Harbin Institute of Technology课程设计Ⅱ说明书课程名称：汽车设计课程设计设计题目：2006款1.6L速腾机械式变速器设计院系：机电工程学院班级：1208107设计者：学号：11208107指导教师：韩秀琴设计时间：2015.12.17哈尔滨工业大学1目录第1章变速器的功用及设计要求 (1)第2章变速器传动方案及机构设计 (2)2.1 变速器传动方案 (2)2.2 变速器机构设计 (2)第3章变速器参数计算与选择 (4)3.1 基本参数 (4)3.1.1 最基本参数 (4)3.1.2 布置形式 (4)3.1.3 外廓尺寸 (4)3.1.4 轴距和轮距 (4)3.1.5 轴荷分配 (4)3.1.6 性能参数 (4)3.1.7 轮胎参数 (5)3.2 发动机的选择 (5)3.2.1 发动机最大功率和相应转速 (5)3.2.2 发动机最大转矩和相应转速 (5)3.3 主减速器的传动比 (5)3.4 传动系最大传动比 (6)第4章变速器齿轮的设计 (7)4.1变速器传动机构的布置方案确定 (7)4.2确定各挡传动比 (7)4.3初选中心距 (7)4.4外形尺寸 (8)4.5齿轮参数 (8)4.5.1 模数 (8)4.5.2 压力角α (8)4.5.3 螺旋角β (9)4.5.4 齿宽b (9)4.5.5 齿顶高系数 (9)24.5.6 各挡位齿轮齿数的分配 (9)第5章变速器齿轮强度计算 (14)5.1轮齿弯曲强度计算 (14)5.2轮齿接触强度计算 (15)第6章变速器齿轮材料和热处理 (18)第7章轴的设计及强度计算 (19)7.2轴的刚度计算 (19)7.3轴的强度计算 (21)第8章变速器附件及其说明 (23)8.1 同步器的选择 (23)8.1.1 同步器的工作原理 (23)8.1.2. 同步环主要参数的确定 (23)8.2变速器的操纵机构 (24)8.2.1变速器操纵机构的功用 (24)8.2.2 变速器应满足的要求 (24)8.2.3 换挡位置 (24)参考文献 (25)3第1章变速器的功用及设计要求变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，又称变速箱。
它作为汽车动力系统重要的组成部分，主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动轮牵引力以及车速的不同需求。
此外，变速器还用于使汽车能倒退行驶和在启动发动机以及汽车滑行或停车时使发动机传动系保持分离；必要时还应有动力输出功能。
为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求：1.保证汽车有必要的动力性和经济型。
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.设置动力传输装置，需要时进行功率输出。
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.变速器应有高的工作效率。
8.变速器的工作噪声低。
除此之外，变速器还应该满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。
满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器挡数、传动比范围和各挡传动比有关。
汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小，变速器传动比范围越大。
12第2章 变速器传动方案及机构设计2.1 变速器传动方案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。
其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。
与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。
此外，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。
但两轴式变速器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏，受结构限制其一档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。
而中间轴式变速器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。
其特点是：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，此时噪声低，齿轮、轴承的磨损减少。
2.2 变速器机构设计图2-1 变速器挡位分布对不同类型的汽车，具有不同的传动系档位数，其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。
而传动系的档位数与汽车的动力性、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能力，降低了油耗。
从而能提高汽车生产率，降低运输成木。
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。
综上所述，由于此次设计的汽车变速器是2006款1.6L大众速腾的机械式变速器，而速腾的驱动形式属于发动机前置前轮驱动，且可布置变速器的空间较小，对变速器的要求较高，要求运行噪声小，设计车速高，故选用二轴式变速器作为传动方案。
选择5档变速器。
变速器挡位分布如图2-1所示。
3第3章变速器参数计算与选择3.1 基本参数3.1.1 最基本参数额定载荷：450kg最大总质量：1803kg最大车速：185km/h比功率：41kW/t比转矩：80.4N·m/t3.1.2 布置形式驱动形式：前置前驱发动机特征：直列四缸汽油发动机3.1.3 外廓尺寸总长：4544mm总宽：1760mm总高：1461mm3.1.4 轴距和轮距轴距：2578mm前轮距：1539mm后轮距：1528mm3.1.5 轴荷分配空车质量：1353kg前轴（69%）：934kg后轴（31%）：419kg满载最大总质量：1803kg前轴（63%）：1136kg后轴（37%）：667kg3.1.6 性能参数最大爬坡度：16.7°（30%）最小转弯直径：10.8m45最小离地间隙：125mm 纵向通过半径：5.1mm3.1.7 轮胎参数规格：195/65 R15 轮胎半径：0.317m3.2 发动机的选择3.2.1 发动机最大功率和相应转速最大功率计算公式：3max maxmax 1360076140a rD e a a T m gf C A P v v η⎛⎫=+ ⎪⎝⎭(3-1) 单级主减速器42⨯型汽车90%T η= 滚动阻力系数0.025r f = 空气阻力系数0.29D C =迎风面积由汽车外廓尺寸乘以相应系数得21.8A m ≈ 代入式(3-1)计算得到max 73.45e P kW =最大功率转速6000p n rpm =3.2.2 发动机最大转矩和相应转速maxmax 1.2473.4595499549144.956000e e pP T N m n α⨯==⨯=⋅最大转矩转速3800T n rpm =根据以上计算可以选定发动机型号为：大众EA1133.3 主减速器的传动比传动系最小传动比计算公式：min a max0.377t rn i u = （3-2）6一般来说，汽车发挥最大车速与对应的发动机转速有如下关系取30，得代入公式（3-2）得若设最高挡传动比为0.8，则主减速器传动比3.4 传动系最大传动比传动系最大传动比，需要满足满载最大爬坡度 max max 1tq max 0G(cos sin )g Tf ri T i ααη+≥（3-3）变速器1挡时最大爬坡度为30%，即，代入式（3-3）计算得此外，1挡传动比还应满足附着条件（3-4）对于前驱车，最大附着力如下：所以取。
因此传动系最大传动比第4章变速器齿轮的设计4.1变速器传动机构的布置方案确定由于倒挡使用频率较低，故倒挡采用滑移直齿轮。
齿轮形式：本减速器齿轮除倒挡齿轮外均为常啮合齿轮，除了倒挡的三个齿轮为直齿圆柱齿轮外，其他齿轮均为斜齿圆柱齿轮。
换挡机构形式：使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，提高了汽车的加速性，燃油经济性和行驶安全性。
所以除了倒挡外全部用同步器换挡。
4.2确定各挡传动比大致按照等比级数分配，等比级数对于5挡及以下挡位的变速器，由于各挡利用率差别很大，故并不严格按照等比级数。
常用取，则取，则取，则取，则4.3初选中心距（4-1）式中：为中心距系数，轿车为，取为变速器传动效率，取97%7代入式（4-1）得,取4.4外形尺寸变速器壳体轴向尺寸。
取整为260mm。
4.5齿轮参数4.5.1 模数一般同一变速器齿轮模数不相等。
对轿车，减小噪声更重要，故齿轮应该选用小些的模数选取较小的模数值可使齿数增多，有利于换挡。
齿轮模数的选取如表4-1所示。
表4-1汽车变速器齿轮法向模数表4-2汽车变速器常用齿轮模数发动机排量为1.6L，根据表4-1及4-2，齿轮的模数定为2.25-2.75mm。
根据以上要求，初选：1、2挡齿轮法向模数；3挡齿轮法向模数；4挡齿轮法向模数；5挡齿轮法向模数；倒挡齿轮模数4.5.2 压力角国家规定的标准压力角为20°，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20°。
4.5.3 螺旋角β实验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。
在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。
斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。
两轴式变速器螺旋角：10°～35°4.5.4 齿宽b直齿m k b c =，c k 为齿宽系数，取为4.5～8.0，取8.0； 斜齿n c m k b =，c k 取为6.0～8.5。
由以上可得各挡位齿轮的齿宽如表4-3所示表4-3 汽车变速器齿轮的模数和齿宽选择结果4.5.5 齿顶高系数本次设计取斜齿轮的法向齿顶高系数，法向顶隙系数4.5.6 各挡位齿轮齿数的分配1挡： 传动比为12111g z i z =且有111121()2cos n m z z A β+=已知，，，将数据带入上式，得：，则有修正后的，满足要求。
修正后的中心距1112() 2.55779.32cos 2cos 26n m z z A mm β+⨯===⨯︒，取80A mm =确定中心距和齿数后，需要对螺旋角进行修正：11121() 2.5(1344)arccosarccos 272280n m z z A β+⨯+===⨯此时法面齿数，不会发生根切。
2挡： 传动比为22221g z i z =且有221222()2cos n m z z A β+=已知，，，将数据带入上式，得：，则有修正后的，满足要求。
对螺旋角进行修正：221222() 2.5(2037)arccosarccos 272280n m z z A β+⨯+===⨯3挡： 传动比为32331g z i z =且有331323()2cos n m z z A β+=已知，，，将数据带入上式，得：，则有修正后的，满足要求。