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畢業(yè)設計（論文）評語
姓名： 畢業(yè)設計（論文）題目： 獅跑全輪驅(qū)動汽車分動器與變速器設計
工作起止日期： 2011 年 10 月 11 日起 2011 年 12 月 30 日止
指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況，完成質(zhì)量及評分意見：
指導教師簽字： 指導教師職稱：
評閱人評閱意見：
評閱教師簽字： 評閱教師職稱：
答辯委員會評語：
根據(jù)畢業(yè)設計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：
學生 畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為：
對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語：
答辯委員會主任（簽字） 職稱：
答辯委員會副主任（簽字）： 職稱：
答辯委員會委員（簽字）：
年 月 日
畢業(yè)設計（論文）任務書
學生姓名
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
指導教師姓名
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
■是□否
題目名稱
獅跑全輪驅(qū)動汽車分動器與變速器設計
一、設計（論文）目的、意義
全輪驅(qū)動，又稱四輪驅(qū)動，是指汽車前后輪都有動力。這種總布置形式，由于全部車輪都是驅(qū)動輪，充分利用了汽車的全部附著質(zhì)量，因此汽車有較大的驅(qū)動力和克服障礙、防止打滑的能力。本設計以獅跑車為原型，采用兼時驅(qū)動模式，駕駛員可以根據(jù)路面狀況，利用分動器實現(xiàn)前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動三種驅(qū)動方式的轉(zhuǎn)換，可以很好的滿足不同情況下的使用要求。本設計采用逆向設計的方法，主要對分動器和變速器的結(jié)構(gòu)進行設計，該設計可以為以后開展分動器和變速器的設計提供參考
二、設計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
通過對現(xiàn)有獅跑車上采用的分動器和變速器進行研究的基礎上主要完成以下基本內(nèi)容：
（1）分動器檔數(shù)、傳動比、中心距、齒輪參數(shù)的選擇。（2）分動器強度計算及材料選擇。（3）分動器軸的設計。（4）分動器同步器的設計。（5）設計三軸五檔變速器，完成變速器的布置方案分析。（6）變速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。（7）變速器同步器的設計。（8）各擋齒輪、軸的設計以及強度校核。
本設計采用文獻查閱法，大量收集資料查閱獅跑車分動器和變速器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，利用計算分析法對分動器和變速器軸、齒輪等強度進行校核計算。
利用實物參考方法，參照現(xiàn)有獅跑車所采用的分動器和變速器進行設計。
利用對比分析法，將所設計的分動器和變速器與現(xiàn)有的分動器進行對比證明設計的正確性。
三、設計（論文）完成后應提交的成果
（一）計算說明部分
包括分動器和變速器設計過程分析及重要的零部件如齒輪和軸等的校核計算
（二）圖紙部分
分動器裝配圖0#圖紙一張；變速器裝配圖0#圖紙一張
四、設計（論文）進度安排
2011年10月1日——10月20日 查閱相關(guān)資料，初步確定設計方案，撰寫開題報告
10月21日 開題
10月22日——11月10日 完成分動器的裝配圖繪制及相關(guān)零件的校核
11月11日——11月22日 完成變速器的裝配圖繪制及相關(guān)零件的校核
11月23日——11月25日 完成裝配圖并參加中期檢查
11月26日——12月5日 完成說明書的整理和撰寫工作，并檢查圖紙
12月6日——12月9日 準備結(jié)題
12月10日——12月19日 最后核定說明書及圖紙，準備上交全部材料
五、主要參考資料
[1] 郭新華．汽車構(gòu)造（第二版）．北京：高等教育出版社，2008．
[2] 高維山．汽車設計叢書—變速器[M]．北京：人民交通出版社，1990．
[3] 王望予．汽車設計（第4版）[M]． 北京：機械工業(yè)出版社，2004．
[4] 劉維信．汽車設計[M]．北京：清華大學出版社，2001．
[5] 陳家瑞．汽車構(gòu)造[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000．
[6] 鐘毅芳，唐增寶．機械設計（第二版）[M]．武漢：華中科技大學出版社，2001．
[7] 王黎欽，陳鐵鳴．機械設計（第4版）[M]．哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008．
[8] Christian Bader．Power train electronics-progress on the use and development of the computer aided gearshift systems[J]．SAE 901160，1990．
[9] E．Hendricks．Qualitative and quantitative influence of a fully controlled on fuel economy and vehicle performance[J]．SAE 930668，1993．
[10] 余志生．汽車理論（第三版）[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000．
[11] Bran Bach．Development of a Shift By Wire Synchronized 5-Speed Manual T ransmission[J]．SAE 980831，19988
[12] 王望予． 汽車設計（第3版）[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000．
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
摘 要
本設計主要根據(jù)現(xiàn)代獅跑2.0L手動四驅(qū)SUV汽車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)進行分動器和變速器的設計。根據(jù)匹配車型的使用條件和車輛參數(shù)選擇分動器的結(jié)構(gòu)形式，并按照分動器系統(tǒng)的設計步驟和要求，具體進行了分動器軸、齒輪等零部件的相關(guān)設計工作和校核工作，在對機械式變速器的發(fā)展歷史、變速器的地位和作用，以及未來發(fā)展趨勢進行深入了解的基礎上研究了機械式變速器的基本結(jié)構(gòu)和變速原理，對機械式變速器各擋傳動路線進行了簡要分析，并以此為理論基礎，設計了起亞獅跑汽車三軸五檔變速器，完成了變速器的布置方案分析、變速器回轉(zhuǎn)件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定、同步器設計、各擋齒輪、軸的設計以及強度校核、軸承的使用壽命計算等。
關(guān)鍵詞： 分動器；設計；變速器；齒輪；同步器
Abstract
The design is based mainly on the modern lion run manually 2.0L four-wheel-drive SUV vehicle-related parameters at the design of the actuator. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the actuator sub-system design steps and requirements, mainly related to design work, including the sub-center distance of actuators, bevel gear and other parameters. And a sub-axis actuators, gears and other parts of the design and verification of the relevant work. At first, the thesis simply depicted the develop history of mechanical transmission, and it discussed the status and action of mechanical transmission as well as mechanical transmission’s current situation and forthcoming development trend. In addition, it studied the mechanical transmission’s basic structure and working principle. The transmission operation of every gear was researched. And mechanical transmission of three axles-five gears in KIA was designed based on above analysis. The layout plan of the mechanical transmission and the parameters of revolving parts were chose. At last, the synchronizer, axles and gears were designed and checked.
Keywords: Sub-actuator; design； transmission; gear; synchronizer
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 分動器簡介 1
1.1.1 分動器的構(gòu)造原理及設計要求 1
1.1.2 分動器類型 2
1.2 變速器的發(fā)展概況 3
1.2.1 變速器的設計要求 3
第2章 主要參數(shù)的選擇 4
2.1 分動器 4
2.1.1 檔數(shù)及傳動比 4
2.1.2 中心距的確定 5
2.1.3 齒輪參數(shù)的確定 5
2.2 變速器 8
2.2.1 傳動機構(gòu)布置方案 8
2.2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 10
2.2.3 檔數(shù)及各檔傳動比 11
2.2.4 中心距的確定 11
2.2.5 齒輪參數(shù)的確定 12
第3章 齒輪的強度計算 15
3.1 分動器 15
3.1.1 齒輪的失效形式與原因 15
3.1.2 齒輪強度的計算與校核 15
3.2 變速器 17
3.2.1輸入軸常嚙合齒輪 17
3.2.2輸出軸齒輪 18
3.2.3中間軸齒輪 19
第4章 軸的初選與強度計算 22
4.1 分動器軸的初選與計算 22
4.2 鍵的選擇與計算 23
4.3 變速器軸的初選與計算 23
4.3.1 軸的尺寸初選 23
4.3.2 輸出軸的計算 24
4.3.3 中間軸的計算 28
第5章 同步器 33
5.1 同步器的結(jié)構(gòu)類型 33
5.2 鎖環(huán)式同步器工作原理 33
5.3鎖環(huán)式同步器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 36
第6章 軸承的選用與壽命計算 38
6.1分動器軸承 38
6.2變速器軸承 38
6.2.2 輸出軸后端軸承 38
6.2.2 輸入軸后端軸承 40
6.2.3 中間軸前端軸承 41
6.2.4 中間軸后端軸承 42
結(jié) 論 44
參考文獻 45
致 謝 46
V
第1章 緒論
1.1 分動器簡介
多橋驅(qū)動的越野汽車的傳動系中均裝有分動器。分動器也是一組齒輪傳動裝置，其主要功用是將變速器輸出的動力分配到各個驅(qū)動橋。另外，由于大多數(shù)分動器都有兩個檔位，所以它還兼起副變速器的作用[1]。
（1）帶軸間差速器的分動器
各輸出軸可以以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則由差速器傳動比決定。據(jù)此，可將轉(zhuǎn)矩按軸荷分配到各驅(qū)動橋。裝有這種分動器的汽車，不僅掛加力檔時可使全輪驅(qū)動，以克服壞路面和無路地區(qū)地面的較大阻力，而且掛分動器的高檔時也可使全輪驅(qū)動，以充分利用附著重量及附著力，提高汽車在好路面上的牽引性能。
（2）不帶軸間差速器的分動器
各輸出軸可以以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則與該驅(qū)動輪的阻力及其傳動機構(gòu)的剛度有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)的分動器在掛低檔時同時將接通前驅(qū)動橋；而掛高檔時前驅(qū)動橋則一定與傳動系分離，使變?yōu)閺膭訕蛞员苊獍l(fā)生功率循環(huán)并降低汽車在好路面上行駛時的動力消耗及輪胎等的磨損。
（3）裝有超越離合器的分動器
利用前后輪的轉(zhuǎn)速差使當后輪滑轉(zhuǎn)時自動接上前驅(qū)動橋，倒檔時則用另一超越離合器工作。
分動器的功用就是將變速器輸出的動力分配到各驅(qū)動橋，并且進一步增大扭矩，是4x4越野車汽車傳動系中不可缺少的傳動部件，它的前部與汽車變速箱聯(lián)接，將其輸出的動力經(jīng)適當變速后同時傳給汽車的前橋和后橋，此時汽車全輪驅(qū)動，可在冰雪、泥沙和無路的地區(qū)地面行駛。
1.1.1 分動器的構(gòu)造原理及設計要求
分動器的輸入軸與變速器的第二軸相連，輸出軸有兩個或兩個以上，通過萬向傳動裝置分別與各驅(qū)動橋相連。
對分動器的設計要求要滿足以下幾點：
1） 便于制造、使用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊；
2） 保證汽車必要的動力性和經(jīng)濟性；
3） 換檔迅速、省力、方便；
4） 工作可靠，不得有跳檔及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；
5） 分動器應有高的工作效率；
6） 分動器的工作噪聲低；
分動器的工作要求：
（1）先接前橋，后掛低速檔；
（2）先退出低速檔，再摘下前橋；上述要求可以通過操縱機構(gòu)加以保證。
1.1.2 分動器類型
（1）分時四驅(qū)(Part－time 4WD)
這是一種駕駛者可以在兩驅(qū)和四驅(qū)之間手動選擇的四輪驅(qū)動系統(tǒng)，由駕駛員根據(jù)路面情況，通過接通或斷開分動器來變化兩輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動模式，這也是一般越野車或四驅(qū)SUV最常見的驅(qū)動模式。最顯著的優(yōu)點是可根據(jù)實際情況來選取驅(qū)動模式，比較經(jīng)濟。
（2）全時四驅(qū)(Full－time 4WD)
這種傳動系統(tǒng)不需要駕駛?cè)诉x擇操作，前后車輪永遠維持四輪驅(qū)動模式，行駛時將發(fā)動機輸出扭矩按50：50設定在前后輪上，使前后排車輪保持等量的扭矩。全時驅(qū)動系統(tǒng)具有良好的駕駛操控性和行駛循跡性，有了全時四驅(qū)系統(tǒng)，就可以在鋪覆路面上順利駕駛。但其缺點也很明顯，那就是比較廢油，經(jīng)濟性不夠好。而且，車輛沒有任何裝置來控制輪胎轉(zhuǎn)速的差異，一旦一個輪胎離開地面，往往會使車輛停滯在那里，不能前進。
（3）適時驅(qū)動(Real－time 4WD)
采用適時驅(qū)動系統(tǒng)的車輛可以通過電腦來控制選擇適合當下情況的驅(qū)動模式。在正常的路面，車輛一般會采用后輪驅(qū)動的方式。而一旦遇到路面不良或驅(qū)動輪打滑的情況，電腦會自動檢測并立即將發(fā)動機輸出扭矩分配給前排的兩個車輪，自然切換到 四輪驅(qū)動狀態(tài)，免除了駕駛?cè)说呐袛嗪褪謩硬僮?，應用更加簡單?
1.2 變速器的發(fā)展概況
汽車是最重要的現(xiàn)代化交通工具，又是科學技術(shù)發(fā)展水平的標志，而變速器又是汽車傳動系統(tǒng)重要的總成。機械式變速器經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，己積累了相當?shù)脑O計和生產(chǎn)經(jīng)驗，形成不少定型的產(chǎn)品，現(xiàn)代商用車和乘用車大都采用機械變速器。在變速器上廣泛采用斜齒常嚙合齒輪傳動，用同步器換檔。從現(xiàn)在市場上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動變速器（MT）、自動變速器（AT）、手動/自動變速器（AMT）、無級變速器（CVT）[2]。
手動變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各檔的變速比是個定值。比如，一檔變速比是3.85，二檔是2.55，再到五檔的0.75，這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動比，總共只有5個值(即有5級)，所以說它是有級變速器。
自動變速器（Automatic Transmission），利用行星齒輪機構(gòu)進行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動地進行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。無級變速系統(tǒng)不像手動變速器或自動變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個滑輪和一個鋼帶來變速，其傳動比可以隨意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動變速器“突然換檔”、油門反應慢、油耗高等缺點。
1.2.1 變速器的設計要求
汽車設計中對齒輪變速器的要求是：
（1） 傳遞兩個平行軸或相交軸間的回轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)矩；
（2） 保證傳動比恒定不變,能達到預定的工作壽命
（3） 能傳遞足夠大的動力，工作可靠,保證較高的運動精度;
（4） 與汽車采用的內(nèi)燃機匹配后使汽車具有較好的動力性和經(jīng)濟性；
傳動效率高、重量輕、體積小、噪聲低、制造簡單、維修方便等
第2章 主要參數(shù)的選擇
2.1 分動器
本設計是根據(jù)起亞獅跑手動四驅(qū)SUV而開展的，設計中所采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型，具體參數(shù)如下表所示：
表2-1 分動器設計參數(shù)
項 目
參 數(shù)
最高時速
171km/h
輪胎型號
235/60 R16
發(fā)動機型號
CVVT
最大扭矩
184/4500
最大功率
104/6000
整車整備質(zhì)量
2090Kg
2.1.1 檔數(shù)及傳動比
為了增強汽車在不好道路的驅(qū)動力，目前，四驅(qū)車一般用2個檔位的分動器，分為高檔和低檔.本設計也采用2個檔位。
選擇最低檔傳動比時，應根據(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、確定。
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。
本設計中的參數(shù)均來自獅跑車原型，低檔傳動比=1.5，高檔傳動比=0.8
2.1.2 中心距的確定
中心距是一個基本參數(shù)，其大小不僅對分動器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小，而且對輪齒的接觸強度有影響。中心距越小，齒輪的接觸應力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應當由保證輪齒有必要的接觸強度來確定。三軸式變速器的中心距A（mm）可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初定：
(2-1)
式中，K A----中心距系數(shù)。對轎車，K A =8.9～9.3；對貨車，K A =8.6～9.6
TI max ----變速器處于一檔時的輸出扭矩
TI max=Te max igI η =670.9N﹒m
故可得出初始中心距A=80mm。
2.1.3 齒輪參數(shù)的確定
（1）齒輪模數(shù)
建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應符合JB111-60規(guī)定的標準值。
第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn
(2-2)
其中,=184Nm，可得出=2.67。
同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。由于制造工藝上的原因，同一分動器中的結(jié)合套模數(shù)都相同，轎車和輕型貨車取2～3.5。本設計取3。
（2）齒形、壓力角、螺旋角和齒寬
壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。在本設計中變速器齒輪壓力角取20°,嚙合套或同步器取30o；斜齒輪螺旋角25°。
應該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使軸上是軸向力相互抵消。為此，第二軸上的全部齒輪一律去右旋，而第一軸的斜齒輪左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。
齒輪寬度的大小直接影響著齒輪的承載能力，加大，齒的承載能力增高。但試驗表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：
直齒=,為齒寬系數(shù)，取為4.5～8.0
斜齒=,為齒寬系數(shù)，取為6.0～8.5
本設計=3×8=24
為齒寬(mm)。采用接合套或同步器換檔時，其接合套的工作寬度初選時可取為2～4mm。
第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長度增加,接觸應力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。
（3）各檔齒數(shù)的確定
在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預先確定的變速器檔數(shù)、傳動比和結(jié)構(gòu)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設計來說明分配各檔齒數(shù)的方法。
（4）確定低檔齒輪的齒數(shù)
低檔傳動比=1.5，其中=80mm、=3；由
（2-3）
有=48
示采用的相關(guān)參數(shù)均來源于此種車型：