本田125cc发动机节油型车传动系设计
本田125cc发动机节油型车传动系设计[20191208102815]
摘 要
“常熟之星”是我校参加Honda中国节能竞技大赛所设计出的车辆，本着面对环保挑战，需要不断的自我超越的精神,本文在原车的基础上通过对其传动系进行改造：1.把初始的链传动改成V型皮带轮传动，从而降低传动系统的质量。2.通过计算改变发动机输出齿轮与从动齿轮的大小，类型和齿数，从而改变传动比，以达到省油目的。3.设计一种离合器通过手动操杆进行离合，在启动，下坡，路面滑行等各种不需要动力支撑时进行分离。通过选用齿形带优化合适传动比的齿轮组，选取合适的车速以达到节油性目的。
摘 要 I
关键字:节能传动系统皮带传动传动比齿轮
目 录
Abstract II
目 录 III
1 绪论 1
1.1 课题的目的和意义： 1
1.2 课题简介 1
1.3 研究内容 2
2 UG软件介绍 3
2.1 技术简介 3
2.2 软件结构 3
2.3 软件优点 3
2.4 主要功能 3
3 设计方案介绍 4
3.1 机械传动方式简介 4
3.1.1 链传动简介 4
3.1.2 齿轮传动简介 4
3.1.3 皮带传动简介 6
3.2 原机传动系统 8
3.3 传动系统设计方案 8
3.3.1 节油性方案1介绍 8
3.3.2 节油性方案2介绍 9
4 传动系统参数选择与零件校核 11
4.1 本田125CC发动机参数 11
4.2 齿轮的设计计算与校核 12
4.2.1 计算并选定齿轮的类型、精度等级、材料和齿数 12
4.2.2 传动轴的设计与计算 16
5 传动系统各部分结构说明 18
5.1 承重轮轴结构 18
5.2 发动机输出轴结构 18
5.3 发动机输出齿轮结构 19
5.4 从动齿轮结构 19
5.5 换挡手柄结构 19
5.6 总体结构 20
6 小结 21
参考文献 22
致谢 23
1 绪论
1.1 课题的目的和意义：
当今世界上最严峻的挑战之一就是能源问题。结合节能使得汽车轻量化、更加易操控等特点对模型车的传动装置，离合装置进行研究与设计，它的目的是为了降低模型车的质量使其轻量化最终降低油耗，本文提倡提高社会的节能环与保意识，能为目前严峻的能源问题作一些点贡献。
我们社会经济发展的支柱产业重头产业就是汽车产业，已经在我们眼前的“汽车社会”，但是伴随着“汽车社会”的加速到来，社会在享受便利和舒适的同时，他带来的环境与能源压力又不得不困扰着我们，全球能源已经紧缺，我们国家的能源形势也是非常的严峻，伴随着汽车运行行驶费用改税，降低行驶成本，汽车节约用油也是一个热门的话题。现在我们考虑到影响汽车燃油经济性的因素，还有节油的各种基本途径，汽车传动系节油来阐述怎么样去节油。
汽车节油的目的就是减少我们国家经济发展对化石能源的需求，拿尽可能少的能源消耗去收获尽可能多的经济效益。节油的目的，要求我们从开发到利用的整个过程中获得最高的能源利用率[1]。节油在某种意义上来说也就是最便宜最简单最迅速的获取供应能源的“新能源”[2]。因此专家说：“节能就是在开发第五种能源，而且是不产生任何放射性废料，也没有任何污染的能源”。
1.2 课题简介
本田汽车的创始人本田宗一郎先生发起的Honda节能竞技大赛，在日本创办于1981年，每一年都有超过500支来自各地的车队参加比赛[3]。Honda中国节能竞技大赛自2007年来到我国，至今已经成功的举办了6届比赛[4]。Honda中国节能竞技大赛统一搭载本田提供的125cc低油耗4冲程发动机，车队需要独立创作完成车架及车身的设计，最终以燃油经济性高低从而一决胜负[5]。面对环保的挑战，本田汽车不断的超越自我，从50年前，本田研发设计出集轻便与节能为一身的Supercub引擎开始，一直都不停歇、挑战极限，上世纪八十年代就已经成功地将1升汽油的行驶距离从105公里提升至惊人的180公里。2001年节能大赛更是创造出3435公里/升的惊人记录。这就是人们一直创造着崭新的想法和新科学技术一步一步积累的成果，并且也是不断挑战的结果。本田节能大赛也正是提供给大家一个实现自己梦想和挑战自我的舞台。2013年10月25日到27日，2013年汽车学院首支车队“常熟之星”车队奔赴广州参加了节能竞技比赛，有近70支参加本次比赛，中国各个名校汽车专业的都派出了参赛队，如北京理工、上海同济、西安交通交大学、清华大学等，最后同济大学取得了第一的成绩，我校取得了突破性41名。 通过设计对传动系统进行改造，提高传动效率，降低传动系统质量，从而实现省油的目的。
1.3 研究内容
(1)完成传动系统系统的设计，并与各子系统配合。
(2)防止传动系统出现传动迟滞、传动损失过大等故障。
(3)完成相关选型、设计、计算，基于CAD绘制传动系统的装配图和各零件图。
(4)对传动系进行改造设计，提高效率方法：设计传动比，提高效率，降低传动系统质量。
2 UG软件介绍
2.1 技术简介
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计 与计算机辅助制造)体系，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构[6]。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。
UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础[7]。
2.2 软件结构
一个如UG/NX这样的大型软件系统通常需要有不同层次抽象的描述。UG具有三个设计层次，即结构设计、子系统设计和组件设计[8]。
至少在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的并且信息隐藏原则被广泛地使用。所有陈述的信息被分布于各子系统之间[9]。
2.3 软件优点
来自SiemensPLM 的NX使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标[10]。 NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计 、工程 和制造 全范围的开发 过程。
NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。
2.4 主要功能
（1）工业设计
（2）产品设计
（3）仿真、确认和优化
（4）NC加工
（5）模具设计
（6）开发解决方案
3 设计方案介绍
3.1 机械传动方式简介
机械传动可以分为多种形式，传动方式主要可分为两大类：①靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动 等。因为摩擦传动可以轻易的实现无级变速，当传动场合满足足够大时，摩擦传动基本都能适应轴间距，当机构发生过载打滑时，摩擦传动还能起到缓冲和保护传动装置的作用，但是在大功率的场合中这种传动方式是不能够使用的，传动比也相当的不精确。②啮合传动是靠主动件与从动件啮合进行传动或者借助中间件啮合的方式传递动力或运动的，齿轮传动 和链传动以及螺旋传动 和谐波传动等都属于这种方式。啮合传动的优点有：适用于大功率场合，传动比也相当的准确，但对于制造和安装精度要求很高。
本文在此处主要介绍链条传动、齿轮传动和皮带传动三种传动方式的基本原理和优缺点。
3.1.1 链传动简介
链传动的组成：由两个具有特殊齿形的齿轮和一条闭合的链条构成，工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动。链条传动主要用于传动比要求较准确，且输出轴和传动轴距离较远，而且不宜采用齿轮啮合传动的地方。这就是我们常见的自行车和摩托车链轮链条传动原理。
（1）链传动的特点：
A 传动比相对于皮带轮传动更加的精确（和皮带传动相比较）
B 可以在输出轴和传动轴中心距较远而齿轮传动较难链接的情况下传递动力
C 只能用于平行轴间传动
D 当长时间使用链条会自然磨损，链节会变形这种情况下会造成脱链现象。
（2）链传动的使用：
A在两链轮轴线应相互平行，且位于同一铅垂平面内才能保障链传动工作正常。
B需要定时的添加润滑剂，才能提高传动质量和延长使用寿命。
C张紧轮装置在没有预紧力的情况下可以进行添加。
D链传动需要装载装防护罩以免灰尘进入，安全系数也更高。
3.1.2 齿轮传动简介
齿轮传动通过输出轴及从动轴上的两个齿轮相互啮合而成。目前生活中使用最多的一种传动形式就是齿轮传动。
（1）齿轮传动具有以下列出的基本特点：
A 齿轮传递需要很大功率范围和很大的速度范围，功率可以在很小到数十万千瓦范围之间，圆周速度可在很小到每秒一百多米范围之间。齿轮尺寸范围可以在小于1mm到大于10m范围之间。
B 齿轮传动属于啮合传动，齿轮齿廓为特定曲线，瞬时传动比恒定，且传动平稳、可靠。
C 齿轮传动效率高，使用寿命长。
D 齿轮种类繁多，可以满足各种传动形式的需要。
E 齿轮的制造和安装的精度要求较高。
（2）齿轮传动的分类如下：
A齿轮按不同方法进行分类可以得到众多种类。
B 按齿轮的啮合方式进行分类，可以分成外啮合传动和内啮合传动。
C 按齿轮的齿向不同分，齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动；斜齿圆柱齿轮传动。
（3）齿轮的失效形式：
齿轮在工作过程中由于某种原因而损坏，使其失去正常工作能力的现象称为失效。能够使齿轮失效的形式有非常多，以下是常见的失效形式：
A齿面磨损：齿轮传动时，两相互啮合的齿廓表面间有相对滑动，因而引起表面磨损。齿面间容易落上灰尘，污物等而引起磨料性磨损，使齿廓很快失去渐开线形状，造成传动不稳定，产生冲击和噪声，磨损达到一定程度，齿轮就报废。严重的磨损使齿厚减薄，可能导致齿轮折断。 在闭式传动中，由于密封和润滑良好，定期更换润滑油，一般不会产生显著的磨损。
B轮齿折断：齿轮工作时，齿轮承受弯曲作用，所受到的弯曲应力为交变应力，当应力值超过弯曲疲劳极限时，将产生疲劳裂纹，并且逐渐扩展，最终引起齿轮折断，这就是疲劳折断。当严重过载或受到冲击载荷时候，也会引起齿轮突然折断，称为过载折断。齿轮断齿是齿轮失效形式中最危险的一种，可以使齿轮丧失工作能力，甚至可能危机设备和人身的安全。硬度较高的钢制齿轮和铸铁齿轮容易发生过载折断。齿轮受力时，齿根部位所受弯曲应力最大，同时又是应力集中出现，因此过载折断和疲劳折断一般发生在齿根部分。齿轮的另一种折断是长期过载或受到过大冲击载荷时的突然折断，称为过载折断。
C轮齿塑性变形：软齿轮面齿轮在承受重载时，齿面可能产生局部塑性变形，从而失去正确齿形，这种失效形式经常发生在低速重载和起重频繁的传动中。齿轮的这种失效形式称为轮齿的塑性变形。
D齿面点蚀：在齿轮接触表面产生的局部压引力，称为齿面接触应力。当齿轮接触应力超过接触疲劳极限时，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的扩展将导致表层金属微粒的剥落，形成疲劳点蚀。疲劳点蚀往往出现在齿根表面靠近节线处。软齿面硬度不大于350HBS的闭式齿轮传动常常因为齿面点蚀失效。在开式传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或者扩展就被磨掉，所以一般看不到点蚀现象。在润滑良好的闭式传动中，当齿轮工作一定时间后，在齿轮工作面上出现一些小凹坑，当点面积不断扩展时，使得齿轮啮合情况恶化而失效，这种失效形式称为齿面点蚀。
E齿面胶合：在高速重载的闭式齿轮传动中，齿面工作区因局部受到挤压、摩擦而顺时温度升至很高，如果润滑条件不合适，容易使齿面间的油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互粘连。此时若两个齿面相互滑动，软软的齿面则沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种失效称为齿面胶合。在低速重载的齿轮传动中，由于齿面间润滑油膜不易形成，也可能产生胶合。
摘 要
“常熟之星”是我校参加Honda中国节能竞技大赛所设计出的车辆，本着面对环保挑战，需要不断的自我超越的精神,本文在原车的基础上通过对其传动系进行改造：1.把初始的链传动改成V型皮带轮传动，从而降低传动系统的质量。2.通过计算改变发动机输出齿轮与从动齿轮的大小，类型和齿数，从而改变传动比，以达到省油目的。3.设计一种离合器通过手动操杆进行离合，在启动，下坡，路面滑行等各种不需要动力支撑时进行分离。通过选用齿形带优化合适传动比的齿轮组，选取合适的车速以达到节油性目的。
摘 要 I
关键字:节能传动系统皮带传动传动比齿轮
目 录
Abstract II
目 录 III
1 绪论 1
1.1 课题的目的和意义： 1
1.2 课题简介 1
1.3 研究内容 2
2 UG软件介绍 3
2.1 技术简介 3
2.2 软件结构 3
2.3 软件优点 3
2.4 主要功能 3
3 设计方案介绍 4
3.1 机械传动方式简介 4
3.1.1 链传动简介 4
3.1.2 齿轮传动简介 4
3.1.3 皮带传动简介 6
3.2 原机传动系统 8
3.3 传动系统设计方案 8
3.3.1 节油性方案1介绍 8
3.3.2 节油性方案2介绍 9
4 传动系统参数选择与零件校核 11
4.1 本田125CC发动机参数 11
4.2 齿轮的设计计算与校核 12
4.2.1 计算并选定齿轮的类型、精度等级、材料和齿数 12
4.2.2 传动轴的设计与计算 16
5 传动系统各部分结构说明 18
5.1 承重轮轴结构 18
5.2 发动机输出轴结构 18
5.3 发动机输出齿轮结构 19
5.4 从动齿轮结构 19
5.5 换挡手柄结构 19
5.6 总体结构 20
6 小结 21
参考文献 22
致谢 23
1 绪论
1.1 课题的目的和意义：
当今世界上最严峻的挑战之一就是能源问题。结合节能使得汽车轻量化、更加易操控等特点对模型车的传动装置，离合装置进行研究与设计，它的目的是为了降低模型车的质量使其轻量化最终降低油耗，本文提倡提高社会的节能环与保意识，能为目前严峻的能源问题作一些点贡献。
我们社会经济发展的支柱产业重头产业就是汽车产业，已经在我们眼前的“汽车社会”，但是伴随着“汽车社会”的加速到来，社会在享受便利和舒适的同时，他带来的环境与能源压力又不得不困扰着我们，全球能源已经紧缺，我们国家的能源形势也是非常的严峻，伴随着汽车运行行驶费用改税，降低行驶成本，汽车节约用油也是一个热门的话题。现在我们考虑到影响汽车燃油经济性的因素，还有节油的各种基本途径，汽车传动系节油来阐述怎么样去节油。
汽车节油的目的就是减少我们国家经济发展对化石能源的需求，拿尽可能少的能源消耗去收获尽可能多的经济效益。节油的目的，要求我们从开发到利用的整个过程中获得最高的能源利用率[1]。节油在某种意义上来说也就是最便宜最简单最迅速的获取供应能源的“新能源”[2]。因此专家说：“节能就是在开发第五种能源，而且是不产生任何放射性废料，也没有任何污染的能源”。
1.2 课题简介
本田汽车的创始人本田宗一郎先生发起的Honda节能竞技大赛，在日本创办于1981年，每一年都有超过500支来自各地的车队参加比赛[3]。Honda中国节能竞技大赛自2007年来到我国，至今已经成功的举办了6届比赛[4]。Honda中国节能竞技大赛统一搭载本田提供的125cc低油耗4冲程发动机，车队需要独立创作完成车架及车身的设计，最终以燃油经济性高低从而一决胜负[5]。面对环保的挑战，本田汽车不断的超越自我，从50年前，本田研发设计出集轻便与节能为一身的Supercub引擎开始，一直都不停歇、挑战极限，上世纪八十年代就已经成功地将1升汽油的行驶距离从105公里提升至惊人的180公里。2001年节能大赛更是创造出3435公里/升的惊人记录。这就是人们一直创造着崭新的想法和新科学技术一步一步积累的成果，并且也是不断挑战的结果。本田节能大赛也正是提供给大家一个实现自己梦想和挑战自我的舞台。2013年10月25日到27日，2013年汽车学院首支车队“常熟之星”车队奔赴广州参加了节能竞技比赛，有近70支参加本次比赛，中国各个名校汽车专业的都派出了参赛队，如北京理工、上海同济、西安交通交大学、清华大学等，最后同济大学取得了第一的成绩，我校取得了突破性41名。 通过设计对传动系统进行改造，提高传动效率，降低传动系统质量，从而实现省油的目的。
1.3 研究内容
(1)完成传动系统系统的设计，并与各子系统配合。
(2)防止传动系统出现传动迟滞、传动损失过大等故障。
(3)完成相关选型、设计、计算，基于CAD绘制传动系统的装配图和各零件图。
(4)对传动系进行改造设计，提高效率方法：设计传动比，提高效率，降低传动系统质量。
2 UG软件介绍
2.1 技术简介
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD
UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础[7]。
2.2 软件结构
一个如UG/NX这样的大型软件系统通常需要有不同层次抽象的描述。UG具有三个设计层次，即结构设计、子系统设计和组件设计[8]。
至少在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计
2.3 软件优点
来自SiemensPLM 的NX
NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。
2.4 主要功能
（1）工业设计
（2）产品设计
（3）仿真、确认和优化
（4）NC加工
（5）模具设计
（6）开发解决方案
3 设计方案介绍
3.1 机械传动方式简介
机械传动可以分为多种形式，传动方式主要可分为两大类：①靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动
本文在此处主要介绍链条传动、齿轮传动和皮带传动三种传动方式的基本原理和优缺点。
3.1.1 链传动简介
链传动的组成：由两个具有特殊齿形的齿轮和一条闭合的链条构成，工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动。链条传动主要用于传动比要求较准确，且输出轴和传动轴距离较远，而且不宜采用齿轮啮合传动的地方。这就是我们常见的自行车和摩托车链轮链条传动原理。
（1）链传动
A 传动比相对于皮带轮传动更加的精确（和皮带传动相比较）
B 可以在输出轴和传动轴中心距较远而齿轮传动较难链接的情况下传递动力
C 只能用于平行轴间传动
D 当长时间使用链条会自然磨损，链节会变形这种情况下会造成脱链现象。
（2）链传动的使用：
A在两链轮轴线应相互平行，且位于同一铅垂平面内才能保障链传动工作正常。
B需要定时的添加润滑剂，才能提高传动质量和延长使用寿命。
C张紧轮装置在没有预紧力的情况下可以进行添加。
D链传动需要装载装防护罩以免灰尘进入，安全系数也更高。
3.1.2 齿轮传动简介
齿轮传动通过输出轴及从动轴上的两个齿轮相互啮合而成。目前生活中使用最多的一种传动形式就是齿轮传动。
（1）齿轮传动
A 齿轮传递需要很大功率
B 齿轮传动属于啮合传动，齿轮齿廓为特定曲线，瞬时传动比恒定，且传动平稳、可靠。
C 齿轮传动效率高，使用寿命长。
D 齿轮种类繁多，可以满足各种传动形式的需要。
E 齿轮的制造和安装的精度要求较高。
（2）齿轮传动的分类如下：
A齿轮按不同方法进行分类可以得到众多种类。
B 按齿轮的啮合方式进行分类，可以分成外啮合传动和内啮合传动。
C 按齿轮的齿向不同分，齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动；斜齿圆柱齿轮传动。
（3）齿轮的失效
齿轮在工作过程中由于某种原因而损坏，使其失去正常工作能力的现象称为失效。能够使齿轮失效的形式有非常多，以下是常见的失效形式：
A齿面磨损
B轮齿折断：齿轮工作时，齿轮承受弯曲作用，所受到的弯曲应力为交变应力，当应力值超过弯曲疲劳极限时，将产生疲劳裂纹，并且逐渐扩展，最终引起齿轮折断，这就是疲劳折断。当严重过载或受到冲击载荷时候，也会引起齿轮突然折断，称为过载折断。齿轮断齿是齿轮失效形式中最危险的一种，可以使齿轮丧失工作能力，甚至可能危机设备和人身的安全。硬度较高的钢制齿轮和铸铁齿轮容易发生过载折断。齿轮受力时，齿根部位所受弯曲应力最大，同时又是应力集中出现，因此过载折断和疲劳折断一般发生在齿根部分。齿轮的另一种折断是长期过载或受到过大冲击载荷时的突然折断，称为过载折断。
C轮齿塑性变形
D齿面点蚀：在齿轮接触表面产生的局部压引力，称为齿面接触应力。当齿轮接触应力超过接触疲劳极限时，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的扩展将导致表层金属微粒的剥落，形成疲劳点蚀。疲劳点蚀往往出现在齿根表面靠近节线处。软齿面硬度不大于350HBS的闭式齿轮传动常常因为齿面点蚀失效。在开式传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或者扩展就被磨掉，所以一般看不到点蚀现象。在润滑良好的闭式传动中，当齿轮工作一定时间后，在齿轮工作面上出现一些小凹坑，当点面积不断扩展时，使得齿轮啮合情况恶化而失效，这种失效形式称为齿面点蚀。
E齿面胶合：在高速重载的闭式齿轮传动中，齿面工作区因局部受到挤压、摩擦而顺时温度升至很高，如果润滑条件不合适，容易使齿面间的油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互粘连。此时若两个齿面相互滑动，软软的齿面则沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种失效称为齿面胶合。在低速重载的齿轮传动中，由于齿面间润滑油膜不易形成，也可能产生胶合。
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