【文章內(nèi)容簡介】 %,美國將達到35%,不過在這當中 ,AMT 和 CVT 將要擠占部分份額。 進入 80 年代 ,五十鈴、伊頓、 ZF 等公司研制電子控制機械自動變速器并裝車成功后 ,福特公司、大眾公司、菲亞特公司、雷諾公司和豐田公司等也相繼開展 AMT 的研究和開發(fā)。 1995 年本田的部分 Civic 轎車裝用了 AMT。 1996 年寶馬 M3 轎車所采用的“ M 序列式變速器”就是在原來的 M3 型 6 檔手動機械變速器基礎(chǔ)上作了大幅度的改進 ,以全新的電液控制系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的機械式變速器的操縱系統(tǒng) ,并可選擇自動變速和手動變速兩種模式。 ZF 公司也推出了其電控機械自動變速 器新產(chǎn)品 —— ASTRONIC 系列。由于機械式自動變速器是采用現(xiàn)代電子技術(shù)改造傳統(tǒng)手動變速器而得到的 ,其研究時的一個初衷就是考慮機械變速器部分可以借用原有的結(jié)構(gòu) ,因而新增生產(chǎn)設(shè)備較少。但這也限制了為改善自動變速器性能所要求的一些結(jié)構(gòu)上的變化。 據(jù)統(tǒng)計 ,截至 1996 年底 ,裝備金屬帶式 CVT 的轎車就已達 120 多萬輛。最近 ,日本本田汽車公司和荷蘭的 VDT(Van Doorne39。 s Transmissie .)變速器公司共同研制的新型無級變速器已裝備在了本田 1996Civic HX 型轎車上。日產(chǎn)汽車公司原定在 21 世紀進入 CVT 的實用化階段 ,但因該公司近幾年經(jīng)營情況不理想 ,為有利于搶占市場 ,現(xiàn)已明顯加快了 CVT 實用化步伐 ,電子控制的哈依帕CVT 已裝在藍鳥等排量 2L 的轎車上。據(jù)統(tǒng)計 ,目前裝有 CVT 的轎車約 120 萬輛 ,發(fā)動機排量大多在 ~。預(yù)計隨時間增加 ,無級變速器的裝車率 ,日本將達到 15%,而美國將達到 38%。這主要集中在中小排量的轎車上 ,用于大功率傳遞時仍有一些問題需要解決。另外 ,美國一些高校的研究機構(gòu)以及裝備液力自動變速器量最大的通用汽車公司也正在加緊 CVT 的研制和試裝車。由此可看出 4 國外汽車企業(yè)對 CVT的態(tài)度已由舉棋不定轉(zhuǎn)向了加速發(fā)展 [3]。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國從 60 年代起 ,就在“紅旗” 770 轎車上使用了具有 2 個前進檔的液力自動變速器 ,1975 年又研制出具有 3 個前進檔的 CA774 液力自動變速器。 80 年代初 ,老“紅旗”轎車因油耗高而停止生產(chǎn)。油耗高的原因除液力自動變速器效率問題外 ,更主要的要歸因于其高達 排量的發(fā)動機。 此外 ,除在部分軍用車輛上使用了液力自動變速器外 ,國內(nèi)汽車行業(yè)幾乎與自動變速器無緣。甚至有人認為 ,中國在 20xx 年以前不需要自動變速器。 隨著中國的改革開放 ,大量國外轎車進 入我國市場 ,其中許多中高檔轎車是帶有自動變速器的 ,而其類別幾乎全部是液力自動變速器。這也使一大批汽車修理企業(yè)對液力自動變速器的維修變得十分熟悉。 由于對自動變速器良好性能的逐漸認識 ,用戶的需求量越來越大 ,使國內(nèi)汽車企業(yè)加快了自動變速器的發(fā)展步伐。 1998 年 ,一汽大眾公司生產(chǎn)的“捷達王”已將自動變速器列為選裝件。神龍汽車公司也在其“富康” 的車型上推出了電控式液力自動變速器。上海通用汽車公司在所生產(chǎn)的別克“世紀”轎車上裝備了目前最為先進的一種液力自動變速器 —— 4T65E型四檔電控自動變速驅(qū)動橋。而廣州本 田“雅閣”轎車 ,自動變速器幾乎是標準配置。因此 ,在國產(chǎn)車上選裝液力自動變速器已成為必然之勢。 從研究與生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看 ,CA770 液力自動變速器生產(chǎn)過近 20xx 臺 ,加之工程機械、軍用車輛采用動力換檔的行星齒輪變速器已有很多年的歷史 ,近幾年 ,國內(nèi)也為大功率車輛研制成功電控自動變速器 ,因此可以說 ,在液力自動變速器的研究、生產(chǎn)以及修理方面均有一定的基礎(chǔ)。但目前國產(chǎn)轎車所裝用的液力自動變速器全部都依靠進口。不過通用汽車公司在上海的合資企業(yè)已開始試生產(chǎn)4T65E 型四檔電控自動變速驅(qū)動橋。當然 ,完全國產(chǎn)化還有一段路要走。 在電子控制機械式自動變速器方面 ,國內(nèi)有關(guān)部門也正在進行研究，目前已生產(chǎn)出樣機。 至于機械式無級變速器 ,早在十年前 ,國內(nèi)就有高校購買過國外樣機作分析研究 ,但苦于經(jīng)費問題 ,無法深入進行。近一兩年一些高校才又開始重新起步。根據(jù)國外目前 CVT 應(yīng)用的趨勢和所做的預(yù)測 ,CVT 可能是小功率 (發(fā)動機排量2L 以下 )液力自動變速器最有威脅的挑戰(zhàn)者 ,國內(nèi)市場前景不容忽視。但要想完全依靠國內(nèi)自己的力量做成實用的 CVT,既不現(xiàn)實 ,時間上也不允許。走技術(shù)引進的道路是一條捷徑。 按照我國汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的規(guī)劃 ,到 20xx 年我國轎車產(chǎn)量將 達 400 萬輛 , 5 不過這個目標可能過于樂觀。屆時年產(chǎn) 200 萬輛轎車是完全有可能的 ,而由于大量非職業(yè)駕駛?cè)藛T的出現(xiàn)和對汽車性能要求的提高 ,裝備自動變速器的至少占10%,再加上部分大客車也采用自動變速器 ,對自動變速器的需求量將在 20 萬臺以上 ,這對于我國的汽車工業(yè)而言 ,將是一個極好的機遇 ,同時也是一場新的挑戰(zhàn)[4]。 汽車變速器設(shè)計的目的和意義 21 世紀，汽車工業(yè)成為中國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車企業(yè)對各系統(tǒng)部件的設(shè)計需求旺盛。其實，汽車與人一樣，也有著整套健康系統(tǒng)的有機結(jié)合體。發(fā)動機是心臟，車輪、底盤與懸掛 是軀干和四肢，然而鏈接他們的，是類似于人體經(jīng)脈的變速器系統(tǒng)。如果汽車喪失了變速器這個中心環(huán)節(jié)，心臟、四肢、與軀干再好，汽車也只能如同植物人般成為廢鐵一堆！可以說，變速器是伴隨著汽車工業(yè)出現(xiàn)的必然產(chǎn)物，是汽車上的必需品。在完成了最基本的傳動功能之外，我們對變速器的要求也越來越高，這是變速箱演變過程的首要催產(chǎn)素。由此可見，對汽車的變速器進行研究具有十分重要的意義。 變速器是汽車的重要部件之一，主要實現(xiàn)汽車在行進過程中變速及倒車功能。通過改變傳動比，改變發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)拒，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驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。變速器的好壞還體現(xiàn)在擋位區(qū)間是否清晰、換擋是否平順。道理很簡單，一個擋位模糊、換擋艱澀的變速器是不會為汽車帶來流暢的動力分配也不會為駕駛者帶來愜意的駕駛樂趣的。因此變速器的設(shè)計對汽車性能至關(guān)重要。變速器組成零件較多，零件之間的裝配關(guān)系相當復(fù)雜。對于車輛工程專業(yè)的本科學(xué)生，通過本畢業(yè)設(shè)計可以充分復(fù)習(xí)所學(xué)知識，并能提高計算機及軟件使用水平，為以后的工作打下堅實基礎(chǔ) [5]。 汽車變速器用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(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，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時是發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。通過對?？怂? 轎車變速器的設(shè)計，讓我充分了解變速器的構(gòu)造和設(shè)計過程，鍛煉我的動手能力、獨立思考能力和繪圖能力。 汽車變速器的設(shè)計方法和研究內(nèi)容 在本次設(shè)計中，由于是對傳統(tǒng)的變速器進行改進型設(shè)計，在設(shè)計中參考其他福克斯轎車的變速器，采用了鎖環(huán)式同步器的換擋方式。 在設(shè)計中，我除了對汽車變速器的結(jié)構(gòu)進行了合理的布置外，還運用了材料 6 力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計等知識，對變速器的重要零件 — 軸和齒輪進行受力分析，強度、剛度的校核 ，以及為這些零件選擇合理的工程材料和熱處理方法，同時也為變速器選擇合理的同步器和操縱機構(gòu) [6]。 在設(shè)計的初期，我上網(wǎng)尋找變速器的相關(guān)資料，尤其是變速器的各部件的功用；在設(shè)計的第二階段，通過參考其他車型的的變速器，對變速器 進行整體結(jié)構(gòu)布置，校核軸和齒輪的強度、剛度，選擇材料 ；在第三階段的主要任務(wù)是繪制變速器的裝配圖和重要的零件圖，確定個零件的精度等級及其它參數(shù)；最后，是對整體論文的編寫整理整個設(shè)計過程中的各種資料，以及對前期設(shè)計中的錯誤做出修改。 本次設(shè)計主要是依據(jù)參考?？怂罐I車的參數(shù)，通過對變速器各部分參 數(shù)的選擇和計算，設(shè)計出一種基本符合要求的手動 5 擋變速器。本文主要完成下面一些主要工作： （ 1）參數(shù)計算。包括變速器傳動比計算、中心距計算、齒輪參數(shù)計算、各檔齒輪齒數(shù)的分配； （ 2）變速器齒輪設(shè)計計算。變速器齒輪尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及校核 ；計算各軸的 尺寸計算及校核 ；齒輪強度計算及檢驗； （ 3）變速器 軸設(shè)計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸的強度計算 ； （ 4）變速器軸承的選擇及校核； （ 5）同步器的設(shè)計選用和參數(shù)選擇 ； （ 6）變速器操縱機構(gòu)的設(shè)計選用； （ 7）變速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 7 第 2 章 變速器主要參數(shù)的選擇 變速器檔數(shù) 及各檔傳動比 變速器檔數(shù) 的確定 對不同類型的汽車，具有不同的傳動系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同。而傳動系的檔位數(shù)的多少對汽車動力性、經(jīng)濟性影響很大。檔數(shù)多，可以使發(fā)動機經(jīng)常在最大功率附近的轉(zhuǎn)速工作，而且發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍小，發(fā)動機平均功率高，故可提高汽車的動力性。即提高汽車的加速能力和爬坡能力。檔數(shù)多也增加了發(fā)動機在低油耗區(qū)工作的可能性，因而提高了汽車的燃料經(jīng)濟性。檔數(shù)多少還 影響相鄰的低檔與高檔間傳動比的比值。檔數(shù)多，則此比值小，換檔容易。相鄰的低檔與高檔間傳動比的比值不應(yīng)大于 ，而且高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。檔數(shù)多的缺點是使變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量增大、操縱不輕便等 [7]。 近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用4～ 6 個檔位的變速器。發(fā)動機排量大的乘用車變速器多用 5個檔。商用車變速器采用 4～ 5個檔或多檔。總質(zhì)量 以下的貨車多采用四檔變速器，總質(zhì)量 ～ 的貨車多采用五檔變速器。本次設(shè)計采用 5檔變 速器。 主要技術(shù)參數(shù) 排量 車重 1360Kg(空載 ) 滿載 1360+65 4=1620Kg 發(fā)動機最大功率 104/5500KW/rpm 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 180/輪胎規(guī)格 195/65R15 長寬高 4342 1840 1500mm 主減速比的確定 () 式中 : au —— 汽車行駛速度 （ km/h）； n —— 發(fā)動機轉(zhuǎn)速 （ r/min）； 0 iirnuga? 8 r —— 車輪滾動半徑 （ m）； gi —— 變速器傳動比 ； 0i —— 主減速器傳動比。 () 式中 : emaxT —— 發(fā)動機最大扭矩（ Nm）； maxeP —— 發(fā)動機最大功率（ Kw）； pn —— 發(fā)動機最大功率轉(zhuǎn)速（ r/min） ? —— 轉(zhuǎn)矩適 應(yīng)系數(shù) ? =～ () 式中： Tn —— 發(fā)動機最大扭矩轉(zhuǎn)速 已知：最高車速 maxau = maxav =185km/h；最高檔為直接檔，傳 動比 5gi =1；車輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格 195/65R15 得到 r =(m)；發(fā)動機最大扭矩轉(zhuǎn)速Tn =4000 (r/min)；轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù) ? =～ ；發(fā)動機轉(zhuǎn)速 n = pn =5500（ r/min） ；由公式（ ）得到主減速器傳動比： 變速器一檔傳動比的確定 在選擇最低檔傳動比時，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動車輪和地面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動車輪的滾動半徑等來綜合考慮來確定。 汽車行駛方程式 () 汽車爬坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有： penP m a xe m a x 9 5 49T ??～?Tpnn58 5 55 ?????? ag ui nridtdumGiuACGfr iiT aDTg ?? ???? 20e m a x 9 () 一般貨車的最大爬坡度約為 30%，即 =176。則由最大爬坡度要求的變速器 1擋傳動比為： () 式中： m ——汽車總質(zhì)量， 1620?m Kg； g ——重力加速度 ， ?g m/s178。； f ——滾動阻力系數(shù)， ?f ；