【正文】 、齒輪最小不根切齒數(shù)、 模數(shù)、螺旋角、齒寬等作為約束條件，基于 MATLAB優(yōu)化工具箱的計(jì)算方法，建立優(yōu)化模型，對(duì) SJ汽車變速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 10 圖 21 SJ五檔機(jī)械變速器傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 ； ； ； ； ；； ； ； ； ； 齒輪； ； ； ； 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 11 第 3章 SJ 汽車變速器優(yōu)化 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 12 第 5章 結(jié) 論 在本 次 SJ變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中，首先按照設(shè)計(jì)要求確定變速器的軸數(shù)、倒檔型式以及傳動(dòng)方案，然后對(duì)變速器的主要零部件的型式進(jìn)行確定（包括齒輪、軸承、換檔型式等），并按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法初步設(shè)計(jì)其技術(shù)參數(shù)，完成變速器操縱機(jī)構(gòu)和殼體的設(shè)計(jì)。當(dāng)離合器接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳至輸入軸，帶動(dòng)三 /四檔同步器、二檔、一檔、倒檔主動(dòng)齒輪和五檔接合套一起旋轉(zhuǎn)，二檔和一檔從動(dòng)齒輪繞輸出軸空轉(zhuǎn)。 傳動(dòng)路線的確定 傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)應(yīng)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(lái)進(jìn)行布置。 倒檔型式的選擇 為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，采用在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，進(jìn)行倒檔的動(dòng)力傳遞。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪 (直齒圓柱齒輪 )外，其他檔位均采用常嚙合齒輪 (斜齒圓柱齒輪 )傳動(dòng)。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的布置，因?yàn)檫@種布置使汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車的質(zhì)量減少 6％～ l0％。其缺點(diǎn)是：除 直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低。其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。將第一、二軸直接連接起來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。其中兩軸式和三軸式變速器在手動(dòng)式變速器中得到了最廣泛的應(yīng)用。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 8 表 21 SJ汽車變速器的設(shè)計(jì)原始參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 (P) 66KW 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速（ n） 5600r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（ maxeT ） 145 mN? (n=3500r/min) 主減速器傳動(dòng)比（ 0i ） 整車總質(zhì)量（ m） 1360kg 車輪半徑 (r) 最大爬坡度（ maxi ） 30% (176。為保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求： (1)變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，必須與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性； (2)設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行駛； (3)操縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力； (4)傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲； (5)體積 小、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； (6)制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)； (7)貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； (8)需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 7 第 2 章 SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì) 變速器的設(shè)計(jì)要求 汽車變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵總成，其主要的功能是改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速， 以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同需求。在齒輪參數(shù)的降噪設(shè)計(jì)中，通過(guò)提高齒輪重合度來(lái)降低高速檔齒輪的噪聲，小模數(shù)、小壓力角、大齒高的齒輪設(shè)計(jì)已成為潮流；許多公司為此開(kāi)發(fā)了專門的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序。 (3)低噪聲化 在汽車的諸多噪聲源中，傳動(dòng)系的噪聲僅次于發(fā)動(dòng)機(jī)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。 (2)多檔化 通常 5檔變速器最小速比 (超 速檔時(shí) )為 ，最大速比的增加可提高汽車的加速性能，當(dāng)檔位數(shù)大于 6或 1檔速比大于 4時(shí)，對(duì)加速性能的提高作用已不明顯；檔位數(shù)和速比范圍對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響：通常 5檔變速器的最大速比 (1檔時(shí) )取，增加速比可提高燃油經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)檔位數(shù)大于 6或最小速比低于 ，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性提高影響很小。早在 1938年，德國(guó)大眾第一次對(duì)甲殼蟲(chóng)轎車的變速器殼體使用鎂合金材料； 1972年奧迪在 014型手動(dòng)變速器的殼體采用鎂合金材料。鎂合金的密度為 ，是鋁合金的 2/3，不足鋼的 1/4，是實(shí)際應(yīng)用的材料中最輕的合金。 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(shè)計(jì)趨勢(shì)。試驗(yàn)表明：汽車質(zhì)量降低 1％ ，油耗可降低 ％。但歸根結(jié)底，現(xiàn)代汽車變速器技術(shù)的主要設(shè)計(jì)趨勢(shì)是：小型輕量化、多檔化、低噪聲化。汽車變速器就是利用這一原理，通過(guò)改變各檔的傳動(dòng)比來(lái)改變輸出轉(zhuǎn)速，從而改變其輸出轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)汽車行駛阻力的變化。 由齒輪傳動(dòng)的原理可知，一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，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(shuō)齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速成反比。反之稱為減檔（或降檔 )。傳動(dòng)比值 i＞ 1 的檔位稱為降速檔，即其輸出軸轉(zhuǎn)速低于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而且傳動(dòng)比越大則輸出轉(zhuǎn)速越低； i＝ 1的檔位稱為直接檔，即其輸出軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相等； i＜ 1的檔位稱為超速檔，即其輸出軸長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 5 轉(zhuǎn)速超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 一般轎車和輕、中型客貨車輛的變速器通常有 3～ 6 個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔。這樣就構(gòu)成了多個(gè)不同的檔位。從而得到一種輸出轉(zhuǎn)速，并構(gòu)成一個(gè)檔位。這就是齒輪傳動(dòng)的變速原理。即 : 121221nZi ?? ?????? ?? ??? ??? ???? ??? ??? () 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 4 因而 , 1212ZnnZ?? ? ??? ???? ??? ???? ? ?? ?? ? ??? ? () 如圖 。主動(dòng)輪 (即輸入軸 )轉(zhuǎn)速與從動(dòng)輪 (即輸出軸 )轉(zhuǎn)速之比值稱為傳動(dòng)比。而且兩齒輪的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。 齒輪變速器的變速原理 一個(gè)普通的齒輪式變速器是利用不同齒數(shù)的齒輪嚙合傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩改變的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。 ： (1)強(qiáng)制操縱式變速器：是靠駕駛員直接操縱變速桿進(jìn)行換檔。動(dòng)液式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)部件為液力變矩器。 (2)無(wú)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(wú)限多級(jí)變化，常見(jiàn)的有電力式和液力式 (動(dòng)液式 )兩種。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器 (普通變速器 )和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器 (行星齒輪變速器 )兩種。 ： (1)有級(jí)式變速器：是目前使用最廣的一種。其主要功用為： (A)改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪扭矩和轉(zhuǎn)速變化范圍，以適應(yīng)各種行駛條件，并使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作； (B)在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒向行駛； (C)利用空檔，中斷動(dòng)力傳遞，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠迅速起動(dòng)，保持怠速、并 便于發(fā)動(dòng)機(jī)的換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。這就需要在汽車的傳動(dòng)系中設(shè)置一個(gè)能夠改變發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的裝置，從而適應(yīng)汽車經(jīng)常變化的行駛條件，使汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 SJ 汽車變速器介紹 現(xiàn)代汽車通常采用活塞式內(nèi)燃機(jī)， 其特點(diǎn)是扭矩變化范圍比較小。同時(shí)也使設(shè)計(jì)者從大量的、 繁瑣的、重復(fù)的計(jì)算工作中解脫出來(lái)，使之有更多的精力從事創(chuàng)造性的工作，并可大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。因而采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法進(jìn)行變速器設(shè)計(jì)已不能滿足汽車發(fā)展的客觀需要。在這種情況下，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，不但要滿足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 2 輕、傳動(dòng)效率高、工作可靠、壽命長(zhǎng)、噪音低等等。 目前從國(guó)內(nèi)來(lái)看，大部分的汽車采用的還是手動(dòng)換檔的機(jī)械式變速器，其設(shè)計(jì)和一些主要參數(shù)選擇的方法卻依然沿襲傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 —— 經(jīng)驗(yàn)類比法。因此在汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中，進(jìn)一步使用各種先進(jìn)的技術(shù)和理論方法，使設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化，以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要就顯得十分重要了。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車保有量迅猛增長(zhǎng)，同時(shí)也對(duì)汽車的性能和質(zhì)量提出了更高的要求。這兩位同一國(guó)家，但素不相識(shí)的人，幾乎同時(shí)發(fā)明了汽車，自此使人類跨入了汽車的時(shí)代。1886年，德國(guó)人奔馳自行設(shè)計(jì)了四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，并將其安裝在一輛皮帶傳動(dòng)的三輪車上，然后成功的驅(qū)動(dòng)了它。奔馳和戈特利布 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論 ................................................................................................ 32 優(yōu)化軟件介紹 ................................................................................................ 36 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 1 第 1 章 緒 論 SJ 汽車變速器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 隨著時(shí)間的流逝，昔日的輝煌漸漸落下了塵埃；當(dāng)輕輕的撣去歲月留下的痕跡，閃露的就是歷史的光華 。 變速器的操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................ 25 變速器殼體的設(shè)計(jì) ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 變速器傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)的確定 ........................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 結(jié)果表明：采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以縮短設(shè)計(jì)周期、減輕質(zhì)量和降低成本 ，這是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法所不具備的，因此這種優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法是具有可行性的。 本文以 SJ汽車變速器為例，首先通過(guò)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法對(duì)變速器的結(jié)構(gòu)及具體參數(shù)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后通過(guò) MATLAB優(yōu)化工具箱中的最優(yōu)化函數(shù)來(lái)重新校驗(yàn)變速器的設(shè)計(jì)。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文 姓