毕业答辩-某重型车辆自动变速器匹配设计与分析.pptx

专业：车辆工程班级：学号：姓名：指导老师：,某重型车辆自动变速器匹配设计,目录,CONTENT,第一部分研究背景及国内外现状,第二部分研究过程,第三部分结论,第四部分致谢,1、研究背景及国内外现状1.1研究背景变速器作为车辆传动系统的重要组成部分,其科学技术的发展,是衡量车辆技术水平的一项重要指标。换档规律的研究是自动变速器开发的核心技术之一,是保证实现自动变速系统最优性能的理论基础,换档规律的研究对提高车辆的动力性、燃料经济性和效率,改善车辆的换挡品质、实现车辆平稳、快速换档，推进自动变速技术的广泛应用具有十分重要的意义。自动变速器能够简化驾驶操作,消除频繁地换挡,减轻了驾驶员的负担。通过专门的控制系统,自动变速器可得到平稳的换挡过程并减少换挡次数,有效地改善乘坐舒适性。液力机械自动变速器采用的液力变矩器在一定范围内实现无级变速,自动适应汽车驱动负荷的变化。尽管人们认为自动变速器存在结构复杂、制造精度高、造价昂贵、传动效率低等缺点,但其换挡过程场操作性及换挡时刻精准等优点更佳重要。,1.2自动变速器特点自动变速器简称（AT）AutomaticTransmission，主要有液力机械式AT-HMTHydrodynamicMechanicalTransmission、机械式AT-AMTAutomatedMechanicalTransmission和无级式AT-CVTContinuouslyVariableTransmission三种形式。自动变速器用液力变矩器取代了传统的离合器片与离合器压盘，它的优越性在于可以通过自动变速器的油液按传递发动机传出的动力，这样可以使车辆在怠速挂挡时也不会熄火，而且发动机的动力能够平缓地传递给变速器。此外，它可以实现在前进挡位下的自动变档，即根据车辆的负荷以及车速的变化来增减挡，能够使人们在交通拥挤的情况下避免手动换挡的麻烦，从而轻松驾驶。自动变数器通过良好的传动配比以及液力变矩器的锁止功能，使整车自动完成变速器的使用要求，提高了车辆的经济性和动力性。,1.3国内外研究现状国外现状一：1939年,美国克莱斯勒汽车公司首先成功地研制了由液力祸合器和行星齿轮变速器组成的四档液力变速器,并装于该公司生产的轿车oldsmobile上,该变速器被认为是自动变速器的代表,是当今自动变速器的原始形式。1948年,别克汽车上装载的DYNAFLOW变速器是带液力变矩器的自动变速器(AT)的发展先驱。1948年到1950年期间,汽车液力传动进入了一个新阶段,出现了可根据车速和油门位置进行自动换档的自动变速器。1950年美国福特公司成功地研制了装有液力变矩器的三档液力自动变速器,从此轿车用的液力自动变速器进入了成熟期。,国外现状二：1977年丰田公司开发研制了四档液力自动变速器,1989年日产汽车公司开发出了五档液力自动变速器。这两种变速器都在原来的三档和四档变速器的基础上,加装一组行星变速齿轮机构而形成的。随后,日本丰田汽车公司首先成功研制了具有超速档的液力自动变速器,该自动变速器采用三元件液力变速器和多档行星齿轮相结合的结构,液力变矩器可以降低传动系的冲击,并可缓和发动机曲轴的扭振作用。,车辆自动变速技术的研究在我国起步较晚,直到20世纪60年代,在一汽生产的CA770轿车上使用了具有2个前进档的液力自动变速器,但累计只生产了1283台,尚不具有工业化生产的意义。目前,我国在AMT上不仅拥有自主知识产权,而且在“自适应控制技术”、“动态闭环换档控制、“模糊控制技术”等自动变速理论方面处于世界领先水平。进入九十年代以来,我国的自动变速技术有了极大的发展,自动变速器技术己经取得突破,在CVT技术研究领域,我国也正在加紧研究,努力赶超世界先进水平,“九五”期间轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列入国家的重大科技攻关计划,以跟踪世界技术的发展和开发适合我国国情的汽车。,国内现状：,2、研究内容2.1双离合自动变速器DCT主要由双离合器、空芯轴及其内部的芯轴、两个平行的齿轮组、控制器和油泵组成。其中双离合器、空芯轴、芯轴和齿轮组为核心机械部件。下图所示为5档DCT的结构和双离合器结构图。,2.2双离合器工作原理与手动变速箱形成对照的是，双离合器变速箱使用两个离合器，但没有离合器踏板。最新的电子系统和液压系统控制着离合器，正如标准的自动变速箱中的一样。在双离合器变速箱中，离合器是独立工作的。一个离合器控制了奇数档位(如：1档、3档、5档和倒档)，而另一个离合器控制了偶数档位(如：2档和4档)。使用了这个布局，由于变速箱控制器根据速度变化，提前啮合了下一个顺序档位，因此换档时将没有动力中断。其中最具创意的核心部分是双离合器和机械部分变速箱中的两轴式的输入轴。这个精巧的两轴式结构分开了奇数档和偶数档。不像传统的手动变速箱将所有档位集中在一根输入轴上，双离合器变速箱(DCT)将奇数档和偶数档分布在两根输入轴上。外部输入轴被挖空，给内部输入轴留出嵌入的空间。以5档变速箱为例，内部输入轴上安装了1档、3档、5档和倒档的齿轮，外部输入轴上安装了2档和4档的齿轮。这使得快速换档成为可能，维持了换档时的动力传递。,DCT结构图,DCT结构图和各挡传动路线图如下所示：,一挡传动路线,二挡传动路线,三挡传动路线,四挡传动路线,五挡传动路线,倒挡传动路线,2.3齿轮形式选择变速器的齿轮一般使用直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。本次设计变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。一档和倒档采用直齿齿轮。,3、变速器参数选择与校核计算3.1变速器主要参数选择已知某重型车辆的基本参数：发动机工作转速范围：700-2100rpm发动机最大功率/对应转速:275kW/2100rpm发动机最大转矩/对应转速:1550Nm/1100-1400rpm发动机最低燃油消耗率：320g/kw.h轮胎半径：0.583车辆重量（kg）：40694,各挡位压力角,各挡传动比,3.2齿轮的计算与校核,3.3齿轮材料选择及热处理通常对变速器传动齿轮材料的基本要求是:齿面有足够的硬度和耐磨性；轮齿有足够的抗弯曲强度和冲击韧性；易于加工，且达到所需要的精度等。常用的齿轮材料选用各种钢、铸铁或非金属材料，而汽车变速器的传动齿轮通常选择45#钢、40Cr、35SIMn、20Cr、20CrMnTi等中碳钢和中碳合金钢；其热处理方法通常为正火、调质、渗碳淬火等。在选择齿轮的制造材料时，既要考虑到作为变速器齿轮的机械性能，同时也要兼顾节约制造成本的要求，故本文重型货车自动变速器选择20CrMnTi钢为齿轮的制造材料，并对其采用渗碳淬火的热处理方法。,3.4齿轮轴的设计与校核3.4.1齿轮轴的设计输入轴最粗处大小为：72-90mm；轴入最细处大小为：51.8mm；轴支承距离范围是：450-500mm。输出轴最粗处大小为：90-126mm；轴出最细处大小为：51.1mm；轴支承距离范围是：500-600mm。综上所述，初选输入轴的最小直径为50mm,最大直径为75mm；输出轴的最小直径为50mm,最大直径为90mm；支承距离选较小者，则初选为460mm。由公式计算出来的轴的尺寸只是初选的，还要准确确定轴的长度和直径，以及考虑齿轮、轴承以及花键等因素的影响，最后对初选的值做一定的修正。,3.4.2齿轮轴的校核1、刚度校核轴断面在水平面内的转角和轴的垂向挠度对齿轮工作影响很大，因此变速器轴的刚度用轴的转角和挠度来评价，前者使大小齿轮相互倾斜并导致沿齿向的压力分布不均匀；后者则改变了齿轮的中心距并破坏了齿轮的正确啮合。变速器工作时，变速器轴的挠度和转角如图所示：,2、强度校核1）输入轴强度校核输入轴受力图如下所示：,，,，,水平方向,垂直方向,输入轴弯矩图如下所示：,水平方向,垂直方向,2）输出轴强度校核输出轴受力如下图所示：,水平方向,垂直方向,输出轴弯矩图如下图所示：,水平方向,垂直方向,4、同步器的设计4.1同步器结构及工作原理本设计所采用的同步器类型为锁环式同步器，其结构如下图所示：,1、9-变速器齿轮2-滚针轴承3、8-结合齿圈4、7-锁环（同步环）5-弹簧6-定位销10-花键毂11-结合套,如图所示，此类同步器的工作原理是：换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推啮合套并带动定位销和锁环移动，直至锁环锥面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后，因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在角速度差，致使在锥面上作用有摩擦力矩，它使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，并滑块予以定位。接下来，啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触（图b），使啮合套的移动受阻，同步器在锁止状态，换档的第一阶段结束。齿轮与锁环的角速度逐渐靠近，在角速度相等的瞬间，同步过程结束，完成换档过程的第二阶段工作。之后，摩擦力矩随之消失，而拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，接合套上的接合齿在换档力的作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合（图d），完成同步换档。,4.2同步器主要参数的确定1.摩擦因数f我们会根据汽车的使用现状来设置它的摩擦因素f，根据不同的路段，不同的道路状况，驾驶员会比较频繁的换挡来达到自己的驾驶目的。在这选用由黄铜合金与钢材构成的摩擦副在油中工作的摩擦因数取为f=0.1。2.同步环主要尺寸的确定(1)同步环锥面上的螺纹槽同步器的螺纹槽主要是负责导向的，在设计这个螺纹线最高点的时候，设计的过低，会直接影响到表面油膜的形成，没有油膜不但会使润滑情况变差还会影响他的散热。如果设计的过高，那么配合就不会那么好，在工作的过程中会产生噪音，影响其使用。我们在参考文献中还可以得知：螺纹的齿顶宽也直接影响着摩擦因子的数值，摩擦因子如果变大直接会加速齿顶的摩擦程度，而且使得驾驶员在换档的时候很困难，所以齿顶宽的设计也很讲究。通常轴向泄油槽为612个，槽宽34mm。(2)锥面半锥角摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，为避免自锁，本次设计中采用的锥角均为取7。,(3)摩擦锥面平均半径R在设计摩擦锥面半径R的时候也不宜设计的过大，因为它受很多方面的的影响跟限制。本次设计中采用的R为6070mm。(4)锥面工作长度b为了使整个变速器的装置设置的紧凑，占用更小的空间，我们可以缩短锥面的工作长度。这样做也在某种程度上使锥形面的面积降低，有效的降低了其磨损，延长了其使用寿命。(5)同步环径向厚度同步环要放到相应的位置上，理所当然他肯定会受到局部位置的限制，不仅位置是固定的，它的结构尺寸也不能超过壳的相关尺寸。喷钼环的寿命是铜环的2-3倍。本设计中同步器径向厚度取10.5mm。3.锁止角要选去最合适的锁止角，合适的锁止角可以快速的使驾驶员在进行操作时，在不同档位之间的齿轮之间的角速度可以快速达到相同值。本次设计锁止角取304.同步时间t同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。不同汽车的力也不一样。为此，同步时间与车型有关，计算时可在其属范围内选取：对车辆变速器高档取0.150.30s，低档取0.500.80s，货车变速器高档取0.300.80s，低档取1.001.50s。,结论本次设计是某重型货车的的自动变速器部分。论文针对重型车辆的自动变速器与发动机的匹配进行设计并且对自动变速器的传动方案进行设计，主要设计内容如下：1）首先对自动变速器的技术和发展状况进行了了解，查阅了相关资料了解了自动变速器的发展背景和国内外研究现状2）选取了双离合式自动变速器作为设计对象，对双离合式自动变速器的基本结构及其工作原理进行介绍，选定斜齿轮作为齿轮形式，确定了齿轮传动的工作方案。3）确定了自动变速器各挡位的传动比，并且选取适合的齿轮基本参数，设计计算齿轮的几何尺寸，给出了齿轮的弯曲强度及接触强度的校核条件及方法。最后设计计算轴的几何尺寸，并校核轴的强度及刚度,验证其符合要求。4）介绍了同步器的结构和工作原理，并根据所给参数对同步器进行了参数设计。5）对变速器齿轮进行了有限元仿真，进行强度校核，经校核齿轮满足强度校核。,致谢时间过的好快，不知不觉已经过去了两个月的时间，自己的毕业设计已经接近尾声。尽管在这次做毕业设计的时候遇到了很多很多的问难与疑惑，通过自己的努力都一一解惑了。手里攥着自己做好的成品，心中真的微微有些激动。毕业设计中不仅让我重新复习了以前学习过的只是，而且也考验了自己对整体思路的布置，这为以后工作也做了一个小小的铺垫。完成这次的毕业设计，我在这里想感谢好多人给的帮助。首先我想感谢的是我的导师刘老师，他从做开题的时候就开始指导我，给我定方向，给我指导思路，所以才能使我有今天的毕业设计的成果。还要感谢我们的班长，以及各个班委，在我做毕业设计的时候，帮我们处理各种班级里的事情，可以让我们全身心的投入到学习中来。还要感谢我的舍友们，他们也都在无微不至的帮我解题答惑。最后要谢