汽車手動三軸五檔變速器設(shè)計（含CAD圖紙源文件）

文獻(xiàn)綜述摘要：車輛的經(jīng)濟(jì)性、動力性、駕乘舒適性不僅僅取決于汽車的發(fā)動機(jī)，而且在很大程度上依賴于變速器，以及變速器與發(fā)動機(jī)的匹配。而且變速器是用來改變發(fā)動機(jī)傳遞到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。本設(shè)計其主要設(shè)計過程包括：變速器總體結(jié)構(gòu)方案的確定；變速器傳動機(jī)構(gòu)的布置；變速器主要參數(shù)的選擇，其中有擋數(shù)、傳動比、齒輪參數(shù)、各擋齒輪齒數(shù)的分配；輪齒強(qiáng)度計算、軸的強(qiáng)度計算；同步器的選擇等。關(guān)鍵詞：變速器； 傳動比； 傳動機(jī)構(gòu)； 同步器 1 引言汽車的發(fā)展經(jīng)歷了三大革命：動力革命、傳動革命與控制革命。先進(jìn)國家目前正處于控制革命階段，即自動控制階段。從各總成的單獨控制向動力傳動系統(tǒng)一體化綜合控制；從一般控制向智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制發(fā)展。我國目前使用的汽車絕大多數(shù)仍為手動變速，手動變速汽車由于頻繁換擋的操作，易使駕駛員疲勞，影響行駛安全；而不同的駕駛技術(shù)水平對車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性、動力性、乘坐 舒適性造成極大差異，所以自動變速是人們長期追求的目標(biāo)，是車輛向高級階段發(fā)展的重要標(biāo)志。 變速器是汽車非常重要的一個配置，對汽車的操縱性、舒適性以及燃油經(jīng)濟(jì)性都起到了很重要的作用，其占汽車制造成本的 7%。隨著我國汽車消費者對汽車認(rèn)識的不斷提升，變速器已經(jīng)開始影響消費者的行為。在過去的 10 年我國主要致力于研究開發(fā)發(fā)動機(jī)技術(shù)，而變速器很可能是未來 10 年的研發(fā)熱點。而變速器的發(fā)展趨勢也就成了大家關(guān)注的熱點。2 發(fā)展現(xiàn)狀在中國，手動變速器仍然是車用變速器的主流。國內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人們對汽車駕乘的舒適性越來越重視。在歐洲市場，原本是手動變速器的市場，不斷被自動變速器占領(lǐng)。如在英國.現(xiàn)在裝配自動變速器的汽車占汽車總量的 15%。而 5 年前，這個數(shù)字是 13.5%。預(yù)計到 2012 年，北美市場出售的汽車中將只有 6%是手動擋；2013 年歐洲變速器市場上，配備手動自動一體的變速器將占 20%。而在中國市場上，自動變速器的份額也在迅速增加，可以預(yù)見，帶有自動變速器的汽車是未來市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，發(fā)展和掌握自動變速器制造技術(shù)是追趕世界變速器制造潮流的方向。而優(yōu)先開發(fā)手動自動一體變速器具有技術(shù)上的延續(xù)性，對我國來說具有更大的優(yōu)勢。 近十年以來，我國變速器產(chǎn)業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)方面特別重視，無論是從資金的投入，還是人力物力的投入，都是空前巨大的。十幾年前，我們開發(fā)的大部分變速器產(chǎn)品都有一個共同的特點，就是這些新產(chǎn)品的開發(fā)流程是不完整的，而隨著我國這些年的高速發(fā)展，我國變速器產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)流程也逐漸與國外接軌。 3 變速器的分類： 1) 按傳動比變化方式來分： a. 有級式變速器是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器(行星齒輪變速器)兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動比通常有 3-5 個前進(jìn)檔和一個倒檔，在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多檔位。所謂變速器檔數(shù)即指其前進(jìn)檔位數(shù)。 b. 無級式變速器其的傳動比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無限多級變化，常見的有電力式和液力式(動液式)兩種。電力式無級變速器的變速傳動部件為直流串激電動機(jī)，除在無軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動系中也有廣泛采用的趨勢。動液式無級變速器的傳動部件為液力變矩器。 c. 綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動比可在最大指與最小值之間的幾個間斷的范圍內(nèi)作無級變化，目前應(yīng)用較多。 2) 按操縱方式來分： a. 強(qiáng)制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換檔。 b. 自動操縱式變速器其傳動比選擇和換檔是自動進(jìn)行的，所謂“自動” ，是指機(jī)械變速器每個檔位的變換是借助反映發(fā)動機(jī)負(fù)荷和車速的信號系統(tǒng)來控制換檔系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。 c. 半自動操縱式變速器有兩種型式：一種是常用的幾個檔位自動操縱，其余檔位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來進(jìn)行換檔。 4 變速器的一般結(jié)構(gòu)： 1、簡單式變速器的基本結(jié)構(gòu)：由殼體、傳動部分和操縱部分組成。 (1)殼體：殼體是基礎(chǔ)件，用以安裝支承變速器全部零件及存放潤滑油。其上有安裝軸承的精確鏜孔。變速器承受變載荷，所以殼體應(yīng)有足夠的剛度，內(nèi)壁有加強(qiáng)，形狀復(fù)雜，多為鑄件(材料為灰鑄鐵，常用 HT200)。 為便于安裝，傳動部分和操縱部分常做成剖分式，箱蓋與殼體用螺栓聯(lián)接并可靠定位。殼體上有加油、放油口，油面檢查尺口，還應(yīng)考慮散熱。 (2)傳動部分：是指齒輪、軸、軸承等傳動件。軸的幾何尺寸通過強(qiáng)度、剛度計算確定。因主要決定于剛度，而碳鋼與合金鋼彈性模量近乎相等，所以一般用碳鋼(常用 45 鋼)。只有齒輪與軸制成一體或軸載荷嚴(yán)重才用合金鋼。軸與齒輪多為花鍵聯(lián)接(對中性好，能可靠傳遞動力，擠壓應(yīng)力小等)。軸的花鍵部分和放軸承處經(jīng)表面淬火處理。軸多用滾動軸承支承，潤滑簡單，效率高、徑向間隙小，軸向定位應(yīng)可靠。潤滑方式多用飛濺(25m/s） ，只要粘度適宜可甩到壁上)。 (3)操縱部分：主要零件位于變速器蓋內(nèi)。 2、組成式變速器結(jié)構(gòu)特點：簡單式變速器有效率高、構(gòu)造簡單使用方便鈞優(yōu)點礦但檔數(shù)少，i 變化范圍小(牽引力、速度范圍小)，只宜在檔數(shù)不多的某些車工采用。若增加 i 的范圍，則使變速器尺寸加大，軸跨度增加，為了既增加檔數(shù)又不使軸跨度過大，可采用組成式變速器。所謂組成式變速器，通常由兩個簡單式變速器組合而成，其中檔數(shù)較多的稱為主變速器，較少的稱為副變速器。 3、組成式變速器的優(yōu)點： (1)可以減少齒輪個數(shù)，而且檔數(shù)越多減少齒輪個數(shù)的優(yōu)點愈明顯。同簡單式變速器相 比，它可縮短軸的長度，減少整個變速器的外部尺寸和重量，并且能方便地得到不止一個倒檔。所以當(dāng)前進(jìn)檔數(shù)超過六個檔時，幾乎都用組成式變速器。 (2)傳動：比變化率 大：若主變速器傳動比變化率 zu=3，副變速器 fu=4 則=12；若使簡單式變速器 =12，結(jié)構(gòu)往往很難合理。 4、組成式變速器的缺點： （1）檔組間傳動比有對應(yīng)關(guān)系，不易使每檔的 2，(速度及牽引力)都很理想。 （2）換檔操縱麻煩，有時要操縱兩個變速部分，若為插花換檔還不便記憶。 為了減少操縱動作，最好能順序換檔。為此要求重視檔次編排十使第滅檔組傳動比全部大于第 11 檔組，達(dá)到多數(shù)相領(lǐng)排檔的變換只需操縱主變速的目的，這樣才最為方便。 5 變速器的比較： 從全球范圍來看，主要的幾種自動變速器是 AMT(手自動一體)、AT(自動)、CVT(無極變速)和 DCT(雙離合變速器),它們各有優(yōu)缺點。AT 節(jié)能效果差一些，但是舒適性好，元器件可靠性高，其生產(chǎn)歷史長，使用范圍大。CVT 適合小型車，AMT 在換擋時有短暫的中斷，舒適性差一些。DCT 結(jié)合了手動變速器的燃油經(jīng)濟(jì)性和自動變速其的舒適性，它是從傳統(tǒng)的手動變速器演變而來，目前代表變速器的最高技術(shù)。 6 變速器發(fā)展趨勢： 世界最大的手動變速器制造商德國 ZF 公司預(yù)測說，到 2012 年北美市場出售的汽車中將只有 6%是手動擋。歐洲與美國有很大的不同。有機(jī)構(gòu)預(yù)測，到 2013 年，歐洲有 52%的還是手動擋，配備手制動變速器的將占 10%，配備無極變速器的將占 2%，配備雙離合器變速器的將占 16%。歐洲人崇尚節(jié)能、環(huán)保，喜歡開小型車，更青睞手動變速器的經(jīng)濟(jì)燃油 性。而在日本變速器市場，CVT 的市場份額占據(jù)絕對優(yōu)勢。 在我國，據(jù)調(diào)查 2007 年手動變速器的市場比重為 74%,占據(jù)較大的市場份額。從2002 年到 2007 年間自動擋變速器占有率從 9%增長到 26%，Global Insight 公司預(yù)計到2012 年自動擋變速器將占據(jù) 33%的份額，而乘用車市場自動擋所占的比例可能達(dá)到 44%。從 2002 年到 2006 間，女性用戶從 20.3%增長到 30.9%，而自動擋變速器使用方便特點深受女性用戶群的喜愛。另外在消費者調(diào)查中最受關(guān)注的汽車配件中，第一名是安全氣囊，第二就是自動檔的變速器，在中國自動擋的變速器的市場是十分樂觀的。同時手動擋變速器的節(jié)能性，經(jīng)濟(jì)性以及駕駛娛樂性也決定了其不可替代性。 目前，國內(nèi)企業(yè)對變速器的這幾種技術(shù)都有不同程度的研發(fā)，其中，CVT 的產(chǎn)業(yè)化和科研水平走在最前面，AMT 正在加速產(chǎn)業(yè)化。近日，在國家發(fā)改委的推動下，國內(nèi) 10 家以上整車企業(yè)已經(jīng)和美國博格華納公司成立了一家名為“中聯(lián)發(fā)實業(yè)有限公司”的合資企業(yè)，共同研發(fā)雙離合器變速器的關(guān)鍵技術(shù)。7 總結(jié)： 針對中國變速器市場闡述了幾點自己的見解： 1、在短期內(nèi)，手動擋變速器仍占據(jù)主要份額，而自動檔變速器將有更大的增長空間。2、鑒于中國市場情況的復(fù)雜性，長期來看變速器不是單一的發(fā)展趨勢，沒有哪種形式變速器會成為最后的贏家。 3、在中國市場，從技術(shù)支持，目前的市場份額，以及設(shè)備提供這幾個方面來看，AMT 和 LPG，AUTOE 和汽油，CVTE 和混合動力，以及 DCT 和柴油都具有相似性。 4、從長遠(yuǎn)來看，中國本土的企業(yè)應(yīng)該更加關(guān)注 DCT 這個產(chǎn)品，因為它將有非常好的前景。8 主要參考文獻(xiàn)1 王望予.汽車設(shè)計A.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2 倪桂榮.汽車構(gòu)造A.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.3 編委會.機(jī)械設(shè)計手冊(1-5 卷)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.4 張一民.汽車零部件可靠性設(shè)計M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.5 劉鴻文.材料力學(xué)A.北京：高等教育出版社，2011.6 袁祖強(qiáng).機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書A.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.7 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理A.北京：高等教育出版社，2006.8 陳國定，吳立言.機(jī)械設(shè)計A.北京：高等教育出版社，2013.9 郭克希，王建國.機(jī)械制圖A.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.10 付求涯，邱小童.互換性與技術(shù)測量A.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.11 WangShuqing，DesignofDieCastingDieforEA111OilTankGeChundongJ，Automobile，1994.12 liwei,ApplicationofLostFoamCastingtoArtCasting,TechnicalQualityCenterofMachineryPlantJ，2006.