数控专业拖拉机电控机械式多档自动变速器.doc
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1、 摘 要 变速器是汽车的重要组成部分,而自动变速器的应用更是越来越普及。本文通过对自动变速理论的运用和对以往国内外同类设计的考察,试设计出了拖拉机电控机械式多档自动变速器,采用平行轴式齿轮传动,轴上的齿轮都是处于常啮合状态,通过各自的离合器可使某对常啮合齿轮变成主被动旋转件,从而得到各种不同挡位的输出。它避免了在普通变速器中存在的换档冲击,使传动更平稳,且油耗量比普通变速器要低7%到10%。本次设计的变速器共有25个档位(16个前进档和9个倒档),最大速度为20km/h,最小速度为0.5 km/h。电控单元根据节气门位置信号,车速信号,档位开关信号,冷却液温度信号,以及额外负荷信号等,决定自动
2、变速器的换档时机,及时驱动相应的换档电磁阀的动作,使自动变速器切换至相应的档位,降低了驾驶员的驾驶强度。本次设计主要包含变速箱的总体设计,轴的设计与校核,轴承的选用与校核,离合器及齿轮的设计,液压控制系统的设计。 以后,汽车制造业面临着国际水平的竞争和前所未有的挑战。自动变速器已成为现代汽车减轻驾驶员强度,提高乘坐舒适性以及改善排气净化的重要装置,也是汽车档次的重要标志之一。因此,自动变速器在汽车上的应用已经越来越普及。随着汽车产品科技含量的迅速提高和汽车拥有量的不断增加,汽车工业已经成为国民经济支柱产业,促进了其他行业的繁荣,带动了国民经济的增长。我国的汽车行业在某些地方,尤其是汽车的核心技
3、术变速器,还不能和国际上先进的国家相比,所以我们要努力的地方还很多。这次设计是我的毕业设计,是在我大学三年之后的设计作品。我在经过仔细的思考和调查之后选择了这个课题。主要基于三方面的原因:第一 重要性,由上面的简单介绍知道该课题是非常重要的一个课题。只要我们国家在变速器上取得较大的技术上的突破,我国的汽车行业在国际上就会站的更稳。第二 兴趣,经过大学三年的学习,我知道我在工程设计方面有一定的兴趣,也因此我有可能会做的更投入。这次设计是在孙美维老师的指导下完成。由于我个人知识浅薄、所知有限,设计中难免有错误和不妥之处,还需要以后继续努力提高。关键词:自动变速器、齿轮、离合器、轴、液压控18目 录
4、第1章 绪 论61.1 国内外同类设计(或同类研究)的概况综述61.2 研究的目的与意义61.3 电控机械式多挡自动变速器的工作原理71.4 本设计的主要内容与方法7第2章 总体设计72.1 变速器的机械机构组成72.2 自动变速器的总体布置8第3章 设计校核83.1 齿轮传动系统的设计校核83.2 轴的校核103.3 轴承的选择与校核143.4 离合器的设计1163.4.1 摩擦片的尺寸1163.4.2 摩擦片的材料1263.4.3 摩擦面对数1263.4.4 离合器接合的轴向压力1273.4.5 油缸的半径1373.4.6 复位弹簧力1383.5 换挡控制19结论致谢参考文献第1章 绪 论
5、1.1 国内外同类设计(或同类研究)的概况综述AMT的发展可分为两个阶段。首先是半自动的SAMT阶段。机械式变速器的电控自动化始于70年代中期,瑞典的Scania的CAC系统和德国DamlerBenz的EPS系统均采用了半自动操作方式(SAMT),使得换挡动作实现了自动化。由电子控制的气动系统实现换挡,而换挡时刻由驾驶员-踩离合器踏板来确定,电子显示器可提示驾驶员何时为最佳换挡时刻。第2阶段是全自动阶段。世界上第1种全自动电控机械式自动变速器是1984年五十铃公司投放市场的NAVI-5,同时期出现的还有日本Nissan、Hino和美国Eaton的全自动变速系统。1988年德国ZF公司将其Aut
6、oshift系统装车使用。在此领域开展研究的还有美国Ford、意大利Fiat、法国Renault和瑞典的申宝等其他大型汽车企业,使全自动AMT逐步进入实用阶段。这种电控机械式自动变速器既具有液力自动变速器自动变速的优点,又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。它揉合了二者优点,是非常适合我国国情的机电一体化高新技术产品。它是在现生产的机械变速器上进行改造的,保留了绝大部分原总成部件,只改变其中手动操作系统的换挡杆部分,生产继承性好,改造的投入费用少,非常容易被生产厂家接受。它的缺点是非动力换挡,这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。如上所述,虽然在客车上AT比较适
7、合于高级旅游客车。而一般城市公共汽车在装用进口的Aillison自动变速器时,其价格每台在1317万元左右,已大大超过与其配套的康明斯、玉柴等发动机的价格,难以接受。这也是国外如日野的兰带客车、ZF_Astromic、伊顿等重型载货汽车多用(AMT)的原因。对于轿车,日本的ASKA车最早应用AMT,近年来瑞典的SAAB、德国的BMW-M3、法拉利F1等也装用AMT,特别是大众Lupo,轿车(油耗2.99L/100km)已向人们证明,要想今后达到3L/100km的油耗目标,只有用AMT或MT手动,AT无法实现。在几种自动在几种自动变速器中,AMT的性能价格比最高。在中低档轿车、城市客车、军用车辆
8、、载货车等方面应用前景较广阔。1.2 研究的目的与意义变速器是汽车的重要组成部分。它是用一种改变主被动轴之间的传动比,一方面改变汽车的行使速度,另一方面改变传动扭矩的装置。变速器除通过改变速比使输出合适的扭矩之外,尚需保证汽车能前进、倒退,并保证汽车变速时减小换档冲击,以及汽车停驶时保证发动机应能正常运转。随着科学技术的发展和生产力的不断提高,各种能量如机械能、电能、热能等广泛应用于社会各个实践中,而能量之间的转换、控制以及传递,成为人们在广阔的科学领域中十分重视和研究的重要课题。在适应汽车速度和扭矩的调整中,人们首先开发了手动变速器,后来随着科技的发展,液压技术和电子技术的广泛应用,人们又开
9、发了在一定范围内实现自动换档的自动变速器。在现时生活中,自动变速器的的优点越来越显著其集中表现在:1.明显减少了离合器操作和频繁换挡,简化操作、减轻驾驶人员的劳动强度,提高了行车安全性。2.汽车起步、加速更平稳,能吸收和衰减换挡过程的振动和冲击,提高乘坐舒适性。同时可避免因外界负荷突增而造成的发动机熄火,提高了燃油的经济性,降低了尾气排放的污染。3.实现了负载自动换挡,提高汽车的动力性能和通过性。这些优点更突出了自动变速器的优越性。拖拉机在现代社会中的地位越来越显著,应用的地方也越来越多,这也要求拖拉机的性能要不断的提高以满足使用要求。1.3 电控机械式多挡自动变速器的工作原理电控机械式自动变
10、速器是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式机械自动变速器。它以其传动效率高、成本低和易于制造等优点在自动变速器家族中占有重要的位置。它是在传统固定轴式变速器和干式离合器的基础上,应用电子技术和自动变速理论,以电子控制单元(ECU)为核心,通过液压执行系统控制离合器的分离与结合、选换挡操作以及发动机节气门的调节,来实现起步、换挡的自动操纵。这种自动变速器主要包括3个部分:自动离合器、齿轮式机械变速器和电子控制系统。AMT控制的基本思想是:根据驾驶员的意图(加速踏板、制动踏板、选择器开关等)和车辆的状态(发动机转速、输入轴转速、车速、挡位),依据设定的规律(换挡规律、离合器结合规律等),借助于相
11、应的执行机构(供油执行机构、选挡执行机构、离合器分离和结合机构),对车辆的动力传动系统(发动机、离合器、变速器)进行联合操纵。1.4 本设计的主要内容与方法查阅有关自动变速理论的文献资料,掌握电控机械式有级变速的基本原理,加深对电控机械式自动变速器的了解。通过对别人的设计理论的学习,并运用自己所学专业课及专业基础课的知识,解决自己设计过程中的实际问题。由于自己所学知识有限,在设计的过程中,定会遇到不少难题,这时及时查阅相关书籍,实在不明白向老师请教,直至解决了难题。本课题设计的电控机械式自动变速器通过齿轮副的转动来改变输出的速度,另外在液压离合器的作用下,可以实现自动换档。由于本变速器是应用于
12、拖拉机上的,要求齿轮的强度一定要好。拖拉机高速和低速行驶的时候比较少,所以高速档和低速档也可以相应的减少,由于其主要工作在一般的速度下,故中间档的变速应该多一点。且拖拉机的工作环境差别比较大,在设计的时候要考虑到,以使其能满足大部分的工作要求。由于变速器的功率比较大,所以其中的齿轮,轴和轴承都需要校核,同时还应考虑总重量问题,它与材料,齿轮和各轴的空间布置有关,一定要在满足条件要求的情况下使总重量最小。总之,在设计中要参考很多资料,要不断思考,不断的尝试。整个设计在边计算、边画图、边修改的过程中完成。第2章 总体设计2.1 变速器的机械机构组成自动变速器的机械机构主要有以下几部分组成:一 变速
13、传动机构 主要由一系列相互啮合的齿轮及其支承轴以及作为基础件的壳体组成。其作用是改变转速、改变转矩和改变旋转方向。二 液压控制系统 主要由油泵、液压系统的执行机构、控制机构组成。油泵也就是动力源,它向控制机构和执行机构供应压力油以完成换挡,同时向齿轮系统提供润滑油。液压系统的执行构件也是液压系统的组成部分。控制系统的作用是在汽车行驶过程中接收信号,在执行机构中建立或卸出油压,通过控制离合器的工作,使变速器得到不同的挡位。同时,它能改善换挡的平顺性。控制机构由主油路系统、换挡信号系统、换挡阀系统和缓冲安全系统组成。这些系统又由液压控制阀及相关油路构成。其中主油路系统控制主油路的油压。换挡信号系统
14、测量汽车行驶过程中发动机的负荷与行驶车速的大小,并将他们转换成压力信号引至换挡阀。缓冲安全系统的主要作用是保证换挡的平顺性和舒适性。三 冷却、滤清装置 由冷却泵,过滤器组成。主要作用是保证变速器的可靠工作,提高变速器的使用寿命。四 电子控制系统 由传感元件、电子控制单元和电磁阀组成。传感元件提供车速、节气门开度等信号,电子控制单元以此为依据确定换挡或锁止时机,然后将相应的控制信号输送给电磁阀。电磁阀可通过控制液压控制阀的工作来完成电子控制单元下达的换挡、锁止等命令。2.2 自动变速器的总体布置自动变速器有多种布局方式,其布局形式满足总体设计要求也是重要的一步。因此,布局也是一种总体的优化设计。
15、其展开图及壳体如图所示: 图2-1 变速器展开图第3章 设计校核3.1 齿轮传动系统的设计校核根据设计任务书的要求,AMT变速器是针对东方红1203R橡胶履带拖拉机传动要求开发,要满足拖拉机在0.520km/h的速度范围内高速行使,且已知发动机的最高转速2300rpm,中央传动比21.32,驱动链轮节距178mm,齿数为17。由于速度范围比较大,且拖拉机工作时的工况相差比较大,这就要求传动的挡位要多一些。根据要求,变速器的传动比在0.9839.17之间。在本次设计中,按等比级数分配传动比,初步定为16个前进挡,9个倒挡,确定其传动方案,由于变速箱中的齿轮和离合器太多,为了便于区分,暂把各齿轮和
16、离合器标号。其传动示意图如下:图3-1 变速器展开示意图 齿轮的齿数、模数初定如下:Z1=26,Z2=57,Z3=31,Z4=29,Z5=21,Z6=37,Z7=52,Z8=34,Z9=49,Z10=27,Z11=32,Z12=30,Z13=43,Z14=59,Z15=26,Z16=41,Z17=53,Z18=20,Z19=53,Z20=29,Z21=34,Z22=22,由于受力较大,m=5。其中材料都选用40Cr调质加表面淬火、精度取7级精度。齿轮1、2的校核:由下面轴的校核时力的分析知,齿轮1的圆周接触力Ft=20299.6N,弯曲强度条件式为: (3-1)式中:斜齿轮的齿形系数,可近似地
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