【正文】 ） 式中 ?K —— 應(yīng)力集中系數(shù)，斜齒齒輪取 1. 5； ? —— 斜齒齒輪螺旋角； cK —— 齒寬系數(shù)，斜齒齒輪取 ～ ； ?K —— 重合度影響系數(shù)，取 2； y —— 齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)按 3/ cosnZZ ?? 查詢； w? —— 輪齒彎曲應(yīng)力，轎車變速器斜齒齒輪取 350~180][ ?w? MPa，貨車變速器斜齒齒輪取 250~100][ ?w? MPa?！?34176。 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 31 直接操縱 式 是最簡單的操縱方案，在各種類型的汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。 SJ 變速器殼體的 具體結(jié)構(gòu)如圖 。在各設(shè)計步驟中仍考慮傳統(tǒng)設(shè)計的一般性原則。另一部分參數(shù)則是需要優(yōu)選的參數(shù)，它們的數(shù)值在優(yōu)化設(shè)計過程中是變化的，這類參數(shù)稱為設(shè)計變量，它們相當(dāng)于數(shù)學(xué)上的獨立自變量。多目標問題的求解，較為簡單的方法是采用線性加權(quán)的和的形式將多目標問題轉(zhuǎn)為一個單目標問題求解，或?qū)⒁恍┠繕宿D(zhuǎn)為約束函數(shù)。在約束邊界上的點叫做極限設(shè)計點或邊界點，此時這個邊界所代表的約束叫做適時約束或起作用約束。MATLAB是由美國 MathWorks公司自 20世紀 80 年代中期推出的數(shù)學(xué)軟件，優(yōu)秀的數(shù)值計算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力使其很快在數(shù)學(xué)軟件中脫穎而出。如傳動比，它不但影響所設(shè)計的變速器性能及換檔的方便性，而且直接影響到整車的動力性與經(jīng)濟性，所以在設(shè)計時首先要給予保證。 所以，這里以變速器體積最小作為 優(yōu)化 目標。顯然 ， 通常總是期望獲得全域最優(yōu)解，但一般情況下是很難斷定所得的一個解就是全域最優(yōu)解。一個優(yōu)化設(shè)計問題的所有不等式約束的邊界將組成一個復(fù)合約束邊界，復(fù)合邊界內(nèi)的區(qū)域是滿足所有不等式約束條件的部分，在這個區(qū)域中所選擇的設(shè)計變量是允許采用的。 在工程設(shè)計問題中，設(shè)計所追求的目標可能是各式各樣的，當(dāng)目標函數(shù)只包含一項設(shè)計指標極小化時，稱它為單目標設(shè)計問題。完整的規(guī)格化了的數(shù)學(xué)模型，包含三個內(nèi)容，即數(shù)學(xué)模型三要素，它們是設(shè)計變量，目標函 數(shù)，約束函數(shù)。現(xiàn)在人們已在數(shù)學(xué)理論的指導(dǎo)下，采用科學(xué)的方法，進行現(xiàn)代設(shè)計。注油孔的位置應(yīng)設(shè)計在潤滑油所在平面上，同時利用它作為檢查油面高度的檢查孔 。 調(diào)整螺旋角得： 1 ? ? ， 2 ? ? ， 3 ? ? ， 4 ? ? ， 5 ? ? ； 齒數(shù)得： Z1=31， Z2＝ 30， Z3＝ 24， Z4＝ 38， Z5＝ 17， Z6＝ 39， Z7＝ 12，Z8＝ 45， Z9＝ 33， Z10＝ 27； 修正后各檔傳動比初定為： i1=， i2=， i3=， i4=，i5= 變速器的操縱機構(gòu)設(shè)計 變速器操縱機構(gòu)由變速桿、撥叉軸、撥叉、自鎖與互鎖裝置、倒檔安全裝置等組 成 ?！?30176。由于工藝上的原因，同一變速器的接合齒模數(shù)相同。 轎車變速器的中心距在 65～ 80mm 變化范圍，貨車的變速器中心距在80～ 170mm范圍內(nèi)變化。第五檔為超速檔一般取 。但檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使尺寸輪廓和質(zhì)量加大。 為增強汽車變速器 的 承載能力，使其具有更高的可靠性、更長的壽命和更好的性能，變速器采用圓錐滾子軸承的日益增多。 輸出軸制成階梯式以便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，這也是需要的。四檔 為 直接檔 (傳動比為 1)，在平直良好路面上使用，可實現(xiàn)較高車速。當(dāng)離合器接合時，發(fā)動機的動力傳至輸入軸，帶動三 /四檔同步器、二檔、一檔、倒檔主動齒輪和五檔接合套一起旋轉(zhuǎn)，二檔和一檔從動齒輪繞輸出軸空轉(zhuǎn)。其中兩軸式 和三軸式變速器在手動式變速器中得到了最廣泛的應(yīng)用。鎂合金的密度為 ，是鋁合金的 2/3，不足鋼的 1/4，是實際應(yīng)用的材料中最輕的合金。 一般轎車和輕、中型客貨車輛的變速器通常有 3～ 6個前進檔和一個倒檔。駕 駛員只需操縱加速踏板以控制車速。 1 汽車變速器 概述 現(xiàn)代汽車通常采用活塞式內(nèi)燃機，其特點是扭矩變化范圍 比較 小。 1886 年，德國人奔馳自行設(shè)計了四行程發(fā)動機，并將其安裝在一輛皮帶傳動的三輪車上，然后成功的驅(qū)動了它。 卡爾178。 采用優(yōu)化設(shè)計 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，得到良好的汽車動力性和燃料經(jīng)濟性，使換檔輕便、無沖擊噪聲。 (3)綜合式變速器 是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機械式變速器，其傳動比可在最大指與最小值之間的幾個間斷的范圍內(nèi)上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 6 作無級變化，目前應(yīng)用較多。為了擴大變速器輸出轉(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。所以致力于減輕汽車所有部件的質(zhì) 量成為了汽車設(shè)計的基本準則。 本設(shè)計要求設(shè)計手動齒輪式變速器，變速器應(yīng)用于發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動的轎車上（具體參數(shù)見表 ）。 由于倒檔使用率不高，本設(shè)計采用直齒滑動齒輪方案換入倒檔。 (4) 四檔傳動路線 如圖 所示，操縱變速 桿，通過撥叉機構(gòu)撥動三 /四檔換檔撥叉，使三 /四檔同步器 3的接合套左移，與輸入軸四檔齒輪 2 的外齒圈嚙合，動力便可從輸入軸依次經(jīng)輸入軸四檔齒輪 2和輸出軸四檔齒輪 14 傳給輸出軸 15 輸出。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強度與剛度外，還應(yīng)考慮齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定， 另外 它與加工工藝也有密切關(guān)系。因為它也要承受向外的軸向力。 輸 入 軸和輸 出 軸的具體結(jié)構(gòu)和其上裝配的零件如圖 、 。故有 m a x 1 0 m a x m a x( c o s s in )e g trT i i m g fr ? ???? ????????????????（ ） 則由最大爬坡度要求 得出 的變速器 1檔傳動比 為 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 23 m a x m a x1m a x 0( c o s sin ) 3 .1rgetm g r fi Ti???????????????????????（ ） 式中 m—— 汽車總質(zhì)量 ,1360kg ； g—— 重力加速度； f—— 道路阻力系數(shù) ,； max? —— 要求最大爬坡 ,30%(176。 變速器的中心距 A 可根據(jù)對已有變速器的統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式初選： 3 1maxAA K T? ??????????? ? ??????????????（ ） 式中 AK —— 中心距系數(shù)。 低檔齒輪應(yīng)選大些的模數(shù)，其他檔位選另一種模數(shù)。選斜齒輪的螺旋角，要注意 它 對齒輪工作噪聲 、 齒輪的強度和軸向力的影響。 (6)各檔齒輪齒數(shù)的分配 在初選中心距，齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可更據(jù)變速器的檔數(shù)，傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。變速器的殼壁不應(yīng)該有不利于吸收齒輪振動和噪聲的大平面。這樣設(shè)計出來的變速器盲目性比較大，通常過于保守。 工程設(shè)計問題的優(yōu)化，可以表達為優(yōu)選一組參數(shù)，使其設(shè)計指標達到最佳值，且須滿足一系列對參數(shù)選擇的限制條件。優(yōu)化設(shè)計的目的就是要求所選擇的設(shè)計變量使目標函數(shù)值達到最佳值。 不等式約束及其有關(guān)概念，在優(yōu)化設(shè)計中是相當(dāng)重要的。 約束化設(shè)計問題的最優(yōu)解 優(yōu)化設(shè)計就是求解 n 個設(shè)計變量在滿足約束條件下使目標函數(shù)達到最小值，即 minf(x)= f (x) xR? ??????????????????????（ ） gu(x)≥ 0，（ u=1, 2，??， m） hv(x)＝ 0，（ v＝ 1， 2, ??， p） （ pn） 式中，稱 x 最優(yōu)點，稱 f(x)為最優(yōu)值。 () 4? 176。 另外， 齒輪的螺旋角對齒輪的嚙合性能、齒輪強度 以 及所產(chǎn)生的軸向力大小都有直接影響。 MATLAB 是一個高度集成的軟件系統(tǒng)， 它集科學(xué)與工程計算、圖形可視化、圖像處理、多媒體處理于一身，并提供了實用的 Windows 圖形界面設(shè)計方法，使用戶能設(shè)計出友好的圖形界面。換言之，目標函數(shù)和約束函數(shù)都是設(shè)計問題的性能函數(shù)，只是在數(shù)學(xué)模型中充當(dāng)不同的角色。 上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 40 設(shè)計約束 優(yōu)化設(shè)計不僅要使所選擇方案的設(shè)計指標達到最佳值，同時還必須滿足一些附加的條件，這些附加的設(shè)計條件都是對設(shè)計變量取值的限制，在優(yōu)化設(shè)計中叫做設(shè)計約束。因此，對于一個優(yōu)化設(shè)計問題來說，應(yīng)該恰當(dāng)?shù)卮_定設(shè)計變量的靈敏度。目標函數(shù)是設(shè)計問題所要求的最優(yōu)指標與設(shè)計變量之間的函數(shù)關(guān)系式； (2)采用適當(dāng)?shù)淖?優(yōu)化方法，求解數(shù)學(xué)模型。 變速器的平面裝配圖見論文附件，圖 為 SJ 變速器在汽車上的三維布置效果圖，圖 為 SJ變速器的三維結(jié)構(gòu)效果圖（具體 CAD 設(shè)計過程考慮篇幅長度與側(cè)重點，此處不介紹）。變速器橫向斷面尺寸應(yīng)保證能布置下齒輪，而且設(shè)計時還應(yīng)當(dāng)注意到殼體側(cè)面的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)動齒輪齒頂之間留有 5～ 8mm 的間隙，否則由于增加了潤滑油的液壓阻力，會導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲和使變速器過熱。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(yīng)力增加。 出于工藝考慮，模數(shù)應(yīng)盡量統(tǒng)一。在這些力的作上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 26 用下，變速器軸必須有足夠的 強度和剛度。 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。多檔變速器多用于重型貨車和越野車。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。 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。如圖 ，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。 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(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)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。 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。 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。設(shè)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(dāng) 輸出轉(zhuǎn)速升高 時 ，輸出轉(zhuǎn)矩減小。用字母 i12表示。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。 汽車變速器是完成傳動系任務(wù)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(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 4 主要部件之一，開展汽車變速器的優(yōu)化設(shè)計，對提 高汽車的整車性能和設(shè)計質(zhì)量無疑有著重要的意義。上海工程技術(shù)大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ 汽車變速器的設(shè)計與優(yōu)化 1 摘 要 傳統(tǒng)的汽車變速器設(shè)計是由經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員按經(jīng)驗公式來確定變速器的關(guān)鍵尺寸 ,這樣 設(shè)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。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(shè)計過程自動化，以滿足產(chǎn)品設(shè)計的需要就顯得十分重要了。 ： (1)有級式變速器 ： 是目前使用最廣的一種。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。 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。 (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。其缺點是：除直接檔外其他各檔的傳動 效率有所降低。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。 (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。 倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸。 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、