1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 中小型货车变速器的设计 一、选题的背景、意义 汽车问世百余年来，特别是从汽车的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车已为世界经济的发展、为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，为人类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献，掀起了一场划时代的革命 1。发动机是汽车的心脏，发动机产生的动力必须经过传动系统才能驱动车轮转动。传动系统的心脏是变速器。目前汽车上广泛采用的往复活塞式内燃机， 具有体积小、质量轻、工作可靠和使用方便等优点，但其转矩和转速变化范围较小， 而汽车的现实行驶道路条件非常复杂，因此要求汽车的牵引力和行驶速度的变化范围广。 故其性能与汽车的动
2、力性和经济性之间存在着较大的矛盾，这对矛盾靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。 另外，发动机的曲轴始终是向一个方向转动的，而在特定情况下，汽车需要倒向行驶。 因此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器，以达到减速增矩的目的。 变速器的主要功能表现为以下几点： (1) 改变汽车的传动比，扩大驱动车轮转矩和转速的范围，使车辆适应各种变化的行驶工况，同时使发动机在理想的工况下工作； (2)在发动机转矩方向不变的前提下，实现 汽车的倒退行驶； (3)实现空挡，中断发动机传递给车轮的动力，使发动机能够起动、怠速； (4)利用变速器作为动力输出装置驱动其他机构， 如自 卸车的液压举升装置等。 变速器作为汽
3、车传动系的核心部件，对汽车的动力性、经济性、舒适性操纵稳定性等要求不断提高。现代汽车除了保证行驶性、转向性和制动性等基本的性能要求之外，更在不断致力于提高整车的安全性和舒适性，并向高性能、高质量和高附加价值的方向发展。通过调查发现，目前，传统机械式的手动变速器仍然是目前国内使用最为广泛的汽车变速器。中国 90的变速器制造商主要生产手动变速器。规模较大的有陕西法士特、上海通用汽车有限公司、上海汽车齿轮总厂等 23 家。它的主要有结构简单紧凑，使用寿命长，瞬时传动比为常数，传动效率可达 98，生产和制造工艺成熟以及成本低等优点，但它的换档冲击大，体积大，操纵麻烦等缺点不甚理想。如能改善手动变速器上
4、述的缺点，优化手动变速器的特性，它还是有很大的发展空间。因此对手动变速器变速传动机构进行研究是很有意义的。 从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器（ MT）、自动变速器（ AT）、自动化手动变速器（ AMT） 、无级变速器（ CVT）。下面简要介绍下手动变速器和自动变速器。 （一）、手动变速器 手动变速器（ Manual Transmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个固定值（即所谓“级”）。一档变速比是 3.85，二档是 2.55，再到五但是 0.75，这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有 5 个值（即 5 级），因此说它
5、是有级变速器。 “繁琐的驾驶操作等缺点，阻碍可汽车高速发展的步伐。”这话有道理。但从目前的需求和适用角度来看，手动变速器不会过早的离开。 首先，从商用车的特性上来 说，手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数顿的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速器的全力协助。我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。而对于其他新型的变数器，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。 其次，对于老司机和大部分男士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手
6、动变速器几乎贯穿理整个中国的汽车发展历史，资深较深的司机都是“手动”驾车的， 他们对手动变速器的认识程度是非常深刻的，如果让他们改变常规的做法，这是不现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已非常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚手动，尤其是喜欢超车时手动变速带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动变速器的，处理经济适用之外，关键是能够让学员大好扎实的基本功以及锻炼驾驶协调性。 第三，随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速器以其自身的性价 比配套于
7、经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车，他们的各款车型基本上都是 5 档手动变速。 （二）、自动变速器 汽车的变速器的任务是传递动力并在动力传递过程中改变传动比以调节 ,转换发动机的动力性能，同时通过变速以适应不同的驾驶状况。自动变速器可使汽车快速实现车速和扭矩的变化，并简化操作。降低驾驶员疲劳程度和减少环境污染。自动变速器的特点主要有下几个方面： （ 1），高速行驶安全性及其良好的行车控制性能：行车过程中。驾驶员根据路况 的变化必须对行车方向和行车速度进行连续不断的机械操作来改变和调节行驶状态。但是，这会导致驾
8、驶员产生行车疲劳导致注意力不集中，最后发生交通事故。然而，装有自动变速器的车辆，替代了驾驶员对离合器踏板和换档操纵杆的频繁操作，只要控制油门大小就能实现自动变速，从而减轻了驾驶员的疲劳强度。使驾驶员更能注意路况的变化，避免注意力不集中引发的交通事故，达到高速行驶安全性。自动变速器换档快且平稳。由液力传动和微电脑控制的换档方式可以减轻或消除动力载荷和动力传递冲击，使行车的舒适性得到大大的提高。 （ 2），快捷的操纵。自动变 速器是由液力传动和微电脑控制的变速器，因此可以进行自动加档或自动减档取消了起步和换档时踩踏离合器踏板、手动变换档位和放松油门等复杂的机械操作规程，大大减小了驾驶员的劳动强度。
9、提高了行车的平顺性和行车的动力性和通过性，减小了误车的可能性；避免了行车过程中的违规操作。 （ 3），良好的燃油经济性和高环保。发动机在怠速和高速运行时，排放的尾气中，有害气体浓度较高。然而，自动变速器能够通过系统的优化设计使发动机经常处在经济转速的区域内运转，从而获得最佳的燃油经济性和动力性。进而降低了尾气对环境的污染程度，保护了环境 。 其缺点是结构复杂，零件加工难度大，成本高，维护麻烦，传动效率不高。 本设计的主要在于分析已有的变速器的结构并测量其尺寸，对手动变速器的结构从外到内进行系统的了解，更深入的分析和了解变速器的工作原理。根据现有的变速器进行中小型货车变速器的设计。此次的设计能更
10、加深入的了解变速器的工作原理和现有变速器的构造，设计出满足要求的变速器。 汽车变速器是汽车的主要装置之一，汽车行驶速度随工况、负荷的反复变化而不断变化，因此需要汽车变速器传动比的适应范围尽量宽。只有选择合适的变速器才能满足，实现传动比的平稳变化，使汽车行驶条件与发动机负载实现匹配最优化，充分发挥发动机的潜力，使汽车具有最理想的动力性能，提高汽车的经济性，降低排放污染及噪音。 现在市场上的车型繁多，配备的自动变速器种类也繁多，但是其控制和实现方法是差不多的。早些年，在国产车型中最常见的是 4个前速档位的自动变速器，现在许多车型更新换代，也配备了 5个前速档位自动变速器，奥迪 A4甚至还配备了 6
11、个前速档位的自动变速器。 自动变速器看似复杂，事实上自动变速器的奥秘在一些简单的参数上，只要了解这些参数，那么在选购汽车时，我们就可一目了然的分辨出自动变速器的好坏。自动变速器最重要的参数就是挡位的个数。这一点凡是开过车的人都能理解，谁都愿意开挡位多的车。如果挡位越多，变速器与发动机动力的配合就会越紧密，能够把发动机的性能发挥得更好。但光看挡位的个数是不够的。事实上一台自动变速器的挡位多少并不是技术的核心，因为简单的增加行星齿轮组就能增加挡位。象奔驰，沃尔沃的商用货车，有的挡位甚至多达 20多个 。自动变速器的技术核心在它的控制机构。因为一台好的自动变速器，它的换挡品质必须做到响应速度快，换挡
12、冲击小等特点。而这一切都需要靠设计和改进性能优良的控制机构得以实现。 2010年 4月 23日，中国第一汽车集团公司在第十一届北京国际车展上召开 “品牌战略发布会 ”。面对数百位媒体记者，中国一汽总经理徐建一全面介绍了企业的品牌战略及发展规划，详细阐述了 “品质、技术、创新 ”的品牌内涵。全新品牌战略的确立，为中国一汽的历史掀开了崭新的一页。 二、相关研究的最新成果及动态 现在汽车上所采用的变速器有多种结构形式，通常可作 如下分类。 按传动比的级数分 变速器按传动比的级数可分为有级式、无级式和综合式三种。 有级式变速器 它采用齿轮传动， 具有若干个定值传动比。 轿车和轻、中型货车变速器多采用
13、3 5个前进挡和 1个倒挡（每个挡位对应一个传动比）。重型汽车变速器的挡位较多，有的重型车还装有副变速器。齿轮式变速器具有结构简单、易于制造、工作可靠、传动效率高等优点。 无级式变速器 它的传动比在一定的数值范围内可连续变化， 多采用液力变矩器以及锥形轮带传动来完成。 综合式变速器 它是由液力变矩器和行星齿轮式变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大值与最小值之间的几个间断的范围内作无级变化，目前应用较多。 按变速器操纵方式分 按变速器操纵方式可分为强制操纵式、 半自动操纵式和自动操纵式变速器三种。 强制操纵式变速器 它是通过驾驶员用手操纵变速杆来选定挡位， 并直接操纵变速器的换挡机构进
14、行挡位变换。齿轮式有级变速器大多数都采用强制操纵的换挡方式。 半自动操纵式变速器 这种变速器一般是通过驾驶员用手操纵换挡手柄选定挡位，同时导通变速器换挡机构的控制系统，在控制系统操纵下使换挡机 构自动进行换挡。 自动操纵式变速器 （通常简称为自动变速器） 在某一传动比范围内（一般是在前进挡范围内）， 由变速器的自动控制系统根据发动机的负荷和车速的变化情况自动地选定挡位，并进行挡位变换，即自动地改变传动比。驾驶员只需要操纵加速踏板以控制车速。 按变速器传动方式分 按变速器传动方式可分为普通齿轮式变速器和液力机械式变速器两种。 普通齿轮式变速器 普通齿轮式变速器由多对齿轮传动组成。 液力机械式变速
15、器 液力机械式变速器由液力变矩器和有级机械式变速器组成。 手动变速器的许多最新成果主要集中在为减少成 本和缩小体积的新设计方法上。一般来说，变速器制造生产需要大量昂贵的生产设备，以及为机械加工和装配操作所需留出的空间限制的设计。 最新的技术进展有，如在最新的 Ford Getrag6 档变速器中可以发现激光焊接冲压钢滑动齿轮选择器轴套。用以替代前一代变速器的铸铁拨叉。这种精致而坚固的设计制造方案可以减少其对内部的损害。 齿轮盘片的激光和摩擦焊接同时降低了变速箱设计所需机器设计的空间，这是由雷诺公司在 5档副轴圆型变速器设计中研发的一种技术，命名为 EMI，曾 2000年展出，由于它的结构简单和
16、轻便，仅 22 公斤却能提供 140N M 的扭矩而闻名。另一方面，设计人员也在其齿轮设计上进行了认真的研究，提高了耐久性，减小噪声水平。 目前，汽车市场上装备性能更佳、功能更多的自动变速器 (AT)轿车占主要份额，但其油耗高、动力性能低的确定令其不尽人意。为此，汽车厂商设计了多种可供选择的使用模式，使其适应不同驾驶需要。在运动模式下，其设计的换档规律曲线是控制变速器在发动机转速较高时换档，获取更多的发动机功率，达到提高整车动力性能的目的。在经挤模式下，电控单元通过控制变速器的执行机构在发动机转速较低时即时按设定的规律曲线完成换档，以减少功 率输出达到降低油耗的目的。但上述智能化设计，还是不能
17、最终解决 AT油耗高传动效率低的问题。因为，无论采用哪种模式，都会对发动机功率或油耗作出选择取舍。尽管普通手动齿轮变速器 (MT)，存在许多不足，但因其结构简单、效率高、功率大的优点，现在仍大量使用。为解决上述矛盾，为在动力性 和经济性上超过 MT的汽车变速器出现了 CVT(Contimuouly Bariable Transmission)无级变速技术。 变速器市场 目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器 (MT)、电控液力自动变速器(ECT)、金属带 (链 )式无级变速器 (CVT)、电控机械式自动变速器 (AMT)、双离合器变速器 (DCT)及环形锥盘滚轮牵引式无级变速器 (IVT)
18、等数种，并具有各自优势，但其中金属带式无级变速器前景看好。从目前汽车变速器的市场形式和发展来看，全世界的各大厂商都对提高 AT的性能及研制无级变速器 (CVT)具有极大兴趣，汽车业界非常重视 CVT在汽车上的实用化。然而，因无级变速器技术难度很大，发展相对较慢，从而成为世界范围内尚未解决的难题之一。 无极自动变速器（ CVT） 目前在汽车上广泛使用的将液力变矩器和行星齿轮系组合的自动变速器技术也存 在着明显的缺点：传动比不连续，只能实现分段范同内的无级变速；液力传动的效率较低，影响了整车的动力性能与燃料经济性；增加变速器的挡位数来扩大无级变速覆盖范围，就必须采用较多的执行元件来控制行星齿轮系的
19、动力传递路线，导致自动变速器零部件数量过多，结构复杂，保养和维护不便。 CVT(Continuoslv Variable Transmission)技术即无级变速技术，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。由于 CVT可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性 ，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，是理想的汽车传动装置。 国内的自动变速器市场 CVT虽然结构上较为简单，但技术难度较高。目前市场上应用最为广泛的是钢带式 (或 Pushbet)CVT钢带是其主要的部件之一。理论上，无级变速器的 CVT和发动机匹配度可以达到很高的传递效率
20、。但在现实生活中，目前的 CVT并不能体现出超强的优势。原因在于传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷。大部分的CVT变速器只能使用于低功耗，低转矩的汽车上。就中国市场来说，目前在中国装 CVT的车型非常有限，主要受到供应的制约首先。与 AT相 比能够批量供应 CVT的厂家有限，主要是日本的 JATCO、爱信 (AISIN)和从 ZF分离出来的邦奇（ PUNCH),而前两者分属于日本的 NISSAN和 TOYOTA,后者从 2008年才开始中国本士进行运营。或多或少因为这样的原因， CVT在目前的价格较为昂贵。 但在全世界各大汽车厂商新推出和即将推出的车型中，配置 CVT和选装 CVT变速器的车
21、型数量呈上升趋势， CVT变速器在自动变速器总体市场中的占有率将会有所增长。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 3.1研究内容 （ 1）介绍近年来国内外变速器的最新进展，分析汽车变速箱的现状，了解其原理、分类、操作方式、发展趋势。 （ 2）了解操纵机构原理、同步器工作原理。 （ 3）对变速箱结构方案进行探讨、确定。 （ 4）完成变速箱主要参数的选择。 （ 5）完成主要零件的设计计算。 （ 6）完成轴的设计与校核、轴承使用寿命验算、键的计算。 3.2研究方法 查阅和搜索现有的文献资料，了解变速箱的类型和特点。实地观察、分析现有汽车变速箱结构特点和工作原理
22、，对变速器内部各种零部件的了解和观察，为键和轴的设计做准备。 3.3研究难点 （ 1） 变速箱的结构分析以及变速箱的工作原理。 （ 2） 变速箱中轴和键的设计和组装，键的计算及变速箱结构方案的确定。 （ 3） 变速箱各种参数的选择和确定。 3.4预期达到的目标 通过对各种文献的阅读，以及对变速箱的认识，在适应经常变化的行驶条变件下，使变速箱的变速更为快捷方便，同时，在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。 四、研究工作详细工作进度和安排 2010年 11月份 2010年 11月下旬：课题题目的选取。 2010
23、年 11月下旬 2010年 12月中旬：确定研究方向、内容；查阅相关文献、资料。 2010年 12月中旬 2011年 1月 10日：完成文献综述和外文翻译任务 2011年 2月中旬 2011年 3月上旬 :完成开题报告任务。 2011年 3月上旬 2011年 3月中旬：完成毕业实习；分析汽车变速箱的现状，了解其原理、分类、操作方式、操纵机构原理、同步器工作原理，对变速箱结构方案进行探讨、确定。 2011年 3月中旬 2011年 5月上旬 :完成变速箱主要参数的选择，主要零件的设计计算，轴的设计与校核、轴承使用寿命验算、键的计算。 2011年 5月上旬 2011年 5月中旬 :整理毕业设计资料，
24、完成毕业论文的初稿。 2011年 5月中旬 2011年 5月 25日 :完成论文，论文评阅、修改和答辩准备 2011年 5月 27日 2011年 5月 29日 :毕业答辩。 五、参考文献 1 关文达 . 汽车构造【 M】 .第 2 版 .北京：清华大学出版社， 2009. 2 上海市职业指导培训中心编著 . 汽车维修技能快速入门【 M】 . 江苏：江苏科学技术出版社 ,2009. 3 张文春 . 汽车理论【 M】 . 第 2 版 .北京：机械工业出版社， 2010. 4 秦桂云，丁厚东 . 汽车变速器维修经典案例【 M】 . 上海：科技文献出版社 ,2009. 5 胡如夫 . 汽车机械基础【
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