两轴手动变速器结构建模与分析
在手动变速器产品的设计中，用三维软件进行作图的主要目的是为了在整个产品的生命周期中，进一步提高产品设计质量，提高设计效率和管理水平，此次毕业设计以桑塔纳2000变速器为模型。使用比较灵活，简单的建模方法来建立满足要求的产品模型。通过pro/engineer提供的三维建模特征主要使用基本特征，以此为主要思想来进行建模。手动变速器就是应用基本特征为基础。将变速器按照其本身的结构分为几个部分进行建模的。而在装配设计中，是将装配分为子装配来进行的，在变速器装配中，分为输入轴、输出轴等子部分进行装配，根据实际运动状况，采用各种约束从而在运动仿真过程中实现齿轮转动。
在分析过程中注重对变速器的变速和传动原理以及变速器重要组成部分的阐述。
关键词 变速器， 三维建模， 仿真， 运动分析
目录
1 绪论 1
2 设计任务书 1
2.1 本毕业设计（论文）课题应达到的目的1
2.2 本课题任务的内容1
2.3 本课题的要求1
2.4 总体方案论证1
3 变速器主要零部件的几何尺寸及齿轮参数的选择 2
4 变速器零件三维建模 3
4.1 直齿圆柱齿轮建模过程3
4.2 输出轴建模9
4.3同步器的建模14
5 零件装配 15
5.1 变速器输入轴的装配 15
5.2 变速器输出轴的装配 16
5.3 倒档齿轮轴的装配 16
5.4 总的装配图 16
6 两轴式手动变速器的有关分析 17
6.1 基本变速原理 17
6.2 同步器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的作用以及工作原理 18
结论20
致谢21
参考文献22
1 绪论
变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。对两轴手动变速器进行建模与分析是为了更好地认识与理解变速器的组成结构、工作过程以及其工作原理。两轴式手动变速器其特点是输出轴与输入轴平行，没有中间轴，发动机的动力经过离合器传入变速器一轴（输入轴），再经过齿轮变速后由二轴（输出轴）输出给主减速器。
除此之外，两轴式变速器从输入轴到输出轴只通过一对齿轮传动，倒挡传动路线中也只有一个中间齿轮，因而机械效率高，噪声小。但由于它不可能有直接挡，因而最高挡的机械效率比直接档低。这种结构形式适合于发动机前置、前轮驱动或发动机后置、后轮驱动的轿车和微、轻型货车上。
本设计根据变速器的结构组成和平面图通过Proe软件进行相关零件的绘制，之后进行组装，最后进行变速器动态运动的模拟。最终达到认识和理解手动变速器运动的原理。
2 设计任务书
2.1本毕业设计（论文）课题应达到的目的
汽车变速器是车辆重要总成，直接影响车辆动力性能。本文参考桑塔纳汽车两轴变速器结构，完成两轴变速器结构建模与分析。主要内容包括：查阅汽车变速器结构设计等相关资料；设计变速器整体结构与各重要零件；建立变速器三维结构模型；进行变速器运动分析。
2.2本课题任务的内容
1）查阅汽车变速器结构设计等相关资料；
2）设计变速器整体结构与各重要零件；
3）建立变速器三维结构模型；
4）进行变速器运动仿真分析。
2.3本课题的要求
1）理论分析全面，依据充分；
2）设计方案切实可行；
3）学会应用三维软件绘制方案结构图；
4）按计划完成毕业论文，不少于1万字。
2.4总体方案论证
变速器的基本功用是在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。此外，应保证汽车能倒退行驶和在滑行时或停车时使发动机和传动系保持分离。需要时还应有动力输出的功能。
变速器设计应当满足如下基本要求：
1）具有正确的档数和传动比，保证汽车有需要的动力性和经济性指标；
2）有空档和倒档，使发动机可以与驱动轮长期分离，使汽车能倒车；
3）换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性（自动、半自动和电子操纵机构）；
4）工作可靠。汽车行驶中，变速器不得跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生；
5）应设置动力输出装置，以便必要时进行功率输出；
6）效率高、噪声低、体积小、重量轻便于制造、成本低。
变速器是由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进档数的不同，变速箱有三、四、五和多挡几种。根据轴的不同类型，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。以桑塔纳2000轿车为基础，研究两轴式手动变速器。[1]
3 变速器主要零部件的几何尺寸及齿轮参数的选择
桑塔纳2000系列轿车五档手动变速器五档手动变速器的结构图、及性能参数图如图3-1，表3-1所示。
图3-1 变速器的结构[2]
1-变速器壳体 2-输入轴三档齿轮 3-倒档齿轮 4-倒档轴 5-输入轴一档齿轮 6-输入轴五档齿轮 7-输入轴二档齿轮 8-输入轴四档齿轮 9-输出轴 10-输入轴
表3-1变速器的性能参数[4]
项目
2000型（五档手动）
型号
013 300 043B
尺寸（长×宽×高）（mm×mm×mm）
712×410×362
速比
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
R
3.455（38:11）
1.944（35:18）
1.286（36:28）
0.969（31:32）
0.800（28:35）
3.176（38:12）
4 变速器零件三维建模
4.1直齿圆柱齿轮建模过程
（1）新建文件 创建一个新零件，选择“mmns_part_solid”模板
（2）绘制齿轮齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆，单击工具栏上的草绘按钮，选择top基准面作为草绘平面，绘制四个同心圆。
(6)单击确定按钮，系统自动调整草绘图形的关系
(7)创建渐开线齿廓曲线：单击曲线按钮，弹出“曲线选项”菜单管理器，选择“从方程”“完成”命令，弹出如图4-3所示的对话框和“设置坐标系”菜单管理器
图 4-3 【设置坐标类型】菜单编辑器
（24）单击“工具-关系”命令，打开关系控制面板，输入关系式：d21=b，其中d21表示拉伸深度
（25）单击确定按钮，系统自动调整
（9）阵列渐开线花键槽。选取第二个齿轮，单击阵列按钮，在特征操作面板中，选取夹角30度作为尺寸参照，作尺寸阵列，阵列个数2个，得到作图过程如图4-18和4-19所示。
1 绪论 1
2 设计任务书 1
2.1 本毕业设计（论文）课题应达到的目的1
2.2 本课题任务的内容1
2.3 本课题的要求1
2.4 总体方案论证1
3 变速器主要零部件的几何尺寸及齿轮参数的选择 2
4 变速器零件三维建模 3
4.1 直齿圆柱齿轮建模过程3
4.2 输出轴建模9
4.3同步器的建模14
5 零件装配 15
5.1 变速器输入轴的装配 15
5.2 变速器输出轴的装配 16
5.3 倒档齿轮轴的装配 16
5.4 总的装配图 16
6 两轴式手动变速器的有关分析 17
6.1 基本变速原理 17
6.2 同步器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的作用以及工作原理 18
结论20
致谢21
参考文献22
1 绪论
变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。对两轴手动变速器进行建模与分析是为了更好地认识与理解变速器的组成结构、工作过程以及其工作原理。两轴式手动变速器其特点是输出轴与输入轴平行，没有中间轴，发动机的动力经过离合器传入变速器一轴（输入轴），再经过齿轮变速后由二轴（输出轴）输出给主减速器。
除此之外，两轴式变速器从输入轴到输出轴只通过一对齿轮传动，倒挡传动路线中也只有一个中间齿轮，因而机械效率高，噪声小。但由于它不可能有直接挡，因而最高挡的机械效率比直接档低。这种结构形式适合于发动机前置、前轮驱动或发动机后置、后轮驱动的轿车和微、轻型货车上。
本设计根据变速器的结构组成和平面图通过Proe软件进行相关零件的绘制，之后进行组装，最后进行变速器动态运动的模拟。最终达到认识和理解手动变速器运动的原理。
2 设计任务书
2.1本毕业设计（论文）课题应达到的目的
汽车变速器是车辆重要总成，直接影响车辆动力性能。本文参考桑塔纳汽车两轴变速器结构，完成两轴变速器结构建模与分析。主要内容包括：查阅汽车变速器结构设计等相关资料；设计变速器整体结构与各重要零件；建立变速器三维结构模型；进行变速器运动分析。
2.2本课题任务的内容
1）查阅汽车变速器结构设计等相关资料；
2）设计变速器整体结构与各重要零件；
3）建立变速器三维结构模型；
4）进行变速器运动仿真分析。
2.3本课题的要求
1）理论分析全面，依据充分；
2）设计方案切实可行；
3）学会应用三维软件绘制方案结构图；
4）按计划完成毕业论文，不少于1万字。
2.4总体方案论证
变速器的基本功用是在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。此外，应保证汽车能倒退行驶和在滑行时或停车时使发动机和传动系保持分离。需要时还应有动力输出的功能。
变速器设计应当满足如下基本要求：
1）具有正确的档数和传动比，保证汽车有需要的动力性和经济性指标；
2）有空档和倒档，使发动机可以与驱动轮长期分离，使汽车能倒车；
3）换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性（自动、半自动和电子操纵机构）；
4）工作可靠。汽车行驶中，变速器不得跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生；
5）应设置动力输出装置，以便必要时进行功率输出；
6）效率高、噪声低、体积小、重量轻便于制造、成本低。
变速器是由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进档数的不同，变速箱有三、四、五和多挡几种。根据轴的不同类型，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。以桑塔纳2000轿车为基础，研究两轴式手动变速器。[1]
3 变速器主要零部件的几何尺寸及齿轮参数的选择
桑塔纳2000系列轿车五档手动变速器五档手动变速器的结构图、及性能参数图如图3-1，表3-1所示。
图3-1 变速器的结构[2]
1-变速器壳体 2-输入轴三档齿轮 3-倒档齿轮 4-倒档轴 5-输入轴一档齿轮 6-输入轴五档齿轮 7-输入轴二档齿轮 8-输入轴四档齿轮 9-输出轴 10-输入轴
表3-1变速器的性能参数[4]
项目
2000型（五档手动）
型号
013 300 043B
尺寸（长×宽×高）（mm×mm×mm）
712×410×362
速比
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
R
3.455（38:11）
1.944（35:18）
1.286（36:28）
0.969（31:32）
0.800（28:35）
3.176（38:12）
4 变速器零件三维建模
4.1直齿圆柱齿轮建模过程
（1）新建文件 创建一个新零件，选择“mmns_part_solid”模板
（2）绘制齿轮齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆，单击工具栏上的草绘按钮，选择top基准面作为草绘平面，绘制四个同心圆。
(6)单击确定按钮，系统自动调整草绘图形的关系
(7)创建渐开线齿廓曲线：单击曲线按钮，弹出“曲线选项”菜单管理器，选择“从方程”“完成”命令，弹出如图4-3所示的对话框和“设置坐标系”菜单管理器
图 4-3 【设置坐标类型】菜单编辑器
（24）单击“工具-关系”命令，打开关系控制面板，输入关系式：d21=b，其中d21表示拉伸深度
（25）单击确定按钮，系统自动调整
（9）阵列渐开线花键槽。选取第二个齿轮，单击阵列按钮，在特征操作面板中，选取夹角30度作为尺寸参照，作尺寸阵列，阵列个数2个，得到作图过程如图4-18和4-19所示。
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