【正文】 （有限元分析和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析）、繪制工程圖、編寫數(shù)控加工程序等。除此之外還有模具設(shè)計(jì)模塊（冷沖模，注塑模等）、 鈑金加工模塊、管道布局、總體設(shè)計(jì)及車輛工程包。 它使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率大大提高，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初期具有更多的靈活性，保證在日后根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行相應(yīng)的更改和計(jì)算 。另外在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案階段，可以形象的表現(xiàn)系統(tǒng)的組成特點(diǎn)，而在產(chǎn)品的生產(chǎn)階段可以方便與加工中心數(shù)據(jù)連接 。 UG具有以下優(yōu)勢(shì)： （ 1） 可以為機(jī)械設(shè)計(jì)、 模具設(shè)計(jì)以及電器設(shè)計(jì)單位提供一套完整的設(shè)計(jì)，分析和制作方案。 （ 2） UG是一個(gè)完全參數(shù)化的軟件，為零部件的系統(tǒng)化建模、裝配、分析提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)支持。 （ 3） UG可以管理 CAD數(shù)據(jù)及整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)逆向工程（Ｒ erverse Design）和并行工程（ Concurrent Engineer） 等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。 （ 4） UG可以完成包括自由曲面在內(nèi)的復(fù)雜模型的創(chuàng)建，同時(shí)在圖形顯示方面運(yùn)用了區(qū)域化管理 方式，節(jié)約系統(tǒng)資源。 （ 5） 具有強(qiáng)大的裝配功能， 并在裝配的過程中引用了裝配集的設(shè)計(jì)思想。為節(jié)省計(jì)算機(jī)資源提供了行至有效的解決方案，可以極大的提高設(shè)計(jì)效率。 隨著 UG版本的提高，軟件的功能越來越強(qiáng)大，復(fù)雜程度也越來越高。對(duì)于汽車設(shè)計(jì)者來說， UG是使用的最廣發(fā)的設(shè)計(jì)軟件之一。 商用車變速器在 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 雖然自動(dòng)變速器在近年來有很大發(fā)展 ， 但手動(dòng)機(jī)械變速器在汽車傳動(dòng)中仍占有很大比例 ， 一般商用運(yùn)輸車輛 ， 特別是長(zhǎng)途運(yùn)輸車輛 ， 因?yàn)樗钃跷欢?， 速比范圍大 ， 故多采用手動(dòng)機(jī)械變速器 ， 在我國(guó)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里 ， 手動(dòng)機(jī)械變速器會(huì)占很高的比例。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁 共 51 頁 國(guó)內(nèi) 商用 車變速器產(chǎn)品的技術(shù)多 源于美國(guó)、德國(guó)、日本幾個(gè)國(guó)家，引進(jìn)技術(shù)多為國(guó)外上世紀(jì) 80— 90年代的產(chǎn)品。作為汽車高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域的 商用 汽車變速器在國(guó)內(nèi)漫長(zhǎng)的引進(jìn)消化過程中，如今已有長(zhǎng)足的進(jìn)步，能夠在原有技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，通過改型自行開發(fā)出符合配套要求的新產(chǎn)品，每年 商用 車變速器行業(yè)都能有十幾個(gè)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。但從當(dāng)今 商用 車變速器的發(fā)展情況來看，在新產(chǎn)品開發(fā)上國(guó)內(nèi) 商用 車變速器仍然走的是一般性的開發(fā)過程，沒有真正的核心技術(shù)產(chǎn)品；從國(guó)內(nèi) 商用 汽車變速器市場(chǎng)容量來看，有三分之一的產(chǎn)品來自進(jìn)口，而另外三分之二的產(chǎn)品中有 80%以上源自國(guó)外技術(shù)，國(guó)內(nèi)自主開發(fā) 的 商用 汽車變速器產(chǎn)品銷量很小，從而說明國(guó)內(nèi) 商用 汽車變速器廠家的自主開發(fā)能力仍然很薄弱，應(yīng)對(duì)整車新車型配套產(chǎn)品的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 機(jī)械式商用汽車變速器的技術(shù)特點(diǎn) 商用 汽車的裝載質(zhì)量大，使用條件復(fù)雜。欲保證重型汽車具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，必須擴(kuò)大變速器傳動(dòng)比的范圍并增加檔位數(shù)。為避免變速器的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜和便于系列化生產(chǎn)，多采用組合式機(jī)械變速器。即以一二種 4～ 6檔變速器為主體，通過更換系列齒輪副和配置不同的副變速器，得到一組不同檔位數(shù)、不同傳動(dòng)比范圍的變速器系列。目前，組合式機(jī)械變速器已成為重型汽 車采用的主要型式。組合式機(jī)械變速器一般分為倍檔 (分段式配檔 )組合式機(jī)械變速器和半檔 (插入式配檔 )組合式機(jī)械變速器。 本文主要工作 1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的布局。 2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算確定變速器的 各 個(gè)主要參數(shù)。 3）對(duì)變速器的各零部件進(jìn)行三維建模。 4）將變速器的三維實(shí)體模型進(jìn)行裝配。 5）對(duì)裝配好變速器模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁 共 51 頁 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 與參數(shù)選取 變速器 按傳動(dòng)比的變化 可分為 有級(jí)式變速器 ， 無級(jí)式變速器和綜合式變速器。 有級(jí)式變速器 是目前采用最廣的一種。他采用齒輪傳動(dòng)， 具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比，有較大的速比范圍 ，價(jià)格便宜維修簡(jiǎn)單。無級(jí)式變速器，其傳動(dòng)比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無限多級(jí)變化。綜合式變速器是指用液力變矩器和齒輪式有機(jī)變速器 組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動(dòng)比可在最大值和最小值之間的幾個(gè)間斷的范圍內(nèi)做無級(jí)變化。 變速器 按操縱方式 可分為 手動(dòng)強(qiáng)制操縱式變速器和自動(dòng)操縱式變速器。手動(dòng)強(qiáng)制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換擋。自動(dòng)操縱式變速器 是指機(jī)械變速器每個(gè)檔位的變換是借助反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速的信號(hào)系統(tǒng)來控制換擋系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實(shí)現(xiàn)的，駕駛員只需要操縱加速踏板以控制車速。 商用車用于 載荷 較大需要頻繁換擋，要求有較大的速比范圍因此多采用機(jī)械式手動(dòng)變速器。 機(jī)械式 手動(dòng)變速器是最常見的變速器，簡(jiǎn)稱 MT。常見的是中間軸式變速器，即輸入軸、軸出軸和中間軸，它們構(gòu)成了變速器的主體，當(dāng)然還有一根倒檔軸。手動(dòng)變速器又稱手動(dòng)齒輪式變速器，含有可以在軸向滑動(dòng)的齒輪，通過不同齒輪的嚙合達(dá)到變速變扭目的。典型的手動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)及原理如下。 輸入軸也稱第一軸，它的前端花鍵直接與離合器從動(dòng)盤的花鍵套配合，從而傳遞由發(fā)動(dòng)機(jī)過來的扭矩。第一軸上的齒輪與中間軸齒輪常嚙合，只要軸入軸一 轉(zhuǎn)，中間軸及其上的齒輪也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。中間軸也稱副軸，軸上固連多個(gè)大小不等的齒輪。輸出軸又稱第二軸，軸上套有各前進(jìn)檔齒輪，可隨時(shí)在操縱裝置的作用下與中間軸的對(duì)應(yīng)齒輪嚙合，從而改變本身的轉(zhuǎn)速及扭矩。輸出軸的尾端有花鍵與傳動(dòng)軸相聯(lián)，通過傳動(dòng)軸將扭矩傳送到驅(qū)動(dòng)橋減速器。 由此可知，變速器前進(jìn)檔位的驅(qū)動(dòng)路徑是：輸入軸常嚙齒輪 — 中間軸常嚙齒輪 — 中間軸對(duì)應(yīng)齒輪 — 第二軸對(duì)應(yīng)齒輪。倒車軸上的齒輪也可以由操縱裝置撥動(dòng)，在軸上移動(dòng)，與中間軸齒輪和輸出軸齒輪嚙合 ,以相反的旋轉(zhuǎn)方向輸出。 多數(shù)汽車都有 5 個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，每個(gè)檔位有一 定的傳動(dòng)比，多數(shù)檔位傳動(dòng)比大于 1，第 4 檔傳動(dòng)比為 1，稱為直接檔，而傳動(dòng)比小于 1 的第 5 檔稱為加速檔?？諜n時(shí)輸出軸的齒輪處于非嚙合位置，無法接受動(dòng)力傳輸。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 5 頁 共 51 頁 由于變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉(zhuǎn)，變換檔位時(shí)合存在一個(gè) 同步 問題。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)速度不一樣齒輪強(qiáng)行嚙合必然會(huì)發(fā)生沖擊碰撞，損壞齒輪。因此，舊式變速器的換檔要采用 “兩腳離合”的方式，升檔在空檔位置停留片刻，減檔要在空檔位置加油門，以減少齒輪的轉(zhuǎn)速差。但這個(gè)操作比較復(fù)雜，難以掌握精確。因此設(shè)計(jì)師創(chuàng)造出“同步器”，通過同步器使將要嚙合的齒輪達(dá)到一致的轉(zhuǎn)速而順 利嚙合。 目前全同步式變速器上采用的是慣性同步器，它主要由接合套、同步鎖環(huán)等組成，它的特點(diǎn)是依靠同步鎖環(huán)摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步。接合套、同步鎖環(huán)和待接合齒輪的齒圈上均有倒角（鎖止角），同步鎖環(huán)的內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸產(chǎn)生摩擦。鎖止角與錐面在設(shè)計(jì)時(shí)已作了適當(dāng)選擇，錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步，同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生一種鎖止作用，防止齒輪在同步前進(jìn)行嚙合。當(dāng)同步鎖環(huán)內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸后，在摩擦力矩的作用下齒輪轉(zhuǎn)速迅速降低（或升高）到與同步鎖環(huán)轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)，齒輪相對(duì)于同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速為零 ，因而慣性力矩也同時(shí)消失，這時(shí)在作用力的推動(dòng)下，接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合，并進(jìn)一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換檔過程。 下列 為此次設(shè)計(jì) 汽車 主要參數(shù)，根據(jù)其主要參數(shù)設(shè)計(jì)與其相 匹配的機(jī)械式 手動(dòng) 變速器。 1) 額定載重質(zhì)量 ： 4000（ Kg） 2) 最大總質(zhì)量 ： 7140（ Kg） 3) 最大車速 ： 100（ Km h 1? ） 4) 比功率 ： 15（ Km t1? ） 5) 比轉(zhuǎn)矩 ： 40（ N m t1? ） 設(shè)計(jì)要求貨車的載重量為 4t，根據(jù)商用車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的比較，最終選擇柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。 選用四沖程、直列氣缸、水冷、直噴式柴油機(jī)。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 和相應(yīng) 轉(zhuǎn)速 的確定 在 對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的 最大功率 Pemax和最大功率是 相應(yīng)的轉(zhuǎn)速 np進(jìn)行確定時(shí)，應(yīng)根據(jù)所要設(shè)計(jì)的汽車的主要參數(shù) 和相應(yīng)的理論計(jì)算公式進(jìn)行確定。 （ 1） 所設(shè)計(jì)汽車最大車速 hKmVa /100m a x ? ， 估算 maxeP 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁 共 51 頁 3m a x m a x m a x1 3 6 0 7 6 1 4 0aI De a aIm g f CAP V V? ???????? （ 21） maxeP — 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 Kw； I? — 傳動(dòng)系效率 ； am — 汽車總質(zhì)量 Kg； g — 重力加速度 ； If — 滾動(dòng)阻力系數(shù)； maxaV — 最大車速 Km h； DC — 空氣阻力系數(shù)； A — 汽車正面投影面積 m2 ； 則 maxeP = （ 2） 根據(jù)設(shè)計(jì)方案中給出的發(fā)動(dòng)機(jī)比功率 Pb =15 Km t1? ,則所求發(fā)動(dòng)機(jī)功率 ： 39。maxeP =15 =， 與經(jīng)驗(yàn)公式相差不大。 （ 3） 最大功率是對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速 np ，參考中型載貨汽車及所選用發(fā)動(dòng)機(jī)形式，取 pn =2500～ 3200 minr 。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 的確定 用下式計(jì)算確定發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 Tamax mNnaPT paa / 9 m a xm a x ??? （ 22） α — 轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù) emaxP — 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 pn — 最大功率對(duì)用轉(zhuǎn)數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為 EQD6105：四沖程、直列氣缸、水冷、直噴式柴油機(jī)。 缸數(shù) — 缸徑 行程（ mm） 6— 105 120 壓縮比 17： 1 額定功率 /轉(zhuǎn)速（ kw/r/min） 107/2800 最大轉(zhuǎn)矩 /轉(zhuǎn)速（ N m/r/min） 420/1600 怠速（ r/min） 800? 50 傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比選擇 １） 傳動(dòng)系 總傳動(dòng)比 是傳動(dòng)系中各部分 傳動(dòng)比的乘積，即 t zoci iii? c 式中， gi 為變速器的傳動(dòng)比； oi 為主減速器的傳動(dòng)比； ci 為分動(dòng)器或副變速器的傳動(dòng)比。一般的汽車沒有分動(dòng)器，此設(shè)計(jì)中也沒有分動(dòng)器，則可省去 ci 。 ２） 傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度的關(guān)系 a gomV ii?，式中： n 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min；陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁 共 51 頁 aV 為汽車行駛速度 Km/h； r 為車輪半徑 m； gi 為變速器傳動(dòng)比； oi 為主減速器傳動(dòng)比。 最小傳動(dòng)比時(shí)， gi =1,變速器在直接擋， aV 為最大車速，出現(xiàn) maxaV 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)處在最大功率附近，此時(shí)的轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)在最大功率 pn 附近，去 2500r/min。 則：0 . 3 3 7 4 . 6pto gomii ii? ? ?；設(shè)計(jì)要求的汽車傳動(dòng)比為 。 ３） 傳動(dòng)系的最大傳動(dòng)比的選擇 根據(jù)上面分析可知， 變速器 在一擋時(shí)有最大傳動(dòng)比。 此 時(shí)，汽車有最大驅(qū)動(dòng)力：? ?m a x39。m a x Tc o s s in 6 . 5y a m xgtg oG f a a ri Ti? ???； gi 取為 ，則一檔傳動(dòng)比為 ，最大傳動(dòng)比為tgii? ； ? ? ? 變速器形式的選擇 為了使汽車 在 復(fù)雜的路況 下 能夠平穩(wěn)安全的行駛， 對(duì)變速 器 的 設(shè)計(jì)提出了以下 要求 （ 1） 保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； （ 2） 設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)輸； （ 3） 設(shè)置倒檔，是汽車能夠倒退行駛； （ 4） 設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能夠進(jìn)行功率輸出； （ 5） 換擋迅速，省力，方便； （ 6） 工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等顯現(xiàn)； （ 7） 變速器應(yīng)有高的效率； （ 8） 變速器的工作噪音低。 除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。 滿足汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)，傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條 件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進(jìn)擋數(shù)的不同，有三，四，五和多擋變速器。根據(jù)軸的形式不同，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式（常配合行星齒輪傳動(dòng)）兩類。固定軸式又分為兩軸式，中間軸式，雙中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，中間軸式變速器 多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。 如圖 21 所示為中間軸式的五檔變速器，中間軸式的變速器特點(diǎn)是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接擋。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間 軸均不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁 共 51 頁 變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá) 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訐醯睦寐矢哂谄渌鼡跷?，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)擋位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過設(shè)置在