SY-025-BY-3
毕业设计（论文）开题报告
学生姓名 指导教师姓名 题目名称 张会金 纪峻岭 院系 职称 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程B07-1班 副教授 从事专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 CA10TA190M双中间轴变速器的设计 一、课题研究现状、选题的目的、依据和意义 （一）选题的依据、目的和意义 1、选题的目的 我国公路运输的迅速发展，对大功率发动机的需求量不断增加，重型货车新品动力总成方面的变化主要表现在发动机功率水平正在提高，排量为10L以上的发动机装车率不断增长，大排量发动机成为企业研发的热点。但重型商用车变速器的研发处于相对滞后状态，阻碍了重型商用车的发展。为了满足重型商用车不断地高转速化和大传递转矩的发展趋势，因此本课题进行了CA10TA190M双中间轴变速器的设计。 2、选题的依据需要全套设计请联系Q Q1537693694 双中间轴变速器在重型商用车上应用十分广泛，而变速器是整车的关键总成之一。其功用是在不同的使用条件下, 改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速, 使汽车得到不同的牵引力和速度, 同时使发动机在最有利的工况范围内工作。 在汽车开发过程中变速器参数的选择十分重要。因为它们关系到车辆的动力性和燃油经济性。如不同车速时驱动力和行驶阻力之间的关系，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力，这样汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡，这些都与变速器的参数有关。通过对CA10TA190M双中间轴变速器设计让我更加的了解变速器参数的选择过程和优化过程。 汽车变速器的设计是一个复杂的系统工程。其设计的优劣决定着整车的动力性、燃油经济性和行驶平顺性等多方面的使用性能。这就对变速器设计人员提出较高的要求。因此，采用Excel软件编程进行齿轮、轴的设计与校核，轴承的校核。采用PRO/E软件进行齿轮、轴立体图的绘制，并将所得图形导入到ANSYS软件中对其进行静力学分析。采用AutoCAD 绘制二维平面图。这样能够较好的提高设计的效率和质量。 重型汽车变速器是指与重型商用车和大型客车匹配的变速器，尽管在行业中对变速器的容量划分没有明确的界限，但我们通常将标定输入扭矩在900N?m以上的汽车变速器称为重型汽车变速器。 重型汽车机械式变速器的技术特点：重型汽车的装载质量大，使用条件复杂。欲保证重型汽车具有良好的动力性、经济性和加速性，必须扩大变速器传动比的范围并增加档位数。为避免变速器的结构过于复杂和便于系列化生产，多采用组合式机械变速器。即以一种4～6档变速器为主体，通过更换系列齿轮副和配置不同的副变速器，得到一组不同档位数、不同传动比范围的变速器系列。目前，组合式机械变速器已成为重型汽车采用的主要型式。组合式机械变速器一般分为倍档(分段式配档)组合式机械变速器和半档(插入式配档)组合式机械变速器。 （1）倍档组合式机械变速器 倍档组合式机械变速器是在主变速器后部串联安装一个2档(高档和低档)副变速器，将主变速器的档位数增加1倍，所增加的档位传动比数值等于主变速器传动比和副变速器传动比的乘积，而且齿轮对数少于档位数，因此箱体尺寸缩短，轴的长度减短，刚度增大，所以增大了变速器的
容量。例如在一个5档主变速器需要全套设计请联系Q Q1537693694后端，串联安装一个具有高、低2档的副变速器，即可组成10档(或9档)倍档组合式机械变速器。增加倍档组合式变速器最大输入扭矩和最低档传动比的技术难点是副变速器低档齿轮的强度容量不足，超出齿轮轮齿的承载能力。解决的办法是将由一个轮齿承受的载荷分流给几个轮齿来承担。这样一来，输入齿轮扭矩不变，每个轮齿的负荷将等于同时接触齿数的平均数值。 倍档组合式变速器的副变速器功率分流方法有两种：一种是采用行星齿轮系的传动方法，这种结构非常紧凑，体积小而扭矩容量大，直到现在仍广泛应用；另一种功率分流的方法是采用双中间轴传动结构。双中间轴传动最大工艺难点是保证主传动齿轮能和所啮合的双中间轴齿轮的轮齿同时接触问题，解决的办法是用浮动主传动齿轮的方法来消除齿轴对位的制造误差，确保轮齿同时接触，达到功率分流的目的。与此相适应的换档同步器也有一定的浮动量。 图1 双中间轴倍档组合式变速器 双中间轴倍档组合式变速器具有如下优点： 1)由于一轴和二轴上各档齿轮同时与两根中间轴上对应的齿轮相啮合，功率分流，从理论上讲，每对齿轮上传递的扭矩为1/2，这就使每对齿轮传递的扭矩减少50%，使变速器的中心距、齿轮模数和宽度可以减小，从而减小变速器的质量和尺寸，特别是长度尺寸。 2)由于二轴从动齿轮在轴上处于径向浮动状态，两根中间轴的轴心线均匀分布在以二轴理论轴心为圆心、以中心距为半径的圆柱面上，所以二轴上各档齿轮及一轴齿轮在与两根中间轴上的对应齿轮相啮合产生的径向力达到平衡，即互相抵消。二轴不承受径向力，只传递扭矩，这样二轴可以设计得细一些，结构可以简单一些，其后轴承可以选择较小的规格，这也有助于减小变速器的质量和尺寸。 3)由于二轴齿轮的径向浮动和二轴的铰接式 浮动的结果，使得齿轮在啮合时能自动抵消一部分制造和装配误差，啮合质量优于单中间轴。啮合区容易达到设计要求，实际使用情况也证实了这点。这就有利于降低啮合噪声和提高耐用度。 4)由于双中间轴倍档组合式变速器可以明显地减小变速器的质量和轴向尺寸，利用这种优点，可提高变速器的最大传递功率和扭矩，扩大使用范围。 （2）半档组合式机械变速器 将副变速器传动比均匀地插入传动比间隔大的主变速器各档传动比之间，使变速器的档位数增加1倍。半档副变速器串联在主变速器前部，它只有一对齿轮副和换档同步器。早期的半档副变速器由单独的一个箱子组成，近年来发展成将半档齿轮副直接放到主变速器之内，既缩短变速器长度又简化半档结构。半档副变速器由一对类似一轴常啮合齿轮副组成，齿圈套在动力输入轴上自由转动，当动力输入轴上的齿圈与主变速器一轴结合时，各档传动比均由主变速器一轴齿轮副组成。当齿圈与动力输入轴上的接合齿连接时，常啮合齿轮与主变速器上的中间轴连接，因此主变速器中间轴也旋转，由此组成的各档传动比均匀地插人主变速器各档传动比之间。型号为
ZFAK/6-80+GV80的半档组合式机械变速器，由6档AS6-80主变速器串联半档副变速器组成。最大输入扭矩为750N·m，传动需要全套设计请联系Q Q1537693694比范围0.83～9.0，倒档传动比为7.05/8.46。这种变速器曾在欧洲广泛使用，如欧曼、依维柯、斯太尔、沃尔沃等。ZF公司开发的ECOSPLIT-16S型16档组合式机械变速器，在4档主变速器前端加装一对半档齿轮副等机构，再在后端串联行星齿轮传动副变速器。主变速器二轴一直伸入半档齿轮副的动力输入轴孔内，主变速器一轴在中间轴上自由转动。变速器最大输入扭矩1600N·m，传动比范围为1.00～13.63或0.85～11.46，倒档传动比为9.41/11.06或8.64/10.15，长度约950mm，总质量约300kg。 图2 ZF公司ECOSPLIT-16S半档组合式机械变速器 半档组合式变速器在国外被广泛应用，特别是在欧洲中型和中重型汽车大量采用这种变速器，其中长途汽车(包括大客车)应用得更多些。汽车发动机功率从85～200kW的各种车辆多用半档副变速器增加档位，因为半档组合式变速器的长度小于倍档组合式变速器，而且它的结构简单、成本低、维修保养容易，深受用户青睐。国外中型和重型汽车发动机功率在200kW以下的基本上都采用半档组合变速器，发动机功率在200kW以上的多采用倍档(或倍档加半档)组合式变速器。 3、选题的意义 汽车变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时是发动机在最有利的工况范围内工作。随着汽车对安全、节能、环保的不断重视，汽车变速器作为整车的一个关键部件，其产品的质量对整车的安全使用及整车性能的影响是非常大的，因而对汽车变速器进行有效的优化设计计算是非常必要的。双中间轴变速器在我国重型商用车商应用十分广泛，通过CA10TA190M双中间轴变速器的设计，让我充分了解变速器的构造和设计过程，锻炼了独立思考能力和绘图能力，并使CA10TA190M双中间轴变速器的性能得到优化。 （二）重型商用车变速器的研究现状 1、国外重型商用车变速器的研究现状 在国外，变速器专业化生产厂家很注重产品系列化，为主机厂选择最满意的变速器提供了极大的方便和灵活性。例如德国ZF(采埃孚)公司有中心距80、95、105、115、120、143、154mm7种基型变速器，适应输入扭矩为130～1900N·m，档位数3到17个，有各种操纵方式的变速器适应不同匹配要求的车辆。日本丰田汽车公司爱信精机公司备有中心距72、78、88、98、135mm5种基型组合，286种变速器供用户选择。而我国众多的汽车变速器生产企业，尚没有形成本企业的变速器系列化产品。在国际市场上，德国采埃孚公司是单中间轴结构的代表，美国伊顿公司是双中间轴结构的代表。 （1）德国ZF9S109多档变速器结构特点 德国ZF公司生产的9S109同步器型倍档9档组合式变速器，主变速器有5个前进档，副变速器为行星齿轮系传动结构。当副变速器中的同步器接合套与固定外齿圈接合时，行星齿轮内齿圈被固定而不能转动，则副变速器挂入低档，此时将主变速器分别挂入5个不同档位可得到组合式
变速器5个较大的传动比。当使接合套与副变速器高档齿圈接合时，行星齿轮轴、输出轴、行星齿轮内齿圈和副变速器输入轴齿轮固定在一起而同步旋转，则副变速器挂入高档(直接档)，主变速器的5个档位传动比即分别等于组合式变速器5个较小的传动比。由于有两个传动比数值很接近，故省掉一个传动比，组成9档变速器。变速器最大输入扭矩1250N·m，总质量310kg，与发动机直接连接或独立安装，左卧式或右卧式。变速器的操纵系统由旋转轴远距离操纵或直接操纵，双H型换档排列，副变速器由压缩空气自动换档，爬行档和倒档用啮合套换档，其他档用同步器换档。 （2）美国伊顿公司富勒系列双中间轴变速器结构特点 美国伊顿公司生产的RT-11509C双中间轴倍档9档组合式机械变速器，主副变速器皆采用双中间轴结构。主变速器有5个前进档。副变速器为2档(高档和低档)齿轮传动，由于有2个传动比很接近，故省掉一个，组成9档变速器。变速器最大输入扭矩1250N?m，总质量310kg，与发动机直接连接或独立安装，左卧式或右卧式。变速器的操纵系统由旋转轴远距离操纵或直接操纵，双H型换档排列，副变速器由压缩空气自动换档，爬行档和倒档用啮合套换档，其他档用同步器换档。 这是短轴距大功率重型汽车和特种车辆最理想的变速器。RT-11509C型变速器最大输入扭矩1500Nm，最大输入功率265kW，总长度735mm，双H或单H操纵，可左操纵亦可右操纵，总质量270kg。 2、国内重型商用车变速器的研究现状 国内重型车变速器产品的技术多源于美国、德国、日本几个国家，引进技术多为国外上世纪80-90年代的产品。作为汽车高级技需要全套设计请联系Q Q1537693694术领域的重型汽车变速器在国内漫长的引进消化过程中，如今已有长足的进步，能够在原有技术引进的基础上，通过改型自行开发出符合配套要求的新产品，每年重型车变速器行业都能有十几个新产品推向市场。但从当今重型车变速器的发展情况来看，在新产品开发上国内重型车变速器仍然走的是一般性的开发过程，没有真正的核心技术产品；从国内重型汽车变速器市场容量来看，有三分之一的产品来自进口，而另外三分之二的产品中有80%以上源自国外技术，国内自主开发的重型汽车变速器产品销量很小，从而说明国内重型汽车变速器厂家的自主开发能力仍然很薄弱，应对整车新车型配套产品的能力远远不够。我国城市车辆将重点发展的13.8m客车上使用的变速器，目前只有ZF一家能向国内企业供应，就足以说明国内的重型车变速器企业仍然很渺小，在技术方面仍然有很长的路要走。 表1 商用车三强与福田重卡变速器资源状况对比 企业名称 内部变速器企业 重汽桥箱公司的变速器配套份额大约占60% 解放变速器分公司的变速器配套约占40% 东风变速器公司35% - 控股变速器企业 - 一汽哈变12% - - 不可控社会变速器企业 中国重汽 法士特、綦齿（少量）等：40% 一汽解放 法士特、ZF等：48% 法士特52%；重汽大齿、韶关齿轮、ZF等13% 法士特90%、重汽大齿等10% 东风商用车 北汽福田 国内重型汽车变速器几乎由陕西法士特齿轮有限责任公司、綦江齿轮传动有限公司、山西大同齿轮集团有限责任公司、一汽哈尔滨变速器厂等几大家包揽。这些企业生产的变速器产品针对的市场各有侧重，像陕西法士特在8t以上重型车市场占有率达到40%以上，并且在15t以上重型车市场占有绝对的优势，拥有85%以上的市场份额；綦江齿轮传动有限公司主要为安凯、西沃、亚星奔驰、桂林大宇及厦门金龙等企业的7～12m高档大、中型客车以及总质量在14～50t重型载
货车、鞍式牵引车、自卸车及各种专用车、特种车配套；山西大同齿轮集团配套市场主要在8～10t级的低吨位重型载货车。
市场结构情况是法士特一家独大，内部配套尚难以满足。国内重卡厂家中，现在仅有一汽、重汽和北奔内部有相应的变速器厂可以生产重卡变速器（东风和江淮的内部变速器厂主要生产中卡和轻卡变速器），但这些集团内部重卡变速器供应商所占市场份额仅在10%左右，90%的重卡变速器市场份额由独立的专业变速器供应商配套，而这其中法士特又一家独大。
（1）国内重型商用车企业变速器配套情况
中国重汽、一汽解放和东风商用车作为商用车的三强企业，其重型车的市场份额都15%以上，三家共占重型商用车55.79%以上的市场份额。
从表1可以看出，前三强的商用车企业均设有附属的变速器生产厂，或是内总生产厂，或是控股企业，因此，大部分变速器均来自内配。
表2 我国主要重型商用车用变速器生产企业产能及配套情况
生产企业
产能 （万台）
8
产品配套
重卡变速器市场占有率80%，进入客车配套领域；占东风商用车变速器52%，北汽福田90%的配套份额
适用于7～12米高档大、中型客车，总质量10～50吨重型载
綦江齿轮传动有限公司
6
货车及各式专用车、特种车，在7～8米客车市场占据43%份额，在9米以上客车领域份额达到70%
中国重汽集团大同齿轮有
限公司
一汽哈尔滨变速器厂 一汽解放汽车有限公司变
速器分公司
东风汽车变速器有限公司 中国重汽（香港）有限公
司变速器部
采埃孚传动技术（杭州）
有限公司
12
中、重型卡车的单中间轴变速器。2008年大齿正式进入中国重汽集团，占北汽福田变速器10%的份额
10米以上客车、15～20t卡车用变速器，客车占优势，占一汽解放变速器配套12%的份额
一汽解放J5和J6指定产品，占一汽解放变速器40%的份额 产品可配套重、中、轻等商用车各系列车型
重点研发、制造重卡变速器，主要配套中国重汽卡车
陕西法士特
12
15 16.5 5
4 为宝马、奔驰、沃尔沃等整车厂商配套
重汽自配变速器占60%，其它的40%来自法士特、綦齿等企业，2008年末，重汽重组了山西大同齿轮公司，而其位于山东济南章丘的变速器生产线也开始生产AMT变速器，且是国内第一台批量生产并装配上市整车的AMT变速器，重汽变速器的需求将更多来自其下属生产厂的提供，同时将进一步减少法士特、綦齿等企业的配套份额。
一汽解放下属生产变速器的厂家有两个，40%来自一汽解放变速器分公司，12%的配套来自控股公司一汽哈变，48%的配套则来自法士特、ZF等企业。2008年，一汽哈变为一汽解放提供2万台左右的变速器，一汽解放变速器分公司为一汽解放提供了约5万台变速器，法士特提供了6万多台变速器，可见法士特仍是一汽解放重型变速器的主要供应商。
东风商用车自配的变速器份额为35%，其它52%来自法士特，13%则来自重汽大齿、韶关齿轮以及ZF等企业。北汽福田没有自己的变速器厂，其车型所使用的变速器90%以上都来自法士特，10%则来自重汽大齿等企业。
从国内这三强的商用车企业以及福田重卡变速器的配套情况可以看出，国内的重型汽车变速