宇通ZK6579校车变速器设计毕业论文

2020-02-17 11:11:09

摘要

本文致力于设计出一款符合校车安全性和功能性需求的自动变速器。在充分考虑了现代自动变速器的特点，并结合校车对安全性的特殊要求的基础上，进行了自动变速器中的行星齿轮机构的设计和建模。文章首先对国内外自动变速器的发展现状进行了了解，然后根据宇通校车的技术参数，对该款车型的传动比进行了计算，并在此基础上采用了拉维娜式行星齿轮机构与单排行星齿轮机构相结合的方式，设计了5挡自动变速器的传动方案，同时对行星齿轮机构的工作原理进行了阐述，并完成了单排和拉维娜式行星齿轮机构的参数计算和强度校核，讨论了自动变速器中行星架的设计和滚动轴承的选取原则。最后应用solidworks和CAD软件对自动变速器进行了建模和图纸的绘制。

关键词：AT、自动变速器、拉维娜式行星齿轮、齿轮设计

Abstract

This article is dedicated to designing an automatic transmission that meets the safety and functional requirements of school buses. Based on the characteristics of the modern automatic transmission and the special requirements of the school bus for safety, the design and modeling of the planetary gear mechanism in the automatic transmission were carried out. The article firstly understands the development status of automatic transmissions at home and abroad, and then calculates the transmission ratio of the model according to the technical parameters of Yutong school bus. Based on this, the Lavina planetary gear mechanism and single row are adopted. The planetary gear mechanism is combined to design the transmission scheme of the 5-speed automatic transmission. At the same time, the working principle of the planetary gear mechanism is explained, and the parameter calculation and strength check of the single-row and Lavina planetary gear mechanism are completed. The design of the carrier in the automatic transmission and the selection principle of the rolling bearing are discussed. Finally, used Solidworks CAD software to model the automatic transmission and draw the drawings.

Key Words：AT； automatic transmission； Lavina planetary gear；gear design

摘要……………………………………………………………………………………………I

Abstract……………………………………………………………………………………… II

第1章绪论 1

1.1 国内外发展历史及现状 1

1.2研究的内容和方法 2

1.2.1 研究内容 2

1.2.2研究方法 3

第2章自动变速器传动方案设计 4

2.1行星齿轮的传动原理 5

2.1.1单排行星齿轮机构机构 5

2.1.2拉维娜行星齿轮机构 7

2.2传动方案设计 10

2.2.2档位工作传动路线分析 10

第3章自动变速器齿轮的设计和分析 13

3.1 传动参数设计 13

3.1.1各挡传动比计算 13

3.1.2一档传动比计算 13

3.1.1 各挡传动比公式计算推导 15

3.2齿轮设计 17

3.2.3 单排行星齿轮传动的主要设计参数计算 17

3.2.3 拉维娜式行星齿轮传动的主要设计参数计算 20

第四章轴和行星架的选择和设计 24

4.1输入轴的直径的选择计算 24

4.1.1轴的工艺要求和材料选择 24

4.1.2、轴径的初步估算 24

4.1.3、轴结构的设计 25

4.1.4 轴的强度校核 25

4.2行星轮的结构设计与滚动轴承的选择 27

4.2.1行星架的结构 27

4.2.2行星轮支承轴承的选择 28

第五章展望与总结 30

参考文献 31

致谢 32

第1章绪论

校车作为一种特殊的客车，其整车的设计和零部件的研发始终备受关注，因为校车搭载的是一群特殊的群体——学生，这使得校车的设计过程中，需要更多的关注安全方面。校车的质量映射出的是一个国家对教育和生命的态度。随着我国生活条件的改善和对教育重视程度的提高，办学机构对校车质量和数量的需求与日俱增，而国内现有的校车在安全性、能源消耗和舒适性等方面与国外成熟的校车体系差距较大，根据调查显示，中国校车的交通事故常见于道路工况复杂崎岖、路面状况不平的农村地区。因为校车的零件配备等原因，校车的安全性无法得到充分保障。在汽车的操纵方面，手动挡离合器又需要驾驶员手动操纵车辆，路况的复杂要求驾驶员频繁的换挡，所以对方向盘的控制就被转移，注意力无法集中在前方的路况，如果此时发生了突发状况，就很容易造成事故的发生。因此迫切的需要一种解决方案来避免这种事故的发生。

变速器是实现不同速度行驶，倒车、中断动力传递和空挡，保证车辆行驶的顺畅和安全的关键机构。为追求校车的安全性，提高校车的道路适应性，必须开发新型校车变速器。本文拟以宇通ZK6579校车为模型，进行校车专属的自动变速器设计。

1.1 国内外发展历史及现状

变速器的诞生是在1889年，法国标致研发制造出了世界上首个手动挡变速箱，奠定了汽车中变速箱是不可缺少的一部分。在1908年，世界上第一台2速自动变速器被亨利福特装备在了他的T型车上。成熟的自动变速箱是诞生在1940年，由美国通用汽车制造生产的Hydra—Matic，它是由行星齿轮机构组成，一共具有三个行星排，实现了四个前进挡和一个倒挡。

与手动挡（MT）变速器不同，汽车上目前主流的自动变速器可分为以下几种类型：一种是由液力变矩器和行星齿轮机构的组成的液压自动变速器(Automatic Transmission)，简称 AT；一种是在原有的手动变速器上加上自动换挡机构而成的自动变速器(Automatic Manual Transmission)，简称AMT、一种是采用传动带与工作直接可以按需变化的主、从动轮相互配合来传递动力的无级变速器(Continuously Variable Transmission)，简称 CVT、一种是集手动与自动变速器为一体的双离合变速器 (Dual Clutch Transmission)，简称DCT。其中历史最为悠久的自动变速器要属液力自动变速器了，因为其相比其他变速器，它的结构较为紧凑，换挡过程平顺，驾驶舒适性较好，对传动系统的有一定的保护功能。

世界上最先将行星齿轮机构应用到变速器中的是欧美国家，此后随着欧美国家工业的发展和汽车行业的发展，自动变速器不断的更新换代，截止到目前，自动变速器在欧美等国家车辆市场上占比70%至80%，其中在美国AT占比80%，在日本CVT占比50%，在欧洲DCT占比16%。自动变速器的发展史可追溯到1906 年，戴尔发明了世界上第一款基于行星齿轮机构的两档变速器；1907年Ford批量生产装有2档行星齿轮变速器的T型车^[1]；液力变矩器的技术出现是在1925 年，当时Rieseler 设计研发了首个液力变矩器，并成功将其与行星齿轮相连，并应用在汽车上。进入二十一世纪后，随着生活水平的提高，轿车的普及，在很大程度上推动了自动变速器的发展。截止到2017本田量产10AT正式推出并搭载在其旗下奥德赛和新一代雅阁等车辆上。^[2]本田的这款10挡自动变速器是世界上第一台实现了横置的AT，这无疑又是自动变速器历史上的一个里程碑。

不同于国外，我国的汽车行业发展起步阶段就一定程度上落后于国外，其中关于自动变速器的研究和起步更是缓慢，在上世纪90年代的后期，我国的国产车辆才开始安应用配置自动变速器，不过大多数自动变速器我们是没有自主研发知识产权的，在很长的一段时间内，国内乘用车的自动变速器的主要零件都是依赖从国外进口。令人沮丧的是，从起步开始，经过二十年的钻研，我国的自动变速器大部分还是停留在样机的阶段，无法实现量产，更别说实现产业化生产了，但是因为汽车行业的更新，自动变速器已经成为未来汽车变速器的趋势之一，而截止到2017年我国大部分AT主要是外资企业和合资企业以技术许可的形式对国外开发的成熟产品进行本土生产，本土企业不拥有知识产权^[3]。根据中国汽车工业协会的报告统计数据表明，其中80%的国产自动挡乘用车上装配的都是来自其他国家的进口自动变速器，剩下的20%也并非出自国产，而是来自外资控股的合资企业，汽车自动变速器已经成为制约我国汽车工业发展的瓶颈，因此加速我国汽车自动变速器研发及产业化进程，已经成为中国汽车产业的当务之急。

1.2研究的内容和方法

以宇通校车ZK6579为车辆模型进行校车专用自动变速器设计

1.2.1 研究内容

（1）了解自动变速器的特点、分类、国内外技术现状与发展趋势，结合我国校车的特有情况选定适合的自动变速器类型

（2）对自动变速器结构、工作原理和特性进行介绍，阐述液力变矩器的设计原理和行星齿轮排的设计原理

（3）以所选定的宇通ZK6579校车的实际工况出发，运用液力自动变速系统的基本原理对液力自动变速器的液力变矩器与发动机合理匹配的方法和联合输出特性进行设计。

（4）进行变速器档位数设计，完成对自动变速器行星传动方案的设计，完成对自动变速器行星传动齿轮和轴承参数设计，得到行星传动结构，运用三维设计软件建立自动变速器行星传动的三维模型

1.2.2研究方法

根据上一小节对自动变速器的分类不难发现，我国的汽车上大多装配的是液力自动变速器，这是由我国的地域特色，消费者的驾驶习惯，和国家对变速器的指标要求所决定的，因此综合考虑各种类型自动变速器的设计成本和制作成本后，本文拟采用设计液压控制式自动变速器作为宇通校车的自动变速器，通过查阅相关文献可以了解到，AT的组成结构可以大致分为：液力变矩器（变矩作用）、行星齿轮机构（变速作用）、液压自动控制机构（离合器、制动器）。本文首先进行了自动变速整体传动方案的布局设计，设计出了能够进行5档变速的行星齿轮传动方案，其中包含一个单排行星齿轮机构和一个拉维娜式行星齿轮机构。

然后结合宇通校车的传动变速要求，运用汽车理论等相关知识对宇通校车的各挡传动比进行了设计，然后根据行星齿轮的变速传动原理，初选了行星齿轮三个基本轮的齿数，进行了材料的选择、模数的计算，应用械设计原理等相关知识对单排行星齿轮机构和拉维娜式行星齿轮机构分别进行了整体结构尺寸、齿轮参数、齿轮强度的选取和计算。

在齿轮的基础上又进行了行星架和传动轴的相关设计，选取了合适的滚动轴承作为支撑，并对以上设计内容，在SolidWorks中进行了三维建模和实体装配工作，利用CAD将三维模型转化为二维图纸。

第2章自动变速器传动方案设计

在设计传动方案时需要考虑到自动变速器整体的布置，因此需要首先对自动变速器的整体布置进行选取。根据发动机布置的不同，汽车变速器的布置方式也不尽相同，

有后轮驱动和前轮驱动变速器之分，他们在整理的布置和结构上有着极大的区别。

前轮驱动的AT，驱动桥和AT相连，在生产过程中往往作为一个整体，其根据发动机布置：横置与纵置的不同，前轮驱动AT也略有差别，发动机前置横置时，要求前轮AT有较小的横向尺寸和轴向尺寸，根据这个要求，在设计研发过程中，常常设计输入轴和输出轴的轴线不在同一平行平面内，将输出轴布置在输入轴的下方，这种方法尽管增加了AT的整体高度，但可以有效的缩短AT总体的轴向尺寸，此外AT的上方或者侧面放置液压控制系统中的阀体总成。AT 发动起前置纵置时，AT与驱动桥直接相连为一个整体。