貨車汽車用手動變速器的優(yōu)化設(shè)計含開題及5張CAD圖
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設(shè)計任務(wù)書
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：汽車用手動變速器的優(yōu)化設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：
一、原始數(shù)據(jù)（資料）：
.發(fā)動機 Nmax=154.5kw(相應(yīng)轉(zhuǎn)速為21000r/min)
Mmax=784N?m(相應(yīng)轉(zhuǎn)速為1300r/min)
整機參數(shù)：FR型
1.尺寸參數(shù)：全長L=7920mm；全寬B=2500mm；全高H=2910mm；軸距L1=4300mm；前輪距B1=1972mm；后輪距B2=1824mm。
2.重量參數(shù)：空載 ： 車重：7000 kg；前橋：4000 kg；后橋：3000 kg
滿載： 車重：17260 kg；前橋：5860 kg；后橋：11400 kg。
3．性能參數(shù)：主減速速比：i0=5.196 車輪：11.00-20
使用數(shù)據(jù)：滾動阻力系數(shù)f=0.03；道路阻力系數(shù)：強度計算用Φ=1；性能計算用Φ=0.8；空氣阻力系數(shù) ：K=0.8； 迎風(fēng)面積F=0.78×寬×高； 最大速度：vmax=90km/h；最大爬坡度：25%，傳動系效率：η=0.9
變速箱采用五檔，速度范圍0~90km/h
二、畢業(yè)設(shè)計（論文）要求：
（1）、任務(wù)要求
全面了解設(shè)計任務(wù)書，掌握設(shè)計意圖，明確設(shè)計任務(wù)，根據(jù)原始數(shù)據(jù)，分析原理。擬定設(shè)計方案，完成設(shè)計與計算，繪制裝配圖、部件圖和部分零件圖。同時完成相應(yīng)的計算說明過程。主要任務(wù)如下：
①畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告；
②文獻(xiàn)綜述&外文翻譯；
③設(shè)計、計算、繪制相應(yīng)設(shè)計內(nèi)容的技術(shù)圖紙；
④畢業(yè)設(shè)計說明書。
（2）、時間進(jìn)度要求
序號
時間
周次
指導(dǎo)教師工作及要求
1
2021.3.22-2021.3.28
第1周
按任務(wù)書，查閱相關(guān)文獻(xiàn)、撰寫文獻(xiàn)綜述、翻譯外文資料
2
2021.3.29-2021.4.4
第2周
開題報告的攥寫
3
2021.4.5-2021.4.11
第3周
審核開題報告，進(jìn)行開題答辯
4
2021.4.12-2021.5.9
第4-7周
試驗研究或設(shè)計階段，繪制相關(guān)圖紙，編寫設(shè)計說明書
5
2021.5.10-2021.5.16
第8周
畢業(yè)設(shè)計期中檢查
6
2021.5.17-2021.5.30
第9-10周
修改相關(guān)圖紙，完善畢業(yè)設(shè)計說明書
7
2021.5.31-2021.6.6
第11周
論文查重、修改論文
8
2021.6.7-2021.6.13
第12周
打印裝訂、指導(dǎo)老師與評閱老師賦分、畢業(yè)答辯
畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：
一、設(shè)計圖樣要求：
設(shè)計原理正確，運用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、查閱相關(guān)手冊，正確處理好圖、數(shù)字、符號、標(biāo)準(zhǔn)等的關(guān)系，圖樣完整準(zhǔn)確?？傮w設(shè)計完整、圖紙表達(dá)清晰、標(biāo)注采用國家最新標(biāo)準(zhǔn)；完成整機裝配圖紙設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)方案確定最優(yōu)化；完成部件圖設(shè)計及傳動系統(tǒng)設(shè)計；完成零件圖設(shè)計。
二、畢業(yè)設(shè)計說明書：
設(shè)計依據(jù)可靠，參數(shù)選用合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計強度及剛度校核、計算準(zhǔn)確，內(nèi)容完整，中英文摘要與科技論文必須做到準(zhǔn)確無誤。對主要傳動方案進(jìn)行比較和選擇、并可行性論證。
包括；
前言 1
第一章 機械式變速器的概述及其方案的確定
第二章 變速器主要參數(shù)的選擇
2.1 中心距A
2.2 齒輪模數(shù)
2.3 齒寬
2.4 變速器最大出動比
第三章 各擋齒輪齒數(shù)的分配
3.1 確定變速器齒輪齒數(shù)時考慮因素
3.2 傳動比的確定
3.3各齒輪幾何參數(shù)的確定
第四章 齒輪強度的校核
4.1彎曲強度計算
4.2接觸應(yīng)力的計算
第5章 軸的設(shè)計
5.1 概述
5.2 軸的尺寸選擇
5.3 軸的尺寸的確定
第六章 軸的校核
6.1 概述
6.2 軸的強度校核及優(yōu)化設(shè)計
6.3軸的剛度校核
第七章 軸承的校核
7.1軸承壽命的計算
結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計說明書參考文獻(xiàn)15篇以上，原則上所涉及的參考文獻(xiàn)論文資料為近5年出版發(fā)表。
學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計文件（論文）：
設(shè)計成果要求：提交紙質(zhì)資料（打印和部分手工繪制圖紙）和電子文檔資料。圖紙使用AutoCAD軟件繪制，文件為*.dwg格式。設(shè)計說明書資料為*.doc格式。
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告。
2、畢業(yè)設(shè)計說明書1份，字?jǐn)?shù)2-2.5萬字。按《山西能源學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。
3、圖紙：
(1) 變速箱裝配圖（A0號）1張；
(2) 變速箱同步器裝配圖（A2號）1張；
（3）變速箱第一軸即主動齒輪零件圖 （A2）1張、變速箱第二軸零件圖（A2）1張）、變速箱中間軸零件圖 （A2）1張。
4、文獻(xiàn)綜述&外文翻譯：按《山西能源學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。
(1) 文獻(xiàn)綜述：字?jǐn)?shù)不少于3000字；
(2) 外文翻譯：外文翻譯必須與畢業(yè)設(shè)計課題相關(guān)，字?jǐn)?shù)不少于5000字，并標(biāo)明文章出處。
主要參考文獻(xiàn)（資料）：
例如：
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[9] 于永泗、齊民．機械工程材料（第七版）[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2007；
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[12] 楊昂岳等．機械制造工程學(xué).[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，2004；
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[14] 過學(xué)迅，鄧亞東. 汽車設(shè)計. 北京：人民交通出版社，2005.
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[17] 高延齡. 汽車運用工程. 第三版. 北京：人民交通出版社，2004.
指導(dǎo)教師簽字 年 月 日
教研室主任審查簽字 年 月 日
系負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)簽字 年 月 日
汽車用手動變速器的優(yōu)化設(shè)計
摘 要
車輛的變速器很大程度上影響著車輛行駛的經(jīng)濟性、動力性、駕乘舒適性,是車輛最重要的部件之一。本文分析了國內(nèi)外變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r ,介紹了國內(nèi)外先進(jìn)的變速器設(shè)計方法、科學(xué)的開發(fā)流程等,還根據(jù)我國變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀提出了一些問題，并且對變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些合理的建議。
關(guān)鍵詞:變速器,科學(xué)開發(fā)流程、先進(jìn)設(shè)計方法
一. 變速器研究意義
變速器是伴隨汽車出現(xiàn)的產(chǎn)物﹐是組成一輛汽車的必需品，而變速器設(shè)計更是汽車設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)之一。變速器的作用是用來改變傳動比,使發(fā)動機盡量工作在有利的工況下,滿足不同的行駛要求。在不同的行駛條件下,要求汽車行駛速度和驅(qū)動扭矩能在很大范圍內(nèi)變化 ,而汽車發(fā)動機的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小,扭矩變化范圍更不可能滿足實際路況需要﹐而變速器能做到在大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動輪上扭矩的大小。[1]因此,變速器的性能直接影響到汽車行駛性能。隨著技術(shù)進(jìn)步,變速器在最基本的傳動功能之外，也在實現(xiàn)越來越多的功能﹐例如實現(xiàn)倒車行駛﹐用來滿足汽車倒退行駛的需要;中斷動力傳遞﹐在發(fā)動機能夠怠速運轉(zhuǎn)﹐汽車換檔或需要停車時﹐中斷向驅(qū)動輪的動力傳遞;實現(xiàn)空檔,當(dāng)離合器接合時﹐變速箱可以不輸出動力。由此可見﹐研究變速器對汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重大的意義。[2]
二. 國內(nèi)外變速器使用的現(xiàn)狀
在歐洲的巿場上，原本手動變速器占據(jù)的絕大部分的巿場,在不斷被自動變速器侵占。例如在西歐，2005年生產(chǎn)的裝配有自動變速器的汽車占汽車總量的23%。而10年前﹐這個數(shù)字僅為13%?？梢娮詣幼兯倨髡诔蔀槭袌龅闹髁鳌Ｔ谥袊袌錾烯o配備自動變速器也已經(jīng)成為車用變速器的重要趨勢。然而﹐在自動變速器方面,由于其新工藝、新技術(shù)和設(shè)計原理與傳統(tǒng)手動變速器有比較大的差異,導(dǎo)致國內(nèi)廠家在自動變速器的研發(fā)上與國際先進(jìn)水平存在較大差距,即使向國外廠商尋求技術(shù)幫助,他們也不約而同地對國內(nèi)廠家進(jìn)行了技術(shù)封鎖,這導(dǎo)致我國的自動變速器相比國外產(chǎn)品性能低下,需要大量依賴進(jìn)口。據(jù)統(tǒng)計,進(jìn)口產(chǎn)品占我國自動變速器巿場的 78%。而在手動變速器方面，經(jīng)過長時間的發(fā)展,設(shè)計原理和生產(chǎn)工藝等都較為成熟﹐技術(shù)難度也相對較低﹐因此我國通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù),消化吸收并自主創(chuàng)新﹐能做到自主生產(chǎn)﹐基本滿足了本土車輛廠商的生產(chǎn)需要?？梢灶A(yù)見的是﹐在未來汽車變速器的巿場將會以自動變速器為主﹐發(fā)展和掌握高端自動變速器制造技術(shù)是追趕世界變速器制造技術(shù)的重要途徑。而優(yōu)先開發(fā)手自一體變速器在技術(shù)上可以延續(xù)我國在手動變速箱上積累的經(jīng)驗，更有利于我國變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。[3]
三. 國外變速器先進(jìn)的設(shè)計方法
近10年以來,我國變速器產(chǎn)業(yè)特別重視新產(chǎn)品的開發(fā)研制，無論是從人力物力的投入，還是資金的投入，都是非常巨大的。但在我國汽車產(chǎn)業(yè)剛剛發(fā)展起來時,幾乎所有新產(chǎn)品的開發(fā)流程相比國外先進(jìn)的開發(fā)流程都是不完整的,這是我國汽車產(chǎn)業(yè)的通病。而隨著我國這些年的高速發(fā)展﹐我國變速器產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)流程也在不斷學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)方法，逐漸與國外接軌。
一個變速器新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)流程首先要收集潛在顧客的信息。其次是調(diào)查客戶和市場的需求﹐確定變速器的大致開發(fā)方向。第三是根據(jù)調(diào)查制定相應(yīng)的制定技術(shù)方案。第四是進(jìn)行可行性分析。做到不斷的根據(jù)巿場的需求來調(diào)整設(shè)計方案和研究方向﹐對客戶的要求進(jìn)行科學(xué)分析并不斷完善設(shè)計。利用這種更加科學(xué)的設(shè)計方法可以有效的縮短研發(fā)周期,同時節(jié)約研發(fā)成本。用最小的代價活的最符合市場需求的產(chǎn)品。
我國的汽車變速器之所以與發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品存在不小的差距﹐其中最重要的原因就是我國的設(shè)計手段相對落后。發(fā)達(dá)國家早早利用CAD計算機輔助設(shè)計技術(shù)例如有限元分析,優(yōu)化設(shè)計等來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。通過這些方法對機械設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行分析設(shè)計可以大大的提高機械產(chǎn)品的一次設(shè)計成功率 ,既能縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期﹐還能節(jié)省實驗費用﹐大大提高設(shè)計效率。相比之下﹐我們的設(shè)計手段就顯得非常落后,我們的設(shè)計任然是以經(jīng)驗為主的二維平面設(shè)計﹐一次成功率較低,往往還要根據(jù)實際情況進(jìn)行很大的改動,這大大加長了產(chǎn)品的開發(fā)周期﹐還提高了開發(fā)費用。為了改變我國變速器等汽車部件設(shè)計周期長﹐效率低的缺點,縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期,提國產(chǎn)變速器高市場競爭力，我認(rèn)為開發(fā)一套適合中國使用的 CAD設(shè)計軟件，或者是對已有的CAD軟件進(jìn)行符合我國的優(yōu)化是非常有必要而且必須的。
機械制造強國例如美國,它的優(yōu)勢就是建立了一套比較完善的CADICAM集成系統(tǒng)﹐并且他的CAD技術(shù)一直在全球處于領(lǐng)先地位。美國是最早將CAD應(yīng)用于汽車設(shè)計行業(yè)的國家，例如美國的通用汽車公司和福特汽車公司早早的通過將CAD技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)﹐從而建立起優(yōu)勢﹐進(jìn)而搶占國際汽車市場。他們利用CAD、CAPP、CAM、CAE等，并加以集成應(yīng)用，將結(jié)構(gòu)、強度、剛度等問題的計算、車體造型的三維設(shè)計等問題大大簡化，在保證產(chǎn)品優(yōu)秀質(zhì)量的同時還提高了生產(chǎn)效率 ,做到了及時響應(yīng)巿場的需求。從而大大的提高了他們的產(chǎn)品競爭力,為他們帶來了巨額收益。但這些已經(jīng)能較好的利用CAD進(jìn)行汽車部件設(shè)計的國外公司﹐其涉及的試驗、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范都很保密﹐不可能向我國汽車公司提供幫助。
與國外相比,我國的汽車工業(yè)在計算機輔助設(shè)計方面起步較晚，也沒有利用后發(fā)優(yōu)勢﹐發(fā)展緩慢。雖然目前有一些大中型汽車企業(yè)能與一些知名高校合作進(jìn)行CAD的研究開發(fā)，已經(jīng)在產(chǎn)品的設(shè)計改進(jìn),設(shè)計完成后的計算機繪圖和有限元分析等幾方面取得了一些成果,但縱觀國內(nèi)的大多數(shù)工廠,依靠經(jīng)驗類比法這些傳統(tǒng)方法進(jìn)行設(shè)計的任然占有不小的比例。這種方法就是通過引進(jìn)國外成熟但是相對落后的產(chǎn)品進(jìn)行分析測繪和仿制,這種方法雖然能在短時間內(nèi)縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,縮小與國外廠商的技術(shù)差距,但是難以在創(chuàng)新上實現(xiàn)突破﹐無法滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)高速發(fā)展的需求。因此,車企降低傳統(tǒng)低效的設(shè)計方法的比例﹐大量采用先進(jìn)高效的現(xiàn)代化設(shè)計方法,是提高我國汽車產(chǎn)業(yè)自主設(shè)計研發(fā)能力，實現(xiàn)高端變速器國產(chǎn)化,本土化的重要手段。[4]
四. 我國當(dāng)前面臨的問題
變速器是傳統(tǒng)石油動力汽車和新型油電混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)的重要部件。在未來幾十年內(nèi)﹐隨著新能源汽車行業(yè)的不斷發(fā)展,變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還將對汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。隨著近年來自動變速器在汽車產(chǎn)業(yè)越來越廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)變速器企業(yè)在手動變速器方面依靠經(jīng)驗多年積累的優(yōu)勢已經(jīng)不再存在,在國外廠商的技術(shù)封鎖下,國內(nèi)企業(yè)實現(xiàn)自主開發(fā)先進(jìn)的自動變速器顯得尤為重要,這也是國內(nèi)車企面對的一個巨大挑戰(zhàn),同時如何實現(xiàn)自主開發(fā)也是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面對的一個核心問題。
我國自動變速器產(chǎn)業(yè)之所以受到重重阻礙,其主要原因是沒有形成專業(yè)化、模塊化、機電液氣配套產(chǎn)業(yè)鏈﹐以及數(shù)控化加工與檢測線的短缺。國內(nèi)的變速器產(chǎn)業(yè)由手動變速器到自動變速器的快速轉(zhuǎn)型,如果不能在短時間內(nèi)﹐在國外企業(yè)搶占國內(nèi)市場之前實現(xiàn)自動變速器的自主研發(fā)生產(chǎn),我國自主的自動變速器產(chǎn)業(yè)將有被摧垮的危險。隨著中國加入世貿(mào)組織﹐中國市場對外開放的程度不斷加大,中國的汽車工業(yè)也在持續(xù)高速發(fā)展﹐包括采埃罕、伊頓、艾里遜、博格華納等在內(nèi)的許多國際變速器巨頭企業(yè)紛紛涌入中國搶占國內(nèi)變速器市場,有的甚至已經(jīng)完成了其在中國的戰(zhàn)略布局。國外企業(yè)的競爭與打壓使得中國變速器企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻,很多國際自動變速器巨頭來到中國巿場只賣產(chǎn)品、不賣核心技術(shù),使中國的汽車產(chǎn)業(yè)對進(jìn)口變速器的依賴性日益加強。在2014年，中國的自動變速器需求量為877.2萬臺，其中自主生產(chǎn)的自動變速器僅為400.5萬臺 ,進(jìn)口的自動變速器多達(dá)531.4萬臺，國內(nèi)大半的自動變速器巿場被國外企業(yè)瓜分。隨著這種局面的加劇 ,預(yù)計未來3到5年我國的變速器行業(yè)將面臨深度的洗牌和巿場整合。因此我國汽車企業(yè)在變速器領(lǐng)域的研發(fā)投入﹐布局和技術(shù)創(chuàng)新顯得尤為重要。[5]
五. 應(yīng)對方案
根據(jù)我國汽車變速器企業(yè)現(xiàn)有的的研發(fā)生產(chǎn)條件和國內(nèi)變速器巿場情況 ,對于未來10年的中國巿場,可以得出以下結(jié)論︰手動變速器在短期內(nèi)仍將是變速器市場的主流,但受到巿場青睞的自動變速器產(chǎn)業(yè)有不斷發(fā)展壯大的趨勢﹐其中 ,雙離合變速器技術(shù)存在巨大的潛力。國內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示﹐人們對汽車駕乘的舒適性越來越重視。在歐美巿場﹐自動變速器的市場在不斷擴大，占領(lǐng)原本屬于手動變速器的市場。可以預(yù)見﹐帶有自動功能變速器的汽車是未來市場的主導(dǎo)產(chǎn)品 ,發(fā)展和掌握自動變速器制造技術(shù)是追趕世界變速器制造潮流的重要方向。變速器將成為企業(yè)提高產(chǎn)品競爭力的利器以及消費者購車時關(guān)注的重點,汽車企業(yè)在變速器領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新將是關(guān)系到汽車企業(yè)發(fā)展競爭的關(guān)鍵，而且還將影響到未來整車競爭的格局。
60多年前﹐新中國成立之初，我國還是一窮二白，鋼鐵產(chǎn)量僅為15.8萬噸,是美國當(dāng)時鋼鐵產(chǎn)量的0.2%,大量生產(chǎn)鋼鐵都困難重重，更別說自主研發(fā)生產(chǎn)汽車了。但是經(jīng)過了60多年的發(fā)展,國內(nèi)手動變速器的研發(fā)、生產(chǎn)能力已接近國際先進(jìn)水平。自動變速器產(chǎn)業(yè)也在不斷發(fā)展和進(jìn)步。目前我國汽車業(yè)的“十二五”規(guī)劃已經(jīng)制定﹐“十三五”規(guī)劃也在制定中。“十二五”規(guī)劃總體目標(biāo)仍是強調(diào)我國汽車工業(yè)發(fā)展要從汽車大國向汽車強國轉(zhuǎn)變。未來五年,中國汽車業(yè)將從過去的做大規(guī)模轉(zhuǎn)向做強實力。具體來看﹐一方面提倡發(fā)展包括新能源汽車在內(nèi)的節(jié)能汽車﹔另一方面,提倡通過兼并重組、淘汰落后產(chǎn)能來解決結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩問題。而就變速器產(chǎn)業(yè)來看﹐雖然目前自動變速器成為中國變速器行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的攔路虎,但是我國已發(fā)展成為全球性的汽車產(chǎn)銷大國。只要我們繼續(xù)加大對汽車專業(yè)人才培養(yǎng)的支持力度，堅定不移地堅持自主開發(fā)﹐采取更科學(xué)的開發(fā)流程,多利用先進(jìn)的計算機輔助方法來參與設(shè)計研發(fā)﹐中國變速器企業(yè)一定能夠?qū)崿F(xiàn)自動變速器的技術(shù)突破，為中國變速器行業(yè)新的征程開個好頭。[6]
參考文獻(xiàn)
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XXXXX
XXX設(shè)計開題報告
題目名稱
汽車用手動變速器的優(yōu)化設(shè)計
班級
學(xué)號
1. 畢業(yè)設(shè)計研究背景
汽車作為商品，在世界各處都有廣闊的市場，給企業(yè)帶來豐厚的利潤。汽車品種的多樣性的地做各種生產(chǎn)、生活活動的需求，而且有良好的社會效益。汽車工業(yè)的發(fā)展，帶動了許多相關(guān)企業(yè)、事業(yè)，包括鋼鐵、石油、橡膠、塑料、機床、道路、汽車銷售、運輸、交通管理、金融業(yè)、教育、科研等的發(fā)展，因而解決了大批人員的就業(yè)問題。汽車也是衡量人們生活水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，購買汽車以及因此而形成的日常消費能促進(jìn)貨幣回籠。近百年來，汽車工業(yè)之所以長長盛不衰，主要得益于市場和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使汽車能逐漸完善并滿足使用者的需求?，F(xiàn)在不僅在生產(chǎn)過程中，在日常生活中也離不開汽車。對于經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家，中國汽車工業(yè)國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)是非常正確的。
汽車變速器是汽車傳動系統(tǒng)的重要部件，它直接影響著汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性、舒適性和操縱性、可靠性等現(xiàn)代汽車的重要性能，是決定汽車品質(zhì)的重要因素之一。變速器用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空檔，可在起動發(fā)動機、汽車滑行或停車時使發(fā)動機的動力停止向驅(qū)動輪傳輸。變速器設(shè)有倒檔，使汽車獲得倒退行駛能力。需要時，還有動力輸出功能。
從發(fā)展歷史來看，自動變速器的發(fā)展可分為四個階段:
1.1784年~1884年
認(rèn)識到蒸汽機和內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速特性必須通過變速器進(jìn)行調(diào)整，才能獲得最大動力。采用滑動嚙合或常嚙合齒輪的可變速度傳動裝置是最早的解決方法。
2.1884年~1914年
搜尋轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速變換的適當(dāng)方法。除了齒嚙合傳動外，對多種變速器設(shè)計進(jìn)行了嘗試:鏈傳動、帶傳動和摩擦輪傳動、電傳動、液壓傳動，甚至還有氣壓傳動，對齒輪式變速器特別是無級變速器進(jìn)行了試驗。自始至終，每一種變速器設(shè)計都按照特定車輛的要求進(jìn)行了改造。
3.1914年~1980年
在這個階段，齒輪式變速器由于具有功率/重量比高的優(yōu)點而得到更多的認(rèn)可。標(biāo)準(zhǔn)化的齒輪式變速器很容易針對不同車輛應(yīng)用而進(jìn)行改造的觀點逐漸得到認(rèn)同。因此，在此后一直到現(xiàn)在的數(shù)十年里，齒輪式變速器在使用壽命、可靠性、噪聲水平和操作方便等方面（同步嚙合、傳統(tǒng)式自動變速器、動力傳遞不間斷的換檔、采用電子控制輔助換檔的半自動變速器）的開發(fā)工作始終沒有停止過。檔位數(shù)和傳動比范圍持續(xù)增加。在乘用車維修負(fù)擔(dān)減輕的開發(fā)成果背后，機動化群體的擴大已經(jīng)成為一個重要的推動力。
4.1980年至今
進(jìn)一步開發(fā)的項目的主要焦點是對一些特定用途所進(jìn)行的“個性”解決方法（也見第2章2.5節(jié)“變速器設(shè)計的趨勢”)。變速器的“調(diào)色板”變得比原來大得多。用于乘用車的變速器出現(xiàn)了若干種可選擇設(shè)計——手動變速器、機械式自動變速器、雙離合變速器、傳統(tǒng)式自動變速器、無級變速器和混合動力驅(qū)動裝置，并相互競爭。齒輪式變速器具有5~8個檔位。全輪驅(qū)動技術(shù)的重要性在提升。在商用車的情況下，齒輪式變速器有6~16個檔位，可能的傳動比范圍最大。在歐洲重型商用車領(lǐng)域，機械式自動變速器的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)在，即使商用車也獲得了極高的操作舒適性，并且實際上可以由任何人駕駛。在電子控制技術(shù)、軟件領(lǐng)域，在功能開發(fā)方面，以及在系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)化方面,乘用車和商用車也都有重大發(fā)展。
2. 畢業(yè)設(shè)計研究目的意義
汽車問世百余年來，特別是從汽車的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來,汽車已為世界經(jīng)濟的發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無法估量的巨大影響,為人類社會的進(jìn)步做出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)，掀起了一場劃時代的革命"。自從汽車采用內(nèi)燃機作為動力裝置開始，變速器就成為了汽車重要的組成部分，現(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，故其性能與汽車的動力性和經(jīng)濟性之間存在著較大的矛盾，這對矛盾靠現(xiàn)代汽車的內(nèi)燃機本身是無法解決的。因此，在汽車傳動系中設(shè)置了變速器和主減速器，以達(dá)到減速增矩的目的。
變速器的主要功能表現(xiàn)為以下幾點:
改變汽車傳動比，增加驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化的范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛工況，同時應(yīng)使發(fā)動機時刻處于最有利的工況范圍內(nèi)工作;
在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，實現(xiàn)汽車的倒退行駛;
實現(xiàn)空檔狀態(tài)，暫時中斷動力傳遞，以便發(fā)動機能夠啟動、怠速等。
變速器作為汽車傳動系的關(guān)鍵部件，對汽車的動力性與經(jīng)濟性、操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率都有著直接的影響2。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機械式的手動變速器仍然是目前使用最為廣泛的汽車變速器。即使它有諸多缺點，如換檔沖擊大，體積大，操縱麻煩等;但同時它也有很多優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用壽命長，瞬時傳動比為常數(shù)，傳動效率高達(dá)98%，生產(chǎn)和制造工藝成熟以及成本低等，如果能改善手動變速器上述的缺點，它還有很大發(fā)展空間。
如今，中國汽車變速器市場正處于高速發(fā)展期。2011年中國汽車全年產(chǎn)銷量再次突破1800萬輛，穩(wěn)坐全球第一寶座，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2011年中國千人汽車擁有量為仍不足100輛，從全世界范圍來看，千人汽車保有量為120輛，與國際發(fā)達(dá)國家相比，千人汽車保有量仍很低，預(yù)計未來5-10年，汽車消費需求仍將保持5%-10%平穩(wěn)較快發(fā)展勢頭，預(yù)計2015年汽車銷售規(guī)模將達(dá)到2500萬輛。在汽車行業(yè)市場規(guī)模高速增長的情況下，中國汽車變速器行業(yè)面臨著重大機遇。2011年中國汽車變速器市場規(guī)模達(dá)近870億元人民幣，并且以每年以超過15%的速度增長，預(yù)計2015年達(dá)到1700億元。
在汽車行業(yè)市場規(guī)模高速增長的情況下，2007-2010年我國汽車變速器行業(yè)年均復(fù)合增長率達(dá)到18%。2011年我國變速器市場繼續(xù)穩(wěn)定增長，市場規(guī)模約為840億元，預(yù)計到2015年，我國汽車變速器市場或?qū)⑦_(dá)到1700億元。
截至2011年9月末，我國汽車變速器行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)405家，從業(yè)人員11.11萬人，資產(chǎn)總計635.73億元。2011年1-9月，汽車變速器行業(yè)實現(xiàn)銷售收入687.73億元。但從企業(yè)規(guī)模企業(yè)來看，2011年1-9月，我國汽車變速器行業(yè)中，小型企業(yè)數(shù)量占絕對優(yōu)勢，共有328家，占比80.99%。
2011年1-8月中國汽車變速器行業(yè)進(jìn)出口總額為192788.51萬美元，其中進(jìn)口額為113960.57萬美元，出口額為78827.94萬美元，實現(xiàn)貿(mào)易逆差35132.64萬美元。由于汽車變速器廣闊的市場空間，行業(yè)競爭日趨激烈。在當(dāng)前競爭激烈的市場環(huán)境下，了解行業(yè)資訊尤為必要。本報告分析了中國汽車變速器行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈;中國汽車變速器行業(yè)的運營情況;中國汽車變速器行業(yè)的市場環(huán)境;中國汽車變速器行業(yè)的競爭情況;中國汽車變速器行業(yè)主要產(chǎn)品市場情況及熱點產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀;中國汽車變速器行業(yè)的并購整合情況;中國汽車變速器行業(yè)的出口市場;中國汽車變速器行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)的經(jīng)營情況;中國汽車變速器行業(yè)發(fā)展趨勢與前景預(yù)測;中國汽車變速器行業(yè)應(yīng)對金融危機策略;同時，從而在競爭中贏得先機!
3.畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)查閱概況
汽車行駛的速度是不斷變化的，就需要變速器這一變速裝置，改變發(fā)動機傳到驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使汽車獲得不同牽引力和速度，使發(fā)動機工作在較為有利的工況范圍內(nèi)。 [1] 自世界上首輛汽車研制成功以來﹐手動變速器(Manual Transmission,MT)一直被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)今MT主要由殼體﹑傳動組件(輸入和輸出軸、齒輪、同步器等)操縱組件(換擋拉桿、撥叉等)組成。其工作原理是通過撥動變速桿來切換中間軸上的主動齒輪,使其與不同直徑的齒輪嚙合改變傳動比﹐以此改變車輛驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。由于手動變速器具有技術(shù)成熟﹑構(gòu)造簡單、成本較低、動力傳遞效率較高等優(yōu)點,其在國內(nèi)乃至全球汽車市場中長期占據(jù)主導(dǎo)地位。中國的汽車市場主要分為乘用車市場和商用車市場,這兩類汽車市場中各種變速器的應(yīng)用有著各自的特點。而國外各類變速器的使用情況由于地域和國情的不同也有著各自的特點。因此﹐應(yīng)從不同角度分析變速器的發(fā)展?fàn)顩r。中國變速器的發(fā)展是在全球變速器發(fā)展大環(huán)境下的一部分﹐且中國變速器技術(shù)在一定程度上參考了國外的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)﹐所以研究國外變速器的發(fā)展情況對指導(dǎo)中國變速器的研究與開發(fā)具有重要意義。 [2]
如同科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有盡頭的一樣，汽車變速器技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展也是沒有盡頭的，只要能夠在汽車變速器創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展過程中不斷的對新技術(shù)進(jìn)行時優(yōu)化和提升，那么就會對汽車變速器的性能與成本進(jìn)行了優(yōu)化，最終開發(fā)出更加適合如今時代需求的創(chuàng)新型汽車變速器技術(shù)。汽車變速器也需要對如今已有的工作創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行不斷的深化挖掘，并在實際深化挖掘過程中不斷的應(yīng)用各種新型科學(xué)技術(shù),強化汽車變速器的實際性能的同時,降低試驗工程師的工作強度，減少汽車變速器深化挖掘的實際成本,推進(jìn)汽車變速器的持續(xù)發(fā)展。對于汽車變速器來說，零件的質(zhì)量與性能也決定變速器質(zhì)量與性能的根本因素,因此在進(jìn)行汽車變速器的發(fā)展同時,相關(guān)研發(fā)人員也不能夠減少對于汽車變速器的關(guān)鍵零件的研發(fā)優(yōu)化工作，其中提升零件的精確性與空間控制性是提升變速器性能與質(zhì)量的最為直接有效的方式。另外汽車變速器的設(shè)計研發(fā)人員還需要對變速器的傳感器精度、能耗控制進(jìn)行提升,從而為能夠給客戶提供更加良好的駕駛體驗凹。 [3]
第一,要保證機械器變速器具有超強的動力。以商用車、卡車為例,機械式變速器對于這類車是必不可少的,在承擔(dān)重力和高壓時,機械式變速器要和發(fā)動機進(jìn)行配合,提供足夠大的牽引力。第二,經(jīng)濟適用,極具協(xié)調(diào)性。在我國駕校中,大部分練習(xí)的教練車都是機械式變速器形式的,能夠讓學(xué)員練好基本功,并且安全性高,有利用控制。大部分的老司機和男士司機,也比較喜歡機械式變速器,是因為在開車過程中能夠帶來手動的快感。第三,在家庭用車中,機械式變速器汽車的性價比也是最合算的,比如,奇瑞、夏利等五款車型都具有相應(yīng)的機械式變速器，它能夠減少行駛過程中駕駛員的開車強度,安全穩(wěn)定性較高,經(jīng)濟實惠。 [4]
綜上所述,中國的汽車變速器發(fā)展必然呈現(xiàn)多元化的發(fā)展路線。任何一種變速器都有自身的優(yōu)勢和不足,應(yīng)鼓勵不同技術(shù)同時發(fā)展,不要以某種變速器去排斥另一種變速器。中國應(yīng)利用現(xiàn)有的變速器研究成果和各方面的力量﹐加快自動變速器這一高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,開創(chuàng)一條具有中國特色的變速器自主創(chuàng)新道路。相信在不久的將來﹐中國先進(jìn)變速器的發(fā)展道路將會更加廣闊。[2~4]
參考文獻(xiàn)
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4.畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容
前言
第一章 機械式變速器的概述及其方案的確定
第二章 變速器主要參數(shù)的選擇
2.1 中心距A
2.2 齒輪模數(shù)
2.3 齒寬
2.4 變速器最大出動比
第三章 各擋齒輪齒數(shù)的分配
3.1 確定變速器齒輪齒數(shù)時考慮因素
3.2 傳動比的確定
3.3各齒輪幾何參數(shù)的確定
第四章 齒輪強度的校核
4.1彎曲強度計算
4.2接觸應(yīng)力的計算
第五章 軸的設(shè)計
5.1 概述
5.2 軸的尺寸選擇
5.3 軸的尺寸的確定
第六章 軸的校核
6.1 概述
6.2 軸的強度校核及優(yōu)化設(shè)計
6.3軸的剛度校核
第七章 軸承的校核
7.1軸承壽命的計算
結(jié)論
5.畢業(yè)設(shè)計提交形式
1. 畢業(yè)設(shè)計說明書1份，字?jǐn)?shù)2-2.5萬字。按《山西能源學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。
2. 圖紙繪制裝配圖一張，繪制關(guān)鍵零件圖，所繪圖紙要夠兩張A0圖紙
3. 撰寫文獻(xiàn)綜述：字?jǐn)?shù)不少于3000字
4. 外文翻譯：外文翻譯必須與畢業(yè)設(shè)計課題相關(guān)，字?jǐn)?shù)不少于5000字，并標(biāo)明文章出處。
6.畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度安排
序號
時間
周次
指導(dǎo)教師工作及要求
1
2021.3.22-2021.3.28
第1周
按任務(wù)書，查閱相關(guān)文獻(xiàn)、撰寫文獻(xiàn)綜述、翻譯外文資料
2
2021.3.29-2021.4.4
第2周
開題報告的攥寫
3
2021.4.5-2021.4.11
第3周
審核開題報告，進(jìn)行開題答辯
4
2021.4.12-2021.5.9
第4-7周
試驗研究或設(shè)計階段，繪制相關(guān)圖紙，編寫設(shè)計說明書
5
2021.5.10-2021.5.16
第8周
畢業(yè)設(shè)計期中檢查
6
2021.5.17-2021.5.30
第9-10周
修改相關(guān)圖紙，完善畢業(yè)設(shè)計說明書
7
2021.5.31-2021.6.6
第11周
論文查重、修改論文
8
2021.6.7-2021.6.13
第12周
打印裝訂、指導(dǎo)老師與評閱老師賦分、畢業(yè)答辯
指導(dǎo)教師審批意見
指導(dǎo)教師：
年 月 日
系審批意見
負(fù)責(zé)人： 年 月 日
7
摘 要
車輛的變速器影響車輛行駛過程中駕駛員的操縱舒適性，以及駕駛員駕駛過程中油耗量和車輛的動力性能。所以變速器也是汽車最重要最不可或缺的部件之一。雖然標(biāo)準(zhǔn)的機械式手動變速器存在換擋沖擊力大、體積大、操縱麻煩等缺點，但仍以其高傳動效率、成熟的生產(chǎn)方式和低廉的價值等優(yōu)勢，在現(xiàn)代汽車中被廣泛采用。
隨著時代的進(jìn)步，現(xiàn)代計算機技術(shù)也在飛速的發(fā)展，有限元分析（FEA）技術(shù)也緊跟滾滾的歷史潮流。因為傳統(tǒng)的FEA軟件復(fù)雜且難以使用，而SOLIDWORKS軟件中Simulation的界面不僅簡單直觀，而且使用過程中針對較為復(fù)雜零件或裝配體的分析，也可輕松處理。本文主要采用該方法實現(xiàn)對汽車手動變速器的主要零件（如齒輪、軸等）的分析和優(yōu)化，通過這種方法可以在產(chǎn)品生產(chǎn)前了解其是否存在隱患，為后續(xù)的工作省時省力，同時也免去對整體校核是否滿足要求時不必要的資源浪費。
在設(shè)計之前需要有相關(guān)理論知識，并深入了解變速器開發(fā)流程，本文主要介紹傳動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。首先需要確定的是整體設(shè)計方案，然后是零部件結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計，包括齒輪和軸的總體布置形式及檔位布置形式等；其次結(jié)合任務(wù)書所給初始條件，進(jìn)一步縮小范圍，根據(jù)已知的速比、工況和邊界條件以及其他的條件，設(shè)計計算出變速器傳動比以及主要零件的相關(guān)參數(shù)。同時利用有限元分析（FEA）技術(shù)，在SOLIDWORKS軟件中完成齒輪、軸等主要零件的建模，完成有限元分析，找到可能影響變速器性能的因素。
關(guān)鍵詞：手動變速器，齒輪設(shè)計，SOLIDWORKS，優(yōu)化設(shè)計
ABSTRACT
Transmission of the vehicle to a large extent affects the economy, power performance, ride comfort of vehicle, is one of the most important parts in the vehicle. Though manual transmission with a shift of traditional mechanical impact, larger volume and manipulation of trouble such as faults, but still with its high transmission efficiency, mature manufacturing process and low cost etc, are widely used in modern cars.
With the development of modern computer technology, finite element analysis (FEA) technology and rapid development. Because of complex and difficult to use traditional FEA software, and SOLIDWORKS Simulation is not only simple and intuitive, but also can easily deal with complex Simulation. This article mainly USES the method to realize the main parts of automotive manual transmissions (such as gear, shaft and synchronizer, etc.) in the design, analysis and optimization, at the same time learn from predecessors' design thinking and analysis method, enriching the content of study, and improve the quality of research.
In understanding and learning the development process of the transmission and related design theory premise, first determine the design scheme of the car manual transmission, including gear and the layout of the forms, shift operating mechanism and gear arrangement, etc.; Secondly according to the specification to the original conditions, combined with the vehicle performance and fuel economy requirements, design to calculate the transmission ratio and the correlation coefficient of main parts, through the analysis of the design parameters, and find the factors that may affect the transmission performance. Using finite element analysis (FEA) technology at the same time, in the SOLIDWORKS software to complete the gear, shaft and bearing the major parts and the synchronizer, and complete the finite element analysis in the Simulation.
Keywords：manual transmission, gear design, SOLIDWORKS, optimization
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒 論[1~4] 1
1.1 目的任務(wù) 1
1.2 變速器的分類 2
2 機械式變速器的概述及其方案的確定 3
2.1 手動變速器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 3
2.2 手動變速器的結(jié)構(gòu)分析 3
2.3 本章小結(jié) 4
3 手動變速器主要參數(shù)的選擇[5] 5
3.1 手動變速器傳動比的確定 5
3.2 中心距A的確定 6
3.3 齒輪參數(shù)的確定 7
3.3.1 模數(shù) 7
3.3.2 壓力角α 7
3.3.3 螺旋角 8
3.3.4 齒寬b 9
3.3.5 齒輪變位系數(shù) 10
3.3.6 齒頂高系數(shù) 10
3.4 各檔齒數(shù)的確定[8,9] 11
3.4.1 確定一檔齒輪的齒數(shù) 12
3.4.2 對中心距A進(jìn)行修正 13
3.4.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù) 13
3.4.4 確定其他各檔齒輪的齒數(shù) 13
3.4.5 確定倒檔齒輪的齒數(shù) 13
3.4.6 修正各齒輪螺旋角 14
3.4.7 本節(jié)小結(jié) 14
3.5 齒輪材料及其選擇原則[10] 16
3.5.1 常用的齒輪材料 17
3.5.2 鑄鐵 18
3.5.3 非金屬材料 19
3.5.4 齒輪材料的選擇原則 20
3.6 齒輪校核 21
3.6.1 彎曲強度計算 21
3.6.1 接觸應(yīng)力計算 25
3.7 本章小結(jié) 26
4 變速器軸的設(shè)計 27
4.1 軸的設(shè)計[7] 27
4.1.1 軸的功用及其設(shè)計要求 27
4.1.2 軸的尺寸 27
4.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 28
4.1.4 接合器設(shè)計 29
4.2 軸受力分析與校核計算 29
4.2.1 軸的受力分析 29
4.2.2 中間軸強度校核 30
4.2.3 第二軸強度校核 39
4.2.4 軸的剛度計算 46
5 軸承的校核[3,7] 52
5.1 第一軸軸承的壽命計算 52
5.2 中間軸右端軸承的壽命計算 53
6 同步器 54
7 有限元分析[13] 55
7.1 第一軸靜應(yīng)力分析 56
7.2 中間軸靜應(yīng)力分析 57
8 結(jié) 論 59
參考文獻(xiàn) 60
致 謝 61
附錄1 常用符號表 62
附錄2 齒輪參數(shù)符號表 63
V
1 緒 論[1~4]
1.1 目的任務(wù)
汽車問世百余年來，汽車在全球范圍內(nèi)成為一種擁有巨大市場的商品，也對全球經(jīng)濟活動產(chǎn)生了不可估量的影響，同時為人類社會的進(jìn)步做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，掀起了一場重要的革命。作為汽車的配套產(chǎn)品，變速器可以說是汽車的一個必要元素，而且變速器的樣式也是汽車樣式中最重要的一個方面。在不同的行駛條件下，汽車行駛速度和行駛扭力往往有很大的變化，而汽車發(fā)動機的特點是速度的修正變化不大，扭力的修正變化不能滿足特定的道路條件，而變速器會對汽車行駛速度和汽車驅(qū)動輪的扭力大小進(jìn)行大范圍的調(diào)整。
手動變速器主要功用表現(xiàn)為以下幾點：
變速器作為汽車傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對汽車的動力性與經(jīng)濟性、操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率都有著直接的影響。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機械式的手動變速器仍然是目前使用最為廣泛的汽車變速器。[11,12]
1.2 變速器的分類
2 機械式變速器的概述及其方案的確定
2.1 手動變速器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
手動變速器主要由殼體、操縱機構(gòu)以及傳動機構(gòu)所組成。
手動變速器原理主要是應(yīng)用了齒輪傳動的減速原理，如下圖2.1。
圖2.1 齒輪嚙合圖
2.2 手動變速器的結(jié)構(gòu)分析
根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，發(fā)動機最大功率154.5Kw（相應(yīng)轉(zhuǎn)速為2100r/min），最大轉(zhuǎn)矩784N·m（相應(yīng)轉(zhuǎn)速為1300r/min）的FR型重型卡車，故傳動機構(gòu)布置為中間軸式五檔變速器。具體布置應(yīng)為在發(fā)動機飛輪位置通過軸承來支承變速器的Ⅰ軸的前端，Ⅰ軸上的花鍵是用來安裝同步器的從動盤，而Ⅱ軸的后端則是通過花鍵與萬向節(jié)連接，完成力矩由輸入到輸出的傳遞。
下圖2.2.1為此次選用的變速器傳動簡圖。
圖2.2.1 變速器傳動簡圖
2.3 本章小結(jié)
本章較為詳細(xì)介紹手動變速器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，使我對下一步的工作有了較為明確的方向。再結(jié)合任務(wù)書要求簡要分析傳動機構(gòu)的布置方案。
3 手動變速器主要參數(shù)的選擇[5]
3.1 手動變速器傳動比的確定
由任務(wù)書可知，本次設(shè)計的變速器為五檔變速器。按變速器給定速比及檔位結(jié)構(gòu)、中心距，配湊各檔齒數(shù)(速比=從動齒齒數(shù)/主動齒齒數(shù))，各檔速比為常嚙合速比與檔位齒速比的乘積，一般要求最終速比與所要求的速比誤差在±2%以內(nèi)；齒數(shù)選擇原則是速比為無限不循環(huán)數(shù)，至少小數(shù)點后兩位以內(nèi)不能除盡；對于三軸式，一般常嚙合齒速比不大于1.5。
選擇最低檔傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑等來綜合考慮來確定了。
汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力了，汽車以一檔在無風(fēng)、干砂的路面行走了。故有
Temaxig1i0ηTrr≥mgfcosαmax+sinαmax=mgψmax
(3-1-1)
式中：m——汽車總質(zhì)量；
g——重力加速度；
f——滾動阻力系數(shù)，取f=0.03；
αmax——最大爬坡度。取αmax=25°；
ψmax——道路最大阻力系數(shù)；
rr——驅(qū)動輪的滾動半徑；
Temax——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；
i0——減速速比，取i0=5.196；
η——汽車傳動系統(tǒng)的傳動效率，取η=0.9。
根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件：
Temaxig1ηTrr≤G2φ
(3-1-2)
求得的變速器一檔傳動比為：
ig1≤G2φrrTemaxi0ηT
(3-1-3)
式中：G2——汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給路面的載荷；
φ——路面的附著系數(shù)，在瀝青混凝土干路面，φ=0.7~0.8，取φ=0.75。
由已知條件：滿載質(zhì)量17260kg，rr=528.4mm（驅(qū)動輪型號為11.0R20系列）。
根據(jù)式（3-1-3）可得：ig1=7.41。
超速檔的傳動比為
igmin=0.377rnpumaxi0
（3-1-4）
由已知條件：igmin=1。
中間檔的傳動比理論上按照等比數(shù)列計算，公比按式（3-5）得出：
q=n-1igmaxigmin
（3-1-5）
實際上與理論上略微有一些出入了，因齒數(shù)為整數(shù)且常用檔位間的公比宜小些了，另外還要考慮與發(fā)動機參數(shù)的合理匹配機制了。
根據(jù)式（3-1-4）可得：q=1.65。故可得下表：
表3-1 各檔傳動比初值
檔位
一檔
二檔
三檔
四檔
五檔
傳動比
7.41
4.49
2.72
1.65
1
3.2 中心距A的確定
初選中間軸式變速器的中心距A時，常使用經(jīng)驗公式進(jìn)行初選。
A=KA3Temaxig1ηg
(3-2)
式中：——變速器中心距（mm）；
——中心距系數(shù)，商用車(貨車)：KA=8.6~9.6，取KA=9.6；
——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（N·m），取Temax=784N·m；
ig1——變速器一擋傳動比，ig1=7.41；
—變速器傳動效率，取90% ；
根據(jù)初始參數(shù)，本著結(jié)構(gòu)最緊湊原則，本次計算確定中心距為A=159mm。商用車變速器殼體軸向尺寸：（2.7~3）A。
3.3 齒輪參數(shù)的確定
3.3.1 模數(shù)
齒輪模數(shù)在設(shè)計中是一個重要參數(shù)，影響它的選取因素有齒輪的強度、質(zhì)量、噪聲和工藝要求等。選取齒輪模數(shù)時一般要遵守的原則如下：
汽車變速器用齒輪模數(shù)[6]的范圍見表3-3-1。
表3-3-1 汽車變速器用齒輪模數(shù)的范圍
車型
乘用車的發(fā)動機排量V/L
貨車的最大總質(zhì)量ma/t
1.014.0
模數(shù)mn/mm
2.25~2.75
2.75~3.00
3.50~4.50
4.50~6.00
所選模數(shù)值應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)[4]的規(guī)定，見表3-3-2。（優(yōu)先選用第一系列）
表3-3-2 汽車變速器常用的齒數(shù)模數(shù)[6] (單位：mm)
第一系列
1.00
——
1.25
——
1.5
——
2.00
——
第二系列
——
1.125
——
1.375
——
1.75
——
2.25
第一系列
2.05
——
3.00
——
4.00
——
5.00
——
6.00
第二系列
——
2.75
——
3.50
——
4.50
——
5.50
——
所以由表3-3-1與表3-3-2得出ma=4.50。
嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒形。由于制作工藝上的一些差別，同一變速器中的接合齒的模數(shù)一般一樣了。其取用范圍是：3.5～5.0mm是總質(zhì)量大于14.0t的貨車所選。選取較小的模數(shù)可使齒數(shù)增多了，可有利于換檔。
3.3.2 壓力角α
分割圓上的嚙合齒的嚙合點的共同法線與兩個齒輪的中心線之間的角度稱為壓力α的直徑之間的角度。 齒和分度圓有兩個交叉點，任何交叉點的壓力角都相同。
壓力角主要用一個α符號表示，在平面設(shè)計連桿機構(gòu)和齒輪傳動控制機構(gòu)中比較常見。國家規(guī)定[6]的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20°，嚙合套或同步器的接合齒壓力角有20°、25°和30°等，但普遍采用30°壓力角。
3.3.3 螺旋角
齒輪一般螺旋角是指螺旋齒輪角度BETA I，由導(dǎo)向件L的節(jié)距圓直徑d決定，不同節(jié)圓直徑，相同的引線，并可以這么說不同點處的齒輪，這是節(jié)圓直徑不相同的螺旋角。在傳動系統(tǒng)中，斜齒輪若想要提高齒輪的彎曲強度，可采用小角度螺旋角了。
中間軸上同時工作的兩對齒輪會在工作過程中產(chǎn)生的軸向力了，所以設(shè)計時，應(yīng)達(dá)到平衡，以減小軸承負(fù)荷，延長軸承壽命。因此，中間軸上不同檔位齒輪的螺旋角應(yīng)該不一樣了。中間軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)一律取為右旋，則第一、第二軸上的斜齒輪應(yīng)取為左旋。
根據(jù)圖3-3-1可知，欲使中間軸上兩個斜齒輪的軸向力平衡，需滿足下述條件：
圖3-3-1 中間軸軸向力的平衡
Fa1=Fn1tanβ1Fa2=Fn2tanβ2
由于T=Fn1r1=Fn2r2,為了使兩軸向力平衡，必須滿足：
tanβ1tanβ2=r1r2
式中：Fa1、Fa2——作用在中間軸齒輪1、2上的軸向力；
Fn1、Fn2——作用在中間軸齒輪1、2上的圓周力；
r1、r2——齒輪1、2的節(jié)圓半徑；
T——中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。
在設(shè)計過程中，各對嚙合齒輪可能因模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因而造成的中心距不等了，而這種現(xiàn)象可以通過用調(diào)整螺旋角的方法得以消除了。
3.3.4 齒寬b
齒寬b選擇因素受到的影響有很多，如：
通常根據(jù)齒輪模數(shù)m(mn)的大小來選定齒寬了：
直齒b=kcm,kc為齒寬系數(shù)，取為4.5~8.0，取6.0。
斜齒b=kcmn，kc取為6.0~8.5，取6.0。
b為齒寬(mm)。采用同步器換檔時，其接合齒的工作寬度初選時可取為2~4mm。
齒寬一般情況下說的是齒輪的薄厚程度。齒輪變形引起的主軸，所述主軸和反過來由于變形的工作時間，并且齒輪齒寬的，因此不均勻分布的變形和在一般方向。
3.3.5 齒輪變位系數(shù)
由于角度的變化的不同，進(jìn)而可了解到嚙合性能和傳輸信息質(zhì)量的指數(shù)。低速齒輪，小齒輪的齒根強度要求低，而大載荷的傳遞則可能沒有發(fā)生。一個小齒輪牙根彎曲部分可能產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。我們要盡可能的減少此類現(xiàn)象的發(fā)生。
傳動齒輪也是我們進(jìn)行設(shè)計的一個主要組成部分。除了齒根，以避免切割外齒輪的中心，齒輪也會影響齒輪，穩(wěn)定性和耐磨損性的強度，并且接合齒輪噪聲嚙合。主要有以下兩種選擇變位齒輪：高位置和角位移。它是一個非常重要困難的，以減少環(huán)境噪聲。
我們所設(shè)計的這個齒輪能夠是相對完整的個體。也可以作為一個單獨的軸，或者是成為連接軸的花鍵。
遇到的問題主要有排放量相對來說比較少。還有就是齒根的彎曲強度總的來說比較低。根據(jù)分析上述問題原因，為了能夠降低噪聲，對某些值的總變量以外的其他齒輪機構(gòu)之間的第二齒輪和扭轉(zhuǎn)的傳輸安全系數(shù)應(yīng)較小，這樣做的優(yōu)勢是傳送過程中產(chǎn)生的音量較小。
3.3.6 齒頂高系數(shù)
齒頂高系數(shù)過大或過小都有其兩面性。若其過小，雖然齒輪重合度小、工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩相應(yīng)減小，也代表齒輪的彎曲應(yīng)力也相應(yīng)減少。
曾經(jīng)有過短齒制齒輪，主要是因為以前齒輪加工技術(shù)與現(xiàn)代存在較大差異，齒輪加工機器的加工精度不高，同時認(rèn)為齒頂是載荷集中的區(qū)域，所以采用過齒頂高系數(shù)為0.75~0.80。當(dāng)然，隨著時代的發(fā)展，技術(shù)的提高，便不再采用短齒制齒輪，其中包括我國在內(nèi)，一般規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。
3.4 各檔齒數(shù)的確定[8,9]
對于斜齒輪有關(guān)參數(shù)的計算，其主要幾何尺寸的計算公式[5]如下：
端面模數(shù)：
mt=mncosβ
（3-4-1）
分度圓直徑：
d=zmt
（3-4-2）
基圓直徑：
db=dcosαt
（3-4-3）
齒頂圓直徑：
da=d+2ha
（3-4-4）
齒根圓直徑：
df=d-2hf
（3-4-5）
變位系數(shù)之和：
ζΣ=(z1+z2)(invαt-invαt)2tanαn
（3-4-6）
齒頂高：
ha=ha*·mn
（3-4-7）
齒根高：
hf=(ha*+c*)mn
（3-4-8）
齒頂圓直徑：
da=d+2ha
（3-4-9）
齒根圓直徑：
df=d-2hf
（3-4-10）
分度圓直徑：
d=z·mncosβ
（3-4-11）
圖3.4 變位系數(shù)圖
3.4.1 確定一檔齒輪的齒數(shù)
初選一檔直齒輪壓力角為15°。
一檔傳動比為：
ig1=z2z9z1z10
（3-4-7）
如果z9和z10的齒數(shù)確定了，則z2與z1的傳動比可求出。為了求z9和z10的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和zh
直齒：
zh=2Am
斜齒：
zh=2Acosβmn
(3-4-8)
中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。貨車可在12～17范圍內(nèi)選用,最小為12~14，取z10=13。所以z9=40。
3.4.2 對中心距A進(jìn)行修正
因為計算齒數(shù)和zh，經(jīng)取整使中心距發(fā)生改變：
A0=mnzh2cosβ
（3-4-9）
計算后取整得A0=159mm。
對一檔齒輪進(jìn)行角度變位。
端面嚙合角αt：tanαt=tanαncosβ9-10
嚙合角αt,：αt,=A0Acosαt
變位系數(shù)之和：ξnΣ=(Z9+Z10)(invαt,-invαt)2tanαn
由圖3.4 變位系數(shù)圖可得各齒輪變位系數(shù)。
計算β精確值：A=mnZh2cosβ9-10
3.4.3 確定常嚙合齒輪的齒數(shù)
常嚙合傳動齒輪中心距與一檔齒輪中心距相等，初選β1-2=20°。
由公式（3-4-7）與公式（3-4-9）可得，z1、z2分別為22.46、44.94，取整得z1=23、z2=45。
由齒輪齒數(shù)計算一檔傳動比ig,=Z2Z1Z9Z10=6.02
對常嚙合齒輪進(jìn)行角度變位如上對一檔齒輪角度變位。
3.4.4 確定其他各檔齒輪的齒數(shù)
其他各檔齒輪均為斜齒輪，模數(shù)與常嚙合齒輪相同，同為4.5mm，初選二檔齒輪螺旋角β=20°，三檔齒輪螺旋角β=21°，四檔齒輪螺旋角β=22°，五檔齒輪螺旋角β=23°。
3.4.5 確定倒檔齒輪的齒數(shù)
倒檔齒輪選用模數(shù)與一檔相同，倒檔齒數(shù)Z11的齒數(shù)一般在21~23之間，初選Z12后，可計算出中間軸與倒檔軸的中心距A,。初選的Z11=21,Z12=17，則：
A'=12m（z11+z12）
為保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運動干涉，齒輪12和齒輪13的頂圓之間應(yīng)保證保持有0.55mm以上的間隙，則齒輪13的齒頂圓直徑De13為：
De122+0.5+De132=A
（3-4-10）
De13=2A-De12-1
計算得出z13=40。
計算倒檔軸與第二軸的中心距A''：
A''=m(z11+z13)2
計算得出A''=183mm。
計算倒檔傳動比：
i倒=z2z12z13z1z10z11
計算得出i倒=4.87。
3.4.6 修正各齒輪螺旋角
此時中間軸上還有一定的軸向力，為了減少或抵消軸向力，需對齒輪螺旋角有一定修正，如下公式3-4-11：
tanβ1tanβ4＝Z2Z1+Z2（1+Z3Z4）
（3-4-11）
解得：tanβ4=13.43°。
同理可得：tanβ3=10.832°,tanβ2=8.345°。
3.4.7 本節(jié)小結(jié)
表3.4.1 修正后的傳動比
檔位
一檔
二檔
三檔
四檔
五檔
倒檔
傳動比
6.02
3.74
2.41
1.55
1
4.87
表3.4.2 直齒輪參數(shù)
參數(shù)
Z9
Z10
Z11
Z12
Z13
齒數(shù)
40
13
21
17
40
模數(shù)
6
齒頂高
7.5
7.2
7.5
7.2
7.5
齒根高
6
6.3
6
6.3
6
齒頂圓直徑
252
90.6
138
114.6
252
齒根圓直徑
215
63.6
111
87.8
215
分度圓直徑
240
78
126
102
240
表3.4.3 斜齒輪參數(shù)
參數(shù)
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
Z8
齒數(shù)
23
45
30
38
37
30
44
23
模數(shù)
4.5
螺旋角
8.345°
壓力角
齒頂高
4.5
齒根高
5.625
齒頂圓直徑
116.559
116.559
116.559
116.559
116.559
116.559
209.119
145.445
齒根圓直徑
98.559
98.559
98.559
98.559
98.559
98.559
191.119
127.445
分度圓直徑
107.559
210.441
138.795
175.808
169.520
137.449
200.119
104.608
3.5 齒輪材料及其選擇原則[10]
齒輪是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械中使用最廣泛的機械設(shè)計傳動系統(tǒng)零件。在現(xiàn)實生活中我們對齒輪并不陌生，在我們生活和工作中我們經(jīng)常會用到各式各樣的齒輪，齒輪的出現(xiàn)和應(yīng)用也給我們的生活帶來了極大的便利。齒輪進(jìn)行的傳動系統(tǒng)所使用的管理范圍較大。齒輪是現(xiàn)代機械中廣泛使用的機械傳動部件。
因此在進(jìn)行選擇時，您需要注意材料的性質(zhì)。齒輪材料的選擇：1.小模數(shù)齒輪制造商引入高彎曲疲勞強度。 高彎曲疲勞度，特別是在齒根處，必須具有足夠的強度，以使齒輪操作過程中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不會導(dǎo)致疲勞斷裂。 除了材料本身的性能外，還可以通過齒輪的表面強化處理來實現(xiàn)。2.小型模塊化齒輪制造商引進(jìn)了優(yōu)質(zhì)原材料。原材料必須是純凈的。其松散，隔離和非金屬夾雜物應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
齒輪設(shè)計中材料選擇的依據(jù)：根據(jù)齒輪的損壞程度，可分為軟齒面，硬齒面和合金鋼。其中軟齒鍛鋼需要齒輪熱處理和齒輪切割。高速和精密機械中使用的重型齒輪通常使用具有硬齒表面的鍛鋼，需要精密加工。 它們具有良好的材料性能，高強度齒輪和高齒面硬度。2.盡管鑄鐵易碎，抗沖擊性差，并且不耐磨，但其抗粘和耐腐蝕性非常好。 它基本上用于功率要求低，速度慢和工作慢的生活中。
在機械領(lǐng)域，齒輪是使用最廣泛的零件之一。作為機械傳動部件，齒輪的性能一般是由其制作的材料直接影響的。 因此，生產(chǎn)過程中選擇合適的材料對最后產(chǎn)品的性能非常重要。根據(jù)齒輪故障模式選擇。并且小齒輪比大齒輪更薄且動力更小。根據(jù)其性能確定材料的等級。負(fù)載越大，齒輪越堅固。值越高，所選材料越高，負(fù)載越低，對材料的要求也越低。負(fù)載的大小主要是指齒輪傳遞的扭矩的大小，一般分為輕負(fù)載，中負(fù)載，重負(fù)載和超重負(fù)載。除了足夠的韌性之外，芯還需要具有足夠的強度。如果使用低碳鋼，則硬化程度必然較低并且不能滿足要求。由于工業(yè)加工中齒輪軸承的種類繁多，并且工
作環(huán)境相對復(fù)雜。因此還需要考察一下相應(yīng)的環(huán)境以盡可能的滿足要求。
這會導(dǎo)致在齒元件或齒面強度降低。牙齒表面上的所有點都相對穩(wěn)定滑動，這會直接導(dǎo)致出現(xiàn)磨損。并且芯必須通過具有中國一定的強度和韌性。
此外，我們還需要考慮材料的經(jīng)濟因素。從資源方面和供應(yīng)需求等方面來說，我們應(yīng)盡可能減少進(jìn)口材料的使用和比較昂貴材料的使用。齒輪進(jìn)行故障的形狀是可以自己知道的。
3.5.1 常用的齒輪材料
鋼按化學(xué)成分可大致可以分為三種，為了能夠更好的提高齒輪齒面的發(fā)展機械系統(tǒng)性能，提高齒輪硬度硬度，最好方法采用粘度、抗震性、熱處理或化學(xué)分析處理，因此選擇最適合齒輪生產(chǎn)。
鍛造工藝是鋼鐵生產(chǎn)過程中的特定步驟，可以通過鍛造來制作生產(chǎn)鍛鋼。傳統(tǒng)的鍛鋼是鐵匠做的，19世紀(jì)中葉，現(xiàn)代鍛造技術(shù)開始發(fā)展。鍛鋼已經(jīng)在很多行業(yè)得到應(yīng)用。
鍛鋼及其磨具的設(shè)計發(fā)展需要進(jìn)行初期企業(yè)成本。 成本過高，可以通過減少沖壓和鍛造大體積鋼零件降低成本，并且零件間所需的連續(xù)時間成本水平不高了。因此，在沖壓和鍛造過程中，當(dāng)金屬變形，內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu)改變，隨后此過程將擴展到整個金屬構(gòu)件。鍛造構(gòu)件可被成形為外形設(shè)計。因此，提高了鍛鋼的延展性。 與碳鋼材料相比，鍛鋼的延展性和重量比至少高20％，除了經(jīng)濟結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜或鑄造生產(chǎn)過程更加復(fù)雜問題以外，一般企業(yè)都用鍛鋼齒輪。
鍛鋼齒輪可分為：這類型齒輪制造簡單，經(jīng)濟和高生產(chǎn)率。
通過進(jìn)行熱處理或化學(xué)熱處理技術(shù)可以有效提高自己牙齒的力學(xué)系統(tǒng)性能和硬度。因此，對于及時，高速，重載，但也需要體積小，重量輕的飛機，它是一種性能優(yōu)良的合金結(jié)構(gòu)鋼。
鑄鋼指的是用于生產(chǎn)制造鋼鑄件的鋼。 當(dāng)鑄件的強度設(shè)計要求具有很高而鑄鐵不能得到滿足發(fā)展要求時，應(yīng)使用鑄鋼。
3.5.2 鑄鐵
鑄鐵指的是碳含量高于2.11％的鐵碳合金。除了鐵以外，其余的鑄鐵中所含的碳也是以石墨形式進(jìn)行沉淀的。
球墨鑄鐵件已用于幾乎所有需要高強度，可塑性，韌性，耐磨性，耐熱和機械沖擊性。對于設(shè)計人員來說，耐腐蝕性和抗氧化性以及電磁性能可能至關(guān)重要。
灰口鑄鐵的性能特征。機械性能：灰口鑄鐵的拉伸強度，可塑性，尺寸越大，分布越不均勻。
石墨的存在，同樣有其兩面性。因為石墨的存在，鑄鐵具有一系列其他優(yōu)異的性能，同樣石墨也會降低鑄鐵的拉伸強度，可塑性和韌性。因此，與鋼相比，鑄鐵可以鑄造復(fù)雜的形狀和薄壁鑄件。良好的減摩性能。因此，受磨的機床導(dǎo)軌和氣缸體可以用灰口鑄鐵制成?？沙惺苷駝拥膹姕p震鑄鐵石墨可以防止振動傳播到緩沖器，并將振動能轉(zhuǎn)化為熱能。 灰鑄鐵的阻尼能力大約是鋼的10倍，因此通常用于承受壓力和振動的機床底座，機架，機床和盒子。陷波靈敏度。這將大大降低機械性能。因此，石墨本身會形成大量的間隙，導(dǎo)致附加間隙效應(yīng)的相對減弱，因此灰口鑄鐵的間隙敏感性較小。由于灰鑄鐵具有上述一系列優(yōu)異的性能，關(guān)鍵是價格較為便宜且容易獲得，因此在目前的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，仍然是被人們所使用最為廣泛的金屬材料之一
熱處理灰口鐵的只能改變基部結(jié)構(gòu)，并且灰口鑄鐵的低可塑性使得企業(yè)難以進(jìn)行實施經(jīng)濟快速冷卻熱處理研究方法。有很多限制。
3.5.3 非金屬材料
非金屬材料具體是指那些有著非金屬性質(zhì)的材料。伴隨現(xiàn)代人類科技的不斷進(jìn)步，和現(xiàn)在生產(chǎn)力的不斷加強，其中主要的是關(guān)于無機化學(xué)方面的發(fā)展，有著明顯的進(jìn)步與提高。為了滿足需求宮里和民間日用及建筑陶瓷生產(chǎn)技術(shù)得到了不斷發(fā)展。 陶器的出現(xiàn)促進(jìn)了我們?nèi)祟惿鐣M(jìn)入金屬時代。鐵熔化溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅的熔化溫度，并且因此耐火鐵年齡相應(yīng)發(fā)展。
在人們生活中也經(jīng)常會使用到不同樣式的非金屬材料，它較為廣泛的存在于人們的生活當(dāng)中。成為了現(xiàn)在人類社會當(dāng)中必不可少的一個部分，它的出現(xiàn)和發(fā)展，幫助我們克服了許多的困難和問題，很好的減少了資源的消耗問題，而且非金屬材料它還可以進(jìn)行回收和再次利用。我國家在這個方面還有著較大的提升的空間。
伴隨本國社會的進(jìn)步，和經(jīng)濟方面較為迅速的提高。我國的經(jīng)濟市場開始新一波快速發(fā)展。在中國政府的大力率領(lǐng)下，在這個方面取得比較優(yōu)秀的成績。一些相對比較古老的非金屬材料，它們的性質(zhì)比較穩(wěn)定，有著很好的抗高溫的能力。在將來的一段時間里它一定會受到中國人民的喜愛。
面對經(jīng)濟快速發(fā)展過程中對各種資源的必要需求與中國資源嚴(yán)重不足之間的矛盾，如何更好地利用節(jié)能資源，實現(xiàn)資源的有效利用已逐漸成為關(guān)鍵。解決這個問題?，F(xiàn)代經(jīng)濟。建設(shè)項目的發(fā)展也是如此?；谧髡叨嗄甑墓ぷ鹘?jīng)驗，下面將簡要討論無機非金屬材料在中國的應(yīng)用和發(fā)展。建設(shè)項目發(fā)展中的建材問題已逐漸成為制約建筑業(yè)發(fā)展的瓶頸。性愛等優(yōu)勢很快在短時間內(nèi)成為建筑領(lǐng)域的最愛
低密度等。普通柴油機由金屬制成。金屬產(chǎn)品在高溫下容易損壞，必須用水箱冷卻；這將導(dǎo)致大量的熱量散發(fā)到空氣中并浪費掉。所制造的柴油發(fā)動機不需要水冷卻，并且熱效率大大提高。光纖是一種光纖。其工作原理是使用折射率大的光纖材料，使光在其中傳輸，損耗很小，因此可用于傳輸光纖。信號一起，它成為光纜。光纖主要用于通信。圖像傳輸和照明。和許多其他方面。
非金屬材料發(fā)展也有一些特殊功能和用途，用作耐燒蝕材料，例如酚醛，石棉，石英和其他國家纖維進(jìn)行復(fù)合納米材料的航空航天部件，有效信息保護(hù)企業(yè)內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)。此外，某些具有吸聲，振動的吸收，光透射和非磁性特性的非金屬材料制成，如可在橡膠彈簧的制造中使用，和一個振動吸收的光學(xué)透鏡的間隔物的部分。非金屬材料的強度設(shè)計通常我們不如金屬結(jié)構(gòu)材料的強度高。同時，我們開發(fā)了磨料，碳和石墨產(chǎn)品以及鑄石。無機非金屬材料在應(yīng)用中的類型和名稱有很大不同。對于經(jīng)濟高速、低精度、低精度的傳動、減少噪音。
尤其是對于無機材料化學(xué)和有機結(jié)合化學(xué)研究工業(yè)的發(fā)展，人類生活已經(jīng)可以使用一種天然礦物，所以它們在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中用途擴大，得到較好的發(fā)展。
3.5.4 齒輪材料的選擇原則
當(dāng)我們選擇齒輪的類型，有許多因素要考慮。
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械中使用最廣泛的機械傳動零件工作就是一個齒輪。傳動裝置，并通過在空間中任意兩個軸之間的嚙合齒動力傳遞運動，并且可以改變形式和運動的速度。齒輪進(jìn)行傳動系統(tǒng)使用管理范圍廣。
反映了使用管理過程中進(jìn)行材料的特性。牙齒表面上的所有點都相對穩(wěn)定滑動，這會直接導(dǎo)致出現(xiàn)磨損。并且芯必須通過要求具有一定的強度和韌性。
（1）對周圍社會環(huán)境灰塵大是非常高的，所以現(xiàn)在工業(yè)的商家一般情況下都不會采用鑄鋼或鑄鐵類型的材料。在正常情況下我國人民在日常生活上所使用功率一般是較小的，這些要求學(xué)生傳輸較為穩(wěn)定，低噪音，無噪音并且教師可以影響正常管理工作。產(chǎn)品的潤滑和潤滑少，齒輪，通常使用的塑料材料。 通常，選擇齒輪時必須考慮企業(yè)工作環(huán)境條件。
（2）可用于一個圓形鋼坯料。在碳氮化處理過程中，齒輪進(jìn)行材料應(yīng)使用普通碳鋼或低碳鋼、合金鋼、合金鋼。
（3）標(biāo)準(zhǔn)化鋼無論采用何種生產(chǎn)方法，都能使負(fù)荷從多個工作齒輪穩(wěn)定或輕微地產(chǎn)生；碳鋼可用于沖擊載荷作用下的中間齒輪的生產(chǎn)。
（4）根據(jù)自身所含主要合金設(shè)計元素的不同，合金鋼材料分為鎳鉻鋼，硅錳鋼，硼鋼等。
（5）在飛機上的齒輪，更小，更高強度表面硬化的齒輪尺寸要求。因此，如果兩個齒齒相對堅韌的，齒輪的收益狀況可能會得到一定程度的提高，需要我們較為在意齒面的硬度。還有就是粗糙的情況也與進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少。
本設(shè)計齒輪所選用的材料是20CrMnTi。
3.6 齒輪校核
變速器齒輪的損壞形式主要有：
所以需要對齒輪進(jìn)行計算和校核。
3.6.1 彎曲強度計算
圖3.6.1 齒形系數(shù)圖
直齒輪用下式計算彎曲應(yīng)力
σw=F1KσKfbty
（3.6.1）
斜齒輪用下列公式計算
σw=F1KσKfbtyKε
（3.6.2）
式中：σw——彎曲應(yīng)力（MPa）；
F1——圓周力(N)，F(xiàn)1=2Tgd，其中，Tg為計算載荷 （N·mm），d為節(jié)圓直徑（mm）；
Kσ——應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪取1.65，斜齒輪取1.5；
Kf——摩擦力影響系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9；
b——齒寬（mm）；
t——端面齒距（mm），t=πm，其中，m為模數(shù)；
y——齒形系數(shù)，如圖3.6.1所示；
Kε——重合度影響系數(shù)，Kε=2.0。
許用應(yīng)力為350～850MPa（直齒輪）；100～250MPa （貨車斜齒輪）。
（1）變速器輸入軸齒輪Z1
端面內(nèi)分度圓切向力：
法面內(nèi)基圓周切向力：
，
接觸強度 ：MPa
彎曲強度：MPa
（2）中間軸常嚙合齒輪；
齒輪 與齒輪嚙合其接觸強度相等 MPa
彎曲強度：MPa
（3）中間軸一檔齒輪；
端面內(nèi)分度圓切向力： N
法面內(nèi)基圓周切向力： N
；
接觸強度：MPa
彎曲強度：MPa
（4）第二軸一檔齒輪 ；
齒輪與齒輪嚙合其接觸強度相等=319.7MPa
彎曲應(yīng)力MPa
（5）倒擋齒輪；
齒輪與齒輪嚙合其接觸強度相等=319.7MPa
彎曲應(yīng)力MPa
（6）中間軸二檔齒輪；
端面內(nèi)分度圓切向力：
法面內(nèi)基圓周切向力N
；
接觸強度MPa
彎曲強度MPa
（7）第二軸二檔齒輪 ；
接觸強度相等=240.5MPa
彎曲強度MPa
（8）中間軸三檔齒輪 ；
端面內(nèi)分度圓切向力N
法面內(nèi)基圓周切向力N
；
接觸強度MPa
彎曲強度MPa
（9）第二軸三檔齒輪 ；
接觸強度相等=332.3MPa
彎曲強度MPa
（10）中間軸四檔齒輪；
端面內(nèi)分度圓切向力N
法面內(nèi)基圓周切向力N
；
接觸強度MPa
彎曲強度MPa
（11）第二軸四檔齒輪；
接觸強度相等=292.6MPa
彎曲強度MPa
3.6.1 接觸應(yīng)力計算
用下列公式計算接觸應(yīng)力
σj=0.418（1ρz+1ρb）FEb
（3.6.3）
式中：σj——輪齒的接觸應(yīng)力（MPa）；
E——齒輪材料的彈性模量（MPa），E=2×106MPa；
b——齒輪接觸的實際寬度（mm）；
F——齒面上的法向力（N），F(xiàn)=F1cosαcosβ；
ρz、ρb——主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（mm），
直齒輪 ρz=rzsinα、ρb=rbsinα，
斜齒輪ρz=rzsinαcos2β、ρb=rbsinαcos2β；
rz、rb——主、從動齒輪節(jié)圓半徑（mm）。
其中，α為節(jié)點處壓力角（°），β為齒輪螺旋角（°），F(xiàn)1為圓周力（N），F(xiàn)1=2Tgd，Tg為計算載荷（N·mm），d為節(jié)圓直徑（mm）。
將作用在變速器第一軸上的載荷Tεmax2作為計算載荷時，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力σj見下表3-6。
表3-6 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
齒輪
σjMPa
滲碳齒輪
液體碳氮共滲齒輪
一擋和倒擋
1900～2000
950～1000
常嚙合齒輪和高擋
1300～1400
650～700
變速器齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與心部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。
國內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要采用20CrMnTi、20MnTiB、15MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、28MnCr5。
表3-7 滲碳齒輪硬度
表面硬度
心部硬度
滲碳齒輪
58~63HRC
33~48HRC
3.7 本章小結(jié)
在這個章節(jié)其中，著重的講述了本國現(xiàn)在較為先進(jìn)的后驅(qū)傳動系統(tǒng)。關(guān)于齒輪情況的一些校核計算，還有關(guān)于這個設(shè)計方面的一些工作經(jīng)驗。并推導(dǎo)出了一些其他的傳動比和中心距。此外還需要依據(jù)本國政府所發(fā)布的一些標(biāo)準(zhǔn)選擇了傳動控制齒輪的參數(shù)。分配基于校正，再分配到其它齒輪中心距離修正選擇的參數(shù)的第一齒輪的基礎(chǔ)上，該中心的距離，之后在分配期間反復(fù)調(diào)整，最終齒輪主要參數(shù)確定的齒的數(shù)目。進(jìn)行了幾何情況分析與齒輪應(yīng)力分析計算。
4 變速器軸的設(shè)計
4.1 軸的設(shè)計[7]
4.1.1 軸的功用及其設(shè)計要求
在鋼軸的負(fù)載作用情況下，軸將發(fā)生變化很大不同程度的變形。這方面是非常重要的，而設(shè)計的其余部分是不同的。我們在進(jìn)行運輸過程當(dāng)中需要承受扭矩還有彎矩，所以應(yīng)該準(zhǔn)備的更加充足。
4.1.2 軸的尺寸
軸的長度對軸的剛度影響很大了，為了滿足要求，軸的長度和直徑保持一定的關(guān)系，軸的支角和支撐跨度之間的關(guān)系由下式選擇：
第一軸及中間軸：；
第二軸：；
中間軸式第二軸和中間軸的最大軸徑：71.55~79.5mm
第一軸花鍵部分直徑：36.88~55.33mm
經(jīng)過綜合考慮，第二軸及中間軸尺寸初步確定如下：
第二軸：
安裝四擋齒輪處：d=70mm，l=78mm；
安裝三擋齒輪處：d=75mm，l=79.5mm；
安裝二擋齒輪處：d=75mm，l=78mm；
安裝一擋齒輪處：d=70mm，l=125mm；
安裝軸承處：d=55mm，l=22mm；
中間軸：
安裝五擋齒輪處：d=60mm，l=69.75mm；
安裝四擋齒輪處：d=70mm，l=78mm；
安裝三擋齒輪處：d=70mm，l=79.5mm；
安裝二擋齒輪處：d=70mm，l=78mm；
安裝一擋齒輪處：d=60mm，l=125mm；
安裝軸承處：d=45mm，l=20mm。
4.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)和軸的形狀作用是可以保證一個齒輪的安裝和固定等。并與技術(shù)要求有密切的關(guān)系。
在三軸傳動中，所述軸承的外徑比環(huán)形齒輪，容易去除所述第一輸入軸的所期望的外徑大。
在第二對于軸頸安裝在輸入軸嚙合進(jìn)行齒輪環(huán)的內(nèi)腔中，通過軸承受最大徑向齒輪結(jié)構(gòu)尺寸的影響，安裝一個在前頸長或短圓柱滾子故障軸承或針輥軸承、通常，齒輪機構(gòu)必須通過軸向滑動，需要我們一個可以滑動可較為靈活。
第二軸，需要安裝較為方便，需要從建筑材料的受力和合理選擇使用。為了避免視差軸斷裂由于在車輪的邊緣應(yīng)力集中。輕型車輛在進(jìn)行齒輪常用的卡環(huán)軸向發(fā)展定位以及傳動，定位卡簧操作較為容易，但不可以容易通過拆卸，和旋轉(zhuǎn)運動部件的相對貿(mào)易摩擦，但也不能將卡環(huán)軸向力大，這是非常不有好的一種情況。因此，這個情況主要適用于體型比較小一點的汽車。第二螺紋軸被硬化。目的是可以更好的減少傳動軸的長度，體型較小的汽車（車輛信息中心發(fā)展之間的距離不大）。有些變速器是低速檔、倒車檔或超速檔，通常不僅在車身上。
有兩種類型的變速箱：轉(zhuǎn)動式和固定式: 固定軸是根軸，因此傳感器光軸有兩種標(biāo)準(zhǔn)公差。固定軸被固定到板或鎖定螺栓。車身滾動軸承和軸承蓋。所以企業(yè)固定軸。前部和后部滾動軸承旋轉(zhuǎn)軸支撐，并且總的軸向力是由后軸承支承。第一齒輪軸的尺寸小，且常做成數(shù)據(jù)輸入軸，使更換后的損壞。如果設(shè)計尺寸允許，那么軸不應(yīng)固定軸。
這個問題設(shè)計我旋轉(zhuǎn)副軸傳動是利用一個中型卡車?？赡纨X輪結(jié)合在一起。后軸承嚙合，軸端的螺釘卡住，更換軸承后軸封。
4.1.4 接合器設(shè)計
適配器的設(shè)計要考慮三個主要因素: 適配器的強度、適配器的尺寸、換檔的方便性和齒輪的脫離。
選擇選項適配器，該適配器漸開線齒形，齒參數(shù)應(yīng)選擇為標(biāo)準(zhǔn)漸開線。模塊的采用方式具體是可以由我國的車輛工業(yè)的現(xiàn)有環(huán)境，和可以提供的條件。模樣較為一般的同類型汽車的比較高扭矩傳動比。
4.2 軸受力分析與校核計算
4.2.1 軸的受力分析
軸是變速器中連接齒輪的零件，它作為承上啟下的部件，傳遞輸入與輸出的扭矩。所以它的設(shè)計是必不可少、不可或缺的。計主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力的計算。
結(jié)構(gòu)上需要有足夠的強度。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計基于軸上零件的安裝，定位和制造發(fā)展過程的要求，需要合理分析確定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸。如果軸結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，加工和組裝過程會有難度，增加制造成本了，甚至?xí)绊戄S的強度和剛度。
對于企業(yè)某些方面要求高旋轉(zhuǎn)精度的軸或細(xì)長軸且應(yīng)力影響較大的軸，必須能夠確保學(xué)生足夠的剛度，以防止在工作發(fā)展過程中存在過度的彈性變形。
為了精確的計算軸的強度，剛度。嚴(yán)格的選取軸承，需要對軸的力和軸的支撐阻力進(jìn)行詳細(xì)的分析。在不一樣的時期，軸向力和支承力的結(jié)果可以不相同的，因此它們需要進(jìn)行不同的運算。
圖4.2.1.1 輸入軸受力分析圖
圖4.2.1.2 中間軸受力分析圖
為了能夠保持反作用力，從第二軸開始，依次進(jìn)行計算中間軸和輸入軸。
4.2.2 中間軸強度校核
4.2.2.1 倒檔
受力簡圖如下：
圖4.2.2.1 中間軸倒檔時受力簡圖
軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩：
齒輪2：圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸向力產(chǎn)生的彎矩：
齒輪12：圓周力：
徑向力：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向： ，
垂直方向彎矩：
圖4.2.2.2 中間軸倒檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩圖：
圖4.2.2.3 中間軸倒檔時水平方向彎矩圖
合成彎矩圖：
圖4.2.2.4 中間軸倒擋時合成彎矩圖
經(jīng)驗證軸徑符合要求。
4.2.2.2 一檔
受力圖如下：
圖4.2.2.5 中間軸一檔時受力簡圖
齒輪2：
圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸向力產(chǎn)生的彎矩：
齒輪10：圓周力：
徑向力：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向：，
垂直方向彎矩
圖4.2.2.6 中間軸一檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩圖：
圖4.2.2.7 中間軸一檔時垂直方向彎矩圖
合成彎矩圖：
圖4.2.2.8 中間軸一檔時合成彎矩圖
由圖知：處所受彎矩最大。
經(jīng)驗證軸徑符合要求。
4.2.2.3 二檔
受力圖如下：
圖 4.2.2.9 齒輪受力圖
齒輪2：圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸向力產(chǎn)生的彎矩：
齒輪8：圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸向力產(chǎn)生的彎矩：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向：，
垂直方向彎矩
圖4.2.2.10 中間軸二檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩圖：
圖4.2.2.11 中間軸二檔時水平方向彎矩圖
合成彎矩圖：
圖4.2.2.12 中間軸二檔時合成彎矩圖
由圖知：處所受彎矩最大。
經(jīng)驗證軸徑符合要求。
4.2.2.4 三檔
受力圖如下：
圖4.2.2.13 中間軸三檔時受力簡圖
齒輪6：圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸向力產(chǎn)生的彎矩：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向：，
垂直方向彎矩
圖4.2.2.14 中間軸三檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩圖：
圖4.2.2.15 中間軸三檔時水平方向彎矩圖
合成彎矩圖：
圖4.2.2.16 中間軸三檔時合成彎矩圖
由圖知：處所受彎矩最大。
經(jīng)驗證軸徑符合要求。
4.2.2.5 四檔
受力圖如下：
圖4.2.2.17 中間軸四檔時受力簡圖
齒輪4：圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸向力產(chǎn)生的彎矩：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向：，
垂直方向彎矩：
圖4.2.2.18 中間軸四檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩圖：
圖4.2.2.19 中間軸四檔時水平方向彎矩圖
合成彎矩圖：
圖4.2.2.20 中間軸四檔時合成彎矩圖
由圖知：處所受彎矩最大。
經(jīng)驗證軸徑符合要求。
4.2.2.6 五檔
受力圖如下：
圖4.2.2.21 中間軸五檔時受力簡圖
齒輪2：圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸向力產(chǎn)生的彎矩：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向：，
垂直方向彎矩：
圖4.2.2.22 中間軸五檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩圖：
圖4.2.2.23 中間軸五檔時水平方向彎矩圖
合成彎矩圖：
圖4.2.2.24 中間軸五檔時合成彎矩圖
由圖知：處所中間軸受彎矩最大。
經(jīng)驗證軸徑符合要求。
4.2.3 第二軸強度校核
4.2.3.1 倒檔
受力圖如下：
圖4.2.3.1 第二軸倒檔時受力簡圖
軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩：
齒輪9：圓周力：
徑向力：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向：，
垂直方向彎矩：
圖4.2.3.2 第二軸倒檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩：
圖4.2.3.3 第二軸倒檔時水平方向彎矩圖
合成彎矩:
圖4.2.3.4 第二軸倒檔時合成彎矩圖
由圖可知：出截面最危險
經(jīng)驗證軸徑符合要求
4.2.3.2 一檔
受力圖如下：
圖4.2.3.5 第二軸一檔時受力簡圖
軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩：
齒輪9：圓周力：
徑向力：
軸上的支反力：
垂直方向：，
水平方向：，
垂直方向彎矩：
圖4.2.3.6 第二軸一檔時垂直方向彎矩圖
水平方向彎矩：
圖4.2.3.7 第二軸一檔時水平方向彎矩圖
合成彎矩:
圖4.2.3.8 第二軸一檔時合成彎矩圖
由圖可知：處截面最危險
經(jīng)驗證軸徑符合要求。
4.2.3.3 二檔
受
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