毕业设计（论文）-KD1080型载货汽车变速器总成设计（全套图纸） .pdf

1 kd1080 型载货汽车设计（变速器总成设计）型载货汽车设计（变速器总成设计） 摘摘 要要 发 动 机 的 输 出 转 速 非 常 高 ， 最 大 功 率 及 最 大 扭 矩 在 一 定 的 转 速 区 出 现 。 为 了 发 挥 发 动 机 的 最 佳 性 能 ， 就 必 须 有 一 套 变 速 装 置 ， 来 协 调 发 动 机 的 转 速 和 车 轮 的 实 际 行 驶 速 度 。 变 速 器 可 以 在 汽 车 行 驶 过 程 中 ， 在 发 动 机 和 车 轮 之 间 产 生 不 同 的 变 速 比 ， 通 过 换 挡 可 以 使 发 动 机 工 作 在 其 最 佳 的 动 力 性 能 状 态 下 。 变 速 器 作 为 汽 车 的 一 个 重 要 组 成 部 分 ， 是 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 。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本 次 设 计 的 变 速 器 是 一 款 手 动 中 间 轴 式 4+1 挡 机 械 式 变 速 器 。 为 了 保 证 轴 的 刚 度 要 求 ， 将 一 挡 和 倒 挡 布 置 在 变 速 器 的 最 右 边 ， 为 了 使 结 构 更 紧 凑 、 合 理 ， 倒 挡 采 用 中 间 轴 齿 轮 。 换 挡 机 构 全 部 采 用 同 步 器 进 行 换 挡 ， 变 速 器 采 用 直 接 操 纵 机 构 ， 在 其 上 设 置 了 互 锁 、 倒 挡 锁 等 一 套 锁 止 装 置 ， 使 驾 驶 员 能 够 安 全 、 迅 速 的 对 变 速 器 操 纵 , 结 合 总 体 的 要 求 操 纵 机 构 形 式 选 用 直 接 操 纵 机 构 形 式 。 本 次 设 计 的 变 速 器 即 满 足 了 汽 车 必 要 的 动 力 性 也 满 足 了 其 经 济 性 的 指 标 。 最 后 通 过 对 齿 轮 、 轴 、 键 、 轴 承 等 的 校 核 ， 其 变 速 器 的 尺 寸 及 其 部 件 的 强 度 都 满 足 设 计 要 求 。 2 关 键 词 ： 变 速 器 ,设 计 ,中 型 载 货 汽 车 ,传 动 比 kd1080 truck design (the general desighn of transmission) abstract the output of the engine speed is very high, maximum power and maximum torque occurs at a certain speed zone. in order to play the best performance of the engine, it must be a variable speed device, to coordinate engine speed and the actual wheel speed. transmission can be in the car driving the process, between the engine and the wheels have different gear ratio, the engine can work through the shift in the dynamic performance of its best state. transmission as an important part of the car is used to change the engine reached the driving wheel torque and rotational speed on the aim of starting in place, climbing, cornering, acceleration and other driving situation, vehicle access to the different traction and speed. the transmission is a manual designed for intermediate shaft 4 +1 gear mechanical transmission. to ensure the axial stiffness requirements, the layout of a block and reverse gear in the transmission of the far right, in order to make the structure more compact and reasonable use of the intermediate shaft gear reverse gear. shifting agencies all use synchronizer for shifting, transmission by direct manipulation of institutions, in their last set, interlocking, reverse gear lock of a locking device so the driver can safely, quickly on the 3 transmission control, combined with the overall requirements of direct manipulation of institutional forms used form of control mechanism. the design of the transmission that is necessary to meet the dynamic nature of the automobile also meet its economic targets. finally, through the gears, shafts, keys, bearings, etc. checked, the size of its transmission and its components have the strength to meet the design requirements. key words: transmission, design, medium truck, speed ratio 目录目录 前 言前 言 1 第 一 章第 一 章 概 述概 述 2 第 二 章第 二 章 变 速 器 传 动 机 构 布 置变 速 器 传 动 机 构 布 置 4 2.1 传 动 机 构 布 置 方 案 分 析 4 2.2 零 部 件 结 构 方 案 分 析 9 第 三 章第 三 章 变 速 器 主 要 参 数 的 选 择变 速 器 主 要 参 数 的 选 择 12 3.1 中 心 距 a 13 3.2 齿 轮 参 数 的 选 取 13 3.3 各 挡 齿 轮 齿 数 的 分 配 及 传 动 比 计 算 15 第 四 章第 四 章 变 速 器 的 设 计 与 计 算变 速 器 的 设 计 与 计 算 19 4.1 轴 的 计 算 与 校 核 19 4.2 齿 轮 的 计 算 与 校 核 22 4.3 轴 承 的 计 算 与 校 核 25 4.4 键 的 校 核 计 算 26 第 五 章第 五 章 同 步 器 的 设 计同 步 器 的 设 计 28 第 六 章第 六 章 变 速 器 操 纵 机 构 设 计变 速 器 操 纵 机 构 设 计 30 结结 论论 31 参 考 文 献参 考 文 献 32 致致 谢谢 33 附附 录录 34 4 符号说明符号说明 m 汽 车 总 重 量 maxe t 发 动 机 转 矩 r r 滚 动 半 径 1g i 一 档 传 动 比 2g i 二 档 传 动 比 3g i 三 档 传 动 比 4g i 四 档 传 动 比 r i 倒 档 传 动 比 o i 主 减 速 比 max 道 路 最 大 阻 力 系 数 k a 中 心 距 系 数 g 变 速 器 传 动 效 率 5 k 应 力 集 中 系 数 f k 摩 擦 力 影 响 系 数 z 齿 轮 的 齿 数 y 齿 型 系 数 w 齿 轮 弯 曲 应 力 1 f 圆 周 力 k 应 力 集 中 系 数 kc 齿 面 宽 系 数 ； t 法 向 齿 距 y 齿 行 系 数 k 重 合 度 影 响 系 数 f k 摩 擦 力 影 响 系 数 k 键 与 轮 毂 键 槽 的 接 触 高 度 l 键 的 工 作 长 度 ，mm，圆 头 平 键llb=，这 里 的l为 键 的 公 称 长 度 ，mm； b为 键 的 宽 度 ，mm d 轴 的 直 径 ，mm p 键 、 轴 、 轮 毂 三 者 中 最 弱 材 料 的 许 用 挤 压 应 力 。 6 前前 言言 随着社会 经济 展水平 的提高，汽车 保有量迅猛增长 ，同时对载货 汽 车 性能和 质量提出了 更高的要 求。 载货汽车制造商 不仅面临着 用户 对 产 品性能 与质量越来越高的要 求， 而且面临着严格 的技术法规约束 以 及 降低 产品成本等 压力。因此在载货汽车的 开发过程中，广泛采用 各 种 先进的技术 和理论方法，使设计过程自动化，以满足产品设计的 需 要 已 成 为 必 然 趋 势 。 在 工 程 设 计 中 应 当 采 用 先 进 的 技 术 和 理 论 方 法 ，使 设计 过程 自动化、合 理化，以 满足产品设计的需要优化设计方 法 则 提供了一 条可能高 效率的求得最优的设计方案 的途径。 传动系是 载 货 汽车的 主要组成部分，变速器 又是传动系的重要部 件，因此载货 汽 车 变速器的性能改 良设计能够大大提升传动系的性能。 在 载货汽车 制 造 的多年 发展历史 中， 变速 箱的技术进步和水平一直处于举足轻重 的 地 位， ， 虽然随着 我国 汽车制造水平 的不断提高，正在 不 断的完善 和 成 熟，但变速器 方面的技术，但与发达国家仍存 在着不小的差距， 我 国 是一个 运输大 国， 载货汽车的 制造和使用在 数量上一直处于世界 的 前 列，如果能够实现 载货 汽车的 优化，相信能够节约成本，提高效 率 。 本人此次毕业 设计 的课题是 kd1080 载货汽车变速器 设计。 变 速 器 作为 汽 车 的 一 个 重 要组 成 部 分 ， 是 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。 7 本说明书 主要介绍 了 kd1080 载货汽车变速器总成设计，包括概 述 及 五 章 设 计 内 容 ， 希 望 老 师 对 于 说 明 书 中 的 不 足 之 处 予 以 批 评 指 正 。 8 第一章概述第一章概述 变速器是用来改变改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速的，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的工况范围内 工作。变 速 器 设有空挡， ，可在 启动发动机，汽车 滑行或停车时使发动机的动 力 停 止向驱动轮传输。变速器 设有倒挡，使汽车 获得倒 退行驶能力 。 需要时，变速器 还有动力输出功能。 对变速器 提出如下要求： 1）保证汽车有必要的动力性和 经济性。 2)设置空挡，用来 切断 发动机动力 向驱动轮的传输。 3)设置倒挡，使汽车能 倒退行驶。 4)设置动力输出装置， 需要是能 进行功率输出。 5)换档迅速、省力、 方 便。 6)工作可 靠。汽车行使过程中，变速器不 得跳挡、乱挡及换挡冲 击 等 现象发生。 7)变速器 应有高的工作 效率。 8)变速器的工作 燥声 低 。 除此之外 ，变速 器 还应当轮 廓尺寸 和 质量小、 制造成 本 低、 拆装容易、维修 方便等要求。 满足 汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡 数、传动 比 有 关。汽车工作的 道路条件越复杂、比功率 越小，变速器的传动比 范 围 越大。 变速器 由变速传动机构和操纵机构组成。 变速传动机 构可按前进 9 挡 数或轴的形式 分类。 在 原 有变速传动机 构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不 大 的 基础 上，达到增加变速器挡数的目的。近年来，变速器 操纵机构 有 向 自 动 发 展 的 趋 势 。 10 第二章变速器传动机构布置第二章变速器传动机构布置 机械式变速器 因具有结 构简单、传动效率高、制造成本低和工作 可 靠 等优点，故在不同 形式的汽车上 得到广泛的应用。 2.1 传动机构布置方案分析 一 、固定轴 式变速 器固定轴 式变速 器 1. 两 轴 式 变 速 器两 轴 式 变 速 器 固 定 轴 式 变 速 器 中 的 两 轴 式 和 中 间 轴 式 变 速 器 得 到广泛应 用。其中，两轴式变速器 多用于发动机 前置前轮驱动汽 车 上 。 与中间轴式 变速器比 较，两轴式变速器 因轴和轴承数 少，结构简 单 、轮 廓尺寸小和容易 布置等优点，此外，各中间挡位因只经一对齿 轮 传 递动力，故传动 效率高同时燥声也低。因两轴式变速器不能 设置 直 接 挡， 所以在高 档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作燥声增大 ， 容 易 损坏 ，还有，受结构限制，两轴式变速器 与一挡速比不可能 设计 的 很 大。对于前 进挡，两轴式变速器输 入轴的转动 方向与输出轴的转 动 方 向相反;而中间 轴式 变速器的第一轴与输出轴的转动 方向相同。 图 21 示出用在发动机前置前轮驱动的 乘用车上的 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 ，发动机纵置时，主减 速器采用弧锥齿轮或准双曲面齿轮，发动 机 横 置时则 采用斜齿圆柱齿轮；多数方案 的倒挡传动常用 滑动齿轮 ， 其 它 挡位均采用常 啮合齿轮传动。图 21f 中的倒挡齿轮为常 啮合齿 轮 ，并且用同步器换 档；同 步器多数用在输出 轴上，这是因为一挡主 动 齿 轮尺寸 小，同步器装在输 入轴上有困难，而高挡的同步器可以装 在 输 入轴后 端，如图 21d,e 所示；图 21d 所示方案有辅助支撑， 用 来 提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。图 21f 所示方 案 为 五挡全同步器 式变速器，以 此为基础，只要将五挡齿轮用尺寸相 当 的 隔套替代 ，即可改变为 四挡变速器， 从而形成一个 系列产品。 11 图 21 两轴式变速器传动方案 2. 中间轴式变速 器中间轴式变速 器 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 支撑在发动机飞轮上, 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。 图分别示出了 几种中 间轴式变速器的传动 方案。 各种传动方案的 共 同 特 点是:变 速 器 的 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 支 撑 在 第 一 轴 的 后 端 的 孔 内,并 且 保 持 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 它 挡 位 ,因 而 提 高 了 变 速 器 的 使 用 寿 命 ;在 其 它 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 不 大 的 条 件 下 ,一 挡 仍 然 有 较 大 的 传 动 比 ;档 位 高 的 齿 轮 采 用 常 啮 合 齿 轮 传 动 ,挡 位 低 的 齿 轮 的 齿 轮 可 以 采 用 或 不 采 用 常 啮 合 齿 轮 传 动 ,多 数 传 动 方 案 中 除 一 挡 以 外 的 其 它 挡 位 的 换 档 机 构 ,均 采 用 同 步 器 或 啮 合 套 换 挡 ,少 数 结 构 的 一 挡 也 采 用 同 步 器 或 啮 合 套 换 挡 ,还 有 各 挡 同 步 器 或 啮 合 套 多 数 情 况 12 下 装在第二轴上。 在 除 直 接 挡 以 外 的 其 它 挡 位 工 作 时 ,中 间 轴 式 变 速 器 的 传 动 效 率 略 有降低,这是它的缺点。 在 挡 数 相 同 的 情 况 下 ,中 间 轴 式 变 速 器 主 要 在 常 啮 合 齿 轮 对 数 , 轴 的 支 撑 方 式 ,换 挡 方 式 和 倒 挡 传 动 方 案 以 及 挡 位 布 置 顺 序 上 有 差 别 。 图 2-2 中间轴式四档变速器传动方案 如图 22 中间轴式 五 档变速器传动 方案中,图 a 所示方案中,除一, 倒 挡 用直齿 滑动齿轮换挡外,其余各挡为常 啮合齿轮传动。图 b、c 所 示 的 方案 的各前进挡均采用常啮合齿轮传动。 图 d 所示方案中的倒挡 和 超 速 挡 安 装 在 位 于 变 速 器 后 部 的 副 箱 体 内,这 样 布 置 除 可 以 提 高 轴 的 刚 度,减 少 齿 轮 磨 损 和 降 低 噪 声 外 还 可 以 在 不 需 要 超速 挡 的 条 件 下 , 很 容 易形成一个 只有四个前进挡的变速器。图 a 所示方案中的一挡, 倒 挡 和图 b 所示 方案 中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡,其余各挡均为常 啮 合 齿轮。 以 上 各 方 案 中 ,凡 采 用 啮 合 齿 轮 传 动 的 挡 位 ,其 换 挡 方 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。 发 动 机 前 置 后 轮 驱 动 的 承 用 车 采 用 中 间 轴 式 变 速 器 ,为 缩 短 传 动 轴 长 度 ,将 第 二 轴 加 长 置 于 附 加 壳 体 内 ,如 果 在 附 加 壳 体 内 布 置 倒 挡 传 动 齿 轮 和 换 挡 机 构,还 能 减 少 变 速 器 主 体 部 分 的 外 形 尺 寸 及 提 高 中 间 轴 和输出 轴的刚度。 13 变速器用 图 22c 所示的多支撑结构方案,能提高轴的刚度。这 时 如 用 在 轴 的 平 面 上 可 分 开 的 壳 体,就 能 很 好 的 解 决 轴 和 齿 轮 等 零 部 件 装 配困难 的问题。图 22 c 所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状 态 ,同 时 一 挡 和 倒 挡 齿 轮 布 置 在 变 速 器 壳 体 的 中 间 跨 距 里 ,而 中 间 挡 的 同 步器布置在中间 轴上是这个方案的特点。 本 次 设 计 我 设 计 的 中 型 货 车变 速 器 ， 通 过 对 上述 方 案 的 分 析 ， 决定 采 用 中 间 轴 式 变 速 器 。 二 、倒 挡 布置方案倒 挡 布置方案 与前进挡相比， 倒 挡 使 用 率 不高 ， 而 且 都是在 停车状态下实现换 倒挡， 故多数方案 均采用直齿滑动齿轮 方 式 换挡。为了实现 倒挡传 动，有些方案利用在中间 轴和第二轴上的 齿 轮 传动 路线中 加入一个中间传动 齿轮的方案。 图 23 倒挡布置方案 14 图 23 为常 见的倒挡布置方案。图 23b 所示方案的优点是倒 挡 时 利用了中间 轴上的一挡 齿轮，因而缩短了中间 周的长度；但倒挡 时 要 求有两队齿轮同 时进入啮合，使倒挡困难，图 23c 所示方案能 获 得 较大的 倒挡传动比，缺点是换挡程 序不合理。图 23d 所示方案 针 对 前者的缺点 作了 修改，因而取代了图 23c 所示方案。图 23e 所 示 方案 是将中间 轴上的一倒挡齿轮做成一体，将齿宽加长 。图 2 3f 所示方案 适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换挡更为轻便 。 为 了 充分利用空间，缩短 变速器的 轴向长度，有的 货车倒挡传动采用 图 23g 所示 方案 ；其缺点是一，倒挡各用一根变速器 拨叉轴，致使 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 齿轮磨损 加快和工作噪声增加。为此，无论使两轴式变速器 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，以便改善上述不良状况， 然后按照从低挡到高挡的 三顺序布置 各 挡 齿轮，这样做 既能使轴有足够大的刚性，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 靠 近 轴 的 支 撑 处 。 倒 挡设置在变速器的 左侧或右侧，在结构上均能实现，不同之处是挂 倒 挡 时驾驶员移动变速 杆的方向改变了。为 防止以外挂如倒挡，一般 15 在 挂 倒挡时设有一个 挂倒挡时需要克服弹簧所产生的力， 用来 提醒驾 驶 员 注意 。 2.2 零部件结构方案分析 一 、齿 轮 形式齿 轮 形式 变 速器用 齿轮有 直齿 圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。 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 轮齿数 增加，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。 本次设计全部采用斜齿圆柱齿轮。 二 、换 挡 机构形式换 挡 机构形式 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 角速度，所以用轴向滑 动 直 齿齿 轮方式 换挡，会在齿端面产生冲击，并伴随噪声。这不仅是 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 声又使承坐舒适 性降低。 只有驾驶员用熟练的操作技术才能使换 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，采用直齿滑动齿轮换挡 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 作容易 ，并能减少变速 器旋转部分的 惯性力矩，但除一挡，倒挡 外 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 齿齿数 多，而齿轮又不参与换挡，所以它们都不会过早损坏；但 因 不 能消除换挡 冲击 ，仍然要求驾驶员又熟练的操作技术。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，并且与同步器换挡比 较还有结构简 单 ， 制造 容易 ，能 降低制造 成本及减少变速器长度等有点。 16 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 然它油结构复杂，制造精度要求高，轴向 尺 寸 大等缺点 ，但仍 然得到广泛的应用。 利 用 同步器 或啮合套换挡，其挡 位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，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。 我 采 用的换挡机 构形式 是除了一挡和 倒挡采用啮合套换挡之 外， 其余 各 挡 均采用同步器换挡。 三 、变 速 器轴承变 速 器轴承 作 旋 转 运 动 的 变 速 器 轴 支 撑 在 壳 体 或 其 它 部 位 的 地 方 以 及 齿 轮 与 轴 不做固 定连接处应安置轴承。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。至于何处应当采用 何 种 类型的轴承 ，是 受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同 。 汽 车 变速器 结构紧凑，尺寸小的特点，采用尺寸大写的轴承受结构限 制，常在 布置上 油困难。如变速器的 第二轴前端支撑 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 器第一轴前端支撑 在飞轮的内腔里，因有足够大的空间，常采用 一 端 有密封圈 的球轴承 来承受径向力。 作用在第一轴常啮合齿轮上的 轴 向 力，经第一轴后 不轴承传给变速器 壳体，此处常采用轴承外圈有 挡 圈 的球轴承 。由于 变速器 向轻量化方向发展的需要，要 求减少变速 器 中 心距 ， 这就影响倒轴承外径的尺寸。 为了 保证轴承 有足够的寿命 ， 可 选 用能 承受一定 轴向力的无保持架的圆柱滚子轴承。 中间轴上齿轮 工 作 时产生的 轴向力，原则上由前或 后轴承来承受都可以，但当在壳 体 前 端面布置轴承 盖由困难时，必须 由后端轴承承 受轴向力。前端采 用 圆 柱滚子轴承 来 承受径 向力，而 后端采用外圈由挡圈 的球轴承或 圆 柱 滚子轴承 。圆锥滚子轴承因有直径较小、宽度较宽，因而容量大 ， 可 承 受高负荷 和通过 对轴承预紧能消除轴向窜动等优点， 故在一些变 速 器 上得到应用。圆锥滚子轴承也 有装配后需要调整预紧，使装 配麻 17 烦 且 磨损后轴 易歪斜，从而 影响齿轮正确啮合等一些缺点。当采用锥 轴 承 时，要 注意 轴承 的预紧，以免壳体受热膨胀后轴承 出现间隙而使 中 间 轴歪斜。导致 齿轮不能正确啮合而损坏。因此。锥轴承不适合用 在 线 性系数比较大的 铝合金壳体上。 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， 并保证 壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于 6-20mm。 滚 针 轴承 、滑动轴套主要用在用在 齿轮与轴不是固定连接，并要求两 者 有 相对运动的地 方。滚针轴承有滚动摩擦损失小、传动 效率高、经 向 配 合间隙小、定位及运转精度高、有 利于齿轮啮合等优点。滑动轴 套 的 经向间隙大、易磨损、间隙增大后影响齿轮的定 位和运转精度并 使 工 作噪声增加。滑动轴套的优点是制造容易、成本低。第二轴的两 端采用深沟球 轴承，第二轴中和齿轮 配 合 的轴承采 用滚针轴承，中间 轴两端采用深沟球 轴承。 18 第三章变速器主要参数的选择第三章变速器主要参数的选择 3.1 中心距 a 对中间轴式 变速器， 是 将中间轴与第二轴轴线之间的 距离称为变 速 器 的中心距 a。对两轴式变速器，将变速器输 入轴与输出轴轴线之 间 的 距离称为变速器的中心距 a。它是一个基本参数，其大 小不仅对 变 速 器的外形尺寸、 体积大小由影响， 而且对齿轮的接触强度由影响。 中 心 距越小，齿轮的 接触应力越大，齿轮的寿命越短。因此，最小允 许 中 心距 应当 由保证齿 轮必要的 接触强度来确定。 变速器 轴经轴承安 装 在 壳体上， 从布置轴承的可能 与反便和不因同一垂直面上的两轴承 孔 之 间的 距离过小而影响壳体的强度考虑， 要求中心距取 大些。 此外， 受 一 挡小齿轮齿数 不能过少的限制，要 求中心距也 要大些。还有，变 速 器 中心距取 的过 小，会使 变速器长度增加，并因此使轴的刚度被削 弱 和 使齿轮的 啮合状态变坏。 对于中间 轴式 初选中心距 a 时，可根据下述公式计算 a=k a 3 1maxge it (3-1) 式中，a 为中 心距 （mm） ；k a为中心距系数，货车取 ka8.6 9.6； maxe t为发动机的最大转矩（n.m） ； 1 i 为变速器一挡传动比 ； g 为 变 速 器传动 效率， 取 96。 分析该车发动机及 相关参数：该车为 8 吨左右的中型载货 汽车， 参 考 相关 车型 hfc1060d1，选择轮胎型号为：7.00-20。 按 下 试计算 轮胎半径： 0.0254(1) 2 s d rb=+ (3-2) 其中 =0.10-0.12； 取=0.11 代入 数据 得 s r =41.6 cm 其中 k a9.2 ， maxe t385nm ， 1g i 6.86 19 按 最 大爬坡度计算 一挡传动比： 参考同类车型：取主减速器传动比为 0 i =4.375， 取 t =0.89。 max 1 max 0 s g et mgr i ti (3-3) 试 中 :m为 汽 车 重 质 量m=8000 g k,g为 重 力 加 速 度 g=9.8n/kg, maxe t为 发 动 机 最 大 转 矩 maxe t=385n.m, 0 i 为 主 减 速 器 传 动 比 等于 4.375， max 为道路 最大阻力系数等于 0.31， s r 为驱动轮 滚动半 径 ， t 为汽车传动 系效 率 。 代入 数据得 1g i 6.68。 根 据 车轮与路面 附着条 件确定一档传动比 ： t 2 1 0 max s g gr i tei (3-4) 2 g 为 汽车满载 时静止于水 平路面驱动桥给路面的载荷， 参考同类车型 2 g =3869kg, 为道路 附着系数，计算时取 =0.5-0.6，在 此取 0.55。 代入 数据得 1g i7.251 参 考同类车型 hfc1060d1 初选一档传动比为 1g i =6.86 其 他 各 档 传 动 比 按 等 比 数 列 来 分 配 ： 则 2g i=3.61， 3g i=1.90， 4g i=1 。 把 一 档传动比 代入 中心距公式计算 变速器中心距： a=9.1 3 202 6.4 96%=123.59mm 圆整后取 a=124mm 。 3.2 齿轮参数的选取 一、一、 模数模数 齿轮模数是一个重要参数，并且影响 它的选取因素又很多，如齿 轮 的 强度、 质量、噪声、工艺要求等。 在变速器中 心距 相同 的的条件下，选取较小的模数，就可以 增加 齿 轮 的齿数 ，同时增 加齿宽可使齿轮啮合的重合度增加，并减少齿轮 噪 声 、所以为了 减少噪 声应合理减少模数，同 时增加齿宽；为使质量 20 小 些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应 该 选 用一 种模数，而从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的 模数；减 少 乘 用车 齿轮工作 噪声又较为重要的 意 义 ，因此 齿轮的 模数应选的小些； 直 齿 轮模数 3 1 0.33maxmt= 带入数据 m=4.49 取 m=4.5mm 斜 齿 轮模数 3 0.47max ne mt= 带入数据 n m =3.46 取为 3.5mm 表 31 汽车变速器齿轮的法向模数 n m 车 型 微 型 、 轻 型 轿 车 中 级 轿 车 中 型 货 车 重 型 汽 车 n m 2.25-2.75 2.75-3 3.50-4. 5 4.50-6 由 于设计 车型为中 型货 车，所以取 n m =3.5 mm。 二、压力 角压力 角 齿轮压力角较小时。重合度较大并降低了齿轮的刚度，为此能减 少 进 入啮 合和推出啮合时的动载荷，使传动平稳，有利于降低噪声 ； 压 力 角较大时，可 提高齿轮的抗弯强度和表面接触强度。试验证明： 对 于 直齿 轮，压力角为 28时强度最高，超过 28时强度增加不多； 对 于 斜 齿轮 ，压 力 角为25时强度 最 高。 因 此 理 论上 对 于乘用 车 ， 为 加 大重 合度以 降低 噪声应取用 14.5，15，16，16.5等小些 的 压 力角；对商用车，为提高齿轮承载能力应选用 22.5或 25等 大 些 的压力角。 实际 上， 因国 家规 定的 标准 压力 角 为20，所以 变速 器 齿 轮普 遍 采 用 压 力 角 为20。 在 这 次 设 计 中 我 选 用 压 力 角 20同 步 器 30。 三 、螺 旋 角螺 旋 角 的选取的选取 选取 斜齿轮的 螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声的、齿轮的强 度 和 轴向力的 影响 。在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合 度 增 加，因而 工作 平稳、噪声低。试验还证明：随着螺旋角的增大 ， 齿 的 强 度也 相应 的 提高。 不过 当螺 旋 角 大于30时， 其 抗弯强 度 骤 21 然 下 降， 而接触强度仍继续上升。 斜齿轮的螺旋角一般在 20到 30 之 间 。在这次设计 中我选用螺旋角25 四 、齿 宽齿 宽 b 在选择齿宽时 ，应该注意齿宽对变速器的 轴向尺寸、质量、工作 平 稳 性、 齿轮强度和 齿轮工作时的受力均匀程度均有影响。 考虑 到尽可能 缩短 变速器的 轴向尺寸和减小质量， 应该选用较小 的 齿 宽。另一方面，齿宽减小使斜齿轮传动平稳的有点被削弱，此时 虽 然 可以用 增加齿 轮螺旋角的方法给予补偿， 但这时轴承承 受的轴向 力 增 大， 使其 寿命降低。 齿宽窄又会使齿宽方向受力不均匀造成便载 ， 导 致 承载 能力 降低 ，并载齿宽 方 向 磨损不均匀。 通 常 根据齿轮模数的大 小来选定齿宽： 斜齿 b= n m c k , c k 为齿宽系数取为 7.08.6 直齿 c k =4.4-7.0 第 一 轴 常 啮 合 齿 轮 副 的 齿 宽 系 数 c k 可 取 大 些 ， 使 接 触 线 长 度 增 加 ，接触应 力降低 ，以提高传动平稳性和齿轮寿命。对于模数相同的 各 挡 ，挡 位低的齿轮的 齿宽系数取得 稍大。 本次设计 直齿 轮 b=4.5x6=27mm, 斜齿轮 b=3.5x8=28mm。 五 、齿 轮 变位系数 的选择 原则齿 轮 变位系数 的选择 原则 齿轮的变 位是齿轮设计中的一个重要 环节。采用变位齿轮，除为 了 避 免齿轮产生 根切和配凑中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用 平 稳 性， 耐磨损 、抗胶 合能力及 齿轮的啮合噪声。 齿轮变位主要有 两类 ：高度变 位和角度变位。高度变 位齿轮副的 一 对 啮合齿 轮的变 位系数之和等于零。 高度变位可增加小齿轮的齿根 强 度，使它达到和大 齿轮强度相接近的程度。高度变 位齿轮副的缺点 使 不 能同时增 加一对齿 轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副 的 变 位系数之和不 等于零。角度变位即具有高度变 位的优点，又避免 了 其 缺点 。 由几对齿轮安装在中间 轴和第二轴上组合并构成的变速器，会因 保 证 各挡传动比的 需要，使 各相互啮合的齿轮副的齿数和不同。为 保 22 证 各 对齿轮由相 同的中 心距，此时应 对齿轮进行变位。对于斜齿轮传 动，可以通过 选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要 求。我在齿轮 设 计 中斜齿轮没有达到根切， 采用改变 螺旋角大小的方法来保证中心 距 ， 所以没有采用齿轮变位。直齿轮采用了等变位齿轮。 3.3 各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算 在初选中心距 、齿轮模 数和螺旋角 后，可根据变速器 的挡 数、传 动 比 和传动 方案 来分 配各挡齿轮的齿数。应该注意的是，各挡齿轮的 齿 数 比不 应该尽可能不是整数，以使 齿面磨损均 匀。 一档和倒档采用直齿轮，其 余采用斜齿，同取 m=3.5mm。 1.确 定一档齿轮 参 数及传 动比 ：初选确 定一档齿轮 参 数及传 动比 ：初选 = 25 一挡的传动比为 ： 27 1 1 8 6.68 g z z i z z = （37） 直齿 7 z 和 8 z 的齿数和 22 123.6 55 4.5 a z m = （38） 取 z=56 一 般 情 况 下 承 用车 中 间 轴 式 变 速 器的 中 间 轴 一 挡 齿 轮的 齿 数 可在 1214 之间 选择 ，现在 选取中间轴上一挡齿轮 8 13z =，所 以 7 z =43 代入 （32）式修 正中心距 56 4.5 126 2 a =，取 a126 mm。 由公式 () 72 1 18 12 2cos g n zz i zz mzz a = + = 1 z =21.22，取 z1=21， 2 z =44.01,取 z2 =44 所以 27 1 18 6.93 g zz i zz = ， 修正 螺旋角 2 25.4 = o 2. 确 定二档齿 轮参 数及传动比 ：确 定二档齿 轮参 数及传动比 ： 初选 = 25 23 52 2 16 zz i zz = （39） () 56 6 2cos n mzz a + = （310） 6 23.98z = ，取 6 24z =， 。 5 41z = 所以 25 2 16 3.5