某中型货车变速器的改进设计(附件)
摘 要变速器在汽车传动系统中拥有十分重要的作用，对于汽车的动力性和经济性都有很大的影响。本设计以某一选定的中型货车为例，对其变速器存在的不足进行优化改进设计。通过其原有的基本参数，重新设计变速器各零件的尺寸参数，调整各档传动比，并对设计的零件进行校核，保证其实际使用的安全性。运用UG软件进行建模、装配及有限元分析，使用MATLAB编程，绘制汽车的驱动力—行驶阻力平衡图，从而直观地与原先的变速器进行比较，分析性能的优劣性。以此改善了变速器的性能，提高了汽车的动力性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1项目研究的意义1
1.2国内外研究现状1
第二章 变速器设计方案的确定2
2.1货车参数介绍2
2.2原变速器的不足2
2.3变速器传动方案的选择2
第三章 传动系统参数的确定4
3.1主减速器传动比的确定4
3.2变速器传动比ig的确定4
3.3变速器各档传动比的分配6
第四章 变速器的结构设计 7
4.1基本参数的确定7
4.2齿轮齿数的确定 8
4.3齿轮尺寸参数的确定 10
4.4齿轮强度的校核 12
4.5变速器轴的设计 15
4.6变速器轴的校核 15
4.7变速器轴承的选择 18
4.8变速器同步器的确定 18
4.9本章小结 19
第五章 变速器的建模与装配20
5.1UG软件简介20
5.1变速器主要零件的建模20
5.2变速器的总装配图 21
第六章 主要零件的有限元分析 23
6.1有限元分析简介 23
6.2有限元分析结果 23
第七章 绘制驱动力—行驶阻力平衡图26
7.1MATLAB简介26
7.2程序编写 26
7.3运行结果 27
结束语 30
致谢 31
参考文献32
绪论
1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
1项目研究的意义
随着汽车产量的逐年上升，汽车越来越成为每家每户必备的出行工具。但根据目前的科技水平，市面上绝大部分的汽车仍然是以汽油为燃料。随着需求量的不断上升，汽油的价格越来越高，因此，在不改变根本燃料的情况下，汽车的燃油经济性越来越成为人们关注的焦点。同时，随着用户体验的不断上升，汽车在动力性方面的要求也与日俱增。但如果单纯的提升燃油经济性，汽车的动力性势必大打折扣，反之亦然。因此，如何在两者间找出一个合理的平衡点，将是本课题研究的出发点。
汽车的变速器作为汽车传动系统的主要结构之一，其性能的优劣直接影响着汽车的动力性和经济性，通过调节变速器内部的传动比，可以改变汽车在不同档位下驱动力的大小。本课题的研究意义就在于优化改善原有变速器的性能，使其实际使用性能更加优秀。
1.2国内外研究现状
变速器作为汽车传动系统的主要部件，对提高汽车性能有很大的意义，因此国内外都对其进行了很大的研究与改进。汽车变速器可分为无级变速器和有级变速器两大类，由于无级变速器在改进方面难度较大，故研究和发展的速度相对缓慢。而传统的有级机械变速器结构较为简单，原理通俗易懂，世界各地都对其进行了不少的研究。
国外方面，由于具有先进的技术支持和一流人才的不断努力，对变速器的结构、材料、传动效率等各方面都作出了很大的改进。在80年代，日本的汽车公司在汽车结构上运用CAE技术，对包括刚度、强度、疲劳、碰撞和形状等方面进行了分析并优化。到90年代的时候，有限元分析的方法在欧洲国家得到了十分广泛的运用，对变速器的静态和动态分析使之得到了很大的改进空间。瑞典Chalmers大学通过调整变速器零件的参数，有效的降低了变速器的噪音。其他国家也与此同时对变速器建立简化模型，优化体积，减轻质量，提高使用寿命，获得了丰厚的研究成果。
在国内方面，由于技术的相对落后，生产的产品还无法与世界顶尖的变速器媲美，但通过引进先进的机械加工设备、精密锻造设备和检测设备，在齿轮、轴等关键零件上大大提升了工艺水平。西北工业大学运用有限元法对变速器齿轮建立三维动力学模型，分析在不同发动机转速下齿轮的应力变化情况。2006年，湖南大学与奇瑞汽车合作，对箱体的危险结构点进行分析，提出了对箱体的改进设计。最近几年，对变速器各方面的研究均取得了不小的成果，中国在这方面的发展日益蓬勃。
变速器设计方案的确定
2.1货车参数介绍
根据上网搜集的资料，选定了一台中型货车作为研究对象，对其变速器进行改进设计，其发动机型号、整车质量等参数如表21所示。
表21 货车参数
车型
中型载重汽车
发动机型号
CA4DF315E3，（锡柴四缸柴油发动机，排量4.7L，最大功率116/2300（KW/（r/min）），最大扭矩550/3200（Nm/（r/min）），
整车质量
7.765t
车辆载重
7.99t
驱动方式
4×2后轮驱动（后双胎）
轮胎型号
9.0020（外径1038mm）
轴距
5300mm
最高时速
95km/h
2.2原变速器的不足
该货车原先配备CA6T138变速器，整体结构为三轴六档，拥有6个前进档及1个倒档。在具体使用方面，存在如下两点问题。
第一，动力性略显不足。汽车在低档位起步时力道充足，但在高档位时提速缓慢。为此应调节变速器各档传动比，使其在抵挡和高档时都能表现良好。
第二，换挡不平稳。在车辆换挡过程中，变速器常伴随异响，且带有换挡吃力的问题，长此以往，会对变速器各零件寿命造成很大影响。故应对变速器结构进行改进设计，使其工作更加平稳可靠，保证车辆行驶时的安全。
2.3变速器传动方案的选择
变速器的传动方式按传动比变化方式分类可分为有级式变速器、无级式变速器和综合式变速器。其中有级式变速器有多个固定档位，传动比不连续。有级式变速器为齿轮变速器。按轮系形式的不同，又可分为轴线固定式变速器和轴线旋转式变速器。其中前者是通过把多个齿轮安装在一根轴上所组成的传动形式，机械变速器大多使用这种设计形式。
有级式变速器结构较为简单，制造方便，传动效率高，现今应用仍十分广泛。故本设计决定选用有级式变速器。
在中型载货汽车上，前置后驱的发动机多配备三轴式变速器。如图21所示，为一载货汽车的三轴五档式变速器。第一轴即主动轴与发动机的飞轮相连，第二轴即从动轴与万向节相连，然后再连接轮毂，其输出轴和输入轴在同一轴线上。除直接挡以外，其每个前进挡均采用两对齿轮进行传动，由于存在中间轴，所以变速器输入轴的旋转方向与输出轴的转向是一致的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1项目研究的意义1
1.2国内外研究现状1
第二章 变速器设计方案的确定2
2.1货车参数介绍2
2.2原变速器的不足2
2.3变速器传动方案的选择2
第三章 传动系统参数的确定4
3.1主减速器传动比的确定4
3.2变速器传动比ig的确定4
3.3变速器各档传动比的分配6
第四章 变速器的结构设计 7
4.1基本参数的确定7
4.2齿轮齿数的确定 8
4.3齿轮尺寸参数的确定 10
4.4齿轮强度的校核 12
4.5变速器轴的设计 15
4.6变速器轴的校核 15
4.7变速器轴承的选择 18
4.8变速器同步器的确定 18
4.9本章小结 19
第五章 变速器的建模与装配20
5.1UG软件简介20
5.1变速器主要零件的建模20
5.2变速器的总装配图 21
第六章 主要零件的有限元分析 23
6.1有限元分析简介 23
6.2有限元分析结果 23
第七章 绘制驱动力—行驶阻力平衡图26
7.1MATLAB简介26
7.2程序编写 26
7.3运行结果 27
结束语 30
致谢 31
参考文献32
绪论
1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
1项目研究的意义
随着汽车产量的逐年上升，汽车越来越成为每家每户必备的出行工具。但根据目前的科技水平，市面上绝大部分的汽车仍然是以汽油为燃料。随着需求量的不断上升，汽油的价格越来越高，因此，在不改变根本燃料的情况下，汽车的燃油经济性越来越成为人们关注的焦点。同时，随着用户体验的不断上升，汽车在动力性方面的要求也与日俱增。但如果单纯的提升燃油经济性，汽车的动力性势必大打折扣，反之亦然。因此，如何在两者间找出一个合理的平衡点，将是本课题研究的出发点。
汽车的变速器作为汽车传动系统的主要结构之一，其性能的优劣直接影响着汽车的动力性和经济性，通过调节变速器内部的传动比，可以改变汽车在不同档位下驱动力的大小。本课题的研究意义就在于优化改善原有变速器的性能，使其实际使用性能更加优秀。
1.2国内外研究现状
变速器作为汽车传动系统的主要部件，对提高汽车性能有很大的意义，因此国内外都对其进行了很大的研究与改进。汽车变速器可分为无级变速器和有级变速器两大类，由于无级变速器在改进方面难度较大，故研究和发展的速度相对缓慢。而传统的有级机械变速器结构较为简单，原理通俗易懂，世界各地都对其进行了不少的研究。
国外方面，由于具有先进的技术支持和一流人才的不断努力，对变速器的结构、材料、传动效率等各方面都作出了很大的改进。在80年代，日本的汽车公司在汽车结构上运用CAE技术，对包括刚度、强度、疲劳、碰撞和形状等方面进行了分析并优化。到90年代的时候，有限元分析的方法在欧洲国家得到了十分广泛的运用，对变速器的静态和动态分析使之得到了很大的改进空间。瑞典Chalmers大学通过调整变速器零件的参数，有效的降低了变速器的噪音。其他国家也与此同时对变速器建立简化模型，优化体积，减轻质量，提高使用寿命，获得了丰厚的研究成果。
在国内方面，由于技术的相对落后，生产的产品还无法与世界顶尖的变速器媲美，但通过引进先进的机械加工设备、精密锻造设备和检测设备，在齿轮、轴等关键零件上大大提升了工艺水平。西北工业大学运用有限元法对变速器齿轮建立三维动力学模型，分析在不同发动机转速下齿轮的应力变化情况。2006年，湖南大学与奇瑞汽车合作，对箱体的危险结构点进行分析，提出了对箱体的改进设计。最近几年，对变速器各方面的研究均取得了不小的成果，中国在这方面的发展日益蓬勃。
变速器设计方案的确定
2.1货车参数介绍
根据上网搜集的资料，选定了一台中型货车作为研究对象，对其变速器进行改进设计，其发动机型号、整车质量等参数如表21所示。
表21 货车参数
车型
中型载重汽车
发动机型号
CA4DF315E3，（锡柴四缸柴油发动机，排量4.7L，最大功率116/2300（KW/（r/min）），最大扭矩550/3200（Nm/（r/min）），
整车质量
7.765t
车辆载重
7.99t
驱动方式
4×2后轮驱动（后双胎）
轮胎型号
9.0020（外径1038mm）
轴距
5300mm
最高时速
95km/h
2.2原变速器的不足
该货车原先配备CA6T138变速器，整体结构为三轴六档，拥有6个前进档及1个倒档。在具体使用方面，存在如下两点问题。
第一，动力性略显不足。汽车在低档位起步时力道充足，但在高档位时提速缓慢。为此应调节变速器各档传动比，使其在抵挡和高档时都能表现良好。
第二，换挡不平稳。在车辆换挡过程中，变速器常伴随异响，且带有换挡吃力的问题，长此以往，会对变速器各零件寿命造成很大影响。故应对变速器结构进行改进设计，使其工作更加平稳可靠，保证车辆行驶时的安全。
2.3变速器传动方案的选择
变速器的传动方式按传动比变化方式分类可分为有级式变速器、无级式变速器和综合式变速器。其中有级式变速器有多个固定档位，传动比不连续。有级式变速器为齿轮变速器。按轮系形式的不同，又可分为轴线固定式变速器和轴线旋转式变速器。其中前者是通过把多个齿轮安装在一根轴上所组成的传动形式，机械变速器大多使用这种设计形式。
有级式变速器结构较为简单，制造方便，传动效率高，现今应用仍十分广泛。故本设计决定选用有级式变速器。
在中型载货汽车上，前置后驱的发动机多配备三轴式变速器。如图21所示，为一载货汽车的三轴五档式变速器。第一轴即主动轴与发动机的飞轮相连，第二轴即从动轴与万向节相连，然后再连接轮毂，其输出轴和输入轴在同一轴线上。除直接挡以外，其每个前进挡均采用两对齿轮进行传动，由于存在中间轴，所以变速器输入轴的旋转方向与输出轴的转向是一致的。
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