越野乘用车变速器设计-中间轴式五档变速器【三维零件图】【9张CAD图纸+文档全套】
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现代科技学院 毕业设计（论文）开题报告 毕业设计（论文）题目： 越野乘用车变速器设计 学 生 姓 名： 王 鑫 指导教师姓名： 张 晓 东 专 业： 车辆工程10-1 2014年 3 月 29 日一、课题名称：越野乘用车变速器设计二、课题研究背景 随着科学技术的日益发展，汽车的各项性能也日臻完善。现代汽车已成为世界各国 民经济和社会生活中不可缺少的交通工具。现代汽车除了装有性能优良的发动机外还应 该有性能优异的传动系与之匹配才能将汽车的性能淋漓尽致的发挥出来。因此汽车变速 器的设计显得尤为重要。 控制技术和电子信息技术的高速发展，使得自动变速器得到快速发展。手动变速 器向自动变速器发展的趋势越发明显。新技术的发展一方面仍在不断改善现有变速器 的性能。如自动变速器的多段化、电控化及液力变矩器低速区域的低速化等。另一方 面新军凸起。双离合变速器已在市场上得到小范围应用。总体来看，变速器技术朝着 兼顾舒适性、动力性、经济性三个方向发展。 纵观变速器发展历史长河。我们做一简单比较:从1894 年犹如走楼梯的MT 手动 变速器批量应用，到1908 年AT 自动变速器的应用。如同乘坐上了自动扶梯;1995 年 出现了全新的手自一体变速器，既可以手动又可以自动操控几个固定挡位切换速比。 我们经历了变速器发展过程中有挡位的几个时代发展。直到1997 年CVT 无级变速器应 运而生。从而将变速器的发展带入了无档位时代。这种变速器无齿轮传动，实现无缝加 速，好比乘坐普通升降电梯，成为变速器发展史的里程碑。随着2004 年日产研发的最 新一代的CVT-XTRONIC 面世，就好比是乘坐了高速升降电梯。车辆行驶过程中，从低 速到高速就如同从商场一楼到五楼。不同的变速器给您带来了不同的到达方式，让您 体会到不同的舒适性、操控性和经济性。3、 课题研究意义 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的重要环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和 转速，因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，在对汽车性能要求越来越高 的今天，车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标，而变速器的设计如果不合理， 将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大。通过本题目的设计，我们可以综 合应用汽车构造、汽车理论、汽车设计、机械设计、液压传动等课程的 知识，达到综合运用的效果，从而提高解决实际问题的能力。4、 文献查阅情况 查阅了有关变速器的文献，总结如下： A、传动机构布置方案分析 变速器传动机构有两种分类方法。根据前进挡数的不同，有三、四、五和多挡变速器。根据轴的形式不同，分为固定轴式和旋转轴式(常配合行星齿轮传动)两类。固定轴式又分为两轴式、中间轴式、双中间轴式和多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其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。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单、轮廓尺寸小、布置方便、中间挡位传动效率高和噪声低等优点。因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。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。 B、零部件结构方案分析 1齿轮形式 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。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，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。 2换挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。 汽车行驶时各挡齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随有噪声。这使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使乘坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术(如两脚离合器)，使齿轮换挡时无冲击，才能克服上述缺点。但是该瞬间驾驶员注意力被分散，会影响行驶安全性。因此，尽管这种换挡方式结构简单，但除一挡、倒挡外已很少使用。 由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，所以可用移动啮合套换挡。这时。因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总惯性矩增大。因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，则换挡机构连接件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且还能降低制造成本及减小变速器长度。 使用同步器能保证讯速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高汽车的加速性、经济性和行驶安全性。同上述两种换挡方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。 利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。在滑动齿轮特别宽的情况下，这种差别就更为明显。为_操纵方便，换人不同挡位的变速杆行程要求尽可能一样。 3变速器轴承 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。至于何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。 汽车变速器结构紧凑、尺寸小、采用尺寸大些的轴承受结构限制，常在布置上有困难。 C 、变速器的设计与计算 1 、齿轮的损坏形式 变速器齿轮的损坏形式主要有三种：轮齿折断，齿面疲劳剥落(点蚀)，移动换挡齿轮端部破坏。 轮齿折断发生在两种情况下：轮齿受到足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；轮齿在重复载荷作用下，齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。前者在变速器中出现得极少，而后者出现得多些。 轮齿工作时，一对齿轮相互啮合，齿面相互挤压，这时存在于齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状剥落而形成小麻点，称之为齿面点蚀。它使齿形误差加大，产生动载荷，并可能导致轮齿折断。 用移动齿轮的方法完成换挡的低挡和倒挡齿轮，由于换挡时两个进入啮合的齿轮存在角速度差，换挡瞬间在轮齿端部产生冲击载荷，并造成损坏。 2、轮齿强度计算 与其它机械行业比较，不同用途汽车的变速器齿轮使用条件仍是相似的。此外，汽车变速器齿轮用的材料、热处理方法、加工方法、精度级别、支承方式也基本一致。如汽车变速器齿轮用低碳合金钢制作，采用剃齿或磨齿精加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度为JBl7983，6级和7级。因此，用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮，同样可以获得较为准确的结果。25MnCr5。渗碳齿轮表面硬度为5863HRC。 3、轴的强度计算 变速器工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用，其轴要承受转矩和弯矩。变速器的轴应有足够的刚度和强度。因为刚度不足的轴会产生弯曲变形，破坏了齿轮的正确啮合，对齿轮的强度、耐磨性和工作噪声等均有不利影响。所以设计变速器轴时，其刚度大小应以保证齿轮能实现正确的啮合为前提条件。 D、变速器操纵机构 根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡。变速器操纵机构应当满足如下主要要求：换挡时只能挂人一个挡位，换挡后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱挡或自动挂挡，防止误挂倒挡，换挡轻便。 用于机械式变速器的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡锁装置等主要件组成，并依靠驾驶员手力完成选挡、换挡或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。 1直接操纵手动换挡变速器 当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动换挡变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。近年来，单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴，各挡同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各挡换挡行程相等轴，各挡同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化。 2远距离操纵手动换挡变速器平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器，受总体布置限制变速器距驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种手动换挡变速器称为远距离操纵手动换挡变速器 3电控自动换挡变速器 有级式机械变速器尽管应用广泛，但是它有换挡工作复杂、对驾驶员操作技术要求高、使驾驶员容易疲劳等缺点。80年代以后，在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换挡时刻的判断，接着自动实现收油门、离合器分离、选挡、换挡、离合器接合和回油门等一系列动作，使汽车动力性、经济性有所提高，简化操纵并减轻了驾驶员的劳动强度。E，新技术1、 新型机械式无级变速器的设计及优化 机械式脉动无级变速器采用连杆(或其他类型)机构组成一个相，由至少三个相组成一个无级变速机构，通过超越离合器的过滤作用，滤掉低于某一速度值的转速，输出符合单向离合器过滤条件的转速。机械式脉动无级变速器具有传动可靠、寿命长、变速范围大、最低输出转速可为零、静止和运动中均可调速、结构简单、制造较容易等特点。但这类脉动机械式无级变速器的基本工作机构为多套连杆机构，普遍存在以下缺陷：不平衡惯性力引起的振动大；承载能力和抗冲击能力相对较弱；脉动度较大；多相结构导致机械效率降低，磨损加剧；整机效率不高，输出功率小，不适合用于大功率场合。为克服机械式脉动无级变速器的缺陷，国内外学者做了大量的研究工作，研究开发了多种类型的新型脉动无级变速器口。这些变速器距离实际使用越来越近。 2、液力自动变速器协同控制的研究燃油经济性、低排放和舒适性已经成为现代传动系统的发展方向。提出模块化协同控制软件架构模式，通过对液力变矩器、换挡离合器和发动机进行协同控制，并以失效控制和车载自诊断作为辅助来实现自动换挡策略。通过台架和整车标定测试，证明了此方法提高了模块化建模的效率，并通过标定结果分析得出，应用本文所提出的模块化协同控制方法，离合器在换挡过程中，发动机输出转矩平稳，换挡冲击小，换挡品质得到明显提升。3、 轿车自动变速器的几种分类 液力藕合式自动变速嚣(简称AT变速器)；电控机械式自动变速器简称AblT变速器)；无级自动变速器(简称CVT变速器)；速逻辑思维自动变速器；手动换档机构的自动变速器(简称MAT变速器)4、汽车手动变速器噪声源识别 汽车噪声已经成为环境噪声污染的主要来源之一，对于大中城市尤其如此。汽车噪声水平是衡量汽车性能的重要指标，因此汽车噪声控制是目前世界汽车工业的一个重要课题。变速箱是汽车主要噪声源之一，在很大程度上影响了汽车的车内噪声和通过噪声，因此很有必要对其进行研究并最终达到减振降噪的目的。变速箱是一个复杂的齿轮箱，零件较多，其噪声成分较复杂口。仅仅靠理论分析与仿真计算很难得到变速器的准确噪声特性，为了全面掌握变速器的噪声变化规律进而对其结构优化，需要对变速器进行噪声测试，以试验数据为基础，来分析变速器的噪声特性，这样得到的规律更有指导意义。 目前，国内也有学者对变速器的振动噪声进行研究。文献2根据实车噪声试验得到车厢声压级组成及变化情况，证明了阶次分析方法可用于噪声源识别，但没有对变速器噪声进行深入分析，也没有得出具体结论。文献E3分析了齿轮系统的动态激励，推出齿轮副的啮合冲击是变速器啸叫的主要激励源，但该文研究对象是有故障变速器，针对激励源也没有给出相应的改进措施。笔者介绍变速器噪声测试的过程，进而综合采用频谱分析，阶次分析以及相干分析等方法，对试验数据进行深入分析，以此来识别变速器的主要噪声源，并提出一些可行性建议来控制变速器噪声。分析结果将用于指导变速器进一步的仿真优化。 5、轮齿局部缺陷检测 在研究齿轮系统中各种齿轮参数的振动响应和操作条件时，齿轮振动的动态建模是一个非常有用的工具。对早期的齿轮检测提出了一种改进理解的振动信号，但还没达到高的可靠性。但是，这项工作的目的是利用一个6 自由度的齿轮动力学模型对齿轮轮齿缺陷故障的早期检测。该模型包括一对齿轮副、两个轴、两个惯性负载、动力传动装置和轴承。由于齿轮的误差和变动.该模型被采用时受到时变啮合刚度、阻尼、反弹和励磁的影响。模拟信号显示的结果表明.随着缺陷尺寸的增加加速度信号的振幅增加。模拟信号的波峰因素和峰值随着缺陷的增加而增加。虽然波峰因素和峰值做同样的趋势，但和波峰因素相比峰值是一个比较好的指标。F，自动变速器的维护与故障分析 一、自动变速器换档冲击大故障的排除 (1)故障现象 起步时，选档手柄从P或N挂入D或R位时，汽车振动大：行驶中，自动变速器升档瞬间有较明显的闯动。 (2)故障原因 发动机怠速过高；节气门拉线或节气门位置传感器调整不当，导致主油路油压高；升档过迟；真空式节-气13阀真空软管破损；主油路调压阀故障，使主油路油压过高；减振器活塞卡住，不起减振作用：单向阀球漏装，制动器或离合器接合过快；执行元件打滑：油压电磁阀故障；电控单元故障。 (3)排除方法 检查发动机怠速；检查、调整节气门拉线和节气门位置传感器；检查真空式节气门阀的真空软管；路试检查自动变速器升档是否过迟，升档之前发动机转速是否异常升高。检测主油路油压。如果怠速时主油路油压高，说明主油路调压阀或节气门阀存在故障：如果怠速油压正常，而起步；中击大，说明前进离合器、倒档及高档离合器的进油单向阀损坏或漏装。 检查换档时主油路油压。正常情况下，换档时主油路油压瞬时应有下降。若无下降，说明减振器活塞卡住，应拆检阀体和减振器。检查油压电磁阀的工作是否正常：检查电控单元在换档瞬间是否向油压电磁阀发出控制信号。如果电磁阀本身有问题则应更换；如果线路存在问题则应修复。 二、自动变速器打滑故障的排除 (1)故障现象 起步时踩下加速踏板，发动机转速上升很快但车速升高缓慢：上坡时无力，且发动机转速异常升高。 (2)故障原因 ATF油油面太低；离合器或制动器磨损严重；油泵磨损严重，主油路漏油造成主油路油压低：单向超越离合器打滑：离合器或制动器密封圈损坏导致漏油；减振器活塞密封圈损坏导致漏油。 (3)排除方法 检查ATF油油面高度和油的品质。若ATF油变色或有烧焦昧，说明离合器或制动器的摩擦片烧坏，应拆检自动变速器。路试检查，若所有前进档都打滑，原因出在前进离合器。若选档手柄在D位的2档打滑，而在S位的2档不打滑，说明2档单向离合器打滑。若不论在D位、S位的2档时都打滑，则为低档及倒档制动器打滑。若在3档时打滑，原因为倒档及高档离合器故障。若在超速档打滑，则为超速制动器故障。若在倒档和高档时打滑，则为倒档和高档离合器故障。若在倒档和l档打滑，则为低档及倒档制动器打滑。在前进档或倒档都打滑，说明主油路油压低。此时应对油泵和阀体进行检修。若主油路油压正常，原因可能是离合器或制动器摩擦片磨损过度或烧焦，需要更换摩擦片。 三、自动变速器升档缓慢故障的排除 （1）故障现象 汽车行驶中，升档车速较高，发动机转速也偏高；升档前必须松开加速踏板才能使自动变速器升入高档。 (2)故障原因 节气门拉线或节气门位置传感器调整不当：调速器存在故障：输出轴上调速器进出油孔的密封圈损坏；真空式节气门阀推杆调整不当：真空式节气门阀的真空软管或真空膜片漏气；主油路油压或节气门油压太高；强制降档开关短路；传感器故障。 (3)排除方法 电控自动变速器应首先进行故障自诊断。然后检查、调整节气门拉线或节气门位置传感器，测量节气门位置传感器电阻，如不符合标准应更换。采用真空式节气门阀的自动变速器，应检查真空软管是否漏气。检查强制降档开关是否短路。测量怠速主油路油压，若油压太高，应通过节气门拉线或节气门位置传感器予以调整。采用真空式节气门阀的自动变速器，应用减少节气门阀推杆长度的方法进行调整。若以上调整无效，应拆检油压阀或节气门阀。测量调速器油压，调速器油压应随车速的升高而增大。将不同转速下测得的调速器油压与规定值比较，若油压太低，说明调速器存在故障或调速器油路存在泄漏。此时应拆检自动变速器，检查调速器固定螺钉是否松动，调速器油路密封环是否损坏，阀芯是否卡滞或磨损过度。如果调速器油压正常，升档缓慢的原因可能是换档阀工作不良。应拆卸阀体检查，必要时更换。 参考文献 1王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社，2004. 2余志生.汽车理论M.5版.北京：机械工业出版社，2009.3 3刘维信.汽车设计M.北京：清华大学出版社，2001. 4毕洪新.浅谈变速器制造技术现状及发展趋势.汽车工艺与材料.2008,(05):53 5伏喜胜.潘元青.汽车变速器发展及其对变速器油的性能要求.石油商技2009,(03) 6陈俊,蔡蕾蕾.乘用车变速器家族的发展.汽车与配件.2009,(33): 4042 7相龙洋，左曙光，何吕昌，孟姝，孙庆基于试验的汽车手动变速器噪声源识别2013.6 8梁科云南交通科技第16卷第3期 2000.6轿车自动变速器的分类 9曾文，王玉兴，夏红梅，卿艳梅中国机械工程第24卷13期2013.7新型机械式无级变速器的设计与优化 10郭伟，王书翰，徐向阳，董鹏，戴振坤汽车工程第35卷2期2013液力自动变矩器协同控制的研究 11谢计红，刘伟涛，余元强汽车诊所2010.6自动变速器的维护与故障分析 12Fioralba Cakoni and Houssem Ha
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