1、课程设计说明书 课 程 名 称: 产品结构原理课程设计 课 程 代 码: 6004019 题 目: 微型汽车变速箱反求设计 学 院 (直 属 系 ) : 机械工程与自动化学院 年级/专业/班: 2010级机设一班 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 陈 守 强 开 题 时 间: 2013 年 11 月 18 日完 成 时 间: 2013 年 12 月 6 日课 程 设 计 说 明 书- 1 -目 录摘要.2引言.2一、任务分析.3二、微型汽车变速器所配置的发动机参数.3三、微型汽车整车性能参数.3四、微型汽车变速箱功能分析.441 微型汽车变速器的功能.442 微型汽车变速器的位置.
2、443 功率的传递.444 变速和保证变速的顺利进行的实现.445 各个档位的换档.446 功能结构图.5五、微型汽车变速箱运动分析.651 微型汽车车轮直径.652 最高车速为 120KM 时变速箱的传动比.653 四档的传动比的分配.654 变速箱的最大和最小载状态.755 行驶速度分别为 10、20、40、60km/h 时应该使用档位的分析.7六、微型汽车变速箱结构受力分析.761 受力最大的时候各轴的扭矩.762 各轴的最小直径.863 各个档位齿轮强度.8七、微型汽车变速箱的外观功能分析.10八、变速箱的拆装.128.1 变速器拆装步骤.128.2 部分详细步骤分析.128.3 拆装
3、时所用工具、测量工具.15九、零件的结构分析（差速器）.159.1 差速器构成.159.2 差速器基本工作原理与作用.169.3 差速器的拆装.16十、汽车变速箱关键零部件反求分析.16结论.18参考文献.19摘 要课 程 设 计 说 明 书- 2 -本课程是通过对微型汽车变速器的分析，了解微型汽车变速箱的功能、结构原理、变速操纵方法、变速箱结构总体布局、同步器的原理和结构、差速器的的原理和结构、变速箱的装配工艺过程、各零件的装配方法、各轴的支承结构、变速箱内各运动副的润滑方式、变速箱中主要零件的材料及热处理要求、形位公差、表面粗糙度的分析等。通过分析、利用反求的方法创造出新的微型汽车变速器，
4、具体内容有：其轴的布置，同步器的位置，差速器的位置；同步器的作用、组成、工作原理和变速器操纵机构的组成及变位档的自锁和互锁机构的结构原理和结构；通过拆装变速器了解并编写操纵的装配工艺过程，确定各零件的装配方法；通过观察变速箱的机构形状，分析其从提高刚度和刚性要求并满足功能要求和工艺要求而设计的结构；对变速箱各轴的结构形状、结构要素作用进行分析，并对其结构尺寸与轴的功能强度刚度装配关系等进行了反求；分析变速箱的主要零件材料及热处理要求、形位公差及箱体和轴的技术要求等。反求设计是创新的重要方法，所以我们通过本课程的学习，可以了解和基本掌握这种技术。反求设计就是从有到新，借助已有的产品、图样、音响等
5、已存在的可感观的实物，创新出更先进、更完美的产品。关键词：分析、反求设计、创新、原理 引言我国是一个发展中国家，科学技术相对落后，投入大量资金去研究发达国家已推向市场的产品或技术是完全没有必要的。这不仅浪费资金，也拖延发展经济的时间。而且涉及到发展经济的科学技术领域非常广泛，我国也缺少巨额资金去进行大面积的科学研究。当今世界科学技术发展日新月异，产品的科技含量越来越高，高新技术产品已进入家庭。世界进入知识经济的时代，只有科学技术才能兴国。因此，引进发达国家先进的科学技术或先进的产品，然后进行反求设计，仿照或创新设计更新的产品，是发展中国家发展国民经济的必由之路。特别是在知识经济的时代，反求工程
6、在科技发展中的地位更为重要。逆向设计的流程示意：产品样件 数据采集 数据处理 CAD/CAE/CAM 系统 模型重构 制造系统 新产品。因此，我们要学习这门课程，对微型汽车的变速器进行反求分析设计，掌握反求设计这一重要的方法。一、 任务分析本次课程设计的目的在于进一步加强学生应用所学的专业理论、知识以及专业技能，课 程 设 计 说 明 书- 3 -进行独立解决工程实际问题的能力。机械产品功能原理、机构课程设计的重点在于掌握典型机械的功能原理分析方法及分析机械机构的组成要素和机构功能，掌握结构设计要求及特点，丰富学生的机械结构设计知识，启发设计思维，通过实践是学生的机构设计理论得以巩固、加深，为
7、今后进行机械产品设计打下良好基础。2、微型汽车变速器所配置的发动机参数21 型号 JL368Q3 电喷发动机22 工作形式 直立四冲程水冷顶置凸轮轴多点电喷23 气缸数量 324 气缸直径 68.5mm25 行程 72mm26 排量 796ml27 额定功率 26.5KW(5500r/min)28 最大扭矩 60.5N.m(30004000r/min)3、微型汽车整车性能参数31 最高车速 = 120 km32 最大爬坡度 tg = 30%33 起步换挡加速到 100km/h 所需时间 = 37 s34 第四档最小稳定速度 = 25 km35 微型汽车在 60km/h 时 100km 的耗油量
8、位 4.5L36 整车质量 645kg 全部载重后质量为 950kg 左右四、微型汽车变速箱功能分析41 微型汽车变速器的功能课 程 设 计 说 明 书- 4 -变速器是改变汽车力矩和转速的机构，其主要功能有：1.满足汽车起步、加速和爬坡行使时所需要的驱动力和转速。2.保证汽车能实现不同的行驶速度，和倒车。3.保证汽车在原地启动、怠速运转而不向驱动轮输出功率。4.使汽车完成对其他机械输出动力。42 微型汽车变速器的位置变速器一般是和发动机固连在一起的，他的输出连接差速器。43 功率的传递发动机的曲轴输出功率到变速器输入轴上，通过变速器改变驱动力矩和转速再传递到差速器，受力不同的时候两个车轮所获
9、得不同的速度，再通过差速器把动力通过半轴把动力传递到驱动车轮上。44 变速和保证变速的顺利进行的实现发动机的曲轴输出功率到变速器， ，变速器的中间轴上有二个同步器，而每个同步器都与变速器输出轴连在一起，并且可以左右滑动。每个同步器共有左、中、右三个位置，中间不与任何齿轮同步，而左右都可以和齿轮同步，通过拨叉拨动来控制同步器的左右运动，与不同的齿轮同步，而四结齿轮处于常啮全状态，但可以相对于 II 轴转动，一旦与同步器同步就可带动 II 轴转动，从而通过拨叉控制同步器与不同的齿轮啮合，实现变速。而拨叉机构具有自锁与互锁功能，每次变速换档都会经过中间位置，即空档，这样就保证了变速的顺利进行。45
10、各个档位的换档变速器的换档操纵机构，其中变速器内部一共有三根控制换档杆，其中每一根杆都有左、中、右三个位置可供控制，可实现六个档位控制。换档是通过换档杆实现的，换档杆纵向有三个位置，旋转有两个位置，从而实现六个位置的控制。但是任何档位之间要切换时都必须先回到中间位置，即空档位置。而且每个档位之间都具有自锁和互锁功能，从而实现不跳档和脱档的现象。变速箱的控制操纵方式如下图：课 程 设 计 说 明 书- 5 -倒档3 档1 档2 档 4 档空档46 功能结构图汽车变速箱系统黑箱图转矩、转速 不同的转矩、转速档位 噪音、热课 程 设 计 说 明 书- 6 -3、微型汽车变速箱运动分析五、微型汽车变速
11、箱运动分析51 微型汽车车轮直径经测量微型汽车的车轮直径为 D=450mm52 最高车速为 120KM 时变速箱的传动比 120/3.4/vkmhsIIni总由车轮的线速度公式 可以求出总的传动比 ，则有：v=r总I260Dn4.3260vIInrii总总53 四档的传动比的分配首先应该保证汽车在全部载重后能够平稳的起步，然后是汽车在高速行驶的时候能够达到需要的最高速度。发动机的功率一定、转速一定的情况下只有通过减速器的减速作用主轴变 速机构操纵机构转动信号噪音 热I 档转速II 档转速III 档转速IV 档转速倒档转速课 程 设 计 说 明 书- 7 -来实现汽车的平稳行驶，根据资料查的各个
12、档位的传动比分配如下表：一档 二档 三档 四档3.585 2.166 1.33 0.954 变速箱的最大和最小载状态微型汽车的额定功率时一定的，则有： 30npT根据上式可知，当发动机的额定功率达到最大且变速箱的档位最低，即速度最低时，该轴受到的载荷是最大的；同样当发动机的功率达到了额定功率，变速箱档位最大，即速度最高时，该轴的载荷就是最小。根据传动比可以分析出变速箱中受载荷最大的时候再是汽车处于一档的时候的差速器从动轴上；变速箱中受载荷最小的轴是汽车处于四档的时候中间轴上。55 行驶速度分别为 10、20、40、60km/h 时应该使用档位的分析变速箱主减速器的传动比为 i： 4.35i根据
13、速度计算公式 可以计算出在额定功率下各个档位所能够达到的最大速60InVi总度。则有： 12349./580./Vmss再通过最大速度与所要求的速度进行比较，由于汽车的第四档稳定速 。25/Vkmh以汽车在行驶的过程中能够省油为标准选取合适的档位行使，则最后选定：10km/h 用 1 档，20km/h 用 2 档，40km/h 用 3 档，60km/s 用 4 档。6、微型汽车变速箱结构受力分析61 受力最大的时候各轴的扭矩课 程 设 计 说 明 书- 8 -发动机输出扭矩最大是 60.5N，由于发动机直接输出到变速器的输入轴，所以变速器的输入轴受到的最大扭矩 ，则有：IT60.5ITN根据公
14、式 可以计算出中间轴的最大扭矩 ，中间轴的转速是第一根轴30np IT的传动比转换过来的，则有： max60.538216.9ITiN同样可以求出差速器所受到的最大扭矩为 ，则有：ITmax.4.53.8IITi主62 各轴的最小直径根据公式 ，可以计算出在最大扭矩的前提下轴的功率 p,30np也就是说在发动机输出最大扭矩的时候发动机没有达到额定功率，那么可以计算发动机在额定转速下的扭矩 ,则有：eT46eT远比最大扭矩小，这样在最大扭矩下求得轴的最小直径就是该轴的最小直径，则有各个轴的最小直径为： 0012312.865.pdAnm63 各个档位齿轮强度变速箱各档齿轮材料为:合金钢(20Cr
15、MnTi)。材料强度极限为： 。取 7 级10FMPa精度。齿轮的弯邮疲劳强度为： tFaSAVFFnKYKbm齿轮的接触疲劳强度为：课 程 设 计 说 明 书- 9 -1 10tHHEHaKFuZMPabdA各齿轮参数如下表：I 档 II 档 III 档 IV 档齿数 Z 43 39 32 27螺旋角 2393 3318法面模数 nm2 175齿宽 b 12 12 12 11重合度 a1.58 1.48 1.48 1.5K 2.975FaY24 241 25 257S1.676 1.665 1.635 1.600.80 0.72 0.72 0.72tF3134 2947 2418 2040传动比 3.585 2.166 1.33 0.9HZ233 218E18981d941 815 669 565所以，各档齿轮的弯曲疲劳强度为： 1234.97342.1670.81.25.5.3.97182.630.74.50.52F FF FMPaa P齿面接触疲劳强度为：
