基于整车匹配的汽车变速器总体设计及整车动力性计算

本科课程设计说明书题 目：基于整车匹配的汽车变速器 总体设计及整车动力性计算院 （部）： 机电工程学院专 业： 车辆工程班 级： 姓 名：学 号： 指导教师： 设计期限： 2016.06.20-2016.07.06汽车设计课程设计说明书I汽车设计课程设计说明书II目 录第 1 章 前 言 .11.1 本次设计的目的和意义 .11.2 基于整车匹配的变速器的现状和发展 .1第 2 章 总 述 .32.1 设计题目：基于整车匹配的汽车变速器总体设计及整车动力性计算 .32.2 设计资料 .32.2.1 汽油发动机外特性拟合公式： .32.2.2 轻型货车的有关数据： .32.2.3 课题分析 .3第 3 章 变速器的设计 .53.1 变速器结构形式的分析与选择 .53.1.1 变速器传动机构前进挡布置方案的分析与选择 .53.1.2 变速器传动机构倒挡布置方案的分析与选择 .63.1.3 换挡机构形式的选择 .73.1.4 变速器轴承 .73.2 变速器基本参数的确定 .73.2.1 计算发动机最大转矩 .73.2.2 计算最大传动比 .83.2.3 计算最高车速和最小传动比 .83.2.4 计算其他挡位传动比 .93.2.5 中心距 A 的确定 .93.2.6 外形尺寸的确定 .93.3 齿轮参数的确定 .103.3.1 齿轮模数 .103.3.2 齿形、压力角与螺旋角 .113.3.3 齿宽 .12汽车设计课程设计说明书III3.3.4 齿顶高系数 .133.3.5 各挡位齿轮齿数的确定 .133.4 变速器总结构形式图及传动路线 .17第 4 章 采用 VB 语言进行整车动力性程序设计 .184.1 设计基于整车匹配的动力性计算软件系统流程图 .184.2 编制程序软件，绘制汽车动力性曲线并分析 .204.2.1 编译 VB 程序 .204.2.2 发动机外特性曲线及分析 .204.2.3 驱动力与行驶阻力平衡图及分析 .214.2.4 汽车功率平衡图及分析 .234.2.5 功率因数平衡图及分析 .244.2.6 加速度倒数曲线及分析 .254.2.7 汽车爬坡度曲线及分析 .25第 5 章 整车的动力性计算 .275.1 计算最高车速 .275.2 计算最大爬坡度 .275.3 计算最大加速度 .28第 6 章 设计小结 .29参考文献 .31附 录 .32汽车设计课程设计说明书1第 1 章 前 言1.1 本次设计的目的和意义随着汽车工业的迅猛发展,车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。尽管近年来，自动变速器和无级变速器技术迅猛发展，对长期以来主导市场地位的手动变速器产生很大冲击，但手动变速器已应用了很长一个时期,经过反复改进,制造技术趋于成熟化，与其它种类变速器相比较，具有以下优点：1. 手动变速器技术已经发展了几十年，制造技术更加成熟，长期处于主导变速器市场的地位，各方面技术经过长期市场考验，通过逐步积累，技术已经相当成熟。2. 手动变速器传动效率较高，理论上比自动变速器更省油。3. 手动变速器结构简单，制造工艺成熟，市场需求大，能够产生生产规模效益，生产成本低廉。4. 维修方便，维修成本便宜。5. 可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。 在市场经济形势下.特别是当前国家对汽车变速器产品还拿不出完整规划的情况下.寻求引进更先进的汽车变速器,改进现有的变速器,从市场广度开发转变为深度开发,使产品系列化,通用化,标准化.组织好精益生产,降低成本,提高产品质量,才能逐步缩短同世界先进技术水平的差距。 1.2 基于整车匹配的变速器的现状和发展各种车辆的用途不同，对变速器的要求也各异，所谓变速器与车辆匹配，即是为满足一定需要和使用性能的车辆配置一台水平相当、技术性合理、与车辆的动力性和经济性相适应的、安装和使用既方便又经济合算的变速器。变速器的高挡和低速挡比、挡位数和各挡速比是变速器与车辆匹配的主要内容。从现代汽车变速器的市场状况和发展来看,全世界的各大厂商都对提高 AT的性能及研制无级变速器 CVT 表现积极,汽车业界非常重视 CVT 在汽车上的实汽车设计课程设计说明书2用化进程。然而,因无级变速器技术难度很大,发展相对较慢,从而成为世界范围内尚未解决的难题之一。目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器、电控液力自动变速器、金属带链式无级变速器、电控机械式自动变速器、双离合器变速器及环形锥盘滚轮牵引式无级变速器等数种, 并具有各自优势,但其中金属带式无级变速器前景看好。ECT 变扭器中的自动变速器油在高速运动中,由于油液分子间的内摩擦和油液分子与各工作轮叶片表面间的摩擦所消耗的部分能量及泵轮、涡轮窄隙处油液剪切等原因会产生油液温度升高造成功率损失,存在传动效率低油耗较大的不足,另外还存在结构复杂、成本高及维修难度大等较明显缺点。同时变速器与整车的匹配由于人才技术的问题，很多小厂商无法做到，生产出的变速器在使用时无法做到很好的与汽车动力性相匹配，使汽车整体性能降低。只有一些有资金和实力的大厂商才能设计出基于整车匹配的变速器。在这方面还需要我们好好努力才行。总之,变速器是汽车除发动机外的主要装置之一,伴随着汽车技术更新换代和市场需求，在向实现理想变速器发展过程中将会取得更加巨大的成就。变速器会应对市场要求朝操纵舒适、轻柔、传动效率高、低油耗、环保与低噪声方向发展,基于整车匹配的汽车变速器市场的需求量将继续持续增长。汽车设计课程设计说明书3第 2 章 总 述2.1 设计题目：基于整车匹配的汽车变速器总体设计及整车动力性计算2.2 设计资料 2.2.1 汽油发动机外特性拟合公式：=19.313+295.27( 1000)165.44( 1000)2+40.874( 1000)33.8445( 1000)4 （2-1）式中， 为发动机转矩，n 为发动机转速。发动机最低转速 , 最高转速 =4000r/min。=600/ 2.2.2 轻型货车的有关数据：装载质量 2000kg 整车装备质量 1800kg总质量 3800kg 车轮半径 0.367m传动系机械效率 空气阻力系数迎风面积=0.85 2.772滚动阻力系数 f=0.013飞轮转动惯量 =0.2182两前轮的转动惯量 1=1.7982四后轮的转动惯量 2=3.5982主减速器传动比 轴距 L=3.2m0=5.83质心至前轴距离（满载）a=1.947m 质心高 0.9m 变速器的挡位为五挡2.2.3 课题分析汽车变速器作为汽车传动系统的关键总成，其主要的功能是改变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍时对驱动车轮牵引力及车速的不同需要。汽车设计课程设计说明书4变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接的影响，为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求：1.保证汽车有必要的动力性和经济性。2.设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。 3.设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 4.设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。 5.换挡迅速、省力、方便。 6.工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。 7.变速器应当有高的工作效率。 8.变速器的工作噪声低。本次变速器的设计，通过变速器设计的总体要求，设计变速器的整体结构形式以及其总体尺寸，确定变速器挡位以及各挡传动比各项参数，最后，确定各挡位齿轮的齿数、变位系数以及螺旋角等相关参数。并针对整车匹配计算车辆的动力性参数汽车的最高车速、汽车的最大爬坡度和汽车的最大加速度。通过考虑最大爬坡度、地面附着条件确定变速器的最大传动比。同时，轻型货车需要有较高的动力性能，故需设置直接挡以传递发动机的最大动力。由此，确定变速器的传动比。再通过编写程序仿真以实现基于整车匹配性的动力性计算，以验证设计是否符合汽车的动力性要求。同时通过变速器的设计要求，以及车辆本身的特殊使用条件，选用合适的变速器的结构形式。汽车设计课程设计说明书5第 3 章 变速器的设计3.1 变速器结构形式的分析与选择3.1.1 变速器传动机构前进挡布置方案的分析与选择基于本次课题车辆形式的限制，变速器只能选用有级变速器。由于机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，所以采用机械式变速器。机械式变速器中常用的为固定轴式变速器，而在固定轴式变速器中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上，旋转轴式主要用于液力机械式变速器。两轴式变速器：由于轴和轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间挡位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时噪声也低。但是，两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。而且受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反；而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向相同。中间轴式变速器：其可设置直接挡，使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机的转矩经变速器的第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达到 90%以上，噪声低、齿轮和轴承的磨损减少，提高了变速器的使用寿命。但是，中间轴式变速器在除直接挡以外的其他挡位工作时，传动效率略有降低。 因为该车为轻型货车，需要承载较大的载荷，需采用发动机前置后轮驱动的布置方案且需要较高的传动效率并且经济性要好，所以通过以上两种变速器的比较与设计车辆的种类分析，中间轴式变速器适用于该车。 本次设计的驱动形式是：发动机前置后轮驱动。 发动机的位置是：前置、横置。变速器传动机构前进挡结构形式：中间轴式变速器。汽车设计课程设计说明书63.1.2 变速器传动机构倒挡布置方案的分析与选择图 3-1 倒挡布置方案图 3-1 为常见的倒挡布置方案图。图 3-1b 所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图 3-1c 所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图 3-1d 所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图 3-1c所示方案。图 3-1e 所示方案是将中间轴上的一、倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图 3-1f 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图 3-1g 所示方案；其缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。与前进挡比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，通过图 3-1 中各倒挡布置方案的比较及考虑本设计全部采用斜齿轮，而 3-1f 方案适用于