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遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
前言
汽車是作為一種交通工具而產(chǎn)生的，但發(fā)展到今天已經(jīng)不能把它理解為單純的行的手段。因?yàn)椤捌嚮备淖兞水?dāng)代世界的面貌，它已經(jīng)成為當(dāng)代物質(zhì)文明與進(jìn)步的象征及文明形態(tài)的一種代表。中國(guó)汽車工業(yè)的振興也必然會(huì)使中國(guó)的面貌煥然一新，在繁榮經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)四個(gè)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)，提高中國(guó)人民的生活水平，推動(dòng)社會(huì)與地球上近四分之一的人類進(jìn)步方面，發(fā)揮重大作用.現(xiàn)在人類社會(huì)在不斷的進(jìn)步與繁榮，交通的變革與發(fā)展在促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展中起了突出的作用，汽車作為一種交通工具的產(chǎn)生對(duì)社會(huì)更具有重要的意義。人類社會(huì)及人們生活的“汽車化”，大大地?cái)U(kuò)大了人們?nèi)粘；顒?dòng)的范圍，擴(kuò)大并加速了地區(qū)間、國(guó)際間的交往，成倍地提高了人們外出辦事的效率，極大地加速了人們的活動(dòng)節(jié)奏，促進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展與人類的快速進(jìn)步，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代“汽車社會(huì)”這樣一個(gè)嶄新的時(shí)代。
據(jù)統(tǒng)計(jì)：在以前蒸汽機(jī)輪船與蒸汽機(jī)車的問(wèn)世曾推動(dòng)了當(dāng)時(shí)的產(chǎn)生革命。繼蒸汽機(jī)輪船與火車出現(xiàn)之后，1886年德國(guó)工程師戴姆勒與奔茨二人以汽油內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力，分別獨(dú)立地制成了最早的實(shí)用汽車。1903年美國(guó)人亨利·福特創(chuàng)建了福特汽車公司，1908年推出了“T”型車，并于1913年建成了流水作業(yè)裝配線進(jìn)行汽車的大批量生產(chǎn)。這項(xiàng)大生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，為提高汽車質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本及以后的汽車工業(yè)大發(fā)展創(chuàng)造了條件。1921年“T”型汽車的產(chǎn)量已占世界汽車產(chǎn)量達(dá)200萬(wàn)輛。1927年夏。“T”型車成為歷史，共售出1500多萬(wàn)輛。
汽車問(wèn)世百余年來(lái)，特別是從汽車產(chǎn)品的大批生產(chǎn)以及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來(lái)，汽車已經(jīng)為世界經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無(wú)法估量的巨大影響，為人類社會(huì)的進(jìn)步作出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)，掀起了時(shí)代的革命。
汽車的作用對(duì)國(guó)際化的發(fā)展起著不可磨滅的作用，首先，以美國(guó)為例：美國(guó)汽車工業(yè)早已經(jīng)發(fā)展成為與鋼鐵、建筑并列的三個(gè)最大的行業(yè)之一。如今美國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)與高薪技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但汽車工業(yè)仍不失為美國(guó)產(chǎn)業(yè)最主要的支柱之一。在全球的汽車保有量中，美國(guó)生產(chǎn)的汽車占34.8%。日本汽車工業(yè)在1941年已經(jīng)有5萬(wàn)輛的年產(chǎn)能力，1955年就能達(dá)到15萬(wàn)輛。
下面具體介紹一下我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展
在舊中國(guó)沒(méi)有真正的制造汽車的工業(yè)，只有到中華人民共和國(guó)成立之初，毛澤東主席、周恩來(lái)總理等第一代國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人非常關(guān)注、親自參與建立中國(guó)汽車工業(yè)的重大決策，在前蘇聯(lián)援助中國(guó)建設(shè)一批重點(diǎn)工業(yè)項(xiàng)目中列入建設(shè)一座現(xiàn)代化的載貨汽車工廠，并在中央重工業(yè)部下屬機(jī)器工業(yè)局籌備組建期間，開(kāi)始了籌建的前期工作。1953年7月，毛主席親筆題名的第一汽車制造廠在吉林省長(zhǎng)春市動(dòng)工興建，在中央動(dòng)員、全國(guó)支援和參與建設(shè)者的奮力拼搏下，實(shí)現(xiàn)了黨中央提出“力爭(zhēng)三年建成長(zhǎng)春汽車廠和出汽車、出人才、出經(jīng)驗(yàn)”的目標(biāo)，國(guó)產(chǎn)第一輛解放牌載貨汽車于1956年7月13日駛下總裝配生產(chǎn)線，從此結(jié)束了中國(guó)自己不能制造汽車的歷史，圓了中國(guó)人自己生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)汽車之夢(mèng)。1957年5月，一汽開(kāi)始仿照國(guó)外樣車自行設(shè)計(jì)轎車；1958年先后試制成功CA71型東風(fēng)牌小轎車和CA72型紅旗牌高級(jí)轎車，毛主席等國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人親自試乘了東風(fēng)牌小轎車，十分高興地稱贊：“坐上自己制造的汽車了”；之后，紅旗牌高級(jí)轎車被列為國(guó)家禮賓用車，并用作國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人乘坐的慶典檢閱車。
進(jìn)入60年代，國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)行“調(diào)整、鞏固、充實(shí)、提高”方針，在國(guó)家和省市支持下，形成了一批汽車制造廠、汽車制配廠和改裝車廠，其中，南京、上海、北京和濟(jì)南共4個(gè)較有基礎(chǔ)的汽車制配廠，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造成為繼一汽之后第一批地方汽車制造廠，發(fā)展汽車品種，相應(yīng)建立了專業(yè)化生產(chǎn)模式的總成和零部件配套廠，為今后發(fā)展大批量、多品種生產(chǎn)協(xié)作配套體系形成了初步基礎(chǔ)。
在這個(gè)歷史階段，力求探索汽車工業(yè)管理的改革，國(guó)家決定試辦汽車工業(yè)托拉斯，實(shí)施了促進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展的多項(xiàng)舉措，60年代中期工業(yè)托拉斯停辦。與此同時(shí)，汽車改裝業(yè)和摩托車制造業(yè)起步，重點(diǎn)發(fā)展了一批軍用改裝車，民用消防車、救護(hù)車、自卸車和牽引車相繼問(wèn)世，并為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了城市、長(zhǎng)途和團(tuán)體這三大類客車。北京最早試制二輪摩托車提供軍用，之后南京、南昌和濟(jì)南等地相繼試制三輪摩托車和機(jī)器腳踏車，當(dāng)時(shí)主要用于軍事、郵電、體育和城市短途運(yùn)輸，摩托車工業(yè)處于起步階段，與汽車工業(yè)創(chuàng)建密切相關(guān)的汽車科研事業(yè)和專業(yè)教育體系初步形成。
1964年，國(guó)家確定在三線建設(shè)以生產(chǎn)越野汽車為主的第二汽車制造廠、四川和陜西汽車制造廠。二汽是國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)、國(guó)內(nèi)提供裝備的工廠，采取了“包建”（專業(yè)對(duì)口老廠包建新廠、小廠包建大廠）和“聚寶”（國(guó)內(nèi)的先進(jìn)成果移植到二汽）的方法，同時(shí)在湖北省內(nèi)外安排新建、擴(kuò)建26個(gè)重點(diǎn)協(xié)作配套廠。一個(gè)嶄新的大型汽車制造廠在湖北省十堰市興建和投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)主要生產(chǎn)中型載貨汽車和越野汽車。與此同時(shí)，川汽、陜汽和與陜汽生產(chǎn)配套的陜西汽車齒輪廠，分別在四川省重慶市大足縣和陜西省寶雞市（現(xiàn)已遷西安）興建和投產(chǎn)，主要生產(chǎn)重型載貨汽車和越野汽車。
60年代中后期，國(guó)家提出“大打礦山之仗”的決策，礦用自卸車成為其重點(diǎn)裝備，上海32噸試制成功投產(chǎn)之后，天津15噸、常州15噸、北京20噸、一汽60噸（后轉(zhuǎn)本溪）和甘肅白銀42噸電動(dòng)輪礦用自卸車也相繼試制成功投產(chǎn)，緩解了冶金行業(yè)采礦生產(chǎn)裝備需要。
為適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)重型載貨汽車的需求，濟(jì)南汽車制造廠擴(kuò)建黃河牌8噸重型載貨汽車的生產(chǎn)能力，安徽淝河、南陽(yáng)、丹東、黑龍江和湖南等地方汽車也投入同類車型生產(chǎn)。邢臺(tái)長(zhǎng)征牌12噸重型載貨汽車（源于北京新都廠遷建）、上海15噸重載載貨汽車投產(chǎn)問(wèn)世。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：在此期間，一汽、南汽、上汽、北汽和濟(jì)汽5個(gè)老廠分別承擔(dān)了包建和支援三線汽車廠（二汽、川汽、陜汽和陜齒）的建設(shè)任務(wù)，其自身投入技術(shù)改造擴(kuò)大生產(chǎn)能力；地方發(fā)展汽車工業(yè)，幾乎全部仿制國(guó)產(chǎn)車型重復(fù)生產(chǎn)；據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，解放牌車型20多家，北京130車型20多家，躍進(jìn)車型近20家，北京越野車近10家；改裝車生產(chǎn)向多品種、專業(yè)化發(fā)展，生產(chǎn)廠點(diǎn)近200家；1980年大中輕型客車生產(chǎn)13400輛，其中：長(zhǎng)途客車6000多輛；汽車零部件品種增多，廠家增加到2100家；摩托車工業(yè)初步形成，1980年24個(gè)廠家生產(chǎn)4.9萬(wàn)輛。
汽車設(shè)計(jì)理論是指導(dǎo)汽車設(shè)計(jì)實(shí)踐的，而汽車設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)期積累和汽車生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，又使汽車設(shè)計(jì)理論得到不斷的發(fā)展與提高。汽車設(shè)計(jì)技術(shù)是汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法和手段，是汽車設(shè)計(jì)實(shí)踐的軟件和硬件。
汽車設(shè)計(jì)技術(shù)在近百年中也經(jīng)歷了由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展到以科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)階段，進(jìn)而自60年代中期在設(shè)計(jì)中引入電子計(jì)算機(jī)后又形成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等新方法，并使設(shè)計(jì)逐步實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化和自動(dòng)化。
在20世紀(jì)90年代，國(guó)際汽車界興起一種逆向工程的汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)新方式。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，取得巨大進(jìn)步，可以說(shuō)已成為現(xiàn)代汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主流形式。
逆向工程主要是依靠高度集成化、可視化、開(kāi)放型的計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)筑汽車產(chǎn)品，從概念構(gòu)思、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程分析、工藝制造、應(yīng)用工程、市場(chǎng)服務(wù)，全過(guò)程實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化、高精度、系統(tǒng)化的操作平臺(tái)。雖然，目前仍需制造樣品，進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)、論證和評(píng)價(jià)，但這已經(jīng)不是一種重要的手段，最終將會(huì)取消這一過(guò)程。就這種思維的方法而言，是思維先于實(shí)體、實(shí)體用于反證思維的逆向邏輯形式，國(guó)際汽車界稱之為逆向工程。
實(shí)施逆向工程的目的是為了更好地實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的并行工程，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程實(shí)行同步作業(yè)，并使之優(yōu)化，大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短周期，降低成本，減少風(fēng)險(xiǎn)，提高質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
我國(guó)汽車工業(yè)在實(shí)行逆向工程中已經(jīng)做了一些工作，并且具有廣泛的社會(huì)基礎(chǔ)，特別是軍工和院校部門已經(jīng)先行一步，水平也不算低，如果我們能把集成和整合工作做得好些，進(jìn)步就會(huì)更快、更大。
汽車的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作是由根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查及使用要求而制定的設(shè)計(jì)任務(wù)書開(kāi)始的。
汽車設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括整車總體設(shè)計(jì)、總成設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)。整車總體設(shè)計(jì)又稱為汽車的總布置設(shè)計(jì)，其任務(wù)是使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書所規(guī)定的整車參數(shù)和性能指標(biāo)的要求，并將這些整車參數(shù)和性能指標(biāo)分解為有關(guān)總成的參數(shù)和功能。在這項(xiàng)高層次的設(shè)計(jì)工作中，既有汽車各總成間的聯(lián)系問(wèn)題，又有人與汽車之間的聯(lián)系問(wèn)題。解決人車之間的聯(lián)系問(wèn)題屬于人——機(jī)工程設(shè)計(jì)，它在汽車設(shè)計(jì)工作中占有極重要的位置。
⑴零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化
由于汽車的產(chǎn)量大、品種及型號(hào)多，設(shè)計(jì)中實(shí)行零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和產(chǎn)品系列化，可簡(jiǎn)化生產(chǎn)，提高工效，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，減少配件品種，方便維修。
所謂“系列化”是指制造廠為了能供應(yīng)各種型號(hào)的產(chǎn)品（可為汽車，亦可為總成和部件），又能進(jìn)行大量生產(chǎn)，而將產(chǎn)品合理分擋，組成系列，并考慮各種變型。例如驅(qū)動(dòng)型式為4×4的越野汽車加上一根驅(qū)動(dòng)橋則可變成6×6的越野汽車，加上兩根則又可變成8×8的越野汽車，組成系列；發(fā)動(dòng)機(jī)可按缸數(shù)分為4缸、6缸或V6缸、V8缸等組成系列。這樣即可較少的基本型衍生出較多的系列產(chǎn)品，以滿足廣泛的需求。
所謂“通用化”是指在同一系列或總質(zhì)量相近的一些車型上，采用通用的總成或部件，以簡(jiǎn)化生產(chǎn)。
所謂“標(biāo)準(zhǔn)化”是指在設(shè)計(jì)中廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件，以利于組織生產(chǎn)、提高質(zhì)量、降低造價(jià)和方便維修。
⑵考慮使用條件的復(fù)雜多變
為了使所設(shè)計(jì)的汽車產(chǎn)品在全國(guó)和全世界這樣的廣闊市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力，設(shè)計(jì)中就要充分考慮提高其對(duì)復(fù)雜多變的使用條件的適應(yīng)性。特別應(yīng)注意熱帶、寒帶等不同的氣候條件和高原、山區(qū)、丘陵、沼澤、沿海等不同的地理?xiàng)l件，以及燃料供應(yīng)、維修能力等不同的使用條件對(duì)汽車結(jié)構(gòu)、性能、材料、附件等的特殊要求。例如：在高原地區(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)增壓；在熱帶地區(qū)要考慮車廂的隔熱、空調(diào)或通風(fēng)；在寒帶要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)；在山區(qū)則應(yīng)提高汽車的爬坡能力并附加發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)等。
⑶重視汽車使用中的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保
良好的使用性能顯然是各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者都要追求的目標(biāo)，汽車設(shè)計(jì)者更是如此，所不同的是汽車的使用性能是多方面的（例如：動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性、平順性、舒適性、通過(guò)性以及可靠性、耐久性、維修性和對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響性能等），而且在默寫性能之間有時(shí)是相互矛盾的。因此，汽車設(shè)計(jì)的特點(diǎn)還在于：要在給定的使用條件下，協(xié)調(diào)各種使用性能的要求、優(yōu)選各種使用性能指標(biāo)，使汽車在該使用條件下的綜合使用性能達(dá)到最優(yōu)。特別要重視使用中的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保。
⑷車身設(shè)計(jì)既重視工程要求更注重外觀造型
汽車車身的外形、油漆及色彩是汽車給人們的第一個(gè)外觀印象，是人們?cè)u(píng)價(jià)汽車的最直接方面，也是轎車的最重要市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)因素，是汽車設(shè)計(jì)非常重要的內(nèi)容。車身造型既是工程設(shè)計(jì)，又是美工設(shè)計(jì)。從工程設(shè)計(jì)來(lái)看，它既是滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求、整車布置的匹配要求和沖壓分快的工藝要求，又要適應(yīng)車身的空氣動(dòng)力學(xué)的要求而具有最小的風(fēng)阻系數(shù)；從美工設(shè)計(jì)來(lái)看，它應(yīng)當(dāng)適應(yīng)時(shí)代的特點(diǎn)和人們的愛(ài)好，要像對(duì)待工藝品那樣進(jìn)行美工設(shè)計(jì)，給人以高度美感，起到美化環(huán)境的作用。
⑸在保證可靠性的前提下盡量減小汽車的自身質(zhì)量
和固定的機(jī)械設(shè)備不同，作為運(yùn)輸用的汽車其自身質(zhì)量直接影響起燃油經(jīng)濟(jì)性。和單間生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，作為大批量生產(chǎn)的汽車，減小其自身質(zhì)量可節(jié)約大量的制造材料，降低生產(chǎn)成本。合理地減小汽車的自身質(zhì)量對(duì)汽車工業(yè)和汽車運(yùn)輸業(yè)會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可滿足這方面的設(shè)計(jì)要求。
1 汽車的總體設(shè)計(jì)
汽車的總體設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)工作中最重要的一環(huán)，它對(duì)汽車的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使用性能和在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力有著決定性的影響。因?yàn)槠囆阅艿膬?yōu)劣不僅與相關(guān)總成及部件的工作性能有密切關(guān)系，而且在很大程度上還取決于有關(guān)總成及部件間的協(xié)調(diào)與參數(shù)匹配，取決于汽車的總體布置。
1.1 汽車類型的確定
1.1.1 按汽車的用途分類
⑴轎車：通常稱為小轎車。它是汽車產(chǎn)品中產(chǎn)量最大的一類，約占世界汽車總產(chǎn)量的70%以上。作為家庭用車、機(jī)關(guān)和企業(yè)的公用汽車及城市出租汽車，其車型多為二門或四門雙排座的，也有五門的旅行轎車、三排座的大型高級(jí)轎車和單排座運(yùn)動(dòng)型的所謂跑車。
⑵客車：用于運(yùn)載乘客。城市公共汽車、長(zhǎng)途客車、旅行客車、游覽客車及專用客車等，均屬于這一類。
⑶載貨汽車：用于運(yùn)輸貨物。其產(chǎn)量在汽車產(chǎn)品中占第二位，約為世界汽車總產(chǎn)量的20%。
⑷越野汽車：主要用于非道路條件下載運(yùn)人員或物資、牽引各種裝備的汽車。為了提高汽車在壞路和無(wú)路地帶，如松軟地面、坎坷不平地段和各種障礙的通過(guò)能力，越野汽車需采用全輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)并安裝越野輪胎。
⑸牽引汽車：用于牽引全掛車、半掛車、汽車列車的掛車組、火炮和各種裝備的汽車。
⑹自卸汽車：用于運(yùn)送散裝貨物且具有可傾斜的貨箱。卸貨時(shí)可利用液壓舉升機(jī)構(gòu)將貨箱向后或向側(cè)面傾斜一定角度，使散裝貨物能依靠自重而自行卸下。在礦區(qū)和工地用的自卸汽車又稱為礦用自卸汽車。
⑺農(nóng)用汽車：專門用于農(nóng)村地區(qū)從事運(yùn)輸和農(nóng)耕作業(yè)的汽車，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)能適應(yīng)農(nóng)村的使用條件和使用要求。
⑻專用（特種）汽車：按特種用途而專門設(shè)計(jì)制造或裝有專門設(shè)備、具有專用功能且用于承擔(dān)專門運(yùn)輸任務(wù)或?qū)ｍ?xiàng)作業(yè)的汽車，如防彈高級(jí)迎賓車、檢閱車、銀行運(yùn)款用裝甲車、機(jī)場(chǎng)飛機(jī)牽引車等。
⑼改裝車：普通的汽車底盤上改裝上特種用途的車身或加裝上某種機(jī)構(gòu)而成，如消防車、灑水車、救護(hù)車、冷藏車、自裝卸式貨車等。
1.1.2 按動(dòng)力裝置的類型分類
a.內(nèi)燃機(jī)汽車：當(dāng)代汽車幾乎都是采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)為其動(dòng)力裝置，它又分為汽油機(jī)汽車、柴油機(jī)汽車和代用燃料汽車。極少數(shù)的汽車采用轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)為動(dòng)力裝置而成為轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、燃?xì)廨啓C(jī)汽車。
b.電動(dòng)汽車：為消除內(nèi)燃機(jī)汽車產(chǎn)生的派器污染，當(dāng)前許多國(guó)家都在研制電動(dòng)汽車，它多以化學(xué)蓄電池和電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置，還有采用化學(xué)蓄電池與電動(dòng)機(jī)并加裝內(nèi)燃機(jī)的復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)汽車，后者既考慮了在城市市區(qū)行駛時(shí)的環(huán)保要求，又照顧到汽車在城外公路上行駛時(shí)有足夠的續(xù)駛里程。
美、日和歐洲一些國(guó)家正在開(kāi)展一項(xiàng)研制機(jī)械式蓄電池的電動(dòng)汽車的高科技計(jì)劃。 在現(xiàn)代技術(shù)條件下，新型高強(qiáng)度復(fù)合材料和無(wú)摩擦磁浮軸承的出現(xiàn)，電機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和真空密封技術(shù)的發(fā)展，使實(shí)現(xiàn)以飛輪儲(chǔ)能為動(dòng)力的電動(dòng)汽車成為可能。
c.其他動(dòng)力裝置的汽車：早期曾出現(xiàn)過(guò)以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的蒸汽機(jī)汽車，現(xiàn)代新研制的有氫氣燃料汽車、太陽(yáng)能汽車等。
1.1.3 轎車發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋在汽車位置上的分類
(1)前置發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車
早期的轎車多用貨車的底盤及發(fā)動(dòng)機(jī)改裝而成， 由于轎車底盤過(guò)底，不太使用后輪驅(qū)動(dòng)。所以大部分都使用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)。
1.2 汽車主要參數(shù)的選擇
1.2.1 汽車主要尺寸參數(shù)的選擇
汽車的主要參數(shù)如表1-1所示
表1-1 汽車主要參數(shù)
Tablet.1-1 Tablet of the car’s main parameter
長(zhǎng)/mm
4428
裝備空載質(zhì)量/kg
1100
寬/mm
1660
前軸允許負(fù)荷/kg
760
高（空載）/mm
1420
后軸允許負(fù)荷/kg
740
最小離地間隙（空載）/mm
125
燃油箱容積/L
55
1.2.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定
1．轎車和大客車的人均整備質(zhì)量如表1-2所示。
表1-2 轎車和大客車的人均整備質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)值
Tablet.1-2 Tablet of saloon car and bus’ everyone euploid mass sata
車 型
微型轎車
普通轎車
中級(jí)轎車
高級(jí)轎車
30下客車
大客車
人均整備/t
0.15～0.16
0.18～0.24
0.21～0.29
0.29～0.34
0.096～0.16
0.065～0.13
2．汽車的總質(zhì)量m
汽車的總質(zhì)量是指已經(jīng)整備完好、裝備齊全并按規(guī)定載滿乘客的汽車質(zhì)量.除包括汽車的整備質(zhì)量m及載滿量。而空車的質(zhì)量為：1500kg
a．汽車的整備質(zhì)量系數(shù)
此系數(shù)越大表明該車型的材料利用率愈高和設(shè)計(jì)工藝水平愈高.因此在設(shè)計(jì)時(shí)在保證汽車零部件的強(qiáng)度、剛度及可靠性與壽命的前提下，應(yīng)力求盡量減輕其質(zhì)量，增大這一系數(shù)。
b．汽車的質(zhì)量系數(shù)
這一系數(shù)能更準(zhǔn)確的反映汽車的金屬和材料在貨物運(yùn)輸中的貢獻(xiàn)或利用率。但在一般技術(shù)資料中很少列出汽車的質(zhì)量值。
c．汽車的軸荷分配
它是汽車的重要質(zhì)量參數(shù)，它對(duì)汽車的牽引性、通過(guò)性、制動(dòng)性、操縱性和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此，在總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。
1.2.3 汽車主要性能參數(shù)的選擇
汽車主要性能參數(shù)如表1-3所示。
1.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的選型
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力，是汽車的關(guān)鍵總成，起選型及布置對(duì)汽車的許多性能都有影響，尤其對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、使用的可靠性與耐久性、維修的方便性以及制造成本與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等都有直接的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)的選型是一項(xiàng)關(guān)鍵的決策。
發(fā)動(dòng)機(jī)的選型依據(jù)因素很多，如客車的類型、用途、使用條件、總布置型式、總質(zhì)量及動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性要求、材料和燃料資源、排氣污染和噪聲方面的法規(guī)限制、已有的發(fā)動(dòng)機(jī)系列及其技術(shù)指標(biāo)水平、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、生產(chǎn)條件與制造成本、市場(chǎng)預(yù)測(cè)情況以及將來(lái)的配件供應(yīng)及維修條件等，通常要經(jīng)過(guò)多種方案的比較甚至通過(guò)先行的試驗(yàn)研究才能選定一個(gè)好的方案。因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)采用本發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，如表1-4所示。
表1-3 整車性能參數(shù)
Tablet.1-3 Tablet of full car’s capability parameter
最高車速/(km/h)
190
制動(dòng)距離(50km/h)/m
9.8
加速性(0-100km/h)/s
13.7
風(fēng)阻系數(shù)
0.32
最小轉(zhuǎn)彎半徑/m
5.25
CO排放怠速/%
＜1.5
百公里等速油耗(90km/h)/L
7.1
HC排放/×10e-6
＜500
軸距/mm
2471
冷卻系統(tǒng)容積/L
6.3
輪距
前/mm
1429
風(fēng)窗洗滌器儲(chǔ)液罐/L
4
后/mm
1422
行李箱容積/L
660
滿載總質(zhì)量/kg
1500
表1-4 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)
Tablet.1-4 Tablet of car’s engine configuration and main parameter
型號(hào)
EA113
型式
直列四缸水冷，電控多點(diǎn)噴射式汽油機(jī)
最大功率
55（5800r/min）
最大轉(zhuǎn)矩
121(5200r/min)
排量
1.595
缸徑/行程（mm）
81/77.4
壓縮比
9.3
布置方式
前橫置
機(jī)體材料
鋁合金鋼蓋，鑄鐵缸體
配氣機(jī)構(gòu)
雙頂置凸輪軸，齒形皮帶傳動(dòng)，液壓挺桿驅(qū)動(dòng)氣門，每缸5個(gè)氣門
供油方式
電控多點(diǎn)噴射系統(tǒng)Motronic
冷卻方式
水冷，封閉式，獨(dú)立膨脹罐，雙速電動(dòng)風(fēng)扇
2 變速器的設(shè)計(jì)
2.1 概述
汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的基本功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給車輪，以驅(qū)動(dòng)汽車行使。變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。變速器用于轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步，加速，行使以及克服各種道路障礙等不同行使條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)輪牽引力及不同要求的需要。用變速器轉(zhuǎn)變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速的必要性在與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速變化特性的特點(diǎn)是具有相對(duì)小的對(duì)外部載荷改變的適應(yīng)性。以下從變速器的作用分類來(lái)介紹。
變速器是汽車傳動(dòng)系中最主要的部件之一。它的作用是：
1．在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動(dòng)輪上扭矩的大小。
由于汽車行駛條件不同，要求汽車行駛速度和驅(qū)動(dòng)扭矩能在很大范圍內(nèi)變化。例如在高速路上車速應(yīng)能達(dá)到100km/h，而在市區(qū)內(nèi)，車速常在50km/h左右?？哲囋谄街钡墓飞闲旭倳r(shí)，行駛阻力很小，則當(dāng)滿載上坡時(shí)，行駛阻力便很大。而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而轉(zhuǎn)矩變化范圍更不能滿足實(shí)際路況需要。
2．實(shí)現(xiàn)倒車行駛
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸一般都是只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的，而汽車有時(shí)需要能倒退行駛，因此，往往利用變速箱中設(shè)置的倒擋來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車倒車行駛。
3．實(shí)現(xiàn)空擋
當(dāng)離合器接合時(shí)，變速箱可以不輸出動(dòng)力。例如可以保證駕駛員在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火時(shí)松開(kāi)離合器踏板離開(kāi)駕駛員座位。
變速箱由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)兩部分組成。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的數(shù)值和方向；操縱機(jī)構(gòu)的主要作用是控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變速器傳動(dòng)比的變換，即實(shí)現(xiàn)換擋，以達(dá)到變速變矩。
機(jī)械式變速箱主要應(yīng)用了齒輪傳動(dòng)的降速原理。簡(jiǎn)單的說(shuō)，變速箱內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的齒輪副，而汽車行駛時(shí)的換擋行為，也就是通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)使變速箱內(nèi)不同的齒輪副工作。如在低速時(shí)，讓傳動(dòng)比大的齒輪副工作，而在高速時(shí)，讓傳動(dòng)比小的齒輪副工作。
2.2 變速器的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇
1．簡(jiǎn)單式變速器的基本結(jié)構(gòu)：由殼體、傳動(dòng)部分和操縱部分組成。
a．殼體
殼體是基礎(chǔ)件，用以安裝支承變速器全部零件及存放潤(rùn)滑油)：其上有安裝軸承的精確鏜孔。變速器承受變載荷，所以殼體應(yīng)有足夠的剛度，內(nèi)壁有加強(qiáng)，形狀復(fù)雜，多為鑄件(材料為灰鑄鐵，常用HT200)。
為便于安裝，傳動(dòng)部分和操縱部分常做成剖分式，箱蓋與殼體用螺栓聯(lián)接并可靠定位。殼體上有加油、放油口，油面檢查尺口，還應(yīng)考慮散熱。
b．傳動(dòng)部分
是指齒輪、軸、軸承等傳動(dòng)件。軸的幾何尺寸通過(guò)強(qiáng)度、剛度計(jì)算確定。因主要決定于剛度，而碳鋼與合金鋼彈性模量近乎相等，所以一般用碳鋼(常用45鋼)。只有齒輪與軸制成一體或軸載荷嚴(yán)重才用合金鋼。軸與齒輪多為花鍵聯(lián)接(對(duì)中性好，能可靠傳遞動(dòng)力，擠壓應(yīng)力小等)。軸的花鍵部分和放軸承處經(jīng)表面淬火處理。軸多用滾動(dòng)軸承支承，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，效率高、徑向間隙小，軸向定位應(yīng)可靠。潤(rùn)滑方式多用飛濺 (υ>25m/s，只要粘度適宜可甩到壁上)。
c．操縱部分
主要零件位于變速器蓋內(nèi)。
2．組成式變速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
簡(jiǎn)單式變速器有效率高、構(gòu)造簡(jiǎn)單使用方便鈞優(yōu)點(diǎn)擋數(shù)少，i變化范圍小(牽引力、速度范圍小)，只宜在擋數(shù)不多的某些車工采用。若增加i的范圍，則使變速器尺寸加大，軸跨度增加，為了既增加擋數(shù)又不使軸跨度過(guò)大，可采用組成式變速器。
組成式變速器的優(yōu)點(diǎn)：
a．可以減少齒輪個(gè)數(shù)，而且擋數(shù)越多減少齒輪個(gè)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)愈明顯。同簡(jiǎn)單式變速器相比，它可縮短軸的長(zhǎng)度，減少整個(gè)變速器的外部尺寸和重量，并且能方便地得到不止一個(gè)倒擋。所以當(dāng)前進(jìn)擋數(shù)超過(guò)六個(gè)擋時(shí)，幾乎都用組成式變速器。
b．傳動(dòng)：比變化率Ω大：若主變速器傳動(dòng)比變化率Ωzu=3，副變速器Ωfu=4則Ω=12；若使簡(jiǎn)單式變速器Ω=12，結(jié)構(gòu)往往很難合理。
缺點(diǎn)：
a．擋組間傳動(dòng)比有對(duì)應(yīng)關(guān)系，不易使每擋的2，(速度及牽引力)都很理想。
b．換擋操縱麻煩，有時(shí)要操縱兩個(gè)變速部分，若為插花換擋還不便記憶。
為了減少操縱動(dòng)作，最好能順序換擋。為此要求重視擋次編排十使第滅擋組傳動(dòng)比全部大于第11擋組，達(dá)到多數(shù)相領(lǐng)排擋的變換只需操縱主變速的目的，這樣才最為方便。
變速器是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成，需要時(shí)，還可以加裝動(dòng)力輸出器。在分類上有兩種方按傳動(dòng)比變化方式和按操縱方式的不同來(lái)分。
按傳動(dòng)比變化方式來(lái)分：
1．有級(jí)式變速器
這是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器(行星齒輪變速器)兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動(dòng)比通常有3-5個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋，在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多擋位。所謂變速器擋數(shù)即指其前進(jìn)擋位數(shù)。
2．無(wú)級(jí)式變速器
傳動(dòng)比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無(wú)限多級(jí)變化，常見(jiàn)的有電力式和液力式(動(dòng)液式)兩種。電力式無(wú)級(jí)變速器的變速傳動(dòng)部件為直流串激電動(dòng)機(jī)，除在無(wú)軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動(dòng)系中也有廣泛采用的趨勢(shì)。動(dòng)液式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)部件為液力變矩器。
3．綜合式變速器
是指由液力變矩器和齒輪式有級(jí)變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動(dòng)比可在最大指與最小值之間的幾個(gè)間斷的范圍內(nèi)作無(wú)級(jí)變化。
按操縱方式來(lái)分：
強(qiáng)制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換擋。
自動(dòng)操縱式變速器其傳動(dòng)比選擇和換擋是自動(dòng)進(jìn)行的，所謂“自動(dòng)”，是指機(jī)械變速器每個(gè)擋位的變換是借助反映發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速的信號(hào)系統(tǒng)來(lái)控制換擋系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實(shí)現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。
半自動(dòng)操縱式變速器
有兩種型式：一種是常用的幾個(gè)擋位自動(dòng)操縱，其余擋位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定擋位，在踩下離合器踏板或松開(kāi)加速踏板時(shí)，接通一個(gè)電磁裝置或液壓裝置來(lái)進(jìn)行換擋。
2.3 汽車變速器的擋數(shù)和各擋傳動(dòng)比的確定
2.3.1 汽車傳動(dòng)系統(tǒng)最小傳動(dòng)比的選擇
在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，汽車是以高速擋行使的，而傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比達(dá)最小值.因此，最小傳動(dòng)比的選擇對(duì)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。
由汽車?yán)碚撝?，為充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率，選擇主傳動(dòng)箱的傳動(dòng)比應(yīng)滿足一下條件：
(2-2)
式中： —發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大功率時(shí)的汽車速度，km/h；
為此，推薦按下式初選：
(2-3)
式中： —發(fā)動(dòng)機(jī)類型系數(shù)，汽油機(jī)取=1.01.1；
—發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min；
r—車輪滾動(dòng)半徑，m。
在確定時(shí)要同時(shí)考慮到汽車在最小傳動(dòng)比擋位下應(yīng)具有足夠的上破和加速能力，即在最高擋位是有足夠大的動(dòng)力因素 通常，對(duì)輕型客車取=0.040.06， 在一般情況用下公式來(lái)驗(yàn)算：
(2-4)
式中 —發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，N·m；
—傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，=0.85；
—空氣阻力系數(shù)，客車取=0.81.0；
—汽車在最高擋位下發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的汽車速度，km/h；
A—汽車通風(fēng)面積，；
G—汽車總質(zhì)量，kg；
汽車通風(fēng)面積A近似按下式公式計(jì)算：
(2-5)式中 B—汽車前輪輪距，m；
—汽車整車高度，m；
發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的汽車速度按下式計(jì)算：
=0.377 (2-6)
式中 —發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min；
在選擇時(shí)，還要兼顧系列化和配齒條件等要求。通常=4.55.0時(shí)，主動(dòng)輪齒數(shù)可取=57。對(duì)此汽車，取=6，=28時(shí)=4.67。
根據(jù)動(dòng)力性要求，汽車變速箱的擋數(shù)越多，發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率附近輸出高功率的機(jī)會(huì)也越多，相應(yīng)地提高了汽車的加速度和爬坡能力。從耗油經(jīng)濟(jì)性分析，擋數(shù)增多，相應(yīng)地增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性。所以，增加擋數(shù)有利于改善汽車的動(dòng)力性和耗油經(jīng)濟(jì)性。但是，如果擋數(shù)過(guò)多，變速箱結(jié)果復(fù)雜，換擋不方便。通常，對(duì)于汽車總質(zhì)量為1500kg的轎車，絕大多數(shù)采用4擋變速。此外，擋數(shù)多少還影響到相鄰兩擋間的傳動(dòng)比的比值。如表2-1所示。
表2-1 汽車變速器各擋傳動(dòng)比的初選
Tablet.2-1 Tablet of saloon car’s transmission driver select
擋 位
Ⅰ 擋
Ⅱ 擋
Ⅲ 擋
Ⅳ 擋
傳 動(dòng) 比
3.5
2.19
1.37
0.98
2.4 轎車變速器機(jī)構(gòu)方案的選擇
汽車變速器的結(jié)構(gòu)方案必須滿足使用性能、制造條件、維修簡(jiǎn)便及標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化等要求，應(yīng)從齒輪型式、換擋結(jié)構(gòu)、軸型布置、倒擋設(shè)置以及軸承型式、潤(rùn)滑和密封等方面綜合考慮及全面評(píng)價(jià)，以求得到合理的設(shè)計(jì)方案。
1．齒輪型式
汽車變速器普遍采用直齒或斜齒的圓柱齒輪。前者嚙合性能較差、重合小、強(qiáng)度低、噪音大，僅在低擋和倒擋中使用；后者應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)使用直齒。
2．換擋結(jié)構(gòu)
汽車變速器的換擋方式常用有直齒滑移齒輪、嚙合套和同步器等三種方式。
直齒滑移齒輪的換擋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；嚙合套換擋一般是配合斜齒圓柱齒輪副使用的。這兩種型式在滑移齒輪或嚙合套的圓周速度與相嚙合的圓周速度不一致的情況下，會(huì)產(chǎn)生換擋沖擊與燥聲，容易引起齒輪的破壞和磨損。
采用同步器換擋可保證齒輪不發(fā)生換擋沖擊，同時(shí)操作輕便，縮短了換擋的時(shí)間，相應(yīng)提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性、行使安全性，而且有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。但是這種換擋方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高，軸向尺寸有所增加。而本變速器就是應(yīng)用的同步器換擋機(jī)構(gòu)。
3．軸型布置
目前，絕大多數(shù)汽車都才用兩軸式變速器，如圖2-1所示。
圖2-1 兩軸式變速器
Fig.2-1 The diagram of two shaft transmission
表2-2 轎車變速器的齒輪型式和換擋方式
Tablet.2-2 Tablet of saloon car’s transmission gear kind and change shift way
機(jī)構(gòu)型式
擋 位 代 號(hào)
Ⅳ 擋
Ⅱ 擋
Ⅲ 擋
Ⅰ 擋
倒 擋
齒輪型式
斜 齒 圓 柱 齒 輪
直 齒 圓 柱 齒 輪
嚙合方式
常 嚙 合
滑 移 嚙 合
換擋型式
同 步 器
滑 移 齒 輪
汽車變速器普遍采用飛濺式潤(rùn)滑方式，密封型式采用軸承蓋內(nèi)裝油封或開(kāi)油槽的結(jié)構(gòu)。
此轎車的變速器的齒輪型式和換擋方式列入邊2-2。
2.5 變速器的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇
2.5.1 中心距A
由公式Temax=9549 可知：
式中 Temax—最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
α—轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)。一般α=1.1~1.3 取1.2；
Pemax—最大功率（KW），參考捷達(dá)轎車為55KW；
np—最大功率轉(zhuǎn)速(r/min)，參考捷達(dá)轎車n為5200r/min；
所以
Temax=9549=9549×=121.2 N·m
初選中心距A時(shí)可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
A= KA
式中 A —變速器中心距（mm）；
KA —中心距系數(shù)，轎車：K=8.9~9.3 取9.3；
Temax —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N?m）；
I1—變速器一擋傳動(dòng)比范圍3.5~3.8，取3.5；
ηg —變速器傳動(dòng)效率，取96%；
所以
A= KA=9.3×=68.82
符合轎車變速器的中心距變化范圍65~80mm。
為了檢測(cè)方便，中心距A最好取整數(shù)，故取69mm。
2.5.2 外形尺寸
轎車四擋變速器殼體的軸向尺寸為（3.0~3.4）A，所以得220.8mm。
2.5.3 軸的直徑
兩軸式變速器的第一軸d/l=0.16~0.18。軸的最大直徑d和支承間距離L的比值。對(duì)第二軸d/L=0.18~0.21。第一軸最大d=35mm；第二軸最大d=36mm。
第一軸花鍵部分直徑d(mm)可按下列初選：
d=K=16mm
式中 k —經(jīng)驗(yàn)系數(shù)k=4.0~4.6；
Temax —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
Temax=121.2 N·m；
2.6 齒輪參數(shù)
1．模數(shù)的選擇：抵擋選大模，高擋選小模
變速器用齒輪模數(shù)范圍大致如下：微型和普通級(jí)轎車為2.25~2.75，故取2.5mm。
嚙合器和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開(kāi)線齒形。其取用范圍是：轎車和輕，中型貨車為2.0～3.5mm.故取2.5mm。
2．壓力角α
對(duì)于轎車，為加大重合度以降低噪聲。應(yīng)取用14.5?、15?、16?、16.5?等小些的壓力角。實(shí)際上因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為26?所以變速器齒輪普通采用的壓力向?yàn)?0?嚙合套或同步器的接合齒壓力角有20?、25?、30?等但普通采用30?壓力角。
3．齒寬b
通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來(lái)選定齒寬。
直齒：b=kcm，kc齒寬系數(shù)，取為4.5~8.0，取6.0。
4．齒輪變位系數(shù)的選擇原則
當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)或高度變位時(shí)，則對(duì)齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。
對(duì)于高擋齒輪，其主要損壞形式是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)保證最大接觸強(qiáng)度和抗
膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大些，這樣兩齒輪的齒廓漸開(kāi)線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。
對(duì)于低擋齒輪，由于小齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象。為提高小齒輪的抗彎強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)選擇大，小齒輪的變位系數(shù)，此時(shí)，小齒輪的變位系數(shù)大于零。
由于工作需要，有時(shí)齒輪齒數(shù)取得少會(huì)造成輪齒根切，這不僅削弱了輪齒的抗彎強(qiáng)度，而且使重合度減小。此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行正變位，以消除根切現(xiàn)象。
2.7 各擋齒輪齒數(shù)的分配
1．確定一擋傳動(dòng)比，聯(lián)立下列公式有：
i1=Z2Z7/Z1Z8
轎車一擋傳動(dòng)比i1=3.5~3.8，取3.5。
Zn=2A/m (直齒) Z8=15-17，取16。 Zn=2A/m=2×68.82/2.5=55.1，整取55。
所以Zn=Zn-Z8=55-16=39。
2．對(duì)中心距A進(jìn)行修正
因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和ZN后經(jīng)過(guò)取整數(shù)，使中心距有了變化，就以應(yīng)根據(jù)取定的ZN和齒數(shù)變位，系數(shù)就計(jì)算中心距A，故修正后的中心距A取69mm。
3．確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒數(shù)
由式（2—1）可求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比 Zn/Z1=i1·Z8/Z7=3.5×16/39=1.4，而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一擋齒輪的中心距相等，即
A=m(Z1+Z2)/2=2.5×(Z1+Z2)/2
解方程式求出Z1，Z2得Z1=23.0，Z2=32.2，故取Z1=23，Z2=33。
驗(yàn)證傳動(dòng)比i1=Z2Z7/Z1Z8=33×39/23×16=3.5 (合格)。
4．確定其它各擋的齒數(shù)
二擋齒輪直齒輪，模數(shù)與一擋齒輪相同。得：
i2=Z2×Z5/Z1×Z6
A=m(Z5+Z6)/2
聯(lián)立兩式求出Z5，Z6得Z5=33.1，Z6=21.8，故取Z5=33，Z6=22。
驗(yàn)證中心距：
A=(合適)
三擋齒輪是直齒輪，模數(shù)取2.6（高擋位）。
i3=Z2Z3/Z1Z4 Z3/Z4=1.37×23/33=0.95
A=m(Z3+Z4)/2 Z3+Z4=2A/m=2×69/2.6=53.1
聯(lián)立兩式求出Z3，Z4得Z3=25.9，Z4=27.2，故Z3=26，Z4=27。
5．確定倒擋齒輪齒數(shù)
倒擋齒輪選用的模數(shù)與一擋相同，倒擋齒輪Z10的齒數(shù)一般在21~23之間，取22，初選Z10后，可以計(jì)算出二軸與倒擋軸的中心距A’
A’= 故取48mm
為了保證倒擋齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，齒輪8和齒輪9的齒頂圓之間保持0.5mm以上的間隙，則齒輪9的齒頂圓直徑De9應(yīng)為54：
De9=2A’- De8-1=65
De8=m·Z8=40
A’=
求出Z9=18。
確定各擋齒輪的基本參數(shù)(單位：mm)
d1=m·Z1=2.5×23=57.5；
d2=m·Z2=2.5×33=82.5；
d3=m·Z3=67.6；
d4=m·Z4=70.2；
d5=m·Z5=82.5；
d6=m·Z6=55；
d7=m·Z7=97.5；
d8=m·Z8=40；
d9=m·Z9=40；
d10=m·Z10=55；
ha1= ha*·m=2.5×1=2.5；
hf1= (ha*+c*)m=1.25×2.5=3.125；
h1= ha1+ hf1=2.5+3.125=5.625；
ha2= ha·m=2.6×1=2.6；
hf2=(ha*+c*)m=1.25×2.6=3.25；
h2= ha2+ hf2=2.6+3.25=5.85；
d a1=d1+2 ha1=62.5；
d f1= d1-2 hf1=50.25；
d a2=d 2+2 ha1=87.5；
df2=d2-2 hf1=75.25；
da3= d3+2 ha2=72.8；
df3= d3-2 hf2=61.1；
da4= d4+2 ha2=75.7；
df4= d4-2 hf2=63.95；
da5= d5+2 ha1=87.5；
df5= d5-2 hf1=76.25；
da6= d6+2 ha1=60；
df6= d6-2 hf1=48.75；
da7= d7+2 ha1=102.5；
df7= d7-2 hf1=91.25；
da8= d8+2 ha1=45；
df8= d8-2 hf1=33.75；
da9= d9+2 ha1=45；
df9= d9-2 hf1=45；
da10= d10+2 ha1=60；
df10= d10-2 hf1=48.75；
齒距P1=m1=3.14×2.5=7.85；
P2=m2=3.14×2.6=8.16；
齒厚S1=m1/2=3.925；
S2=m2/2=4.08；
齒槽寬 e1=m1/2=3.925；
e2=m2/2=4.08；
頂隙 C1=C·m1=0.25×2.5=0.625；
C2= C·m2=0.25×2.6=0.65；
齒寬 b=Kcm=15；
2.8 輪齒強(qiáng)度計(jì)算
汽車變速器齒輪用低碳合金鋼制作，采用剃齒或磨齒精加工，齒輪表面采用淬火熱處理工藝，齒輪精度為JB179—83。6級(jí)和7級(jí)。
1.輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算
a：直齒輪彎曲應(yīng)力w
w7= (2-7)
式中 w—彎曲應(yīng)力（）；
F1—圓周力（N）,F1=2Tg/A；
Tg—計(jì)算載荷（Nmm）；
d—節(jié)圓直徑mm；
—應(yīng)力集中系數(shù)，近似取=1.65；
—摩擦力影響系數(shù)，主=1.1，從=0.9；
b—齒寬，b=kcm，kc—6.0；
t—端面齒距，t=m；
m—摸數(shù)；
y—齒形系數(shù)；
（合格）
（合格）
（合格）
經(jīng)過(guò)計(jì)算其他各齒輪彎曲應(yīng)力w均小于，故合格。
b：輪齒接觸應(yīng)力計(jì)算
式中 —輪齒的接觸應(yīng)力（）；
F—齒面的法向力（N），F(xiàn)=F1/cos；
E—彈性摸數(shù)；
，—主，從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm）；
直齒
=rZsin b=rbsin
sin=0.34 cos=0.94
b—齒輪接觸的實(shí)際寬度；
=1057.54N/mm2<1900 N/mm2
=1659.2 N/mm2<1900 N/mm2
=1881.2 N/mm2<1900 N/mm2
=1558.4 N/mm2<1900 N/mm2
經(jīng)過(guò)計(jì)算，其他各齒輪的接觸應(yīng)力均小于1400 N/mm2，故合適。
2.9 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
兩軸式變速器的第二軸中部軸徑d=0.45×69=31.05。可以取32mm。
軸的最大直徑d和支承間距離的比值，對(duì)中間軸d/L=0.16~0.18，36/L=211.7
對(duì)第二軸：d/L=0.18~0.21，36/L=0.2，L=185。
第一軸花鍵部分直徑d(mm)可按下式初選：
取16
第一，二軸選用軸承為深溝球軸承6206。故第一軸支承部分，第二軸的支承部分和的軸徑為30mm。第二軸一二擋軸徑36mm，三四擋軸徑30mm。
2.10 軸的強(qiáng)度計(jì)算
初步確定軸的尺寸以后，可以對(duì)軸進(jìn)行剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算，欲求中間軸式變速器第一軸的支點(diǎn)后作用力，必須先求出第二軸的支點(diǎn)及力。
軸的撓度和轉(zhuǎn)角可按《材料力學(xué)》有關(guān)公式計(jì)算，計(jì)算時(shí)僅計(jì)算齒輪所在位置處軸的撓度和轉(zhuǎn)角。第一軸常嚙合齒輪副，因距離支承點(diǎn)近，負(fù)荷又小，通常撓度不大，故可以不必計(jì)算。若軸的垂直面內(nèi)撓度為fc，在水平面內(nèi)撓度f(wàn)s和轉(zhuǎn)角為，則可分別用下列公式計(jì)算：
合格
合格
合格
式中 F1—齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）；
F2—齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）；
E—彈性摸量，E=2.1*105Mpa；
I—慣性矩，對(duì)于實(shí)心軸：I=；
D—軸的直徑，花鍵處按平均直徑計(jì)算；
a，b—齒輪上作用力矩支座A，B的距離；
L—支座間距離；
如果用fc和fs分別表示軸在垂直面和水平面的撓度，則軸的全撓度f(wàn)為：
軸在垂直面和水平面撓度的允許值為fc=0.05~0.10mm，fs=0.10~0.15mm。齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)0.002rad。與中間軸齒輪常嚙合的第二軸上的齒輪，常通過(guò)青銅襯套或滾針軸承裝在軸上，也有省去襯套或滾針軸承直接裝在軸上，這就能夠增大軸的直徑，因而使軸的剛度增加。作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力FC和FS之后，計(jì)算相應(yīng)的彎矩Mc，MS。軸在轉(zhuǎn)矩Tn和彎矩同時(shí)作用下，其應(yīng)力為：
合格
式中 M=；
d—軸的直徑(mm)，花鍵處取內(nèi)徑；
W—抗彎截面系數(shù)；
在抵擋工作時(shí)，；
變速器的軸用與齒輪相同的材料制造。
2.11 同步器的選擇
同步器是在接合套換擋機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，除有接合套、花鍵轂、對(duì)應(yīng)齒輪上的接合齒圈外，還增設(shè)了使接合套與對(duì)應(yīng)接合齒圈的圓周速度達(dá)到并保持一致（同步）的機(jī)構(gòu)，以及阻止二者在達(dá)到同步之前接合以防止沖擊的結(jié)構(gòu)。
同步器有常壓式、慣性式、自行增力式等種類，目前廣泛采用的是慣性式同步器。
（1）類型
a：鎖環(huán)式慣性同步器
b：鎖銷式慣性同步器
c：滑塊式同步器
本次設(shè)計(jì)采用鎖銷式慣性同步器。
3 變速器的操縱機(jī)構(gòu)
變速器的操縱機(jī)構(gòu)用來(lái)保證駕駛員能隨時(shí)撥動(dòng)齒輪進(jìn)行換擋，或使之從工作擋退到空擋。其主要部分位于變速器蓋內(nèi)，包括換擋機(jī)構(gòu)，鎖定機(jī)構(gòu)，互鎖機(jī)構(gòu)。操縱機(jī)構(gòu)如圖3-1所示。
圖3-1 操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
Fig.3-1 The diagram of joyswitch configuration
1．換擋機(jī)構(gòu)
(1)功用
a：用來(lái)改變滑動(dòng)齒輪的位置，使其與相應(yīng)的齒輪嚙合或脫開(kāi)嚙合，以得到所需排擋或空擋。
b：撥動(dòng)滑動(dòng)齒輪時(shí)省力。
(2)結(jié)構(gòu)：汽車上大都采用球支座式換擋機(jī)構(gòu)，包括變速桿、壓緊(或支承)彈簧、滑桿(撥叉軸)、撥叉等。變速桿用球頭鉸鏈安裝在變速桿座上(通過(guò)彈簧和碗蓋吊裝，彈簧力的方向可以是向上的，也可以是向下的)，可前、后、左、右擺動(dòng)。當(dāng)用彎桿時(shí)，應(yīng)用止動(dòng)銷防止桿繞垂直軸線自行轉(zhuǎn)動(dòng)，但不應(yīng)妨礙擺動(dòng)。變速桿下端置于滑桿前端凹槽內(nèi)，扳動(dòng)上端時(shí)，下端可撥動(dòng)滑桿，滑桿上用螺釘固定著撥叉，撥叉卡在滑動(dòng)齒輪的撥叉環(huán)槽中。這樣，撥動(dòng)變速桿就可通過(guò)撥叉使滑動(dòng)齒輪移動(dòng)。
變速桿在不同擋位的位置由鎖定機(jī)構(gòu)和互鎖機(jī)構(gòu)確定。
2．鎖定機(jī)構(gòu)
撥叉軸一般有三個(gè)位置：居中為空擋，向前向后各掛一個(gè)擋。為了保證變速器內(nèi)各滑動(dòng)齒輪處于正確的工作位置或空擋位置，工作時(shí)掛擋齒輪全齒長(zhǎng)嚙合，空擋時(shí)完全脫離嚙合，并且在振動(dòng)等原因下，保證不會(huì)因輕微軸向力自動(dòng)掛擋、脫擋，應(yīng)將滑桿軸向定位。如圖3-2所示。
圖3-2 鎖定機(jī)構(gòu)圖
Fig.3-2 The diagram of lock configuration
a.彈簧定位銷式：它在滑桿上沿軸向開(kāi)有三個(gè)V形槽，與具有錐頂?shù)逆i銷相嵌合。它鎖定可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。錐銷頂角。越大，錐銷愈易頂起，a遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于摩擦角，一 般2a＝90°～120°，壓銷彈簧的彈力F＝70°～160N。
b.彈簧鋼球式：它在滑桿上沿軸向開(kāi)有三個(gè)半球形槽，鋼球在彈簧壓力下嵌于某 一半球槽中，從而起定位作用，鎖定了撥叉軸的位置。此鎖定形式磨損少、輕便，但磨損后鎖定效果下降，為此R球大于R坑。以防止磨損后不可靠。
圖3-3 互鎖機(jī)構(gòu)
Fig.3-3 The diagram of mutual locked
換擋時(shí)變速桿上的軸向操縱力足夠時(shí)，克服彈簧壓力，將銷(或球)頂起(壓下)，撥叉軸才能移動(dòng)，直至嵌入相鄰的凹坑為止。
3．互鎖機(jī)構(gòu)
防止同時(shí)掛上兩個(gè)擋而使運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉、亂擋，使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或損壞零件，為此在移動(dòng)某撥叉軸時(shí)，自動(dòng)鎖止其它所有撥叉軸?；ユi機(jī)構(gòu)多采用互鎖銷式。
a.互鎖銷式：兩根撥叉軸間有一桿狀豆形互鎖銷(兩端半球頭)，每個(gè)撥叉軸側(cè)面開(kāi)有鎖槽。空擋位置時(shí)，兩個(gè)鎖槽相對(duì)：互鎖銷長(zhǎng)度等于兩撥叉軸槽底間距離減去一根撥叉軸槽深，使換擋時(shí)兩根滑桿不能同時(shí)離開(kāi)中立位置，而只允許一根滑桿移動(dòng)。
b.鋼球互鎖銷式：用兩個(gè)鋼球代替互鎖銷。
c.彈簧空心互鎖銷式：此空心互鎖銷長(zhǎng)2a＝c+b。
4 結(jié)論
通過(guò)這次對(duì)轎車變速器的設(shè)計(jì)，不僅使我鞏固了大學(xué)四年以來(lái)所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，也對(duì)轎車變速器設(shè)計(jì)有了一個(gè)初步的了解。同時(shí)也對(duì)轎車變速器在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用得到了一定程度的掌握。
由于時(shí)間倉(cāng)促，本設(shè)計(jì)還有很多可以改進(jìn)的地方，例如，變速器可以用三軸式，三軸式主要用于重型或重型載重汽車，而二軸式主要用于輕型車，所占體積比較小，本次設(shè)計(jì)采用發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)兩軸式變速器，其特點(diǎn)是高擋同步器布置在輸入軸上而低擋同步器布置在輸出軸上，為提高軸的剛度，增加了中間支承；同步器有鎖環(huán)式同步器、鎖銷式慣性同步器和滑塊式同步器，根據(jù)不同的需求，本次設(shè)計(jì)采用了鎖銷式慣性同步器。變速器分為自動(dòng)式和機(jī)械式，本次設(shè)計(jì)采用了機(jī)械式變速器。
由于本人知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)中難免存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。
致謝
值此成文之際，首先我要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師冷岳峰教授半年年來(lái)對(duì)我的精心指導(dǎo)。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、兢兢業(yè)業(yè)的工作精神和求精、求實(shí)的科學(xué)研究理念將對(duì)我以后獨(dú)立從事科學(xué)研究產(chǎn)生深刻的影響。在我學(xué)習(xí)和做研究的過(guò)程中，每當(dāng)遇到困惑和疑難時(shí)，在我仿徨、不知所措時(shí)，冷老師總能及時(shí)查明學(xué)生心態(tài)、幫助我克服學(xué)習(xí)和生活中的困難，給予我充分信任、鼓勵(lì)和支持，并為我提供十分寶貴的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。其辛勞和對(duì)學(xué)生的良苦栽培無(wú)以言表。論文定稿之前的細(xì)致修改無(wú)不銘刻著老師為人師表和嘔心瀝血的烙印，而這種治學(xué)精神將成為學(xué)生終身受用不盡、用之不竭的寶貴財(cái)富。謹(jǐn)向老師致以深深的敬意和最誠(chéng)摯的謝意。
最后，感謝那些默默地關(guān)心和支持我而在此無(wú)法一一提及的師長(zhǎng)、同學(xué)。
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