【正文】 月 [24] 蔡炳炎 .機(jī)械式汽車(chē)變速器速 比優(yōu)化設(shè)計(jì)及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析 [J].武漢：武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 .2020 [25] 汽車(chē)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)編 .汽車(chē)工程手冊(cè) [M]：基礎(chǔ)篇 .北京：人民交通出版社， 2020 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 致 謝 本文主要闡述了 電動(dòng)汽車(chē)兩擋 變速器的設(shè)計(jì) 及傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)的 變速器，在保證零件的 強(qiáng) 度、剛度、使用壽命等條件下，以減少重量和體積作為目標(biāo)，運(yùn)用材料力學(xué)軸、軸承等參數(shù)進(jìn)行校核與優(yōu)化，將對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性有所改善，使換擋輕便，沖擊噪聲小，提高設(shè)計(jì)效率，具有實(shí)際應(yīng)用意義。并且生產(chǎn)周期長(zhǎng)，方法上依然沿襲傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。變速器的優(yōu)劣是決定汽車(chē)整車(chē)性能的重要因素。 圖 端蓋簡(jiǎn)圖 1 圖 端蓋簡(jiǎn)圖 2 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 10 章 結(jié) 論 變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)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(chē)獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)再最有利工況范圍內(nèi)工作。齒輪軸的毛坯均應(yīng)選用 45 號(hào)鋼 (如圖 )。因此，殼體一側(cè)有加油口，殼體底部有放油塞，油面高度即由加油口控制。為了防止?jié)櫥蛷牡诙S后端流到中央制動(dòng)器的工作表面上，在變速器后蓋內(nèi)也裝有橡膠油封，并在各軸承蓋、后蓋、上蓋等集合面間裝入密封紙墊。 本設(shè)計(jì) 選用的 軸承 符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系列，同時(shí)包括軸的直徑， 以齒輪作為選取軸承的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檩S承是標(biāo)準(zhǔn)件。二軸前采用內(nèi)徑 20mm，外徑 50mm，厚 14mm 深溝球軸承。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 6 章 變速器軸承 變速器軸承常用圓柱滾子軸承，球軸承，滾針軸承、圓錐滾針軸承、滑動(dòng)軸套等，軸承在變速器中起支撐作用，其選擇需依據(jù)軸的直徑，公差配合，還要保證能夠軸向定位，饒徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)中間撥叉軸 2 時(shí)，軸 2 兩側(cè)的內(nèi)鋼球從其側(cè)凹槽中被擠出，而兩外鋼球則分別嵌入兩根撥叉軸的側(cè)面凹槽中，因而將兩根撥叉軸剛性地鎖止在其空擋位置。當(dāng)需要換擋時(shí)，駕駛員通過(guò)變速桿對(duì)撥叉軸施加一定的軸向力，克服自鎖彈簧的壓力而將自鎖鋼球從撥叉軸凹槽中擠出并推回孔中，撥叉軸便可滑過(guò)鋼球進(jìn)行軸向移動(dòng)，并帶動(dòng)撥叉及相應(yīng)的接合套或滑動(dòng)齒輪軸向移動(dòng)，當(dāng)撥叉軸移至其另一凹槽與鋼球相對(duì)正時(shí)，鋼球又被壓入凹槽，駕駛員具有很強(qiáng)的手感，此時(shí)撥叉所帶動(dòng)的接合套或 滑動(dòng)齒輪便被撥入空擋或被撥入另一工作擋位。大多數(shù)變速器的自鎖裝置都是采用自鎖鋼球?qū)懿孑S進(jìn)行軸向定位鎖止。 另外，有些轎車(chē)和輕型貨車(chē)的變速器，將變速 桿安裝在轉(zhuǎn)向柱管上 。例如，上述的五擋變速器的 五個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋用了三根撥叉軸，而東風(fēng)解放 CAl091 的六擋變速器具有四根撥叉軸，其倒檔占一根撥 叉軸。變速器處于空擋時(shí)，各凹 槽在橫向平面內(nèi)對(duì)齊，叉形撥桿下端的球頭即伸人這些凹槽中。 撥叉軸的兩端均支承于變速器蓋的相應(yīng)孔中，可以軸向滑動(dòng)。為此在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有自鎖裝置。 變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足如下主要要求：換擋時(shí)只能掛入一個(gè)擋位，換擋后應(yīng)使齒輪在全齒長(zhǎng)上 嚙合，防止自動(dòng)脫擋或自動(dòng)掛擋，防止誤掛倒擋，換擋輕便。若零件未制成 ,可將這些零件分解為標(biāo)準(zhǔn)的幾何體 ,并按數(shù)學(xué)公式合成求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為此，同步時(shí)間與車(chē)型有關(guān)，計(jì)算時(shí)可在下屬范圍內(nèi)選?。簩?duì)轎車(chē)變速器高檔取 ~,低檔取 0~。 同步時(shí)間 同步器工作時(shí)，要連接的兩個(gè)部分達(dá)到同步的時(shí)間越短越好。 鎖止角 鎖止角選取的正確，可以保證只有在換檔的兩個(gè)部分之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔?！?8176。 通常軸向泄油槽為 6～ 12個(gè) ,槽寬 3～ 4mm。 同步環(huán)主要尺寸確定 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線(xiàn)的頂部設(shè)計(jì)得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副，在油中工作的摩擦因數(shù)取為 。對(duì)錐面的表面粗糙度要求較高，用來(lái)保證在使用過(guò)程中摩擦因數(shù)變化小。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。 相鄰 擋 位相互轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)該采取不同操作步驟的道理同本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 樣適用于移動(dòng)齒輪換 擋 的情況，只是前者的待接合齒圈與接合套的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度要求一致，而后者的待接合齒輪嚙合點(diǎn)的線(xiàn)速度要求一致，但所依據(jù)的速度分析原理是一樣的?；瑒?dòng)齒套 1 和齒輪 3 分別與整車(chē)和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)零件相連接。摩擦面相互接觸瞬間， 假如 齒輪 3 的角速度ω3，和滑動(dòng)齒套 1 的角速度 ωl 不同，在摩擦力矩作用下鎖銷(xiāo)相對(duì)滑動(dòng)齒套 1 轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不大的角度，并占據(jù)鎖止位置。 變速器的換擋操作，尤其是從高擋向低擋的換擋操作比較復(fù)雜，而且很容易產(chǎn)生輪齒或花鍵齒間的沖擊。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。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但有不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下 (即角速度相等 )換擋的缺點(diǎn)，現(xiàn)已不用。 2F ～為齒輪齒寬在中間面上的徑向力。 確定軸的尺寸 變速器軸的確定和尺寸，主要依據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求并考慮加工工藝和裝配工藝要求而定。 2） 齒輪接觸應(yīng)力 j? (421) 式中 j? 齒輪的接觸應(yīng)力（ MPa）； F 齒面上的法向力（ N）， ? ??? coscos1FF ? ； 1F圓周力在（ N）， dTF g21 ? ； ?節(jié)點(diǎn)處的壓力角（ 20176。在這里所選擇的齒輪材料為 45。但 不同用途汽車(chē)的變速器齒輪使用條件仍是相似的。 變位系數(shù) 1717 Z??? (48) 式中 Z 為要變位的齒輪齒數(shù)。 總變位系數(shù)越小，一對(duì)齒輪齒更總厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。 變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。為保證各對(duì)齒輪有相同的中心距，此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行變位。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時(shí)增加一對(duì)齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨性、抗膠 合能力及齒輪的嚙合噪聲。 取 111?Z ； 282 ?Z 。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來(lái)選定齒寬： 直齒 b=(~)m， mm b=8 3=24mm 斜齒 b=(~)m， mm b=7 = 第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線(xiàn)長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng) 的平穩(wěn)性和齒輪壽命。為此，中間軸上的全部齒輪一律去右旋，而第一軸和第二軸上的的斜齒輪去左旋，其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體 承受。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角 α 取15186。 重型車(chē) 同上 低檔、倒檔齒輪 176。 ～ 45176。 15176。 另外根據(jù)變速箱在電動(dòng)汽車(chē)中的安裝空間來(lái)設(shè)計(jì)。對(duì)轎車(chē)， K A =~；對(duì)貨車(chē)， K A =~；對(duì)多檔主變速器， K A =~11；在此取 K A =。 由 3 0 * 4 .3 8 8 * 1 .2 * 4 4 3 .3 1 7 8gTi?? (42) 得到 gi? 。 最高檔通常是直接擋，傳動(dòng)比為 。 6） 變速 器操縱機(jī)構(gòu) 根據(jù)汽車(chē)使用條件的需要，駕駛員利用變速器的操縱機(jī)構(gòu)完成選擋和實(shí)現(xiàn)換擋或退到空擋的工作。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同。 (2) 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 與其他機(jī)械行業(yè)相比，不同用途汽車(chē)的變速器齒輪使用田間仍是相似 的。盡可能使各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該不是整數(shù) 。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力大，齒輪壽命短。 由于電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展起步晚，受技術(shù)限制所以選用兩擋變速箱 ，倒擋由電機(jī)反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以選擇 本設(shè)計(jì) 兩軸式雙擋變速器。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機(jī)械式變速器。 變速器設(shè)計(jì)方案論證 1） 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(lèi)方法。變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括換擋齒輪、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸。汽車(chē)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。 7）變速器應(yīng)當(dāng)有高 的工作效率。 4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。 計(jì)算最高車(chē)速 ? ? ? ?? ?????? i nc o s 2C d A u agmamafgmbmaF ?? dtd u ambma ）（ ?? ? (21) 其中 ： F? 為車(chē)輛行駛的總阻力， N； ma 為出去電池組的整車(chē)質(zhì)量， kg； ma =845kg； mb 為電池組質(zhì)量， kg； mb =400kg； f 為滾動(dòng)阻力系數(shù)； f=； ? 為坡道角； ? =15%； Cd 為空氣阻力系數(shù)； Cd=； A 為迎風(fēng)面積； A=； ua 為行駛車(chē)速， km/h； ua=45； ? 為車(chē)輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)： 220221 mriiImrI Tgfw ?? ???? (22) 其中 ： fI 為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ， ?fI ； wI 為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ， ?wI ； 0i 為主減速比 ， ?i ； FFt ?? maxnnm? 7 0 ?? irnu ma km/h 其中 ： Ft=主驅(qū)動(dòng)電機(jī)一最大限流工作時(shí)車(chē)輛獲得的驅(qū)動(dòng)力； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 mn 為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速， r/min； mn =3567rpm maxn 為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速， r/min； maxn =6000rpm r 為車(chē)輪半徑； r= 0i 為主減速比； ?i 車(chē)輛加速時(shí)間的計(jì)算 (23) 其中 ： 1v 加速行駛起始車(chē)速 m/h， 1v =0 2v 加速行駛終止車(chē)速 m/h， 2v =45 km/h 車(chē)輛爬坡的計(jì)算 由公式計(jì)算得： ? ? 22 fgmbmauCF adt ??? (24) ? ?? ?fi a r c t a na r c s int a nt a n ??? ? = % (25) 續(xù)駛里程的計(jì)算 ? ? 0embmamweEs bb ??? =113km (26) 其中 ： E 為電池組充滿(mǎn)電時(shí)的總能量， kw h， E=16kw h； e 為電動(dòng)車(chē)輛單位里程能耗， kw h/kw； bw 為電池比能量， wh/kg， bw = wh/kg； 0e 為電動(dòng)車(chē)輛行駛的比耗， kw h/ km 。汽車(chē)是一種高效率的運(yùn)輸工具，運(yùn)輸效率的高低在很大程度上取決于汽車(chē)的動(dòng)力性。 汽車(chē)變速器 是通過(guò)改變傳動(dòng)比，適應(yīng)在起步、加速、行駛以及克服各種道路阻礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪牽引力及車(chē)速不同要求的需要。而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而轉(zhuǎn)矩變化范圍更不能滿(mǎn)足實(shí)際路況需要。 在較大范圍內(nèi)改變汽車(chē)行駛速度的大小和汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪上扭矩的大小。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電機(jī)的旋向可以通過(guò)電路控制實(shí)現(xiàn)變換，所以電動(dòng)汽車(chē)無(wú)需內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)變速器中的倒檔。電動(dòng)汽車(chē)還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟(jì)效益。 同時(shí)本設(shè)計(jì)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了匹配設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明 達(dá)到性能要求。 電動(dòng)汽車(chē)的變速器與普通變速器相比，其結(jié)構(gòu)有所不同。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 隨著石油資源的日益減少和環(huán)境保護(hù)要求的提高，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展越來(lái)越受到人們的重視，以往對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)的研究主要集中在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制策略的研究開(kāi)發(fā)方面。 本設(shè)計(jì)的變速箱 采用 兩 軸式 兩 擋和鎖環(huán)式同步器換擋 ， 這種布置形式縮短了變速器軸向尺寸，在保證擋數(shù)不變的情況下，減少齒輪數(shù)目，從而使變速器結(jié) 構(gòu)更加緊湊。結(jié)論表明，變速器齒輪及各軸尺寸 達(dá)到 設(shè)計(jì)要求 ，齒輪及 各軸強(qiáng)度的校核滿(mǎn)足 強(qiáng)度 要求， 結(jié)構(gòu)合理。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力等，解除人們對(duì)石油資源日見(jiàn)枯竭的擔(dān)心 。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)可以帶負(fù)載啟動(dòng)，所 以電動(dòng)汽車(chē)上無(wú)需傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的離合器。 電動(dòng)汽車(chē) 變速器的功用 (1)改變傳動(dòng)比，滿(mǎn)足不同行駛條件對(duì)牽引力的需要，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡量工本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 作在有利的工況下，滿(mǎn)足可能的行駛速度要求?？哲?chē)在平直的公路上行駛時(shí)，行駛阻力很小，則當(dāng)滿(mǎn)載上坡時(shí)，行駛阻力便很大