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1、SQ2041型貨車變速器的設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告 一、 綜述 1.研究現(xiàn)狀： 在過(guò)去的五年中，國(guó)內(nèi)重型汽車經(jīng)歷了從強(qiáng)勢(shì)猛增到平穩(wěn)增長(zhǎng)的過(guò)程，為重型汽車變速箱行業(yè)提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，業(yè)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)都取得了令人鼓舞的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)，產(chǎn)品銷量、利稅指標(biāo)、技術(shù)改造投入等成倍增長(zhǎng)。尤其是幾家規(guī)模較大的專業(yè)變速箱企業(yè)，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的嚴(yán)峻考驗(yàn)，在完成了對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收形成自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力之后，恰逢市場(chǎng)需求量大幅度攀升，實(shí)現(xiàn)了快速擴(kuò)產(chǎn)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(chǎng)呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)上的重大變化。重型汽車變速箱行業(yè)如何適應(yīng)復(fù)雜多變的市場(chǎng)，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(guó)內(nèi)生產(chǎn)重型貨車變速箱的企業(yè)主要有一汽、東風(fēng)和斯太爾三家，但受國(guó)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(zhuǎn)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(guò)去市場(chǎng)的車型結(jié)構(gòu)。與此相應(yīng)，大扭矩、多檔位變速箱占據(jù)了市場(chǎng)主導(dǎo)地位。 從產(chǎn)品角度上講，國(guó)內(nèi)目前的重型變速箱產(chǎn)品可分為四大類，根據(jù)引進(jìn)技術(shù)的國(guó)別和采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同可稱之為：北美系、歐洲系、日系及由日系衍生的其他產(chǎn)品。實(shí)際產(chǎn)能已超過(guò)35萬(wàn)臺(tái)，基本與國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求量相當(dāng)。 其中以伊頓技術(shù)為背景的兩大變速箱強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)，富勒占國(guó)內(nèi)15t以上重型汽車85%的市場(chǎng)，2007年上半年的月產(chǎn)量已

3、超過(guò)前幾年的年產(chǎn)量，全年的銷售收入將超過(guò)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(chǎn)品5-10個(gè)檔位、7個(gè)系列600多個(gè)品種、高低端兩個(gè)平臺(tái)，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力將會(huì)躍居行業(yè)之首。 以ZF為技術(shù)背景的湛江變速箱，占據(jù)高檔大型貨車市場(chǎng)份額的70%，但由于種種原因，產(chǎn)量有限。 以日產(chǎn)柴技術(shù)為基礎(chǔ)的大同變速箱其性能價(jià)格比由于其他產(chǎn)品，得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，目前7擋120箱熱銷，9擋、13擋箱具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，2007年各種規(guī)格的變速箱會(huì)形成15萬(wàn)臺(tái)的產(chǎn)能。 從目前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，多擋1000N/m以上重型變速器生產(chǎn)能力略顯不足，而6擋1000N/m以下重

4、型變速箱產(chǎn)能過(guò)剩。從發(fā)展趨勢(shì)看，2008年以后競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)將會(huì)以多檔位、大扭矩、穩(wěn)定性、可靠性為中心展開(kāi)。 2 變速器的概述 變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的部件，目的是在原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)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(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)再最有利工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空擋和倒擋。需要時(shí)變速器還有動(dòng)力輸出功能。變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和縱機(jī)構(gòu)組成。為保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求： a) 變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性； b) 設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)

5、時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行駛； c) 縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力； d) 傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲； e) 體小、質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； f) 制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)； g) 貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； h) 需要時(shí)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置。 除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。滿足汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)，傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。 本課題是對(duì)SQ2041型貨車變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的

6、依據(jù)是： 驅(qū)動(dòng)形式：42（后驅(qū)） 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(zhì)量2050kg 整車最大裝載質(zhì)量：2000Kg 最小離地間隙：185mm 最高車速：大于等于85Km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：BN492D1QB 最大功率：64KW/3800rpm 最大扭矩：185Nm/2500rpm 該變速器設(shè)計(jì)應(yīng)為整車提供合理的變速速比，使車輛系統(tǒng)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性得到最大的發(fā)揮。 3 變速器的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進(jìn)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(zhuǎn)軸式（常配合行星齒輪傳動(dòng)）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(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機(jī)械式變速器。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輪廓尺寸小，布置方便，中間擋位傳動(dòng)效率高和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋，所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。此外，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設(shè)計(jì)得很大。 二、 研究?jī)?nèi)容 1、 重型貨車機(jī)械式變速器的特點(diǎn) 重型貨車具有

8、總質(zhì)量大、品種多、使用工況復(fù)雜等特點(diǎn)，為了滿足重型貨車的這些使用特點(diǎn)，使汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性盡可能達(dá)到最佳狀態(tài)，那么，總速比范圍大，檔位數(shù)多，應(yīng)該是重型貨車變速器的主要特點(diǎn)。 目前，各種重型貨車機(jī)械式變速器的檔位數(shù)一般為5-18擋，我國(guó)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(duì)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(tái)水平相當(dāng)、技術(shù)性能合理、與車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性相適應(yīng)的、安裝和使用既方便又經(jīng)濟(jì)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(nèi)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(zhǎng)途運(yùn)輸) 行駛時(shí)的平均車速,提高運(yùn)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(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是扭矩大而轉(zhuǎn)速低, 若要使柴油車達(dá)到高車速, 必須選擇較小的驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)比,但主傳動(dòng)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(shì)必加大,這將使變速器承受更大的負(fù)荷而變得尺寸過(guò)大。在這樣的情況下可設(shè)置超速檔來(lái)解決上述矛盾。綜合考慮驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)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(dòng)機(jī)處于最省油區(qū)工作而設(shè)置超速檔。筆者所在的北京齒輪總廠生產(chǎn)的某些型號(hào)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(dá)10 %左右。當(dāng)前, 在較好路面上行駛的各型客貨車輛, 為達(dá)到高速行駛和節(jié)油的目的, 越來(lái)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(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)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(jì)算: ik1 ≥G(fcosαmax +sinαmax ) r0 Mmax i0 n 式中αmax ———車輛最大爬坡度, 對(duì)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(dòng)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(dòng)半徑m n ———傳動(dòng)系效率,通常對(duì)比計(jì)算中取95 % i0 ———驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)速比,一般按下列公式計(jì)算 i0 = 0. 377 βnN rc Vαmax 式中nN ———發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速r/ min Vαmax ———車輛要求的最高車速km/ h β———最高車速相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速之比;柴油機(jī)β= 1. 0

12、 ,汽油機(jī)β= 1. 0～1. 1經(jīng)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(dòng)機(jī)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(guò)能力,其變速器一檔速比須選得大些。重型車輛由于要適應(yīng)各種路面狀況, 加上車輛的自重和載重量大等特點(diǎn), 其變速器一般需設(shè)置爬行檔(最低檔) , 以增大 最大輸出扭矩及牽引力,增強(qiáng)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(dá)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(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求和換檔方便性、傳動(dòng)系類型以及變速器總成系列化和通用化要求。理論和實(shí)踐皆證實(shí): 變速器檔位越多與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配越 佳。對(duì)輕型車來(lái)說(shuō),當(dāng)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(dòng)機(jī)更穩(wěn)定于低油耗區(qū)較窄范圍內(nèi)工作,車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性好,同時(shí)還可增加發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì),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(shì)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(dá)等轎車十年前也由初產(chǎn)時(shí)的四檔變速器改為五檔變速器。不過(guò)檔位數(shù)過(guò)多會(huì)使變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)為六檔,某些重型貨車變速器檔位數(shù)高達(dá)十六檔,城市公共車輛一般為五檔或六檔。不過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)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(chǎn)品等問(wèn)題。原則上按等比級(jí)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(shí)際上換檔過(guò)程中由于外界阻力的影響, 車速稍有下降,因此經(jīng)常是 三．實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于：根據(jù)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)工況及性能要求來(lái)確定變速箱的總體結(jié)構(gòu)以及具體部位的聯(lián)結(jié)方式，還有對(duì)變速箱的殼體進(jìn)行安裝、拆卸可行性分析，確保其在滿足使用強(qiáng)度要求的同時(shí)，方便日常維護(hù)保養(yǎng)。 機(jī)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(zhǎng)期的使用中正常地發(fā)揮其應(yīng)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(duì)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(huì)導(dǎo)致殼體損壞。 1. 3 相配離合器 相配離合器應(yīng)有扭轉(zhuǎn)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(dòng)軸布置 傳動(dòng)軸布置對(duì)變速器運(yùn)轉(zhuǎn)的影響不在于傳動(dòng)軸傾斜絕對(duì)值的大小, 而在于傳動(dòng)軸聯(lián)結(jié)的傾斜角度差△β,如圖1 所示。此角度差將導(dǎo)致傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)角度誤差△α, 一般規(guī)定△α≤0. 25。回轉(zhuǎn)角度差的存在將導(dǎo)致有害的振動(dòng)與噪音。為避免引起此種不良后果,傳動(dòng)軸的布置必須保證不超過(guò)下述的極限。傳動(dòng)軸對(duì)于每個(gè)萬(wàn)向節(jié)的容許傾斜

17、角主要與傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速有關(guān),轉(zhuǎn)速越高容許傾斜角越小。對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系傳動(dòng)軸的布置,其總的傾斜角βΣ不大于3。 （3） 換檔裝置 換檔機(jī)構(gòu)是變速器按期望速比工作的關(guān)鍵手段。為保證變速器絕不能同時(shí)掛兩個(gè)檔位、亂檔、自行脫檔和誤掛倒檔等可靠性要求,換檔機(jī)構(gòu)中應(yīng)有自鎖裝置、互鎖裝置、倒檔安全阻力裝置和倒檔燈開(kāi)關(guān)裝置。由于換檔機(jī)構(gòu)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(jué)和印象,絕不容忽視其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作精度。其換檔叉軸和撥叉的相互位置應(yīng)滿足整車檔位布置要求, 對(duì)于換檔機(jī)構(gòu)還有一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)即是恰當(dāng)?shù)剡x擇杠桿比,使操作者獲得習(xí)慣的駕駛換檔行程和合適的換檔力。如對(duì)單桿操縱的遠(yuǎn)距

18、離換檔裝置(如城市公共汽車和大中型客車) ,就應(yīng)滿足下述條件: a . 換檔拉桿應(yīng)與遠(yuǎn)距離操縱支承盡可能位于一直線, 最大偏角差為5。 b. 當(dāng)中間聯(lián)桿長(zhǎng)度超過(guò)2m 時(shí), 必須有中間支承, 當(dāng)聯(lián)桿為多件時(shí),應(yīng)有萬(wàn)向接頭且應(yīng)保證運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活性。 c. 聯(lián)桿應(yīng)質(zhì)量輕,剛度大。 d. 遠(yuǎn)距離換檔時(shí), 換檔支承體應(yīng)為高效的, 其換檔功率損耗不大于10 %。 e . 換檔行程對(duì)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(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致掉檔,應(yīng)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(dòng)機(jī)排氣管和變速器之間應(yīng)保證有足夠的間隙。 四．對(duì)進(jìn)度的具體安排 第1至3周：對(duì)所做課題進(jìn)行調(diào)研，完成開(kāi)題報(bào)告、調(diào)研報(bào)告；翻譯一篇與課題相關(guān)的英文資料。 第4周：完成開(kāi)題報(bào)告、調(diào)研報(bào)告。 第5至7周：進(jìn)行整體方案的確定，進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第8至12周：機(jī)械結(jié)構(gòu)繪圖。 第13至14周：編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書初稿。 第15周：修改圖紙并完善設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 第16周進(jìn)行畢業(yè)答辯。 五．參考文獻(xiàn) 1． 張洪欣，《汽車設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1981。

20、2．《汽車工程》，《汽車技術(shù)》，《客車技術(shù)與研究》，期刊 3．《汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)》，長(zhǎng)春汽車研究所，1998 4．相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，部頒標(biāo)準(zhǔn)等 5．黃天澤，《大客車車身》，湖南大學(xué)出版社，1988 6. 黃天澤，黃金陵《汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1999 7．周中堅(jiān)，盧耀祖，《機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)的有限元分析》，同濟(jì)大學(xué)出版社，1997. 8．陳德玲，三段式客車車架有限元分析與試驗(yàn)研究，南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2003 指導(dǎo)教師：（簽署意見(jiàn)并簽字） 年 月 日 督導(dǎo)教師：（簽署意見(jiàn)并簽字） 年 月 日 領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見(jiàn)： 審查人簽字： 年 月 日