，重负载的场合，目前西方资本主义国家正在着手研制。1.1.2汽车变速器的发展状况 从广义上面来说，现在市场上不同机动车辆所配置的变速箱来看，主要分为：手动变速箱：手动变速箱可采用滑动齿轮，齿轮和同步器等。滑动齿轮换档变速箱的基本结构是一个驱动齿轮驱动轴上滑动，这与从动齿轮啮合。变速齿轮组为空齿轮传动齿轮，传动轴常处于啮合状态，齿轮组的移动传动轴花键与传动轴连接在一起。与滑动齿轮相比，所从事的职位低，比前一。因为其结构简单，制造成本低，在汽车的早期开发中，广泛使用的是2种变速箱。但由于2种变速器的变速器，齿轮的圆周速度不一致，齿轮噪声，如果不适当的操作，甚至导致齿轮损坏。因此，自上世纪30年代同步问世以来，这两种欧洲换档变速箱和美国汽车逐渐被淘汰。同步齿轮箱摩擦原理，相位的圆周速度的齿轮啮合后就等于齿轮，因此，顺利转移，减少齿轮在互相撞击，延长齿轮的使用寿命，在三轴第变速箱：换档过程和动力中断，改善车辆操纵性能，提高工作效率。自1959以来，成功应用负荷转移第一次在d9d汽车卡特彼勒公司，由于这种机制的优点是移位所示，吸引了自动变速器：自动变速器的换档与人无关，对于一个给定的程序设计为基础，根据汽车行驶状态自动地进行变速。根据所采取的不同传动形式，可分为液压机械传动、静液压力传动和液压机械变速箱。液力机械传动是液力耦合器或液力变液力机械变速器和机械式变速器系列的传动装置，它能使汽车平稳起动和防止过载的传递，但其最大缺点是传动效率低。静液压力由液压传动箱和机械传动箱串联连接，发动机功率全部通过液压传动装置。液压机械传动是一种液压传动和机械传动箱传动装置并联，通过差速器动力合流或分流，因此只有部分通过液压传动装置的功率发动机，必要时关闭驱动变为纯机械传动和液压。因此，总的传输效率大大提高，而低的速度区域，可以使机械变速器输出为零，并成为纯粹的液压驱动，这有利于电机车的平稳启动。与液压机械传动相比，传动效率高，效率高。 当今机动车辆产业的发展，是非常迅速的，用户对于机动车辆性能的要求是越来越高的。三轴五档汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速箱便是人们追求的“最高境界”。无级变速箱最早由荷兰人范多尼斯（VanDoornes）发明。无级变速系统不像手动变速箱或自动变速箱那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速箱“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友将自动变速箱称为无级变速箱，这是错误的。虽然它们有着共同点，但是自动变速箱只有换档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速箱有27个档。而无级变速箱能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。从市场走向来看，虽然无级变速箱是一个技术分量比较高的部件，但是也已经走进了普通轿车的“身体”之中，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了CVT无级变速箱，既方便又省油，且售价也仅在9.6811.68万元。而且奇瑞机动车辆销售公司表示QQ无级变速箱型年底上市。看来无级变速箱在中档车中的运用将越为广泛。第二章 三轴五档汽车变速器的总体方案设计2.1 变速箱的结构形式2.1.1 变速箱内部传动系统的布局 机动车辆广泛应用于农业、建筑行业等，适用于耕田、拖运，装运等等各个领域。它工作时，发动机通过V带传动带动三轴五档汽车变速器转动，从而间接地带动了机动车辆轮子的转动，这样机动车辆就可以行驶了，通过改变变速箱理论的档位来实现机动车辆的前进、后退、加速、减速等等功能。在机动车辆的几个组成部分里，变速箱是最重要也是最核心的部分，其组成机构及传动系统的布局图如下图所示：第三章 三轴五档汽车变速器传动系统的设计3.1变速箱内部传动系统的具体结构三轴五档汽车变速器体内部主要有各档位传动齿轮，各传动轴以及端盖，轴承等等零件组成，通过发动机驱动V带传动，从而带动机动车辆内部的传动机构动作，继而实现机动车辆轮子的转动，于是机动车辆就可以行驶了。其具体内部传动结构图如下图所示： 3.2各档位的传动路线的确定 3.3 各档位的传动比及其速度的计算3.3.1 各档位的传动比的确定根据以上条件可知，该变速箱体主要有传动齿轮副，传动轴系等等零件组成，各档位的传动比计算如下：3.3.3 各档位速度确定由于机动车辆的各部分已经标准化了，根据标准，我们选择标准直径为600MM的车轮，于是各档位的速度分别如下：第四章 变速箱内部传动零件的设计4.1 传动轴的设计计算（1）初步确定轴的直径mm （3.32）根据工作条件，取mm（2）传动轴受力分析N （3.33） N （3.34） N （3.35）图4.1 传动轴的受力简图（3）绘制传动轴的受力简图，如图所示，求支座反力垂直面支反力：由，得： （3.36） 由，得： N （3.37）水平面支反力：由，得： （3.38） N由，得： N （3.39） （4）作弯矩图：垂直面弯矩图：C点 Nmm （3.40）水平面弯矩图：C点 Nmm （3.41）合成弯矩图：C点Nmm （3.42） （5）作转矩T图： Nmm （6）校核轴的强度：按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献1，15-5可知，取，轴的计算应力 MPa （3.43）选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献1表可知，MPa。因此，故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左侧抗弯截面系数 mm （3.44）抗扭截面系数 mm （3.45）截面V左侧的弯矩M为 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa （3.47） 截面上的扭转切应力MPa （3.48）轴的材料为45钢，调质处理。由文献1表可知，MPa，MPa，MPa。由文献1 附表可知，用插入法求出 ，轴按精车加工，由文献1 附图可知，表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，固得综合系数为 （3.49） 由文献1 ，可知，碳钢的特性系数 取 取所以轴在截面V左侧的安全系数为 （3.50） （3.51） （3.52）故该轴在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1附表查取。因， ，又由文献1附图可得轴的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 （3.53） 由文献1附图可得轴的截面形状系数为由文献1附图可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。4.2 传动齿轮的设计计算1初步计算（1）材料选择 因传动尺寸已经在图纸上面有注明，批量较小，故小齿轮用40Cr(调质），硬度241HB286HB，平均取为280HB，大齿轮用45钢（调质），硬度229HB286HB,平均取为240HB。选齿轮精度为7级。（2）节锥角的计算 （3.11） （3.12） （3.13）由文献2表可知， （3.14）式中，齿顶高系数，。取小齿轮齿数， （3.15） 取大齿轮齿数。（3）根据工作条件的要求，大端模数为 （3.16）（4）齿轮分度圆的直径 mm （3.17） mm （3.18）（5）锥距 mm （3.19） （6）齿轮齿顶、齿根圆直径由文献3表可知，齿顶高mm （3.20）齿顶圆直径mm （3.21）mm （3.22）齿根高mm （3.23） 齿轮基圆直径 mm （3.24） mm （3.25）（7）齿宽由文献2表可知， mm （3.26）（8）节圆周速度 m/s （3.27）其他齿轮的计算后的结果图纸上面已经有注明。第五章 变速箱内部主要传动零件的强度校核5.1传动轴的强度校核根据以上工况可知：力： 径向力：求垂直面的支反力计算垂直弯矩：求水平面的支承力： 计算、绘制水平面弯矩图：求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径： n-n截面: m-m截面: 由于，所以该轴是安全的。5.2 传动齿轮的强度校核（）校核齿面接触疲劳强度（1）接触应力的计算由文献4表可知，齿面接触应力计算公式，即 （3.28） 确定公式内的各计算数值计算载荷系数电动机驱动，载荷平稳，由文献4表可知，取平均分度圆直径 mm 平均分度圆圆周速度 m/s由文献4 图（a）可知，按，得；由文献4 图（b）可知，按，齿轮悬臂布置，；由文献4表可知，； 由文献1表可知，弹性系数；节点区域系数 计算得， MPa接触疲劳强度的许用应力由文献4 表可知，许用接触应力计算公式，即 （3.29）确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 最小安全系数 由文献1，10-13可知，计算应力循环系数 由文献1 图10-19可知，查得接触疲劳寿命系数 ， 尺寸系数 工作硬化系数，按 润滑油膜影响系数，计算得， MPa（3）由于MPaMPa，故安全。（）校核齿根弯曲疲劳强度（1）齿根应力的计算由文献4表可知，弯曲应力计算公式，即 （3.30）确定公式内的各计算数值由文献1表可知， ， 由文献1表可知， ， 计算得， MPa（2）弯曲强度的齿根许用应力 由文献4表可知，齿根许用应力计算公式，即 （3.31）确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限MPa齿轮的应力修正系数弯曲强度的最小安全系数弯曲疲劳寿命系数 ， 弯曲疲劳的尺寸系数计算得， （3）由于MPaMpa，故安全。5.3 轴承强度的校核（1）滚动轴承的选择滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B，由文献2表得KN，KN，。（2）寿命验算 轴承所受支反力合力 N （4.1）对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N由文献2表得， ， N （4.2）按轴承B的受力大小验算 h （4.3）h=年 由于三轴五档汽车变速器的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。22 结论 在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。致谢 漫长而充实的毕业设计即将结束，通过几十天的学习和努力，我觉得自己的专业知识应用和独立思考能力得到较大提高。这次设计让我学到了很多，特别是对三轴五档汽车变速器研究有了新的认识，感谢学校提供这次毕业设计，对于我未来的工作很有益处。 我在指导老师的指导下，从开始的不知所措，到一步步进入设计状态：收集资料，从拟定题纲和结构，原理图，零件图的绘制直至完成说明书以及后期修改等。通过这次毕业设计，我不但系统复习了以前的知识，而且锻炼独立思考和动手能力。在此，我要感谢我的指导老师，不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，是他的细心指导和帮助才让我顺利完成了本次设计。从尊敬的老师身上，我不但学到了扎实宽广的专业知识，也学到了做人做事认真负责的道理。在此我要向指导我的老师致以衷心感谢。另外也感谢我的父母和我的同学们，在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。 谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。在以后的工作中，我们将继续努力，争取把自己的本职工作做好。参考文献1李玉周.三轴五档汽车变速器概述第一版西南财经大学出版社.2008，（04）2张秀丽.三轴五档汽车变速器设计第一版中国财政经济出版社.2009，（053荆新财务管理学第一版.中国人民大学出版社2009，（05）4李瑞库三轴五档汽车变速器发展现状合作经济与科技2009，(11）5姜艳灵. 三轴五档汽车变速器运行机制研究D 湖南大学, 2007 6韩红. 三轴五档汽车变速器的设计与研究 D. 中国 博士学位论文全文数据库,2008,(12) 7杨序琴. 三轴五档汽车变速器结构设计:福利主义宗旨与制度主义机 制的有机融合J金融理论与实践, 2007,(02)8杨威. 浅析我国 三轴五档汽车变速器存在的问题及对策J广西金融研究, 2007,(09) 9唐增宝，何永然，刘安俊 机电设计课程设计M 武汉：华中理工大学出版社 1999.3 10濮良贵，纪名刚 机械设计M 北京：高等教育出版社，2001 11成大先 三轴五档汽车变速器.单行本.机械传动M 北京：化学工业出版社 2004.1 12 L. Mokeyr, D. Winter, B. Bumberger, E. Decker, I. Godor, R. Galler Glancey. Cutter force Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research, 2012, 06: 14-93.13 ADS zilagyi，MJ WhllaceEnterprise capital management present situation and development way3th Edition.SeottForesmanComPany200925