轿车手动变速器设计及有限元分析.doc

1、摘 要本次设计是设计一个两轴五档的变速器。换挡稳健与性能安全是我们变速器设计的准则，我们的主要内容是变速器的尺寸和档数，轴尺寸的各种计算，各个档位的传动比的计算，里面还包含了对其轴，齿轮的强度校核和与他相配套的同步器的选择等。还使用了ProE以及CAD等常用软件来设计轴，轴的整体装配图，变速器的齿轮的图纸。结尾，我们在用ANSYS对我们设计的变速器进行有限元分析，对其关键部位做仿真分析，得出合理的结论。关键词：变速器；ProE；齿轮；轴；ANSYSIAbstract This paper is preparing to introduce the two axes five gear rati

2、o of two axis five gear transmission.Shift the steady and safety performance is our transmission design criterion, we the size of the transmission is the main content and the number of gear, shaft size of all kinds of calculation, the calculation of each gear transmission ratio, it also includes the

3、 shaft, gear strength checking and matching with him and the choice of synchronizer.Also used the ProE and commonly used software such as CAD to design axis, axis of the overall assembly drawings, drawings of transmission gear.The end, we were using the ANSYS finite element analysis, we design the t

4、ransmission of the key parts to do the simulation analysis, draw a scientific, accord with the conclusion of our original design requirements.Key words：Gearbox，ProE Gear，Shaft，ANSYSII目 录目 录1摘 要3Abstract4第1章 绪论51.1课题背景51.2各类变速器介绍5第2章 手动变速器概述以及机构方案的确定72.1变速器设计要求72.2变速器结构方案72.3变速器齿轮、换挡形式的方案分析10第3章 变速器主

5、要参数的确定以及零部件设计113.1变速器外形参数的确定113.2齿轮主要参数的确定113.3各档位齿数以及传动比计算12第4章 齿轮强度的计算、校核以及材料选择174.1齿轮强度计算174.2齿轮材料的选择20第5章 变速器轴的设计及其强度校核215.1轴的材料215.2轴具体尺寸的计算215.3轴的强度计算、校核21第6章 同步器选择及其主要参数的确定256.1同步器选择256.2同步器主要参数确定25第7章 输出轴与齿轮的Proe建模过程27 7.1 输入轴的Proe建模27 7.2 一档从动轮的齿轮建模27第8章 变速器仿真分析28III8.1输出轴仿真分析288.2齿轮仿真分析30第

6、9章 结论33参考文献34致谢35IV 第1章 绪论 第1章 绪论1.1课题背景汽车从他诞生之日起，就注定了将称为全世界未来的焦点，因为他很大程度上的改变了人类的交通方式，是人类发明创造长河史的一个里程碑，现在也依然是我们日常生活中最普遍的交通工具之一。汽车的种类繁多，而衡量一个汽车能否被人们接受，能否得到普及，他的发动机的各种性能则显得至关重要。发动机为汽车提供动力的同时，也丰富了各种驾驶者的驾驶体验。所以发动机与变速器他们之间的良好匹配，是决定汽车能否在未来各种各样路况上平稳安全行驶的重要根据。因此，我们对变速器的研究日益增多。1.2各类变速器介绍汽车的历史悠久，变速器随同汽车发展至今，他

7、的种类也是相当繁多，我们通常通过传动比的变化方式以及操纵的方式来为他们分类。1.2.1按操纵方式分类(1)自动变速器（AT） 自动变速器简称AT（Automobile Transmission），我们也称为自动变速箱。 自动变速器就是可以在在汽车正常行驶途中，自动的变换它的齿轮传动比，从而实现自动选择档位功能的换档变速器。因此，如果一辆汽车装有这样的自动变速器，我们在正常行驶途中可以不需要手动换挡，只需要操作我们脚下的踏板，即可以方便的控制车速了。 自动变速器可以简单的由行星齿轮，液压操纵系统以及液力变矩器是那个部分组成。自动变速器变速的方法是通过同一组齿轮因其不同排列而产生不同传动比时来实现

8、的。自动变速器分为六个不同的档位，分别为D（前进档）、2（前进二档）、1（前进一档）、N（空档）、R（倒挡）、P（停车档）。 自动变速器为了人们提供便利的同时也有着一些缺陷。举个例子来说，装有自动变速器的汽车的保养费用通常会昂贵一点，需要的润滑油在满足普遍要求外还需要达成汽车传递液压和扭矩的作用，从而来提升汽车的离合器与制动器的性能。而且这样的汽车在行驶了差不多3万公里左右的时候呐，往往就需要我们给它换油了。(2)手动变速器（MT）手动变速器简称MT（Manual Transmission），我们也称为机械式变速器。手动变速器的各档齿轮位置的变化，相对于自动变速器就没有那么方便了，它需要驾驶员

9、自己用手来操纵变速杆来达到变速的目的。其中对变速器的档位，齿轮的传动比与参数以及变速器上其他重要零件的研究。手动变速器上的的档位传动比都是固定值。手动变速器发展至今，五档变速器是当今社会使用最多的变速器，在前面的发展中，手动变速器经历了1档到多档的发展变化。1.2.1.3手自一体变速器手动一体变速器顾名思义，是手动变速器与自动变速器科学结合而研发出来的产物。前文中提到，自动变速器的保养是其一个劣势，手动变速器的操纵性能则相对较厚啊。所以，人们就研究发明了手自一体变速器，这样不仅能够给驾驶员打来更多的驾驶乐趣，还能提高自动变速器的经济性能。结构角度来说，手自一体变速器在手动变速器上多装配了自动换

10、挡的操纵结构，电子控制离合器以及电子控制等装置。我们一般采用ECU来保证自动换挡机构与电子离合器机构，而ECU就是电子控制单元。1.2.2按传动比变化方式分类 如果按照变速器传动比的方式来划分变速器的话，还可以划分为综合式，无级式和有级式变速器。其中，有级式变速器又通常被称为齿轮式变速器哦。无级式变速器是通过主动轮和从动相互配合来传递动力，而其主动轮和从动轮的传动带和工作直径都是可以变化的，因此无级式变速器的传动比可以连续改变，从而可以最佳匹配发动机工况与传动系。而综合式变速器则是一种液力机械式变速器，一般是由液力变矩器、齿轮式有级变速器组成。随着人类社会的发展，各行各业的需求也不尽相同，有级

11、式变速器的缺点越来越明显，比如操纵困难，比如变速的工程不够稳定，因此愈发无法满足人们的使用需求。相反，无级变速器因为其变化速度的平稳性能好，操纵方式简单快捷方便等等许多的特点，愈来愈受到大家的青睐。在二十世纪八十年代，日本的Subaru投放到市场的汽车是第一批装有无级变速器的汽车。在当今社会，由于节能环保在人们心中的所占比例越来越大，油量消耗以及排放相对较低的无级式变速器，相信在未来汽车发展与未来汽车市场上都有着不俗的潜力。对无级式变速器的研究至今，在他的结构形式上还没有什么重大的创新与突破。在目前汽车无级式变速器的设计中，一般分为脉动式，带式，行星式与链式结构。37 第2章手动变速器概述以及

12、机构方案的确定 第2章 手动变速器概述以及机构方案的确定2.1变速器设计要求变速器主要功能是改变发动机驱动轮与转矩，转速，用来实现变速器可以在不一样的路况与驾驶工况下，能够变化汽车的牵引力与速度，使得发动机可以最适合它的工作范围之内。因此，变速器的设计有以下几个要求需要满足：（1）确保汽车具有可靠的的动力性与合适的经济性。如果汽车的动力在某个工况下不足时，那么他将无法正常行驶，尤其在起步与爬坡时，这一点显得尤为关键。而对汽车动力性能产生影响的因素是多种多样的，诸如汽车传动比，发动机参数等等，它们都能在一定程度上影响汽车的动力性。（2）要有空挡，这是设计出来中断发动机动力向驱动轮的动力传输。（3

13、）要有倒档，使得汽车可以后退行驶。（4）要有动力输出机构，又被称为取力器。汽车的动能不完全提供给行驶系，汽车行驶之外，其他动力系统也需要一定动能，汽车在正常行驶中，这部分动力系统就通过取力器获得相关动能。（5）换挡快捷、安全可靠。使得汽车驾驶多样化，既丰富了驾驶员的驾驶乐趣，也能稍微保护驾驶员的驾驶安全。（6）工作稳定、工作效率高而且噪音小。在设计中，应尽量避免设计完成后在使用中换挡失败时发生跳档、档位错乱的现象。尽量使得变速器能在高速以及大负荷工作环境下进行尽量长时间的工作。2.2变速器结构方案依前文介绍，如果按传动比来划分变速器的话，可以划分为有级，无级，综合式三种变速器。这三种中，有级变

14、速器最为普遍，而且相对于其他两种，有级式变速器制作成本更少，传动效率更高，结构更加简单。因此，我们此次设计的变速器就选用有级式变速器了。我们现在日常生活中，较为常见的手动变速器分别为三轴式与两轴式变速器。发动机的转速就是输入轴的转速，而输入轴的转速其实是它与中间轴之间啮合不同齿轮所产生的转速。因此，变速器转速的改变取决于其啮合齿轮齿数的变化。而汽车的变速器处于某一个档位时，输入轴与输出轴所对应的比例关系就是汽车该档位的传动比。所以，可变化的各档位传动比就能实现汽车能在各种工作路况下行驶。2.2.1变速器型式的确定。下图为一三轴5档式手动变速器的结构示意图：图2.1 三轴五档式的手动变速器示意图

15、三轴式变速器里包括输出输入轴与中间轴。其不同档位工作原理是，当变速器位于一档时，同步器被换挡拨叉向后移动，并接合一挡齿轮，最后锁在输出轴上。当发动机启动以后，动力由输出轴到输入轴齿轮上，从而带动从动轮的齿轮，而从动轮又带动其相对的1档齿轮，由输出轴输出动力，这就是完整的动力输出过程。而倒挡的实现的原理是，通过在一对啮合的齿轮中添加惰轮，使得输出轴反向旋转，从而可以使汽车倒退。因此，图中变速器的倒挡设计目的是为能使汽车通过啮合的三个齿轮使输出轴反向旋转，在其正常的换挡机构中添加了倒挡轴。生活中还有两轴式变速器，它相对结构简单，制造成本比较低廉，只有输入与输出轴，所以在我们日常生活中还是比较常见的。下面这张就是两轴式变速器的示意图： 图2.2 两轴