毕业设计BJ1041型载货汽车设计（变速器总成设计）

论文指导 图纸说明书加 01339828 1 第一章 前 言 从现在市场上不同车型所配置的变速 器来看，主要分为：手动变速器（自动变速器（手动/自动变速器（无极变速器（ 动变速器（手动变速器（用 齿轮组，每档的齿轮组的齿数是邒的，所以各档的变速比是个定值（ 也就是所谓的“级”）。比如，一档变速比 档 到五档的 些 数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有 5个值（即有 5级），所以说它是有级变速器。 曾经有人断言，繁琐的驾驶操作 等缺点，阻碍了汽车高速发展的步伐，手动变速器会在不久“下课”，从事物发 展的额角度来说，这话确实有道理。但是从目前市场的需求和适用角度来看 ，笔者认为手动变速器不会过早的离开。 首先，从商用车的特性上来说， 手动变速器的功用是其他变速器所不能替代的。以卡车为例，卡车用来运输， 通常要装在数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力 之外，还需要变速器的全力的协助。我们都知道一档特别有“劲”，这样在 起步的时候有足够的牵引力量将车带动。特别是面对爬坡路段，它的特点显 露的非常明显。而对于其他新型的变速器，虽然具有操作简便等特 性，但这些特点尚不具备。 其次，对于老司机和大部分的男 士司机来说，他们的最爱还是手动变速器。从我国的具体情况来看，手动变速 器几乎贯穿了整个中国的汽车发展历史，资历较深的司机都是“手动”驾驶 车辆的，他们对于手动变速器的认知程度是非常深刻的，如果让他们改变常 规的做法，笔者觉得是不太现实的。虽然自动变速器以及无级变速器已经非 常的普遍，但是大多数年轻的司机还是崇尚于手动，尤其是喜欢超车时手动 变速器带来的那种快感，所以一些中高档的汽车（尤其是轿车）也不敢轻易 的放弃手动变速器。另外，现在在我国的汽车驾驶学校中，教练车都是手动 变速器的，除了经济适用之外，关键论文指导 图纸说明书加 01339828 2 是能够让学员打好扎实的基本 功以及锻炼驾驶协调性。 第三，随着生活水平的不断提高 ，现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最 为合适，手动变速器以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家， 而且经济实用型轿车的销量一直 在车市名列前茅。例如：奇瑞、吉利等国内厂家的经济型 轿车都是手动变速器的车，它们的各款车型基本上都是 5档手动变速的。 动变速器（自动变速器（利用行星 齿轮机构进行变速，它们能够根据油门踏板程度和车速变化 ，自动地进行变速。而驾驶者只需要操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动 变速汽车没有离合器，但地洞变速器中有很多离合器，这些离合器能随车的 车速变化而自动的进行分离和合闭，从而达到自动变速的目的。 在中档车的市场上来看，自动变 速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简 便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时的快乐的感觉。在高速公路上， 这时将体现的非常完美。而且，对于一些省会城市，或发达的一些城市 ，现在的交通状况不好，堵车时经常的是事情，有时要不停的起步、停步数 次，司机如果使用手动挡，则会反复的挂档、摘挡，操作十分繁琐，尤其对 于新手来说更是苦不堪言。使用自动挡就不会出现这样的麻烦。 在市场上，此类汽车销售情况是 不错的，尤其是对于女性朋友来说比较合适，通常女性朋友驾车时力求便捷。 而我国要普及这种车型，关键要解决路况的问题，现在的路况装不均匀，难 以发挥自动挡汽车的优势。 动/手动变速器（ 其实通过对一些车友的了解，他 们并不希望摒弃传统的手动变速器，而且在某些时候也需要自动的感觉。这样手 动/自动变速器便由此诞生。这种变速器在德国保时捷车厂 911 车型上首先推出，称为 可使高性能跑车不必受限于传统的自动挡束缚， 让驾驶者也能享受手动换挡的乐趣。论文指导 图纸说明书加 01339828 3 此型车在其档位上设有“+”、“- ”选择档位。在 自由变换加档（+）或减档（-），如同手动挡一样。 自动/手动变速器系统向人们提供两种驾驶方式， 当需要驾驶乐趣的时候可以使用手动挡，而在交通拥挤的时候 可以使用自动挡，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。笔者曾 在上面提到，手挡变速器有着很大的使用群体，而自动挡也能适应女性群体 以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些浮起双方均会驾车的家庭来说 ，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。虽然这种二合一的配置拥有较高 的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，例如广州本田飞度 京菲亚特 2 004 派力奥 L 0万元左右，这个价格层面还是比较低的。 所以，手动/自动车在普及上还是具有相当大的优势。而汽车厂商和配套的变速器厂家应该以此为契机，根据市 场需求精心打造此类变速器。 级变速器（当今汽车产业的发展，是非常迅 速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高的。汽车变速器的发展也并不仅限 于此，无级变速器便是人们追求的最高境界。无级变速器最早由荷兰人范多尼斯（s）发明。无级变速器系统不像手动变速器和自动变速 器那样使用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，没有换挡的突跳 感觉。它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点 。通常有些朋友讲自动变速器称为无级变速器，这都是错误的。虽然他们有 着共同点，但是自动变速器只有换挡时自动的，但是它的传动比是有级的， 也就是我们常说的档，一般自动变速器有 27个档。而无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装 配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。 从市场走向来看，虽然无级变速 器是一个技术分量比较高的部件，但是也已经走进了普通轿车的“车体”之中 ，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了 方便 又省油。看来无级变速器在中档车中的运用将约为广泛。 论文指导 图纸说明书加 01339828 4 第二章 变速器的结构分析与形式选择 变速器由传动机构和操纵机构组成，有 级变速器与无级变速器相比，其结构简单、造价低廉，具有较高的传动 效率，因此在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。由于汽车行驶条件不同 ，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化。例如在高速路上车速应能达到 100km/h，而在市区内，车速常 50km/h 左右。空车在平直的公路上 行驶时，行驶阻力很小，则当满载上坡时，行驶阻力便很大。而汽车发动 机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更不能满足实际路况需要。 述 变速器用来改变在不同的使用条件下 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。此外，还应保证汽车能够在倒退 行驶、滑行或停车时，使发动机和传动系分离；需要时还应有动力 输出的功能。 对变速器的基本要求如下。 (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 动力向驱动轮的转输。 (3) 设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 (4) 设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。 (5) 换挡迅速、省力、方便。 (6) 工作可靠，不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。 (7) 传动效率高。 (8) 工作噪声低。 除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸 方面的要求，同时要质量小、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。 论文指导 图纸说明书加 01339828 5 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挡数或轴的形式不同分类，具体分类 如下图所示： 变速器旋转轴式固定轴式多档变速器五档变速器四档变速器三档变速器多中间轴式双中间轴式中间轴式两轴式图 2速传 动机构分类 在原有变速传动机构基础上，再加一个 副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器档数的目的。 近年来，变速器操纵机构有自动操作方向发展的趋势。 速器的总体结构 有级变速器与无级变速器相比具有传动效率高 (造价低廉，因此在各类汽车中均得到广泛采用，此 次设计也采用有级变速器。有级变速器传动机构分为固定轴式和旋转轴式两 类。固定轴式又分为中间轴式，两轴式和多中间轴式变速器。固定轴式应用 最广泛。两轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。由于中间轴式 变速器直接挡工作时，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各挡齿轮分别与中 间轴的相应齿轮啮合，且第一，二轴均不承受径向载荷载荷，第一、二轴只 起传递扭矩的作用。因此直接挡的传递效率高，磨损及噪声也最小，这是中 间轴式变速器的突出的优点。另外中论文指导 图纸说明书加 01339828 6 间轴式在齿轮中心距较小的情况下仍可 获得大的一挡传动比，这是三轴式变速器的又一突出优点。其缺点是除直接 挡外其他各挡位的传动效率低。 从结构上讲两轴式变速器与中间轴式变 速器相比，其传动系结构简单，紧凑且除最高挡外其他各挡的传动效率 都比较高，噪声也低，但多用于前置前驱的轿车布置。综合对比后 选用中间轴式。 一般情况下，变速器的挡位数与汽车的动力 性，燃油经济性有着密切的关系。就汽车的动力性而言，挡位数多 ，增加了发动机在底燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗；同时有利扩 大传动比范围，以适应各种使用条件下动力性经济性的要求。 由于设计的是轻型载货汽车， 且发动机的功率及所传递的扭矩不是很大，采用中间轴式 5+1 挡的结构，符合当前汽车的使 用要求及其所发展的方向。在设计中采用带副箱的结构能提高强度 ，减少噪声，延长寿命。倒挡的布置要尽量靠近支撑点，提高强度。 速器传动机构布置方案分析 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，故在各种形式的汽车上得到广泛应用。 1两轴式变速器 两轴式变速器主要用于发动机前 置前轮驱动的乘用车，变速器传动比较小。如图 2示为常用的两轴式变速器的传动方案。 a) b) 论文指导 图纸说明书加 01339828 7 c) d) 图 2两 轴式变速器的传动方案 两轴式变速器的特点如下： (1) 变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时采用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮传动 ；发动机横置时用圆柱齿轮传动。 (2) 倒挡传动常采用滑动齿轮， 其他挡位采用常啮合齿轮传动。 (3) 各挡同步器多装在输出轴上。由图 2b、 c 可以看出，各挡主动齿轮均与输入轴固连在一起，从动齿轮 浮套在从动轴上，通过同步器与从动轴相连接。也有例外情况，如图 2示，有两个挡(高挡)的主动齿轮浮套在输入轴上，靠同步器与轴连接，而从 动齿轮与从动轴固结在一起。 与中间轴式变速器(见图 2比，两轴式变速器具有结构简单、中间挡传动效率高、噪声小等优点。但是， 当低挡传动比较大时，会使结构尺寸增大，因而只在传动比小的条件下选用 这种方案。另外，两轴式变速器没有直接挡，高挡工作时齿轮噪声 较大，传动效率低。 2. 中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前 置后轮驱动和发动机后置后轮驱动的汽车上。变速器第一轴的前端经轴承支承 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，如图 2示。中间轴式变速器的特点是第一轴和 第二轴的轴线在同一直线上，把它们固结起来就得到直接挡，其传动效率高 、磨损小、噪声较小；除直接挡外，其余各挡都是通过两对齿轮副 传递动力，此时传动效率较低。 a) b) 论文指导 图纸说明书加 01339828 8 c) d) e) f) g) h) 图 2中 间轴式变速器的传动方案 各种中间轴式变速器，主要是在 常啮合齿轮副数量、换挡方式和倒挡传动方案上有差别。下面分析几种变速器： (1) 四挡变速器传动方案如图 2b、 c 所示。其中图 2 b 有四对常啮合齿轮，可用同步器或啮合套换挡； 倒挡用直齿滑动齿轮换挡。 图 2示方案有三对常啮合齿轮，一挡和倒挡 用直齿滑动齿轮换挡。 (2) 五挡变速器传动方案如图 2e、 f 所示。其中图 2示方案除一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮；图 2 f 全部齿轮处于常啮合状态。 (3) 六挡变速器传动方案如图 2 h 所示。除图 2的一挡、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余均为常啮合齿轮。图 2超速挡位于后支撑轴承的后部，有利于系列化。 论文指导 图纸说明书加 01339828 9 3. 倒挡布置方案 与前进挡位比较，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倒挡。图 2一些常用的倒挡布置方案。为实现倒挡传动，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，如图 2f 所示；也有利用两个联体齿轮方案的，如图 2d、 e 所示。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿是在最不利的正、负交替对称变化 的弯曲应力状态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工 作，并使倒挡传动比略有增加。也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加 的啮合套或同步器方案换入倒挡。 a) b) c) d) e) f) g) 图 2倒 挡的布置方案 如图 2示的倒挡布置方案广泛应用于轿车和轻型货车的四挡全同步器式变速器，在中间轴上装 有一个专用倒挡齿轮。 如图 2示方案的优点是可以利用中 间轴上的一挡齿轮， 因而缩短了中间轴的长度，但换挡时要求有两对齿 轮同时进入啮合，换挡较困难。 如图 2示方案能获得较大的倒挡传动比 ，但为了换入倒挡，需要向前推动二轴上的直齿轮。 如图 2示方案与图 2示方案的差别在于，换倒挡时需要向后推动二轴上的直齿轮。 如图 2示方案是将中间轴上的一、倒挡 齿轮做成一体，其齿宽增大了，因而缩短了长度。 论文指导 图纸说明书加 01339828 10 如图 2啮合的变速器， 换挡更为方便。 如图 2示方案可以充分利用空间， 缩短变速器轴向长度， 缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴 ，致使操纵机构复杂。 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会使变速器轴，产生较大的挠度和转角，使工作齿 轮啮合状态变坏，最终表现为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 承处，以便改善上述不良状况，然后按照从低挡到高挡的顺序布置各挡齿轮 ，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。 虽然倒挡的 传动比与一挡接近，但因为倒挡的使用时间非常短，故有些方案将一挡布 置在靠近轴的支承处，如图 2e、 g 等所示，然后再布置倒挡。此时在倒挡工作时， 轮齿磨损与噪声在短时间内略有增加，而在一挡工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。图 2倒挡齿轮布置在附加壳体内，并紧靠轴的支承处，而一挡布 置在变速器壳体右侧紧靠支承处，这个方案能很好地解决两个传动比大的挡 位都布置在靠近支承的地方这一问题。 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。 为防止意外挂入倒挡，一般设有倒挡锁或设有一个挂倒挡时需克服弹簧所产 生的力，用来提醒驾驶员注意。因此，图 2 2换挡方案比图 2方案更合理。图 2示方案在挂入一挡时也需克服用来防止误挂倒挡所产生的力。 a) b) c) 图 2变 速杆换挡位置 4. 其他结构方案 传统的中间轴式变速器，换挡部件等多 数装在第二轴上，而第二轴前端常支承在第一轴常啮合齿轮内腔的小轴 承上。这样，致使第二轴刚度偏小，不利于低挡的同步换挡。近年来，在传 动比较大的商用车变速器中，有的采用如图 2示的方案，其特点是由于第二轴较 短，低挡同步器装在支承刚度较大的中间轴上，因而同步惯量减小 ，减小了换挡部件的磨损和自动脱挡论文指导 图纸说明书加 01339828 11 的可能性，并可缩短同步时间或减轻换 挡力。由于常啮合齿轮后置，各挡齿轮直接承受发动机的负荷而未经常啮合 齿轮加大，使得中间轴上的齿轮、换挡部件的尺寸和质量也得以减小。在传 统中间轴式变速器中，由于常啮合齿轮的增扭作用，各挡齿轮受力 较大，使设计尺寸增大。 图 2转 矩经短轴输出的中间轴式变速器的示意图 a) 双中间轴式变速器示意图 b) 三中间轴式变速器示意图 论文指导 图纸说明书加 01339828 12 图 2双 中间轴和三中间轴式变速器示意图 应当指出，重型货车多挡变速器也有采 用双中间轴或三中间轴的结构，如图 2示。由发动机传给第一轴的 扭矩分别传至各中间轴，然后再由浮动支承的第二轴齿轮输出。由于动力分 流，在同样转矩下，有两个齿轮受力，降低了齿轮应力，使齿轮宽度减小(约 40%)，从而减小变速器的长度，同时减轻了轴承的负荷。但由于增加了中间 轴、齿轮及轴承的个数，使结构复杂化。国外已有五、六、七、十 甚至更多挡变速器采用这种设计。 还应当指出，有些货车的变速器采用多 支承结构方案，这样可以提高第二轴刚度，如图 2示。采用这种结构，需要考虑轴及齿轮等零件的装配问题。采用在轴平面上可分开 的结构，可解决上述装配问题。 在有些乘用车的中间轴式变速器的布置 中，为缩短传动轴长度，把变速器后端加长，附加壳体，如图 2b 所示。 速器零、部件的结构分析与型式选择 变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆 柱齿轮两种。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。与直齿圆柱齿轮比较， 斜齿圆柱齿轮具有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点；缺点是制造 复杂，工作时产生轴向力，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。 2. 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，因变速器内各传动齿轮有 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。驾驶员需要熟练的操作技术 (如两脚离合器 )才能减轻换挡时的齿轮冲击，但 换挡瞬间驾驶员注意力被分散，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，并能减小变速器旋转部分的转动惯 量，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，可以采用移动啮合套的方式换挡。这时，不仅换挡 行程短，同时因承受换挡冲击载荷的论文指导 图纸说明书加 01339828 13 接合齿齿数多，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 转动惯量增大。重型货车挡位间的公比较小，换挡机构连接件之间的角速度 差也小，而且要求换挡手感强，因此可采用啮合套换挡。与同步器换挡比较， 啮合套换挡具有结构简单，寿命长，维修方便，能够降低制造成本 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，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。利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮 换挡行程短。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。 3. 防脱挡措施 自动脱挡是变速器的主要故障之一。由 于接合齿磨损、变速器轴刚度不足以及振动等原因，都可能导致自动脱 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 的有效措施有以下几种： (1) 将两接合齿的啮合位置错开，如图 2示。在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿约 13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，利于阻止接合齿自动脱挡。 图 2防 止自动脱挡的结构措施 (2) 将啮合套做得较长，如图 2示。在啮合时，使接合齿(主动)超过被接合齿(被动)。在传动过 程中，利用研磨形成凸肩，以阻止接合齿自动脱开。 论文指导 图纸说明书加 01339828 14 图 2防 止自动脱挡的结构措施 (3) 将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄(切除 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示。 图 2防 止自动脱挡的结构措施 (4) 将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角 (一般倾斜 23 )，使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力，如图 2示，这种方案应用较多。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。 图 2防 止自动脱挡的结构措施 4. 轴承形式 作旋转运动的变速器轴的支承以及齿轮 与轴不做固定连接时均需要安装轴承。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。轴承的类型受结构限制并 随所承受的载荷特点而不同。 汽车变速器应结构紧凑，大尺寸的轴承 布置困难。如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，否则采用滚针轴承。 在变速器中，每根轴都需要轴向固定， 以便承受轴向力。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承在飞轮的内腔里，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 第一轴后部轴承传给变速器壳体。中间轴采用前、后轴承固定均可。 论文指导 图纸说明书加 01339828 15 近来采用圆锥滚子轴承的变速器增多， 这是因为圆锥滚子轴承有如下优点：直径较小，宽度较大，可承受较高 负荷；结构上保证滚子能正确对中，使用寿命长；圆锥滚子轴承的接触线长 ，如果锥角和配合选择合适，可提高轴的刚度，使齿轮能正常啮合，降低噪 声，减少自动脱挡的可能性；在采用圆锥滚子轴承的情况下，为方便拆装和 调整轴承，一般将变速器壳体设计成沿纵向平面分开或沿中心线所在平面水平分开。 当采用圆锥滚子轴承时，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，圆锥滚子轴承不适合用在线胀系数较大的铝合金壳体上。 滚针轴承、滑动轴套主要用在齿轮与轴 为非固定连接，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、径向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮啮合等 优点。滑动轴套的优点是制造容易、成本低，但滑动轴套的径向配合间隙大 、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。 5. 各挡齿轮的布置 对于典型的中间轴式变速器，其一挡常 布置在靠近第二轴和中间轴的后支承处如图 2b、 c、 d、 e 所示，再由低挡向前逐渐向高挡过渡。这种布置使工作时轴的变形较小，这是因为在 低挡工作时齿轮受力较大，低挡齿轮靠近支承可以提高轴的刚度。高挡齿轮 虽然靠近轴的中间，但由于这时齿轮受力较小，故轴的变形也较小。此外， 这种布置还有利于齿轮装配。 6. 装配孔设计 对中间轴式变速器而言，中间轴 、第二轴及其上的零部件一般是通过变速器壳体上方的孔口装入壳体，极少数 的方案将这个装配用的孔口设计在变速器壳体下方或侧面。第一轴一般通过 壳体前壁上的轴承孔拆装。因此，一轴齿轮外径要小于这个轴承孔。 7. 变速器整体刚性 变速器只有具有足够的整体刚性才能保 证正常工作。整体刚性与轴、壳体的结构以及装配时螺栓的扭紧程度有 关。对于典型的中间轴式变速器，控制轴的长度有利于保证轴的刚度。变速 器壳体通常为整体式，有些地方设有加强筋，以增强刚度；变速器盖用螺栓 固定到壳体上，而变速器盖通常装有操纵机构，因此要规定合适的 螺栓拧紧力矩。 论文指导 图纸说明书加 01339828 16 综上所述，在选择变速器齿轮时应优先 选择斜齿轮，本次设计除一、倒挡齿轮选用圆柱直齿轮外，其余均选用 圆柱斜齿轮，虽然变速器当斜齿工作时轴向力不能完全平衡，但其最小齿数 可减少、且运转比较平稳、噪声低、寿命长的等突出优点。为换挡平稳采用 同步器、同步器类型的选择参考货车车型常用的同步器类型，以及同步器设 计比较成熟的种类考虑，采用锁环式同步器。 经对比综合分析，参考 型载货汽车变速器，采用中间轴式变速器的传动方案，从而可以确定本 次设计轻型载货汽车变速器传动示意图 2下： 图 2变 速器传动示意图 论文指导 图纸说明书加 01339828 17 第三章 变速器主要参数的确定 速器的传动比 变速器的传动比范围是指变速器最低挡 传动比与最高挡传动比的比值，取决于汽车行驶的道路条件和发动机的功率与汽 车质量之比(比功率)。道路条件越复杂(越野行驶)，比功率 越小，要求变速器传动比范围越宽。目前乘用车的传动比范围在 间，总质量轻些的商用车在 间，越野汽车和牵引车为 1020。 最高挡通常为直接挡，传动比为 的变速器最高挡是超速挡，传动比为 的是提高发动机的负荷率、 降低发动机转速、降低油耗和磨损。但是与直接挡相比，使用超速挡 会降低传动效率。机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括 相啮合的齿轮对数、转速、传递的功率、润滑的有效性、齿轮及壳 体零件的制造精度等。 影响最低挡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等。 数 变速器的挡数及其传动比由总布置设计 确定。增加挡数，有利于提高发动机的功率利用率、汽车的燃油经济性 和平均车速。但会使变速器结构复杂和质量增加，轴向尺寸增大、操纵复杂、成本高。 变速器的挡数可在 320 的范围内变化。通常变速器的挡数在 6 以下，当挡数超过 6 挡时，可在 6 挡以下的主变速器基础上，再配置副变速器，通过两者的组合获得多挡变速器。 近年来，为了降低油耗，变速器的挡数 有增加的趋势。目前，乘用车一般用 45 个挡位的变速器。大排量的乘用车变速器多为 5 个挡。商用车变速器采用 56 个挡或更多。装载质量在 货车采用五挡变速器，装载质量在 货车多采用六挡变速器。 在最低挡传动比不变的条件下，增加变 速器的挡数会使变速器相邻的低论文指导 图纸说明书加 01339828 18 挡与高挡之间的传动比比值减小，使换 挡工作容易进行。要求相邻挡之间的传动比比值在 下。该值越小，换挡工作越 容易进行。因高挡使用频繁，所以又要求高挡区相邻挡位之间的传动 比比值，要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小。本设计使用 5 1 有超速挡变速器。 胎半径的选择 根据国家标准汇编载货汽车轮胎 载货汽车轮胎系列2977及当今同类汽车类型，选择轻型 载货汽车普通断面子午线轮胎： R 16 所以我们可以求得轮胎半径。由静力半径m)公式 ()2=+ (3中， d 为轮辋直径 ( b 为轮胎断面宽度 ( 为轮胎变形系数， ，载货汽车、客车 ，超低压胎 。 对汽车作动力学分析时，应该用静力半径而作运动学分析时，应该用滚动半径但一般常不计算它们的差别，统称为车轮半径 r，即认为。又 d b 16，取 代入式 (3车轮半径： 。 减速器传动比 设计中变速器有超速挡，故根据 。由 (3式中，汽车行驶速度 ()/km h ； n 为发动机转速 ( )/ r 为车轮半径 ( )m ；变速器传动比；0i 为主减速器传动比。 又由 (3式中， G 为汽车总质量的重力 ( )N ；汽车直接挡或最高挡时汽车发动机发出最大转矩时的汽车车速 ( )/km h ；0最高挡的动力因素。空气阻力系数； A 为迎风面积()2m ； r 为车轮半径 ( )m ；发动机最大转矩论文指导 图纸说明书加 01339828 19 ()0i 为主减速器传动比。 ， ， ， ， ， 41800G = ，n 2500， 各代入式 (3 (3得 。 配各挡传动比 选择最低挡传动比时，应根据汽车最大爬 坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱 动轮的滚动半径等来综合考虑、 确定。 汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽 略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。 一、一挡传动比 1、按最大爬坡度要求计算，故有 ()=+ 一挡转动比为 (3中： m汽车总质量； g重力加速度； 道路最大阻力系数； r 驱动轮的滚动半径； 发动机最大转矩； 0i 主减速比； 汽车转动系的转动效率，取 2、根据驱动轮与路面的附着条件 201 (3求得一挡传动比为 (3式中：2G 汽车满载静止于水平路面时驱 动桥给路面的载荷； 论文指导 图纸说明书加 01339828 20 道路附着系数，计算时取 他同上说明。 将 ， o， ， ， ，267%得到 ； ； 由于一般用途的货车传动比范围为 ，故取 。 二、其余各挡传动比 实际上，对于挡位较少的变速器，各挡 传动比之间的比值常常并不正好相等，即并不是按等比级数来分配传动 比的。这主要考虑道各挡利用率差别很大的缘故。汽车主要式是用 较高挡位行驶的，例如中型货车 5 挡变速器中的 1、 2、 3、三个挡位的中利用率仅为 10 15，所以较高挡位相邻两挡之间的传动比的间隔应小些，特别是最 高挡与次高挡之间更应该小些，这对改善汽车的动力性有利。因此，实际上 各挡传动比常按下面的关系分布 123 1234gg iL 采用等比级数的方法分配传动比，其优 越性必须建立在各挡利用率相等的前提下。实际上，汽车正常工作时， 各挡利用率并不相等，高挡利用率远远大于低挡利用率。所以，采用等 比级数的方法分配传动比是有一定极限的。所以其余各挡传动比分配如下表 表 3传 动比分配 挡位 一挡 二挡 三挡 四挡 五挡 倒挡 传动比 定中心距 中心距 A 是指两轴中心线之间或两相啮 合齿轮中心线之间的距离，对中间轴式变速器，将中间轴与第二轴轴线 之间的距离称为变速器中心距。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中心距。 中心距是一个基本参数，不仅影响变速 器的外形尺寸和质量大小，而且影响轮齿的接触强度。中心距越小，轮齿的接触应力 越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮 齿有必要的接触强度来确定。 中间轴式变速器中心矩 A 的确定 论文指导 图纸说明书加 01339828 21 初选中心局 A 时，可根据下述经验公式计算 3Ae (3式中， A 为变速器中心矩 ()中心距系数，对乘用车：商用车：多挡主变速器： K A =1；发动机最大转矩()，1变速器一挡传动比；变速器传动效率，取 96。将8.8， ， 代入式 (3 A 整取 A 88。 速器的外形尺寸 变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直 径以及倒挡中间齿轮和换挡机构的布置初步确定。 乘用车四挡变速器壳体的轴向尺寸 用车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关： 四挡 ( 五挡 ( 六挡 ( 当变速器选用常啮合齿轮对数和同步器多时， 中心距系数取给出系数的上限。为检测方便， A 取整。变速器壳体的最终轴向尺寸应由变速器总图的结构尺寸链确定。 轮参数 轮模数 齿轮模数是一个很重要的参数，并且影 响它的选取因素有很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺等。 应该指出，选取齿轮模数时一 般需要遵守的原则是： 在变速器中心距相同的条件下，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，并减少噪声，所以为了减少噪声应合理的减小模数，同是增加齿宽 ；为使质量小些，应该增加模数，同时减小齿宽；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；对货 车，减小质量比减小噪声更为重要，论文指导 图纸说明书加 01339828 22 故齿轮应选较大模数；变速器低挡齿轮 应选用大些的模数，其它挡位选用另一种模数。少数情况下，汽车 变速器各挡齿轮均选用相同的模数。 变速器齿轮的模数范围见下表 3 表 3车 变速器齿轮的法向模数 乘用车发动机排量 /车的最大总质量 /型 6.0 m 14.0 m 数 50选模数值应符合国家标准 1357规定，见表 3用时，应优先选用第一系列，括号内 的模数尽可能不用。 表 3车 变速器常用的齿轮模数(摘自 1357第一系列 啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开 线齿形。由于工艺上的原因，统一变速器中的接合齿模数相同 。其取用范围是：乘用车和总质量 在 4质量 大于 14t 的货车为 取较小的模数值可使齿数增加，有利于换挡。 综上所述，由于此设计的汽车是总质量大于 4t 左右的载货汽车，因此选取如下： 一挡、二挡、三挡、四挡、五 挡与常啮合齿轮模数均取 m 倒挡齿轮模数取 m 3 力角及螺旋角 齿轮压力角较小时，重合度较大并降低 了齿轮刚度，为此能减少进入啮合和退出啮合时的动载荷，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。实 验证明：对于直齿轮，压力角为 时强度最高，超过 28 强度增加不多；对于斜齿轮，压力角为 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 15、 16、 论文指导 图纸说明书加 01339828 23 小些的压力角；对商用车，为提高齿轮承载力，应选取 25等大些的角度。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，啮合套或同步器的接合齿压力角有 20、 25、 30等，但普遍采用 30压力角。 应该指出，国外有些企业生产的乘用车 变速器齿轮采用两种压力角，即高挡齿轮采用小些的压力角；而低挡和倒 挡选用较大的压力角，以增加强度。必须指出，齿轮采用小的压力角和小模 数时，除必须采用大的齿高系数外还应该采用大圆弧齿根，这样可提高齿轮弯曲强度 30%左右 。 据此，初选各挡齿轮压力角均为 20。 斜齿圆柱齿轮在变速器中得到广泛应用 。选取斜齿轮的螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声、齿轮的强度和轴向 力有影响。在选取大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平 稳、噪声降低。试验还证明：随着螺旋角的增大，齿轮的强度也相 应提高。不过，当螺旋角大于 30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度继续上升。因此 ，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角，以 1525为宜；从而提高高挡齿轮的接触强度和增加重合度着眼，应当选用较大的螺旋角。 斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作 用到轴承上。设计时，应力求使中间轴上同使工作的两队齿轮产生的轴 向力平衡，以减小轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上不同挡位的齿 轮的螺旋角是不一样的。为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，可将螺旋 角设计成一样，或者仅取两种螺旋角。中间轴上的全部齿轮的螺旋方向应一律 取为右旋，则第以、第二轴上的斜齿轮应取为左旋。轴向经轴承盖作用到壳 体上。一挡和倒挡设计为直齿，在这些挡位上工作，中间轴的轴向力不能抵消， 而此时，第二轴没有轴向力作用。 根据图 3知，欲使中间轴上两个斜 齿轮的轴向力互相平衡，须满足以下要求 11 122 2由于11 2 2，为使两轴向力平衡，必须满足 1122 论文指导 图纸说明书加 01339828 24 图 3中，12作用在中间轴齿轮 1、 2 上的轴向力；12作用在中间轴齿轮 1、 2 上的圆周力；1r 、2r 为齿轮 1、 2 的节圆半径； T 为中间轴传递的转矩。 最后可用调整螺旋角的方法，使各对啮 合齿轮因模数不同或齿数不同等原因而造成的中心距不等现象得以消除。 斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围内选用： 乘用车变速器： 两轴式变速器为 2025中间轴式变速器为 2234货车变速器： 1826据上述分析，初选各挡齿轮螺旋角为 25。 轮齿宽 在选择齿宽时，应该注意齿宽对变速器 的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、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 稳的优点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方法予以补偿，