二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)設計【含12張CAD圖紙、說明書】

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Journal of Automobile Engineering.2013,227 (10):1446-1458.附：文獻綜述文獻綜述從汽車誕生之日起，汽車變速器就在汽車傳動系統(tǒng)中扮演著至關重要的角色。現(xiàn)代汽車廣泛采用活塞式內(nèi)燃機，活塞式內(nèi)燃機提供的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，無法滿足汽車各種復雜的使用條件。為了解決這些矛盾，需要在傳動系統(tǒng)中設置變速器。變速器的作用主要有 3 個方面：（1） 改變傳動速比，增大驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍，以適應運行中經(jīng)常變化的行駛情況；（2） 在發(fā)動機旋向不變的前提下，實現(xiàn)汽車倒車；（3） 利用空擋、切斷動力的傳遞，使發(fā)動機能起動、怠速運行，并便于變速器進行換擋或動力輸出。根據(jù)操作方式的不同，汽車變速器可分為自動變速器和手動變速器，其中自動變速器又有有級變速和無級變速之分。自動變速器是變速器未來的發(fā)展方向，具有非常明顯的優(yōu)勢，可大大減少駕駛?cè)藛T的操作頻率與難度，還能提高乘客的乘坐舒適性。但另一方面，自動變速器制造成本高、維修難度大，且我國自動變速器的相關技術尚不成熟，所以自動變速器仍未能普及，手動變速器仍然處于市場主導地位，占有大部分的市場份額。1. 國內(nèi)變速器的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)手動變速器的技術在國際上較為落后，雖然目前大部分廠商都擁有生產(chǎn)手動變速器的設備和能力，但普遍以 5 擋手動變速器為主，對于 5 擋以上的產(chǎn)品，還得借助一些國外技術進行研究，并且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品或多或少還存在齒輪敲擊嘯叫噪音、換擋性能低下等問題。對于自動變速器，幾乎所有的自主整車企業(yè)都在進行研發(fā)，也有企業(yè)推出了產(chǎn)品，但結(jié)構(gòu)都比較簡單，技術很落后，換擋平順性和經(jīng)濟性都難以滿意要求。國內(nèi)車企研究時間最長的是 4AT，目前也做不出成熟產(chǎn)品。除了布置方案上的技術困難，AT 對于生產(chǎn)設備和工藝控制的要求也是國內(nèi)難以具備的。這些因素同樣體現(xiàn)在構(gòu)造特殊的CVT 上面。而對于 AMT、DCT，最大的技術難點是在于軟體發(fā)展和控制。在制造方面， 部分可以延續(xù)手動變速器的齒軸生產(chǎn)設備，但加工精度仍需要大幅提高。目前國內(nèi)自動變速器基本依靠國際廠商提供產(chǎn)品或者技術，我國的變速器發(fā)展同國際水平差距很大，尚處在初級階段。究其原因有很多方面，其中之一便是自動變速器的關鍵零部件技術被外資企業(yè)壟斷。就國內(nèi)汽車自動變速器行業(yè)而言，國內(nèi)制造的乘用車所用的自動變速器大都來自跨國公司。并且隨著國內(nèi)市場對自動變速器需求量的增加，我國缺乏自動變速器核心技術將日益嚴重。對于 AT、DCT、AMT、CVT 等自動變速器的關鍵技術，國內(nèi)變速器行業(yè)目前面臨的情況是：AT 的研發(fā)技術已經(jīng)被國外公司的技術專利覆蓋，想要再申請這些專利，如果完全靠自己的能力來實現(xiàn)當前技術的突破，既需要提供高昂的研發(fā)費用， 又具有很高的商業(yè)化風險。DCT 的核心技術目前掌握在美國博格華納和德國 LUK 兩家公司手中，LUK 公司既不與中國的企業(yè)合資，也不把變速器的相關技術專利轉(zhuǎn)讓給國內(nèi)變速器廠家。而美國博格華納公司提出的合資條件則十分苛刻，其要求取得合資企業(yè)的主控權(quán)。國內(nèi)企業(yè)想要避開這兩家公司的技術專利，并通過自主研發(fā)在短時間內(nèi)對 DCT 有突破性的成果，其難度很大。國內(nèi) AMT 大多應用在重型貨車上，盡管具有一定的知識產(chǎn)權(quán)，但是 AMT 的 ECU 控制技術受到國外企業(yè)的封鎖，自主開發(fā)進度緩慢。對于 CVT 技術，我國民營企業(yè)獨自研發(fā)的 CVT 不僅進行了 3 萬千米的道路試驗、20 萬千米的臺架試驗，并且實現(xiàn)了無故障運轉(zhuǎn)，但是最終由于資金缺乏無法進行大批量化生產(chǎn)，丟失了技術產(chǎn)業(yè)化的有利時機。由此可見我國變速器產(chǎn)業(yè)的特點是，以自主開發(fā)及生產(chǎn)機械式變速器為主，國內(nèi)汽車用自動變速器主要依賴進口。從中國汽車工程學會針對國內(nèi)所有汽車零部件企業(yè)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的變速器生產(chǎn)企業(yè)均以生產(chǎn)機械式變速器為主，很少發(fā)現(xiàn)有生產(chǎn)自動變速器的公司。雖然國內(nèi)有一些產(chǎn)、學、研機構(gòu)正在潛心研究自動變速器的核心技術，但是研究成果還沒有達到產(chǎn)業(yè)化的地步，自動變速器仍然依靠進口。自動變速器暫時還無法取代機械式變速器在中國變速器市場的主流地位。2. 國外變速器的發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)變速器在全球的使用情況，將全球市場分為北美市場、歐洲市場和日本市場。自動變速器在北美市場使用比較廣泛，手動變速器在歐洲市場占據(jù)較大的比重，而無級變速器卻受到日本人的青睞。在過去的幾年里，歐洲企業(yè)在手動變速器的基礎上，開發(fā)出來了雙離合變速器， 并且依據(jù)已有的生產(chǎn)設備和條件，大批量生產(chǎn)雙離合變速器。在節(jié)能減排方面，比傳統(tǒng)的手動變速器要節(jié)約 10%的燃油，排放更少，逐漸占據(jù)原有手動變速器的市場。大眾汽車公司已經(jīng)在中高級轎車上配備雙離合變速器，而且其他車企也逐步為生產(chǎn)的汽車配備雙離合變速器。在不久的未來，我們將會看到越來越多的汽車配備雙離合變速器，占有的市場份額越來越大。在北美，美國人對自動變速器情有獨鐘，美國車企依然致力于研究自動變速器， 提高其綜合性能。在四速自動變速器的基礎上，發(fā)明了更加先進，燃油經(jīng)濟性更好的六速變速器。面對日益攀升的油價，美國人在關心乘坐舒適性的同時，開始致力于研究降低燃油消耗的方法，雙離合技術進入了美國企業(yè)的眼睛。在不遠的將來，手動變速器的占有率將會越來越低，6 速自動變速器將逐漸取代 4 速自動變速器，而雙離合變速器也會在北美市場占有一席之地。日本由于國土面積狹小，交通擁擠，資源比較匱乏，節(jié)油一直以來是日企的目標， 配備無級變速器和液力自動變速器的汽車以其在節(jié)油方面的優(yōu)勢，受到日本消費者的歡迎。目前，全世界各大汽車廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力都在大力進行 CVT 的研發(fā)工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI 等著名汽車品牌中都配備 CVT 的轎車銷售，全世界 CVT 轎車的年產(chǎn)量已達到近 50 萬輛。值得注意的一點是，裝備有 CVT 的汽車市場，由最初的日本、歐洲已經(jīng)滲透到北美市場，CVT 汽車已經(jīng)成為當今汽車發(fā)展的主要趨勢。3. 變速器的發(fā)展趨勢隨著時間的推移，手動變速器的市場占有率會逐漸降低，自動變速器將不斷增加。發(fā)展趨勢緊緊圍繞安全、環(huán)保、節(jié)能、操縱輕便化、換檔自動化、智能化、整車電子集成控制一體化等方面展開。同時，向以下方向發(fā)展。大功率、大扭矩化。為了節(jié)能、環(huán)保，降低發(fā)動機的比油耗，減少排放污染，降低噪聲，汽車發(fā)動機朝著大功率、大扭矩和低轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展。與之匹配的轎車變速器最大輸入功率已達 450 馬力、扭矩已達 800Nm；客車變速器最大輸入功率已達 380 馬力、扭矩已達 2100Nm；商用車變速器最大輸入功率已達 650 馬力、扭矩已達 3300Nm。系列化、多檔位、組合化。為了適應各種不同的使用工況，汽車變速器普遍朝著系列化、多檔位、組合化方向發(fā)展。轎車變速器檔位朝 6 檔方向發(fā)展，轎車用 7 檔手動和自動變速器(如：奔馳新型 7G-TRONIC 自動變速器)已開發(fā)成功；微型車、輕型商用車及客車變速器朝 6 檔方向發(fā)展，大型客車變速器已發(fā)展至 8 檔；重型商用車變速器普遍采用組合式 9 檔、10 檔，最多已達 16 檔。大傳動比、小檔間級差化。為了滿足商用車重載或坡道起步以及在困難路面上穩(wěn)定行駛的要求，與之匹配的汽車變速器傳動比范圍均有不同程度的增大趨勢，特別是重型商用車尤為明顯，目前最低檔傳動比已至 17 左右，最高檔傳動比已至 0.7 左右； 各檔位之間的傳動比級差逐步縮小，趨于“理想功率水平”。小型化、輕量化。小型化是指傳遞同等扭矩的情況下，變速器的尺寸朝著越來越小的方向發(fā)展。輕量化是指傳遞同等扭矩的情況下，重量越來越輕的發(fā)展趨勢。廣泛采用高強度鎂鋁合金，主、副箱整體集成化筒式結(jié)構(gòu)殼體，進一步減輕變速器重量； 采用短行程、雙錐面、多錐面新型同步器，使結(jié)構(gòu)更趨緊湊。大量采用 CAD/CAE/CAM 等輔助設計、分析、制造方法，不斷地優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少零部件，提高制造精度，提高承載能力是變速器小型化、輕量化重要途徑之一。操縱輕便化、換檔自動化、整車電子集成控制一體化。汽車變速器正朝著換檔力不斷減小，操縱更加輕便、靈活以及多元化(AT、CVT、雙離合器、AMT 等)自動換檔方向發(fā)展，采用的技術包括：優(yōu)化設計齒形參數(shù)和操縱機構(gòu)；采用新材料和高效、高精度加工方法；減小旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動慣量；采用短行程，雙錐面、多錐面同步器等。另外，整車電子集成控制一體化，全面優(yōu)化車輛自動控制系統(tǒng)也是重要的發(fā)展方向，即將 ECU 與 EDC、ABS、ASR 等有機地集成一體，通過 CAN 總線技術適時進行數(shù)據(jù)同步交換、共享，實現(xiàn)全面優(yōu)化自動控制。綠色環(huán)?；?。汽車變速器是汽車節(jié)能技術重要的發(fā)展方向，未來汽車變速器將更加注重綠色環(huán)保化發(fā)展。對于汽車變速器而言，進一步降低噪聲，防止?jié)B漏油，與環(huán)保發(fā)動機有機、協(xié)調(diào)發(fā)展，全面配置兼容各種型式的緩速器，減少來自傳統(tǒng)制動系的污染，并同時保證車輛制動安全、可靠等是變速器綠色環(huán)保化技術的重要發(fā)展方向。4.研究手動變速器的意義雖然和自動變速器相比，手動變速器在操作上略顯復雜，但能給汽車愛好者帶來更好的操作體驗、較高的傳動效率、較好的燃油經(jīng)濟性，手動變速器的動力性也強于自動變速器，可使汽車在更短時間內(nèi)加速或超車。另外，手動變速器問世己久，各方面技術都己非常成熟，制造及維修成本也更低。據(jù)統(tǒng)計，在輕型車中一款手動變速器的制造成本一般占整車制造的 7，屬于汽車制造中的大型零部件。而對于消費者，一款變速器的品質(zhì)優(yōu)劣直接影響著車輛的操縱性、可靠性、舒適性和經(jīng)濟性等汽車性能。另外，整車的操縱性、燃油經(jīng)濟性、尾氣排放在很大程度上與發(fā)動機和變速器的組合性能相關。我國的汽車市場在不斷擴大，且保持著高位增長，加上手動變速器在汽車上有著絕對領先的占有率，所以手動變速器仍在國內(nèi)市場有著絕對的優(yōu)勢。這樣一來，對于手動變速器的研究就有著重大意義。5.擬開展的工作查閱相關資料，了解研究課題的意義價值、研究概況和發(fā)展趨勢。針對某車用二軸五檔變速器傳動機構(gòu)總體設計方案，并進行評價，對變速器主要參數(shù)的選擇與齒輪設計。選擇既能使結(jié)構(gòu)緊湊又能符合傳動性能的中心距和分配合理的各檔傳動比及其齒輪齒數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)換擋平順；對變速器齒輪的強度進行計算與材料選擇，使齒輪能夠滿足設計要求；設計與校核變速器軸，使軸能夠滿足設計要求，根據(jù)計算和校核結(jié)果對二軸五檔機械式變速器傳動機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設計并繪制兩張 A0 的設計圖紙， 并用三維軟件繪制三維圖。