轿车5档变速器箱体设计开题报告
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[8] J. K. Shin, K. H. Lee, S. L. Song and G. J. Pkar. Automotive door design with the ULSAB conceptusing structural optimization[M].Structural Multidise Optimize23:320一327
主要的问题及解决方法有：
（1）合适的尺寸：合适的尺寸是指结构在材料、几何形状和拓扑关系确定的前提下，通过优化算法来确定单元属性，如壳单元的厚度、梁单元横截面属性、弹簧单元的刚度等。尺寸合适的约束条件或目标函数可以根据需要定义多个，如位移约束、应力约束、频率约束、动响应约束等。
（2）合适的形状：合适的形状是指通过改变结构的形状，使设计结构的力学性能满足某些要求，如消除应力集中，增大刚度等。在形状设计中，常常采用两种方法，一是通过改变边界控制点的位置达到改变结构形状的目的，其中将这些边界控制点的坐标定义为设计变量;另一种方法是选择一个函数近似描述结构的边界，该函数是由一组基函数线线性叠加而成，而且每个基函数的系数是可以自由变化的，将这些自由参数定义为设计变量，通过修改这些参数来改变结构的边界形状。实际应用时，根据不同的情况选择不同方法，对于连续体结构一般选用后者，通常选择某曲线或曲面方程，或一组附带可自由变化参数的基函数来描述结构的边界形状，此时设计变量就选择这些自由参数。
[14]李新.重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究[D].武汉:武汉大学汽车工程学院，2006
[15]余传文.重型载货汽车车架结构的有限元仿真及优化[D].长春:吉林大学车辆工程，2005. 5
[2]杨文硕，满志强.齿轮减速箱体的结构力学分析「J〕.哈尔滨科学技术大学学报，1995 (3):94-98.
[3]Matsumoto, Masahide, Abe, JumPei, Juuhaehi. Struetural optimization for ConfigurationDesign of the motoreyele body. Proceedings of the 6th,International Pacifiec Conferenceon Automotive Engingeering[C].1991(10):1399一1406
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等
近年来，随着车辆技术的进步和车辆密度的加大，对变速器的性能要求也越
来越高。众多的汽车工程师在改进汽车变速器性能的研究中倾注了大量的心血，使变速器技术得到飞速的发展。
变速器作为汽车传动系统关键组成部分，主要由各档齿轮、轴系和变速器箱体组成，发动机输出的动力经离合器传到变速器输入轴，再通过齿轮系啮合传动将动力传至传动轴，最后动力经传动轴、驱动桥等装置传给车轮。变速器可以改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应起步、加速、上坡等经常变化的行驶条件，使发动机在有利的工况下工作;还可以在不改变发动机旋转方向的前提下，使汽车能倒退行驶;此外利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，便于变速器换挡或进行动力输出。变速器箱体作为安装、保护齿轮传动的机构，是保证齿轮传动副精度的基础。在变速器工作过程中，箱体因齿轮传动承受较大的载荷，可能产生较大的变形和应力。如果变速器箱体的刚强度不足，导致箱体产生裂纹或变形，这会造成齿轮和轴的安装误差，再加上齿轮和轴受载变形，破坏了齿轮理论上正确的啮合条件，降低了齿轮传动精度，引起齿轮传动系统的振动、冲击和噪声、齿轮的过早疲劳破坏，导致整个变速器的性能下降。为了避免上述问题，在变速器设计时常常通过加大变速器箱体的厚度来提高其刚强度，但同时也加大了变速器箱体自重，进而增加了汽车重量，影响汽车的动力性和经济性，故设计合适的变速器箱体至关重要.
xxx学院本科
本科毕业设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ开题报告
题 目轿车5档变速器箱体设计
学生姓名xxx学号xxxx
所在学院机械工程学院
专业班级xxxxxx
指导教师xxxxx
2015年4月3日
题 目
轿车5档变速器箱体设计
一、选题的目的及研究意义
随着经济和科学技术的不断的发展，汽车工业也渐渐成为我国支柱产业，汽车的使用已经遍布全国。而随着我国加入WTO，人民生活水平的不断提高，微型客货两用车、轿车等高级消费品已进入平常家庭。 在我国，汽车工业起步较晚。入世后，我国的汽车工业面临的是机遇和挑战。随着我国汽车工业不断的壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题。在面临着前所未有的机遇同时，不得不承认在许多技术上，我国与发达国家还一定的差距，所以我们要努力为我国的汽车工业做出应有的贡献。每当人们观看F1大赛，总会被那种极速的感觉所折服。此刻，大家似乎谈论最多的就是发动机的性能以及车手的驾驶技术。而且，不忘在自己驾车的时候体会一下极速感觉或是在买车的时候关注一下发动机的性能，这似乎成为了横量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一颗健康的心是非常重要的，因为它是动力的缔造者。但是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器。变速器(transmission)是汽车传动系统的主要组成之一。汽车的实际使用情况非常复杂，如起步、怠速停车、低速或高速行驶、加速、减速、爬坡和倒车等，这就要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，而目前广泛采用的活塞式发动机的输出转矩和转速变化范围较小。为了适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下(功率较高、油耗较低)工作，在传动系统中设置了变速器。 在我国，据调查2007年手动变速器的市场比重为74%，占据较大的市场份额。从2002到2007年间自动档变速器市场占有率从9%增长到26%。从2002-2006年间，女性用户从20.3%增长到30.9%，而自动档变速器使用方便特点深受女性用户群的喜爱。另外在消费者调查中最受关注的汽车配件中，第一名是安全气囊，第二就是自动档的变速器。在中国，自动档变速器的市场是十分乐观的。同时手动档变速器的节能型，经济性以及驾驶娱乐性也决定了其不可替代性。汽车变速器作为汽车传动系统的关键总成，其主要的功能是转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需求。汽车变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接的影响。 汽车变速器箱体是整个变速器的骨架，对内用于安装各种零部件，提供相应的运动空间及冷却剂和润滑油所需的通道;对外则封装变速器的传动及换挡机构并与整机联接。汽车变速器箱体的工作环境恶劣，承受不同档位周期性变化力的作用，箱体处于拉、压、弯、扭，以及振动所致的复杂应力状态，与其关联的强度、刚度等问题，又在很大程度上决定了箱体所在部件的工作可靠性及其他适用性能。同时，箱体是变速器总成中尺寸和重量最大的零件，直接影响着整机的外形尺寸和重量指标。一般来说，对汽车变速器箱体的基本要求是，在尽量缩减结构尺寸和重量的同时，保持足够的强度和刚度，以保证箱体各部分之间，以及与之配合的零部件之间的工作协调.
本课题研究的重点是根据轿车的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数结合自己选择合适于该轿车的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要参数。再结合某些轿车的基本参数，选择适当的主减速比，得到的变速器，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出相关的变速器箱体参数并论证设计的合理性。
[9]侯洪生，王秀英.机械工程图学[M].北京：科学出版社，2001
[10]张文春，汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2005
[11]刘惟信，汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001
[12]陈家瑞，汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2005
[13]Mohamed Slim Abbes . Tahar Fakhfakh .Mohamed Haddar . Aref Maalej，Effect of transmission error on the dynamic behaviour of gearbox housing[N]，Springer-Verlag London Limited，2006
[6]Ultra Light Steel Auto Suspension Final Report. Lotus EngineeringServiees，Inc[R].May2001
[7] Lan F.， Chen J.，Lin J. Comparative analysis for busside structures and light weight Optimization[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Journal of Automotive Engineering. 2004, 10.
变速器箱体是变速器的关键零部件，它在动态载荷下的刚强度问题是影响变速器齿轮正确啮合和可靠性工作的关键问题之一，因此对其结构轻量化设计的同时保证变速器产品使用性能、零部件可靠性对整车性能具有重要意义。优化结果表明，在保证箱体刚度不变，强度和振动性基本一致的前提下，改进后变速器箱体质量减轻了8%，达到了轻量化设计要求。在有限元模型建立和试验验证的基础上，建立了基于动载荷的结构刚强度分析流程，采用拓扑优化方法，进行了以最简为目的的结构设计。实现了在产品设计开发阶段，对变速器箱体等关键零部件进行结构优化设计和动态载荷条件下的结构刚强度预测，从而提高了变速器设计的技术成熟度，缩短了产品研发周期。
一个变速器箱体的设计可以减少车辆的油耗、零部件磨损等以增加汽车的使用寿命，现在国内的手动变速器占70%以上，而本次设计的变速器箱体可以用在国内大部分的手动挡轿车上。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明（论文要写出相应的写作提纲）
研究方法：
（1）首先阅读大量相关文献资料，教材及新闻背景资料，包括机械制造的原理及方法，数控机床现有技术水准，国际水平探讨方面的书籍、报刊。以了解可靠性的内容。然后通过调研，进一步了解企业现状及需求。接下来进行分析与设计。确定数据的准确行再进行系统设计。
（2）利用网络，图书馆搜集各类先关资料，了解最先进的理论和技术，为接下来的设计做好铺垫。
[4]Ulta Light Steel Auto Body Final Report. Porsche Engineering Serviees，Inc [R].March1998.
[5]Ultra Light Steel Auto Closures Final Report. Porsehe Engineering Serviees.Inc[R].March1998
（3）设计的合理性：设计的合理性是指将设计好的结构进行拓扑优化，拓扑优化是通过在结构上重新分配材料，使得优化后的结构能满足要求的性能指标。它的基本思想就是在给定材料和设计域内，寻求最佳的材料分配，得到既满足约束条件又使目标函数最优的结构。拓扑优化可分为两大类，即离散拓扑优化和连续体拓扑优化，离散拓扑优化是在满足一定的边界条件下，寻求结构各部分最优的布局，例如杆件的分布、连接方式等;连续体拓扑优化是指在一定的约束条件下，将放入设计空间的材料重新分布，使目标函数达到最优，优化结果显示了材料在哪些地方应该聚集、哪些地方形成孔洞;连续体拓扑优化适用于板壳、实体等结构设计的优化问题。
（3）利用有限元分析软件ANSYS建立轿车变速器箱体有限元模型，并通过试验法验证了模型的有效性，在此基础上，进行了静力学和动力学分析，在此基础上进行拓扑优化是设计出的变速器箱体结构达到最优。
四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明
[1]吕英民，材料力学I[M].第一版 山东:石油大学出版社,2004
主要的问题及解决方法有：
（1）合适的尺寸：合适的尺寸是指结构在材料、几何形状和拓扑关系确定的前提下，通过优化算法来确定单元属性，如壳单元的厚度、梁单元横截面属性、弹簧单元的刚度等。尺寸合适的约束条件或目标函数可以根据需要定义多个，如位移约束、应力约束、频率约束、动响应约束等。
（2）合适的形状：合适的形状是指通过改变结构的形状，使设计结构的力学性能满足某些要求，如消除应力集中，增大刚度等。在形状设计中，常常采用两种方法，一是通过改变边界控制点的位置达到改变结构形状的目的，其中将这些边界控制点的坐标定义为设计变量;另一种方法是选择一个函数近似描述结构的边界，该函数是由一组基函数线线性叠加而成，而且每个基函数的系数是可以自由变化的，将这些自由参数定义为设计变量，通过修改这些参数来改变结构的边界形状。实际应用时，根据不同的情况选择不同方法，对于连续体结构一般选用后者，通常选择某曲线或曲面方程，或一组附带可自由变化参数的基函数来描述结构的边界形状，此时设计变量就选择这些自由参数。
[14]李新.重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究[D].武汉:武汉大学汽车工程学院，2006
[15]余传文.重型载货汽车车架结构的有限元仿真及优化[D].长春:吉林大学车辆工程，2005. 5
[2]杨文硕，满志强.齿轮减速箱体的结构力学分析「J〕.哈尔滨科学技术大学学报，1995 (3):94-98.
[3]Matsumoto, Masahide, Abe, JumPei, Juuhaehi. Struetural optimization for ConfigurationDesign of the motoreyele body. Proceedings of the 6th,International Pacifiec Conferenceon Automotive Engingeering[C].1991(10):1399一1406
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等
近年来，随着车辆技术的进步和车辆密度的加大，对变速器的性能要求也越
来越高。众多的汽车工程师在改进汽车变速器性能的研究中倾注了大量的心血，使变速器技术得到飞速的发展。
变速器作为汽车传动系统关键组成部分，主要由各档齿轮、轴系和变速器箱体组成，发动机输出的动力经离合器传到变速器输入轴，再通过齿轮系啮合传动将动力传至传动轴，最后动力经传动轴、驱动桥等装置传给车轮。变速器可以改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应起步、加速、上坡等经常变化的行驶条件，使发动机在有利的工况下工作;还可以在不改变发动机旋转方向的前提下，使汽车能倒退行驶;此外利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，便于变速器换挡或进行动力输出。变速器箱体作为安装、保护齿轮传动的机构，是保证齿轮传动副精度的基础。在变速器工作过程中，箱体因齿轮传动承受较大的载荷，可能产生较大的变形和应力。如果变速器箱体的刚强度不足，导致箱体产生裂纹或变形，这会造成齿轮和轴的安装误差，再加上齿轮和轴受载变形，破坏了齿轮理论上正确的啮合条件，降低了齿轮传动精度，引起齿轮传动系统的振动、冲击和噪声、齿轮的过早疲劳破坏，导致整个变速器的性能下降。为了避免上述问题，在变速器设计时常常通过加大变速器箱体的厚度来提高其刚强度，但同时也加大了变速器箱体自重，进而增加了汽车重量，影响汽车的动力性和经济性，故设计合适的变速器箱体至关重要.
xxx学院本科
本科毕业设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ开题报告
题 目轿车5档变速器箱体设计
学生姓名xxx学号xxxx
所在学院机械工程学院
专业班级xxxxxx
指导教师xxxxx
2015年4月3日
题 目
轿车5档变速器箱体设计
一、选题的目的及研究意义
随着经济和科学技术的不断的发展，汽车工业也渐渐成为我国支柱产业，汽车的使用已经遍布全国。而随着我国加入WTO，人民生活水平的不断提高，微型客货两用车、轿车等高级消费品已进入平常家庭。 在我国，汽车工业起步较晚。入世后，我国的汽车工业面临的是机遇和挑战。随着我国汽车工业不断的壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题。在面临着前所未有的机遇同时，不得不承认在许多技术上，我国与发达国家还一定的差距，所以我们要努力为我国的汽车工业做出应有的贡献。每当人们观看F1大赛，总会被那种极速的感觉所折服。此刻，大家似乎谈论最多的就是发动机的性能以及车手的驾驶技术。而且，不忘在自己驾车的时候体会一下极速感觉或是在买车的时候关注一下发动机的性能，这似乎成为了横量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一颗健康的心是非常重要的，因为它是动力的缔造者。但是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器。变速器(transmission)是汽车传动系统的主要组成之一。汽车的实际使用情况非常复杂，如起步、怠速停车、低速或高速行驶、加速、减速、爬坡和倒车等，这就要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，而目前广泛采用的活塞式发动机的输出转矩和转速变化范围较小。为了适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下(功率较高、油耗较低)工作，在传动系统中设置了变速器。 在我国，据调查2007年手动变速器的市场比重为74%，占据较大的市场份额。从2002到2007年间自动档变速器市场占有率从9%增长到26%。从2002-2006年间，女性用户从20.3%增长到30.9%，而自动档变速器使用方便特点深受女性用户群的喜爱。另外在消费者调查中最受关注的汽车配件中，第一名是安全气囊，第二就是自动档的变速器。在中国，自动档变速器的市场是十分乐观的。同时手动档变速器的节能型，经济性以及驾驶娱乐性也决定了其不可替代性。汽车变速器作为汽车传动系统的关键总成，其主要的功能是转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需求。汽车变速器的结构对汽车的动力性、经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接的影响。 汽车变速器箱体是整个变速器的骨架，对内用于安装各种零部件，提供相应的运动空间及冷却剂和润滑油所需的通道;对外则封装变速器的传动及换挡机构并与整机联接。汽车变速器箱体的工作环境恶劣，承受不同档位周期性变化力的作用，箱体处于拉、压、弯、扭，以及振动所致的复杂应力状态，与其关联的强度、刚度等问题，又在很大程度上决定了箱体所在部件的工作可靠性及其他适用性能。同时，箱体是变速器总成中尺寸和重量最大的零件，直接影响着整机的外形尺寸和重量指标。一般来说，对汽车变速器箱体的基本要求是，在尽量缩减结构尺寸和重量的同时，保持足够的强度和刚度，以保证箱体各部分之间，以及与之配合的零部件之间的工作协调.
本课题研究的重点是根据轿车的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数结合自己选择合适于该轿车的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要参数。再结合某些轿车的基本参数，选择适当的主减速比，得到的变速器，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出相关的变速器箱体参数并论证设计的合理性。
[9]侯洪生，王秀英.机械工程图学[M].北京：科学出版社，2001
[10]张文春，汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2005
[11]刘惟信，汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001
[12]陈家瑞，汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2005
[13]Mohamed Slim Abbes . Tahar Fakhfakh .Mohamed Haddar . Aref Maalej，Effect of transmission error on the dynamic behaviour of gearbox housing[N]，Springer-Verlag London Limited，2006
[6]Ultra Light Steel Auto Suspension Final Report. Lotus EngineeringServiees，Inc[R].May2001
[7] Lan F.， Chen J.，Lin J. Comparative analysis for busside structures and light weight Optimization[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Journal of Automotive Engineering. 2004, 10.
变速器箱体是变速器的关键零部件，它在动态载荷下的刚强度问题是影响变速器齿轮正确啮合和可靠性工作的关键问题之一，因此对其结构轻量化设计的同时保证变速器产品使用性能、零部件可靠性对整车性能具有重要意义。优化结果表明，在保证箱体刚度不变，强度和振动性基本一致的前提下，改进后变速器箱体质量减轻了8%，达到了轻量化设计要求。在有限元模型建立和试验验证的基础上，建立了基于动载荷的结构刚强度分析流程，采用拓扑优化方法，进行了以最简为目的的结构设计。实现了在产品设计开发阶段，对变速器箱体等关键零部件进行结构优化设计和动态载荷条件下的结构刚强度预测，从而提高了变速器设计的技术成熟度，缩短了产品研发周期。
一个变速器箱体的设计可以减少车辆的油耗、零部件磨损等以增加汽车的使用寿命，现在国内的手动变速器占70%以上，而本次设计的变速器箱体可以用在国内大部分的手动挡轿车上。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明（论文要写出相应的写作提纲）
研究方法：
（1）首先阅读大量相关文献资料，教材及新闻背景资料，包括机械制造的原理及方法，数控机床现有技术水准，国际水平探讨方面的书籍、报刊。以了解可靠性的内容。然后通过调研，进一步了解企业现状及需求。接下来进行分析与设计。确定数据的准确行再进行系统设计。
（2）利用网络，图书馆搜集各类先关资料，了解最先进的理论和技术，为接下来的设计做好铺垫。
[4]Ulta Light Steel Auto Body Final Report. Porsche Engineering Serviees，Inc [R].March1998.
[5]Ultra Light Steel Auto Closures Final Report. Porsehe Engineering Serviees.Inc[R].March1998
（3）设计的合理性：设计的合理性是指将设计好的结构进行拓扑优化，拓扑优化是通过在结构上重新分配材料，使得优化后的结构能满足要求的性能指标。它的基本思想就是在给定材料和设计域内，寻求最佳的材料分配，得到既满足约束条件又使目标函数最优的结构。拓扑优化可分为两大类，即离散拓扑优化和连续体拓扑优化，离散拓扑优化是在满足一定的边界条件下，寻求结构各部分最优的布局，例如杆件的分布、连接方式等;连续体拓扑优化是指在一定的约束条件下，将放入设计空间的材料重新分布，使目标函数达到最优，优化结果显示了材料在哪些地方应该聚集、哪些地方形成孔洞;连续体拓扑优化适用于板壳、实体等结构设计的优化问题。
（3）利用有限元分析软件ANSYS建立轿车变速器箱体有限元模型，并通过试验法验证了模型的有效性，在此基础上，进行了静力学和动力学分析，在此基础上进行拓扑优化是设计出的变速器箱体结构达到最优。
四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明
[1]吕英民，材料力学I[M].第一版 山东:石油大学出版社,2004