五擋AMT變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計

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1、 畢業(yè)設(shè)計明書 五擋AMT變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計 37 / 45 五擋AMT變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計 摘 要 隨著車輛自動變速器設(shè)計理論與手段的不斷進步,各式自動變速器已經(jīng)廣泛地在乘用車、客車、重型貨車、自卸車、特種車輛、工程機械、拖拉機等各種車輛上得到了應(yīng)用。不僅裝車率得到了迅速增長,同時各種自動變速技術(shù)也得到了進一步完善和發(fā)展。 目前市場主要有四種：機械式無級變速器〔CVT〕、電控機械式自動變速器〔AMT〕、液力自動變速器〔AT〕、雙離合自動變速器〔DCT〕。 AMT是在齒輪變速器基礎(chǔ)上加裝微機控制的自動變速系統(tǒng)。具有自動變速、傳動效率高、構(gòu)造簡單、便于制造、性

2、價比相對較高等優(yōu)點,在中低端市場具有廣闊的應(yīng)用前景。 本畢業(yè)設(shè)計以某型車裝配的五擋AMT變速器為對象,以機械基礎(chǔ)、汽車設(shè)計和汽車傳動理論為基礎(chǔ),運用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段以及工程應(yīng)用軟件進行汽車傳動系統(tǒng)變速器的設(shè)計、運動分析及優(yōu)化。強化機械原理和設(shè)計、汽車設(shè)計技術(shù)及理論的應(yīng)用,培養(yǎng)機械和汽車傳動變速系統(tǒng)綜合設(shè)計和工程軟件的應(yīng)用能力。為企業(yè)方案選型、設(shè)計計算提供參考。 關(guān)鍵詞 AMT；變速器結(jié)構(gòu)；三維設(shè)計；運動分析；優(yōu)化 The 3D design of five AMT transmission structure Abstract：With the contin

3、uous progress of vehicle automatic transmission device design theory and means, all kinds of automatic transmission has been widely used in passenger cars, buses, heavy truck, truck, special vehicle, engineering machinery, tractors and other vehicles has been applied. Not only the loading rate has b

4、een growing rapidly, but also a variety of automatic transmission technology has been further improved and developed. At present there are four main markets: mechanical continuously variable transmission , electronic control mechanical automatic transmission , hydraulic automatic transmis

5、sion , dual clutch automatic transmission . AMT is an automatic transmission system which is equipped with a microcomputer control on the basis of the gear transmission. With the advantages of automatic transmission, high transmission efficiency, simple structure, easy manufacture, high co

6、st performance, and has broad application prospects in the middle and lower end market. This graduation design to a certain type of car assembly five block AMT transmission as the object, basic mechanical, automotive design and automotive transmission theory based, using modern design methods and m

7、eans and the application of software engineering design of automobile transmission gearbox system, motion analysis and optimization. Strengthening the application of mechanical principle and design, automobile design technology and theory, the comprehensive design of training machine and automobile

8、transmission speed change system and the application ability of Engineering software. To provide reference for selection and design calculation of enterprise project. Keywords: AMT; Transmission Structure; Three-Dimensional Design;Movement Analysis; Optimization 目 錄 1 緒論 ……………………

9、………………………………………………………… 1 1.1 研究目的和意義 ………………………………………………………… 1 1.2 AMT變速器發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及應(yīng)用 ……………………………………… 1 1.3 研究容 ………………………………………………………………… 3 2 變速器結(jié)構(gòu)方案………………………………………………………………… 4 2.1 變速器功用 ……………………………………………………………… 4 2.2 變速器設(shè)計要求 ………………………………………………………… 3 2.3 變速器分類……………………………………………………………… 4 2

10、.4 兩軸式和中間軸式變速器……………………………………………… 4 2.5 倒擋形式及布置方案…………………………………………………… 5 2.6齒輪形式………………………………………………………………… 7 2.7換擋的結(jié)構(gòu)形式………………………………………………………… 7 2.8 小結(jié) ……………………………………………………………………… 7 3 變速器三維設(shè)計分析 …………………………………………………………… 9 3.1 技術(shù)參數(shù) ………………………………………………………………… 9 3.2 中心距 ……………………………………………………………………

11、 9 3.3 外形尺寸 ………………………………………………………………… 9 3.4 變速器的三維建模 …………………………………………………………9 3.5 平面工程圖 ………………………………………………………………14 3.6 運動仿真 ………………………………………………………………… 16 3.7 有限元分析 ……………………………………………………………… 18 4 變速器的優(yōu)化設(shè)計 ……………………………………………………………… 23 4.1 目標函數(shù)的確定 ………………………………………………………… 23 4.2 設(shè)計變量 ……………………

12、…………………………………………… 24 4.3 約束條件的確定 ………………………………………………………… 24 4.4 數(shù)學模型 …………………………………………………………………28 4.5 優(yōu)化設(shè)計 …………………………………………………………………28 4.6 優(yōu)化結(jié)果 ………………………………………………………………… 28 結(jié)論 ……………………………………………………………………………………30 致 ……………………………………………………………………………………31 參考文獻 ………………………………………………………………………………32 附圖1

13、 五擋AMT變速器設(shè)計圖 附圖2 五擋斜齒圓柱齒輪零件圖 附圖3 倒擋直齒圓柱齒輪零件圖 1 緒論 1.1 研究的目的和意義 畢業(yè)設(shè)計是根據(jù)教學計劃,在大學學習期間全面檢查學生綜合素質(zhì),培養(yǎng)高級專業(yè)技術(shù)人才基本訓練的最后一個重要的教學環(huán)節(jié)。其目的是要求學生綜合運用所學基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)技術(shù)知識,通過課題研究或者工程設(shè)計,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際,獨立解決本專業(yè)工程技術(shù)問題的綜合能力和工作能力。這一教學環(huán)節(jié)對于形成學生良好的思想品德、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、的工作作風、科學的思維方式、獨立的工作能力具有深遠影響。要求每一個同學必須正確認識、嚴格要求,掌握時間,保證質(zhì)量,嚴肅認真完成畢業(yè)設(shè)計任

14、務(wù)。 本課題以機械基礎(chǔ)、汽車設(shè)計和汽車傳動理論為基礎(chǔ),運用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段以及工程應(yīng)用軟件進行汽車傳動系統(tǒng)變速器的設(shè)計。強化機械原理和設(shè)計、汽車設(shè)計技術(shù)及理論的應(yīng)用,培養(yǎng)機械和汽車傳動變速系統(tǒng)綜合設(shè)計和工程軟件的應(yīng)用能力。通過本次畢業(yè)設(shè)計,不僅可以鞏固所學的理論知識,還可以培養(yǎng)運用所學專業(yè)理論知識的能力,同時提高了應(yīng)用UG軟件的能力,因而是一次很好的理論和實踐相結(jié)合的鍛煉機會。本次畢業(yè)設(shè)計源于生產(chǎn)實際,對于我們今后從事實際技術(shù)工作有很大的幫助,為日后的工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。 1.2 AMT變速器發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及應(yīng)用 1.2.1 AMT變速器發(fā)展現(xiàn)狀 電控機械式自動變速器<

15、AMT>是在原有機械變速器基本結(jié)構(gòu)不變的情況下,通過加裝微機控制的自動操縱機構(gòu),取代原來由駕駛員人工完成的離合器分離與接合、摘擋與掛擋以及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速同步調(diào)節(jié)等操作,最終實現(xiàn)換擋過程的操縱自動化。它的主要功能需靠軟件來實現(xiàn),在電控機械式自動變速器中,微機代替了熟練司機的大腦,多種傳感器代替了人的感覺神經(jīng),電液或全電的執(zhí)行機械代替了人的手與腳的操作。電控機械式自動變速器由于原有的機械傳動結(jié)構(gòu)基本不變,所以齒轉(zhuǎn)傳動固有的傳動效率高、機構(gòu)緊湊、工作可靠等優(yōu)點被很好的繼承下來。大家認為這種機電一體化的第三代變速器,集經(jīng)濟、方便、安全、舒適于一體,是目前各國開發(fā)的熱點。 AMT的智能階段,是隨著電控機

16、械式自動變速器在使用中問題的出現(xiàn)以及人們對車輛性能要求的不斷提高,人們引入了各種最新的監(jiān)測、控制技術(shù)以改善自動變速器的性能,使擋位決策及換擋控制對路面環(huán)境、使用者特點、使用者意圖具有適應(yīng)性。AMT在離合器控制和擋位決策方面采用模糊邏輯,模仿熟練駕駛員駕駛車輛中的相應(yīng)操縱以改善起步、換擋、離合器接合控制特性和擋位選擇的適應(yīng)性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法也被引入AMT的擋位決策和控制中。通過GPS獲得更多路面特征信息以提高AMT對路面的適應(yīng)性,AMT電控系統(tǒng)與其它機電控系統(tǒng)一體化以增加信息共享、協(xié)調(diào)控制能力,以及實現(xiàn)整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化等思想也受到重視。所有這些都將大大提高AMT的智能化水平。? 1.2.2

17、AMT變速器發(fā)展趨勢 我國的工業(yè)大學,電控機械式自動變速器的研究工作開展地較早,不僅在理論研究方面有很多成果,而且開發(fā)出的桑塔納2000型電控機械式自動變速器在1998年就通過了國家級的樣機鑒定。與此同時,工業(yè)大學還承擔了開發(fā)其它車型電控機械式自動變速器的任務(wù)。已接近或?qū)⑦_到第三代電控機械式自動變速器水平。而理工大學通過多年對電控機械式自動變速器的研究,已研制了三輪樣機,分別裝在不同車輛上進行了試驗,并分別于1991年、1994年和1998年通過了部級技術(shù)鑒定,其特點是適用于以大功率柴油機為動力的重型車輛的電控機械式自動變速器技術(shù)。所有這些,都使我們對具有自己知識產(chǎn)權(quán)的AMT技術(shù)的發(fā)展充滿信

18、心。 雖然電控機械式自動變速器產(chǎn)業(yè)化的進程不會一帆風順,但是前景是廣闊的。汽車廠商和配套的變速器廠家以此為契機,根據(jù)市場要求精心打造AMT變速器。AMT變速器是有比較廣闊市場的。 1.2.3 AMT變速器應(yīng)用 如今,隨著技術(shù)日趨成熟和成本降低等,AMT這種以前堪稱奢侈的手自一體裝備離我們普通消費者越來越近。這種AMT變速系統(tǒng)首先由德國專業(yè)高性能跑車生產(chǎn)廠家保時捷在其911車型上推出,稱之為Tiptronic。作為保時捷的扛鼎之作,自問世7年以來,以其高穩(wěn)定性及領(lǐng)先的科技,在世界圍廣受各方贊譽。它的出現(xiàn)使得高性能跑車不必受限制于傳統(tǒng)的自動擋的束縛。讓駕駛者也能享受手動換擋的樂趣。 國產(chǎn)

19、車型方面,東風307采用這套系統(tǒng)后,完全繼承了原系統(tǒng)反應(yīng)敏捷、換擋柔順的特點。城市道路行駛狀態(tài)下,把擋位放入D擋,使其處于自動擋的模式下。有效減少駕駛疲勞。而在郊區(qū)路段就可以使用手動模式,換擋桿推向"+"符號時完成加擋操作,推向"－"符號時則完成減擋操作。東風標致307將手動擋的駕駛樂趣和自動擋的方便融和在一起,給我們帶來更多的方便和樂趣。但有一點不得不提。先進技術(shù)的應(yīng)用往往意味著較高的維護成本及苛刻的使用要求。所以消費者在選購一款帶有手自一體變速器的車型時,技術(shù)是否先進、系統(tǒng)是否穩(wěn)定成熟就顯得格外重要。 AMT變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式——為了駕駛樂趣使用手動擋,而在交通擁擠時使用自動

20、擋,這樣的變速方式對于我國的現(xiàn)狀還是非常適合的。手動變速器有著很大的使用群體,而自動變速器也能適應(yīng)女士群體以及解決交通堵塞帶來的麻煩,這樣對于一些夫妻雙方均會駕車的家庭來說,可謂是兼顧了雙方,體現(xiàn)了"夫妻擋"。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術(shù)含量,但這類的汽車并不會在價格上都高不可攀。所以,手動/自動車在普及上還是具有相當?shù)膬?yōu)勢。 1.3 研究容 1〕以機械基礎(chǔ)、汽車設(shè)計和汽車傳動理論為基礎(chǔ),運用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段以及工程應(yīng)用軟件,正確地解決五擋AMT變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計中的變速器結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計、變速器運動分析和變速器優(yōu)化設(shè)計等問題。根據(jù)自己所選擇的變速器類型進

21、行設(shè)計。 2〕提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖進行五擋AMT變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計、定型、建模,裝配,制作爆炸圖。進行分析。 3） 提高分析能力。根據(jù)獲得變速器結(jié)構(gòu)三維模型進行變速器運動仿真和有限元分析。 4） 提高優(yōu)化水平。根據(jù)獲得結(jié)構(gòu)三維圖數(shù)據(jù)進行變速器設(shè)計優(yōu)化,獲得最優(yōu)化的變速器。 5〕熟練掌握查閱手冊圖表資料文獻。充分利用與變速器設(shè)計有關(guān)的各種資料,做到科學合理地熟練運用。 2 變速器結(jié)構(gòu)方案 2.1 變速器功用 變速器用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,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,同時使發(fā)動機在有利的工況圍工作

22、。變速器設(shè)有空擋和倒擋。需要時變速器還有動力輸出功能。 2.2 變速器設(shè)計要求 對變速器提出如下基本要求： 1〕保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性； 2〕設(shè)置空擋,用來切斷發(fā)動機動力向驅(qū)動輪的傳輸； 3〕設(shè)置倒擋,使汽車能倒退行駛； 4〕設(shè)置動力輸出裝置,需要時能進行功率輸出； 5〕換擋迅速、省力、方便； 6〕工作可靠；汽車行駛過程中,變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生； 7〕變速器應(yīng)當有高的工作效率； 8〕變速器的工作噪聲低； 9〕滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求； 10〕滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性指標。 2.3 變速器分類

23、按汽車構(gòu)造進行總結(jié) 變速器由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。變速器傳動機構(gòu)按傳動擋數(shù)分為：三擋變速器、四擋變速器、五擋變速器和更多擋位變速器；按軸的形式不同分為：固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式,其中固定軸式又分為：兩軸式、三軸式、中間軸式、雙中間軸式和多中間軸式。 在原變速傳動機構(gòu)基礎(chǔ)上,再附加一個副箱體,這就在結(jié)構(gòu)變化不大的基礎(chǔ)上,達到增加變速器擋數(shù)的目的。近年來,變速器操縱機構(gòu)有向自動操縱方向發(fā)展的趨勢。 2.4 兩軸式和中間軸式變速器 變速器傳動機構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進擋數(shù)的不同,有三、四、五和多擋變 速器。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>兩類。固定軸式又分為

24、兩軸式、中間軸式、雙中間軸式和多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛,其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上,中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機械式變速器。 本次設(shè)計為五擋電控機械式自動變速器〔AMT〕的結(jié)構(gòu)三維設(shè)計,所以選用固定軸式。 與中間軸式變速器比較,兩軸式變速器有結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、布置方便、中間擋位傳動效率高和噪聲低等優(yōu)點。本設(shè)計中擬采用前置發(fā)動機前輪驅(qū)動。 兩軸式變速器的倒擋齒輪、一擋輸入齒輪、二擋輸入齒輪均與輸入軸做成一體,三擋輸入齒輪、四擋輸入齒輪、五擋輸入齒輪與輸入軸采用花鍵連接。輸出軸上的倒擋輸出齒輪布置在同步器上,一擋輸

25、出齒輪,二擋輸出齒輪是空套在軸上,三擋輸出齒輪、四擋輸出齒輪與輸出軸做成一體,五擋齒輪空套在輸出軸上。一擋齒輪、二擋齒輪采用同步器換擋,布置在輸出軸上,三擋四擋齒輪之間也采用同步器換擋,布置在輸入軸上。五擋單獨用采用同步器換擋,布置在輸出軸上。 2.5 倒擋形式及方案布置 與前進擋位比較,倒擋使用率不高,而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)換倒擋,故多數(shù)方案采用直齒滑動齒輪方式換倒擋。倒擋布置方案多種多樣,有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中,加入一個中間傳動齒輪的方案,圖2-1a、b、c；也有利用兩個聯(lián)體齒輪方案的,圖2-2a、b。前者雖然結(jié)構(gòu)簡單,但是中間傳動齒輪的輪齒,是在不利的正、負

26、交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作,而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作,并使倒擋傳動比略有增加。倒擋的控制形式圖2-3。 圖2-1 兩軸式五擋變速器傳動方案 圖2-2中間軸式五擋變速器傳動方案 圖2-3 倒擋布置方案 變速器在一擋和倒擋工作過程中有較大的力,工作時作用在齒輪上的力也相應(yīng)增大,由此導致變速器的軸會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)角和撓度,使工作中齒輪的嚙合狀態(tài)受到影響,最終表現(xiàn)為工作噪聲大并且輪齒磨損加快。所以不管是兩軸式還是中間軸式變速器的倒擋與低擋位,都應(yīng)該放在靠近軸的支承處,以減少軸的形變,保證齒輪重合度變化幅度不大,然后按由低到高次序布置各擋齒輪,這樣做既可

27、以使軸擁有足夠大的剛度,又能保證裝配簡便。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近,但由于倒擋的 工作時間非常短,由此一般將一擋位布置在靠近軸的支承處。 2.6 齒輪形式 變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。 與直齒圓柱齒輪比較,斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、工作時噪聲低等優(yōu)點；缺點 是制造時稍復(fù)雜,工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪,盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加,并導致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。 2.7 換擋的結(jié)構(gòu)形式 變速器換擋機構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋三種形式。 汽車行駛時各擋齒輪有不同的角速度,因此用軸向滑動直齒

28、齒輪的方式換擋,會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊,并伴隨有噪聲。這使齒輪端部磨損加劇過早損壞,同時使駕駛員精神緊,而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術(shù),使齒輪換擋時無沖擊,才能克服上述缺點。但是該瞬間駕駛員注意力被分散,會影響行駛安全性。所以盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡單,但除一擋、倒擋外已很少使用。 由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài),所以可用移動嚙合套換擋。這時,因同時承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多,而輪齒又不參與換擋,它們都不會過早損壞,但不能消除換擋沖擊,所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外,因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪,使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性矩增大。因此,目前

29、這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用,能降低制造成本及減小變速器長度。 使用同步器能保證訊速、無沖擊、無噪聲換擋,而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān),從而提高汽車的加速性、經(jīng)濟性和行駛安全性。綜上述兩種換擋方法比較,雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點,但仍然得到廣泛應(yīng)用。 利用同步器或嚙合套換擋,其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程小。在滑動齒輪特別寬的情況下,這種差別就更為明顯。為了操縱方便,不同擋位的變速桿行程要求盡可能一樣。 本次設(shè)計除倒擋使用直齒滑動齒輪外,其余各擋均采用同步器實現(xiàn)換擋。 2.8 小結(jié) 本次五擋AMT變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計中的變速器：采用兩軸式

30、變速器；設(shè)置倒擋和倒擋齒輪；除倒擋齒輪使用直齒圓柱齒輪外,其余齒輪均為斜齒圓柱齒輪,進行常嚙合齒輪傳動；除倒擋使用直齒滑動齒輪外,其余各擋均采用同步器實現(xiàn)換擋。 作出本次設(shè)計五擋AMT變速器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-4。 圖 2-4 五擋AMT結(jié)構(gòu)示意圖 1-驅(qū)動源,2-輸入軸,3-倒擋齒輪,4-擋齒輪,5-二擋齒輪, 6-輸出軸,7-五擋齒輪,8-四擋齒輪,9-三擋齒輪,10-同步器。 3 變速器三維設(shè)計分析 3.1 技術(shù)參數(shù)〔給定AMT技術(shù)參數(shù)〕 表3-1 整車技術(shù)參數(shù) 標準凈重 輪胎

31、 風阻系數(shù) 迎風面積 車型 1245kg 185/65R14 0.33 2.458 MPV 表3-2 變速器數(shù)據(jù) 擋位 最大扭矩 主減速比 1擋 2擋 3擋 4擋 5擋 R擋 5 130N﹒m 3.909 4.425 2.722 1.792 1.226 1 4.722 表3-3發(fā)動機

32、數(shù)據(jù) 發(fā)動機類型 排量 最大扭矩 最大功率 缸數(shù) 縱置 1.4L 131N﹒m 76kW 4 3.2 中心距 中心距A〔mm〕是一個基本參數(shù),其大小對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小均有影響。所選中心距要能保證齒輪的強度。 發(fā)動機前置前輪驅(qū)動〔FF〕和發(fā)動機前置后輪驅(qū)動〔FR〕乘用車的變速器中心距A,可以根據(jù)發(fā)動機排量與變速器中心距A的統(tǒng)計數(shù)據(jù)初選。 乘用車變速器的中心距在

33、60～80mm圍變化,本次設(shè)計車型排量為1.4L,擬選用發(fā)動機前置前輪驅(qū)動〔FF〕,可初選變速器中心距為67mm。取整數(shù)為70mm。[1] 3.3 外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸,可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間〔過渡〕齒輪和換擋機構(gòu)的布置初步確定。 乘用車五擋變速器殼體軸向尺寸為〔4.0～4.4〕A。則本次設(shè)計變速器殼體軸向尺寸為〔4.0～4.4〕70=〔280～308>mm,取290mm。[1] 3.4 變速器的三維建模 3.4.1 直齒輪 直齒輪的結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,本設(shè)計中的倒檔齒輪采用直齒輪。 直齒輪的建模步驟如下：首先輸入相關(guān)表達式,如圖3-1,使用"規(guī)則曲線

34、"命令畫出漸開線,如圖3-2。通過"基本曲線"畫出齒頂圓、分度圓及齒根圓。繪制過漸開線的端點并與齒根圓相垂直的直線,再過原點繪制一條與之前繪制直線夾角為的直線。再通過"鏡像"、"修剪"等,得到齒廓截面,如圖3-3。以齒頂圓為直徑,齒厚為高,做出圓柱,即齒坯,如圖3-4。然后以齒廓截面進行拉伸求差,再進行圓形陣列,得到齒輪,如圖4-5。 圖3-1 齒輪相關(guān)參數(shù) 圖3-2 漸開線 圖3-3 齒廓截面 圖3-4齒坯 圖3-5 倒擋直齒輪 3.4.2 斜齒輪

35、 斜齒圓柱齒輪有使用壽命長,運行平衡,工作噪音低等優(yōu)點,本設(shè)計除倒擋外均使用斜齒圓柱齒輪。 其建模方法與直齒輪的建模類似,得到齒坯后,繪制分度圓螺旋線,見圖3-6。選擇齒槽截面和螺旋線作為掃掠截面曲線和掃掠引導線,選擇圓柱體求差。選擇齒槽掃掠體進行圓形陣列,得到斜齒輪,如圖3-6。 圖3-6 斜齒圓柱齒輪 3.4.3 軸 變速器的倒擋齒輪、一擋輸入齒輪、二擋輸入齒輪均與輸入軸做成一體,三擋輸入齒輪、四擋輸入齒輪、五擋輸入齒輪與輸入軸采用花鍵連接。輸出軸上的倒擋輸出齒輪布置在同步器上,一擋輸出齒輪,二擋輸出齒輪是空套在軸上,三擋輸出齒輪、四擋輸出齒輪與輸出軸做成一體

36、,五擋齒輪空套在輸出軸上。 圖3-7 變速器輸入軸 圖3-8 變速器輸出軸 3.4.4 零部件裝配圖與爆炸圖 為了更好地完成變速器的總裝配圖,應(yīng)調(diào)整尺寸把各部分總成進行裝配。 打開輸入軸的實體建模,選擇"裝配"界面后,在"添加組件"中依次選擇齒輪、軸套等,對其進行約束、布置,完成二軸的總成裝配,如圖3-9。選擇"創(chuàng)建爆炸圖",對其進行編輯,得到爆炸圖,如圖3-10。然后以相同方法完成輸出軸的裝配圖與爆炸圖。 圖3-9 輸入軸總成裝配 圖3-10 輸入軸總成裝配爆炸圖 圖3-11輸出軸總成裝配 圖3-12 中間軸總成裝配爆炸圖 3.4.5 變速器傳

37、動機構(gòu)總成裝配圖與爆炸圖 有了各部件總成后,就僅需要在選擇"裝配"界面,在"添加組件"中依次選擇輸入軸總成裝配、輸出軸總成裝配,對其進行約束、布置,完成其總成裝配。選擇"創(chuàng)建爆炸圖",對其進行編輯,便可得到如下爆炸圖,如圖3-13。 〔a〕 〔b〕 圖3-13 傳動機構(gòu)總成裝配 圖3-14爆炸圖 3.5 平面工程圖 UG制圖功能模塊建立的工程圖是有投影三維實體模型得到的,因此二維工程圖和三維實體模型是完全相關(guān)聯(lián)。通過工程圖模塊可以建立工程圖,包括尺寸標注、注釋、公差標注等,而且生成的工程圖會隨著實體模型而同步更新。 在UG的工作界面里單擊"開始"選擇"制圖"命令,即啟

38、動UG工程圖模塊,此時將彈出"片體"對話框,設(shè)置圖幅為A3、單位為毫米、投影方式為第三象限角投影,如圖3-15所示；單擊確定,此時UG進入繪圖模塊界面。單擊"基本視圖"按鈕,將彈出添加基本視圖工具欄如圖3-16,此時在繪制邊界單擊鼠標左鍵將基本視圖放置在繪圖區(qū)域,如圖3-17。 圖3-15 片體對話框 圖3-16 基本視圖工具欄 圖3-17 裝配平面工程圖 繪制變速器設(shè)計圖,見附圖1。 五擋斜齒圓柱齒輪零件圖見附圖2。 倒擋直齒圓柱齒輪零件圖見附圖3。 3.6 運動仿真 運動仿真模塊是一個集成的,關(guān)聯(lián)

39、的運動分析模塊,提供了機械運動系統(tǒng)的虛擬樣機；能夠?qū)C械系統(tǒng)的大位移復(fù)雜運動進行建模、模擬和評估；還提供了對靜態(tài)、動力學、運動學模擬的支持；同時提供了結(jié)果分析包括圖、動畫、MPEG動畫、電子表格等輸出。 1〕打開裝配好的文件,單擊"開始""運動仿真"按鈕進入仿真模塊； 2〕單擊 "運動導航器"按鈕,將鼠標放在"運動導航器"中文件上單擊右鍵點擊"新建仿真"按鈕,如圖3-18所示。 圖3-18 圖3-19 3〕單擊仿真工具條中的"連桿"按鈕,系統(tǒng)彈出如圖3-19所示下"連桿"對話框。選

40、中工作區(qū)域變速器的輸入軸,單擊"連桿"對話框中的"應(yīng)用"按鈕,添加輸入軸為連桿部件。用同樣的方法添加輸出軸和和各擋齒輪為連桿部件。 4〕單擊仿真工具條中的"運動副"圖標按鈕,系統(tǒng)彈出如圖3-20所示的"運動副"對話框,為個連桿部件添加運動副。單擊"運動副"對話框中的轉(zhuǎn)動副圖標"旋轉(zhuǎn)副"按鈕。選中輸入軸的轉(zhuǎn)動圓心,在"運動副"對話框中"運動驅(qū)動"一欄中選擇"恒定的"在"速度"一欄中輸入速度為100,單擊"運動副"對話框中的"應(yīng)用"按鈕如圖3-21所示。用同樣的方法為中間軸和和各擋齒輪添加轉(zhuǎn)動副不添加運動驅(qū)動。 圖3-20

41、 圖3-21 5〕單擊仿真工具條中的"齒輪"圖標按鈕,系統(tǒng)彈出如圖3-22所示的"齒輪"對話框。分別選中每對嚙合齒輪主從動齒輪的轉(zhuǎn)動副,在"齒輪"對話框中 "比率"一欄中輸入主從動齒輪的傳動比。單擊"齒輪"對話框中的"應(yīng)用"按鈕。如圖3-23所示。 圖3-22 圖3-23 6〕單擊仿真工具條中的"動畫"圖標按鈕。系統(tǒng)彈出"分析選項"對話框,輸入?yún)?shù)。單擊"確定"按鈕。系統(tǒng)彈出"動畫"對話框。單擊"動畫"對話框中的播放圖標按鈕,即可演示仿真動畫。 3.7

42、有限元分析 在UG系統(tǒng)中的有限元分析模塊是針對設(shè)計工程師和對幾何模型進行專業(yè)分析的人員開發(fā)的,功能強大,采用圖形應(yīng)用接口,使用方便。該模塊是一個集成化的有限元模型和解算工具能夠?qū)α悴考M行前后處理〔包括結(jié)構(gòu)分析和熱分析〕,用于工程學仿真和性能評估。 1） 啟動UG系統(tǒng)后,打開輸入軸的文件。 2） 單擊"開始""所有應(yīng)用模塊""設(shè)計仿真",系統(tǒng)彈出"新建FEM和仿真"對話框如圖3-24所示,在對話框中"求解器"一欄中選擇"NX NASTRAN""分析類型"中選擇"結(jié)構(gòu)",單擊"確定"按鈕。系統(tǒng)彈出"創(chuàng)建解算方案"對話框如圖3-25所示。在對話框中"求解器"一欄中選擇"NX NASTRAN"

43、, "分析類型"中選擇"結(jié)構(gòu)",在 "解算方案類型"中選擇"線性靜力學—單約束"。單擊"確定"按鈕。 圖3-24 圖3-25 3〕單擊"有限元分析"工具條中的"材料屬性"圖標,系統(tǒng)彈性如3-26圖所示的"指派材料"對話框。 4〕單擊"指派材料"對話框中的"材料列表"圖標,彈出如圖3-27所示的"過濾器"對話框,按圖3-27所示的"過濾器"對話框中"類別"選擇"金屬"選項,"類型"選擇"各項同性"進行選擇,彈出"材料"對話框,根據(jù)需要在列表中選擇材料為"Iron_Cast_G40",單擊"確定"

44、按鈕,返回到"設(shè)計仿真"界面,如圖3-28所示。 圖3-26 圖3-27 圖3-28 5〕單擊"有限元分析"工具條中的"約束類型"圖標,在下拉菜單中選擇"銷釘約束"圖標如圖3-29,選擇圖3-30中輸入軸加亮處,單擊 "確定"按鈕,添加完約束后如圖3-31所示。 圖3-29 圖3-30 圖3-31 圖3-32 圖3-33 6〕在"載荷類型"下拉菜單中選擇"扭矩",如圖3-32,選擇圖3-33所示輸入軸加亮處選擇加載轉(zhuǎn)矩,然后在"創(chuàng)建扭矩"對話框中的"扭矩"一欄中輸

45、入扭矩值,單擊 "確定"按鈕,即加載好扭矩,如圖3-34所示。 圖3-34 圖3-35 7〕單擊"有限元分析"工具條中的"3D 四面體網(wǎng)格"圖標,系統(tǒng)彈出 "3D網(wǎng)格"對話框如圖3-35所示,在屏幕中選擇需要劃分的網(wǎng)格模型,單擊"確定"按鈕,開始劃分網(wǎng)格,如圖3-36有限元模型。 圖3-36 8） 單擊"結(jié)構(gòu)分析"工具條中的"解算方案"圖標,如圖3-37所示,系統(tǒng)彈出圖3-38"創(chuàng)建解算方案"對話框,單擊"確定"按鈕。然后單擊"有限元模型檢查"圖標,彈出圖3-39所示"模型檢查"對話框,單擊"確定"

46、按鈕對整個模型進行檢查。 檢查后如圖3-40。 圖3-37 圖3-38 圖3-39 圖3-40 9〕完成模型的解算后進入后期處理階段,用戶可以通過生成云圖,找最大最小值等方式得到有用的結(jié)果。單擊"結(jié)構(gòu)分析"工具條"進入后處理視圖"圖標,即可進彈出有限元的云圖。然后可在云圖上中顯示分析結(jié)果的最大值和最小值。 4 變速器優(yōu)化設(shè)計 4.1 目標函數(shù)的確定 一個理想的變速

47、器應(yīng)該能使汽車在給定發(fā)動機的情況下,達到理想的動力性能,并且滿足在可靠的工作條件下體積最小、節(jié)省材料、降低成本。所以,這里以變速器體積最小作為設(shè)計目標。由于齒輪的尺寸是決定變速器體積大小的重要因素,因此,可按它們的體積之和為最小的原則來建立目標函數(shù),而不考慮箱體、軸及軸承的體積和重量。 如圖2-5所示,五擋變速器體積為 〔4-1〕 ——齒輪齒寬； ——齒輪分度圓直徑。 當各個齒輪的齒寬一定,模數(shù)與螺旋角已知時,式〔4-1〕為 〔4-2〕 ——齒輪模數(shù),i=1,…10； ——齒輪螺旋角,i=1,…10； ——齒輪齒數(shù)

48、,i=1,…10。 由圖2-5可得,變速器傳動比為 〔4-3〕 變速器的中心距為 〔4-4〕 由以上公式可以得到 將以上各式帶入式〔4-2〕得到目標函數(shù) 〔4-5〕 4.2 設(shè)計變量 設(shè)計一個在一定使用期限可靠工作的四檔變速器,并且要求所設(shè)計的變速器體積最小,其影響因素很多。如果將所有能影響設(shè)計質(zhì)量的參數(shù)都列為設(shè)計變量,將會使問題復(fù)雜化,根據(jù)式<4-2>,設(shè)計時考慮的主要參數(shù)有各檔的傳動比、齒輪模數(shù)、齒輪的螺旋角、齒輪的齒寬、齒數(shù)等。因此,優(yōu)化設(shè)計的變量取

49、以下幾個參數(shù) 〔4-6〕 4.3 約束條件的確定 4.3.1 傳動系最大傳動比限制 確定最大傳動比時,要考慮三方面的問題：最大爬坡度或一檔最大動力因素附著力以及汽車最低穩(wěn)定車速。 通常,汽車傳動系的最大傳動比是變速器一檔傳動比與主減速器傳動比的乘積。確定傳動系最大傳動比 〔4-7〕 ——汽車最大爬坡度,一般汽車最大爬坡度約為30%,即； ——道路滾動阻力系數(shù),,取0.015； ——地面附著系數(shù),一般,取0.55； ——傳動系機械效率,??； ——汽車總重； ——驅(qū)動輪上法向反作用力； ——發(fā)動機最大扭距； ——為主減速器的傳動比；

50、——車輪的滾動半徑。 即有約束條件 4.3.2 變速器使用性能限制 變速器各檔之間傳動比的比值影響變速器的使用性能。比值大會造成換檔困難,一般認為比值不宜大于1.5～1.8。考慮到換檔過程中,由于外部阻力的影響換檔時車速常有所下降,而且換檔時車速越高,換檔過程的速度下降越多。因此,隨著檔位的提高,相鄰兩檔傳動比逐漸降低。即 〔4-8〕 有相應(yīng)約束條件 4.3.3 斜齒重疊系數(shù)限制 在斜齒圓柱齒輪中,分度圓柱的螺旋角應(yīng)保證軸向重迭系數(shù),即,即相應(yīng)的約束條件有 4.3.3 變速器中心距A的限制

51、 變速器的中心距A對變速器的體積和重量有很大的影響,在保證傳遞發(fā)動機最大扭矩,變速器具有最大傳動比和齒輪具有足夠強度的條件下,應(yīng)盡量減小中心距A,一般 〔4-9〕 K——中心距系數(shù),對于轎車：K=8.9～9.3,對于貨車：K=8.6～9.6； ——變速器在一檔時,輸出的轉(zhuǎn)矩,其值為；為變速器的 傳動效率,取。 即有相應(yīng)的約束條件 、 4.3.4 其他一些顯示的約束條件 1） 模數(shù)的限制 本次商務(wù)車所設(shè)計變速器齒輪模數(shù)取2.25～2.75mm。[1]即有相應(yīng)約束條件 2） 螺旋角的限

52、制 斜齒輪的螺旋角圍選用,轎車變速器：兩軸式變速器為20o～25o 。[1]即有相應(yīng)約束條件 3） 齒寬b的限制 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬： 斜齒 <4-10> 為6.O～8.5 [1] 即有相應(yīng)約束條件 4.4 數(shù)學模型 綜合上述各式,可得到變速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型 4.5 優(yōu)化設(shè)計 根據(jù)前面所建立優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型,可知該問題是一個非線性的最優(yōu)化問題,而且約束條件均為不等式約束,所以可利用復(fù)合型法來解該問題。為此利用Matlab軟件的優(yōu)化工具箱解決。 4

53、.6 優(yōu)化結(jié)果 本次變速器設(shè)計。已知：、 、、、。優(yōu)化后變速器體積為,原設(shè)計變速器體積為。 則有 由上式可知, 優(yōu)化設(shè)計的變速器體積比原變速器體積減小5.94%左右。變速器優(yōu)化數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的對比,見表4-1。 表4-1 優(yōu)化結(jié)果和原始數(shù)據(jù)對照表 優(yōu)化項目 優(yōu)化結(jié)果 9 37 15 3520 30 25 31 26 26 原始數(shù)據(jù) 9 37 13 33 18 33 23 28 25 25 優(yōu)化結(jié)果和原

54、始數(shù)據(jù)對照表 優(yōu)化項目 優(yōu)化結(jié)果 2.75 2.5 2.5 2.25 2.25 23.962 23.360 24.369 24.369 23.765 原始數(shù)據(jù) 2.75 2.75 2.5 2.5 2.5 25 25.36 24.369 24.369 26.765 優(yōu)化結(jié)果和原始數(shù)據(jù)對照表 優(yōu)化項目 優(yōu)化結(jié)果 4.246 2.461 1.482 1.226 21.98 19.98 19.98 17.97 15.95 原始數(shù)據(jù) 4.425 2.722

55、 1.792 1.226 22 20 20 18 16 結(jié) 論 經(jīng)過數(shù)月的不斷努力,本次五擋AMT變速器的結(jié)構(gòu)三維設(shè)計終于完成。此次設(shè)計主要為AMT的機械變速器部分。 剛開始設(shè)計時是參照某1.4L商務(wù)車各項參數(shù),經(jīng)過變速器結(jié)構(gòu)方案確定、變速器主要參數(shù)的選擇、齒輪齒數(shù)及幾何尺寸計算校核、軸的計算校核、軸承、同步器和操縱機構(gòu)的選擇等步驟完成整體設(shè)計工作,并繪圖。后來經(jīng)過和指導老師的溝通,確定重新進行逆向設(shè)計,即參照某1.4L商務(wù)車各項參數(shù),經(jīng)過變速器結(jié)構(gòu)方案確定、變速器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計、變速器運動分析和變速器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)

56、計等步驟完成整體設(shè)計工作。 然而與其他很多成熟的設(shè)計相比,本設(shè)計所需學習改進的地方還很多,許多地方的結(jié)構(gòu)還有待商榷。AMT在中低端市場具有廣闊的應(yīng)用前景。AMT是在齒輪變速器基礎(chǔ)上加裝微機控制的自動變速系統(tǒng)。具有自動變速、傳動效率高、構(gòu)造簡單、便于制造、性價比相對較高等優(yōu)點。在幾種自動變速器中,AMT的性價比最高。 致 為期一個學期的畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲,我的四年大學生涯也將圈上一個圓滿的句號。 首先,我要感我的導師教授,他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；在畢業(yè)設(shè)計完成的過程中,導師不斷關(guān)心,耐心

57、細致地幫我們解決設(shè)計中遇到的問題和困難,給予我們意見和建議；在反饋進度的過程中導師更是嚴謹?shù)匦薷膭h減初稿,不斷完善對設(shè)計的要求,在本次設(shè)計表現(xiàn)在,指導老師要求我運用不同的方法進行設(shè)計?？梢哉f本次設(shè)計的完成是和導師的幫助分不開的,在此我謹向翔晟教授致以崇高的敬意和誠摯的意。 其次我要感同學、朋友對我的幫助和指點,沒有與他們的討論和資料交流,沒有他們的鼓勵和支持,這次畢業(yè)設(shè)計就不會如此的順利進行。在論文完成之際,我的心情無法平靜,從開始進入課題到論文的順利完成,他們給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯的意。 最后我還要感學院和我的母校大學四年來對我的栽培。在此表示衷心地感。

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