1、 汽车设计课程设计-房车离合器的设计房车离合器的设计汽车设计课程设计说明书题目：房车离合器的设计汽车设计课程设计-房车离合器的设计目 录第 1 章 绪论1.1 汽车变速器的设计要求.11.2 设计的步骤及方法.1第 2 章 变速器传动机构2.1 变速器传动方案的分析和选择.32.2 倒档方案布置.32.3 零部件结构方案分析.4第 3 章 变速器的设计及计算校核3.1 变速器的主要参数的选择.63.1.1 挡数和传动比.63.1.2 中心距.73.1.3 轴向尺寸.83.2 齿轮参数.83.2.1 齿轮模数.83.2.2 齿形、压力角、螺旋角和尺宽.83.3 齿轮的设计计算.93.3.1 各挡
2、齿轮的齿数.103.3.2 齿轮精度的选择.123.3.3 螺旋方向.123.4 变速器齿轮的强度计算和材料选择.123.4.1 齿轮的损坏原因及形式.123.4.2 齿轮的强度计算与校核.133.5 变速器轴的计算和校核.163.5.1 变速器轴的结构尺寸.163.5.2 轴的校核.17第 4 章 同步器和操作机构的设计4.1 变速器同步器的设计.204.2 变速器的操作机构.22参 考 文 献.24汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 1 -第 1 章 绪论1.1 汽车变速器的设计要求汽车传动系传递扭矩和转速，它也是汽车整体的重要组成部分。其功能：调节和变换发动机的性能；将动力传递至驱动车
3、轮。汽车变速器完成传动系赋予的功能，不仅是传动系的重要部件，也是决定汽车整车性能的主要部件和环节。汽车变速器的结构设计，不同标准和要求，会对汽车的动力性以及燃油经济性，换档操纵的舒适性与轻便性，传动平稳性等。我国汽车产业的发展和进步，对汽车变速器的设计和要求，将是增大汽车变速器传递功率与总质量之比（比功率） ，并且要求其具有更精密的尺寸和更好的性能。在设计开始之前，应该根据汽车变速器运用和发挥功能的实际情况,查阅相关资料，大致确定与汽车变速器设计相关一些主要参数。主要参数：两轴齿轮中心距、变速器轴向基本尺寸、两轴的直径、齿轮相关参数、齿数和模数等。汽车变速器的设计要求和标准。变速器的基本设计要
4、求：保证汽车有必要的动力性和燃油经济性；变速器应该设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输和传递；还应该设置倒档，使汽车能倒退行驶；换档迅速、省力、方便；还应该提高汽车工作的可靠性：在汽车行驶过程中，换挡时汽车变速器不得有跳档和乱档，以及换档撞击击等现象；提高汽车工作效率，减小变速器齿轮噪声；设计结构简单轻便、设计方案符合标准和要求；在满载及冲击载荷的工况行驶条件下，设计使用寿命应该加长；除此之外，设计变速器还应该满足：轮廓尺寸和质量轻便、制造成本低、检测维修方便等要求。 变速器传动机构分类方法。可以根据前进档数分为：四档变速器，五档变速器，多档变速器。可以根据轴的形式分为：固定轴式，旋转轴
5、式。固定轴式可以分为：两轴式变速器、中间轴式变速器、双中间轴式变速器、多中间轴式变速器等。固定轴式应用最为广泛，而两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的普通汽车上。中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的中档汽车上，还有旋转轴式主要用于液力机械式变速器。1.2 设计的步骤及方法本次设计的变速器，在原有变速器的基础上，在给定发动机输出转矩，转速及最高车速，最大爬坡度等条件下，主要完成传动机构的设计，并绘制出变速器装配图，主要零件的零件图。1、变速器主要参数的选择汽车变速器主要参数的选择包括传动档数、齿轮中心距、传动比、 、齿轮相关参数以及模数等。2、对变速器传动机构的分析设计过程中，通过对两轴和
6、中间轴式变速器比较。根据各自的利弊，以及根据所设计的夏利汽车的特点，最终确定传动机构的布置形式和传动简图。3、汽车变速器齿轮强度的校核在汽车变速器齿轮强度的校核过程中，根据齿轮的强度和刚度要求，主要校核变速器的齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度。4、轴的基本尺寸的确定及强度校核根据两轴式变速器的特点，确定轴的基本尺寸，根据轴的强度和刚度计算要求，汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 2 -分别对轴的刚度和强度进行校核计算。5、轴承的选择与寿命计算校核轴承的选择，主要根据变速器轴的支撑部分，根据以往设计经验，一般选用圆锥磙子轴承。通过查阅资料，轴承寿命设计计算一般按汽车的大修里程，维修次数计算，
7、一般汽车大修里程为 30 万公里。本次设计主要是查阅近几年国外相关学术资料，有关国内外变速器设计的文献资料和学术研究资料，通过老师的指导以及结合所学本专业的基础知识，进行的设计。比较不同方案，总结各自优缺点，最终选取最佳方案，然后进行设计并改善。计算汽车变速器的齿轮的结构参数，进行校核计算。还要对同步器、换档操纵机构等结构件进行分析与计算设计，选择最佳合理尺寸。最后，对设计的传统变速器的结构进行改进和完善。汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 3 -第 2 章 变速器传动机构传统机械式变速器具有结构简单轻便、传动传递效率高、制造成本低和工作可靠等优点，最为关键的是维修方便，所以在不同形式的汽车
8、上得到广泛应用 14。2.1 变速器传动方案分析与选择机械式变速器传动机构布置方案主要有两种：两轴式变速器和中间轴式变速器。查阅最近几年相关资料，发动机前置前轮驱动的汽车上多用两轴式变速器。与中间轴式变速器相比，具有轴和轴承数少，结构简单轻便、轮廓尺寸小、易布置等优点。另外，各中间档因只经一对齿轮传递动，故传动效率高，同时噪声小，结构紧凑。但两轴式变速器也有弊端，它不能设置直接档。故在工作时齿轮和轴承均承载受压，齿轮工作噪声增大且易损坏，影响传动传递。所以受结构限制原因，其一档变速比不能设计的很大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时直接输出动力 14。对中间轴式来说
9、，多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的汽车上。特点：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体，绝大多数方案的第二轴与一轴在同一条直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档变速器齿轮和轴承及中间轴不承载受压，此时噪声低，齿轮、轴承的磨损减少 14。对不同类型和要求的汽车，具有不同的传动系档位数，原因在于它们的使用条件不同、对整车性能要求不同、汽车本身的比功率不同 5。而传动系的档位数，汽车的动力性，燃油经济性有着密切的联系。就动力性而言，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区下作的
10、能力，降低了油耗。 12故能提高汽车生产率以及行驶效率，大大降低运输成本节省开支。不过，增加档数，会使变速器机构复杂和质量增加，轴向尺寸增大、成本提高、操纵复杂。 从以上分析可知，本次设计房车变速器，设计驱动形式属于发动机前置后轮驱动，通过拆装可以发现汽车前端可布置变速器的空间比较小。结构决定了变速器的设计要求较高，不仅要求运行噪声小，而且设计车速高，故选中间轴式变速器作为传动方案。选择5档变速器，并且五档为超速档。2.2 倒档布置方案通过对汽车设计资料的查找，总结一下方案。常见的倒档布置方案如图 3-1 所示。图 3-1b 方案的优点是倒档利用了一档齿轮，缩短了中间轴的长度。但换档时有两对齿
11、轮同时进入啮合，使换档困难；图 3-1c 方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理；图 3-1d 方案对 3-1c 的缺点做了修改；图 3-1e 所示方案是将一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长；图 3-1f 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档换更为轻便。 14综合考虑以上因素，为了换档轻便舒适，减小噪声，倒档传动采用图 3-1f 所示方案。汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 4 -图 3-1 倒档布置方案2.3 零部件结构方案分析1、齿轮形式汽车变速器上应用的齿轮，包括直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。直齿圆柱齿轮主要用于一档、倒档齿轮，应力要求较低。 14与直齿圆柱齿轮相
12、比，斜齿圆柱齿轮具有使用寿命长、运转平稳且工作噪声低等优点 14。本设计全部选用直齿轮。齿轮设计注意事项：变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接 14。齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度 （图 3-2）影响齿轮强度b6。要求尺寸 应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。所以综合考虑安全性，在齿b轮装在轴上以后，齿轮应能保持足够大的稳定性，齿轮轮毂部分的宽度尺寸 应该在C结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求 14：（3-2)4.1(dC1）式中： 花键内径。2d轻便性设计要求，减小质量，轮辐处厚度 应在满足强度条件下设计得薄
13、些。图3-2 中的尺寸 可取为花键内径的 1.251.40 倍。1D汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 5 -图 3-2 变速器齿轮尺寸控制图 14根据设计要求，齿轮表面粗糙度数值应该稍微降低，噪声就会相应减少，齿面磨损速度减慢，可以提高齿轮寿命。设计要求变速器齿轮齿面的表面粗糙度：应在m范围内选用。设计齿轮尽量要求齿轮制造精度不低于 7 级。40.8.aaR2、变速器轴设计变速器轴多数情况下，轴承安装在壳体的轴承孔内。当变速器中心距小时，在壳体的同一端面布置两个滚动轴承有困难时，可以把输出轴直接压入壳体孔中，并固定不动 14。用滑移齿轮方式，实现换档的齿轮与轴之间，一般应选用矩形花键连接。
14、矩形花键可以保证良好的定心和滑动灵活。从加工方便来看，定心外径及矩形花键齿侧的磨削比渐开线花键要容易 7。两轴式变速器输入轴和中间轴式变速器中间轴上的高档齿轮，通过轴与齿轮内孔之间的过盈配合和键固定在轴上。结构设计方面，两轴式变速器的输出轴和中间轴式变速器的第二轴上的常啮合齿轮副，齿轮副的齿轮与轴之间，常设置有滚针轴承，少数情况下齿轮直接装在轴上（特殊情况） 。此时轴的制造，轴的表面粗糙度不应低与 m，硬度不低于 5863HRC 。因渐开线花键定位性能良好，8.0aR承载能力大且渐开线花键的齿短，小径相对增大能提高轴的刚度，所以轴与同步器上的轴套常用渐开线花键连接。 14倒档轴为压入壳体孔中并
15、固定不动的齿轮轴，并由螺栓固定。 14从上述可知，变速器的轴上装有轴承、齿轮、齿套等零件，有的轴上又有矩形或渐开线花键，所以设计时不仅要考虑装配上的可能，而且应当可以顺利拆装轴上各零件。此外，还要注意工艺上的有关问题。 143、汽车变速器轴承的选择变速器轴承种类很多，变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。 14滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方 8。 变速器中采用圆锥滚子轴承直径较小、宽度较大因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。 由于本设计的变速器，为
16、两轴式变速器，具有较大的轴向力，所以设计中变速器输入轴、输出轴的前、后轴承按直径系列均选用圆锥滚子轴承。汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 6 -第 3 章 变速器的设计与计算校核3.1 变速器主要参数的选择本次设计是在整车参数已知的情况下，车型已知的情况下进行设计，整车主要技术参数如表 3-1 所示：表 3-1 房车整车主要技术参数发动机最大功率 117kw 最大功率时转速 2500r/min发动机最大转矩 600Nm 最大转矩时转速 1500r/min总质量 4500kg 最高车速 120km/h车轮型号 225/85R16L 对应轮胎半径 r 394mm3.1.1 档数和传动比近年来，
17、为了降低油耗，提高燃油经济性，变速器的档数都有增加的趋势。目前，一般乘用车用 45 个档位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用 5 个档。商用车变速器采用 45 个档或多档。载质量在 2.03.5t 的货车采用五档变速器，载质量在 4.08.0t 的货车采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。因此，本次设计的房车变速器为 5 档变速器。图 3-2 五档变速器传动方案简图1-一档主动齿轮 2-一档从动齿轮 3-二档主动齿轮 4-二档从动齿轮 5-三档主动齿轮 6-三档从动齿轮 7-四档主动齿轮 8-四档从动齿轮 9-五档主动齿轮 10-五档从动齿轮 11-倒档主动齿轮
18、12-倒档中间轴齿轮 13-倒档输出轴齿轮。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。应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着条件、汽车的最低稳定车速以gIi及主减速比和驱动车轮的滚动半径等综合确定。汽车爬坡度时车速不高，空气阻力可以忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 7 -max1ingq3IAmaxKT间的滚动阻力及爬坡阻力。故有（3-1）maxaxmax0max )sinco(gfgriTage 则由最大爬坡度要求的变速器 档传动比为（3-2） 426.849
19、.0357.190maxTergii最 大 道 路 阻 力 系 数 。道 路 的 最 大 坡 度 角 ；式 中 ， max根据驱动车轮与路面附着条件（3-3） 20maxGriTge求得变速器的 档传动比为（3-4） 67.849.035.2417%0max2Tergii。荷 ，面 时 ， 驱 动 桥 承 受 的 载汽 车 满 载 静 止 于 水 平 路；路 面 上道 路 附 着 系 数 ， 在 良 好式 中 ， N.2G综上所述，变速器的月 I 挡传动比为 。69.4gIi超速档的的传动比一般为 0.70.8，本设计五档传动比 ig =0.75。中间档的传动比理论上按公比为：（3-5）的等比
20、数列，实际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。根据上式可的出： =1.58。q故有，变速器的格挡传动比如下： 表 3-2 各挡传动比3.1.2 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局 A（mm）可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定：（3-6）I II III IV V 倒档4.69 2.96 1.87 1.185 0.75 4.6汽车设计课程设计-房车离合器的设计- 8 -式中 K A-中心距系数。对轿车，K A =8.99.3；对货车，K A =8.69.6；对多档主
21、变速器，K A =9.511；TI max -变速器处于一档时的输出扭矩：TI max=Te max igI =62803Nm故可得出初始中心距 A=88.4mm。3.1.3 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。重载车四档变速器壳体的轴向尺寸 3.03.4A。货车变速器壳体的轴向尺寸与档数有关：四档(2.22.7)A五档(2.73.0)A六档(3.23.5)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 77.08mm=231.24
22、mm，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。 3.2 齿轮参数3.2.1 齿轮模数建议用下列各式选取齿轮模数，所选取的模数大小应符合 JB111-60 规定的标准值。第一轴常啮合斜齿轮的法向模数 mn(3-7)3ax0.47eT其中 =170Nm，可得出 mn=2.5。maxeT一档直齿轮的模数 mmm (3-8)31max0.T通过计算 m=3。同步器和啮合套的接合大都采用渐开线齿形。由于制造工艺上的原因，同一变速器中的结合套模数都去相同，轿车和轻型货车取 23.5。本设计取 2.5。3.2.2 齿形、压力角 、螺旋角 和齿宽 b汽车变速器齿轮的齿形、压力角、及螺旋角按表 3-3 选取。表 3-3 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角项目 车型 齿形 压力角 螺旋角 轿车 高齿并修形的齿形 14.5，15，1616.5 2545一般货车 GB1356-78 规定的标准齿形 20 2030重型车 同上 低档、倒档齿轮 22.5，25 小螺旋角
