1、机电工程学院毕业设计方案论证报告设计题目:JD1041型载货汽车变速器及传动轴设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 20xx年4月10日目 次1 变速器结构分析31.1 变速器的功用和组成31.2 变速器类型的选择32 变速器传动机构布置方案42.1 变速器的设计要求42.2 传动机构布置方案分析42.3 倒档布置方案72.4 零、部件结构方案分析73 变速器主要参数的选择93.1 档数93.2 传动比范围94 万向传动轴设计的基本要求94.1 万向节结构方案分析9论证结果 11参考资料 12131 变速器结构分析1.1 变速器的功用和组成现代汽车上广泛采用往复活塞式内燃机作为动力
2、源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器。它的功用是：（1）改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下工作；（2）在发动机曲轴旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；（3）利用空挡中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出。变速器由变速传动机构和操纵机构组成，根据需要，还可以加装动力输出器。1.2 变速器类型的选择 现在市场上适合汽车用的主流变速器可以细分为5类：手动变速器(MT)、手动自动一体变速器(AMT)、无级变速
3、器(CVT)、双离合器变速器 (DCT)和自动变速器(AT)，它们各自都有不同的特点和优势。 手动变速器（MT），也称手动挡，即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。 手动自动一体变速器(AMT)，此型变速器在其挡位上设有“”、“”选择挡位。在D挡时，可自由变换降挡（）或加挡（），如同手动挡一样。驾驶者可以在入弯前像手动挡般的强迫降挡减速，出弯时可以低中挡加油出弯。现在的自动挡车的方向盘上又增加了“”、“”换挡按钮，驾驶者就能手不离开方向盘加减挡。AMT具有自动换挡的功能，能大幅提高离合器、同步器寿命(先进的AMT技术还可实现无离合器和无同步器下的自动换
4、挡)和行车安全性，且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠、易于制造、成本低、燃油消耗少和维护与使用费用低等优点。 无级变速器（CVT）是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。因此，其比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。 双离合变速器有别于一般的自动变速器系统，它基于手动变速器而又不是自动变速器，除了拥有手动变速器的灵活性及自动变速器的舒适性外，还能提供无间断的动力输出。自动变速器利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需
5、操纵加速踏板控制车速即可。随着高科技在自动变速器的设计和制造上的不断应用，自动变速器的启动迅速，换档方便，动力性和经济性好的优点将更能体现出来，而起传动效率低，油耗量大的缺点正逐渐改良。可以预见，带有自动功能变速器的汽车是未来市场的主导产品。可以预见自动变速器将成为变速器的最终发展趋势。但是本次设计的JD1041轻型载货汽车考虑到其设计制造成本较低，且主要在郊区和乡村道路上行驶，车速和转弯半径均较小，并且行驶条件比较恶劣，由于自动变速器传递效率远低于机械变速器，因此在综合考虑到本车的经济性和动力性的基础上决定选用机械式变速器为宜。2 变速器传动机构布置方案2.1 变速器的设计要求根据前进档数的
6、不同，变速器有三、四、五和多档几种。根据轴的不同类型，又分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、中间轴式和多中间轴式变速箱。设计变速器时应满足以下需求：1）保证汽车有必要的动力性和经济性。2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3）设置倒档，使汽车能倒退行驶。4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。5）换挡迅速，省力，方便。6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。7）变速器应当有高的工作效率。8）变速器的工作噪声低。除此以外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小，制造成本低，维修方便等要求。2.2 传动机构布置方案分析如前所述，机械式变速器
7、因结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛应用，综合考虑所设计的内容，本次设计所选变速器为机械式变速器。另外有级变速器与无级变速器相比具有传动效率高（0.960.98），造价低廉等优点，因此在各类汽车中均得到广泛采用，此次设计也采用有级变速器。有级变速器传动机构分为固定轴式和旋转轴式两类。固定轴式又分为两轴式和中间轴式变速器。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器因轴和轴数少，所以有结构简单，轮廓尺寸小和容易布置等优点。如图所示，两轴式变速器的第二轴（即输出轴）与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱
8、齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；高档的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高档的同步器也可以装在第一轴的后端。两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较大，也增加了磨损，降低了传动效率。当抵挡传动比较大时，会使结构尺寸增大，因而只在传动比较小的情况下选用这种方案。图1 两轴式变速器传动方案中间轴式变速器传动方案如图2所示。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。中间轴式变速器的特点是
9、第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，把它们固定起来就得到直接档，其传动效率高、磨损小噪声较小；除直接档外，其余各档都是通过两对齿轮副传递动力，此时传动效率较低。各种中间轴式变速器，主要是在常啮合齿轮副数量、换挡方式和倒档传动方案上有差别。下面分析几种变速器。图2 中间轴式变速器传动方案 四档变速器传动方案一般有四对常啮合齿轮，可用同步器或啮合套换挡；倒档用直齿滑动齿轮换挡。部分是有三对常啮合齿轮，一档和倒档用直齿滑动齿轮换挡。五档变速器传动方案的倒档用直除少量采用齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮。六档变速器传动方案中的一档、倒档用直齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮，其中超速档后支撑轴承的
10、后端，有利于系列化。发动机前置后轮驱动的轿车采用中间轴式变速器，为缩短传动轴长度，可将变速器后端加长。伸长后的第二轴有时装在三个支承上，其最后一个支承位于加长的附加壳体上。如果在附加壳体内，布置倒档传动齿轮和换档机构，还能减少变速器主体部分的外形尺寸。变速器用多支承结构方案，能提高轴的刚度。这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。也有方案的高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。 中间轴式变速器广泛应用于前置后驱的各类汽车上，结合市场上同类汽车，综合分析，本次JD1041型
11、载货汽车的变速器采用五档中间轴式机械变速器。2.3 倒档布置方案与前进档相比,倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。为实现倒档传动，有些方案利用中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案。变速器的一挡和倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力也增大，最终表现出齿轮磨损加快和工作噪声的增大。所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。 倒档设置在变速器的左侧或右侧，在结
12、构上均能实现，不同之处在于挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为了防止意外挂入倒档，一般在挂倒档时设有一个挂倒挡时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。结合市场上的现有车型采用下图所示方案。图3 变速杆换挡位置与顺序2.4 零、部件结构方案分析1）齿轮形式与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。但是，在本设计中由于所有档位均为常啮合方案，因此倒档也采用斜齿圆柱齿轮传动方案，即所有档位均采用斜齿圆柱齿轮
13、传动。2）换挡机构形式变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，除一档、倒档外很少采用。啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥
14、，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。通过对上述三种方案的对比，因为JD1041汽车的最高车速和转弯半径均较小，在保证JD1041汽车的经济性和操纵方便性前提下，本次设计初定选择同步器换档。3）变速器轴承作旋转运动的变速器轴支承在壳体或其他部位的地方以及齿轮与轴不做固定连接处应安置轴承。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。汽车变速器应结构紧凑，大尺寸的轴承布置困难。如变速器的第二轴前端支撑在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，否则采用滚针轴承。第二轴后端常采用球轴承来承受轴向力和径向力。变速器第一轴前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间，常采用一端有密封圈的球轴承来承受径向力，作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传给变速器壳体。中间轴采用前、后轴承固定均可。变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以及中间轴前、后轴承，一般按直径系列选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。
