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毕业设计(论文)开题报告题目：宇通客车变速器设计1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 课题背景和意义作为汽车传动系统的重要组成部分，变速器对整车的动力性与经济性、操作的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有着较为直接的影响。虽然传动机械式的手动变速器具有换挡冲击大，体积大，操作麻烦等诸多缺点，但仍以其传动效率高、生产制造工艺成熟以及成本低等特点，广泛应用于现代汽车上。本次设计将根据自己能力及中国国情设计一款用于中高档客车的五挡手动变速器。1.2 变速器发展历史早在 1889 年，法国人研制成功世界上第一台手动机械式 4 挡齿轮传动汽车变速器。自此，齿轮传动的机械变速器便成为汽车动力传动系统中不可或缺的主要组成，并以传动效率高、机构简单、易制造、易操作、易维修、经济、可靠而配置在各类汽车上。自 20 世纪 80 年代起，为满足客车适应节能、环保、安全、舒适、高效、可靠方面不断提高的要求，专门用于客车上的手动客车变速器从客、货通用的变速器系列中分离出来。进入 21 世纪，采用电子控制换挡系统，能够使换挡自动化、智能化、不在需要驾驶员直接用手操纵，也可不配置同步器。电子控制系统将发动机-离合器-变速器-缓速器的操纵、控制集成在一起，自动（或半自动或遥控）完成其相应的功能，使换- 1 -挡智能化，大大提高了车辆的经济型、安全性和舒适性 2。 1.3 国外手动客车变速器的技术特点及发展趋势20 世纪 90 年代，世界著名的变速器制造企业德国 ZF 公司推出了专为大型客车研制的 S6-85 变速器，充分体现了当代手动客车变速器先进的设计理念和研制技术，被视为现代先进客车手动变速器的代表。ZF S6-85 变速器的主要技术特点如下：（1）结构简单、紧凑、传动效率高。（2）同步器换挡，换挡轻便、可靠。 （3）比功率（最大输入转矩/变速器总质量）高。（4）总质量轻,传动噪声低。（5）安装长度短（仅 588mm） 。 （6）可内置液力缓速器（一体式） 。 （7）可配置电子/气动换挡系统。1.4 我国手动客车变速器的技术特点及发展趋势我国客车制造起步较晚，自 1957 年采用接合套换挡的解放牌载货汽车底盘制造的国产第一辆客车诞生，开启了我国一个新的工业门类-客车。历经 20 多年，直到1981 年才出现同步器换挡的东风牌载货汽车底盘制造的客车。仅用于 “公交汽车” 其特点是通用的手动机械式 5 挡变速器，其最大输入转矩不到 400 Nm，换挡沉重，噪声高，故障多。直到 1987 年，我国开始引进国外先进的客车制造技术，开创了我国客车发展的新时代，1989 年，由綦江齿轮厂采用引进技术制造出我国第一批大客车用 6 挡和 5挡手动同步器型变速器 S6-90,进入 90 年代，綦齿牌客车用手动同步器型变速器如雨后春笋般先后在安凯、西沃、金龙、黄海、京华、宇通等知名品牌的大中型客车上采用。 而最近 10 年来我国的客车制造发展很快，变速器生产企业如綦江齿轮、陕西法士特、山西大齿于 1985 年分别引进德国 ZF 技术、美国伊顿技术和日产柴技术，实现技术上的质的飞跃。对此国情，我国客车发展对变速器提出了一系列的要求，未来我国的大客车有以下几个方面的发展趋势：一是高可靠性。二是大型化。三是发动机大功率化。四是节油化，车辆的燃油利用率更高、更省油、运营成本更低。五是人性化，智能技术应用更广。直到 2011 年，綦江齿轮传动有限公司自主研发生产的 500 台“綦江” 牌 QJ805 变速器，该款变速器是綦齿传动公司历经一二十年在引进、消化吸收和创新之后的一款成熟产品 3。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施- 8 -本设计通过参考相关资料，进行了宇通客车变速器传动机构的方案分析，确定了变速器传动机构的结构型式为三轴五档式手动变速器。根据设计要求，对变速器进行了传动机构进行布置设计及各挡传动比的确定，通过计算与分析，确定了变速器传动机构的主要参数中心距、齿轮模数、各档传动比以及各档齿轮齿数的分配。在齿轮齿数、齿轮的尺寸计算之后对每个齿轮进行强度校核，并在此基础上确定了的第一、第二、中间轴的尺寸和位置以及第二轴上花键的参数，并对轴上花键进行强度校核。并选择满足其承载能力的同步器。利用三维软件完成变速器传动机构装配图、第一轴、第二轴、一档齿轮的绘制。本论文的设计课题是宇通客车变速器传动简图变速器传动机构设计。我国已熟练掌握了 5 档变速箱的生产工艺技术，所以在此基础上进而改进的变速器的生产工艺技术。2.1 齿轮形式变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪音低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的质量和转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡 7。2.2 换挡机构形式变速器换挡机构有直齿滑动出轮、啮合套和同步器换挡三种形式。（1）滑动齿轮换挡通常是采用滑动直齿轮换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大，所以这种换挡方式一般仅用在挡和倒挡上。（2）啮合套换挡用啮合套换档，可以将结构为某传动比的一对齿轮制造成常啮合斜齿轮。用啮合套换挡，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而齿轮又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但是不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套、常啮合齿轮，使变速器的轴向尺寸和旋转部分的总惯性力矩增大。因此，这种换挡方法目前只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上使用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，要求换挡手感强，而且在这种车型上又不宜使用同步器（寿命短，维修不便） 。（3）同步器换挡现在大多数汽车的变速器都采用同步器换挡。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，与操作技术熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和安全- 9 -性。一般倒挡和挡采用结构较简单的滑动直齿轮或啮合套的形式，对于常用的高挡位则采用同步器或啮合套，而本方案的挡及倒挡使用滑动直齿轮换挡，其余各挡采用同步器换挡方式 3。2.3 自动脱档自动脱档是变速器的主要故障之一。由于结合齿磨损、变速器轴刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱档。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取的措施且行之有效的方案有以下几种：（1）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄，在 0.3-0.6mm 之间，换档后齿合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱档。（2）将两接合齿的啮合位置错开，使用时两齿轮接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可以阻止自动脱档。（3）接合齿的工作面设计加工成斜面，形成倒锥角，使结合齿面产生阻止自动脱档的轴向力。2.4 变速器轴承汽车变速器有机构紧凑、尺寸小的特点。作旋转运动的变速器轴支承在壳体或其他部分的地方以及齿轮与轴不做固体连接处应安置轴承。变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。第一轴前轴承（安装在发动机飞轮内腔中）采用向心球轴承：后轴承为外圈带止动槽的向心球轴承，因为它不仅受径向负荷而且承受向外的轴向负荷。为便于第一轴的拆装，后轴承的座孔直径应大于第一轴齿轮的齿顶圆直径。第二轴前端多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承；后端采用圆锥滚子轴承，因为它也要承受向外的轴向力，在中间轴式的变速器上一般都采用圆柱滚子轴承或者圆锥滚子轴承，可以更好承受齿轮工作时产生的轴向力 7。2.5 变速器操纵机构（1）变速器操纵机构的功用及要求变速器操纵机构的功用是保证各档齿轮，啮合套或同步器移动规定的距离，以获得要求的挡位。而且又不允许同时挂上两个挡位。设计变速器操纵机构时，应满足以下基本要求： 有锁止装置，包括自锁，互锁和倒档锁。要使换挡动作轻便，省力，以减轻驾驶员的劳动强度。应使驾驶员得到必要的手感。（2） 换档位置图设计操纵机构首先要确定换挡位置图。换挡位置图的确定主要从换档方便考虑。- 10 -因此有下列三点要求： 换挡次序来排列； 常用挡放在中间位置，其它挡放在两边； 了避免误挂倒挡，往往将倒挡安排在最靠边的位置，有时与五挡组成一排。根据上述三点要求，并结合本变速器及其换挡机构的特点，现确定本变速器换挡布置图如图 2.1图 2.1 换档位置图（3）操纵方案的选择变速器操纵机构常见的由变速杆，拨块，拨叉，变速叉轴及互锁，自锁和倒挡锁装置等主要零件组成。可分为；直接操纵手动换挡变速器，远距离操纵手动换挡变速器，电控自动换档变速器。一般前置发动机后轮驱动汽车的变速器距离驾驶员座位较近，换档杆等外操纵机构多集中安装在变速器箱盖上，结构简单、操纵容易并且准确。根据设计要求我们选择的是直接操纵手动换档变速器。（4）锁止装置在汽车行驶过程中，为了防止误挂倒档而造成安全事故和损坏传动系，在操纵机构中都设有倒档锁。互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速叉轴互被锁住，互锁装置主要有互锁销式，摆动锁块式，转动钳口式和三向锁销式四种。本换档机构采用互锁销式。这种互锁装置就是在相邻变速器叉轴之间各有一个互锁销。互锁销的两端可以进入相邻变速叉轴的侧面凹臼内，以锁住这个变速叉轴。自锁装置的作用是防止因汽车振动或有小的轴向力作用而导致脱档，保证啮合齿轮在全齿上进行啮合，并使驾驶员有换入档位的感觉 2。2.6 固定轴式变速器 机械式变速器因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得到广泛的应用。有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，因此在各种类型的汽车上均得到了广泛的应用。其中两轴式和中间轴式变速器得到了最广泛的应用。中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。由于两轴式变速器没有直接挡，因此在高挡工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声较大，也增加了- 1 -磨损，这是它的缺点。另外，低挡传动比取值的上限(i g14.04.5)也受到较大限制，所以本设计选择中间轴式变速器。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。中间轴式变速器第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、二轴同心。将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接挡。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、二轴也仅传递转矩因此，直接挡的传动效率高，磨损及噪声也最小，这是中间轴式变速器的主要优点。其他前进挡需依次经过两对齿轮传递转矩。因此，在齿轮中心距(影响变速器尺寸的重要参数)较小的情况下仍然可以获得大的一挡传动比，这是中间轴式变速器的另一优点。其缺点是：除直接挡外其他各挡的传动效率有所降低。在挡数相同的条件下，各中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数、轴的支承方式、换挡方式和倒挡传动方案以及挡位布置顺序上有差别。图 3.1a 所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图 3.1b、c、d 所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图 3.1d 所示方案中的倒档和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前进档的变速器。图 3.1 中间轴式五档变速器传动方案图 3.2a 所示方案中的一档、倒档和图 b 所示方案中的倒档用直齿滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮。- 1 -图 3.2 中间轴式六档变速器传动方案以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。发动机前置后轮驱动的轿车采用中间轴式变速器，为缩短传动轴长度，可将变速器后端加长，如图 3.2a、 b 所示。伸长后的第二轴有时装在三个支承上，其最后一个支承位于加长的附加壳体上。如果在附加壳体内，布置倒档传动齿轮和换档机构，还能减少变速器主体部分的外形尺寸。变速器用图 3.1c 所示的多支承结构方案，能提高轴的刚度。这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。图 3.1c 所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。2.7 倒挡布置方案与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。图 3.3 为常见的倒挡布置方案。图 3-3b 中所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴上的长度；但换挡时要求有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图 3.3c 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 3.2d 所示方案针对前者的缺点作了修改。因而取代了图 3.2c 的方案。图 3.3e 所示方案是将一、倒挡齿轮做成一体，使其齿宽加长。图 3.3f 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，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 3.3g 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。本设计中综上考虑采用图 3.3d 的倒挡布置方案。- 1 -图 3.3 倒挡布置方案变速器的一挡或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力也增大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出轮齿磨损加快和工作噪声增加。为此，本次设计采用的中间轴式变速器的一挡和倒挡，都应当布置在靠近轴的支承处，以便改善上述不良状况，然后按照从低挡到高挡的顺序布置各挡齿轮，这样做既可以使轴具有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒挡。此时在倒挡工作时，轮齿磨损与噪声在短时间内略有增加，而在一挡工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。倒挡设置在变速器的左侧或右侧，在结构上都能实现，不同之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向变了。除此之外，倒挡中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴的受力状况有影响，如图 3.4 所示。图 3.4 倒挡轴位置与受力分析3本课题研究的重点及难点，前期已开展工作重点：确定轴承的型号规格、轴的结构尺寸、传动齿轮的变位系数和齿宽等性能结构- 1 -参数，并进行相关的性能分析计算。难点：根据传动机构总体布置设计的结果及零件的功能与性能要求，进行传动机构零件的图纸设计，绘制传动机构装配图。前期已开展工作：了解变速器的研究开发与使用情况，确定最初方案以及完成外文翻译。4完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 1-4 周：检索查阅文献资料，了解变速器的研究开发与使用情况以及外文翻译。第 5-6 周：进行变速器传动机构（齿轮、轴、轴承等）的结构方案分析，确定宇通变速器传动机构的结构型式。第 7-8 周：根据功能要求，进行变速器传动机构总体布置设计；根据性能要求，分析确定轴承的型号规格、轴的结构尺寸、传动齿轮的变位系数和齿宽等性能结构参数，并进行相关的性能分析计算。第 9-10 周：根据传动机构总体布置设计的结果及零件的功能与性能要求，进行传动机构零件的图纸设计。第 11-12 周：根据传动机构零件图，绘制传动机构装配图。第 13-14 周：编写设计计算说明书，完成毕业设计（论文）。第 15 周：准备毕业设计答辩。4 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日- 1 -参考文献1 綦力,罗彬.客车五挡机械变速器结构特点J. 现代零部件 ,2012,(5).2 陈家瑞.汽车构造（下册）.第 2 版.北京：机械工业出版社， 2005.13 张文春.汽车理论M.北京：机械工业出版社， 20054 齿轮手册编.齿轮手册（上）.机械工业出版社，2004.25 王望予.汽车设计 第 4 版. 北京：机械工业出版社，2004.86 孙恒、葛文杰主编.机械原理 第七版.北京：高等教育出版社， 2006.57 濮良贵、 纪名刚主编.机械设计. 第八版. 北京：高等教育出版社， 2006.5（5）. 8 闻邦椿主编.机械设计手册（第 5 版）第一卷.机械工业出版社， 2010.19 王昆、何小柏、汪信远主编.机械设计、机械设计基础课程设计 .北京：高等教育出版社，1995.110 綦力. 现代客车手动挡机械变速器技术特点 , 现代零部件 , 2012 (03).5 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日- 1 -11 王继鹏. 汽车机械式变速器的现代设计方法J. 中国高新技术企业 .
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