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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)方案
論證報(bào)告
設(shè)計(jì)題目:GD1091型商用車變速器、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)
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學(xué) 號：
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指導(dǎo)教師：
目 次
1汽車變速器的概述 ………………………………………………………………2
1.1汽車變速器的功用 …………………………………………………………2
1.2汽車變速器的基本類型 ……………………………………………………2
2汽車變速器、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)分析 ………………………………………………2
2.1汽車變速器設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 ………………………………………………3
2.2汽車傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 ………………………………………………3
3汽車變速器、傳動(dòng)軸布置方案的選擇 …………………………………………3
3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案的選擇 ………………………………………………3
3.2操縱機(jī)構(gòu)的布置方案的選擇 ………………………………………………4
3.3變速器主要零部件的選擇 …………………………………………………5
3.4傳動(dòng)軸主要零部件的選擇 …………………………………………………6
論證結(jié)果 …………………………………………………………………………7
參考資料 …………………………………………………………………………9
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1汽車變速器的概述
1.1汽車變速器的功用
在當(dāng)代汽車上廣泛采用的活塞式內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍小，而汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化是其復(fù)雜的使用條件要求的內(nèi)容。在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置的變速器解決了這一矛盾。它的功用是：
（1）利用空擋中斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動(dòng)力輸出。變速器有變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成，還可以加裝動(dòng)力輸出器。
（2）在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的情況下，使得汽車能夠倒退行駛。
（3）改變傳動(dòng)比的大小，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作。變速器為使汽車獲得不同的牽引力和加速度改變了發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。
（4）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。
1.2汽車變速器的基本類型
（1）變速器如果按傳動(dòng)比變化方式分可分為無級式、有級式和綜合式等幾種形式。
有級式變速器是實(shí)際中的應(yīng)用最為廣泛的一種形式，它具有幾個(gè)值的傳動(dòng)比。如果按輪系布置的形式不同，可分為軸線旋轉(zhuǎn)式和有軸線固定式變速器兩種形式。目前，乘用車和輕、中型貨車的變速比通常有1個(gè)倒檔和3至5個(gè)前進(jìn)檔，組合式變速器在重型貨車上使用，變換檔位可能會(huì)有更多。
綜合式變速器的傳動(dòng)比可作無級變化，并且要在最小值和最大值之間的幾個(gè)不連續(xù)的范圍內(nèi)進(jìn)行，是目前應(yīng)用較多的一種變速形式。
在無級式變速器中，傳動(dòng)比多級變化可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行，有液力式和電力式是比較常見的兩種形式。電力式無極變速器在超重型自卸車中應(yīng)用的趨勢很廣泛。液力變矩器是液力式變速器的主要傳動(dòng)部件。
（2）變速器按操縱方式不同又可分為自動(dòng)操縱式，手動(dòng)操縱式和半自動(dòng)式三種形式。
傳動(dòng)比選擇是自動(dòng)進(jìn)行的是自動(dòng)操縱式變速器。就是說檔位變化是借助以下形式實(shí)現(xiàn)的：反映發(fā)動(dòng)機(jī)符合和車速的信號系統(tǒng)來控制換擋系統(tǒng)的執(zhí)行元件，控制車速只是需要駕駛員操縱加速踏板就可以實(shí)現(xiàn)。汽車若為多軸驅(qū)動(dòng)，為把轉(zhuǎn)矩分別輸送給汽車各個(gè)驅(qū)動(dòng)橋，變速器的后面一般還裝有分動(dòng)器。
靠駕駛員用手操縱變速桿換擋的是手動(dòng)操縱式變速器，是大多數(shù)汽車所采用的一種形式。半自動(dòng)式變速器的操縱形式有兩種：
（1）普通型式。就是說駕駛員自己操縱實(shí)現(xiàn)不常用的檔運(yùn)行，自動(dòng)操縱形式在經(jīng)常使用的幾個(gè)檔位中進(jìn)行。
（2）只預(yù)選式。就是說提前來選定所用檔位由駕駛員完成，當(dāng)駕駛員松開加速踏板或踏下加速踏板的時(shí)候，液壓裝置或電磁裝置自動(dòng)接通從而來實(shí)現(xiàn)換擋的操作。
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2汽車變速器、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)分析
2.1 汽車變速器設(shè)計(jì)的技術(shù)要求
變速器的目的是改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速?？論跏亲兯倨髟O(shè)置有的，可在起動(dòng)發(fā)、滑行、停車的時(shí)候切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸。倒檔變速器一般也設(shè)置有，因此汽車有倒退行駛的能力。實(shí)際中如有必要，動(dòng)力輸出也是變速器的一種功能。
汽車變速器設(shè)計(jì)的基本要求如下：
（1）正確選擇變速器的單位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
（2）設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長時(shí)間分離，設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行駛，改變行駛方向。
（3）操縱簡單、方便、迅速、省力。
（4）傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)無噪聲。
（5）體積小、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠。
（6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長。
（7）貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)便準(zhǔn)規(guī)定。
（8）需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。
2.2汽車傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的技術(shù)要求
汽車傳動(dòng)軸是由萬向節(jié)、軸管和伸縮花鍵組成的。中間支承一般還加裝在長軸距汽車上，其主要作用是用于工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸之間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傳遞轉(zhuǎn)矩。
汽車傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的基本要求如下：
（1）保證兩傳動(dòng)軸的夾角在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)，能夠穩(wěn)定而非?？煽康貍鬟f力矩。
（2）保證兩軸在實(shí)際運(yùn)行中盡可能等速轉(zhuǎn)動(dòng)。萬向節(jié)的夾角產(chǎn)生的附加荷載、噪聲和振動(dòng)應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，使共振現(xiàn)象不在使用的車速范圍內(nèi)產(chǎn)生。
（3）使用的時(shí)間長，傳動(dòng)中的效率高，結(jié)構(gòu)相對簡單，制造相對方便，維修也更容易。
3汽車變速器、傳動(dòng)軸的布置方案的選擇
3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的方案的選擇
傳動(dòng)布置方案在變速器設(shè)計(jì)中的重要形式非常明顯和突出的，主要涉及變速器軸布置的選擇和變速器型式的選擇。
（1） 變速器軸布置的選擇
傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，連接緊密并且除最高檔外其他各檔的傳動(dòng)效率都比高，噪聲低是兩軸式變暫定為速器與中間軸式變速器相比的突出優(yōu)點(diǎn)。但在一般中應(yīng)用的前置前驅(qū)的轎車布置中常常要綜合對比后才能選用哪個(gè)，一般選用選用中間軸式較多，所以我們將此次傳動(dòng)軸布置方案選擇為中間軸式。中間軸式即使在齒輪的中心距相對小的情況中仍可獲得較大的一檔傳動(dòng)比。當(dāng)然中間軸式的缺點(diǎn)是其他各檔位的傳動(dòng)效率相對于直接檔來說相對較低。
此次我們設(shè)計(jì)的為商用車設(shè)計(jì)，為使設(shè)計(jì)的車能在實(shí)際中得到應(yīng)用，綜合考慮到使用方便和結(jié)構(gòu)簡單等諸多因素的存在，我們將變速器軸的布置形式選擇為中間軸式變速器。
（2）變速器型式的選擇
傳動(dòng)效率高，造價(jià)低廉是有級變速器和無級變速器相比所具有的優(yōu)點(diǎn)，因此各類汽車中廣泛采用有級變速器，所以說在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也采用有級變速器，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩個(gè)類型。固定軸式在實(shí)際應(yīng)用中最廣泛。而前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上常采用兩軸式變速器。中間軸式變速器由于在直接檔工作的時(shí)候，第二軸的各檔齒輪與第一軸的常嚙合齒輪分別與相應(yīng)的中間軸齒輪嚙合，并且徑向載荷載荷都不在第一、二軸上體現(xiàn)，只起傳遞扭矩的作用。因此傳遞效率高的直接檔噪聲及磨損也是最小的。
考慮到設(shè)計(jì)的是GD1091型商用車的變速器傳動(dòng)軸，且商用車發(fā)動(dòng)機(jī)所傳遞的扭矩、功率、轉(zhuǎn)矩等主要參數(shù)相對于載貨汽車來說不是特別大，所以采用中間軸式5+1檔的結(jié)構(gòu)是符合汽車的使用要求和發(fā)展方向的。其中倒檔的布置在變速器中要盡量靠近支點(diǎn)。
3.2 操縱機(jī)構(gòu)的布置方案的選擇
駕駛員能夠根據(jù)具體的道路情況可靠準(zhǔn)確地摘下或掛上變速器某個(gè)檔位以保證汽車安全行駛是變速器操縱機(jī)構(gòu)的功用。撥塊、撥叉軸、變速桿、撥叉等組成了操縱機(jī)構(gòu)，操縱結(jié)構(gòu)在變速器實(shí)際的工作中起到了相當(dāng)重要的作用，駕駛員只有通過操縱機(jī)構(gòu)才能使整個(gè)駕駛?cè)蝿?wù)得以完成。如果按照駕駛員座位離變速器距離的遠(yuǎn)近來說，變速器操縱機(jī)構(gòu)可以分為遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)和直接操縱機(jī)構(gòu)。直接操縱機(jī)構(gòu)在實(shí)際中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而且具有制造方便、使用符合一般情況、以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以說非常適合在我們本次GD1091型商用車的設(shè)計(jì)中使用，因此我們采用的操縱機(jī)構(gòu)布置方案為直接操縱機(jī)構(gòu)。
為了充分了變速器操縱機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過圖解的方式來解決這個(gè)問題。變速器操縱機(jī)構(gòu)如圖1所示：
圖1 六檔變速器操縱機(jī)構(gòu)示意圖
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中確定將發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用于汽車的總體布置，由于考慮到駕駛員和發(fā)動(dòng)機(jī)所在位置的距離相對較近，因此我們需要在變速器操縱系統(tǒng)中加裝一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以便使我們在進(jìn)行操縱的時(shí)候更為省力、方便、快捷，為此我們將其稱之為直接操縱機(jī)構(gòu)，即：直接操縱機(jī)構(gòu)是我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所采用的操縱形式。
3.3 變速器主要零部件的選擇
變速器的主要零部件選擇在具體的汽車設(shè)計(jì)中非常重要，選擇的好與不好也與汽車的性能參數(shù)有比較大的影響。特別是在變速器的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性的影響更大，因此我們要慎重選擇變速器的換擋形式，其主要涉及到換擋形式的選擇和齒輪型式的選擇。
（1）換擋形式選擇
嚙合套換擋，直齒滑動(dòng)齒輪換擋以及同步器換擋三種形式是變速器的幾種常用換擋形式。
在以上三種換擋形式中，同步器換擋形式具有諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是鎖銷式同步器在變速器中更是起到很大的作用。同步器換擋能使換擋迅速，無沖擊和噪聲，從而使汽車的行駛安全性、經(jīng)濟(jì)性和加速性得到一定程度上的提高。雖然同步器換擋的軸向尺寸相對較大，裝配制造精度要求相對較高，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的缺點(diǎn)，但在綜合對比分析的時(shí)候考慮到以上所述的具體優(yōu)點(diǎn)和在實(shí)際中的應(yīng)用方便性，在實(shí)際中應(yīng)用依然較大。這就要求我們對同步器的具體結(jié)構(gòu)作具體的了解和分析，并加以認(rèn)識和揣摩，保證做到在一定程度上充分理解鎖銷式同步器的工作原理。
為了充分了解鎖環(huán)式同步器的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過圖解的方式來解決這個(gè)問題。鎖銷式同步器如圖2所示。
圖2 鎖銷式同步器
1、6-變速器齒輪 2-錐盤 3-錐環(huán) 4-定位銷 5-接合套 7-第二軸
8-鎖銷 9-齒轂
（2）齒輪形式的選擇
斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪是變速器齒輪的兩種形式。具體使用中各有優(yōu)缺點(diǎn)，工作噪聲相對比較低，運(yùn)轉(zhuǎn)相對平穩(wěn)，使用壽命相對較長是斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪比較時(shí)所具有的優(yōu)點(diǎn)；工作的時(shí)候通常會(huì)有軸向力，相對復(fù)雜的制造過程以及裝配相對是在比較時(shí)所具有的缺點(diǎn)。斜齒圓柱齒輪這些優(yōu)點(diǎn)使其成為在變速器中的常嚙合齒輪采用的一般齒輪傳動(dòng)形式，即使是在變速器嚙合過程中增加齒輪數(shù)的情況下，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量相對增大的情況下。直齒圓柱齒輪僅在倒檔中得到應(yīng)用。
3.4 傳動(dòng)軸主要零部件的選擇
傳動(dòng)軸的主要零部件包括多個(gè)部分，為滾針軸承和萬向節(jié)，因此我們主要分析這兩個(gè)主要部件。
（1）滾針軸承軸向定位形式的選擇
滾針軸承軸向定位有多種形式，并且每一種定位形式都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，目前應(yīng)用比較廣泛的有瓦蓋固定式、卡環(huán)式、蓋板式和塑料環(huán)定位式等幾種滾針軸承軸向定位方式。但每種形式都有其應(yīng)用范圍和使用條件，然而在具體的實(shí)際使用中我們必須要選用結(jié)構(gòu)簡單并且傳動(dòng)效率相對較高的定位形式。在上述四種滾針軸承軸向定為的方式中，結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、零件少和工作可靠的優(yōu)點(diǎn)是卡環(huán)式的內(nèi)擋圈所具有，所以在這種形式的商用車貨車中很適合。綜合以上分析，我將在本次設(shè)計(jì)中采用內(nèi)擋圈定位。
為了充分了解內(nèi)擋圈的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過圖解的方式來解決這個(gè)問題。內(nèi)擋圈形式如圖3所示：
圖3 滾針軸承的內(nèi)擋圈定位
（2）萬向節(jié)的論證分析
軸向定位件、主動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承及其從動(dòng)叉和橡密封件等組成了普通的十字軸萬向節(jié)。結(jié)構(gòu)簡單、兩軸之間所允許所連接的較大交角、工作可靠是十字軸式剛性萬向節(jié)的主要特點(diǎn)，因此在汽車實(shí)際應(yīng)用中最為常見。
兩個(gè)十字軸萬向節(jié)組合而成又聯(lián)式萬向節(jié)，其主要優(yōu)點(diǎn)是軸承密封性好，允許兩軸間的夾角相對較大，傳動(dòng)效率相對較高，制造相對較方便；缺點(diǎn)是零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，外形尺寸比較大、數(shù)目相對較多。
為了充分了解花鍵的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，我們通過圖解的方式來解決這個(gè)問題，花鍵具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 萬向傳動(dòng)軸—花鍵軸結(jié)構(gòu)簡圖
1-蓋子；2-蓋板；3-滑動(dòng)花鍵槽；4-蓋墊；5-傳動(dòng)軸管；6-伸縮套；7-加油嘴；8-油封；9-油封蓋； 10-萬向節(jié)叉
論證結(jié)果
通過對以上論證的綜合分析，并考慮到GD1091型商用車變速器、傳動(dòng)軸的具體性能特點(diǎn)和工作情況，我們最終確定本設(shè)計(jì)的最終方案為:
（1）傳動(dòng)方案布置結(jié)果：有級機(jī)械固定式中間軸式5+1檔傳動(dòng)方案，其齒輪布置方案如圖5所示。
圖5變速器齒輪布置方案
（2）操縱機(jī)構(gòu)布置方案：直接操縱機(jī)構(gòu)。
（3）主要零部件結(jié)構(gòu)方案：
①變速器各軸傳動(dòng)齒輪形式：斜齒圓柱齒輪用于1-5檔；直齒圓柱齒輪用于倒檔。
②換擋形式：同步器式換擋 。
③傳動(dòng)軸萬向節(jié)：普通的十字軸萬向節(jié)。
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