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1、SQ2041型貨車變速器的設計 開題報告 一、 綜述 1.研究現(xiàn)狀： 在過去的五年中，國內重型汽車經歷了從強勢猛增到平穩(wěn)增長的過程，為重型汽車變速箱行業(yè)提供了良好的發(fā)展機遇，業(yè)內大多數(shù)企業(yè)都取得了令人鼓舞的經營業(yè)績，產品銷量、利稅指標、技術改造投入等成倍增長。尤其是幾家規(guī)模較大的專業(yè)變速箱企業(yè)，經過市場競爭的嚴峻考驗，在完成了對引進技術的消化吸收形成自身的核心競爭力之后，恰逢市場需求量大幅度攀升，實現(xiàn)了快速擴產上量，跨越式的發(fā)展。但是，隨著大噸位、多軸車的熱銷及解放奧威重卡的上市，重型汽車市場呈現(xiàn)出結構上的重大變化。重型汽車變速箱行業(yè)如何適應復雜多變的市場，得以持續(xù)發(fā)展，則需要重新思考

2、發(fā)展戰(zhàn)略。 目前，國內生產重型貨車變速箱的企業(yè)主要有一汽、東風和斯太爾三家，但受國家宏觀政策影響非常明顯，用車環(huán)境發(fā)生了很大變化。車型上由小噸位向大噸位轉變，多軸車上升明顯；牽引車、自卸車等車型銷量上升迅猛，改變了過去市場的車型結構。與此相應，大扭矩、多檔位變速箱占據(jù)了市場主導地位。 從產品角度上講，國內目前的重型變速箱產品可分為四大類，根據(jù)引進技術的國別和采用的技術標準不同可稱之為：北美系、歐洲系、日系及由日系衍生的其他產品。實際產能已超過35萬臺，基本與國內市場需求量相當。 其中以伊頓技術為背景的兩大變速箱強勢增長，富勒占國內15t以上重型汽車85%的市場，2007年上半年的月產量已

3、超過前幾年的年產量，全年的銷售收入將超過20億元；新近掛牌的一汽伊頓，總投資1億美元，將推出伊頓在全球暢銷的和最新研制成功的變速箱，產品5-10個檔位、7個系列600多個品種、高低端兩個平臺，其市場競爭能力將會躍居行業(yè)之首。 以ZF為技術背景的湛江變速箱，占據(jù)高檔大型貨車市場份額的70%，但由于種種原因，產量有限。 以日產柴技術為基礎的大同變速箱其性能價格比由于其他產品，得到市場的廣泛認可，目前7擋120箱熱銷，9擋、13擋箱具有很強的競爭力，2007年各種規(guī)格的變速箱會形成15萬臺的產能。 從目前產品結構來看，多擋1000N/m以上重型變速器生產能力略顯不足，而6擋1000N/m以下重

4、型變速箱產能過剩。從發(fā)展趨勢看，2008年以后競爭的焦點將會以多檔位、大扭矩、穩(wěn)定性、可靠性為中心展開。 2 變速器的概述 變速器用來改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速的部件，目的是在原地起步，爬坡，轉彎，加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機再最有利工況范圍內工作。變速器設有空擋和倒擋。需要時變速器還有動力輸出功能。變速器由變速傳動機構和縱機構組成。為保證變速器具有良好的工作性能，對變速器應提出如下設計要求： a) 變速器的檔位數(shù)和傳動比，使之與發(fā)動機參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動力性與經濟性； b) 設置空檔以保證汽車在必要時能將發(fā)動機與傳動系長

5、時間分離；設置倒檔使汽車可以倒退行駛； c) 縱簡單、方便、迅速、省力； d) 傳動效率高，工作平穩(wěn)、無噪聲； e) 體小、質輕、承載能力強，工作可靠； f) 制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； g) 貫徹零件標準化、部件通用化及總成系列化等設計要求，遵守有關標準規(guī)定； h) 需要時應設置動力輸出裝置。 除此以外，變速器還應當滿足輪廓尺寸和質量小，制造成本低，維修方便等要求。滿足汽車有必要的動力性和經濟性指標，這與變速器的檔數(shù)，傳動比范圍和各擋傳動比有關。汽車工作的道路條件越復雜，比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。 本課題是對SQ2041型貨車變速器的結構設計。設計的

6、依據(jù)是： 驅動形式：42（后驅） 駕駛室：平頭，單排 整車外形尺寸：594019602100mm 軸距：3200mm 前輪距1460mm 后輪距1470mm 整車整備質量2050kg 整車最大裝載質量：2000Kg 最小離地間隙：185mm 最高車速：大于等于85Km/h 發(fā)動機型號：BN492D1QB 最大功率：64KW/3800rpm 最大扭矩：185Nm/2500rpm 該變速器設計應為整車提供合理的變速速比，使車輛系統(tǒng)的動力性、經濟性得到最大的發(fā)揮。 3 變速器的結構分析與型式選擇 變速器傳動機構有兩種分類方法。根據(jù)前進擋數(shù)的不同，有三，四，五和多擋變速

7、器 。根據(jù)軸的形式不同，分為固定軸式和旋轉軸式（常配合行星齒輪傳動）兩類。固定軸式又分為兩軸式，中間軸式，雙中間軸式變速器。固定軸式應用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅動的汽車上。旋轉軸式主要用于液力機械式變速器。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結構簡單，輪廓尺寸小，布置方便，中間擋位傳動效率高和噪聲低等優(yōu)點。因兩軸式變速器不能設置直接擋，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。此外，受結構限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設計得很大。 二、 研究內容 1、 重型貨車機械式變速器的特點 重型貨車具有

8、總質量大、品種多、使用工況復雜等特點，為了滿足重型貨車的這些使用特點，使汽車的動力性和燃油經濟性盡可能達到最佳狀態(tài)，那么，總速比范圍大，檔位數(shù)多，應該是重型貨車變速器的主要特點。 目前，各種重型貨車機械式變速器的檔位數(shù)一般為5-18擋，我國一般為5-10擋。 2、變速器與車輛的匹配 各種車輛的用途不同, 對變速器的要求也各異。所謂變速器與車輛的匹配,即是為滿足一定需要和使用性能的車輛配置一臺水平相當、技術性能合理、與車輛的動力性和經濟性相適應的、安裝和使用既方便又經濟合算的變速器。變速器的最高檔和最低檔速比、檔位數(shù)和各檔速比是變速器與車輛匹配的主要內容。 2. 1 變速器最高檔速

9、比的確定 變速器的最高檔一般取為直接檔,即速比等于1。但目前速比小于1 的超速檔變速器日益增多。變速器采用超速檔的目的在于提高在良好路面上(如公路長途運輸) 行駛時的平均車速,提高運輸效率, 而不是為獲得良好的加速性能, 如某些柴油車與功率相同的汽油車相比, 其發(fā)動機的特點是扭矩大而轉速低, 若要使柴油車達到高車速, 必須選擇較小的驅動橋主傳動比,但主傳動比小了。要使車輛獲得最大爬坡度和加速性能,則變速器其他各檔特別是第一檔的速比勢必加大,這將使變速器承受更大的負荷而變得尺寸過大。在這樣的情況下可設置超速檔來解決上述矛盾。綜合考慮驅動橋主傳動比和變速器一檔速比的限制, 滿足高平均車速和維持加

10、速能力、最大爬坡能力和發(fā)動機處于最省油區(qū)工作而設置超速檔。筆者所在的北京齒輪總廠生產的某些型號的超速檔變速器與柴油車匹配,有明顯的節(jié)油效果, 節(jié)油率最高可達10 %左右。當前, 在較好路面上行駛的各型客貨車輛, 為達到高速行駛和節(jié)油的目的, 越來越多地采用超速檔變速器。 2. 2 變速器的最低檔(一檔) 速比的確定 在確定相宜的驅動橋主傳動比i0 之后,可根據(jù)要求的車輛最大爬坡度等確定變速器的一檔速比,一般可根據(jù)下列公式計算: ik1 ≥G(fcosαmax +sinαmax ) r0 Mmax i0 n 式中αmax ———車輛最大爬坡度, 對于輕型貨車約為30 %左右 (16～

11、17) ,越野車約為60 %～70 %(30～35) G———汽車總重量kg f ———滾動阻力系數(shù), 平滑硬路面為0. 01 , 粗糙硬路面為 0. 015 ,松軟路面為0. 05 ,崎嶇地域(越野路段) 為0. 10 r0 ———輪胎液動半徑m n ———傳動系效率,通常對比計算中取95 % i0 ———驅動橋主傳動速比,一般按下列公式計算 i0 = 0. 377 βnN rc Vαmax 式中nN ———發(fā)動機最大功率時轉速r/ min Vαmax ———車輛要求的最高車速km/ h β———最高車速相應的發(fā)動機轉速與發(fā)動機最大功率時轉速之比;柴油機β= 1. 0

12、 ,汽油機β= 1. 0～1. 1經常在不良路面上行駛的車輛, 變速器一檔速比要大些,以便增大變速器的最大輸出扭矩,提高在困難條件下行駛能力和加速能力。 由于小轎車發(fā)動機的最大輸出扭矩較之同等車重的輕型貨車大得多,因此小轎車變速器一檔速比較之同等車重的輕型貨車小得多。越野車要求能爬上30～35的陡坡及在泥濘或松軟路面上有較高通過能力,其變速器一檔速比須選得大些。重型車輛由于要適應各種路面狀況, 加上車輛的自重和載重量大等特點, 其變速器一般需設置爬行檔(最低檔) , 以增大 最大輸出扭矩及牽引力,增強在困難條件下的行駛能力和加速能力。重型車輛的爬行檔速比一般可達10～17。 2. 3 變

13、速器檔位數(shù)的確定 變速器的檔位數(shù)取決于車輛動力性和燃油經濟性的要求和換檔方便性、傳動系類型以及變速器總成系列化和通用化要求。理論和實踐皆證實: 變速器檔位越多與發(fā)動機的匹配越 佳。對輕型車來說,當最低和最高檔速比確定后,五檔變速器較四檔變速器能使發(fā)動機更穩(wěn)定于低油耗區(qū)較窄范圍內工作,車輛的燃油經濟性好,同時還可增加發(fā)動機發(fā)揮最大功率附近高功率的機會,提高了車輛的加速和爬坡能力。因此,目前變速器向著多檔化的趨勢發(fā)展, 例如, 北京212 吉普車早在20 年前由三檔變速器置換成四檔變速器; 桑塔納和捷達等轎車十年前也由初產時的四檔變速器改為五檔變速器。不過檔位數(shù)過多會使變速器的結構復雜,操縱困

14、難。一般載貨汽車的檔位數(shù)隨車重的增大而增多, 輕型客貨車、小轎車和吉普車等多為四檔或五檔,中型客貨車最少為五檔,重型客貨車最少應為六檔,某些重型貨車變速器檔位數(shù)高達十六檔,城市公共車輛一般為五檔或六檔。不過發(fā)動機功率大或車輛總重量輕的車輛可采用比功率小和總重量大的車輛少一些檔位數(shù)的變速器; 功率和總重相同的車輛,最高車速較低的可采用較最高車速較高的檔位數(shù)的變速器。 變速器各檔速比的確定應考慮加速性能好、換檔方便、相鄰檔位牽引力變化平滑及易于改變速比成多種產品等問題。原則上按等比級數(shù)分配,可按下式確定。 q = n - 1 1/ ik1 最高檔為直接檔 q = n - 2 1/ ik1 最

15、高檔為超速檔 式中n ———變速器檔位數(shù) q 值一般為1. 35～1. 75 實際上換檔過程中由于外界阻力的影響, 車速稍有下降,因此經常是 三．實現(xiàn)方法及預期目標 本次設計的重點及難點在于：根據(jù)車輛的發(fā)動機工況及性能要求來確定變速箱的總體結構以及具體部位的聯(lián)結方式，還有對變速箱的殼體進行安裝、拆卸可行性分析，確保其在滿足使用強度要求的同時，方便日常維護保養(yǎng)。 機械變速器在汽車上的安裝要求 安裝在汽車上的變速器必須滿足其基本的安裝要求, 才能在長期的使用中正常地發(fā)揮其應用性能。 1 安裝變速器的離合器罩殼 1. 1 安裝部位允差 安裝各部位的允差列于表1。 1

16、. 2 安裝傾斜角 變速器安裝傾斜角一般不大于5,對于帶前置或后置附加變速器的, 其總的安裝傾斜度為20 % (約12) , 不會導致殼體損壞。 1. 3 相配離合器 相配離合器應有扭轉緩沖裝置, 否則將影響同步器壽命和空檔噪音,甚至引起諧振,造成不正常損壞。 （2） 傳動軸布置 傳動軸布置對變速器運轉的影響不在于傳動軸傾斜絕對值的大小, 而在于傳動軸聯(lián)結的傾斜角度差△β,如圖1 所示。此角度差將導致傳動軸的回轉角度誤差△α, 一般規(guī)定△α≤0. 25。回轉角度差的存在將導致有害的振動與噪音。為避免引起此種不良后果,傳動軸的布置必須保證不超過下述的極限。傳動軸對于每個萬向節(jié)的容許傾斜

17、角主要與傳動軸轉速有關,轉速越高容許傾斜角越小。對整個傳動系傳動軸的布置,其總的傾斜角βΣ不大于3。 （3） 換檔裝置 換檔機構是變速器按期望速比工作的關鍵手段。為保證變速器絕不能同時掛兩個檔位、亂檔、自行脫檔和誤掛倒檔等可靠性要求,換檔機構中應有自鎖裝置、互鎖裝置、倒檔安全阻力裝置和倒檔燈開關裝置。由于換檔機構的工作可靠性、靈活性、輕便性和手感明顯等均給操作者最首先和最直接的感覺和印象,絕不容忽視其結構設計和制作精度。其換檔叉軸和撥叉的相互位置應滿足整車檔位布置要求, 對于換檔機構還有一項重要的設計即是恰當?shù)剡x擇杠桿比,使操作者獲得習慣的駕駛換檔行程和合適的換檔力。如對單桿操縱的遠距

18、離換檔裝置(如城市公共汽車和大中型客車) ,就應滿足下述條件: a . 換檔拉桿應與遠距離操縱支承盡可能位于一直線, 最大偏角差為5。 b. 當中間聯(lián)桿長度超過2m 時, 必須有中間支承, 當聯(lián)桿為多件時,應有萬向接頭且應保證運轉的靈活性。 c. 聯(lián)桿應質量輕,剛度大。 d. 遠距離換檔時, 換檔支承體應為高效的, 其換檔功率損耗不大于10 %。 e . 換檔行程對于同步器型變速器各檔最小為140mm。 f . 選檔行程, 各檔間的選檔距離為40～70mm , 上述行程均系換檔手柄處的。 g. 換檔件與變速器之間在汽車行駛時的相對運動將會導致掉檔,應采取必要措施加以防止。 （4

19、） 溫度 變速器允許的穩(wěn)定溫度為110 ℃, 最高峰值溫度為130 ℃,一般以80 ℃～90 ℃(最高100 ℃) 為較佳的溫度范圍,在發(fā)動機排氣管和變速器之間應保證有足夠的間隙。 四．對進度的具體安排 第1至3周：對所做課題進行調研，完成開題報告、調研報告；翻譯一篇與課題相關的英文資料。 第4周：完成開題報告、調研報告。 第5至7周：進行整體方案的確定，進行設計。 第8至12周：機械結構繪圖。 第13至14周：編寫設計說明書初稿。 第15周：修改圖紙并完善設計說明書。 第16周進行畢業(yè)答辯。 五．參考文獻 1． 張洪欣，《汽車設計》，機械工業(yè)出版社，1981。

20、2．《汽車工程》，《汽車技術》，《客車技術與研究》，期刊 3．《汽車設計手冊》，長春汽車研究所，1998 4．相關國家標準，部頒標準等 5．黃天澤，《大客車車身》，湖南大學出版社，1988 6. 黃天澤，黃金陵《汽車車身結構與設計》，機械工業(yè)出版社，1999 7．周中堅，盧耀祖，《機械與汽車結構的有限元分析》，同濟大學出版社，1997. 8．陳德玲，三段式客車車架有限元分析與試驗研究，南京理工大學機械工程學院，2003 指導教師：（簽署意見并簽字） 年 月 日 督導教師：（簽署意見并簽字） 年 月 日 領導小組審查意見： 審查人簽字： 年 月 日