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湛江海洋大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計（論文）書
設(shè)計題目： 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動
班 級： 99 機(jī)制（5）班
學(xué)生姓名： 劉 祖 濤
指導(dǎo)教師： 李作全 職稱 副教授
設(shè)計起訖日期： 2003年3月25日至6月1日
設(shè)計地點(diǎn)： 湛 江 海 洋 大 學(xué)
2003 年 6 月 1 日
湛江海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表
指導(dǎo)教師評語：
指導(dǎo)教師簽名：
200 年 月 日
評閱教師評語：
評語教師簽名：
200 年 月 日
答辯小組評語
答辯組長簽名：
200 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計成績：
系主任簽名：
審批單位（蓋章）
200 年 月 日
目錄
設(shè)計要求…………………………………………………1
摘要………………………………………………………2
第1章 總體設(shè)計……………………………………… 2
第2章 手指設(shè)計……………………………………… 4
第3章 移動關(guān)節(jié)設(shè)計………………………………… 6
第4章 小臂設(shè)計……………………………………… 8
第5章 大臂設(shè)計………………………………………12
第6章 機(jī)身設(shè)計………………………………………16
翻譯…………………………………………………… 17
鳴謝…………………………………………………… 22
參考文獻(xiàn)……………………………………………… 22
成績評定……………………………………………… 23
平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計
設(shè)計要求
一、 通過設(shè)計平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識，分析問題和解決問題的能力。
有關(guān)資料：上下料搬運(yùn)機(jī)械手，3個自由度，平面關(guān)節(jié)型；需要搬運(yùn)的工件：環(huán)類零件，內(nèi)孔直徑50mm；高150mm,厚10mm,（只能從內(nèi)孔夾持工件），材料40鋼，將工件從一條輸送線搬運(yùn)到與之平行的另一條輸送線上，（兩輸送線距離為2.5m,高度差0.4m）。
要求：設(shè)計方案和計算正確，敘述清楚，圖紙符合規(guī)范。翻譯一篇有關(guān)外文資料。
二、 圖紙：
1.機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖
2.工作空間投影圖
3.機(jī)械手傳動原理圖
4.機(jī)械手裝配圖
5.零件圖
三、 實(shí)習(xí)：
1.本校機(jī)械實(shí)驗(yàn)室組裝各類機(jī)械手模型。
2.學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)械人設(shè)計方面知識。
四、 參考書：
1. 《工業(yè)機(jī)器人設(shè)計》 周伯英 機(jī)械工業(yè)出版社 1995
2. 《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計》 龔振幫 電子工業(yè)出版社 1995
3. 《機(jī)構(gòu)設(shè)計》 （日）藤森洋三 機(jī)械工業(yè)出版社 1990
4. 《機(jī)械手圖冊》（日）加藤一郎 上?？萍汲霭嫔?1989
5. 《機(jī)械設(shè)計圖冊》（5）成大先 化學(xué)工業(yè)出版社 1999
五、 進(jìn)度：
3月24日到4月25日 實(shí)習(xí)，擬訂設(shè)計方案
4月264日到5月3日 機(jī)械手傳動原理圖
5月4日到5月17日 機(jī)械手裝配圖
5月18日到5月24日 零件圖
5月25日到6月1日 寫說明書
平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計
[摘要] 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手采用兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)；兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后左右運(yùn)動，而移動關(guān)節(jié)則實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動，其工作空間如工作空間圖，它的縱截面為矩形的回轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動關(guān)節(jié)的行程長，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體截面的大小、形狀。
關(guān)鍵詞: 機(jī)械手 軸承 汽缸
[Abstract] Selective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints and one move joints , two slew joints control the moving of the front and back left and right . the move joints control the moving of up and down . the work room as work room drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the vertical section is move joints’ journey ,the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .
Key words: manipulator axletree cylinder
第1章 機(jī)械手總體設(shè)計
工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手部分動作，按照預(yù)先設(shè)定的程序，軌跡或其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工具的自動化裝置。它在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置，開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動上下料和搬運(yùn)工件，完成單機(jī)自動化和生產(chǎn)線自動化，隨著應(yīng)用范圍的不段擴(kuò)大，現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明它可以代替人手的繁重勞動，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率。
平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人又稱SCARA型裝配機(jī)器人，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的縮寫，意思是具有選擇柔順性的裝配機(jī)器人手臂。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)零件的插接、裝配中應(yīng)用廣泛。
總體設(shè)計的任務(wù)：包括進(jìn)行機(jī)械手的運(yùn)動設(shè)計，確定主要工作參數(shù)，選擇驅(qū)動系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后繪出方案草圖。
1.1 主要技術(shù)參數(shù)見表1-1
表1-1
機(jī)械手類型
平面關(guān)節(jié)型
抓取重量
2.2Kg
自由度
3個（2個回轉(zhuǎn)1個移動）
大臂
長700mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動，回轉(zhuǎn)角240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 單片機(jī)控制
小臂
長600mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動，回轉(zhuǎn)角240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 單片機(jī)控制
移動關(guān)節(jié)
氣缸驅(qū)動 行程開關(guān)控制
手指
氣缸驅(qū)動 行程開關(guān)控制
1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖：
第2章 手指設(shè)計
工業(yè)機(jī)械手的手部是用來抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。
2.1 設(shè)計時要注意的問題：
(1) 手指應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過程中的動載荷。
(2) 手指應(yīng)有一定的開閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動路線及其方位的影響。
(3) 應(yīng)能保證工件在手指內(nèi)準(zhǔn)確定位。
(4) 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
(5) 根據(jù)應(yīng)用條件考慮通用性。
2.2 零件的計算
其中g(shù)取10
取G=23（N）
2.3 緊力的計算：
2.3.1
f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為40號鋼，手指為鋼材，查《機(jī)械零件手冊》 表2-5 f=0.15
所以
取N=40（N）
驅(qū)動力的計算
為斜面傾角，，為傳動機(jī)構(gòu)的效率，這里為平摩擦傳動，
查《機(jī)械零件手冊》表2-2 這里取 0.85
所以
取p=55(N)
2.3.2 活塞手抓重量的估算
r為桿的半徑，h為長度，g取10
2.3.3 汽缸的設(shè)計
因?yàn)闅鈮汗ぷ鲏毫^低，對氣動組件的材質(zhì)和精度要求較液壓底，無污染，動作迅速反映快，維護(hù)簡單，使用安全。而且此處作用力不大，所以選氣壓傳動。
汽缸內(nèi)型選擇，由于行程短，選單作用活塞汽缸，借彈簧復(fù)位。
汽缸的計算
氣壓缸內(nèi)徑D的計算
按《液壓傳動與氣壓傳動》公式 13-1
D為汽缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa）,為負(fù)載率，負(fù)載率與汽缸工作壓力有關(guān)，取，查《液壓傳動與氣壓傳動》表13-2 由于汽缸垂直安裝，所以取P=0.3。
按《液壓傳動與氣壓傳動》表13-3圓整取32mm.
活塞桿直徑d的計算
一般，此選0.2
mm
按《液壓傳動與氣壓傳動》表13-4 圓整取8mm
汽缸壁厚的計算
按《液壓傳動與氣壓傳動》表13-5查得
彈簧力的F的計算
第3章 移動關(guān)節(jié)的設(shè)計計算
3.1驅(qū)動方式的比較
機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動，和機(jī)械傳動四種。一臺機(jī)械手可以只用一種驅(qū)動，也可以用幾種方式聯(lián)合驅(qū)動，各種驅(qū)動的特點(diǎn)見表3-1。
3.2汽缸的設(shè)計
因?yàn)闅鈮汗ぷ鲏毫^低，對氣動組件的材質(zhì)和精度要求較液壓底，無污染，動作迅速反映快，維護(hù)簡單，使用安全。而且此處作用力不大，所以選氣壓傳動。
汽缸內(nèi)型選擇：因?yàn)榛钊谐梯^長，往復(fù)運(yùn)動，所以選雙作用單活塞汽缸，利用壓縮空氣使活塞向兩個方向運(yùn)動。
初選活塞桿直徑d=12mm，估算其重量
取5N
取80N
表3-1
比較內(nèi) 容
驅(qū)動方式
機(jī)械傳動
電機(jī) 驅(qū)動
氣壓傳動
液壓傳動
異步電機(jī)，直流電機(jī)
步進(jìn)或伺服電機(jī)
輸出力矩
輸出力矩較大
輸出力可較大
輸出力矩較小
氣體壓力小，輸出力矩小，如需輸出力矩較大，結(jié)構(gòu)尺寸過大
液體壓力高，可以獲得較大的輸出力
控制性能
速度可高，速度和加速度均由機(jī)構(gòu)控制，定位精度高，可與主機(jī)嚴(yán)格同步
控制性能較差，慣性大，步易精確定位
控制性能好，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜
可高速，氣體壓縮性大，阻力效果差，沖擊較嚴(yán)重，精確定位較困難，低速步易控制
油液壓縮性小，壓力流量均容易控制，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制
體積
當(dāng)自由度多時，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積液較大
要油減速裝置，體積較大
體積較小
體積較大
在輸出力相同的條件下體積小
維修使用
維修使用方便
維修使用方便
維修使用較復(fù)雜
維修簡單，能在高溫，粉塵等惡劣環(huán)境種使用，泄漏影響小
維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火
應(yīng)用范圍
適用于自由度少的專用機(jī)械手，高速低速均能適用
適用于抓取重量大和速度低的專用機(jī)械手
可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手
中小型專用通用機(jī)械手都有
中小型專用通用機(jī)械手都有，特別時重型機(jī)械手多用
成本
結(jié)構(gòu)簡單，成本低，一般工廠可以自己制造
成本低
成本較高
結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低
液壓元件成本較高，油路也較復(fù)雜
氣壓缸內(nèi)徑D的計算
按《液壓傳動與氣壓傳動》公式 13-1
D為汽缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa）,為負(fù)載率，負(fù)載率與汽缸工作壓力有關(guān)，取，查《液壓傳動與氣壓傳動》表13-2 由于汽缸垂直安裝，所以取P=0.3。一般，此選0.3
按《液壓傳動與氣壓傳動》表13-3圓整取40mm.
一般，此選0.3
mm
汽缸壁厚的計算
按《液壓傳動與氣壓傳動》表13-5查得
汽
缸重量的計算
其中：R為汽缸外徑，r為汽缸內(nèi)徑，h為汽缸長度，g取10，為汽缸材料密度
取25N
第4章 小臂的設(shè)計
臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支撐手部和腕部，主要用來改變工件的位置。手部在空間的活動范圍主要取決于臂部的運(yùn)動形式。
4.1 設(shè)計時注意的問題
(1) 剛度要好，要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸，空心桿比實(shí)心桿剛度大的多，常用鋼管做臂部和導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼左支撐板，以保證有足夠的剛度。
(2) 偏重力矩要小，偏重力矩時指臂部的總重量對其支撐或回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。
(3) 重量要輕，慣量要小，為了減輕運(yùn)動時的沖擊，除采取緩沖外，力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，以減少慣性力。
(4) 導(dǎo)向性要好。
4.2 小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計
把小臂的截面設(shè)計成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。
選10號工字鋼。理論重,小臂長為600mm。
較核：（N）
取75N
其受力如下圖:
F=75+105=180（N）
按《材料力學(xué)》公式5.11
其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。
所以
所以選10號工字鋼合適。
3． 3 軸的設(shè)計計算
大軸的直徑取20mm，材料為45號鋼。
受力如下圖:
驗(yàn)算：
F=180N
所以合適
4.4 軸承的選擇
因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按《機(jī)械零件手冊》表9-6－1（GB 297-84）選7304E，d=20mm e=0.3
軸承的校核
因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過大，產(chǎn)生永久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為：
《機(jī)械設(shè)計》13-17
其中為當(dāng)量靜載荷，為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按《機(jī)械設(shè)計》表3-8 作擺動運(yùn)動軸承,沖擊及不均勻載荷,此處1.5.
上軸承受純徑向載荷,
所以
因此軸承合適.
下軸承受徑向和軸向載荷,
R為徑向載荷
A為軸向載荷
X Y分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按《機(jī)械設(shè)計》表13－5查取
因?yàn)?
所以
所以
因此軸承合適
小軸承受力很小，所以不用教核
4.5 軸承摩擦力矩的計算：
如果 （C為基本額定動載荷，P為所受當(dāng)量動載荷），可按《機(jī)械設(shè)計手冊》第二版 (16.1-13)公式:
估算
其中:為滾動軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。
查表《機(jī)械設(shè)計手冊》第二版 表16.1-29得
，所以也可以用此公式估算
所以
查表《機(jī)械設(shè)計手冊》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
取0.1
4.6 驅(qū)動選擇
因?yàn)樗栩?qū)動力小，精度要求不很高，所以選擇控制方便，輸出轉(zhuǎn)角無長期積累誤差的步進(jìn)電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的選擇：步距角要小，要滿足最大靜轉(zhuǎn)矩，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低不考慮矩頻特性，按《機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)》表2-11 BF反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)參數(shù)表查取，
選45BF005，其主要參數(shù)如下：
步矩角1.5度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩0.196N.M，質(zhì)量0.4kg,外徑45mm,長度58mm,軸徑4mm。
精度驗(yàn)證:能夠滿足精度要求，
為了提高精度，采用一級齒輪傳動.5
的齒數(shù)為20，的齒數(shù)為70。
按《機(jī)械原理》表8-2標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB1357-87）取m=1，取
則
齒輪寬度計算：
按《機(jī)械設(shè)計》表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)
兩支承相對小齒輪作對稱布置取0.9—1.4,此處取1
則
為了防止兩齒輪因裝配后軸向稍有錯位而導(dǎo)致嚙合齒寬減少，要適當(dāng)加寬，所以取24mm
第5章 大臂的設(shè)計計算
5.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計
把大臂的截面設(shè)計成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。
選14號工字鋼。理論重,小臂長為700mm。
較核：（N）
取140N
其受力如圖:
F=75+105+140=320（N）
按《材料力學(xué)》公式5.11
其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。
所以
所以選10號工字鋼合適。
5.2 軸的設(shè)計計算
軸的直徑取20mm，材料為45號鋼。
其受力如下圖:
驗(yàn)算：
F=320N
所以合適
5.3軸承的選擇
大軸軸承的選擇：因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按《機(jī)械零件手冊》表9-6－1（GB 297-84）選7304E，d=20mm e=0.3
軸承的校核
因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過大，產(chǎn)生永久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為：
《機(jī)械設(shè)計》13-17
其中為當(dāng)量靜載荷，為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按《機(jī)械設(shè)計》表3-8 作擺動運(yùn)動軸承,沖擊及不均勻載荷,此處1.5.
上軸承受純徑向載荷,
所以
因此軸承合適.
下軸承受徑向和軸向載荷,
R為徑向載荷
A為軸向載荷
X Y分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按《機(jī)械設(shè)計》表13－5查取
因?yàn)?
所以
所以
因此軸承合適
小軸承受力很小，所以不用教核
5.4 軸承摩擦力矩的計算
如果 （C為基本額定動載荷，P為所受當(dāng)量動載荷），可按《機(jī)械設(shè)計手冊》第二版 (16.1-13)公式:
估算
其中:為滾動軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。
查表《機(jī)械設(shè)計手冊》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
查表《機(jī)械設(shè)計手冊》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
取0.1
5.5 伺服系統(tǒng)的選擇
因?yàn)樗栩?qū)動力小，精度要求不很高，所以選擇控制方便，輸出轉(zhuǎn)角無長期積累誤差的步進(jìn)電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的選擇：步距角要小，要滿足最大靜轉(zhuǎn)矩，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低不考慮矩頻特性，按《機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)》表2-11 BF反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)參數(shù)表查取，
選45BF005，其主要參數(shù)如下：
步矩角1.5度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩0.196N.M，質(zhì)量0.4kg,外徑45mm,長度58mm,軸徑4mm。
精度驗(yàn)證:
所以不能滿足精度要求,不能直接傳動,要變速機(jī)構(gòu)
在此選用直齒圓柱齒輪
為了提高精度，采用一級齒輪傳動.5
的齒數(shù)為20，的齒數(shù)為70。
按《機(jī)械原理》表8-2標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB1357-87）取m=1，取
則
齒輪寬度計算：
按《機(jī)械設(shè)計》表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)
兩支承相對小齒輪作對稱布置取0.9—1.4,此處取1
則
為了防止兩齒輪因裝配后軸向稍有錯位而導(dǎo)致嚙合齒寬減少，要適當(dāng)加寬，所以取24mm
第6章 機(jī)身的設(shè)計
機(jī)身是支承臂部的部件，升降，回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動機(jī)構(gòu)等都可以裝在機(jī)身上。
6.1 設(shè)計時注意的問題
(1) 要有足夠的剛度和穩(wěn)定性。
(2) 運(yùn)動要靈活，升降運(yùn)動的導(dǎo)套長度不宜過短，否則可能產(chǎn)生卡死現(xiàn)象；一般要有導(dǎo)向裝置。
(3)結(jié)構(gòu)布置要合理，便于裝修。
6.2 由于此設(shè)計要求為三個自由度，所以此處無運(yùn)動要求，只用來支承。只要剛度能滿足就行了，高度可根據(jù)自動線的高低確定。
翻譯
Current driveline concepts
1. Engine developments
Gasoline and Diesel engines are the dominant drive units of today. Hybrid concepts and fuel cells have so far only conquered market niches or have not yet developed beyond the design stage.
New injection technologies, such as pump nozzle and common rail, are now common for Diesel engines. This resulted in significant fuel savings and improved driving dynamics due to raised torque and performance.
Presently, multi-point injection is the dominant method for gas engine concepts. Increasingly stringent emission laws, the requirements of the European Parliament and the voluntary commitment of the European automobile industry to reduce the average CO2 emission of newly registered passenger cars by 25% by the year 2008 compared to the year 1995, will require significant reductions in fleet consumption and emissions within the next few years. this will result in a diversification of drive concepts for gas engines .DI versions will share the market with displacementreduced, supercharged engines , electromechanical and mechanical valve-gear systems and their combinations .The future-oriented concepts of complete de-throttling of the gas engine by means of charge stratification or volumetric efficiency control and shifting of the load cycle into the efficiency-optimal range of the engine graph will decisively contribute to the technology of the gas engine in the coming decades .
Downsizing and supercharging will significantly raise specific maximum engine torque levels in the next few years.
2. Transmission types
The Manual Transmission/MT and the Automatic Transmission/AT are the transmissions presently firmly established in the market . For some years the market has seen the appearance of the Automated Manual Transmission/AMT and the Continuously Variable Transmission/CVT, whose shares in the market are still very small.
Manual transmissions are cheap , of relatively small size ,and their spur gears provide good efficiency , Consumption largely depends on the driver’s shifting style and the vehicle concept.
The comfort of an automatic transmission is approached through automated shifting and cluthing . More gears snd the concomitant enhanced spacing also increase comfort . High efficiency ,favorable weight and low cost are factors that ate retained.
Traction interruption , associated with automated shifting and regarded as impairing comfort , will be reduced in future AMTs by an optimized gearshift process . The powershifting double-clutch transmission with two separate transmission input shafts is part of this development . Gears are preselected in the load-free section of the transmission ,gear steps ate changed under full load through controlled trolled torque transfer from the first to the second clutch.
Ats have undergone a continuous development process in recent years an have become even more comfortable ,lighter and economical . New gear set comfortable , lighter and economical .New gear set concepts and more gear steps will continue this trend . Their very high level of comfort ,how ever , is associated with a complex design and a relatively high weight and limited efficiency .
Comfortable shifting with the CVT is principlerelated . Acceleration ideally follows the traction hyperbola , The initial engine speed increase fllowed by comtinuos transmission ratio variation , how ever ,is new .There is a delay between the initiation of acceleration and the following response . The hydraulically produced frictional connection in the variator , which transfers the torque to the output ,suggests increased consumption . Wide spacing , however ,lowers this for vehicles with manual transmissions.
3. Starting components
Today ,there basic concepts are available for shifting and starting :
. the dry clutch ;
. the wet clutch ;
. the torque converter;
The dry clutch is known for
. its very good efficiency;
. its good controllability;
. its drag torque –free feature:
. its relatively small mass moment of inertia .
The very good efficiency of the normally-closed dry clutch is due to the absence of auxiliary power .Other solutions always need pressure and thus additional power in the bridged or closed condition .
Wet clutch advantage are :
. little mass ;
. very small mass moment of inertia;
. very good controllability;
. high power density and great torque capacity.
The wet clutch is therefore optimally suited for vehicles with small installation space and very high torque levels.
Due to its function as a hydrodynamic hydraulic transmission ,the torque converter with or without slip-controlled lockup clutch and torsionalvibration damper offers .
. efficiency advantages in the non-bridged condition and
. and a torque translated by the hydraulic transmission as well as
. over load protection
目前的傳動系概念
1 發(fā)動機(jī)的發(fā)展
汽油和柴油發(fā)動機(jī)是目前主要的驅(qū)動元件，混合驅(qū)動和燃料電池仍處于設(shè)計開發(fā)階段尚未占領(lǐng)市場。新型的噴射技術(shù)，如共軌泵噴射，通常被應(yīng)用于柴油發(fā)動機(jī)。它大幅度降低了油耗并由于提高了發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和性能改善了動態(tài)傳動特性。
目前多點(diǎn)直接噴射廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動機(jī)。為了滿足苛刻的排放法規(guī)，歐洲議會和歐洲汽車工業(yè)協(xié)會要求在2008年將新注冊的轎車的CO2排放量在1995年水平上降低25%，這需要在近幾年內(nèi)明顯降低車輛的能耗和排放，這導(dǎo)致了汽油發(fā)動機(jī)用傳動系的多樣化。直接噴射系統(tǒng)將通過減少排量，發(fā)動機(jī)增壓、機(jī)電一體化或機(jī)械式閥門配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)及他們的組合占領(lǐng)部分市場。采用分層進(jìn)氣或容積效率控制的汽油機(jī)多氣門技術(shù)和是發(fā)動機(jī)工作在高效率區(qū)的負(fù)荷循環(huán)換擋概念將是全分離節(jié)氣門汽油發(fā)動機(jī)今后幾十年的兩大主要技術(shù)。
小型化和發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)在未來幾年內(nèi)將明顯提高發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的水平。
2 變速器類型
手動變速器（MT）和自動變速器（AT）是目前變速器市場的主要產(chǎn)品，幾年前市場上開始出現(xiàn)機(jī)械自動變速器（AMT）和無級變速器（CVT），但它們僅占有極小的市場份額。
手動變速器便宜，體積較小、并且圓柱齒輪組的效率很高，能耗主要取決于駕駛員的換擋技術(shù)和車輛形式。
自動變速器的舒適性體現(xiàn)在自動換擋和離合器的自動工作上，教多的擋位及相應(yīng)增加的間距也改善了舒適性，效率高、重量合適和成本底是該類變速器生存的要點(diǎn)。
換擋時存在的牽引力中斷現(xiàn)象對舒適性有影響，將來的AMT可通過采用優(yōu)化換擋措施減少之。有兩根對立變速器輸入軸的雙離合器動力換擋變速器是AMT的一個發(fā)展方向，它在變速器的無負(fù)荷部分進(jìn)行預(yù)換擋，通過控制第一和第二離合器上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)所掛擋位的加載過程。
自動變速器經(jīng)過這些年的不斷發(fā)展，已變得更舒適、更輕和更經(jīng)濟(jì)。新型的齒輪組和更多的擋位將繼續(xù)是其發(fā)展趨勢。但是他們非常高的舒適性導(dǎo)致了復(fù)雜的設(shè)計相對較大的質(zhì)量和有限的效率。
從理論上講，CVT具有很高的換擋舒適性。其加速度與牽引力的雙曲線非常吻合。然而新問題是發(fā)動機(jī)起始轉(zhuǎn)速的增加與無級變速器速比變化有關(guān)。這里存在一個起始加速度和其響應(yīng)之間的滯后，將轉(zhuǎn)矩傳遞至輸出端時液力產(chǎn)生的摩擦連接會增加能耗。同時較寬的距離降低了它在手動變速器的車輛上的應(yīng)用。
3 起動元件
目前有三種不同的換擋和起動形式：
干式離合器
濕式離合器
變矩器
干式離合器具有如下特性：
非常高的效率
良好的控制性能
轉(zhuǎn)矩過載保護(hù)特性
轉(zhuǎn)動慣量相對較小
常閉干式離合器的高效率是由于不需要輔助動力的緣故。其他結(jié)構(gòu)的解決方法常常要在結(jié)合或閉合時壓力因而輔助動力。
濕式離合器的優(yōu)點(diǎn)是：
質(zhì)量小
非常小的轉(zhuǎn)動慣量
非常優(yōu)秀的控制性能
高的功率密度和大的傳扭能力
因此濕式離合器可很好的適用于那些安裝空間小并需傳遞大傳遞大轉(zhuǎn)矩的車輛。
變矩器的功能可看成一流體動力的液力變速器，帶或不帶滑差控制鎖止離合器和扭轉(zhuǎn)減振器的變矩器具有如下功能：
未結(jié)合時功效好
轉(zhuǎn)矩通過液力變速器傳遞
過載保護(hù)
鳴謝
在這次畢業(yè)設(shè)計中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。同時也遇到很多問題，如設(shè)計綜合考慮不夠周全。但這對我以后的工作有很大的幫助,今后我會在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。最后感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師4年來給我的教育和培養(yǎng)，特別感謝我的導(dǎo)師給我精心的指導(dǎo)。
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