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cad2010
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CAD2010宇通客车变速器设计,cad2010,客车,变速器,设计
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毕业设计（论文）中期报告 题目 ：宇通客车变速器设计 1 文）进展状况 毕业设计已经开始一段时间了。 从开题以来，我经过查阅资料，并且在老师的帮助下，开始了毕业设计，也有了一定的收获，现将我这段时间的进展状况介绍如下： 这段时间我主要进行了 变速器主要参数的选择与主要零件的设计 心距的确定 三轴式变速器的中心距 A（ 根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定： 3 1m a x A 为变速器中心距（ 中心距系数，客车： 发动机最大转矩（ N m）：本文取 1000N m； g 为变速器传动效率，这里取 96%。 轮参数计算： 本设计采用 5 个档位， 计算变速器的主要基本参数，如档位、中心距、轴向及径向尺寸等；并对齿轮的一些参数进行设计计算，确定其模数、压力角、斜齿螺旋角、齿宽、变位系数等，最后计算出各档位的齿数。 （ 1）模数 表汽车变速器常用齿轮模数（摘自 1357 一系列 系列 根据以上要求，各档位所选取的模数如下表 4 表 2 各档位模数 位 I V V R 接合套 模数 2）压力角 实际上，因国家规定的标准压力角为 20，所以变速器齿轮不变采用的压力角为20。啮合套或同步器的结合齿压力角有 20、 25、 30等，但普遍采用 30压力角。 根据以上要求，在设计时，本文所选取的各档位压力角如下表 4表 3 各档位压力角 各档位 I V V R 接合套 压力角 25 25 25 20 20 25 30 （ 3）螺旋角 表 4 斜齿轮螺旋角 档位 V 2 螺旋角 22 24 26 28 （ 4）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、齿 轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。 表 5 各档位齿宽 档位 I V V R 齿宽 24 25 21 18 18 28 （ 5）齿轮变位系数的选取 表 6 各档位 档位 I V V R c 0 6）齿顶高系数 齿顶高系数对重合度、齿轮强度、工作噪声、齿轮相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等均有影响。若齿顶高系数小，则齿轮重合度小、工作噪声大；但因轮齿收到的弯矩减小，轮齿的弯曲应力也减小。因此，从前因齿轮加工精度不高，并认为轮齿上受到的载荷集中作用齿顶上，所以曾采用过齿顶高系数为 在齿轮加工精度提高以后，短齿制齿轮不再被采用，包括我国在内，规定齿顶高系数取为 速器的设计与计算 主要校核齿轮的强度是否合理，并初步设计出各轴尺寸，并对中间轴及二轴的刚度和强度进行校核。 绘制 查阅相关资料，找出与本设计有关的一篇外文文献并翻译； 在毕业设计的过程中，我遇到了一切难题，也出现过一些失误，但是在老师的帮助下并且通过查阅相关的资料，这些问题最终都得以解决，现将我在设计过程红所遇到的一些问题列举如下： 解决措施：首先 根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围 、档位数及各档的传动比。再根据结构、传动效率、噪声、齿轮磨损情况以及经济性确定选择三轴五档变速器。 解决措施： 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜 3 齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。但是，在本设计中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动方案，即除一档外，均采用斜齿轮传动。 题进行深入研究，对设计方案进行论证，选择总体方案，并且对设计中能够用到的器件进行归纳和总结。 点设计方案中的 主轴与传动轴以及齿轮设计的计算 部分，并且通过查找资料和找指导老师答疑的方式攻破设计中的技术难点。 极与指导老师沟通和请教，对设计中出现的问题和解决办法进行总结和归纳，最终形成毕业设计说明书。 指导教师签字： 年 月 日 4 毕业设计 (论文 )开题报告 题目： 宇通客车变速器设计 1. 毕业设计（论文）综述（ 题目背景、研究意义及国内外相关研究 情况） 题背景和意义 作为汽车传动系统的重要组成部分，变速器对整车的动力性与经济性、操作的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有着较为直接的影响。虽然传动机械式的手动变速器具有换挡冲击大，体积大，操作麻烦等诸多缺点，但仍以其传动效率高、生产制造工艺成熟以及成本低等特点，广泛应用于现代汽车上。 本次设计将根据自己能力及中国国情设计一款用于中高档客车的五挡手动变速器。 速器发展历史 早在 1889年，法国人研制成功世界上第一台手动机械式 4挡齿轮传动汽车变速器。自此，齿轮传动的机械变速器便成为汽车动力传动系统中不可或缺的主要组成，并以传动效率高、机构简单、易制造、易操作、易维修、经济、可靠而配置在各类汽车上。 自 20 世纪 80 年代起，为满足客车适应节能、环保、安全、舒适、高效、可靠方面不断提高的要求，专门用于客车上的手动客车变速器从客、货通用的变速器系列中分离出来。 进入 21 世纪，采用电子控制换挡系统，能够使换挡自动化、智能化、不在需要驾驶员直接用手 操纵，也可不配置同步器。电子控制系统将发动机 制集成在一起，自动（或半自动或遥控）完成其相应的功能，使换挡智能化，大大提高了车辆的经济型、安全性和舒适性 2。 - 1 - 外手动客车变速器的技术特点及发展趋势 20 世纪 90 年代，世界著名的变速器制造企业德国 司推出了专为大型客车研制的 速器，充分体现了当代手动客车变速器先进的设计理念和研制技术，被视为现代先进客车手动变速器的代表。 6速器的主要技术特点如下： （ 1）结构简单 、紧凑、传动效率高。 （ 2）同步器换挡，换挡轻便、可靠。 （ 3）比功率（最大输入转矩 /变速器总质量）高。 （ 4）总质量轻 ,传动噪声低。 （ 5）安装长度短（仅 588 （ 6）可内置液力缓速器（一体式）。 （ 7）可配置电子 /气动换挡系统。 国手动客车变速器的技术特点及发展趋势 我国客车制造起步较晚，自 1957 年采用接合套换挡的解放牌载货汽车底盘制造的国产第一辆客车诞生，开启了我国一个新的工业门类 经 20 多年，直到 1981年 才出现同步器换挡的东风牌载货汽车底盘制造的客车。仅用于 “公交汽车 ”其特点是通用的手动机械式 5 挡变速器，其最大输入转矩不到 400 挡沉重，噪声高，故障多。 直到 1987 年，我国开始引进国外先进的客车制造技术，开创了我国客车发展的新时代， 1989 年，由綦江齿轮厂采用引进技术制造出我国第一批大客车用 6 挡和 5 挡手动同步器型变速器 入 90 年代，綦齿牌客车用手动同步器型变速器如雨后春笋般先后在安凯、西沃、金龙、黄海、京华、宇通等知名品牌的大中型客车上采用。 而最近 10 年来我国的客车制造发 展很快，变速器生产企业如綦江齿轮、陕西法士特、山西大齿于 1985 年分别引进德国 术、美国伊顿技术和日产柴技术，实现技术上的质的飞跃。 对此国情，我国客车发展对变速器提出了一系列的要求，未来我国的大客车有以下几个方面的发展趋势：一是高可靠性。二是大型化。三是发动机大功率化。四是节油化，车辆的燃油利用率更高、更省油、运营成本更低。五是人性化，智能技术应用更广。 直到 2011 年，綦江齿轮传动有限公司自主研发生产的 500 台 “綦江 ”牌 速器，该款变速器是綦齿传动公司历经一二十年在引进、消化吸收和创新之后 的一款成熟产品 3。 究方法或措施 本设计 通过参考相关资料，进行了宇通客车变速器传动机构的方案分析，确定了变速器传动机构的结构型式为三轴五档式手动变速器。根据设计要求，对变速器进 - 2 - 行了传动机构进行布置设计 及各挡传动比的确定 ，通过计算与分析，确定了变速器传动机构的主要参数 中心距、齿轮模数、各档传动比以及各档齿轮齿数的分配。 在齿轮齿数、齿轮的尺寸计算之后对每个齿轮进行强度校核，并在此基础上确定了的第一、第二、中间轴的尺寸和位置以及第二轴上花键的参数，并对轴上花 键进行强度校核。并选择满足其承载能力的同步器。利用三维软件完成变速器传动机构装配图、第一轴、第二轴、一档齿轮的绘制。 本论文的设计课题是宇通客车变速器传动简图变速器传动机构设计。我国已熟练掌握了 5 档变速箱的生产工艺技术，所以在此基础上进而改进的变速器的生产工艺技术。 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、工作噪音低等优点；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 7。 挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动出轮、啮合套和同步器换挡三种形式。 （ 1）滑动齿轮换挡 通常是采用滑动直齿轮换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大，所以这种换挡方式一般仅用在 挡和倒挡上。 （ 2）啮合套换挡 用啮合套换档，可以将结构为某传动比的一对齿轮制造成常啮 合斜齿轮。用啮合套换挡，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而齿轮又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但是不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套、常啮合齿轮，使变速器的轴向尺寸和旋转部分的总惯性力矩增大。因此，这种换挡方法目前只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上使用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，要求换挡手感强，而且在这种车型上又不宜使用同步器（寿命短，维修不便）。 （ 3）同步器换挡 现在大多数汽车的变速器都采用同步器换挡。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪 声换挡，与操作技术熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和安全性。 一般倒挡和 挡采用结构较简单的滑动直齿轮或啮合套的形式，对于常用的高挡位则采用同步器或啮合套，而本方案的 挡及倒挡使用滑动直齿轮换挡，其余各挡采 - 3 - 用同步器换挡方式 3。 动脱档 自动脱档是变速器的主要故障之一。由于结合齿磨损、变速器轴刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱档。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措施且行之有效的方案有以下几种： （ 1）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄，在 间，换档后齿合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱档。 （ 2）将两接合齿的啮合位置错开，使用时两齿轮接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可以阻止自动脱档。 （ 3）接合齿的工作面设计加工成斜面，形成倒锥角，使结合齿面产生阻止自动脱档的轴向力。 速器轴承 汽车变速器有机构紧凑、尺寸小的特点。作旋转运动的变速器轴支承在壳体或其他部分的地方以及齿轮与轴不做固体连接处应安置轴承。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。第一轴前 轴承（安装在发动机飞轮内腔中）采用向心球轴承：后轴承为外圈带止动槽的向心球轴承，因为它不仅受径向负荷而且承受向外的轴向负荷。为便于第一轴的拆装，后轴承的座孔直径应大于第一轴齿轮的齿顶圆直径。 第二轴前端多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承；后端采用圆锥滚子轴承，因为它也要承受向外的轴向力，在中间轴式的变速器上一般都采用圆柱滚子轴承或者圆锥滚子轴承，可以更好承受齿轮工作时产生的轴向力 7。 速器操纵机构 （ 1）变速器操纵机构的功用及要求 变速器操纵机构的功用是保证各档齿轮，啮合套或同步器移动规定 的距离，以获得要求的挡位。而且又不允许同时挂上两个挡位。设计变速器操纵机构时，应满足以下基本要求： 有锁止装置，包括自锁，互锁和倒档锁。 要使换挡动作轻便，省力，以减轻驾驶员的劳动强度。 应使驾驶员得到必要的手感。 （ 2） 换档位置图 设计操纵机构首先要确定换挡位置图。换挡位置图的确定主要从换档方便考虑。因此有下列三点要求： 换挡次序来排列； 常用挡放在中间位置，其它挡放在两边； - 4 - 了避免误挂倒挡，往往将倒挡安排在最靠边的位置，有时与五挡组成一排。 根据上述三点要求，并结合本变速器及其换挡机构的特点， 现确定本变速器换挡布置图如图 档位置图 （ 3）操纵方案的选择 变速器操纵机构常见的由变速杆，拨块，拨叉，变速叉轴及互锁，自锁和倒挡锁装置等主要零件组成。可分为；直接操纵手动换挡变速器，远距离操纵手动换挡变速器，电控自动换档变速器。一般前置发动机后轮驱动汽车的变速器距离驾驶员座位较近，换档杆等外操纵机构多集中安装在变速器箱盖上，结构简单、操纵容易并且准确。根据设计要求我们选择的是直接操纵手动换档变速器。 （ 4）锁止装置 在汽车行驶过程中，为了防止误挂倒档而造成安全事故和损坏传动系， 在操纵机构中都设有倒档锁。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，互锁装置主要有互锁销式，摆动锁块式，转动钳口式和三向锁销式四种。本换档机构采用互锁销式。这种互锁装置就是在相邻变速器叉轴之间各有一个互锁销。互锁销的两端可以进入相邻变速叉轴的侧面凹臼内，以锁住这个变速叉轴。自锁装置的作用是防止因汽车振动或有小的轴向力作用而导致脱档，保证啮合齿轮在全齿上进行啮合，并使驾驶员有换入档位的感觉 2。 定轴式变速器 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。 有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，因此在各种类型的汽车上均得到了广泛的应用。其中两轴式和中间轴式变速器得到了最广泛的应用。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。由于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。另外，低挡传动比取值的上限 (受到较大限制，所以本设计选择中间轴式变速器。变速器第一轴的前端经轴承支承在 发动机飞轮上， - 5 - 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。中间轴式变速器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相啮合，且第一、二轴同心。将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接挡。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、二轴也仅传递转矩因此，直接挡的传动效率高，磨损及噪声也最小，这是中间轴式变速器的主要优点。其他前进挡需依次经过两对齿轮传递转矩。因此，在齿轮中心距 (影响变速器尺寸的重要参数 )较小的情况下仍然可以获得大的一挡传动比，这是中间轴式变速器的另一 优点。其缺点是：除直接挡外其他各挡的传动效率有所降低。 在挡数相同的条件下，各中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数、轴的支承方式、换挡方式和倒挡传动方案以及挡位布置顺序上有差别。 图 示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图 c、 d 所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图 示方案中的倒档和超速档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工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前进档的变速器。 图 间轴式五档变速器传动方案 图 示方案中的一档、倒档和图 b 所示方案中的倒档用直齿滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮。 - 6 - 图 间轴式六档变速器传动方案 以上各种方案中，凡采用常啮合齿轮传动的档位，其换档方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中， 有的档位用同步器换档，有的档位用啮合套换档，那么一定是档位高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。 发动机前置后轮驱动的轿车采用中间轴式变速器，为缩短传动轴长度，可将变速器后端加长，如图 b 所示。伸长后的第二轴有时装在三个支承上，其最后一个支承位于加长的附加壳体上。如果在附加壳体内，布置倒档传动齿轮和换档机构，还能减少变速器主体部分的外形尺寸。 变速器用图 示的多支承结构方案，能提高轴的刚度。这时，如用在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题。图 示方案的 高档从动齿轮处于悬臂状态，同时一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里，而中间档的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。 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 常见的倒挡布置方案。图 3所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴上的长度；但换挡时要求有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图 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 示方案针对前者的缺点作 了修改。因而取代了图 方案。图 示方案是将一、倒挡齿轮做成一体，使其齿宽加长。图 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，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图 示方案，；其缺点是一、倒挡须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。 本设计中综上考虑采用图 倒挡布置方案。 - 7 - 图 挡布置方案 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，本次设计采用的中间轴式变速器的一挡和倒挡，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，这样做既可以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。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。 倒挡设置在变速器的左侧或右侧，在结构上都能实现，不同之处是挂倒 挡时驾驶员移动变速杆的方向变了。除此之外，倒挡中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴的受力状况有影响，如图 示。 图 挡轴位置与受力分析 3本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 重点： 确定轴承的型号规格、轴的结构尺寸、传动齿轮的变位系数和齿宽等性能结构 - 8 - 参数，并进行相关的性能分析计算。 难点： 根据传动机构总体布置设计的结果及零件的功能与性能要求，进行传动机构零件的图纸设计，绘制传动机构装配图。 前期已开展工作： 了解变速器的研究开发与使用情况，确定最初方案以及完成外文翻译。 4完成本课题的 工作方案及进度计划（按周次填写） 第 1：检索查阅文献资料，了解变速器的研究开发与使用情况以及外文翻译。 第 5：进行变速器传动机构（齿轮、轴、轴承等）的结构方案分析，确定宇通变速器传动机构的结构型式。 第 7：根据功能要求，进行变速器传动机构总体布置设计；根据性能要求，分析确定轴承的型号规格、轴的结构尺寸、传动齿轮的变位系数和齿宽等性能结构参数，并进行相关的性能分析计算。 第 9据传动机构总体布置设计的结果及零件的功能与性能要求，进行传动机构零件的图纸设计。 第 11：根据传动 机构零件图，绘制传动机构装配图。 第 13：编写设计计算说明书，完成毕业设计（论文）。 第 15 周：准备毕业设计答辩。 4 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 - 9 - 参考文献 1 綦力 ,罗彬 J2012,(5). 2 陈家瑞 册） 版 械工业出版社， 3 张文春 M械工业出版社， 2005 4 齿轮手册编 ） 5 王望予 第 4 版 . 北京：机械工业出版社， 6 孙恒、葛文杰主编 第七版 等教育出版社， 7 濮良贵、 纪名刚主编 第八版 . 北京：高等教育出版社， 5） . 8 闻邦椿主编 5 版）第一卷 9 王昆、何小柏、汪信远主编 械设计基础课程设计 等教育出版社， 10 綦力 . 现代客车手动挡机械变速器技术特点 , 现代零部件 , 2012 (03). 5 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 - 10 - 11 王继鹏 . 汽车机械式变速器的现代设计方法 J. 中国高新技术企业 . 2011(07). 12 綦力 . 客车变速器技术特点及发展趋势 J. 城市车辆 . 2009(09). 13 刘鸿文 M等教育出版社， 1997 14 冀勇彪 J2012,(4). 15 孙存真、王占歧 底盘分册 (一 ) 吉林：吉林科学技术出版 社， 16 张勇，许纯新 J2000,31(1):2317 李俊玲、罗永革主编 北京：机械工业出版社， 18 编 第 6 版 务印书馆， 19 武景燕 ,魏巍 ,曲婧瑶 ,闫清东 011,(3). 20 裘建新 ,赵爱华 004,(4). 21 a 英文版 ),2012,(4). I 本科毕业设计（论文） 题目： 宇通客车变速器设计 通客车变速器设计 摘 要 变速器作为传动系的重要组成部件，其作用不仅可以改变传动比、扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下工作；且在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能够倒退行驶；利用空档，中断动力传递，以使发动机能够启动、怠速，并便于变速器换挡或进行动力输出。 本文通过查阅文献资料，在符合操纵性稳定性、经济性、高效率性、高可靠性等要求的前提下，首先初步确定宇通客车变速器 的传动机构、换挡机构、倒档等的布置形式，如选用中间轴锁环式同步器换挡；其次对变速器主要参数进行设计选择，如挡数、传动比范围、中心距等；再次对各零部件如齿轮、轴、同步器等，进行参数设计计算，并对所设计出的零部件进行校核；最后通过 件进行各零部件的建模及组装。 关键词 ：变速器；设计；三维； 模 f as an of of to to It in as it in no it so or As in it be to As it at it as of as of as be it be be V 目 录 1 绪论 . 1 题背景和意义 . 1 速器发展历史 . 1 外手动客车变速器的技术特点及发展趋势 . 3 国手动客车变速器的技术特点及发展趋势 . 4 次论文需要完成的任务 . 5 章小结 . 5 2 零、部件结构方案分析 . 6 轮形式 . 6 挡机构形式 . 6 动齿轮换挡 . 6 合套换挡 . 6 步器换挡 . 6 动脱档 . 7 速器轴承 . 7 速器操纵机构 . 7 速器操纵机构的功用及要求 . 7 档位置图 . 8 纵方案的选择 . 8 止装置 . 8 章小结 . 8 3 变速器传动机构布置方案 . 10 动机构布置方案分析 . 10 档布置方案 . 13 他问题 . 15 章小结 . 15 4 变速器主要参数的选择 . 16 数 . 16 动比范围 . 16 心距 A . 16 形尺寸 . 17 轮参数 . 17 V 数 . 17 力角 . 18 旋角 . 18 宽 b . 19 轮变位系数的选取 . 20 顶高系数 . 21 档齿轮齿数的分配 . 21 定一档齿轮齿数 . 21 中心距 A 进行修正 . 21 定常啮合传动齿轮副的齿数 . 21 定其他各档的齿数 . 22 定倒档齿轮齿数 . 22 章小结 . 23 5 变速器的设计与计算 . 24 轮的损坏形式 . 24 轮强度计算 . 24 齿弯曲强度计算 . 24 齿接触应力 j . 26 的强度计算 . 28 选轴的直径 . 28 的强度验算 . 28 章小结 . 37 6 同步器设计 . 38 步器结构形式的选择 . 38 步器主要尺寸的确定 . 38 步器主要参数的确定 . 39 擦因数 f . 39 步环主要尺寸的确定 . 39 止角 . 39 章小结 . 40 7 变速器操纵机构 . 41 止装置 . 41 锁装置 . 41 锁装置 . 41 倒挡锁装置 . 42 章小结 . 42 三维建模及装配 . 43 件简介 . 43 轮零件的作图 . 43 的绘制 . 46 步器主要零件的绘制 . 47 装配图 . 48 章小结 . 48 9 结论 . 49 致谢 . 50 参考文献 . 51 毕业设计（ 论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 题背景和意义 当今液力自动变速器（ 机械式自动变速器（ 客车上的采用，具有诸如可大大改善车辆启动性能、提高驾驶轻便性、安全性和乘坐舒适性等特点，也被一些专家、学者所推崇为客车变速器的发展方向，但基于经济实力、生活水平、使用条 件的差异以及手动机械式同步器型变速器具有的结构简单、操作轻便、传动效率高、制造费用低、使用可靠耐用、易维修等特点，手动机械式变速器不仅仍是当代客车主要的变速增距的传动装置，而且随着设计技术、制造技术的不断提高，其使用性能不断改善，在未来的几十年，手动机械式同步器型客车变速器仍将作为客车变速器中的主流产品称雄于客车市场。 速器发展历史 早在 1889 年，发过人标致研制成功世界上第一台手动机械式 4 挡齿轮传动汽车变速器。自此，齿轮传动的机械变速器便成为汽车动力传动系统中不可或缺的主要总成，并以传动效率高、机 构简单、易制造、易操作、易维修、经济、可靠而配置在各类汽车上。 自 20 世纪 80 年代起，为满足客车适应节能、环保、安全、舒适、高效、可靠方面不断提高的要求，专门用于客车上的手动客车变速器从客、货通用的变速器系列中分离出来。 同样，客车变速器也经历了由采用滑动齿轮换挡（ G） 接合套换挡（ K） 同步器换挡（ S） 气助力同步器换挡（ 或电控气动同步器换挡（ 手动变速器到液力自动变速器（ 机械自动变速器（ 无级变速器的发展过程。目前，发达国家和发达地区（如美国、日本、欧洲） 90%以上的大中型客车已采用自动变速器（ 而世界上大多数发展中国家和地区（特别是我国）的大中型客车还是更多的使用手动机械式变速器。 同时为满足大客车使用性能的要求，适应大功率、低转速增压发动机的特性，当代大中型客车手动变速器已具有以下技术特征及其发展趋势。 a. 换挡操作轻便、简单。 b. 变速器质量减轻，最大输入转矩增加（已达到 2700比功率（最大输入转矩 /变速器总质量）提高（高达 11），大大提高了变速器的有效利用率和客车的运营经济型。 2 c. 增加前进档位数，多至 8 挡（甚至 12 挡 ），细化挡间级差，以利于提高发动机的燃油经济性。 d. 扩大传动比范围，大到 9（甚至高达 16），用以提高客车在各种路况下行驶的适应性（例如交通拥堵时慢速行驶能力）。 e. 提高可靠性、耐用性、使用寿命超过 100 万 f. 降低传动噪声（已经低于 72改善驾乘舒适性。 这些技术特性及其发展趋势来自于大中型客车发展的要求，得益于如下主要零部件的改进、优化和发展： (1) 壳体。采用精密压铸的高强度轻合金（铝合金甚至镁合金）壳体取代传统的灰铸铁壳体。按金属的密度，铝合金是灰铸铁的 2/5，镁合金是 灰铸铁的1/4。显而易见，轻合金壳体比灰铸铁壳体轻得多。经有限元优化设计的高强度轻合金壳体不仅质量减轻，而且还具有环保、节能、降噪和降低制造费用的优势。 (2) 齿轮。通过对齿轮参数的进一步优化设计（如大齿宽、大螺旋角、全圆角齿根、齿形齿向修形、加大齿顶高等），提高齿面加工精度（磨齿）、增加齿表面处理（强应力喷丸、硬表面涂层），采用强度更高的齿轮专用钢材或改变传动型式（双中间轴传动、行星传动），来提高齿轮的承载能力，降低噪声，延长使用寿命。 (3) 同步器。目前手动机械式客车变速器已 100%采用同步器换 挡。减小换挡力、换挡平稳、增大同步容量、降低制造成本是同步器不断改进的目的；因而，优化同步器结构参数，采用外锥式同步器或双锥甚至三锥同步器，改进摩擦涂层的材质（钼、铜合金、合成纤维、瓷、合成纸等），正是采用新结构的同步器、新的同步系统来改善换挡品质。 (4) 更新变速器概念，进入 21 世纪，电子技术逐渐在大中型客车上得到广泛运用，逐渐将传统的用于减速增距的手动换挡机械式变速器赋予了新的内涵和功能。采用电子控制换挡系统，能够使换挡自动化、智能化、不在需要驾驶员直接用手操纵，也可不配置同步器。变速器不再是单一的 、可独立换挡传动的机械总成，而是与发动机、离合器组成一体的智能型动力传动系统。对于大中型高级客车，缓速器配置在变速器中，将成为变速器必不可少的功能部件。缓速器可使变速器对行驶的车辆有辅助制动功能，从而提高车辆行驶的安全性和驾乘舒适性。电子控制系统将发动机 制集成在一起，自动（或半自动或遥控）完成其相应的功能，使换挡智能化，大大提高了车辆的经济型、安全性和舒适性。 3 外手动客车变速器的技术特点及发展趋势 20 世纪 90 年代，世界著名的变速器制造企业德国 司推出了 专为大型客车研制的 速器，充分体现了当代手动客车变速器先进的设计理念和研制技术，被视为现代先进客车手动变速器的代表。 6速器的主要技术特点如下： （ 1）结构简单、紧凑、传动效率高。这源于采用单中间轴、输入轴与输出轴同轴心布置，斜齿圆柱齿轮定轴传动的传动型式。 （ 2）同步器换挡，换挡轻便、可靠。换挡是否轻便、可靠是衡量变速器优劣的重要指标。 速器采用双锥面（铜基钼锥面环）同步器与新型旋转轴、轨叉式换挡机构组成，使手动换挡力较之早期宽同步器分别减轻 1/2 和 1/3，且各挡换挡力 更趋于平衡。 （ 3）比功率（最大输入转矩 /变速器总质量）高。比功率是近年来用以衡量变速器是否有效利用、制造技术高低的重要指标。根据车辆使用条件和变速器传动比构成的不同， 速器允许的最大输入转矩为 1300i=1在采用超速档传动（ i=并在平坦、良好的高速公路上使用的条件下，速器的最大输入转矩可以达到 1400比功率达到 10 年前的变速器提高 1 倍。 （ 4）总质量轻。采用经有限元设计的镁合金、卧式筒型壳体，变速器总质量仅 170之 10 年前的同济铸铁壳体的变速器减轻 1/4，约 50 多 （ 5）传动噪声低。有数据表明，噪声每降低 3功率可降低 50%。 齿宽，磨制修形、高精度的运转出轮和对壳体结构的抗扭噪优化设计，较之 10 年前的同级铸铁壳体的变速器的传动噪声降低 6远离共振区。 （ 6）安装长度短（仅 588采用换挡机构倒置，卧式（输入轴、输出轴与中间轴轴中心线水平布置）安装，有利于发动机后置和降低地板高度的客车传动系统布置。 （ 7）可内置液力缓速器（一体式）。结构紧凑，功用润滑油，改善变速器 使用工况，提高变速器的时候性能和寿命。 （ 8）可配置电子 /气动换挡系统。实现预选式半自动换挡（ 自动换挡（ 不仅可以大大改善驾驶员的工作强度，提高驾驶舒适性，而且能降低发动机的燃油消耗，提高运营经济性。 4 国手动客车变速器的技术特点及发展趋势 我国客车制造起步较晚，自 1957 年采用接合套换挡的解放牌载货汽车底盘制造的国产第一辆客车诞生，开启了我国一个新的工业门类 经 20 多年，直到 1981 年才出现采用同步器换挡的东风牌载货汽车底盘制造的客车。此时期我国的客车皆是在货车底盘上安 装一个车身，车身长度不到 7m，动力不高（发动机功率最大不到 100车速较低（最高车速不大于 60km/h），配置简单，仅用于载运乘客，提供公共交通服务，因为称之为“公交汽车”。这种“公交汽车”配置的是与货车通用的手动机械式 5 挡变速器，其最大输入转矩不到400 挡沉重，噪声高，故障多。 直到 1987 年，在改革开放的大背景下，我国开始引进国外先进的客车制造技术，开创了我国客车发展的新时代， 1989 年，由綦江齿轮厂（现綦江齿轮传动有限公司前身，简称“綦江”）采用引进技术制造出我国第一批大客车用 6 挡和 5 挡手动同步器型变速器 装配交通部重庆功率科学研究所、中国汽车联合会大客车联合设计组设计的 12m 全承载车身的大客车上。进入 90 年代，綦齿牌客车用手动同步器型变速器如雨后春笋般先后在北京尼奥普兰、安凯、西沃、厦门金龙、丹东黄海、京华、宇通等知名品牌的大中型客车上采用，并以其先进的技术特性和良好的使用性能深受用户欢迎，多次获得“中国客车最佳零部件奖”和“最佳节油型变速器”称号。 而最近 10 年来我国的客车制造发展很快，作为传动系的变速器得到了良好的发展。变速器生产企业如綦江齿轮、陕西法士特、山西大齿于 1985 年分别引进德国 术、美国伊顿技术和日产柴技术，实现技术上的质的飞跃。 但是国内客车变速器大部分仍为手动变速器，针对不同档次的车型，所选用的变速器又有所不同。 中档车：此类车型更加注重经济实用型，对舒适性和安全性的投入相对较少 50力，一般不匹配空调、缓速器的等，选用国产变速器，对 变速器的可靠性、换挡轻便性和噪音等要求相对较低。这类变速器主要有 。 高档车：此类车型最注重舒适性、安全性、可靠性和使用寿命等方面的设计。发动机功率多为 240力，空调、缓速器和 为标配。选用的变速器多为国产变速器，也有少数车型选用进口变速器。具有代表性的国产变速器是綦齿的 口变速器主要是德国 本 豪华车：此类车型除了注重安全性、舒适性、可靠性外，更加体现了人性化 5 和环保化设计。发动机功率达 320 马力以上，此类车型的变速器又自动和手动变速器两种。自动变速器主要为豪华公交车选用，如艾里逊的 动变速器中，进口的多为德国 产的多为綦齿的 对此国情，我国客车发展对变速器提出了一系列的要求，并从发达国家大客车的发展和我国大客车技术现状看、未来我国的大客车有以下几个方面的发展趋势： 一是高可靠性、对车辆在高速连续长时间运行工况下的可靠性提出了更高的要求。二是大型化，道路条件的改善使得大客车有了更大的市场空间，现在国内已有多个厂家开发并推出了 的三轴大客车，未来将出现更长的超过 150m 的大型客车。三是发动机大功率化、大中型客车功率和比功率都在不断增加，高三级客车的比功 率已达到 是节油化，车辆的燃油利用率更高、更省油、运营成本更低。五是人性化，智能技术应用更广，如自动变速器大大降低了驾驶员的疲劳强度。 直到 2011 年，綦江齿轮传动有限公司自主研发生产的 500 台“綦江”牌 置 凯校车出口沙特。綦齿传动公司携手安凯，共同推进客车以“品质让我们走向世界”的战略理念，专门为首批 800 辆出口客车配置了“綦江” 速器，该款变速器是綦齿传动公司历经一二十年在引进、消化吸收和创新之后的一款成熟产品。 次论文需要完成的 任务 1、 调研、查资料 ，进行方案论证、结构分析，确定合理的结构方案； 2、进行主要零部件参数的设计和必要的校核； 3、学习三维软件； 4、对变速器主要零部件进行造型； 5、对各主要零部件进行装配； 6、 撰写论文，准备答辩。 章小结 通过本章初步了解变速器的功用、发展背景及发展意义等；具体介绍其结构特点，国内外发展历史、发展趋势等，对自己所要设计的变速器做出最初的选择方向。 6 2 零、部件结构方案分析 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、工作噪音低等优点；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 7。 挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动出轮、啮合套和同步器换挡三种形式。 动齿轮换挡 通常是采用滑动直齿轮换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大，所 以这种换挡方式一般仅用在 挡和倒挡上。 合套换挡 用啮合套换档，可以将结构为某传动比的一对齿轮制造成常啮合斜齿轮。用啮合套换挡，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而齿轮又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但是不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套、常啮合齿轮，使变速器的轴向尺寸和旋转部分的总惯性力矩增大。因此，这种换挡方法目前只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上使用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，要求换挡手感强，而且在这种车型上又不宜使用同步器（寿命短 ，维修不便）。 步器换挡 现在大多数汽车的变速器都采用同步器换挡。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，与操作技术熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和安全性。 一般倒挡和 挡采用结构较简单的滑动直齿轮或啮合套的形式，对于常用的高挡位则采用同步器或啮合套，而本方案的 挡及倒挡使用滑动直齿轮换挡， 7 其余各挡采用同步器换挡方式 3。 动脱档 自动脱档是变速器的主要故障之一。由于结合齿磨损、变速器轴刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱档。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目 前在结构上采取的措施且行之有效的方案有以下几种： （ 1）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄，在 间，换档后齿合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱档。 （ 2）将两接合齿的啮合位置错开，使用时两齿轮接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可以阻止自动脱档。 （ 3）接合齿的工作面设计加工成斜面，形成倒锥角，使结合齿面产生阻止自动脱档的轴向力。 速器轴承 汽车变速器有机构紧凑、尺寸小的特点。作旋转运动的变速器轴支承在壳体或其他部分的地方以及齿轮与轴不做固体连接处应安置轴承 。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。第一轴前轴承（安装在发动机飞轮内腔中）采用向心球轴承：后轴承为外圈带止动槽的向心球轴承，因为它不仅受径向负荷而且承受向外的轴向负荷。为便于第一轴的拆装，后轴承的座孔直径应大于第一轴齿轮的齿顶圆直径。 第二轴前端多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承；后端采用圆锥滚子轴承，因为它也要承受向外的轴向力，在中间轴式的变速器上一般都采用圆柱滚子轴承或者圆锥滚子轴承，可以更好承受齿轮工作时产生的轴向力 7。 速器操纵机构 速器操 纵机构的功用及要求 变速器操纵机构的功用是保证各档齿轮，啮合套或同步器移动规定的距离，以获得要求的挡位。而且又不允许同时挂上两个挡位。设计变速器操纵机构时，应满足以下基本要求： 有锁止装置，包括自锁，互锁和倒档锁。 要使换挡动作轻便，省力，以减轻驾驶员的劳动强度。 应使驾驶员得到必要的手感。 8 档位置图 设计操纵机构首先要确定换挡位置图。换挡位置图的确定主要从换档方便考虑。因此有下列三点要求： 换挡次序来排列； 常用挡放在中间位置，其它挡放在两边； 了避免误挂倒挡，往往将倒挡安排在最 靠边的位置，有时与五挡组成一排。 根据上述三点要求，并结合本变速器及其换挡机构的特点，现确定本变速器换挡布置图如图 档位置图 纵方案的选择 变速器操纵机构常见的由变速杆，拨块，拨叉，变速叉轴及互锁，自锁和倒挡锁装置等主要零件组成。可分为；直接操纵手动换挡变速器，远距离操纵手动换挡变速器，电控自动换档变速器。一般前置发动机后轮驱动汽车的变速器距离驾驶员座位较近，换档杆等外操纵机构多集中安装在变速器箱盖上，结构简单、操纵容易并且准确。根据设计要求我们选择的是直接操纵手动换 档变速 。 止装置 在汽车行驶过程中，为了防止误挂倒档而造成安全事故和损坏传动系，在操纵机构中都设有倒档锁。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，互锁装置主要有互锁销式，摆动锁块式，转动钳口式和三向锁销式四种。本换档机构采用互锁销式。这种互锁装置就是在相邻变速器叉轴之间各有一个互锁销。互锁销的两端可以进入相邻变速叉轴的侧面凹臼内，以锁住这个变速叉轴。自锁装置的作用是防止因汽车振动或有小的轴向力作用而导致脱档，保证啮合齿轮在全齿上进行啮合，并使驾驶员有换入档位的感觉 2。 章小结 本章主要介绍变速器中各零部件的初步选择，如齿轮形式、换挡机构形式、 9 轴承等。并对各档位的安排顺序做出确定；其次对变速器中的主要故障如 :自动脱档、误挂倒档等现象进行预防。 10 3 变速器传动机构布置方案 机械式变速器因具有结构简单、传动
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