毕业设计开题报告
机械设计制造及自动化
某汽车变速箱的设计
1选题的背景、意义
汽车变速箱是汽车传动系统的主要总成之一。汽车的实际使用情况非常复杂，如起步、怠速停车、低速或高速行驶、加速、减速、爬坡和倒车等，这就要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，而目前广泛采用的活塞式发动机的输出转矩和转速变化范围较小。为了适应经常变化的行驶条件，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，使发动机在有利的工况下(功率较高、油耗较低)工作，在传动系统中设置了变速器。同时，在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。
1958年8月，第一汽车制造厂试制成功中国人自己设计、制造的第一款高级轿车――“红旗”轿车。1956年7月13日，随着12辆国产“解放”牌汽车开下一汽总装线，中国汽车工业从无到有迈出了它艰难但却坚毅的第一步。岁月如梭，光阴似箭。弹指一挥的50年，是我国汽车工业从无到有、历经辉煌的50年。近几年，我国汽车行业出现产销“井喷”行情，2003年，汽车产销量以净增百万的速度双双突破400万辆，我国
一举成为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国。车轮滚滚，承载着50年的奋斗与辉煌，我国汽车工业将继续飞速前行。
随着我国在基础设施和重点建设项目上的投入加大，重型载货车在市场上的需求量急剧上升，重型变速箱的需求也随之增加，近年来，重型汽车变速器在向多极化、大型化的方向发展. 现在，我国已经对变速箱的设计，从整机匹配到构件的干涉判别和整个方案的模糊综合判别，直到齿轮、离合器等校核都开发了许多计算机设计软件，但是，大都没形成工业化设计和制造，因此，还需要进一步加强.我过的汽车技术还需要进一步发展.随着科技的不断进步，CVT技术的不断成熟，汽车变速箱最终会由CVT替代手动变速箱（MT）和有级自动变速箱（AT），无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势，但是, 中国还没有掌握全套的汽车自
动变速箱技术，也就还没有形成市场所需成熟的汽车自动变速箱产品。有人主张直接从国外引进先进的汽车自动变速箱技术，不料国外所有相关公司都想直接从国外把汽车自动变速箱产品销售到中国市场或者在中国建立独资企业就地生产销售产品，不愿与中国的企业合作开发生产获取高额垄断利润。
重型汽车变速器是指与重型商用车和大型客车匹配的变速器, 尽管在行业中对变速器的容量划分没有明确的界限, 但我们通常将额定输入扭矩在100kgm 以上的变速器称为重型变速器。国内重型车变速器产品的技术多源于美国、德国、日本等几个国家，引进技术多为国外80～90 年代的产品。作为汽车高级
技术领域的重型汽车变速器在国内通过漫长的引进消化过程，如今已有长足的进步，能够在原有引进技术的基础上，通过改型或在引进技术的基础上自行开发出符合配套要求的新产品，每年重型车变速器行业都能有十几个新产品推向市场。但从当今重型车变速器的发展情况来看，在新产品开发上国内重型车变速器仍然走的是一般性的开发过程，没有真正的核心技术产品; 从国内重型变速器市场容量来看, 有三分之一的产品来自进口, 而另外三分之二的产品中有80 %以上的产品均源自国外的技术，国内自主开发的重型变速器产品销量很小。这说明国内重型变速器厂家的自主开发能力仍然很薄弱，应对整车新车型配套产品的能力远远不够。2004 年年初我国出台城市车辆重点发展13. 8m客车上使用的变速器, 目前只有ZF 一家能向国内企业供应。这足以说明国内的重型车变速器企业仍然很渺小，在技术方面仍然有很长的路要走。国内重型汽车变速器几乎由陕西法士特齿轮有限责任公司、綦江齿轮传动有限公司、山西大同齿轮集团有限责任公司及一汽哈尔滨变速箱厂等几大家包揽。这些企业大多数变速器产品针对的市场各有侧重, 像陕西法士特在8t 以上重型车市场占有率达到40 %以上, 并且在15t 以上重卡市场占有绝对的优势, 拥有85 %以上的市场份额; 綦江齿轮传动有限公司主要为安凯、西沃、亚星奔驰、桂林大宇及厦门金龙等企业的7～12m高档大、中型客车以及总质量在14～50t 重型载货车、鞍式牵引车、自卸车及各式专用车、特种车配套；山西大同齿轮集团配套市场主要在8～10t 级的低吨位重型载货车方面.随着国内汽车市场的发育成长, 变速器产品型谱逐步细化，产品的针对性越来越强。因此，在保证现有变速器生产和改进的同时, 要充分认识到加入WTO 后良好的合作开发机遇，取长补短，同时更应认识到供方、买方、替代者、潜在入
侵者、产品竞争者的巨大压力。要紧跟重型商用车行业向高档、高技术含量和智能化方向发展的趋势, 紧跟客车低地板化、绿环保化、城市公交大型化的发展方向，开发和生产具有自主知识产权、适合我国国情的重型汽车变速器。
2相关研究的最新成果及动态
汽车变速器的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。为什么减速可以增扭，而增速又要减扭呢？设发动机输出的功率不变，功率可以表示为N=wt，其中w是转动的角速度，T是扭矩。当N固定的时候，w与T是反比的。所以增速必减扭，减速必增扭。汽车变速器齿轮传动就是根据变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。
一般的手动变速器内设置输入轴、中间轴和输出轴，又称三轴式，另外还有倒档轴。三轴式是变速器的主体结构，输入轴的转速也就是发动机的转速，输出轴转速则是中间轴与输出轴之间不同齿轮啮合所产生的转速。不同的齿轮啮合就有不同的传动比，也就有了不同的转速。我们设计的手动变速器，它的传动比分别是：1档3.545：1；2档2.105：1；3档1.429：1；4档1：1。
如图所示：
当汽车启动司机选择1档时，拔插将1/2档同步器向后结合1档齿轮并将它锁定输出轴上，动力经输入轴、中间轴和输出轴上的1档齿轮，1档齿轮带动输出轴，输出轴将动力传递到传动轴上，。典型1档变速器齿轮传动轴是3.545：1，也就是说输入轴转动3.5圈，输出轴转1圈。
当汽车增速司机选择2档时，拔叉将1/2档同步器与1档分离后接合2档齿轮并锁定输出轴上，动力传递路线相似，所不同的是输出轴上的1档齿轮换成2档齿轮带动输出轴。典型2档变速齿轮传动比是2.105：1，输入轴转2圈，输出轴转1圈，比1档转速增加，扭矩降低。
当汽车增速司机选择3档时，拔叉将1/2档同步器回到空档位置，又使3/4档同步器移动直至将3档齿轮锁定在输出轴上，使动力可以从输入轴-中间轴-输出轴上的3档变速齿轮，通过3档变速齿轮带动输出轴。典型3档传动比是1.5：1，输入轴转1.5圈，输出轴转1圈是进一步的增速。
如图所示：
当汽车加油增速司机选择4档时，拔叉将3/4档同步器脱离3档齿轮直接与输入轴主动齿轮接合，动力直接从输入轴传递到输出轴，此时传动比1：1，即输出轴与输入轴转速一样。由于动力不经中间轴，又称直接档，该档传动比的传动效率最高。汽车多数运行时间都用直接档以达到最好的燃料经济性。
换档时要先进入空档，变速器处于空档时变速齿轮没有锁定在输出轴上，它们不能带动输出轴转动，没有动力输出。
一般汽车手动变速器传动比主要分上述1-4档，通常设计者首先确定最低（1档）与最高（4档）传动比后，中间各档传动比一般按等比级数分配。
倒档时输出轴要向相反的方向旋转。如果一对齿轮啮合时大家反向旋转，中间加上一个齿轮就会变成同向旋转。利用这个原理，倒档就要添加一个齿轮做“媒介”，将轴的转动方向掉转，因此就有了一根倒档轴。倒档轴独立装在变速器壳内，与中间轴平行，当轴上齿轮分别与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合
时，输出轴转向会相反。
通常倒档用的同步器也控制1档的接合，所以1档与倒档位置是在同一侧的。由于有中间齿轮，一般变速器倒档传动相近与1档传动比。
从驾驶平顺性考虑，变速器档位越多越好，档位多相邻档间的传动比的比值就变化小，换档容易而且平顺。但档位多的缺点就是变速器结构复杂，体积大，现在轻型汽车变速器一般是4-5档。同时，变速器传动比都不是整数，而且都是
带小数点的，这是因为啮合齿轮的齿数不是整倍数所致，轮齿数是整倍数就会导致两齿轮啮合面磨损不均匀，使得轮齿表面质量产生较大的差异。
变速器的功用是在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转距和转速，使汽车得到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。此外，应保证汽车能倒退行使或停车时使发动机和传动系保持分离。需要时还应有动力输出的功能。
为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出如下基本要求：
1）应正确选择变速器的档数和传动比，保证汽车有必要的动力性和经济性指标；
2）设置空档和倒档，保证发动机与驱动轮能长期分离，使汽车能进行倒退行使；3）换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性能；目前有发展自动、半自动和电子操纵机构的趋势；
汽车变速箱4）工作可靠。汽车行使过程中，变速器不得有跳档、乱档冲击等现象发生；
此外，变速器还应当满足效率高、噪音低、体小质轻、制造容易、成本低等要求。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。
（1）大同DC6J90TZ汽车变速箱介绍
大同齿轮集团有限公司在消化、吸收国外汽车设计制造先进技术的基础上, 结合我国重型载重汽车的特殊使用工况, 先后成功地开发出DC5J 系列,DC6J 80T、DC6J 90T 带副箱汽车变速箱。由于产品设计指标先进、结构布局紧凑、操纵灵活方便、使用安全可靠, 赢得国内重型汽车变速箱近50% 的份额。面对汽车市场的激烈竞争局面, 为了以更高的性能价格比产品来满足市场需求, 公司又开发了DC6J 70TZ、DC6J 90TZ、DC6J 120TZ 汽车变速箱。TZ 系列变速箱最大的设计特点是结构为整体布局式, 取消了副变速箱, 使其结构更加合理可靠。
DC6J 90TZ 变速箱主要结构型式为三轴、单中间轴定轴传动, 一至六档全部采用同步器换档, 倒档采用啮合套换档, 换档采用强制式操纵机构, 空档倒档装有显示信号开关, 操纵上可以实现单杆或双杆, 同时
也可实现直接式换档。变速箱体左右均设计有取力开口, 可实现倒档、中间轴四档, 左置、右置输出动力, 十分方便用户需求。一至六档全部采用了锁环式惯性同步器, 其最大的特点在于二、三档采用了双锥面同步器。该变速箱可匹配12t～ 15t 级载重车、自卸车、