斯巴鲁BRZ变速器设计开题报告

题    目：     斯巴鲁BRZ变速器设计                 
                                      
学    院：     机械与车辆学院    
专    业：     车  辆  工  程    
学生姓名：                       
指导教师：         

一、    研究的现状及其意义
（一） 研究现状：
汽车问世百余年来,特别是从汽车的大批量生产及汽车工业的大发展以来,汽车己为世界经济的发展、为人类进入现代生活,产生了无法估量的巨大影响,为人类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献,掀起了一场划时代的革命。      作为汽车传动系统的重要组成部分，变速器对整车的动力性与经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有着较为直接的影响。虽然传统手动变速器具有换档冲击大，体积大，操纵麻烦等诸多缺点，但仍以其传动效率高、生产制造工艺成熟以及成本低等特点，广泛应用于现代汽车上。在自动挡汽车越来越普遍的今天，手动变速器依然占有很大的市场份额,它直接影响着汽车的动力性、燃油经济性、传动平稳性和操控稳定性。相比于自动变速器,手动变速器在操作上略显复杂,但能给汽车驾驶者带来更好的操作体验、较高的传动效率和较好的燃油经济性,手动变速器的动力性也强于自动变速器,可使汽车在更短的时间内加速或超车。另外,手动变速器经过这么多年的研究,各方面技术都己经非常成熟,制造及维修成本也更低。 手动变速器作为变速器的一大类，它的功用与变速器一样，主要有：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，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作；②在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；③利用空档，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出 [资料来源：http://Doc163.com]
（二）研究意义：
回顾变速器技术的发展可以清楚地知道，变速器作为汽车传动系统的主要组成部分，其技术的发展是衡量汽车技术水平的一项重要依据。世纪能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等是科学技术发展的重要领域，这些领域的科技进步推动了变速器技术的发展。三轴式变速器的前进挡主要由输入（第一）轴、中间轴和输出（第二）轴组成。三轴五档变速器有五个前进挡和一个倒档，由壳体、输入轴、中间轴、输出轴、倒档轴、各轴上的齿轮、操纵机构等几部分组成。三轴式变速器，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的的各档齿轮分与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递扭矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进挡需要依次经过两对齿轮传递扭矩。因此，在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一个优点。其缺点是：除直接档外其他各档的传动效率有所下降。
二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
（一）研究目标：
研究的内容是汽车的选型，确定设计方案、各档齿轮以及传动轴的设计，轴承的设计和校核，同步器和操纵机构的设计选用，cad绘制装配图和零件图。

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（二）研究内容：
（1）了解国内外的发展情况：
中国汽车连续两年突破2000万辆产销大关，变速器产业也随之水涨船高。传统的手动变速器（MT）虽然还盘踞在份额霸主宝座，但其领先优势已受到强有力的冲击。不仅如此，MT在性能、成本和技术先进性等方面都遇到了前所未有的挑战。将来的MT市场霸主宝座还能坐多久， MT技术发展方向又将指向何方，这是整个变速器行业都在探索和研究的课题。     
变速器是汽车能量的“转换器”，其性能好坏对现代汽车行驶的平顺性、舒适性、连贯性等至关重要。随着国内外汽车市场的发展，采用自动变速器的自动挡车需求量加大，近两年我国轿车市场中自动挡车型的销量约占总销量的35%左右。但由于自动变速器结构复杂，研发成本高，零件加工难度大，研制技术及生产被国外企业所垄断，国内市场这类产品生产能力很小，主要由外资及外资控股企业生产，其余基本依靠进口。  从消费市场来看，由于MT油耗低，生产维修成本低廉，技术成熟度高，产业化基础完备，长期以来一直占据市场的主导地位。随着社会的进步，车辆保有量大幅提升，但公路建设明显滞后，路况变得拥堵，特别是一二线城市，驾驶员操作强度显著提升。这些都导致消费者偏好的变化，越来越多的非专业驾驶者更青睐自动变速器。随着环保意识的深入人心，节能、高效率的变速器被越来越多的主机厂和消费者认可。这也为高端MT和先进自动变速器带来了市场机遇。另外，后继汽车购买者会逐步拥有更多个人驾驶经验，这个消费群体将更加关注变速器的综合性能而非手动自动。消费者关注点的变化，导致了各类变速器车型市场向细分和多元方向发展。   [资料来源：https://www.doc163.com]
综上所述，手动变速器市场发展趋势是：份额下降已成必然，但由于其成本、油耗优势以及高端细分市场的增长，年产量绝对值仍将保持微增，绝对数量依然巨大。另外，由于产业政策的引导，消费群体的变化，手动变速器将依托先进技术的开发与引用，向高性能、高品质方向发展。
（2）设计方案的确定需要考虑以下内容
1）变速器总体方案设计：初步确定布置方案，档位数、传动比及中心距等；    2）手动变速器主要零件参数设计：
3）同步器设计；
4）对总体结构及个主要零件进行图纸制图；
5）利用电脑制图软件对总体及主要零件进行二维制图；
6）利用CATIA电脑软件制作变速器三维模型及动画演示。
（三）拟解决的关键问题：
1）齿轮、轴的参数的合理精确的计算和校核； 
2）对变速器的图纸制图及电脑软件的二维制图；   
3）变速器三维模型的建立；
三、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析
（一）基本思路：

（二）技术路线：
通过对每个部件的计算，设计，最后通过CAD画出零件图和装配图。主要针对变速器的选择，齿轮的设计和校核等。

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（三）实验方案及可行性分析：
1）固定轴式变速器，主要有两轴式和三轴式
两轴式变速器的动力传递主要依靠两根相互平行的轴完成。它的结构简单、紧凑、容易布置。它多用于发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的普通级和中级轿车上。
三轴式变速器主要有三根轴：第一轴、中间轴和第二轴。第一轴和第二轴在同一轴线上，并且与中间轴平行。此外，还有一倒档轴。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。
2 与两轴式变速器相比较，三轴式变速器的各档多了一对齿轮传动，因而机械效率低，噪声变大；但它的直接档机械效率最高，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用率要高于其他档位，因而提高了变速器的使用寿命。而两轴式变速器是不可能有直接挡的。中型货车发动机布置形式为前置后驱，所以本设计采用三轴式变速器。方案如图1所示。
2）齿轮形式     
齿轮形式为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮。两者相比较，斜齿圆柱齿轮有使寿命长、工作是噪声低的优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。
变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于一挡和倒挡。

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3）变速器换挡机构
变速器换挡机构有直齿滑动齿轮，啮合套和同步器换档三种形式。使用轴向滑动直齿齿轮换挡，会在轮齿端面产生冲击，并产生较大噪声，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，不以用于高挡位。故本设计不采用轴向滑移齿轮换挡。
常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换挡冲击。目前这种换挡方法只在某些要求不高的换挡及重型货车变速器上应用。按设计要求本变速器为中型货车变速器，因此不适用于本设计中的变速器，不采用啮合套换。
使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声，应用较为广泛。虽然有结构复杂、制造精度高、轴向尺寸大等缺点，但为了减轻驾驶员工作强度，降低操作难度，二当以上都采用同步器换挡。
4）变速器轴承
变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以；但挡在壳体前端面布置轴承盖有困难的时候，必须由后端轴承承受轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力。滚针轴承、滑动轴套用于齿轮与轴不固定连接，有相对转动的地方，比如高档区域同步器换挡的第二轴齿轮与第二轴的连接，由于滚针轴承滚动摩擦损失小，传动效率高，径向配合间隙小，定位及运转精度高，有利于齿轮啮合，在不影响齿轮结构的情况下，应尽量使用滚针轴承。 [资料来源：www.doc163.com]
5) 变速器的操纵机构
变速器的操纵机构装在变速箱内，由变速叉轴、变速叉、倒块、自锁弹簧、自锁钢球、互锁钢球、互锁圆柱销组成。为了防止汽车行驶时误挂倒档，在导块上装有带弹簧的安全止柱。变速器外操纵方式为间接式操纵。 
6）同步器设计
同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。常压式同步器结构虽然简单，但又不能保证啮合件在同步状态下(即角速度相等)换档的缺点，现已不用。现在汽车大多 应用惯性式同步器，惯性式同步器分为锁销式和锁环式，本设计采用的是锁销式同步器。
2.拟采用的方法和手段
首先对与变速器有关的部件有一个初步的认识，尤其是变速器的结构、功用、特点等，其中重点分析的是变速器的锁销式同步器的设计，齿轮和轴机构的确定以及材料的选定，然后根据给定的原始数据对变速器的各个部件进行设计，并进行轴、轴承的校合。熟练运用CAXA、autoCAD等绘制变速器总装配图和零件图。
四、研究计划及进度安排
第7学期， 20周——寒假：完成开题报告，收集资料，拟定设计初步方案。
第8学期， 1——2周：提交开题报告，并与指导老师进行交流，了解毕业论文的写作方法与思路，收集整理所需的资料。 [资料来源：https://www.doc163.com]
第8学期， 3——7周：罗列论文大纲，，整理数据与资料，完成论文的写作。
第8学期， 8——9周：确定多挡传动箱的传动范围，进行方案及结构设计做出CAD图。
第8学期， 10周：    整理所有资料与数据，完成毕业设计的所有内容，交与指导老师审阅。

五、参考文献
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[13]陈家瑞 《汽车构造》 机械工业出版社 2005年第二版
[14] H. W. Ruhlman and K. H. Cochey, The Hydre-matic 290-A New Manual      Transmission for General Motors Light Duty Trucks. SAE 872226:8890