轎車變速箱設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

1、<p>　　長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院</p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　姓 名 馬炤杰 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 11101117 </p><p>　　題 目 轎車變速箱設(shè)計(jì)

2、 </p><p>　　系 別 機(jī)械工程系 </p><p>　　專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 111011 </p><p>　　指導(dǎo)教師 何秀媛 </p>&l

3、t;p>　　完成日期 5月5日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　傳統(tǒng)的汽車變速器設(shè)計(jì)是由經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員按經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定變速器的關(guān)鍵尺寸,這樣設(shè)計(jì)的變速器往往結(jié)構(gòu)笨重、傳動(dòng)效率不高、且材料的運(yùn)用過(guò)于保守。而現(xiàn)代汽車變速器的設(shè)計(jì)趨勢(shì)之一卻是小型輕量化，因此采用全新的設(shè)計(jì)方法來(lái)優(yōu)化汽車變速器就成了

4、本文研究的目標(biāo)。</p><p>　　本文以SJ汽車變速器為例，首先通過(guò)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法對(duì)變速器的結(jié)構(gòu)及具體參數(shù)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后通過(guò)MATLAB優(yōu)化工具箱中的最優(yōu)化函數(shù)來(lái)重新校驗(yàn)變速器的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，在滿足變速器可靠性的前提下，建立了汽車變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，使變速器齒輪和軸系的配合最合理化，變速器殼體的利用率達(dá)到最大化，從而減小了變速器的整體體積，同時(shí)也降低了變速器整體的質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期優(yōu)化的目

5、的。</p><p>　　結(jié)果表明：采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以縮短設(shè)計(jì)周期、減輕質(zhì)量和降低成本，這是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法所不具備的，因此這種優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法是具有可行性的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 變速器 優(yōu)化 傳動(dòng)比</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The traditio

6、nal design of Automobile gearbox used empirical formula to make sure the key sizes of gearbox，these designs always outdated，have lower efficiency，and the usage of material was too conservative. Along with the development

7、 of modern automobile industry，the design trends of gearbox are to request smaller volume and better function. So a new method which can get a small and lightweight gearbox becomes our target.</p><p>　　In th

8、is thesis，SJ automobile gearbox was taken as an example. Firstly, traditional design was used to get the key sizes of gearbox；and then CAD was used to design its structure，such as shell、shaft、selector mechanism and so on

9、；at last the toolbox of MATLAB was used to optimize the parameters of gearbox. </p><p>　　The result manifests that using new method can shorten the design period，lower the costs for design，and the weight of

10、gearbox can be reduced too. In conclusion，a satisfactory result can be achieved through optimizing the parameters of gearbox．</p><p>　　Keywords gearbox optimization transmitting ratio</p><p

11、><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 SJ汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化1</p><p>　　1.2 SJ汽車變速器介紹2</p><p>　　1.3 齒輪變速器的變速原理3</p><p>　　1.4 汽車變速器的設(shè)計(jì)趨勢(shì)

12、5</p><p>　　第2章 SJ汽車變速器的設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 變速器的設(shè)計(jì)要求7</p><p>　　2.2 變速器傳動(dòng)方案的確定8</p><p>　　2.3 變速器零部件型式的確定13</p><p>　　2.4 變速器傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)的確定15</p><p>

13、;　　2.5 變速器主要參數(shù)的設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.6 變速器的操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)25</p><p>　　2.7 變速器殼體的設(shè)計(jì)26</p><p>　　2.8 SJ變速器的CAD設(shè)計(jì)28</p><p>　　第3章 SJ汽車變速器優(yōu)化31</p><p>　　3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較31

14、</p><p>　　3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論32</p><p>　　3.3 優(yōu)化軟件介紹36</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 SJ汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化</p><p>　　隨著時(shí)間的流逝，昔日的輝煌漸漸落下了塵埃；當(dāng)輕輕的撣去歲月留下的痕跡

15、，閃露的就是歷史的光華。</p><p>　　卡爾·奔馳和戈特利布·戴姆勒就是塵封于汽車工業(yè)史上的兩個(gè)偉大的名字。1886年，德國(guó)人奔馳自行設(shè)計(jì)了四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，并將其安裝在一輛皮帶傳動(dòng)的三輪車上，然后成功的驅(qū)動(dòng)了它。同年，德國(guó)的戴姆勒將其自行發(fā)明的立式發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在改裝后的四輪馬車上，也成功的駕駛了它。這兩位同一國(guó)家，但素不相識(shí)的人，幾乎同時(shí)發(fā)明了汽車，自此使人類跨入了汽車的時(shí)代。</p&

16、gt;<p>　　光陰似箭，時(shí)光如梭，在經(jīng)歷了100多年的變革和發(fā)展后，汽車已成為人類生活中必不可缺的元素，交通運(yùn)輸、代步工具、時(shí)尚娛樂(lè)等等都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車保有量迅猛增長(zhǎng)，同時(shí)也對(duì)汽車的性能和質(zhì)量提出了更高的要求。汽車制造商不僅面臨著用戶對(duì)產(chǎn)品性能與質(zhì)量越來(lái)越高的要求，而且面臨著嚴(yán)格的技術(shù)法規(guī)約束以及降低產(chǎn)品成本等壓力，這就迫使企業(yè)必須縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。因此在汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中

17、，進(jìn)一步使用各種先進(jìn)的技術(shù)和理論方法，使設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化，以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要就顯得十分重要了。</p><p>　　汽車變速器是完成傳動(dòng)系任務(wù)的重要部件，也是決定汽車整車性能的主要部件之一，開(kāi)展汽車變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)提高汽車的整車性能和設(shè)計(jì)質(zhì)量無(wú)疑有著重要的意義。</p><p>　　目前從國(guó)內(nèi)來(lái)看，大部分的汽車采用的還是手動(dòng)換檔的機(jī)械式變速器，其設(shè)計(jì)和一些主要參數(shù)選擇的方法卻依然沿襲傳

18、統(tǒng)設(shè)計(jì)方法——經(jīng)驗(yàn)類比法。現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求。在這種情況下，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，不但要滿足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量</p><p>　　輕、傳動(dòng)效率高、工作可靠、壽命長(zhǎng)、噪音低等等。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法不但缺乏嚴(yán)密的科學(xué)性，如為了強(qiáng)調(diào)零件的可靠性，往往選取較大的安全系數(shù)，結(jié)果增大了設(shè)計(jì)零件的重量，而且設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期長(zhǎng)，質(zhì)量低，材料消耗大。因而采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法進(jìn)行變

19、速器設(shè)計(jì)已不能滿足汽車發(fā)展的客觀需要。</p><p>　　采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定汽車變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可減小變速器的體積，得到良好的汽車動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，使換檔輕便、無(wú)沖擊噪聲。同時(shí)也使設(shè)計(jì)者從大量的、</p><p>　　繁瑣的、重復(fù)的計(jì)算工作中解脫出來(lái)，使之有更多的精力從事創(chuàng)造性的工作，并可大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。</p><p>　　所以，采用優(yōu)化

20、設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行汽車變速器的設(shè)計(jì)是十分必要的。</p><p>　　1.2 SJ汽車變速器介紹</p><p>　　現(xiàn)代汽車通常采用活塞式內(nèi)燃機(jī)，其特點(diǎn)是扭矩變化范圍比較小。但是汽車復(fù)雜的使用條件卻要求汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速必須在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。這就需要在汽車的傳動(dòng)系中設(shè)置一個(gè)能夠改變發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的裝置，從而適應(yīng)汽車經(jīng)常變化的行駛條件，使汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。</p>

21、;<p>　　汽車變速器就是傳動(dòng)系中能夠達(dá)到這一功能的裝置。其主要功用為：</p><p>　　(A)改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪扭矩和轉(zhuǎn)速變化范圍，以適應(yīng)各種行駛條件，并使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作；</p><p>　　(B)在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒向行駛；</p><p>　　(C)利用空檔，中斷動(dòng)力傳遞，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠迅速起動(dòng)，保持怠速、

22、并便于發(fā)動(dòng)機(jī)的換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。</p><p>　　變速器在分類上通常有兩種方式：按傳動(dòng)比變化方式和按操縱方式的不同來(lái)分。</p><p>　　A.按傳動(dòng)比變化方式來(lái)分：</p><p>　　(1)有級(jí)式變速器：是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)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

23、。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動(dòng)比通常有3～5個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多檔位。</p><p>　　(2)無(wú)級(jí)式變速器：其傳動(dòng)比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無(wú)限多級(jí)變化，常見(jiàn)的有電力式和液力式(動(dòng)液式)兩種。電力式無(wú)級(jí)變速器的變速傳動(dòng)部件為直流串激電動(dòng)機(jī)，除在無(wú)軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動(dòng)系中也有廣泛采用的趨勢(shì)。動(dòng)液式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)部件為液力變矩器。</p>

24、<p>　　(3)綜合式變速器 是指由液力變矩器和齒輪式有級(jí)變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動(dòng)比可在最大指與最小值之間的幾個(gè)間斷的范圍內(nèi)作無(wú)級(jí)變化，目前應(yīng)用較多。</p><p>　　B.按操縱方式來(lái)分：</p><p>　　(1)強(qiáng)制操縱式變速器：是靠駕駛員直接操縱變速桿進(jìn)行換檔。</p><p>　　(2)自動(dòng)操縱式變速器：其傳動(dòng)比選擇和換檔是自動(dòng)

25、進(jìn)行的，所謂“自動(dòng)”，是指機(jī)械變速器每個(gè)檔位的變換是借助反映發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速的信號(hào)系統(tǒng)來(lái)控制換檔系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實(shí)現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。</p><p>　　(3)半自動(dòng)操縱式變速器：有兩種型式：一種是常用的幾個(gè)檔位自動(dòng)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(kāi)加速踏板時(shí)，接通一個(gè)電磁裝置或液壓裝置來(lái)進(jìn)行換檔。</p><

26、p>　　1.3 齒輪變速器的變速原理</p><p>　　一個(gè)普通的齒輪式變速器是利用不同齒數(shù)的齒輪嚙合傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩改變的。</p><p>　　由齒輪傳動(dòng)的原理可知，一對(duì)齒數(shù)不同的齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)可以變速。而且兩齒輪的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。設(shè)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速為n1，齒數(shù)為Z1，從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速為n2，齒數(shù)為Z2。主動(dòng)輪(即輸入軸)轉(zhuǎn)速與從動(dòng)輪(即輸出軸)轉(zhuǎn)速之比值稱為傳動(dòng)比。用字母i

27、12表示。即:</p><p>　　………………………………………………………………(1.1)</p><p><b>　　因而,</b></p><p>　　…………………………………………………………………(1.2)</p><p>　　如圖1.1a所示。當(dāng)以小齒輪為主動(dòng)輪(即Z1＜Z2),其轉(zhuǎn)速經(jīng)大齒輪傳出時(shí)就降低

28、了，即n2＜n1，稱為減速傳動(dòng)，此時(shí)傳動(dòng)比i＞1如圖1.1b所示，當(dāng)以大齒輪為主動(dòng)輪(即Z1＞Z2)，其轉(zhuǎn)速經(jīng)小齒輪傳出時(shí)就升高了，即n2＞n1,稱為增速傳動(dòng)，此時(shí)傳動(dòng)比i<1。這就是齒輪傳動(dòng)的變速原理。</p><p>　?。╝） （b）</p><p>　　圖1-1 齒輪傳動(dòng)的變速原理</p><p>　　一

29、對(duì)齒輪傳動(dòng)只能得到一個(gè)固定的傳動(dòng)比。從而得到一種輸出轉(zhuǎn)速，并構(gòu)成一個(gè)檔位。為了擴(kuò)大變速器輸出轉(zhuǎn)速的變化范圍，普通齒輪變速器通常都采用多組大小不同的齒輪嚙合傳動(dòng)。這樣就構(gòu)成了多個(gè)不同的檔位。對(duì)應(yīng)于不同的檔位，均有不同的傳動(dòng)比值，從而可得到多種不同的輸出轉(zhuǎn)速。</p><p>　　一般轎車和輕、中型客貨車輛的變速器通常有3～6個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔。所謂變速器檔數(shù)就是指其前進(jìn)檔數(shù)。傳動(dòng)比值i＞1的檔位稱為降速檔，即其輸出

30、軸轉(zhuǎn)速低于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而且傳動(dòng)比越大則輸出轉(zhuǎn)速越低；i＝1的檔位稱為直接檔，即其輸出軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相等；i＜1的檔位稱為超速檔，即其輸出軸轉(zhuǎn)速超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　習(xí)慣上把變速器傳動(dòng)比值較小的檔位稱為高檔，傳動(dòng)比值較大的檔位稱為低檔；變速器檔位的變換稱為換檔，由低檔向高檔變換稱為加檔(或升檔)。反之稱為減檔（或降檔)。變速器就是通過(guò)檔位變換來(lái)改變傳動(dòng)比，從而實(shí)現(xiàn)多級(jí)變速的。</p>

31、;<p>　　由齒輪傳動(dòng)的原理可知，一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒輪的齒數(shù)愈多，其轉(zhuǎn)速就愈低，而其轉(zhuǎn)矩愈大；反之，齒輪的齒數(shù)愈少，其轉(zhuǎn)速就愈高，而其轉(zhuǎn)拒則愈小，就是說(shuō)齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速成反比。設(shè)主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為n1，轉(zhuǎn)矩為M1,；從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為n2，轉(zhuǎn)矩為M2,即:</p><p>　　……………………………………………………………………(1.3)</p><p><b>

32、;　　由于， 所以：</b></p><p>　　……………………………………………………………………(1.4)</p><p>　　由此可見(jiàn)，齒輪式變速器在改變轉(zhuǎn)速的同時(shí)也改變了輸出轉(zhuǎn)矩，而且隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，輸出轉(zhuǎn)矩反而增大；當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速升高時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩減小。汽車變速器就是利用這一原理，通過(guò)改變各檔的傳動(dòng)比來(lái)改變輸出轉(zhuǎn)速，從而改變其輸出轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)汽車行駛阻力的變化。&

33、lt;/p><p>　　由齒輪傳動(dòng)的原理可知，多級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為:</p><p><b>　　……(1.5)</b></p><p>　　1.4 汽車變速器的設(shè)計(jì)趨勢(shì)</p><p>　　汽車變速器自誕生以來(lái)，已隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了日新月異的變化，出現(xiàn)了許多設(shè)計(jì)思路完全不同的變速器。但歸根結(jié)底，現(xiàn)代汽車變速器技術(shù)

34、的主要設(shè)計(jì)趨勢(shì)是：小型輕量化、多檔化、低噪聲化。</p><p><b>　　(1)小型輕量化</b></p><p>　　汽車的質(zhì)量由于涉及到汽車的油耗，所以在現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)當(dāng)中通常占有及其重要的地位。試驗(yàn)表明：汽車質(zhì)量降低1％ ，油耗可降低0.7％。所以致力于減輕汽車所有部件的質(zhì)量成為了汽車設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。</p><p>　　減小汽車變速

35、器的質(zhì)量因此也成為了現(xiàn)代變速器的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。鋁、鎂合金具有比強(qiáng)度高、比重小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)輕量化較為理想的材料， 目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于變速器殼體、離合器殼體、操縱蓋以及換檔撥叉等零件。鎂合金的密度為1.8g/cm3，是鋁合金的2/3，不足鋼的1/4，是實(shí)際應(yīng)用的材料中最輕的合金。而且鎂合金的切削性、比強(qiáng)度、比剛度好，尺寸穩(wěn)定性好，吸振能力好，有利于減振和降低噪聲。早在1938年，德國(guó)大眾第一次對(duì)甲殼蟲轎車的變速器殼體使用鎂合金材料；197

36、2年奧迪在014型手動(dòng)變速器的殼體采用鎂合金材料。目前，大眾汽車公司和奧迪汽車公司啟動(dòng)了使用鎂合金的戰(zhàn)略，福特汽車公司也在其輕型載貨車的離合器殼體中使用了鎂合金。</p><p><b>　　(2)多檔化</b></p><p>　　通常5檔變速器最小速比(超速檔時(shí))為0.7，最大速比的增加可提高汽車的加速性能，當(dāng)檔位數(shù)大于6或1檔速比大于4時(shí)，對(duì)加速性能的提高作用已

37、不明顯；檔位數(shù)和速比范圍對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響：通常5檔變速器的最大速比(1檔時(shí))取3.0，增加速比可提高燃油經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)檔位數(shù)大于6或最小速比低于0.7時(shí)，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性提高影響很小。為了提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和駕駛平穩(wěn)性，就要求變速器增加速比范圍， 減少速比間隔。</p><p><b>　　(3)低噪聲化</b></p><p>　　在汽車的諸多噪聲源中，傳動(dòng)系的噪聲

38、僅次于發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣系統(tǒng)的噪聲，齒輪噪聲又是變速器上的主要噪聲源，在降低變速器噪聲中扮演著非常重要的角色。幾十年來(lái)，人們對(duì)齒輪的低噪聲化進(jìn)行了大量的研究工作，取得了明顯的成效。在齒輪參數(shù)的降噪設(shè)計(jì)中，通過(guò)提高齒輪重合度來(lái)降低高速檔齒輪的噪聲，小模數(shù)、小壓力角、大齒高的齒輪設(shè)計(jì)已成為潮流；許多公司為此開(kāi)發(fā)了專門的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序。</p><p>　　另外變速器箱體在降低變速器噪聲方面也發(fā)揮著重要的作用，改進(jìn)箱體的截面形

39、狀，從而改善箱體的振動(dòng)特性，可有效地降低變速器的噪聲。</p><p>　　第2章 SJ汽車變速器的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 變速器的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　汽車變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵總成，其主要的功能是改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同需求。</p><

40、;p>　　變速器的結(jié)構(gòu)對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。為保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　(1)變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，必須與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；</p><p>　　(2)設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行

41、駛；</p><p>　　(3)操縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力；</p><p>　　(4)傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲；</p><p>　　(5)體積小、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠；</p><p>　　(6)制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)；</p><p>　　(7)貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化

42、等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；</p><p>　　(8)需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)手動(dòng)齒輪式變速器，變速器應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)的轎車上（具體參數(shù)見(jiàn)表2.1）。</p><p>　　表2-1 SJ汽車變速器的設(shè)計(jì)原始參數(shù)</p><p>　　2.2 變速器傳動(dòng)方案的確定</p><

43、p>　　2.2.1 軸數(shù)的選擇</p><p>　　手動(dòng)變速器與自動(dòng)變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，因此在各種類型的汽車上均得到了廣泛的應(yīng)用。其中兩軸式和三軸式變速器在手動(dòng)式變速器中得到了最廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　三軸式變速器的第一軸常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及

44、中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩．因此，直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距(影響變速器尺寸的重要參數(shù))較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：除直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低。</p><p>　　兩軸式變速器與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高

45、、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車的質(zhì)量減少6％～l0％。兩軸式變速器的輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪，從而簡(jiǎn)化了制造工藝、降低了成本。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪(直齒圓柱齒輪)外，其他檔位均采用常嚙合齒輪(斜齒圓柱齒輪)傳動(dòng)。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文擬選用兩

46、軸式的手動(dòng)變速器作為設(shè)計(jì)對(duì)象。</p><p>　　2.2.2 倒檔型式的選擇</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，采用在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，進(jìn)行倒檔的動(dòng)力傳遞。</p><p>　　由于倒檔使用率不高，本設(shè)計(jì)采用直齒滑動(dòng)齒輪方案換入倒檔。</p><p>　　2.2.3 傳動(dòng)路線的確定</p>&l

47、t;p>　　傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮軸的受力情況，再根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)形式來(lái)進(jìn)行布置。圖2.1為設(shè)計(jì)的SJ變速器的傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。當(dāng)離合器接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳至輸入軸，帶動(dòng)三/四檔同步器、二檔、一檔、倒檔主動(dòng)齒輪和五檔接合套一起旋轉(zhuǎn)，二檔和一檔從動(dòng)齒輪繞輸出軸空轉(zhuǎn)。由于此時(shí)所有同步器接合套未與任何齒輪接合，倒檔軸上的第2倒檔齒輪亦未撥到與第1和第3倒檔齒輪嚙合的位置，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不能傳到輸出軸，變速器處于空檔位置，車輛不能起步行

48、駛。</p><p>　　圖2-1 SJ五檔機(jī)械變速器傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖</p><p>　　1.四檔主動(dòng)齒輪；2.三檔主動(dòng)齒輪；3.二檔主動(dòng)齒輪；4.倒檔主動(dòng)齒輪；5.一檔主動(dòng)齒輪；6.五檔主動(dòng)齒輪；7.輸入軸；8.五檔從動(dòng)齒輪；9.輸出軸；10.一檔從動(dòng)齒輪；11.倒檔中間齒輪；12.二檔從動(dòng)齒輪；13.三檔從動(dòng)齒輪；14.四檔從動(dòng)齒輪；</p><p><b&

49、gt;　　SJ汽車變速器優(yōu)化</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在本次SJ變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中，首先按照設(shè)計(jì)要求確定變速器的軸數(shù)、倒檔型式以及傳動(dòng)方案，然后對(duì)變速器的主要零部件的型式進(jìn)行確定（包括齒輪、軸承、換檔型式等），并按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法初步設(shè)計(jì)其技術(shù)參數(shù)，完成變速器操縱機(jī)構(gòu)和殼體的設(shè)計(jì)。</p>&l

50、t;p>　　其次，利用計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，對(duì)變速器的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)具體化，初步完成變速器的設(shè)計(jì)，為后面的優(yōu)化計(jì)算作好準(zhǔn)備。</p><p>　　第三，選取變速器體積最小作為目標(biāo)函數(shù)，取齒輪的傳動(dòng)比、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，選取中心距、傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比、變速器使用性能、斜齒重疊系數(shù)、齒輪最小不根切齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、齒寬等作為約束條件，基于MATLAB優(yōu)化工具箱的計(jì)算方法，建立優(yōu)化模型，對(duì)SJ

51、汽車變速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過(guò)本次的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將變速器的一、三檔的傳動(dòng)比適當(dāng)減小，同時(shí)增大二、四、五檔的傳動(dòng)比，將一～四檔的模數(shù)減小，齒寬b從16mm調(diào)整到15.5mm，最后按照各檔中心距一致得原則，重新調(diào)整各個(gè)齒輪的齒數(shù)Z與螺旋角β，就能將變速器的體積由原來(lái)的805900mm3減小為632300mm3，減小了21.5％的體積，證明這次的優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的。</p><p&g

52、t;　　結(jié)果標(biāo)明：該方法對(duì)提高設(shè)計(jì)效率、減輕變速器質(zhì)量和體積、降低產(chǎn)品成本等具有重要意義。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張寶生,李杰,林明芳.汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.</p><p>　　[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.&l

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54、]. 北京：高等教育出版社,2005.</p><p>　　[7] 蘇金明，阮沈勇.MATLAB 6.1實(shí)用指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[8] 薛定宇，陳陽(yáng)泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2002.</p><p>　　[9] 紀(jì)常偉，馮能蓮.汽車構(gòu)造（底盤篇）[M].北京

55、：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　[10] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社,2005.</p><p>　　[11] 崔樹(shù)平，趙彬.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.</p><p>　　[12] 張大成，戴波南.上海桑塔納2000系列轎車維修手冊(cè)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2001.</p><

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59、</p><p>　　[22] 羅春香. 汽車變速器設(shè)計(jì)中速比分配問(wèn)題的研究 [J]. 西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30（3）：377～380.</p><p>　　[23] 崔勝民，楊占春.基于有限元分析的汽車車輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) [J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)，2001（9）:41～42.</p><p>　　[24] H.W.Ruhlman，K.H.Cochey. A New

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61、>　　[26] Gang Ye, Xian-You Ye. A New Method for Seeking the Optimum Gear Tooth Profiles-the Theoretical Basis of Wildhaber-Novikov Gearing[J]. </p><p><b>　　論文評(píng)語(yǔ)：</b></p><p>　　《見(jiàn)畢業(yè)設(shè)