1、哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 1 -本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 奔驰 C180K 变速箱的优化设计 班 级 车辆二班 姓 名 院（系） 汽车工程学院 导 师 开题时间 2013 年 12 月 20 日 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 2 -1课题研究的目的和意义汽车在不同使用场合有不同的要求，采用往复活塞式内燃机为动力的汽车，其在实际工况下所要求的性能与发动机的动力性、经济性之间存在着较大的矛盾。例如，受到载运量、道路坡度、路面质量、交通状况等条件的影响，汽车所需的牵引力和车速需要在较大范围内变化，以适应各种使用要求；此外，汽车还需要能倒向行驶，发
2、动机本身是不可能倒转的，只有靠变速箱的倒挡齿轮来实现。上述发动机牵引力、转速、转向与汽车牵引力、车速、行驶方向等之间的矛盾，单靠发动机本身是难以解决的，车用变速器应运而生，它与发动机匹配，通过多挡位切换，可以使驱动轮的扭矩增大到发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的几分之一。从现在市场上不同车型所配置的变速器来看，主要分为：手动变速器、自动变速器、手动/自动变速器、无级变速器。（1）手动变速器 手动机械式变速器采用齿轮组，每挡的齿轮组的齿数是固定的，所以各挡的变速比是定值，即所谓有级变速器。虽然这种变速器在操作时比较繁琐，驾驶工作强度大，但具有成本低、起速快、传递扭矩大等特点，
3、从目前市场实际需求和适用角度来看，手动变速器还不能被其它新型汽车变速器所完全替代。（2）自动变速器 自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。（3）手动/自动变速器 这种变速器可使高性能跑车不必受限于传统的自动挡束缚，让驾驶者也能享受手动换挡的乐趣。（4）无级变速器 无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换挡的突跳感觉。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。本次毕业设计选择奔驰 C180K 手动变速箱的优化设计作为毕业设计
4、题目。通过运用 CATIA 等三维设计软件对变速箱进行三维实体建模、强度分析、结构尺寸优化设计，此次毕业设计能够锻炼我们运用现代设计方法和设计软件进行汽车零部件设计的能力，理论联系实际，为将来的工作打下良好基础。2国内外研究现状变速器行业在历史浪潮的推动下不断向前。可以说，社会经济的发展成就了当今的中国变速器行业，反过来，变速器行业也折射出新中国成立以来我国经济建设的发展历程和辉煌成就。在手动变速器领域，国产品牌已占主导地位，为适应当前汽车节能、环保、舒适、廉价要求这一新趋势，更高的传动效率，哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 3 -更舒适的驾乘感觉，更小的体积和更加简易可靠的控制模
5、式应该成为当今新型变速器技术的追求目标。因为手动变速器技术成熟而且传动效率高，维修保养成本低。同时，它可以带给驾驶者充分的驾驶乐趣。另外，手动变速器它的燃油经济性决定了在未来发展中的重要地位。手动变速器的许多最近的发展集中在为降低成本和体积的新制造方法上。传统来说，变速器制造包含大量昂贵的机器，以及为机械加工和装配操作所需留出的空间限制的设计。最新的技术包括，如在最新的 FordGetra96 档变速器中可以看到的激光焊接冲压钢滑动齿轮选择器轴套。为替代前一代变速器的铸铁拨叉，这种精致而坚固的设计方案可以导致更少的对内部的损害。齿轮盘片的激光和摩擦焊接同时保证了所需机器设计空间的降低，这是一种
6、由雷诺公司在 5 档副轴圆型变速器设计中发明的技术，命名为 EMI，曾在 2000 年展出并因为它的简单和轻便仅 22 公斤却能提供 140Nm 的转矩而出名。另一方面，设计人员也在其齿轮提供转矩输出的设计上进行了认真的研究，提高了耐久性和低噪声水平。 从变速器的发展现状中我们可以看出，无论是自动变速器还是手动变速器，都存在着优点和某些不足，所以对于一款新设计出的变速器进行适当的优化是必不可少的。传统的汽车变速器设计是采用许多经验公式计算和测绘同类型变速器来初步确定其参数，这样设计出来的变速器盲目性比较大，常过于保守。减小体积和质量，提高传扭能力，是当前汽车变速器优化设计的主要目的，因为减小变
7、速器的体积和质量可减少制造费用，降低齿轮动载荷，提高齿轮寿命，使汽车的总体布置更为方便和灵活。当发动机选定时，就要求设计的变速器在规定的使用年限内保证其性能，而且要求变速器体积最小，节省材料，降低成本。如何达到此要求，如何合理地分配传动比，合理选择各档的模数、齿数、螺旋角、齿轮变位系数等，传统设计方法是根据经验类比、估算或试凑的方式初步确定这些参数，然后再进行刚度与强度等校核，若不合适，就对其中某参数进行修改，再进行重复计算，直到满意为止。这种设计方法在一定程度上伴随着主观性，而通过变速器专业软件的优化功能，可适当的消除这种盲目性和主观性。 目前汽车发达国家的汽车开发能力越来越依赖于汽车自动开
8、发设计软件。发达国家汽车开发能力的高低已不再用它拥有多少高级开发能力的人才和先进设备的多少来评价，而是用更重要的一个方面就是它是否拥有最先进的开发软件和数据库来评价。 当前对轿车设计中动力性与经济性要求日渐提高的情况下，对零部件的限制条件也越来越多，越来越复杂。传统的经验公式已经无法满足新型变速器设计的要求。而总结新的经验公式又需要丰富的设计经验与知识，是一个长期的过程。当今科技日新月异，轿车生产的手段方法与目标也不断在改变。大量使用的经验公式已不具备长期生存实用的必要性和可能性。 采用前置后驱形式的轿车一直被认为是极具驾驶乐趣的车型。目前国内采哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 4
9、 -用这种驱动布置的主要有华晨宝马、丰田锐志、皇冠等少数车型。以宝马为例，除其中某几款四驱车型以外，其余车型均采用前置后驱的形式。在这种布置中，发动机的位置通常较前置前驱车型靠后，甚至直接位于前轴之上，同时发动机采用纵置布置，这就使得变速器要采用三轴形式，变速器距离驾驶员位置较近，从而简化了操纵机构的复杂程度。而前置后驱的布置，使得宝马汽车的前后轴荷可以达到完美的 1:1。采用性能优异的手动变速器，更能增加汽车的操控性与驾驶乐趣；而增加变速器的挡数，又能够改善汽车的动力性、燃油经济性和平均车速，因此目前宝马汽车的手动变速器均采用六挡形式。综上所述，不仅从变速箱本身的特点，还是设计手段与方法的整
10、个趋势来看，将先进的设计方法引入变速箱的设计是及其必要的。其优点不仅仅在于得到一个能使性能达到较高水平的设计方案，而且由于知识工程和专家系统的引入，使得其更具有可扩展性。它可以直接将一个复杂的要求引入到设计过程中，能在不改变或较少改变设计系统的情况下，进行进一步设计和检验其合理性。而在传统设计方法中，要做到这样是很困难的，因为改变设计系统和过程将是一个复杂的工作。 3. 本课题的研究内容及技术方案本论文主要参考同类变速器设计研究方法，结合变速箱设计的实际情况，对手动变速器的结构、工作原理及工作过程进行一定的研究。主要研究内容如下：（1）确定汽车手动变速器的设计方案本文选择奔驰 C180K 手动
11、五档变速器做为研究对象，设计方案包括齿轮和轴的总布置形式、换档操纵机构及档位布置形式、倒档布置形式等。变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。（2）变速器基本参数计算根据所配发动机的基本参数以及考虑到整车动力性和经济性要求的传动比，设计计算出变速器主要零件的相关参数。（3）主要零件强度校核完成齿轮、轴和轴承等主要零件的强度分析及校核。（4）利用 CATIA 完成变速箱的结构设计。利用 CATIA 软件可以对变速器进行从具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部设计流程。（5）基于 M
12、ATLAB 对变速器的结构进行优化。MATLAB 的优化工具箱是现代优化设计中的一个很方便的软件，在选定哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 5 -发动机后，要求设计的变速器在规定的使用年限内保证其性能，而且要求变速器体积小，节省材料，降低成本。那么就应当合理选择各档的模数、齿数、螺旋角等。在设计中通过 MATLAB 的优化程序，合理选择这些参数，达到预期目的。4. 本设计的特色（1）本次毕业设计选择前置后驱式轿车的三轴式变速器进行设计，设计内容包括轴、齿轮、同步器及操纵机构等。（2）变速箱的设计应用 CATIA 的软件进行建模，分析。脱离纸质图纸，缩减了设计所需的工作量。（3）运用
13、MATLAB 软件进行变速器的结构优化，基于 K-T 方程形成了非线性规划算法，为变速器的优化提供了更方便、快捷的途径。5. 进度安排第 1-3 周： 搜集资料，撰写开题报告。第 4-15 周： 学习相关软件和设计方法，用设计软件进行变速箱的设计，给出设计结果第 16-17 周： 撰写论文。第 18 周： 准备答辩。6. 参考文献1 余乐：某型汽车变速器设计研究 湖南大学工程硕士学位论文 2011.5.102 蔡炳炎：机械式汽车变速器速比优化设计及扭转振动分析 武汉理工大学工程硕士学位论文 2005.53 蒋春明：汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计 南京航空航天大学硕士学位论文 2007.14 董炳武：汽车变速器的优化设计 福州大学学报 1997.25（5）5 傅灵玲：机械式汽车变速器的结构分析与优化 广西大学硕士学位论文 2009.2 开题报告检查组意见：哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 6 -组长（签字）：年 月 日
