【正文】 齒寬的選擇，在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，加大齒寬，齒輪的承載能力增高，但變速器的重量增加，所以選擇原則 是保證強度條件下，盡量選取較小的齒寬。 () 5? 176。 MATLAB 具有以下特點： （ 1）有高性能數(shù)值計算的高級算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域； （ 2）有大量事先定義的數(shù)學函數(shù)，并且有很強的用戶自定義函數(shù)的能力； （ 3）有強大的繪圖功能以及具有教育、科學和藝術(shù)學的圖解和可視化的二維、三維圖； （ 4）基于 HTML 的完整的幫助功能； （ 5）適合個人應用的強有力的面向矩陣 (向量 )的高級程序設計語言； 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 43 （ 6）與其它語言編寫的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)的能力； （ 7）有在多個應用領(lǐng)域解決難題的工具箱。最優(yōu)點 x 和最優(yōu)值 f(x)即構(gòu)成了一個約束最優(yōu)解。對于同一對象的優(yōu)化設計問題 (如齒輪傳動優(yōu)化設計 )，不同的設計要求 (如要求重量最輕或承載能力最大等 )，反映在數(shù)學模型上是選擇不同的目標函數(shù)和約束函數(shù)，設定不同的約束邊界值。每一個不等式約束都把設計空間劃分成兩部分，一部分是滿足該不等式約束條件的、另一部分則不滿足。 在優(yōu)化設計中正確的建立目標函數(shù)最為重要的一步工作，它不僅直接影響到優(yōu)化設計的質(zhì)量，而且對整個優(yōu)化計算的繁簡難易也會有一定的影響。最佳值可能是極大值，也可能是極小值，由于求目標函數(shù) f(x)的極大化等價于求目標函數(shù) f (x)的極小化。 一般來說，優(yōu)化設計過程的計算量是隨設計變量數(shù)目的增多而迅速增加的。這樣的問題在數(shù)學上可以表述為 :在以等式或不等式表示的約束條件下求多變量函數(shù)的極小值或極大值問題。建立數(shù)學模型是要選取設計變量列出目標函數(shù)，給出約束條件。 傳統(tǒng)變速器設計 的 主要缺點在于不能在產(chǎn)品的開發(fā)設計階段就對其生命周期全過程中的各種因素考慮周全，致使在產(chǎn)品設計甚至制造出來后才發(fā)現(xiàn)各式各樣的毛病，以至于不得不去修改產(chǎn)品的最初設計，從而延長了開發(fā)周期，增加了成本。 利用 AutoCAD 軟件中精確的繪圖及新穎的圖層功能，可以得到最佳效果的平面圖紙；而利用 UG 軟件中先進的三維建模和虛擬裝配技術(shù)可以得到比平面圖紙更直觀的視覺效果；同時，利用 CAD 技術(shù)進行設計也更利于設計方案及圖紙的修改，為下一步優(yōu)化設計打下了基礎(chǔ)。由于采用壓鑄鋁合金鑄造殼體，故可以設計一些三角形的交叉肋條，用來增加殼體的剛度和降低總成的噪聲。結(jié)構(gòu) 如圖 圖 SJ 變速器的操縱機構(gòu) ； ； ； ； ； 擋桿； ； 變速器殼體的設計 變速器殼體的尺寸要盡可能小，同時質(zhì)量也要小，并具有足夠大的剛度，用來保證軸和軸承工作時不會歪斜。注意，應盡可能使各檔齒輪的齒數(shù)比不是整數(shù)。 考慮到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應該選用較小的齒寬。從提高低檔齒 輪的抗彎強度出發(fā)，不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強度著眼，應選用較大螺旋角。 同步 器和嚙合套的接合齒多采用漸開線齒，取值范圍為： 轎車及輕型、中型貨車為 2～ ； 重型貨車為 ～ 5。少數(shù)情況下汽車變速器各檔齒輪均選用相同的模數(shù)。當變速器工作時，軸除了傳遞轉(zhuǎn)矩外，還承受來自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪還有軸向力。對轎車取 ～ ；對貨車取 ～ ；對多檔主變速器，取 ～ 11； 1maxT —— 變速器處于 1 檔時的輸出轉(zhuǎn)矩， 1max max 1e g gT T i ?? ； 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 25 maxeT —— 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩， 145N?m； 1gi—— 變速器的 1 檔傳動比； g?—— 變速器的傳動效率，取 。 考慮實際傳動比還需要根據(jù)齒數(shù)調(diào)整，故 此處初步設計的傳動比為i1=,i2=,i3=,i4=,i5=， i 倒 ＝ 。 )； r —— 驅(qū)動車輪的半徑， ； maxeT —— 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩， 145Nm? ； 0i —— 主減速器傳動比， ； T? —— 汽車傳動系的傳動效率， (2) 根據(jù)驅(qū)動輪與地面的附著力確定一檔傳動比 汽車行駛時，為了使驅(qū)動輪不打滑，必須使驅(qū)動力等于或小于驅(qū)動輪與路面間的附著力。裝載質(zhì)量在 2～ 5檔變速器，裝載質(zhì)量在 4～8T 的貨車采用 6 檔變速器。 圖 SJ 變速器輸入軸分解圖 ； ； ； ； ； 器套管； ； ； ； 10. 五檔齒輪滾針軸承內(nèi)圈； ； ； ； ； 內(nèi)圈； ； ； ； ； 20.上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 21 鎖環(huán)； ／四檔同步器； ； ； ；； 圖 SJ 變速器輸出軸分解圖 ； ； ； ； ； 承支座； 7. 輸出軸內(nèi)后軸承； ； ； 軸承內(nèi)圈； ； ／二 檔同步器； ； ； 15.二檔齒輪滾針軸承； ； ； ； ； 軸承； ； ； 變速器主要參數(shù)的設計 確定了變速器的主要結(jié)構(gòu)之后，需要按照設計的要求，確定變速器的主要參數(shù)，以達到設計的要求。 輸入軸通過一個滾針軸承和球軸承固定在變速器殼體上，輸入軸三、四、五檔齒輪通過滾子軸承松套在輸入軸上，三 /四檔同步器 5 通過花鍵與輸入軸相連。 變速器輸出軸的常嚙合齒輪與輸出軸之間采用滾針軸承，也有用滑動軸套的。 倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸。 輸入軸通常與齒輪做成一體，其長度決定離合器總成的軸向尺寸。 (6)倒檔傳動路線 為了實現(xiàn)汽車倒駛，在變速器輸入軸和輸出軸之間，安裝了一根倒檔軸，支承在變速器后殼體上。四檔傳動比為輸出軸四檔齒輪 14 的齒數(shù) /輸入軸四檔齒輪2 的齒數(shù)。若需脫開一檔，通過撥動換檔撥叉，使同步器 11 的接合套左移，與輸出軸一檔齒輪 10 的外齒圈分離，變速器退回到空檔位置。 傳動路線的確定 傳動路線的設計應首先考慮軸的受力情況，再根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)形式來進行布置。其缺 點是：除直接檔外其他各檔的傳動效率有所降低。 表 SJ汽車變速器的設計原始參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 發(fā)動機功率 (P) 66KW 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速（ n） 5600r/min 發(fā)動機最大扭矩（ maxeT ） 145 mN? (n=3500r/min) 主減速器傳動比（ 0i ） 整車總質(zhì)量（ m） 1360kg 車輪半徑 (r) 最大爬坡度（ maxi ） 30% (176。 (3)低噪聲化 在汽車的諸多噪聲源中，傳動系的噪聲僅次于發(fā)動機和排氣系統(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。 減小汽車變速器的 質(zhì) 量因此也成為了現(xiàn)代變速器的設計趨勢 。 由齒輪傳動的原理可知，一對齒輪嚙合傳動時，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，就是說齒輪傳動的轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速成反比。這樣就構(gòu)成了多個不同的檔位 。主動輪 (即輸入軸 )轉(zhuǎn)速與從動輪 (即輸出軸 )轉(zhuǎn)速之比值稱為傳動比。 ： (1)強制操縱式變速器 ： 是靠駕駛員直接操縱變速桿 進行 換檔。 ： (1)有級式變速器 ： 是目前使用最廣的一種。同時也使設計者從大量的 、 繁瑣 的、 重復的計算工作中解脫出來，使之有更多的精力從事創(chuàng)造性的工作，并可大大縮短設計周期，提高設計效率。因此在汽車開發(fā)過程中，進一步使用各種先進的技術(shù)和理論方法，使設計過程自動化，以滿足產(chǎn)品設計的需要就顯得十分重要了。奔馳和戈特利布178。上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 1 提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有 摘 要 傳統(tǒng)的汽車變速器設計是由經(jīng)驗豐富的設計人員按經(jīng)驗公式來確定變速器的關(guān)鍵尺寸 ,這樣 設計的變速器往往結(jié)構(gòu)笨重、傳動效率不高、且材料的運用過于保守。戴姆勒就是塵封于汽車工業(yè)史上的兩個偉大的名字。 汽車變速器是完成傳動系任務的重要部件，也是決定汽車整車性能的上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 4 主要部件之一， 開展汽車變速器的優(yōu)化設計，對提高汽車的整車性能和設計質(zhì)量無疑有著重要的意義。 所以，采用優(yōu)化設計的方法進行汽車變速器的設計是十分必要的。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。 (2)自動操縱式變速器 ： 其傳動比選擇和換檔是自動進行的，所謂“自動”，是指機械變速器每個檔位的變換是借助反映發(fā)動機負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。用字母 i12表示。 對應于不同的檔位， 均有不同的傳動比值，從而可得到多種不同的輸出轉(zhuǎn)速。設主動輪的轉(zhuǎn)速為 n1，轉(zhuǎn)矩為 M1,；從動輪的轉(zhuǎn)速為 n2，轉(zhuǎn)矩為 M2,即 : 1221nM? ? ??? ???? ??? ???? ??? ???? ??? ??? () 由于， 112 2ni n? 所以： 2121Mi M? ? ??? ???? ??? ???? ??? ???? ??? ??? () 由此可見，齒輪式變速器在改變轉(zhuǎn)速的同時也改變了 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 輸出轉(zhuǎn)速升高 時 ，輸出轉(zhuǎn)矩減小。 鋁、鎂合金具有比強度高、比重小等諸多優(yōu)點，是實現(xiàn)輕量化較為理想的材料 ， 目前已經(jīng)廣泛應用于變速器殼體、離合器殼體、操縱蓋以及換檔撥叉等零件。 幾十年來，人們對齒輪的低噪聲化進行 了大量的研究工作，取得了明顯的成效。 ) 傳動系機械效率 ( T? ） 變速器傳動方案的確定 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 12 軸數(shù)的選擇 手動變速器與自動變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，因此在各種類型的汽車上 均得到了廣泛的應用。 兩軸式變速器與三軸式變速器相比，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動效率高、噪聲低。圖 為設計的 SJ 變速器的傳動方案簡圖。 圖 SJ 五檔機械變速器的傳動路線 ； ； ／四檔同步器； ； 檔齒輪； ； ； ； ；； ／二檔同步器； ； ；； ； （僅見于圖 ）； 輪； 上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 15 (2)二檔傳動路線 如圖 所示，操縱變速桿，通過撥叉機構(gòu)撥動一 /二檔換檔撥叉，使一 /二檔同步器 11 的接合套左移，與輸出軸二檔齒輪 12 的外齒圈嚙合，動力便 可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸二檔齒輪 輸出軸二檔齒輪 12 和一 /二檔同步器 11 傳給輸出軸 15 輸出。四檔脫開方式，與一檔類似。如圖 所示，操縱變速桿，通過倒檔撥 叉撥動第 2 倒檔齒輪，帶動倒檔軸右移 ,使輸入軸上的第 1 倒檔齒輪燈通過倒檔軸上的第 2 倒檔齒輪與輸出軸上的第 3 倒檔齒輪 18 嚙合，動力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸上的第 1倒檔齒輪 17,倒檔軸上的第 2倒檔齒輪和輸出軸上的第 3 倒檔齒輪 18 傳給輸出軸 15 輸出。輸入軸的花鍵尺寸與離合器從動盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮，采用齒側(cè)定心的矩形花鍵，鍵齒之間為動配合。 軸承型式 變速器采用滾動軸承，即向心球軸承、向心短圓柱滾子軸承、滾針軸承以及圓錐滾子軸承。前者與后者相比，具有定位精度高 ， 有利于齒輪嚙合 、 傳動效率高等一系列 的 優(yōu)點，但對配合處的尺寸精度、表面粗糙度及硬度都要求很嚴，且配合要適宜。五檔同步器與輸入軸五檔齒輪相連，通過軸承松套在輸入軸上，五檔接合齒套與輸入軸制成一體。 檔數(shù) 增加變速器的檔數(shù)能改善汽車的動力性和經(jīng)濟性。多檔變速器多用于重型貨車和越野車。 max 1 0e g t ZrT i i Fr ? ?? ?????? ? ??????????????????（ ） 求得的變速器 1 檔傳動比為： 1 m ax 0 etFri Ti?????????????? ? ?????? ???????（ ） 式中 ZF —— 驅(qū)動輪上法向反作用力， 9395N； ? —— 道路的附著系數(shù)， ? = (3) 其它各檔傳動比的確定 五檔式變速器中第四檔為直接檔，傳動比為 1。 中心距 A 對于兩軸式變速器 ,輸 入軸與輸出軸之間的距離稱為變速器中心距。 初選中心距也可以由發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩按下式直接求出： 33 m a x 1 4 .5 1 4 5 7 6A e eA K T m m? ? ? ? ?????? ? ??????????（ ） 式中 AeK —— 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩直接求中心距時的中心距系數(shù)，對轎車取 ～ ，對貨車取 ～ 。在這些力 的作上海工程技術(shù)大 學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車變速器的設計與優(yōu)化 26 用下，變速器軸必須有足夠的強度和剛度。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒輪。 出于工藝考慮，模數(shù)應盡量統(tǒng)一。 斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用： 轎車變速器： 兩軸式變速器為 20176。減少齒寬會使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點被削弱，還會使工作應力增加。 按前文所述，先初選模數(shù)： 1 ?