EQ2102牵引车变速器设计论文

优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！摘要变速器是汽车传动系统中比较关键的部件，它的设计好坏将直接影响到汽车的实际使用性能。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，同时使发动机在最有利工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。因为变速箱在低档工作时作用有较大的力，所以一般变速箱的低档都布置靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。本文设计研究了两轴式五挡手动变速器，对变速器的工作原理做了阐述，变速器的各挡齿轮和轴做了详细的设计计算，并进行了强度校核，对一些标准件进行了选型。变速器的传动方案设计并讲 述 了 变 速 器 中 各 部 件 材 料 的 选 择 。关键字：挡数；传动比；齿轮；轴；强度校核优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ABSTRACTTransmission is more cruical in automotive driveline components, it is dseigned to ditectly affect the quality of the actual use of performance automobiles. Transmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, is aimed at marking start, climbing, turning, accelerate various driving conditions, the car was different traction and speed Meanwhile engine in the most favorable working conditions within the scope of the work. And the trans mission in neutral gear with reverse gear. Transmission also need power output function.Gearbox because of the low-grade work at a larger role, In general, the low-grade gearbox layout are close to the axis after support, Following from low-grade to high-grade order of the layout of stalls gear. This will not only allow axis are large enough for a rigid, but also ensures easy assembly. Gear box overall structure and rigid axle and the shell structure of relations. Generally through the control shaft length control over several stalls to ensure that adequate gear box rigid. This paper describes the design of two-axis five block manual trans mission, the transmission principle of work elaborated, Transmission of the gear shaft and do a detailed design, and the intensity of a school. For some standard parts for the selection. Transmission Trans mission program design. A brief description of the trans mission of all components of the material choice.Keywords : Block; Transmission ratio; Gear; Axis;Checking优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！目 录摘 要 .IAbstract.II第一章 绪 论 .41.1 选题的目的和意义 .41.2 选题的研究现状 .41.3 课题的预期成果 .5第 2 章 变速器总体方案设计 .62.1 设计所依据的主要技术参数 .62.2 变速器传动机构的结构分析和形式选择 .62.2.1 两轴式变速器的特点分析 .62.2.2 中间轴式变速器特点分析 .72.2.3 倒挡布置方案分析 .82.2.4 传动机构布置的其他问题 .92.3 零部件结构方案分析 .92.3.1 齿轮形式 .92.3.2 换挡机构形式 .92.3.3 防止自动脱挡的结构 .102.3.4 变速器轴承 .112.4 变速器齿轮 .112.5 轴 .122.6 轴承 .132.7 操纵机构布置方案 .132.7.1 概述 .132.7.2 典型的操纵机构以及锁止装置 .142.8 本章小结 .16第 3 章 变速器主要参数的选择 .173.1 档数 .173.2 传动比范围 .17优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！3.3 各档传动比的确定 .173.4 齿轮参数的选择 .203.5 各档齿轮齿数的分配以及传动比的计算 .223.6 本章小结 .33第 4 章 变速器齿轮及轴的强度校核 .344.1 齿轮材料的选择原则 .344.2 变速器齿轮的材料及热处理 .344.3 变速器齿轮弯曲强度校核 .354.4 齿轮接触应力校核 .404.5 计算各挡齿轮的受力 .434.6 轴的结构尺寸设计 .464.7 轴的强度验算 .474.7.1 轴的刚度的计算 .474.7.2 轴的强度的计算 .524.8 本章小结 .58第 5 章 变速器同步器及其结构元件设计 .595.1、同步器的功用及分类 .595.2 同步器主要参数的确定 .615.2.1 摩擦因数 f.615.2.2 同步环主要尺寸的确定 .625.2.3 锁止角 .635.3 本章小结 .63结 论 .64参考文献 .65致 谢 .66优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！第一章 绪 论1.1 选题的目的和意义回顾变速器技术的发展可以清楚地知道，变速器作为汽车传动系统的总要组成部分，其技术的发展，是衡量汽车技术水平的一项总要依据。世界能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等都是科学技术发展的重要领域，这些领域的科技进步推动了变速器的发展。变速器的作用是，在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小,实现倒车行驶,实现空档.为保证汽车必要的动力性和经济性指标，必须合理选择和配置变速器档位及各档速比 1。通过对变速器等比数速比配置、偏置等比级数速比配置的理论分析，从经济型和加速性两方面分析对比两种速比配置。在各档位数和一档比确定后，合理的分配变速器各档速比。21 世纪，汽车工业成为中国经济发展的支柱产业之一，汽车企业对各系统部件的设计需求旺盛。其实，汽车与人一样儿，也是有着整套系统的有机结合体。发动机是心脏，车轮、底盘与悬挂是躯干和四肢，然而连接他们的，是类似于人体神经的变速器系统。变速器是汽车传动系统的重要组成部分,它对汽车的济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有直接的影响.随着汽车工业的高速发展和汽车现代设计方法的开发和应用,人们对汽车变速器设计的要求越来越高. 可以说，变速器伴随着汽车工业出现的必然产物，是汽车上的必需品。.1.2 选题的研究现状牵引汽车列车运输具有高效、经济、方便的特点,适应未来高速物流运输的发展。近几年,我国高速公路的建设和物流运输业迅猛发展,对牵引车的需求保持了强劲的增长势头, 在手动变速器领域，尤其是在重型车用和微型车用手动变速器上，涌现了大量自主创新的产品 2。另外，一些跨国公司独资或者合资的变速器企业开始陆续在中国设厂，为满足持续高速增长的中国汽车市场需求做出了非常大的贡献。在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。随着我国经济的飞速发展，牵引车的市场需求呈现快速增长的趋势。在欧洲和美国的长途货运几乎全部是由牵引车组成的半挂汽车完成，而重型牵引车数量占专用汽车的最大份额。牵引车载货质量大，使用工况复杂，近年来，国际市场重型载货车辆所配备变速器挡位数目不断增多。挡位的增加使得换档复杂，换挡频繁，对驾驶员的驾驶熟练程度要求高。具体有三个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定程度上加大了手动变速器的优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就是用的手动车，他们更加享受手动车带来的架势乐趣，再次，它有传动效率高，工作可靠，寿命长，制造工艺成熟和成本低的特点。所以机械式变速器还是有很大的发展空间的本课题的主要内容是研制开发前轮驱动轿车变速器的方案和各系统的设计，计算和校对。结合国外汽车设计的一些先进技术和国内专家们做过的一些工作，对前驱动轿车变速器的设计给出了详细的方法和较为合理的理论，本文主要预计做的工作包括以下内容：根据所开发车型的关键所在，要全面考虑所有方面，包括可行性、经济性、安全性、舒适性、操纵稳定性、平顺性、动力性、高速性等一系列问题，才能使你开发出的车在市场上有竞争力，才能被人们所接受。总体方案出台后，就要对变速器进行总体布置，确定各系统参数，根据各系统性能的需要开始设计各系统。传动系统的布置和组成取决于发动机的结构形式、布置位置和车辆的驱动形式。因为该车型采用前置前驱动形式，发动机的动力通过离合器和变速器并直接带动前桥，这样传动系省去了一根传动轴，同时离合器和变速器可以与发动机制成一体，从而使总体结构非常紧凑，这种结构的关键在于等速万向节的设计与选取 1.本文对此加以探讨，给出合理的设计原则。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，同时使发动机再最有利工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。1.3 课题的预期成果（1）变速器类型确定；（2）变速器档数及各档传动比的分配确定；（3）变速器齿轮参数的选择及各档齿轮齿数的分配；（4）变速器齿轮的强度计算；（5）变速器轴和轴承的设计计算及轴的强度验算；（6）同步器设计；（7）利用 CAD 画装配图、零件图。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！第 2 章 变速器总体方案设计2.1 设计所依据的主要技术参数设计主要参数如表 2.1 所示。表 2.1 EQ2012 牵引车设计的主要技术参数发动机最大功率 118kw 车轮型号 335/80 R20发动机最大转矩 546Nm 总质量 10940kg最大转矩时转速 2064r/min 最高车速 140km/h2.2 变速器传动机构的结构分析和形式选择有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，具有高的传动效率（=0.960.98） ，因此在各种类型的汽车上均得到了广泛的应用。通常，有级变速器具有三个、四个、五个前进挡；重型载货汽车和重型越野车则采用多挡变速器，其前进挡位数多大 516 个甚至 20 个。变速器挡位的增多可提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性和平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但挡位数的增多也使变速器的尺寸及质量增大，结构复杂，制造成本提高，操纵也复杂。某些轿车和货车的变速器，采用仅在良好的路面和空载行驶时才使用的超速挡。采用传动比小于 1（约为 0.70.8）的超速挡，可充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传动比为 1 的直接挡比较，采用超速挡会降低传动效率 4。有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力的齿轮副数目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。两轴式和三轴式变速器都得到了广泛的应用。2.2.1 两轴式变速器的特点分析与中间轴式变速器相比较，两轴式变速器结构简单、紧凑且除最高挡外其他各挡的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力-传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量减少 6%10%。两轴式变速器则方便于这种布置且使传动系的结构简单。两轴式变速器没有直接挡，因此在高挡工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声较大，也增加了磨损，这是它的缺点 1。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！如图 2.1ac 所示为发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均用常啮合齿轮传动。图 2.1c 中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并用同步器换挡；图 2-1a 所示方案的变速器有辅助支承，用来提高轴的刚度。(a) (b) (c)图 2.1 两轴式变速器传动方案2.2.2 中间轴式变速器特点分析中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机的飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。如图 2.2ad 所示为中间轴式变速器的传动方案，其中 ab 为中间轴式五挡变速器，cd 为中间轴式六挡变速器的传动方案。中间轴式变速器的共同特点为：变速器第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保证两轴轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接后可得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达到 90%以上，噪声低、齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率要高于其他挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其他前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮可以不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案件中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或接合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或接合套换挡，各挡同步器或接合套多数情况下装在第二轴上。在除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！它的缺点 6。以上各方案中，凡采用常啮合齿轮传动的挡位，其换挡形式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，有的挡位用同步器换挡，有的挡位用啮合套换挡，那么一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡 1图 2.2 中间轴式变速器传动方案2.2.3 倒挡布置方案分析 如图 2.3 所示为常见的倒挡布置方案。图 2.3b 方案的优点是倒挡利用了一挡齿轮，缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图2.3c 方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图 2.3d 方案对 2.3c的缺点做了修改。图 2.3e 所示方案是将一、倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图2.3f 的方案于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，挡换更为轻便。为了缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图 2.3g 所示方案；其缺点是一、倒挡各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。变速器的一挡或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力也增大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出轮齿磨损加快和工作噪声增加。为此，无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一挡与倒挡，都应当布置在靠近轴的支撑处，以便改善上述不良情况，然后按照从低挡到高挡的顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴具有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒挡 1。为防止意外挂入倒挡，一般在挂倒挡时设有一个挂倒挡时需克服弹簧所产生的力，优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！用来提醒驾驶员注意。图 2.3 倒挡布置方案2.2.4 传动机构布置的其他问题常用挡位的齿轮因接触应力过高而易造成表面点蚀损坏。将高挡布置在靠近轴的两端支承中部区域较为合理，在该区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮可保持较好的啮合状态，以减少偏载并提高齿轮寿命。某些汽车的变速器有仅在好路或空车行驶时才使用的超速挡。使用传动比小于 1的超速挡，能够更充分的利用发动机的功率，使汽车行驶 1Km 所需发动机曲轴的总转数减少，因而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接挡比较，使用超速挡会使传动效率降低、工作噪声增加。机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数、每分钟转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮和壳体等零件的制造精度等。2.3 零部件结构方案分析2.3.1 齿轮形式与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点；缺点是制造时稍有复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的质量和转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。2.3.2 换挡机构形式优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。汽车行驶时，因变速器内各转动齿轮有不同的角度，所以用轴向滑动直齿齿轮方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随噪声。这不仅使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使乘坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术（如两脚离合器）才能使换挡时齿轮无冲击，并克服上述缺点；但换挡瞬间驾驶员注意力被分散，又影响行驶安全。除此之外，采用直齿换挡时，换挡行程长也是它的缺点。因此，尽管这种换挡方式结构简单，制造、拆装与维修工作皆容易，并能减小变速器旋转部分的惯性力矩，但除一挡、倒挡已很少使用。当变速器第二轴上的齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态时，可以用移动啮合套换挡。这时，不仅换挡行程短，同时因承受换挡冲击载荷的接合齿数多，而轮齿又不参与换挡，所以它们都不会过早损坏；但因不能消除换挡冲击，仍然要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总惯性力矩增大。因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，则换挡机构连接件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且与同步器比较还有结构简单、制造容易、能够减低制造成本及减小变速器长度等优点。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。同上述两种换挡方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。利用同步器换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程短。在滑动齿轮特别宽的情况下，这种差别就更为明显。为了操纵方便发，要求换入不同挡位的变速杆行程应尽可能一样，如利用同步器或啮合套换挡，就很容易实现这一点。2.3.3 防止自动脱挡的结构自动脱挡是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱挡。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种：1、将两接合齿的啮合位置错开，如图 2.4a 所示。这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿的 13mm。使用中两齿接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可用来阻止接合齿自动脱挡。2、将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下 0.30.6mm） ，这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱挡，如图 2.4b 所示。3、将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜 2。 3 。 ） ，使优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力，如图 2.4c 所示。这种方案比较有效，应用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱挡的效果 7。图 2.4 防止自动脱挡的结构措施2.3.4 变速器轴承变速器的第二轴前端支承在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。第二轴后端常采用球轴承，用来承受轴向力和径向力。变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。轴承的直径根据变速器中心距确定，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于 620mm。2.4 变速器齿轮变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。直齿圆柱齿轮主要用于一档、倒档齿轮，与直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点，所以本设计全部选用斜齿轮。变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度 （图 2.5）影响齿轮强b度。要求尺寸 应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮装在轴上以后，b保持足够大的稳定性，齿轮轮毂部分的宽度尺寸 ，在结构允许条件下应尽可能取大C些，至少满足尺寸要求：（3.1）2)4.1(d优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！式中 花键内径。2d为了减小质量，轮辐处厚度 应在满足强度条件下设计得薄些。尺寸 可取为 1D花键内径的 1.251.40 倍。图 2.5 变速器齿轮尺寸控制图齿轮表面粗糙度数值降低，则噪声减少，齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。变速器齿轮齿面的表面粗糙度应在 m 范围内选用。要求齿轮制造精40.8.aaR度不低于 7 级。2.5 轴变速器轴多数情况下经轴承安装在壳体的轴承孔内。当变速器中心距小，在壳体的同一端面布置两个滚动轴承有困难时，输出轴可以直接压入壳体孔中，并固定不动。用移动齿轮方式实现换档的齿轮与轴之间，应选用矩形花键连接，以保证良好的定心和滑动灵活，而且定心外径及矩形花键齿侧的磨削比渐开线花键要容易。两轴式变速器输入轴和中间轴式变速器中间轴上的高档齿轮，通过轴与齿轮内孔之间的过盈配合和键固定在轴上。两轴式变速器的输出轴和中间轴式变速器的第二轴上的常啮合齿轮副的齿轮与轴之间，常设置有滚针轴承、滑动轴承，少数情况下齿轮直接装在轴上。此时，轴的表面粗糙度不应低与 m，硬度不低于 5863HRC。因渐开线花8.0aR键定位性能良好，承载能力大且渐开线花键的齿短，小径相对增大能提高轴的刚度，所以轴与同步器上的轴套常用渐开线花键连接。倒档轴为压入壳体孔中并固定不动的光轴，并由螺栓固定。由上述可知，变速器的轴上装有轴承、齿轮、齿套等零件，有的轴上又有矩形或优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！渐开线花键，所以设计时不仅要考虑装配上的可能，而且应当可以顺利拆装轴上各零件。此外，还要注意工艺上的有关问题。2.6 轴承变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方 8。 变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径较小、宽度较大因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。 由于本设计的变速器为两轴变速器，具有较大的轴向力，所以设计中变速器输入轴、输出轴的前、后轴承按直径系列均选用圆锥滚子轴承。2.7 操纵机构布置方案2.7.1 概述根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用操纵机构完成选档和实现换档或退到空档。变速器操纵机构应当满足如下主要要求：换档时只能挂入一个档位，换档后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱档或自动挂档，防止误挂倒档，换档轻便。变速器操纵机构通常装在顶盖或侧盖内，也有少数是分开的。变速器操纵机构操纵第二轴上的滑动齿轮、啮合套或同步器得到所需不同档位。用于机械式变速器的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒档装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选档、换档或推到空档工作，称为手动换档变速器。直接操纵式手动换档变速器当变速器布置在驾驶员座椅附近时，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换档功能的手动换档变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。近年来 ，单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴，各档同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各档换档行程相等。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！2.7.2 典型的操纵机构以及锁止装置图 2.6 典型的操纵机构图定位装置的作用是将被啮合件保持在一定位置上，并防止自动啮合和分离，一般采，如图 2.61、换档机构变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换档，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一档、倒档外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换档。因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换档冲击。目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换档迅速、无冲击、无噪声，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。同上述两种换档方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。利用同步器或啮合套换档，其换档行程要比滑动齿轮换档行程小。通过比较，考虑汽车的操纵性能，本设计全部档位均选用同步器换档。2、防脱档设计互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速叉轴互被锁住，该机构的作用是防止同时挂入两档，而使挂档出现重大故障。常见的互锁机构有：（1）互锁销式图 2.7 是汽车上用得最广泛的一种机构，互锁销和顶销装在变速叉轴之间，用销子的长度和凹槽来保证互锁。图 2.7，a 为空档位置，此时任一叉轴可自由移动。图 3.3，b、c、d 为某一叉轴优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！在工作位置，而其它叉轴被锁住。图 2.7 互锁销式互锁机构（2）摆动锁块式图 2.8 为摆动锁块式互锁机构工作示意图，锁块用同心轴螺钉安装在壳体上，并可绕螺钉轴线自由转动，操纵杆的拨头置于锁块槽内，此时，锁块的一个或两个突起部分 A 档住其它两个变速叉轴槽，保证换档时不能同时挂入两档。（3）转动钳口式图 2.9 为与上述锁块机构原理相似的转动钳口式互锁装置。操纵杆拨头置于钳口中，钳形板可绕 A 轴转动。选档时操纵杆转动钳形板选入某一变速叉轴槽内，此时钳形板的一个或两个钳爪抓住其它两个变速叉，保证互锁作用。操纵机构还应设有保证不能误挂倒档的机构。通常是在倒档叉或叉头上装有弹簧机构，使司机在换档时因有弹簧力作用，产生明显的手感。锁止机构还包括自锁、倒档锁两个机构。自锁机构的作用是将滑杆锁定在一定位置，保证齿轮全齿长参加啮合，并防止图 2.8 摆动锁块式互锁机构 图 2.9 转动钳口式互锁机构脱档和挂档。自锁机构有球形锁定机构与杆形锁定机构两种类型。倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，方能挂入倒档，起到提醒注意的作用，以防误挂倒档，造成安全事故。本次设计属于前置前轮驱动的轿车，操纵机构采用直接操纵方式，锁定机构全部采用，即设置自锁、互锁、倒档锁装置。采用自锁钢球来实现自锁，通过互锁销实现互锁。倒档锁采用限位弹簧来实现，使驾驶员有感觉，防止误挂倒档。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！2.8 本章小结本章主要依据变速器几种常见的传动机构布置方案，对两轴式和中间轴式的变速器的结构特点作了简要说明，分析了各种方案的优缺点，同时介绍了几种常见的倒挡机构布置方案，并比较了各个方案的优缺点，介绍了变速器齿轮，轴及轴承的选择。在零部件的选择部分，对变速器齿轮、换挡机构的形式和变速器防止自动脱挡的结构进行了分析和说明。最后结合本次设计所依据车辆的主要技术参数，选择了本设计的传动机构布置方案和零、部件的结构形式，作为以后各章节设计的基础。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！第 3 章 变速器主要参数的选择3.1 档数近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，乘用车一般用45 个档位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用 5 个档。商用车变速器采用 45 个档或多档。载质量在 2.03.5t 的货车采用五档变速器，多档变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上 1。3.2 传动比范围变速器传动比范围是指变速器最高档与最低档传动比的比值。最高档通常是直接档，传动比为 1.0；有的变速器最高档是超速档，传动比为 0.70.8。影响最低档传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前乘用车的传动比范围在 3.04.5 之间，总质量轻些的商用车在5.08.0 之间，其它商用车则更大。传动比范围的选择要求：1、相邻档位之间的传动比比值在 1.8 以下。2、高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档区相邻档位之间的比值小。 因此，本次设计的牵引车变速器为 5 档变速器，最高档传动比初定为 13.3 各档传动比的确定（1）主减速器传动比的确定发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为 9：037.irnuga（3.1）式中 汽车行驶速度（km/h） ；au发动机转速（r/min） ；n车轮滚动半径（m） ；r变速器传动比；gi优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！主减速器传动比。0i主减速器传动比 =0.377 =0.377 =4.510i0maxirngp9052.64双曲面主减速器，当 6 时，取 =90%， 6 时，取 =88%。0ii=96%， = =88%96%=0.85gTT最大传动比 的选择：1gi（2)满足最大爬坡度。根据汽车行驶方程式(3.2) dtumGiuACfriTaDTg 20emax15.汽车以一挡在无风、干砂路面行驶，公式简化为sin co0emaxfriTg即， (3.3)TtqgifGi01式中：G作用在汽车上的重力， ， 汽车质量， 重力加速度，mg=1094010=109400N；mg发动机最大转矩， =546N.m；axeTaxeT主减速器传动比， =6.31；0i 0i传动系效率， =85%；TT车轮半径， =0.522m；rr滚动阻力系数， =0.0076+0.000056 =0.013144 取 =0.01ff maxUf爬坡度，取 =16.7=5.385.014563271gi满足附着条件。优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！riTTg01emaxz2F在沥青混凝土干路面，=0.70.8，取 =0.8(3.4)tengiTri0max1即 =8.35 1gi %85.456.627得 5.3 8.35所以，取 =6.51gi（3）其他各挡传动比的确定：按等比级数原则，一般汽车各挡传动比大致符合如下关系： qiigg54321式中： 常数，也就是各挡之间的公比；因此，各挡的传动比为：q， ， ，41ig32ig2igqig4= =1.596nq50.6所以其他各挡传动比为：= =4.068， = =2.549， = =1.596, =12gi3q3gi24giq5gi(4)中心距 A初选中心距时，可根据下述经验公式（3.5）31maxgeAiTK式中： 变速器中心距（mm） ；中心距系数， =9.511.0 AA变速器一挡传动比， =6.5 ；1i 1gi变速器传动效率，取 85% ；g发动机最大转矩， =546N.m 。 maxeTaxeT则， 31maxgeAiK= 385.0.654)0.9(优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！=137.2158.9mm初选中心距 =146mm。A（5）变速器的外形尺寸：变速器壳体的尺寸要尽可能小，同时质量也要小，并具有足够的刚度，用来保证轴和轴承工作时不会歪斜。变速器横向断面尺寸应保证能布置下齿轮，而且设计时还应当注意到壳体侧面的内壁与转动齿轮齿顶之间留有 58mm 的间隙，否则由于增加了润滑油的液压阻力，会导致产生噪声和使变速器过热。齿轮齿顶到变速器底部之间要留有不小于 15mm 的间隙。为了加强变速器壳体的刚度，在壳体上应设计有加强肋。加强肋的方向与轴支承处的作用力方向有关。变速器壳壁不应该有不利于吸收齿轮振动和噪声的大平面。采用压铸铝合金壳体时，可以设计一些三角形的交叉肋条，用来增加壳体刚度和降低总成噪声。为了注油和放油，在变速器壳体上设计有注油孔和放油孔。注油孔位置应设计在润滑油所在平面处，同时利用它作为检查油面高度的检查孔。放油孔应设计在壳体的最低处。放油镙塞采用永久磁性镙塞，可以吸住存留于润滑油内的金属颗粒。为了使从第一轴或第二轴后支承的轴承间隙处流出的润滑油再流回变速器壳体内，常在变速器壳体前或后端面的两轴承孔之间开设回油孔。为了保持变速器内部为大气压力，在变速器顶部装有通气塞。为了减小质量，变速器壳体采用压铸铝合金铸造时，壁后取 3.54mm 。采用铸铁壳体时，壁厚取 56mm。增加变速器壳体壁厚，虽然能提高壳体的刚度和强度，但会使质量加大，并使消耗的材料增加，提高了成本。变速器的横向外形尺寸，可以根据齿轮直径以及倒档中间齿轮和换档机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素有档数、换档机构形式以及齿轮形式。乘用车变速器壳体的轴向尺寸可参考下列公式选用： 49351)4.30()4.30( ALmm初选长度为 435mm。3.4 齿轮参数的选择（1）模数选取齿轮模数时一般要遵守的原则是：为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各档齿轮应该选用一种模数；从强度方面考虑，各档齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作优秀本科毕业设计（论文）精品优秀毕业设计，助答辩无忧！噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些；变速器抵挡齿轮应该选用大些的模数，其它档位的齿轮选用另一种模数。在少数情况下，汽车变速器的各档齿轮均选用相同模数。表 3.2 汽车变速器齿轮的法向模数乘用车的发动机排量 V/L 货车的最大总质量 /tam车 型1.014模数/mmnm2.252.75 2.753.00 3.504.50 4.506.00轿车模数的选取以发动机排量作为依据，由表 3.2 选取各档模数为 左右，4n由于轿车对降低噪声和振动的水平要求较高，所以各档均采用斜齿轮。（2）压力角 压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为了降低噪声，应选用 14.5、15、16、16.5等小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用 22.5或 25等大些的压力角。 国家规定的标准压力角为 20，所以普遍采用的压力角为 20。啮合套或同步器的压力角有 20、25、30等，普遍采用 30压力角。另外还应该指出，国外有些企业生产的乘用车变速器齿轮采用的压力角不一致，即高档齿轮采用小些的压力角以减少噪声；而低档和倒档齿轮采用较大的压力角，以增加强度。必须指出的是齿轮采用小压力角和小模数时，除必须采用较大的齿顶高系数外，还应该采用大圆弧齿根，这样可以提高弯曲强