基于整车匹配的变速器总体设计及整车动力性计算(附VB程序)

山东建筑大学汽车设计课程设计说明书课程设计说明书题 目： 基于整车匹配的变速器总体设计及整车动力性计算课 程： 汽车设计院 （部）： 机电工程学院专 业： 车辆工程方向班 级： 车辆102班学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计期限： 目 录1前 言1课题的前景1设计背景1课题意义2设计内容2设计方法21变速器的总体设计31.1汽车参数的选择31.2变速器设计应满足的基本要求31.3变速器传动机构布置方案41.3.1主变速器布置方案41.3.2副变速器的布置方案51.3.3倒挡布置方案61.3.4其他问题62冷藏半挂车零部件结构方案分析72.1齿轮形式72.2换挡结构形式72.3变速器轴承83冷藏半挂车变速器设计和计算93.1挡数93.2传动比范围93.3中心距A113.4外形尺寸113.5齿轮参数计算123.5.1模数的选取123.5.2压力角123.5.3螺旋角123.5.4齿宽b133.5.5齿轮变位系数的选择143.6各挡齿轮齿数计算143.6.1确定一挡齿轮的齿数153.6.2对中心距A进行修正163.6.3确定常啮合传动齿轮副的齿数163.6.4确定其他各挡的齿数163.6.5确定倒挡齿轮数184冷藏半挂车整车动力性计算194.1计算最高车速194.2计算最大爬坡度194.3最大加速度195冷藏半挂车车动力性计算软件设计215.1 软件设计流程215.2 驱动力一行驶阻力平衡图225.3 加速度倒数曲线235.4 功率平衡图246结 论26参考文献27II1前 言课题的前景变速器是汽车传动系统中一个比较关键的部件，它设计的好坏直接影响到汽车的实际使用性能。变速器的速比设计虽然有许多理论可以参考，但大多数只是经验公式，对于具体传动比的分配还没有一种较为实用的计算方法。传统理论一般是根据经验或参照同类车型来确定变速器传动比，这显然有它的不足之处：主观因素较大，而且没有一种有效的评价指标来确定性能的好坏。 现在汽车变速器的发展趋势是向着可调自动变速器或无级变速器方向发展。世界各大汽车制造商也正竞相开发无级变速器。预计不久将来中国各大汽车制造商也将生产自己的无级变速器，并广泛应用于国产轿车。设计背景变速器一般是由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进挡数的不同，变速器有三、四、五和多挡几种。根据轴的不同类型，又分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、中间轴式和多中间轴式变速器。它主要用于转变发动机曲轴的转矩及转速，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条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。变速器在汽车中起着重要的作用，它能使汽车以非常低且稳定的车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定转速是难以达到的。现代汽车的动力装置，几乎都采用往复活塞式发动机。它虽具有相当多的优点，但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。如在坡道上行驶时，所需的牵引力往往是发动机所能提供的牵引力的数倍。而且一般发动机如果直接与车轮相连，其输出转速换算到对应的汽车车速上，将达到现代汽车极限速度的数倍。上述发动机牵引力、转速与汽车牵引力、车速要求之间的矛盾，单靠现代汽车内燃机本身是无法解决的。因此就出现了车用变速箱和主减速器。它们的共同努力使驱动轮的扭矩增大到发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的几分之一。课题意义变速器是汽车传动系统中关键的零部件，它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的工况范围内工作。由于变速器在汽车的运行中扮演着非常重要的角色。所以很多汽车常见的故障也来源于此。而技术先进的变速箱不仅能够降低汽车的故障而且还能够降低动力损失，减少燃油消耗。正因为如此，现在不少的客车用户在选择车辆的时候，变速箱都是一项重要的指标。 设计内容本次设计选择了对手动变速器作总体设计，对变速器的传动方案进行了选择，变速器的齿轮和轴做了详细的设计计算以及对同步器和一些标准件做了选型设计，同时还对整车做了动力性计算以此体现变速器设计的是否匹配汽车。 设计方法变速器设计是一个重要的课题，因此充分利用现有参考文献，资料进行认识，不断地分析增进对变速器的了解。在对变速器有了较深刻的理解后开始对变速器的各个部分进行分布设计本设计通过对汽车构造、汽车理论、汽车设计、机械设计、工程软件开发应用等课程知识的综合运用完成设计，达到综合训练的效果，并且为以后的相关工作和学习积累宝贵的经验。1变速器的总体设计1.1 汽车参数的选择根据变速器设计所选择的汽车基本参数如下表表1.1设计基本参数表相关项目参数值汽车总重量（m）42000Kg车轮半径（r）0.536m发动机最大功率 ( )275kw(2100r/min)发动机最大转矩 ( )1570Nm（1400r/min）滚动阻力系数 (f)0.013主减速器传动比 ( )4.77轴距 (L)3.2m质心高度（满载） ( )0.9质心至前轴距离（满载） (a)0.9迎风面积与风阻系数乘积 A7.96汽车传动系传动效率 ( )0.85汽车变速器传动效率 （）0.9变速器挡数八挡1.2 变速器设计应满足的基本要求 变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种路障等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求: （1）变速器的挡位数和传动比，使之与发动机参数优化匹配，以保证汽车具有良好的动力性与经济性；（2）设置空挡以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离;设置倒挡使汽车可以倒退行驶；（3）操纵简单、方便、迅速、省力、传动效率高，工作平稳、无噪声；（4）体积小、质量轻、承戟能力强，工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生；（5）制造容易、成本低廉；维修方便、使用寿命长；（6）贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定；设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。满足汽车有必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数，传动比范围和各挡传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂，比功率越小，变速器的传动比范围越大。1.3变速器传动机构布置方案 鉴于本设计是针对冷藏半挂车使用的变速器，而且要求前进挡数为八挡，固在整体设计中选择主变速器加副变速器的方案。原因有二:一是现如今没有使用超过六个挡位的单变速器;而是如果单个变速器挡位在八挡的话，传动轴会很长，在保证强度的情况下轴的直径会很大，不符合汽车整体轻量化的要求。这样一来副变速器设置两挡，则只需要搭配一个四挡主变速器即可满足要求。本设计就是采用一个前置副变速器加四挡主变速器的整体布置方案。 变速器根据轴的不同类型，可以分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、中间轴式和多中间轴式变速器。1.3.1主变速器布置方案图1.1 中间轴式四挡变速器传动方案本次设计是用在42t的冷藏半挂车上，需要较大驱动力，这就要求需要较大传动比，所以两轴式变速器显然不太适合，为了提高中间轴和第二轴刚度的目的，因此在本设计中采用中间轴式变速器。由于设计任务是设计一台具有八挡的变速器，根据设计经验，先确定一个四挡主变速器然后再匹配一个二挡副变速器，组合之后便可组成八挡变速器。由于本次设计的冷藏半挂车常在重载下工作且一挡传动比较大故需要较大的支撑刚度，图1.1方案一挡布置在支撑端附近、二挡布置在附加箱体内部这能够大大提高轴的支撑刚度，并且采用四对常啮合齿轮传动减小了摩擦，增加齿轮寿命。综上所述所以设计中主变速器传动方案采用了图1.1的布置形式。1.3.2副变速器的布置方案副变速器用于空、满载的质量变化大、使用条件复杂、加之柴油机转矩变化平缓、适应性差而需要扩大传动比范围、增多挡位数以适应在各种使用条件下的动力性与经济性要求的重型车。本设计为不使变速器的结构过于复杂和便于系列化，所以采用四挡变速器与两挡副变速器组合，装在变速器之前。前置副变速器用于分割主变速器相邻挡位之间的间隔，并获得两倍于主变速器挡位数的挡位。组合后的多挡变速器也只有两对齿轮进入啮合，因此传动比不变。由于已有的基本型变速器与前置副变速器组合的多挡变速器通用化程度高，能够用于提高车速时或用于不大地提高车轮的牵引力时，因此采用此种形式。在本设计中鉴于所需的副变速器传动比较小于主变速器传动比，相邻挡位之间的比值以获得较好的挡位分配尽可能的发挥出柴油机转速，来提高中高挡车速。所以设计所采用的副变速器为前置式副变速器如图1.2所示： 图1.2副变速器传动方案图1.2所示为前置式副变速器，有一直接挡跟一传动比不是很大的降速挡组成，副变速器第二轴接主变速器第一轴，副变速器中间轴接主变速器中间轴，当主、副变速器均处于直接挡时传动比为1，是该组合式变速器最高挡八挡。副变速器一轴与二轴通过结合套连在一起时为高速挡输出，不啮合时，通过一对常啮合齿轮副由副变速器中间轴输入到主变速器中间轴，对外输出。1.3.3倒挡布置方案与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故本次设计方案采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。为实现倒挡传动，本方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案综合考虑，本次设计采用输出轴上直齿滑动换入倒挡换挡方式。其优点是：结构简单，直齿轮加工要求不太高，无轴向力，成本低。但换挡时容易发生冲击，产生噪声大寿命短。图1.3 倒挡换挡方式1.3.4其他问题经常使用的挡位，其齿轮因接触应力过高而造成表面点蚀损坏。因此本次设计将高挡布置在靠近轴的支承中部区域，在该区因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，偏载减少能提高齿轮寿命。机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数，每分钟转速，传递的功率，润滑系统的有效性，齿轮和壳体等零件的制造精度等。2 冷藏半挂车零部件结构方案分析变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换挡结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。2.1齿轮形式与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮使用寿命长，工作噪声低，承受负荷大等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。因此本设计变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。2.2换挡结构形式换挡结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。直齿滑动齿轮换挡的特点是结构简单、紧凑，但由于换挡不轻便、换挡时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱挡、噪声大等原因，在本设计中除一挡、倒挡采用外，其余挡均不使用。啮合套换挡型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套换挡结构简单，但还不能完全消除换挡冲击，因此不能在轻型货