毕业设计（论文）开题报告 | ||||||||||
学生姓名 | 院系 | 汽车与交通工程学院 | 专业、班级 | |||||||
指导教师姓名 | 职称 | 讲师 | 从事 专业 | 车辆工程 | 是否外聘 | □是■否 | ||||
题目名称 | 轻型货车变速器 | |||||||||
一、课题研究的目的和意义 研究的目的： 现在汽车上广泛使用的活塞式发动机，其输出的转矩和转速变化范围很小，而汽车行驶时遇到的复杂的道路条件和使用条件要求汽车的驱动力和车速能在很大范围内变化，这就需要使用变速器用来改变发动机传递到驱动轮上的转矩和转速，使汽车在各种行驶工况下获得不同的牵引力和速度。通过研究汽车在地起步、爬坡、转弯、加速等行驶工况中变速器的挡位变化，进行变速器的各个部分设计，使发动机在最有利的工况范围内工作。 本设计方案是选择已有车型的技术参数，进行车辆变速器的设计。通过查阅文献和资料，还原变速器的设计思路和附属部件选择方法，在此基础上进行整体方案的优化设计，使设计出来的变速器能满足车辆高动力性和高经济性的要求，在技术加工上具有可行性，满足大批量生产的特点。 选题的意义： “十一五”期间，汽车工业发展迅猛，年产量由571万辆上升到1826万辆，私人汽车保有量由2365万辆上升到6539万辆，中国已成为世界最大的汽车生产和消费国之一。汽车作为一个在方方面面影响居民生产、生活的用品，它的动力性、经济性、通过性、操纵方式等任何一项突破都会对整个行业产生巨大的影响。 作为车辆工程专业的本科学生，选择变速器进行设计，在设计过程中会复习所学的专业课程、了解大量的专业知识，设计方案具有足够的复杂程度和生产的可行性。 二、文献综述（课题研究现状及分析）： 目前，轻、中型货车变速器的传动比通常有3-5个前进挡和一个倒挡,采用有级式变速器。在重型货车用的组合式变速器中，为了提高动力性、经济性有更多挡位。 车用变速器具有这样几个功用： ①改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的工况下工作； ②在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶； ③利用空挡，中断动力传递，使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出。 变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。在分类上有两种方式：按传动比变化方式和按操纵方式的不同来分。 按传动比变化方式分： 无级式变速器其的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，其传动比可在最大值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。 按操纵方式来分： 强制操纵式变速器是靠驾驶员直接操纵变速杆换挡。 自动操纵式变速器其传动比选择和换挡是自动进行的，所谓“自动”，是指机械变速器每个挡位的变换是借助反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换挡系统的执行元件而实现的。驾驶员只需操纵加速踏板以控制车速。 半自动操纵式变速器有两种型式：一种是常用的几个挡位自动操纵，其余挡位则由驾驶员操纵；另一种是预选式，即驾驶员预先用按钮选定挡位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通一个电磁装置或液压装置来进行换挡。 按使用方法分类： 手动变速器（MT），也称手动挡，即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，方可拨得动变速杆。如果驾驶者技术好，装手动变速器的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。 自动变速器（AT），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。 一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型：液力自动变速器、液压传动自动变速器、 电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。其中，最常见的是液力自动变速器。液力自动变速器主要是由液压控制的齿轮变速系统构成，主要包含自动离合器和自动变速器两大部分。它能够根据油门的开度和车速的变化，自动地进行换挡。 无级变速器（CVT），无级变速器是由两组变速和一条传动带组成的。 因此，其比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。 无级变速器属于自动变速器的一种，但它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点。 现在汽车变速器的发展趋势是向着可调自动变速箱或无级变速器方向发展。采用无级变速器可以节约燃料，使汽车单位油耗的行驶里程提高30%。通过选择最佳传动比，获得最有利的功率输出，它的传动比比传统的变速器轻，结构更简单而紧凑。 现在市场上流行的变速器种类： 双离合变速器(Dual Clutch Transmission)， DCT基于手动变速器而又不是自动变速器，除了拥有手动变速器的灵活性及自动变速器的舒适性外，还能提供无间断的动力输出。 DCT的核心技术仅掌握在美国博格华纳(BorgWarner)和德国舍弗勒(Schaeffler)集团手中。博格华纳是大众第一代六速DSG（大众的DCT）关键技术的提供者，为大众DSG提供湿式双离合。 DCT内含两台自动控制的离合器，由电子控制及液压推动，能同时控制两台离合器的运作。当变速器运作时，一组齿轮被啮合，而接近换挡时，下一组挡段的齿轮已被预选，但离合器仍处于分离状态；当换挡时，一台离合器将使用中的齿轮分离，同时另一台离合器啮合已被预选，在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，从而不会出现动力中断的状况。 基于DCT技术的各公司不同变速器 大众 DSG (Direct Shift Gearbox) 奥迪 S Tronic 宝马 M DKG (Doppel Kuppling Getriebe, M Double Clutch gearbox) 福特、沃尔沃 Powershift 保时捷 PDK (Porsche Doppelkupplungsgetribe) 三菱 Twin Clutch SST 电控机械式自动变速器（Automated Mechanical Transmission） AMT是在原有齿轮式机械变速器的基础上加装电脑控制系统，对油门、离合器、变速杆的控制均采用了电动机驱动或液压驱动的执行机构，从而实现选挡、换挡的自动化控制，使汽车成为自动变速的汽车。它保持了原有的机械传动结构基本不变，所以齿转传动固有的传动效率高、机构紧凑、工作可靠等优点被很好的继承下来。 在1967年，转子发动机的创始者德国NSU就在Ro80轿车上采用了三前速半自动变速箱，这种纯机械控制的半自动变速箱正是AMT变速箱的雏形。 AMT控制系统由四部分组成：a．被控对象包括发动机、离合器和变速器；b．履行机构包含步进电机、电磁阀(普通电磁阀和高速电磁阀)及液压缸(离合器动作缸和选、换挡油缸)等；c．传感器包含速度传感器(动员机转速传感器、输进轴转速传感器、车速传感器)、油门开度传感器和挡位传感器等；d．电控单元(ECU)包括CPU、ROM和I／O接口等。 三种电控机械式自动变速器：电控液动AMT 电控电动AMT 电控气动AMT 无级变速器(Continuous Variable Transmission) CVT的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，譬如可以从3.455一直变化到0.85。CVT结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，它主要靠主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化。 CVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。 CVT主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。 奥迪、日产 、三菱、奥迪、 日产天籁、本田飞度、菲亚特、福特等世界名牌车系都有配备CVT变速器的轿车销售。 锥环式无级变速器（Cone-Ring Transmission） KRG锥环式无级变速器是一种无级变速的靠摩擦传动的变速器，从运作原理上将属于CVT变速器的分支，KRG的设计理念是避免采用任何方式的液压泵，仅用简单和耐用的部件实现纯机械控制。与传统CVT无级变速器相比，KRG的这种设计理念使它在制造成本和效率方面拥有巨大的优势。 KRG并不是一项很新奇的发明，早在文艺复兴时期，意大利著名画家达芬奇就已经绘制了CVT变速器的雏形，也是KRG的鼻祖。1902年工程师泰勒第一次做出了锥环式的变速器结构，也是KRG的原型。变速系统是由一个输入滚锥，一个输出滚锥和一个传动环构成的。传动锥环环绕在输出锥或者输入锥上。通过改变滚锥的半径和角度就能很容易调整起步速比，超速速比及速比范围以匹配不同整车的性能与空间要求，因此匹配灵活性极高，二次开发成本较低。 KRG系统一些主要元件如包括滚锥和传动环，胀紧机构和速比调节执行机构都是纯机械控制的。 KRG锥环和滚锥之间的夹紧力是通过输出滚锥的轴向移动来实现的。由滚珠和斜槽组成的机械式扭矩传感器能将输出扭矩转换成轴向压力。通过定位在输出轴扭矩传递路径上的位置，此机械系统可“感受”到各种扭矩变化，并将其转化为相应的轴向力，从而在机械效率和传递扭矩之间实现自动机械式调节。这种简单的机械式结构聪明之处在于没有使用常用的昂贵电子传感器和电控/液压系统，节省成本的同时工作可靠性有保障。缺点也是明显的，那就是当系统扭矩需求变大时，整个KRG变速器的机械效率就会明显降低。 | ||||||||||
三、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 基本内容： 设计的基本内容包括：汽车动力参数的选定（传动效率、滚动阻力系数、空气阻力系数），变速器的传动方案（轴数、各挡的布置），变速器主要零件结构方案（齿轮形式、换挡结构形式、变速器轴承），变速器的主要参数的选择（挡数、传动比范围、中心距、外形尺寸、轴的直径、齿轮参数、各挡齿数的分配），齿轮、轴的强度的计算和校核，同步器的选择，变速器操纵机构的设计，变速器壳体的设计，结论。设计说明书1.5万字，装配图和各零件图，折合0号图纸3张以上。 拟解决的主要问题： 变速器的各个部分进行分步设计：传动机构布置方案要求布置方便、结构简单、轮廓尺寸小，轴有足够的刚度，齿轮磨损小和工作噪声低。论文引用的数据和原理通过查阅相关文献来确定。为了确保设计的可靠性，需要参照已有车型的动力性、经济性、通过性等进行主要参数选定。通过计算，选择和校核主要零件的尺寸和强度，使其满足车辆在不同工况下行驶的要求。在设计的过程中，要保证设计的结构能正常的使用，符合国家标准，具有生产和加工的可行性。 | ||||||||||
四、技术路线（研究方法） | ||||||||||
四、进度安排 （1）调研、资料收集、完成开题报告 第1、2周（2月28日～3月6日） (2) 根据参数进行相关部件的参数计算，并进行验证 第 3、4周（3月7日～3月20日） (3) 在CAD软件平台上建立装配图绘制 第5、6、7周（3月21～4月10日） （4）对零件图形进行绘制 第8、9、10、11周（4月11～5月8日） （5）设计1.5万字说明书一份，零件图一套 第12、13、14周（5月9日～5月29日） （6）毕业设计审核、修改 第15、16周（5月30日～6月12日） 福特货车（7）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月13日～6月 19日） | ||||||||||
五、参考文献 [1] 臧杰 阎严.汽车构造.下册.北京：机械工业出版社，2005.8 [2] 龚溎义.机械设计课程设计图册. 北京：高等教育出版社，1989.5 [3] 马兰.机械制图.机械工业出版社2006.5 [4] 余志生.汽车理论.第5版.北京：机械工业出版社，2000 [5] 王望予.汽车设计.第4版. 北京：机械工业出版社，2004.8 [6] 于惠力.传动零部件设计实例精解.北京：机械工业出版社 2009.3 [7] 张展.齿轮设计与实用数据速查.北京：机械工业出版社 2009.5 [8] 甘永立.几何量工差与检测.上海：上海科学技术出版社 2003 [9] 唐大放.冯小宁. 扬现卿.机械设计工程学.江苏：中国矿业大学出版社，2001 [10]马超圣. 对汽车机械变速器齿轮设计中几个问题的探讨[J].设计与计算.1996(5):10-28 [11]付灵玲. 机械式汽车变速器的结构分析与优化[D].广西大学.2009.4 [12]蒋春明. 汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计[D].南京航天航空大学.2007.01 [13]潘玉清. 中型载货汽车变速器结构优化设计[J].机械传动.2010(9):56-58 68 [14]韩德斌. 手动变速器常见故障诊断与分析[J].轻型汽车技术.2005（8）：48-50 [10]欧阳鸿武.唐艳军.张志沛.胡年. EQ1092型载货车加装气动附加装置的模型风洞试验研究[A]. 欧-.唐-.中南大学.张-.胡-.长沙交通学院.中图分类号:U461.1.文章编号：1000-3703（2001）06-0015-03 [15]赵世琴.黄宗益.陈明.惯性式同步器的结构分析[J].同济大学机械系.起重运输机械.2000(5) [16]成崎.同步器换挡冲量计算方法初探[J].綦齿传动.2002(2):11-15 [17] Domian,Grumbach.Passenger car transmissions – today and in the future . ATZ . Germany . 2006. [18]Leitermann.Modern manual transmissions – innovative solutions for a mature technology . VDI – Berichte Nr.1943,2006(Germany). | ||||||||||
六、备注 | ||||||||||
指导教师意见： 签字： 年 月 日 | ||||||||||
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