轿车变速器与主减速器一体设计研究
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图1.1 5T15C变速箱结构图
1.
1.2.1变速器的作用
轿车作为一种常用的交通工具，已在现代社会中占了举足轻重的地位，而变速器是汽车传动系统中最重要的部分之一，汽车前进、后退、增速、减速都要靠变速器传动来实现。而且变速器在汽车的动力性和燃油经济性上也有很重要的影响。
1.2.2变速器类型
(1)手动变速器（Manual Transmission，MT)
图1.3CVT变速箱钢带结构图
(5)新一代电控式机械式变速器（Dual Clutch Transmission，DCT）
手动变速器是欧洲轿车市场的标准配置，国内经济型轿车占有80%以上的市场份额[2]。手动变速器是驾驶员通过控制换挡手柄和离合器实现换挡，有操作乐趣、燃油经济性、起步及爬坡动力性、加速性好等优点，是有驾驶经验驾驶员的首选。
(2)自动变速器（Automatic Transmission，AT）
随着电子计算机的快速发展，人们开始使用微电子技术来控制油耗，主要有发动机电控技术，无级变速器系统的应用等[3]。到20世纪80年代以后，我国才开始起步对汽车动力系统的最优化匹配进行研究，国内高校和汽车企业对这方面做了较多的研究[4]。主要集中在传动系数学模型建立和动力参数优化等方面。但是，汽车的动力性与燃油经济性二者往往是相冲突的，所以，做优化的时候要获得二者的综合优化方案。在建立动力性目标函数时，国内常用的是原地起步连续换挡加速时间、驱动功率损失率等;经济性目标函数常用多工况百公里燃油消耗量和有效利用率等[5]。
随着4A9系列发动机在航天三菱的国产，国内很多汽车厂家（如一汽海马、东南汽车、华晨汽车、北汽等）开始使用此发动机，但与之匹配的变速器需要从德国Getrag公司进口，进口价格敖贵，高达6000元以上，进口变速器无法满足国内自主品牌汽车市场的需求。基于以上情况调研，株齿公司测绘Getrag公司452MT变速器接口尺寸及外形结构，成功开发了5T15C变速器（见图1.1），先后应用于一汽海马、东南汽车、东风柳汽、华晨汽车、广汽中兴、广汽吉奥等厂家。
株洲齿轮有限责任公司（简称株齿公司）拥有国家认定企业技术中心和专业的变速器设计团队，并专注于齿轮行业近60年。本文在探讨变速器设计思路与方法的同时，以株齿5T15C变速器设计为实例，从整车经济性、动力性要求设计变速速比，并基于Romax、UG NX8.0等软件对齿轮、轴、壳体和同步器进行建模设计、有限元分析、强度校核及噪音优化，最后通过变速箱总成台架试验和整车耐久性试验进行验证。经理论与试验分析证实，此设计过程与方法是一种切实可行的方法。
作者签名：日期：年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
by
Liu Xianghuan
B.E.(HunanUniversityofArts and Science)2006
A thesis submitted in partial satisfaction of the
Requirements for the degree of
Master of Engineering
学校代号10532学号P10020039
分类号密级保密
工程硕士学位论文
轿车变速器与主减速器一体设计研究
学位申请人姓名刘百度文库环
培养单位机械与运载工程学院
导师姓名及职称周兵副教授唐川江高工
学科专业车辆工程
研究方向汽车动力学及控制
论文提交日期2014年5月23日
学校代号：10532
学号：P10020039
密级：保密
本学位论文属于
1．保密，在10年解密后适用本授权书。
2．不保密□。
(请在以上相应方框内打”√”)
作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
汽车制造业是国民经济的支柱产业。发动机与变速器的设计与制造是汽车制造业的基础，变速器与发动机及整车的匹配性能及技术的先进性是衡量一辆车的重要标志之一。目前掌握轿车变速器自主设计开发的企业及研究机构并不多，仍然依靠于国外技术。由于汽车的普及，迫切需要自主品牌企业研究、掌握变速器设计的核心技术。
自动变速器是美国轿车市场标准配置，通过变矩器保证平顺换挡。目前新车型常用的自动变速器为6AT，部分高级轿车开始使用8AT。AT是目前技术最成熟、市场占有率最高的自动变速器，AT变速器结构见图1.2。
图1.2 AT变速箱结构图
(3)电控机械式变速器（AMT）
电控机械式变速器是在手动变速器的基础上在选换挡机构上增加电控或液压装置实现自动换挡。AMT最早在1996年的BMW M3上推出，当时在欧洲得到了迅速的发展，但随着自动变速器技术的成熟与成本的降低，目前所占的市场份额很小，并在逐步萎缩。
in
Mechanical Engineering
in the
GraduateSchool
of
HunanUniversity
Supervisor
Professor Zhou Bing Senior Engineer Tang Chuan Jiang
June, 2014
湖 南 大 学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
湖南大学工程硕士学位论文
轿车变速器与主减速器一体设计研究
学位申请人姓名：刘祥环
导师姓名及职称：周兵副教授唐川江高工
培养单位：机械与运载工程学院
专业名称：车辆工程
论文提交日期：2014年5月23日
论文答辩日期：2014年9月18日
答辩委员会主席：龚金科教授
Designandresearchof car transmission and main reducer assembly
本文以东南汽车V5车型变速箱开发为例，介绍了5T15C变速器的开发过程。东南汽车V3菱悦在2008年11月份上市以来，累计销量达到20万辆，V5车型是在自主品牌V系列全新车型的研发上，东南汽车与股东方台湾中华汽车已启动联合开发工作，在自主品牌车型的整车设计、零件开发等方面分工合作、优势互补，有效降低开发成本。车身外形通过流线设计使其更富有时尚感，靓丽的颜色也较为引人注目。V5前脸设计的独特大型进气格栅显得颇具霸气，响应前部设计的车身后部同样通过紧凑的线条突出结实的质感。
(4)无级变速器（Constantly Variable Transmission，CVT）
无级变速器是通过两个可轴向移动的锥轮来改变通过锥轮的金属带或链条的传动比来实现无级变速。无级变速器早在1950年就在荷兰DAF小型车上应用，金属带（见图1.3）或链条制造技术是五级变速器的技术核心，由于其技术一直掌握在荷兰VD、德国Luk等少数公司的手中，荷兰VD公司制造的钢带占有世界90%以上的市场，奔驰、克莱斯勒、福特、菲亚特、多数日本制造商、变速器专家ZF全部使用荷兰VD提供的钢带。除了钢带、链条式CVT外，还有一种套筒式CVT，在压力的作用下，通过滚筒接触点的改变来改变速比，如日本精工（NSK）的半环形无级变速器（HalfToroidalCVT）。
第
1.1
随着我国汽车工业的迅猛发展，人们对汽车的需求也越来越高。通过对轿车变速器的设计，我了解到变速器在汽车性能中起着非常重要的作用，因此变速器的创新设计与制造对汽车行业的发展与进步具有深远的意义。
汽车变速器的任务是传递动力，并在动力的传递过程中改变传动比以调节或变换发动机的特性，同时通过变速来适应不同的驾驶要求。由于环境恶化、油价上涨等客观因素影响，使轿车对排放和油耗的要求越来越高，这些要求将在发动机、尾气处理系统和变速器上体现，其特点将是高效、清洁、操纵方便、低成本、低维护费用[1]。同时,因为世界轿车保有量增加，尤其是中国的轿车保有量暴增，驾车司机越来越年轻化，这对汽车行驶操纵安全性的要求也越来越高。
Key Words:Car transmission, Finite element analysis of UG, Gear analysis ofRomax,optimization designfor tooth profile modification,Synchronizer,Transmission test.
关键词：轿车变速器；UG有限元分析、Romax齿轮分析、齿形修形优化设计；同步器；变速器试验。
Automotive industryispillar industryofnational economy.The design and manufacture ofengine andtransmissionarethefoundationofautomotive industry. Transmission, engineandvehicleintegrationareone of the importantsigns of judgingacar. The research institutesand enterprises that master design and development of car transmissionarenottoo much andstill rely on foreign technology.Withthe popularization of automobiles, there is an urgent need tomasterthe core technologyof thetransmissiondesign by independent brand.
Zhuzhou Gear Co., Ltd.(ZZG)hasa state-level technology center,hasprofessional teamthatdesigntransmission,andhas focusedon the gear industryfornear60 years. The designidea and methodof transmission are studied in this article. Hereby,from the fuel economy, power demand design of transmission ratio, and based on Romax, UG NX8.0 and other software for synchronizer, gear, shaft and shell modeling design, finite element analysis, strength check and noise optimization, the design of ZZG’s 5T15C transmission is set as an example.Finally,through theverification ofbench testand vehicle durability test, the theoretical and experimental analyses showthatthe design processfor transmissionis a feasible method.
变速器与发动机的匹配做为动力总成非常关键，因此，变速器的设计与开发紧跟于发动机的更新换代。近年来，发动机的轻量化、高性能、低油耗、环保性能得到了快速发展，在这些性能方面表现非常好的发动机有航天三菱4A9系列（1.3L～1.6L）发动机，该发动机为戴姆勒、克莱斯勒、三菱公司联合开发，最先应用在欧洲、日本生产的三菱COLT车上，后来也用于奔驰公司的Smart车辆上。此发动机在国产前仅在德国戴姆勒-奔驰公司的MDC-POWER工厂生产。在国外与此发动机匹配的变速箱为德国Getrag公司的452MT及452AMT变速箱。
1.
1.2.1变速器的作用
轿车作为一种常用的交通工具，已在现代社会中占了举足轻重的地位，而变速器是汽车传动系统中最重要的部分之一，汽车前进、后退、增速、减速都要靠变速器传动来实现。而且变速器在汽车的动力性和燃油经济性上也有很重要的影响。
1.2.2变速器类型
(1)手动变速器（Manual Transmission，MT)
图1.3CVT变速箱钢带结构图
(5)新一代电控式机械式变速器（Dual Clutch Transmission，DCT）
手动变速器是欧洲轿车市场的标准配置，国内经济型轿车占有80%以上的市场份额[2]。手动变速器是驾驶员通过控制换挡手柄和离合器实现换挡，有操作乐趣、燃油经济性、起步及爬坡动力性、加速性好等优点，是有驾驶经验驾驶员的首选。
(2)自动变速器（Automatic Transmission，AT）
随着电子计算机的快速发展，人们开始使用微电子技术来控制油耗，主要有发动机电控技术，无级变速器系统的应用等[3]。到20世纪80年代以后，我国才开始起步对汽车动力系统的最优化匹配进行研究，国内高校和汽车企业对这方面做了较多的研究[4]。主要集中在传动系数学模型建立和动力参数优化等方面。但是，汽车的动力性与燃油经济性二者往往是相冲突的，所以，做优化的时候要获得二者的综合优化方案。在建立动力性目标函数时，国内常用的是原地起步连续换挡加速时间、驱动功率损失率等;经济性目标函数常用多工况百公里燃油消耗量和有效利用率等[5]。
随着4A9系列发动机在航天三菱的国产，国内很多汽车厂家（如一汽海马、东南汽车、华晨汽车、北汽等）开始使用此发动机，但与之匹配的变速器需要从德国Getrag公司进口，进口价格敖贵，高达6000元以上，进口变速器无法满足国内自主品牌汽车市场的需求。基于以上情况调研，株齿公司测绘Getrag公司452MT变速器接口尺寸及外形结构，成功开发了5T15C变速器（见图1.1），先后应用于一汽海马、东南汽车、东风柳汽、华晨汽车、广汽中兴、广汽吉奥等厂家。
株洲齿轮有限责任公司（简称株齿公司）拥有国家认定企业技术中心和专业的变速器设计团队，并专注于齿轮行业近60年。本文在探讨变速器设计思路与方法的同时，以株齿5T15C变速器设计为实例，从整车经济性、动力性要求设计变速速比，并基于Romax、UG NX8.0等软件对齿轮、轴、壳体和同步器进行建模设计、有限元分析、强度校核及噪音优化，最后通过变速箱总成台架试验和整车耐久性试验进行验证。经理论与试验分析证实，此设计过程与方法是一种切实可行的方法。
作者签名：日期：年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
by
Liu Xianghuan
B.E.(HunanUniversityofArts and Science)2006
A thesis submitted in partial satisfaction of the
Requirements for the degree of
Master of Engineering
学校代号10532学号P10020039
分类号密级保密
工程硕士学位论文
轿车变速器与主减速器一体设计研究
学位申请人姓名刘百度文库环
培养单位机械与运载工程学院
导师姓名及职称周兵副教授唐川江高工
学科专业车辆工程
研究方向汽车动力学及控制
论文提交日期2014年5月23日
学校代号：10532
学号：P10020039
密级：保密
本学位论文属于
1．保密，在10年解密后适用本授权书。
2．不保密□。
(请在以上相应方框内打”√”)
作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
汽车制造业是国民经济的支柱产业。发动机与变速器的设计与制造是汽车制造业的基础，变速器与发动机及整车的匹配性能及技术的先进性是衡量一辆车的重要标志之一。目前掌握轿车变速器自主设计开发的企业及研究机构并不多，仍然依靠于国外技术。由于汽车的普及，迫切需要自主品牌企业研究、掌握变速器设计的核心技术。
自动变速器是美国轿车市场标准配置，通过变矩器保证平顺换挡。目前新车型常用的自动变速器为6AT，部分高级轿车开始使用8AT。AT是目前技术最成熟、市场占有率最高的自动变速器，AT变速器结构见图1.2。
图1.2 AT变速箱结构图
(3)电控机械式变速器（AMT）
电控机械式变速器是在手动变速器的基础上在选换挡机构上增加电控或液压装置实现自动换挡。AMT最早在1996年的BMW M3上推出，当时在欧洲得到了迅速的发展，但随着自动变速器技术的成熟与成本的降低，目前所占的市场份额很小，并在逐步萎缩。
in
Mechanical Engineering
in the
GraduateSchool
of
HunanUniversity
Supervisor
Professor Zhou Bing Senior Engineer Tang Chuan Jiang
June, 2014
湖 南 大 学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
湖南大学工程硕士学位论文
轿车变速器与主减速器一体设计研究
学位申请人姓名：刘祥环
导师姓名及职称：周兵副教授唐川江高工
培养单位：机械与运载工程学院
专业名称：车辆工程
论文提交日期：2014年5月23日
论文答辩日期：2014年9月18日
答辩委员会主席：龚金科教授
Designandresearchof car transmission and main reducer assembly
本文以东南汽车V5车型变速箱开发为例，介绍了5T15C变速器的开发过程。东南汽车V3菱悦在2008年11月份上市以来，累计销量达到20万辆，V5车型是在自主品牌V系列全新车型的研发上，东南汽车与股东方台湾中华汽车已启动联合开发工作，在自主品牌车型的整车设计、零件开发等方面分工合作、优势互补，有效降低开发成本。车身外形通过流线设计使其更富有时尚感，靓丽的颜色也较为引人注目。V5前脸设计的独特大型进气格栅显得颇具霸气，响应前部设计的车身后部同样通过紧凑的线条突出结实的质感。
(4)无级变速器（Constantly Variable Transmission，CVT）
无级变速器是通过两个可轴向移动的锥轮来改变通过锥轮的金属带或链条的传动比来实现无级变速。无级变速器早在1950年就在荷兰DAF小型车上应用，金属带（见图1.3）或链条制造技术是五级变速器的技术核心，由于其技术一直掌握在荷兰VD、德国Luk等少数公司的手中，荷兰VD公司制造的钢带占有世界90%以上的市场，奔驰、克莱斯勒、福特、菲亚特、多数日本制造商、变速器专家ZF全部使用荷兰VD提供的钢带。除了钢带、链条式CVT外，还有一种套筒式CVT，在压力的作用下，通过滚筒接触点的改变来改变速比，如日本精工（NSK）的半环形无级变速器（HalfToroidalCVT）。
第
1.1
随着我国汽车工业的迅猛发展，人们对汽车的需求也越来越高。通过对轿车变速器的设计，我了解到变速器在汽车性能中起着非常重要的作用，因此变速器的创新设计与制造对汽车行业的发展与进步具有深远的意义。
汽车变速器的任务是传递动力，并在动力的传递过程中改变传动比以调节或变换发动机的特性，同时通过变速来适应不同的驾驶要求。由于环境恶化、油价上涨等客观因素影响，使轿车对排放和油耗的要求越来越高，这些要求将在发动机、尾气处理系统和变速器上体现，其特点将是高效、清洁、操纵方便、低成本、低维护费用[1]。同时,因为世界轿车保有量增加，尤其是中国的轿车保有量暴增，驾车司机越来越年轻化，这对汽车行驶操纵安全性的要求也越来越高。
Key Words:Car transmission, Finite element analysis of UG, Gear analysis ofRomax,optimization designfor tooth profile modification,Synchronizer,Transmission test.
关键词：轿车变速器；UG有限元分析、Romax齿轮分析、齿形修形优化设计；同步器；变速器试验。
Automotive industryispillar industryofnational economy.The design and manufacture ofengine andtransmissionarethefoundationofautomotive industry. Transmission, engineandvehicleintegrationareone of the importantsigns of judgingacar. The research institutesand enterprises that master design and development of car transmissionarenottoo much andstill rely on foreign technology.Withthe popularization of automobiles, there is an urgent need tomasterthe core technologyof thetransmissiondesign by independent brand.
Zhuzhou Gear Co., Ltd.(ZZG)hasa state-level technology center,hasprofessional teamthatdesigntransmission,andhas focusedon the gear industryfornear60 years. The designidea and methodof transmission are studied in this article. Hereby,from the fuel economy, power demand design of transmission ratio, and based on Romax, UG NX8.0 and other software for synchronizer, gear, shaft and shell modeling design, finite element analysis, strength check and noise optimization, the design of ZZG’s 5T15C transmission is set as an example.Finally,through theverification ofbench testand vehicle durability test, the theoretical and experimental analyses showthatthe design processfor transmissionis a feasible method.
变速器与发动机的匹配做为动力总成非常关键，因此，变速器的设计与开发紧跟于发动机的更新换代。近年来，发动机的轻量化、高性能、低油耗、环保性能得到了快速发展，在这些性能方面表现非常好的发动机有航天三菱4A9系列（1.3L～1.6L）发动机，该发动机为戴姆勒、克莱斯勒、三菱公司联合开发，最先应用在欧洲、日本生产的三菱COLT车上，后来也用于奔驰公司的Smart车辆上。此发动机在国产前仅在德国戴姆勒-奔驰公司的MDC-POWER工厂生产。在国外与此发动机匹配的变速箱为德国Getrag公司的452MT及452AMT变速箱。