载货汽车三轴变速器的建模与分析(附件)
变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利工况范围内工作。本次设计运用Pro/E技术对三轴变速器进行三维建模。从变速器结构出发，对其几个构件分别进行建模。再进行装配，由部分装配转化为整体的装配。最后根据实际运动过程，对变速器进行运动分析。通过运动仿真，设计者可以及时 发现设计中不合理的结构和部件干涉,保证部件的装配关系、运动间隙及理论尺寸的正确性，提高了设计质量，缩短了设计周期。
关键词 变速器，三维建模，同步器，运动分析
目 录
1 绪论1
1.1 汽车变速器的概述1
1.2 汽车变速器研究状况，发展趋势及成果1
2 总体方案论证3
2.1 研究思路3
2.2 研究或解决的问题和拟采用的研究手段3
3 变速器的传动方案及基本参数4
3.1 东风EQ1092中型货车三轴式五挡变速器传动示意图4
3.2 东风EQ1092三轴式变速器的相关参数4
4 变速器相关零件的三维建模5
4.3 变速器直齿圆柱齿轮的建模5
4.2 变速器输入轴的建模9
4.3 输出轴建模12
4.4 变速器中间轴的建模14
4.5 同步器的建模16
5 零件装配18
5.1 齿轮的装配18
6 三轴式变速器的有关分析22
6.1 三轴变速器的动力传递分析22
6.2 齿轮的干涉现象分析24
6.3 定义伺服电动机26
6.4 运 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
动仿真结果观察分析 26
结论 28
致谢 29
参考文献30
绪论
1.1 汽车变速器的概述
变速器用于改变发动机曲轴的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下，满足驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。随着汽车工业的不断发展，今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定车速是难以达到的。变速器的倒挡使汽车能倒退行驶；其空挡使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离。 变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒挡安全装置，其他结构措施，可使操纵可靠，不产生跳挡、乱挡、自动脱挡和误挂倒挡；采用同步器可使换挡轻便，无冲击及噪声；采用斜齿轮、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性，使汽车和发动机有良好的匹配性。
1.2汽车变速器研究状况，发展趋势及成果
1.2.1 研究背景
随着社会经济展水平的提高，汽车保有量迅猛增长，同时对载货汽车性能和质量提出了更高的要求。载货汽车制造商不仅面临着用户对产品性能与质量越来越高的要求，而且面临着严格的技术法规约束以及降低产品成本等压力。因此在载货汽车的开发过程中，广泛采用各种先进的技术和理论方法，使设计过程自动化，以满足产品设计的需要已成为必然趋势。在工程设计中应当采用先进的技术和理论方法，使设计过程自动化、合理化，以满足产品设计的需要优化设计方法则提供了一条可能高效率的求得最优的设计方案的途径。传动系是载货汽车的主要组成部分，变速器又是传动系的重要部件，因此载货汽车变速器的性能改良设计能够大大提升传动系的性能。
回顾变速器技术的发展可以清楚地知道, 变速器作为汽车传动系统的总要组成部分, 其技术的发展,是衡量汽车技术水平的一项总要依据。世纪能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等是科学技术发展的重要领域, 这些领域的科技进步推动了变速器技术的发展。
1.2.2 国内外研究的发展状况
1940年美国通用汽车公司首次将液力机械式自动变速器装车应用以来,液力机械式自动变速器的生产形成系列化和专业化.其发展之快,应用之广,以致于人们直接命名其为"自动变速器".AT以优越的动力性能,乘坐舒适性和简便的操作,在汽车工业中占有相当的地位.我国几种系列轿车中和重型载货车上虽有应用,但限于技术和经济条件,独立开发,成批生产AT的能力尚不具备。
省油,排污低,操纵方便,行驶舒适的机械式无级自动变速器(CVT)一直是人们追求的目标.CVT与其它传动相比,操纵方便性和乘坐舒适性均可与液力变矩器相媲美,而其传动效率却远高于液力变矩器.更主要的是它能够协调车辆外界行驶条件与发动机负荷,充分发挥发动机潜力,提高整车燃油经济性,使汽车具有良好的牵引特性,显著地提高超车性能,这是现有的有级式变速器无法相比的,故CVT是国内外汽车传动研究和推广的重点之一。
电传动与液压车辆的马达相似,它一改机械传动中的传统结构,代之以电流输至电动机来驱动汽车.另一种以新型蓄电池,燃料电池作为能源的电动车,它不用石油燃料,无污染,能量转换效率高,因而将广泛用于短途运输的轿车,大客车,货车上.日本的电源公司,美国通用公司,德国大众公司等研制的电动车已基本上满足使用者的需要。
电力式自动变速器噪声低,污染小,自动化程度高,元件布置方便,可用电池代替原动机,在不可再生资源日益枯竭,环境污染日益严重的今天,电力式自动变速器无疑是重要的发展方向之一。
目前，在欧洲地区载货车AMT配装率已经达到50%，主要生产厂家有ZF，伊顿等。另外，三菱扶桑，ZF等厂商推出了用于载货车的DCT。
在国内，仍然以手动变速器为主，自动变速器比例很低，并且主要来自进口。
手动变速器有单中间轴全同步器，双中间轴无同步器和全同步器结构。目前，国内重型载货车主要匹配双中间轴变速器，高端及进口车采用全同步器变速器。
鉴于AMT在燃油经济性和驾驶舒适性方面的优势，随着AMT技术在国内的完善和推广，AMT在国内将有广阔的发展前景。
1.2.3 研究的意义
三轴变速器的前进档主要由输入(第一)轴、中间轴和输出(第二)轴组成。 三轴五档变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。
三轴式变速器，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档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档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。
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1 绪论1
1.1 汽车变速器的概述1
1.2 汽车变速器研究状况，发展趋势及成果1
2 总体方案论证3
2.1 研究思路3
2.2 研究或解决的问题和拟采用的研究手段3
3 变速器的传动方案及基本参数4
3.1 东风EQ1092中型货车三轴式五挡变速器传动示意图4
3.2 东风EQ1092三轴式变速器的相关参数4
4 变速器相关零件的三维建模5
4.3 变速器直齿圆柱齿轮的建模5
4.2 变速器输入轴的建模9
4.3 输出轴建模12
4.4 变速器中间轴的建模14
4.5 同步器的建模16
5 零件装配18
5.1 齿轮的装配18
6 三轴式变速器的有关分析22
6.1 三轴变速器的动力传递分析22
6.2 齿轮的干涉现象分析24
6.3 定义伺服电动机26
6.4 运 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
动仿真结果观察分析 26
结论 28
致谢 29
参考文献30
绪论
1.1 汽车变速器的概述
变速器用于改变发动机曲轴的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下，满足驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。随着汽车工业的不断发展，今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定车速是难以达到的。变速器的倒挡使汽车能倒退行驶；其空挡使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离。 变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒挡安全装置，其他结构措施，可使操纵可靠，不产生跳挡、乱挡、自动脱挡和误挂倒挡；采用同步器可使换挡轻便，无冲击及噪声；采用斜齿轮、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性，使汽车和发动机有良好的匹配性。
1.2汽车变速器研究状况，发展趋势及成果
1.2.1 研究背景
随着社会经济展水平的提高，汽车保有量迅猛增长，同时对载货汽车性能和质量提出了更高的要求。载货汽车制造商不仅面临着用户对产品性能与质量越来越高的要求，而且面临着严格的技术法规约束以及降低产品成本等压力。因此在载货汽车的开发过程中，广泛采用各种先进的技术和理论方法，使设计过程自动化，以满足产品设计的需要已成为必然趋势。在工程设计中应当采用先进的技术和理论方法，使设计过程自动化、合理化，以满足产品设计的需要优化设计方法则提供了一条可能高效率的求得最优的设计方案的途径。传动系是载货汽车的主要组成部分，变速器又是传动系的重要部件，因此载货汽车变速器的性能改良设计能够大大提升传动系的性能。
回顾变速器技术的发展可以清楚地知道, 变速器作为汽车传动系统的总要组成部分, 其技术的发展,是衡量汽车技术水平的一项总要依据。世纪能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等是科学技术发展的重要领域, 这些领域的科技进步推动了变速器技术的发展。
1.2.2 国内外研究的发展状况
1940年美国通用汽车公司首次将液力机械式自动变速器装车应用以来,液力机械式自动变速器的生产形成系列化和专业化.其发展之快,应用之广,以致于人们直接命名其为"自动变速器".AT以优越的动力性能,乘坐舒适性和简便的操作,在汽车工业中占有相当的地位.我国几种系列轿车中和重型载货车上虽有应用,但限于技术和经济条件,独立开发,成批生产AT的能力尚不具备。
省油,排污低,操纵方便,行驶舒适的机械式无级自动变速器(CVT)一直是人们追求的目标.CVT与其它传动相比,操纵方便性和乘坐舒适性均可与液力变矩器相媲美,而其传动效率却远高于液力变矩器.更主要的是它能够协调车辆外界行驶条件与发动机负荷,充分发挥发动机潜力,提高整车燃油经济性,使汽车具有良好的牵引特性,显著地提高超车性能,这是现有的有级式变速器无法相比的,故CVT是国内外汽车传动研究和推广的重点之一。
电传动与液压车辆的马达相似,它一改机械传动中的传统结构,代之以电流输至电动机来驱动汽车.另一种以新型蓄电池,燃料电池作为能源的电动车,它不用石油燃料,无污染,能量转换效率高,因而将广泛用于短途运输的轿车,大客车,货车上.日本的电源公司,美国通用公司,德国大众公司等研制的电动车已基本上满足使用者的需要。
电力式自动变速器噪声低,污染小,自动化程度高,元件布置方便,可用电池代替原动机,在不可再生资源日益枯竭,环境污染日益严重的今天,电力式自动变速器无疑是重要的发展方向之一。
目前，在欧洲地区载货车AMT配装率已经达到50%，主要生产厂家有ZF，伊顿等。另外，三菱扶桑，ZF等厂商推出了用于载货车的DCT。
在国内，仍然以手动变速器为主，自动变速器比例很低，并且主要来自进口。
手动变速器有单中间轴全同步器，双中间轴无同步器和全同步器结构。目前，国内重型载货车主要匹配双中间轴变速器，高端及进口车采用全同步器变速器。
鉴于AMT在燃油经济性和驾驶舒适性方面的优势，随着AMT技术在国内的完善和推广，AMT在国内将有广阔的发展前景。
1.2.3 研究的意义
三轴变速器的前进档主要由输入(第一)轴、中间轴和输出(第二)轴组成。 三轴五档变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。
三轴式变速器，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档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档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。
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