关佳伟毕业设计论文开题报告.docx

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关佳伟毕业设计论文开题报告

长春大学

毕业设计（论文）开题报告

题目：

轿车（羚羊1.6L）二轴

（5+1）档变速器设计

学院：

机械与车辆工程学院

专业班级：

汽车服务工程11403班

姓名：

关佳伟

学号：

281140316

指导教师：

孙冰寒

二〇一五年三月二十六日

一、选题的背景和意义

变速器的历史：

1894年，一个法国工程师给一辆汽车装上了世界上第一个变速器，自此，变速器成为汽车一个重要的组成部分，承担着放大发动发动机扭矩，配合引擎功扭特性，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的作用。

世界使用最早的是手动变速器，国内最早的车型东风解放使用的就是手动变速器，后来，为了方便驾驶，为每个相邻齿轮间装上了同步器，依靠同步器的作用，换挡就变得容易很多。

到后来,为了实现轻松换挡，取消离合脚踏和手动挂挡的AT（AutomaticTransmission）变速器出现了，它主要利用液力变扭器配合传统机械齿轮箱实现换挡功能。

自动变速器的出现，使得改变车速变得轻松自如，且不必频繁地踩踏板。

如今，几乎所有的现代汽车厂家都生产配备自动变速器的汽车，因为自动变速器可实现最佳转速比，即使发动机低速运转，也能保障车辆随驾驶者的意愿正常行驶，降低了油耗和污染。

国内的变速器发展形势：

最新的统计数据显示,中国机动车市场发展迅猛,截至2011年底,我国汽车保有量达到1.06亿辆，位居世界第二。

但是与之相对的是，尽管国产的手动变速器已占据主导地位，但技术含量更高的自动变速器市场一直是进口产品的天下，我国变速器产业亟待突破。

数据显示，近年来自动变速器车型在国内车市的销量快速提升，目前有近75%的车型为自动变速器车型，而自主品牌汽车企业的自动变速器绝大部分依赖进口或国外变速器企业在中国的合资公司。

目前，全球自动变速器三巨头日本爱信、加特可及德国采埃孚基本垄断了国内自动变速器市场。

国产自动挡乘用车80％左右搭载的是进口自动变速器，剩下的20％也主要来自外资控股的合资企业。

一个令人欣喜的信息是近日，“十一五”国家863计划现代交通技术领域“无级自动变速器研发”课题通过专家组技术验收。

该课题的研发，使我国掌握了无级自动变速器的传动系统、电液系统、闭锁离合器技术、控制及匹配标定技术，截至今年6月底，已经完成3500套无级自动变速器产品在相关车型上的搭载，并批量投放市场。

对此，专家表示，该课题成果增强了我国自动变速器的自主开发能力，形成了拥有自主知识产权的无级自动变速器产品，打破了国外变速器企业对于无级自动变速器产品的垄断，从而实现了技术突破、批量生产、替代进口、降低整车成本、提高整车性能的目标，为提升我国自主品牌汽车竞争力奠定了基础。

二、研究的基本内容和拟解决的主要问题

寻找一款具有代表性的轿车，根据部分参数对其进行总体设计，通过计算轴荷分配和轴数，选择并匹配各总成部件的结构形式，计算确定各总成部件的主要参数，详细计算制定总成的设计参数，绘制部分零件图。

需要计算的内容包括：

1.根据已知基本数据，确定轴数、驱动形式、布置形式。

2.确定变速器的主要参数，包括档数、传动比、中心距、轴向尺寸。

3.确定齿轮参数，包括齿轮模数、压力角、螺旋角、齿宽、齿顶高系数、以及格挡传动比等。

4.对齿轮进行强度计算与选择适当的材料。

5.对变速器的轴进行强度计算与校核

最终需要完成的内容：

1、完成方案论证，确定合理的结构方案；

2、英语翻译资料5000字符以上（折合中文约大于3000字）；

3、对变速器的强度和刚度进行校核计算；

4、用计算机绘制用计算机绘制零件图1张，画出三维图形（折合成图幅为AO号的图纸3张，其中：

计算机绘图量、手工绘图量均不得少于折合成图幅为A1号的图纸1张）。

5、编程、上机计算打印程序和结果；

6、完成设计说明书，设计说明书包括：

目录、中、英文摘要、设计说明、方案论证、计算过程、结论、毕业设计完成情况的自我评价及其它说明。

要求大于1.5万字。

三、研究方法及措施

1.变速器结构方案的确定

1.1目前变速器的种类和变速器的选择。

1.1.1变速器按传动比变化方式可分为：

有级式变速器　是目前使用最广的一种。

它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。

按所用轮系型式不同，有轴线固定式变速器（普通变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。

无级式变速器　传动比在一定的数值范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式（动液式）两种。

电力式无级变速器的变速传动部件为直流串激电动机，除在无轨电车上应用外，在超重型自卸车传动系中也有广泛采用的趋势。

动液式无级变速器的传动部件为液力变矩器。

综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大指与最小值之间的几个间断的范围内作无级变化，目前应用较多。

1.1.2自动变速器

目前，大多数汽车使用了自动变速器。

自动变速器由上千个零部件组成，涉及诸多领域、诸多学科及专业，产业链很长。

目前，中国市场的主流自动变速器分为AMT、CVT、AT与DCT四类技术。

AMT的特点是拥有较高的传动效率，但舒适性欠缺，目前主要应用于高端重卡；

CVT则多为日系乘用车装配，特点是舒适性较好，拥有不错的换挡平顺性和燃油经济性，但缺点也很明显，就是无法承受较大扭矩的冲击，起步加速响应不够直接；

AT则是目前市场应用范围最广的技术，是基于传统的手动机械变速器技术，拥有可靠性高的口碑和油耗大的缺点；

DCT即双离合变速器技术，分为干式与湿式两类，其中干式技术因搭配小排量车型，可以提供更高的动力输出和燃油效率，而被认为是最符合中国市场特点的自动变速器。

1.2比较手动变速器与自动变速器优缺点，选择本次设计变速器

手动变速器的优点：

1.结构简单，性能可靠，制造和维护成本低廉

2.与自动变速器相比由于是纯机械控制，换挡反应快，且可以更直接的表现驾驶者的意愿，因此也更富驾驶乐趣，可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感

3.传输效率比自动变速箱为高，在同排量发动机条件下，比自动变速器省油。

4.引擎煞车的效能较强

手动变速器的缺点

1.相比自动变速箱，它操作繁琐，而且在挡位切换时顿挫明显的劣势也是无法弥补的。

开车时需要控制离合器和换档比较麻烦，在塞车和行驶市区时会更不利

2.控制离合器技术不纯熟者常常在马路上熄火，特别是上坡

3.操作不当的话有机率把引擎跟变速箱弄坏

4.属于纯机械结构，故增加档位必会造成体积和质量的增加，使档位增加有限（当前最多为七速，但最佳的档位数是六速），进步能力受阻；相对之下，采用行星齿轮组（AT）或钢带（CVT）的自动变速器，可随着技术提升压缩体积，进而达到增加档位却不增加体积的优点。

自动变速器的优点：

1.免去了离合器操作和频繁的换挡，使得操作简便。

2.能自动适应行驶阻力的变化，在一定范围内实现无级变速。

3.汽车在起步和加速时更加平稳。

4.可避免因外界负荷突然增加而造成发动机熄火的现象。

自动变速器的缺点：

1.对于汽车驾驶爱好者来说会减少操控所带来的快感。

2.生产成本较高，维修不便。

3..传动效率较低，油耗较大。

4.引擎煞车（档煞）的效果较差。

5.电池电量耗尽时无法依靠推车来发动引擎。

1.3变速器设计中的要求

变速器的设计应该按输出转矩分级，供各种车型使用，也可根据具体车型的使用寿命要求进行设计。

可根据同类车型在典型路段上实测的随机载荷，用统计分析法组成载荷谱，进行变速器的疲劳寿命计算。

对变速器的设计应满足以下要求：

1.正确地选择变速的档数和传动比,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.设置空档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.操作简单、方便、迅速、省力；

4.传动效率高、工作平稳、无噪声；

5.体小、质轻、承载能力强，工作可靠；

6.制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；

7.贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关规定；

8.需要时应设置动力输出装置。

综合变速器设计要求，结合手动变速器与自动变速器的优缺点，本次设计选择手动变速器。

2.两轴式和三轴式变速器的选取

目前轿车上广泛使用的是二轴变速箱，它的结构和三轴变速箱基本类似，只是其输入轴和中间轴整合为一根轴，因此具有结构简单，尺寸小的优势，另外，它还有中间档位传动效率高，且噪音较小等特点，因此更适合一般的前置前驱家用车，是目前使用最广的轿车变速器形式，它的缺点是不能设置直接挡，且一档的传动比不能设计的太高。

而在后驱车上，使用较多的仍是传统的三轴式变速箱。

以下是两轴式和三轴式变速器的传动方案。

要采用哪一种方案，除了汽车总布置的要求外，主要考虑以下四个方面：

1.结构工艺性

两轴式变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋圆锥齿轮或双曲面齿轮，而发动机横置时用圆柱齿轮，因而简化了制造工艺。

2.变速器的径向尺寸

两轴式变速器的前进档均为一对齿轮副，而三轴式变速器则有两对齿轮副。

因此，对于相同的传动比要求，三轴式变速器的径向尺寸可以比两轴式变速器小得多。

3.变速器齿轮的寿命

两轴式变速器的低档齿轮副大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多，因此，小齿轮工作寿命比大齿轮要短。

三轴式变速器的各前进档均为常啮合齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，因此寿命比较接近。

在直接档时，齿轮只是空转，不影响齿轮寿命。

4.变速器的传动效率

两轴式变速器，虽然可以有等于1的传动比，但是仍要有一对齿轮传动，因而有功率损失。

而三轴式变速器，可以将输入轴和输出轴直接相连，得到直接档，因而传动效率高，磨损小，噪声也较小。

轿车，尤其是微型汽车，采用两轴式变速器比较多，这样可将变速器和主传动器组成一个整体，使传动系的结构紧凑，汽车得到较大的有效空间，便于汽车的总体布置。

因此，近年来在欧洲的轿车中采用得比较多。

而中、重型载货汽车则多采用三轴式变速器。

根据以上信息，综合已选车型的相关信息，此次设计参考车型为前置前驱的轿车，因此采用二轴式变速器。

3.倒挡的形式及布置方案

图为一些常见的倒挡方案；

图a方案的优点在前进档的传动路线中，加入一个传动，使结构简单，但齿轮处于正负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。

此方案广泛用于轿车和轻型货车的四档全同步器式变速器中。

图b所示方案的优点可以利用中间轴上一档齿轮，因而缩短了中间轴的长度，但换档时两对齿轮必须同时啮合，致使换档困难。

某些轻型货车四档变速器采用此方案。

图c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。

图d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而经常在货车变速器中使用。

图e所示方案是将中间轴上一档和倒档齿轮做成一体其齿体、宽加大，因而缩短了一些长度。

图f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。

图g所示方案。

为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有些货车采用此方案，其缺点是一档和倒档得各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些，一般c、d、e、f、g五种方案用于五档变速器。

进行初步选择，选择f方案

因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低挡与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低挡到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。

倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒挡。

此时在倒挡工作时，齿轮磨损与噪声在短时间内略有增加，与此同时在一挡工作时齿轮的磨损与噪声有所减少。

倒挡轴位置与受力分析

除此以外，倒挡的中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴的受力状况有影响，见上图图所示。

根据上述描述，参考此次设计的实际情况以及参考车型，选择f方案作为倒挡布置方案。

4、齿轮设计

斜齿圆柱齿轮虽有轴向力，但以其运转平稳、噪声低、寿命长的突出优点而得到普遍采用，而且常啮合斜齿轮的传动形式配以同步器或啮合套换挡。

直齿圆柱齿轮仅用于一些变速器的一档和倒挡。

在对齿轮进行设计时应考虑以下因素：

（1）整车总布置

根据整车的总布置，对变速器输入轴与输出轴的相对位置和变速器的轮廓形状以及换挡机构提出要求。

比如说是该车是采用发动机前置前驱动还是发动机前置后驱动等等，这些问题都牵连着变速器的设计方案。

（2）驾驶员的使用习惯

人们习惯于按挡位的高低顺序，从左到右或从右到左排列来换挡，值得注意的是倒挡，虽然它是平常换挡序列之外的一个特殊挡位，然而却是决定序列组合方案的重要环节。

倒挡与序列不结合的方案，即挂挡时，需先换位再挂倒挡。

倒挡与序列结合与不结合两者比较，前者在结构上可省去一个拨叉和一根变速滑杆，后者如布置适当，则可使变速器的轴向长度缩短。

（3）提高平均传动效率

为提高平均传动效率，在三轴式变速器中，普遍采用具有直接挡的传动方案，并尽可能地将使用时间最多的挡位设计成直接挡。

（4）改善齿轮受载状况

各挡齿轮在变速器中的位置安排，应考虑齿轮的受载状况。

承受载荷大的低挡齿轮，一般安置在离轴承较近的地方，以减小轴的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。

变速器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高挡齿轮安排在离支承较远处较好。

该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小，故齿轮的偏载也小

5.换挡结构形式

目前，汽车上的机械式变速器的换挡机构形式有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种。

（1）滑动齿轮换挡

通常是采用滑动直齿轮换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。

滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。

缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大，所以这种换挡方式一般仅用在一挡和倒挡上。

（2）啮合套换挡

用啮合套换挡，可以将结构为某传动比的一对齿轮，制造成常啮合的斜齿轮。

用啮合套换挡，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换挡，因此它们都不会过早损坏，但是不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。

此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器的轴向尺寸和旋转部分的总惯量增大。

因此，这种换挡方法目前只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上使用。

这是因为重型货车挡位间的公比较小，要求换挡手感强，而且在这种车型上又不宜使用同步器（寿命太短，维修不便）。

（3）同步器换挡

现在大多数汽车的变速器都采用同步器换挡。

使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，与操作技术熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性。

同上述两种换挡方法相比，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大、同步环使用寿命短等缺点，但仍然得到广泛应用。

近年来，由于同步器广泛使用，寿命问题已得到基本解决。

上述三种换挡方案，可同时用在同一变速器中的不同挡位上，一般倒挡和一挡采用结构较简单的滑动直齿轮或啮合套的形式，对于常用的高挡位则采用同步器或啮合套。

此次设计档位的布置及倒挡的安排为下图：

本次设计方案五个前进档用同步器换挡，倒挡采用啮合套换挡。

6.变速器轴承的形式的选择

多用向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承和滚针轴承；重型汽车则常用直径较小、容量较大、可承受高负荷并能提高轴的支承刚度的圆锥滚子轴承。

第一轴前轴承采用向心球轴承；后轴承为外圈带止动槽的向心球轴承，因为它既承受径向负荷，也受向外的轴向负荷。

后轴承的座孔应能使第一轴齿轮通过，以便于拆装。

第二轴前轴承多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承；后端采用带止动槽的单列向心轴承。

某些轿车往往在加长的第二轴后端设置辅助支承，并选择向心轴承。

旋转式中间轴前端多采用向心短圆柱滚子轴承，后轴承为带止动槽的向心球轴承，中间轴的轴向力应力求相互抵消，未抵消部分由后轴承承受。

中间轴轴承的径向尺寸常受中心距尺寸的限制，故有时采用无内圈的短圆柱滚子轴承。

第二轴的常啮合齿轮多由滚针轴承支承，也有用滑动轴套的，前者与后者相比，具有定位精度高、摩擦损失小且飞溅润滑即能满足要求等优点，但对配合的尺寸精度、表面粗糙度及精度都要求很严，且配合要适宜。

7.变速器的传动方案

传动路线：

本次设计传动方案如图所示

传动路线：

Ⅰ档：

一轴→1→2→2、4齿轮间的同步器接合套→二轴→输出

Ⅱ档：

一轴→3→4→4、2齿轮间的同步器接合套→二轴→输出

Ⅲ档：

一轴→5、7齿轮间同步器接合套→5→6→二轴→输出

Ⅳ档：

一轴→7、8齿轮间同步器接合套→7→8→二轴→输出

V档:

一轴→9→10→10、12齿轮间同步器接合套→二轴→输出

R档：

一轴→11→13→12→12、10齿轮间同步器接合套→二轴→输出

8.变速杆的布置

变速器的操纵结构多为机械式。

按变速杆与变速器的相互位置不同，分为直接操纵式和远距离操纵式。

1、直接操纵式：

变速器布置在驾驶员座椅附近，操纵结构多集装于上盖或变速器侧面，结构简单，操纵方便。

驾驶员直接操纵变速杆来换挡且“手感”明显。

无论哪种形式，杆上都有允许变速杆球头，盖上有一个球形支承，并有定位弹簧予以定位。

为了防止变速杆转动，在盖的球支承处装有固定销，杆的球头上铣有直槽。

销子的位置应在球的中心线上，这样才能允许变速杆左右摇动，又能前后摆动，

2、远距离操纵

某些轿车、大客车和具有平头、短头驾驶室的货车，由于总布置的关系，变速器布置在离驾驶室座椅较远的位置，因此就需要采用远距离操纵方案，即通过一套换档传动机构操纵变速器。

这种机构应有足够的刚度，且各连接件间隙不能过大，否则换档手感不明显。

此外，变速杆支座应固定在受车架变形和汽车振动影响较小的地方，最好使换档传动机构、发动机、离合器、变速器连成一体，以避免对操纵的不利影响。

本设计采用变速杆直接操纵。

四、研究工作的步骤、进度

研究步骤：

1、查看相关书籍、搜索相关资料、与组员指导老师探讨后进行方案论证，结构分析后确定合理的结构方案。

；

2、选择变速器的主要参数；

3、对变速的齿轮和轴进行相关计算与的校核；

4、选择变速器的主要零件，包括轴承、同步器、操纵机构以及锁止装置；

5、绘制相关零件图；折合成图幅为AO号的图纸3张，其中：

计算机绘图量、手工绘图量均不得少于折合成图幅为A1号的图纸1张。

将上述资料整理后完成毕业设计说明书。

说明书包括：

目录、中、英文摘要、设计说明、方案论证、计算过程、结论、毕业设计完成情况的自我评价及其它说明。

要求大于1.5万字。

工作进度安排：

第1-3周：

完成对毕业设计科目的选取；阅读相关的专业书籍及查找相应资料。

第4周：

上交实习周记及实习总结；与组员、老师讨论论证后、确定设计方案；

完成外文翻译。

第5周：

上交“开题报告”给指导教师审批。

第6周：

完成齿轮设计与校核及各轴传动方案与各轴定位。

第7周：

确定轴尺寸、轴承、花键以及同步器的选择。

第8周：

完成零件图的绘制。

第9周：

完成各个零件的三维图。

第10周：

整理已完成资料、检查图纸后完成说明书。

第11周：

检查说明书排版格式，查找错误。

为答辩做好充分准备

四、主要参考文献

[1]清华大学刘惟信.汽车设计.

[2]过学迅/邓亚东.汽车设计.人民交通出版社.

[3]汽车现代设计制造.

[4]屠卫星.汽车文化.人民交通大学出版社.

[5]田晋跃.现代汽车新技术概论.北京大学出版社.

[6]李伟.图解汽车自动变速器无极变速器构造与检修.机械工业出版社.

[7]黄华梁、彭文生.现代汽车新技术概论.机械设计基础.高等教育出版社.

[8]许福玲、陈尧明.液压与气压传动.机械工业出版社.

[9]清华大学余志生.汽车理论.机械工业出版社.

[10]吉林大学陈家瑞.汽车构造.机械工业出版社.

[11]胡光辉、仇雅莉.汽车自动变速器原理与检修.机械工业出版社.

[12]清华大学吴宗泽、北京科技大学罗圣国.机械课程设计手册.高等教育出版社.

[13]廖念钊、莫雨松等编著.互换性与技术测量.中国计量出版社.

[14]工程制造类教材编写组.CATIAV5R17中文版基础教程.北京大学出版社

[15]陶亦亦、潘玉娴.工程材料与机械制造基础.化学工业出版社

[16]王丰元、马明星.汽车设计课程设计指导书.中国电力出版社.

[17]唐文初、邓宝清.汽车构造.华南理工大学出版社.

[18][美]HathawayandLindbeck.ComprehensiveAutoMechanics.Illinos:

BennetandMcKnightPublishingCompany.

[19]ThomasD.Gillespie.FundamentalsofVehicleDynamics.WarrendalePA:

SAE.Inc.1992.

六、导师评语：

报告内容和形式符合要求。

课题立意比较明确，技术路线可靠，研究内容充实，研究方法有效，学生通过查阅资料对相关领域的国内外现状较为了解，通过企业现场实习也为完成课题提供了多方面的便利。

课题具有一定的研究基础，能达到预期目标，同意开题。

签字：

年月日