sq2041型货车变速器设计开题报告

SQ2041型货车变速器的设计

开题报告

一、综述

1.研究现状：

在过去的五年中，国内重型汽车经历了从强势猛增到平稳增长的过程，为重型汽车变速箱行业提供了良好的发展机遇，业内大多数企业都取得了令人鼓舞的经营业绩，产品销量、利税指标、技术改造投入等成倍增长。尤其是几家规模较大的专业变速箱企业，经过市场竞争的严峻考验，在完成了对引进技术的消化吸收形成自身的核心竞争力之后，恰逢市场需求量大幅度攀升，实现了快速扩产上量，跨越式的发展。但是，随着大吨位、多轴车的热销及解放奥威重卡的上市，重型汽车市场呈现出结构上的重大变化。重型汽车变速箱行业如何适应复杂多变的市场，得以持续发展，则需要重新思考发展战略。

目前，国内生产重型货车变速箱的企业主要有一汽、东风和斯太尔三家，但受国家宏观政策影响非常明显，用车环境发生了很大变化。车型上由小吨位向大吨位转变，多轴车上升明显；牵引车、自卸车等车型销量上升迅猛，改变了过去市场的车型结构。与此相应，大扭矩、多档位变速箱占据了市场主导地位。

从产品角度上讲，国内目前的重型变速箱产品可分为四大类，根据引进技术的国别和采用的技术标准不同可称之为：北美系、欧洲系、日系及由日系衍生的其他产品。实际产能已超过35万台，基本与国内市场需求量相当。

其中以伊顿技术为背景的两大变速箱强势增长，富勒占国内15t以上重型汽车85%的市场，2007年上半年的月产量已超过前几年的年产量，全年的销售收入将超过20亿元；新近挂牌的一汽伊顿，总投资1亿美元，将推出伊顿在全球畅销的和最新研制成功的变速箱，产品5-10个档位、7个系列600多个品种、高低端两个平台，其市场竞争能力将会跃居行业之首。

以ZF为技术背景的湛江变速箱，占据高档大型货车市场份额的70%，但由于种种原因，产量有限。

以日产柴技术为基础的大同变速箱其性能价格比由于其他产品，得到市场的广泛认可，目前7挡120箱热销，9挡、13挡箱具有很强的竞争力，2007年各种规格的变速箱会形成15万台的产能。

从目前产品结构来看，多挡1000N/m以上重型变速器生产能力略显不足，而6挡1000N/m以下重型变速箱产能过剩。从发展趋势看，2008年以后竞争的焦点将会以多档位、大扭矩、稳定性、可靠性为中心展开。

2 变速器的概述

变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速的部件，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，同时使发动机再最有利工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。变速器由变速传动机构和纵机构组成。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：

a) 变速器的档位数和传动比，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；

b) 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；设置倒档使汽车可以倒

退行驶；

c) 纵简单、方便、迅速、省力；

d) 传动效率高，工作平稳、无噪声；

e) 体小、质轻、承载能力强，工作可靠；

f) 制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；

g) 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；

h) 需要时应设置动力输出装置。

除此以外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小，制造成本低，维修方便等要求。满足汽车有必要的动力性和经济性指标，这与变速器的档数，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。

本课题是对SQ2041型货车变速器的结构设计。设计的依据是：

驱动形式：4×2（后驱）

驾驶室：平头，单排

整车外形尺寸：5940×1960×2100mm

轴距：3200mm

前轮距1460mm

后轮距1470mm

整车整备质量2050kg

整车最大装载质量：2000Kg

最小离地间隙：185mm

最高车速：大于等于85Km/h

发动机型号：BN492D1QB

最大功率：64KW/3800rpm

最大扭矩：185Nm/2500rpm

该变速器设计应为整车提供合理的变速速比，使车辆系统的动力性、经济性得到最大的发挥。

3 变速器的结构分析与型式选择

变速器传动机构有两种分类方法。根据前进挡数的不同，有三，四，五和多挡变速器。根据轴的形式不同，分为固定轴式和旋转轴式（常配合行星齿轮传动）两类。固定轴式又分为两轴式，中间轴式，双中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发

动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，中间挡位传动效率高和噪声低等优点。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。

二、研究内容

1、重型货车机械式变速器的特点

重型货车具有总质量大、品种多、使用工况复杂等特点，为了满足重型货车的这些使用特点，使汽车的动力性和燃油经济性尽可能达到最佳状态，那么，总速比范围大，档位数多，应该是重型货车变速器的主要特点。

目前，各种重型货车机械式变速器的档位数一般为5-18挡，我国一般为5-10挡。

2、变速器与车辆的匹配

各种车辆的用途不同, 对变速器的要求也各异。所谓变速器与车辆的匹配,即是为满足一定需要和使用性能的车辆配置一台水平相当、技术性能合理、与车辆的动力性和经济性相适应的、安装和使用既方便又经济合算的变速器。变速器的最高档和最低档速比、档位数和各档速比是变速器与车辆匹配的主要内容。

2. 1 变速器最高档速比的确定

变速器的最高档一般取为直接档,即速比等于1。但目前速比小于1 的超速档变速器日益增多。变速器采用超速档的目的在于提高在良好路面上(如公路长途运输) 行驶时的平均车速,提高运输效率, 而不是为获得良好的加速性能, 如某些柴油车与功率相同的汽油车相比, 其发动机的特点是扭矩大而转速低, 若要使柴油车达到高车速, 必须选择较小的驱动桥主传动比,但主传动比小了。要使车辆获得最大爬坡度和加速性能,则变速器其他各档特别是第一档的速比势必加大,这将使变速器承受更大的负荷而变得尺寸过大。在这样的情况下可设置超速档来解决上述矛盾。综合考虑驱动桥主传动比和变速器一档速比的限制, 满足高平均

车速和维持加速能力、最大爬坡能力和发动机处于最省油区工作而设置超速档。笔者所在的北京齿轮总厂生产的某些型号的超速档变速器与柴油车匹配,有明显的节油效果, 节油率最高可达10 %左右。当前, 在较好路面上行驶的各型客货车辆, 为达到高速行驶和节油的目的, 越来越多地采用超速档变速器。

2. 2 变速器的最低档(一档) 速比的确定

在确定相宜的驱动桥主传动比i0 之后,可根据要求的车辆最大爬坡度等确定变速器的

一档速比,一般可根据下列公式计算:

ik1 ≥G(fcosαmax +sinαmax ) r0

Mmax ·i0 ·n

式中αmax ———车辆最大爬坡度, 对于轻型货车约为30 %左右

(16°～17°) ,越野车约为60 %～70 %(30°～35°)

G———汽车总重量kg

f ———滚动阻力系数, 平滑硬路面为0. 01 , 粗糙硬路面为

0. 015 ,松软路面为0. 05 ,崎岖地域(越野路段) 为0. 10

r0 ———轮胎液动半径m

n ———传动系效率,通常对比计算中取95 %

i0 ———驱动桥主传动速比,一般按下列公式计算

i0 =

0. 377 ·β·nN ·rc

Vαmax

式中n N ———发动机最大功率时转速r/ min

Vαmax ———车辆要求的最高车速km/ h

β———最高车速相应的发动机转速与发动机最大功率时转速之比;柴油机β= 1. 0 ,汽油机β= 1. 0～1. 1经常在不良路面上行驶的车辆, 变速器一档速比要大些,以便增大变速器的最大输出扭矩,提高在困难条件下行驶能力和加速能力。

由于小轿车发动机的最大输出扭矩较之同等车重的轻型货车大得多,因此小轿车变速器

一档速比较之同等车重的轻型货车小得多。越野车要求能爬上30°～35°的陡坡及在泥泞或松软路面上有较高通过能力,其变速器一档速比须选得大些。重型车辆由于要适应各种路面状况, 加上车辆的自重和载重量大等特点, 其变速器一般需设置爬行档(最低档) , 以增大最大输出扭矩及牵引力,增强在困难条件下的行驶能力和加速能力。重型车辆的爬行档速比一般可达10～17。

2. 3 变速器档位数的确定

变速器的档位数取决于车辆动力性和燃油经济性的要求和换档方便性、传动系类型以及变速器总成系列化和通用化要求。理论和实践皆证实: 变速器档位越多与发动机的匹配越佳。对轻型车来说,当最低和最高档速比确定后,五档变速器较四档变速器能使发动机更稳定于低油耗区较窄范围内工作,车辆的燃油经济性好,同时还可增加发动机发挥最大功率附近高功率的机会,提高了车辆的加速和爬坡能力。因此,目前变速器向着多档化的趋势发展, 例如, 北京212 吉普车早在20 年前由三档变速器置换成四档变速器; 桑塔纳和捷达等轿车十年前也由初产时的四档变速器改为五档变速器。不过档位数过多会使变速器的结构复杂,操纵困难。一般载货汽车的档位数随车重的增大而增多, 轻型客货车、小轿车和吉普车等多为四档或五档,中型客货车最少为五档,重型客货车最少应为六档,某些重型货车变速器档位数高达十六档,城市公共车辆一般为五档或六档。不过发动机功率大或车辆总重量轻的车辆可采用比功率小和总重量大的车辆少一些档位数的变速器; 功率和总重相同的车辆,最高车速较低的可采用较最高车速较高的档位数的变速器。

变速器各档速比的确定应考虑加速性能好、换档方便、相邻档位牵引力变化平滑及易于改变速比成多种产品等问题。原则上按等比级数分配,可按下式确定。

q = n - 1 1/ ik1 最高档为直接档

q = n - 2 1/ ik1 最高档为超速档

式中n ———变速器档位数

q 值一般为1. 35～1. 75

实际上换档过程中由于外界阻力的影响, 车速稍有下降,因此经常是

三．实现方法及预期目标

本次设计的重点及难点在于：根据车辆的发动机工况及性能要求来确定变速箱的总体结构以及具体部位的联结方式，还有对变速箱的壳体进行安装、拆卸可行性分析，确保其在满足使用强度要求的同时，方便日常维护保养。

机械变速器在汽车上的安装要求

安装在汽车上的变速器必须满足其基本的安装要求, 才能在长期的使用中正常地发挥其应用性能。

1 安装变速器的离合器罩壳

1. 1 安装部位允差

安装各部位的允差列于表1。

1. 2 安装倾斜角

变速器安装倾斜角一般不大于5°,对于带前置或后置附加变速器的, 其总的安装倾斜度为20 % (约12°) , 不会导致壳体损坏。

1.3 相配离合器

相配离合器应有扭转缓冲装置, 否则将影响同步器寿命和空档噪音,甚至引起谐振,造成不正常损坏。

（2）传动轴布置

传动轴布置对变速器运转的影响不在于传动轴倾斜绝对值的大小, 而在于传动轴联结的倾斜角度差△β,如图1 所示。此角度差将导致传动轴的回转角度误差△α, 一般规定△α≤0. 25°。回转角度差的存在将导致有害的振动与噪音。为避免引起此种不良后果,传动轴的布置必须保证不超过下述的极限。传动轴对于每个万向节的容许倾斜角主要与传动轴转速有关,转速越高容许倾斜角越小。对整个传动系传动轴的布置,其总的倾斜角βΣ不大于3°。

（3）换档装置

换档机构是变速器按期望速比工作的关键手段。为保证变速器绝不能同时挂两个档位、乱档、自行脱档和误挂倒档等可靠性要求,换档机构中应有自锁装置、互锁装置、倒档安全阻力装置和倒档灯开关装置。由于换档机构的工作可靠性、灵活性、轻便性和手感明显等均给操作者最首先和最直接的感觉和印象,绝不容忽视其结构设计和制作精度。其换档叉轴和拨叉的相互位置应满足整车档位布置要求, 对于换档机构还有一项重要的设计即是恰当地选择杠杆比,使操作者获得习惯的驾驶换档行程和合适的换档力。如对单杆操纵的远距离换档装置(如城市公共汽车和大中型客车) ,就应满足下述条件:

a . 换档拉杆应与远距离操纵支承尽可能位于一直线, 最大偏角差为5°。

b. 当中间联杆长度超过2m 时, 必须有中间支承, 当联杆为多件时,应有万向接头且应保证运转的灵活性。

c. 联杆应质量轻,刚度大。

d. 远距离换档时, 换档支承体应为高效的, 其换档功率损耗不大于10 %。

e . 换档行程对于同步器型变速器各档最小为140mm。

f . 选档行程, 各档间的选档距离为40～70mm , 上述行程均系换档手柄处的。

g. 换档件与变速器之间在汽车行驶时的相对运动将会导致掉档,应采取必要措施加以防止。（4）温度

变速器允许的稳定温度为110 ℃, 最高峰值温度为130 ℃,一般以80 ℃～90 ℃(最高100 ℃) 为较佳的温度范围,在发动机排气管和变速器之间应保证有足够的间隙。

四．对进度的具体安排

第1至3周：对所做课题进行调研，完成开题报告、调研报告；翻译一篇与课题相关的英文资料。

第4周：完成开题报告、调研报告。

第5至7周：进行整体方案的确定，进行设计。

第8至12周：机械结构绘图。

第13至14周：编写设计说明书初稿。

第15周：修改图纸并完善设计说明书。

第16周进行毕业答辩。

五．参考文献

1．张洪欣，《汽车设计》，机械工业出版社，1981。

2．《汽车工程》，《汽车技术》，《客车技术与研究》，期刊

3．《汽车设计手册》，长春汽车研究所，1998

4．相关国家标准，部颁标准等

5．黄天泽，《大客车车身》，湖南大学出版社，1988

6. 黄天泽，黄金陵《汽车车身结构与设计》，机械工业出版社，1999

7．周中坚，卢耀祖，《机械与汽车结构的有限元分析》，同济大学出版社，1997.

8．陈德玲，三段式客车车架有限元分析与试验研究，南京理工大学机械工程学院，2003指导教师：（签署意见并签字）年月日

督导教师：（签署意见并签字）年月日领导小组审查意见：

审查人签字：年月日