12吨重型货车变速器设计（包含CATIA三维建模和CAD二维图）已通过答辩
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重型货车
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毕业设计（论文）任务书 学 院 汽车与交通学院 专 业 车辆工程 学生姓名 学 号 设计（论文）题目 12 吨货车变速器设计（变速部分） 内容及要求： 内容： 1 设计参数： 最高车速 95 km/h 最大爬坡度 车质量 5510 大总质量 11510 大扭矩 549/1600（ N.m/r/ 额定功率 125/260（ kw/r/ 轴荷分配 空载： 2725桥） / 2785桥） 满载： 4000桥） / 7510桥） 主减速比 胎直径 轮胎数 6 个 2 依据给定参数完成变速器的设计计算； 3 完成变速器传动部分的设计 ; 4 撰写论文及英文资料翻译。 要求： 1设计机械式手动五档全同步器式变速器 2 使用 件完成变速器传动部分的设计 ； 3使用 进度安排： （共 15周）。 第 1 2 周：调研、收集资料，完成开题报告 ; 第 3 6 周：完成变速器的设计计算 ; 第 7 9 周：使用 第 10 13 周：使用 第 14 15 周 ：撰写论文，准备答辩。 指导教师（签字）： 年 月 日 学院院长（签字）： 年 月 日 1 开题报告 题目 名称 12 吨货车变速器设计（变速部分） 题目 来源 A 题目 类型 1 导师姓名 王灵犀 学生姓名 倪家有 班级学号 0902020314 专 业 车辆工程 一、 课题背景和意义 随着 中国经济的不断高速增长 科技的不断进步 ， 公路运输业出现了一片繁荣景象， 货车 保有量持续快速增长 的同时其各项性能也日益完善。而现实是 公路交通所消耗的 石油 资源占全国石油消耗总量的份额不断攀升，因此 提供给用户低油耗并具备良好的动力性能的 货 车产品成为目前 商用 车企业 追 求的主要目标之一。对 于货 车的动力性和燃油经济性影响最 大的不仅 是发动机的运行特性 而且与传动系有这密切的关系。 因此 研发低能耗、高效率的 货车 变速器成为业界的一大科研方向。 对于手动变速器 动变速器 级变速器 动变速器的手动变速器 离合变速器 于现代仍有很多人 喜欢体验手动变速器的驾驶乐趣，而且 手动变速器价格合理、结构简单、 故障率低、 效率高、功率大、燃料消耗低，估计今后手动变速器一定还会继续获得广泛的应用，因此， 不断 改进手动变速器的性能，提高换挡的舒适性，用轻金属降低变速器的重量，减少内部损耗等 有重大意义。 二、国内外研究现状 在国外，变速器专业化生产厂家很注重产品系列化，为主机厂选择最满意的变速器提供了极大的方便和灵活性。例如德国 埃孚 )公司有中心距 80、 95、 105、 115、 120、 143、154 种基型变速器，适应输入扭矩为 130 1900位数从 3 17 个，有各种操纵方式的变速器适应不同匹配要求的车辆。日本丰田汽车公司爱信精机公司备有中心距 72、 78、88、 98、 135 种基型组合， 286 种变速器供用户选择。 国内重型车变速器产品的技术多源于美国、德国、日本几个国家，引进技术多为国外上世纪 80 90 年代的产品 。 作为汽车高级技术领域的重型汽车变速器在国内漫长的引进消化过程中，如今已有长足的进步，能够在原有技术引进的基础上，通过改型自行开发出符合配套要求的新产品，每年重型车变速器行业都能有十几个新产品推向市场。但从当今重型车变速器的发展情况来看，在新产品开发上国内重型车变速器仍然走的是一般性的开发过程，没有真正的核心技术产品；从国内重型汽车变速器市场容量来看，有三分之一的产品来自进口，而另外三分之二的产品中有 80%以上源自国外技术，国内自主开发的重型汽车变速器产品销 2 量很小，从而说明国内重型汽车变速 器厂家的自主开发能力仍然很薄弱，应对整车新车型配套产品的能力远远不够。 而且欧美等发达国家的货车发展趋势是向两头发展，即发展超重型汽车和轻型家庭用小货车，而国内则在发展中型货车，这样可以做到货物的点对点式运输。 所以在国内对于中型货车的变速器的需求量相对要大。 三、课题主要内容 计要求： 汽车总质量 ： 11510高车速： 95km/h 发动机最大转矩 ： 549减速比 ： 轮直径： 1018要内容 设计 12 吨货车变速器的变速部分。 其中包括各个变速齿轮的计算设计，轴承的 选取和轴的计算设计。 四、课题研究方案 总体方案设计 根据数据和参考资料，本次的变速器设计采用六档中间轴式。 计计算 轮设计计算 在初选中心距、齿轮模数以后，根据变速器的档数、传动比和传动方案来分配各档的齿数，然后计算 各档齿轮的几何尺寸 ，最后对齿轮进行校核。 承 的选取 根据上述齿轮的计算，选取适当的轴承，之后验算中心距。 的设计计算 根据轴承的参数，计算并检验轴。 5、设计（画图） 根据计算结果， 采用 图工具 进行三维画图 ，同时验算计算结果的正确与否。 再用 三维变两维功能，生成两维图纸。 6、 预期设计结果 证汽车有必要的动力性和经济性。 3 挡迅速、方便、省力。 速器有较高的工作效率。 速器的工作噪声低。 造成本降低。 五 、 进度安排 2013 年 3 月 4 到 3 月 15 日 利用两周 的 时间 通过查阅相关文献资料， 调研同类 相关 产 品的参数和设计过程 ， 合理安排时间 制定变速器设计整体方案并 做开题报告。 2013 年 3 月 18 日到 3 月 29 日 利用两周的时间通过给定 的数据、参数和经验公式初 选中心距 A，很据文献、资料确定变速器的总体设计方案。 2013 年 4 月 1 日到 4 月 26 日 利用四 周的时间选择适合汽车的发动机型号。根据其参数选择合适的各档传动比，结合在校学习的相关知识，计算出变速器各个齿轮及轴的参数 。 3013 年 4 月 29 日到 5 月 24 根据 计算的 结果 使用 行三维数据建模， 并且 在建模中检验计算结果的正确与否。 3013 年 5 月 27 日到 6 月 7 日 利用两周的时间撰写论文。 六、参考文献 参考文献 1 王予望 . 汽车设计 . 机械工业出版社 2 孙恒，陈作模，葛文杰 . 机械原理 . 高等教育出版社 3 濮良贵，纪名刚 . 机械设计 . 高等教育出版社 4 吉林大学，陈家瑞 . 汽车构造 . 机械工业出版社 5 巩云鹏，田万禄，张伟华，黄秋波 . 机械设计课程设计 . 科学出版社 6 赵玉斌 . 动换挡技术国内外研究现状 . 黑龙江交通科技 7 叶勤 . 汽车自动变速器技术及其发展 J. 重庆工学院报 2006 年 20 期 8 向立明 . 汽车变速器的发展历史及未来趋势 . 公路与汽车 2007 年 1 期 4 指导教师意见 指导教师 (签字 ): 年 月 日 学院意见 学院院长 (签字 ): 年 月 日 填表说明 : 题目类型 : 1、工程设计 ； 2、应用研究 ； 3、理论研究 ； 4、其它 ；（选 1、 2、 3、 4）。 题目来源 : A、自拟课题 ； B、民用科研课题 ； C、国防科研课题 ；（选 A、 B、 C）。 开题报告内容使用宋体小四字号。 沈阳理工大学学士学位论文 I 摘 要 汽车 变速器用于改变发动机传送到驱动轮上的转矩和转速，是汽车 动力传动系中最重要的 总成 之一。 变速器的 性能 对汽车的动力性 和 燃料经济性 有重要影响，而且在使用中对其 换档操纵的可靠性与轻便性、传动 的 平稳性与 高 效 性 等都有 很高的要求 。 本次 毕业 设计 的任务是设计一台应用于 12 吨货车的机械式 变速器 。本人负责该变速器的变速部分，主要包括一轴、二轴和中间轴以及其上的齿轮的设计。设计中首先确定 速器 总体方案和倒档布置方案，之后计算各档传动比，初选中心距等，然后对 变速器各挡齿轮 进行 齿数分配、 计算其分度圆，齿顶圆和齿根圆等参数，并对其进行校核。最后对 变速器轴 进行计算，同时也进行了强度和刚度校核。完成上述计算任务后，使用件根据计算参数对各个零件进行设计。最后利用 件的工程图纸功能，将所设计的三维模型转化为二维图纸，并导入 件中绘制标准工程图纸。 关键词 ： 货车 ; 变速器； 设计计算； 沈阳理工大学学士学位论文 is to is to is of an on of s of in is to a 2 of I am of a of of of on At of is of to of of a 沈阳理工大学学士学位论文 录 1 绪 论 . 1 述 . 1 内外研究现状 . 2 文的主要设计工作 . 4 2 变速器的 总体方案设计 . 5 速器设计的基本要求 . 5 速器传动方案分析与选择 . 5 动方案的分析 . 5 档布置 的 方案 . 6 部件结构分析 . 7 轮形式 . 7 数 . 8 章小结 . 8 3 变速器齿轮的计算和检验 . 9 算各档传动比 . 9 心距 A . 10 轮 基本 参数 . 11 数 . 11 旋角 . 11 顶高系数 . 12 宽 b . 12 挡齿轮 的计算 . 12 定一挡齿轮的 各个参数 . 12 中心距 A 进行修正 . 13 定常啮合 齿轮 齿数 . 13 啮合 齿轮的变位系数 . 14 啮合 齿轮参数 . 18 定二档齿轮齿数 . 二档齿轮的变位系数 . . . . .阳理工大学学士学位论文 二档齿轮的参数 . 确定三档齿轮的齿数 . . 0 三档齿轮的变位系数 16 档齿轮的参数 17 定五档齿轮齿数 17 档齿轮的变位系数 17 档齿轮参数 18 定倒档齿轮各个参数 18 旋方向的选择 轮材料的选择原则 算各轴的转矩 .轮的校核 轮齿弯曲强度校核 . . 轮齿接触应力校核 . .章小结 变速器 轴的计算 .速器二轴的计算 . 30 速器中间轴的计算 . 30 的修正 . 30 的材料选取与工艺要求 . 的校核 . . 计算各档齿轮的受力 . 轴的刚 强度计算 . 轴的强度计算 . 37 章小结 变速器 齿轮的设计 . 40 齿轮 的设计 . 40 轴常啮合齿轮 . 40 间轴常啮合齿轮 . 40 轴一档齿轮 . .阳理工大学学士学位论文 V 档轴倒档齿轮 . 二轴倒档齿轮 . 齿轮 的设计 二轴五档齿轮 . 中间轴五档齿轮 . . 44 轴三档齿轮 . . 44 间轴三档齿轮 . . 45 轴二档齿轮 . . 46 间轴二档齿轮 . 章小结 . . . 47 6 轴的设计 . 48 间轴的设计 . . . .轴的设计 . . . 48 档轴的设计 . 章小结 . 其余各部件的设计 步器结合圈 . . 50 轴垫圈 . 轮垫片 . 间轴键 . 章小结 . 变速器的装配 、二轴的装配 . .速部分的装配 . 速器的总装配 . 54 章小结 . .论 .谢 考文献 .录 .阳理工大学学士学位论文 1 绪论 述 变速 器是汽 车动力总成的重要组成部分，对整车的动力性、燃油经济性和舒适性都有重要影响。 汽车 变速器，是用于来协调发动机的 转速和 车轮的实际行 转速 的变速装置， 使 发动机 发挥 的最佳 的动力及转速 性能。 汽车 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速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能 和燃油经济性 状态下。 汽车 变速器的发展趋势是 结构 越来越复杂，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来 汽车变速器 的主流 。 新中国成立之初，百废待兴， 根本没 有自己的汽车工业，生产汽车配件的企业寥若晨星，更谈不上生产汽车变速器。 1952年， 国有企业 仿制原苏联嘎斯 51型变速器，制造出了中国第一台汽车变速器 , 由于缺乏生产设备 ,变速器的齿轮齿牙都是工人用凿子凿出来的。 20世纪 50 年代，随着新中国汽车工业的起步 ,大 批 汽车 变速器企业也孕育而生。 1955年 ， 公私合营哈尔滨汽车零件制造厂成立。 1958年 ， 大同综合机床厂成立。1965年，国营青山机械厂成立。 1968年，法士特前身陕西汽车齿轮总厂在宝鸡兴建，这家年产量世界第一的重型变速器企业由此 诞生。 1978 年 , 国家决定在 上海 兴 建一条轿车组装 生产 线。改革开放后 ， 我国经济进入高速发展阶段 , 汽车 行 业实施 “以市场换技术 ”的发展策略 ， 国外先进技术的引进使我国汽车生产制造能力大幅提高 ， 变速器行业自然也不例外。 20 世纪 80 年代，我国汽车业技术引进、合资合作的浪潮开始涌现。 1983 年，中国重型汽车工业联营公司引进奥地利斯太尔公司卡车制造技术 (含发动机、 变速器和车桥 )，其中配套变速器的任务交给了陕齿和綦齿。这一举措大力推进了我国重型 汽车 变速器的发展。随着 20 世纪 80， 90 年代微型车变速器行业进入快速发展阶段，重庆青山、哈尔滨东安发动机公 司等主要微型车变速器生产企业随之发展壮大。 到 2011 年，我国汽车市场呈现平稳增长态势，产销量每月超过 120 万辆，平均每月产销突破 150 万辆，全年汽车销售超过 1850 万辆，再次刷新全球历史纪录。 早在 2009年我国汽车变速器市场规模达到 520 亿元人民币，并且以每年 20%的速度增长，预计2015 年有望达到 1500 亿元。 对于目前中国汽车变速器来说， 手动变速器 已经 完全国产沈阳理工大学学士学位论文 2 化，自动变速器也由完全依赖进口逐步实现国产化。从 1952 年手工制造出新中国第一台变速器到如今实现规模化、现代化生产，变速器行业在历史浪潮的推动下不 断向前。可以说社会经济的发展成就了当今中国的变速器行业，反过来，变速器行业也折射出新中国成立以来我国经济建设的发展历程和辉煌成就。 内外研究现状 我国重型商用车特别是重型货车在最近 10年中 ,取得了突飞猛进的发展，在产品技术方面更是出现了质的飞跃。前些年，我国重型货车主要以驾驶室的更新换代为主，新产品重视的是驾驶室造型的新颖性及其内部的舒适性。然而，当相对豪华和舒适的驾驶室成为普遍基本属性的时候，行业所关注的重点不再是 “长相 ”而是 “内涵 ”。 在市场需求发生重大变化的背景下，近年来，重型货车的产品研发更加注重提升 “内涵 ”。在与重型货车 “内涵 ”密切相关的多种性能中，动力性和经济性成为用户关注的焦点、产品销售的卖点。因此，各重型货车企业都不约而同地将产品研发的重中之重，转向了底盘特别是动力总成的升级换代。 目前 ， 我国重型货车新品动力总成方面的变化主要表现在两点：一是发动机功率水平正在提高 排量为 10L 以上的发动机装车率不断增长，大排量发动机成为企业研发的热点；二是重型变速器的应用正在增多 输入扭矩在 900 上的 ， 或是具有 9个档位以上的变速 器正在增多 ,全同步器技术得到广泛普及 。 通过对重型货车新品的观察及对市场主流车型的分析发现，总体而言，我国重型变速器产品技术目前呈现多元化发展局面，即多档化、轻量化、组合化、自动化、系列化、一体化及产业化的发展现状和趋势。 在重型货车发动机向大功率方向发展的同时，对多档位重型变速器的需求也在与日俱增。 一直以来，我国中重型商用车所用的变速器几乎都是 7档、 8档，而采用 9档及以上变速器的商用车少之又少。然而，在近年来上市的重型货车新品中，配置 9档变速器的车型明显增多且配置 12档甚至 16档变速器的车型也在增加，而且比重 在 不断扩大，增速较快。另一个特点是，手动型变速器仍占有极大比重。另外，市场方面的分析也可以印证重型变速器多档化的这一发展局面。通过对国内外重型变速器产品分析可知，手动机械式变速器 (目前多档位变速器的主流形式。 沈阳理工大学学士学位论文 3 随着节能减排活动的深入展开、随着计重收费政策的广泛执行，要求重型货车降低整车自身重量的呼声日益提高。目前，在我国商用车领域，具有轻量化概念的重型变速器日益增多。在多个品牌重型货车上得到较为广泛应用的法士特双中间轴变速器，是轻量化方面较有代表性的产品。为实现轻量化 的目标，该公司对变速器的结构进行了优化设计，采用的是细高齿设计，齿部为非标准渐开线 K 形齿修形设计，主变速器配有高性能的双锥面同步器。其多档化双中间轴变速器，在设计上比单中间轴变速器的前进档增了 1至 2个档位。目前，许多企业均有轻质材料重型变速器问世。法士特公司研发出全铝合金外壳的 12档变速器；大齿公司推出 12档变速器，采用的也是铸铝件外壳；中国重汽新型 425宽胎牵引车所采用的铝合金壳变速器，比原来的铁壳变速器减轻约 90 通过对国内外重型商用车变速器产品分析可知，组合式 手动机械 变速器是目前多档位变速器的主流形式。因为 ,当前进档数超过 6个时，出于燃油经济性的考虑，组合式结构是普遍采用的最佳设计方案。组合式 手动机械式变速器 应用比较广泛的原因是，结构简单、成本较低，而且维修保养也比较容易，但最主要的原因还是使用成本较低、燃油经济性较好。据预测，到 2015年，就整个欧洲汽车市场而言，配备 手动机械式 变速器的汽车仍将高达 52%，配备自动档变速器的将占 20%。欧洲消费者比较喜欢 手动机械式 变速器与他们一贯崇尚节能、环保有关。 用自动化控制技术也是目前重型货车领域的一大热点。由于对重型货车操纵方便 性、驾驶舒适性及燃油经济性的要求与日俱增，所以，具有操纵方便和省油特点的自动换档变速器， 开始在重型货车领域推广应用。在 手动机械式 变速器基础上加装电子控制系统诞生的、具有自动换档功能的变速器，是我国重型货车领域近年来重点研发和推广的重型变速器之一。 经过几十年的发展，我国商用车变速器取得了极大的进步，产品阵容不断扩大。但就 10档以上的重型变速器而言，还需进一步开发和完善其系列化的型谱。另外，在重型货车动力总成系统更新换代的今天，刚刚应用不久的 自动换挡变速器 ，在我国重型货车领域将具有十分广阔的发展空间，未来 几年将会出现广泛普及的趋势。然而，开发具有完全自主知识产权的 自动换挡变速器 产品， 并尽快实现产业化这一艰巨课题，是我国重型变速器的必然发展趋势。除此之外，从发动机电子控制系统到模块化电子仪表再到线的应用，国外重型货车的电子化程度越来越高。在此情形下，重型商用车动沈阳理工大学学士学位论文 4 力系统的一体化控制，已引起国内外广泛重视，未来的趋势将是朝着传动系统智能一体化控制的方向发展。 综上所述，我国重型商用车变速器的产品技术总体呈现一种多档化、轻量化、组合化、自动化、系列化、产业化和一体化的发展现状及趋势。在重型变速器的产品构成 中，传统 的手动机械式变速器 中的 多 档组合式产品，仍将继续是市场比重最大的主流产品 。 文的主要设计工作 本次设计主要 根据 给定的 12 吨 货车的有关 数据 ，通过对变速器各部分 数据 的选择和计算，设计出一种符合要求的手动 五 档变速器。本论文完成 以下 主要工作： 1、 总体方案设计，确定变速器的布置形式，倒档布置方案，和档数。 2、 变速器齿轮的设计计算。 包括齿轮中心距的计算，齿轮各个参数的计算。齿轮材料的选取，齿轮的强度校核。 3、变速器轴的设计计算。包括轴的直径及长度计算、轴的结构设计、 轴的材料的选择， 轴的刚度和强度 的校核。 设计中使用 件完成三维建模，使用 件绘制工程图纸。 沈阳理工大学学士学位论文 5 2 变速器的 总体方案设计 速器设计的基本要求 （ 1） 确定 汽车有 与之匹配 的动力性和 燃油 经济性 ; （ 2） 变速器要有 空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输； （ 3） 变速器要有 倒档，使汽车 可以方便、安全的 倒退行驶； （ 4）换挡迅速、省力、方便； （ 5）汽车行驶过程中，变速器不得跳档、乱档以及换挡冲击 过大 等现象发生； （ 6）变速器 要 有 较 高的工作效率； （ 7）变速器 要有较低的 工作噪音。 除此之外，变速器还要满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维 修方便等要求。 速器传动方案分析与选择 动方案的分析 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。其中两轴式和三轴式变速器得到了最广泛的应用。 三轴式变速器的其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档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档。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，直接档的传动效率高， 磨损及噪声也最小，这是三轴式变速器的主要优点。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此，在齿轮中心距较小的情况下仍然可以获得 较 大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。其缺点是：除直接档外其他各档的传动效率有所降低。 两轴式变速器与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高、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 两轴式变速器则方便于这种布置且使转动系的结构简单。两轴式变速器的第二轴 （ 即输出轴 )与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺、降低了成本。除倒档常用滑动齿轮 (直齿圆柱齿轮 )外，其他档位均采用常啮合齿轮 (斜齿圆柱齿轮 )传动；各档的同步器多装在第沈阳理工大学学士学位论文 6 二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高档的同步器也可以装在第一轴的后端。 两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，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，低档传动比取值的上限 (受到较大限制，但 这一缺点可通过减小各高档传动比同时增大主减速比来消除 2。 两轴式变速器一般用于前驱动的轿车，三轴式变速器普遍用于后驱动的货车。因为本次设计的变速器用于 12 吨货车，故在结构形式上选择三轴式变速器 ,如图 示。 1 中间轴； 2 第一轴： 3 第二轴； 4 换档拨又； 5 定位钢球 图 货汽车的三轴式五档变速器 档布置方案 的选择 与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下 使用 倒档，采用 同步器方式换倒档。倒挡布置应注意以下几点： 1、倒挡齿轮在非工作位置时 不得与第二轴的齿轮有啮合现象； 2、换入倒挡时不得与其他齿轮发生干涉； 3、倒挡轴在变速器壳体上的支承不得与与中间轴的齿轮相碰。 沈阳理工大学学士学位论文 7 图 档布置方案 图 常见的倒挡布置方案。 图 案主要用于小客车上。 图 案用于四挡直齿滑动齿轮的变速器上。 图 案是对 c 的修改。 图 于所有前进档都是常啮合的变速器上。 图 是用于所有前进档都是常啮合的变速器上。 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 案，缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器盖中的操纵机构复杂一些。 倒档结构方案的选择，应根据其它档布置情况。力求位置合理并缩短变速器的轴向长度。综合以上几种变速器倒挡布置方案， 本文的倒档结构 选择图 前进挡长啮合方案。 部件结构分析 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。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。倒挡齿轮用直齿，其他挡齿轮用斜沈阳理工大学学士学位论文 8 齿轮。 数 手动变速器的档数 变化范围比较广，一般 在 3 20 的 范围内。 但是大部分 手动变速器档 位是 在 6 档以下，当 设计需要的 档 位 数超过 6 档 时 ，可 以 在 低档位数 变速器 的 基础上， 安装 配置副变速器， 这样就可以获得更多的档位数。 变速器的档数 越多，就越能 改善汽车的动力性和 燃油 经济性 以及平均车速 。 在最低档传动比不变的条件下，增加变速器的档数会使变速器相邻的低档高档之间传动比比值减小，使换档工作 更加 容易进行。要求相邻档位之间的传动比值在 下，该值越小换档工作越容易进行。因为高档使用频繁，所以又要求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传动比比值 小 。 由于近几年石油资源的日益枯竭，燃油价格不断的上涨， 为了 提高经济性， 降低油耗，手动变速器的档 位数 增加 。目前轿车一般用 4 5 个档位，级别高的轿车变速器多用 5 个档，货车变速器采用 4 5 个档位或多档。装载质量在 2 3 5t 的货车采用 5 档变速器，装载质量在 4 8t 的货车采用 6 档变速器。多档变速器多用于重型货车和越野车。 由于本论文的变速器是中重型货车的手动变速器，故选用常见的 五 档位型式。 章小结 本章先对两轴式和中间轴式变速器的优缺点做了对比，中间轴式变速器在结构工艺性、径向尺寸、齿轮的寿命、传动效率等都好于两轴式， 重要的是哦中间轴式变速器应用在后驱动的汽车上， 所以本次设计变速器选择中间轴式；之后又分析并确定了倒档的布置方案 及变速器挡位数的确定。 沈阳理工大学学士学位论文 9 3 变速器齿轮的计算和检验 算各档传动比 手动变速器的传动比范围是指变速器最低档传动比与最高档转动比的比值。最高档通常是直接档，传动比为 的手动变速器最高档是超速档，传动比为 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的最低稳定行驶车速等。目前轿车的传动比范围在 间，轻型货车在 间，其他商用车则更大 3。 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。顾有： m a xm a x （ 式中： 最大驱动力；即001m a xm a x / ； 滚动阻力；即m f ； 最大上坡阻力；即m a xm a x i ； 把以上参数入（ 0m a a xm a s i s( （ 以上根据最大爬坡度确定一挡传动比 式中： 发动机最大扭矩， 549m a x； 1i 变速器传动比； 0i 主传动器传动比，0i= m 汽车整车整备质量， m =5510f 道路滚动阻力系数，取 传动系机械效率，取 g 重力加速度，取 2/8.9 ； 0R 驱动轮滚动半径，取 汽车最大爬坡度为 30%，即 ； 沈阳理工大学学士学位论文 10 0m a a xm a s s( i o =据其他同类型变速器的一档传动比的取值，本次设计取 1i = 又因为超速挡的传动比一般为 间，本次设计五档传动比 所以各挡传动比分别如下： i i i （修正为 1） i 心距 A 中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距应能保证齿轮的强度。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选： 3 1m a x （ 式中： A 变速器中心距（ 中心距系数，乘用车： 用车： 发动机最大转矩（ N m）； 1i 变速器一挡传动比，； i g 变速器传动效率，取 96% ； 发动机最大转矩， 则， 3 1m a x = 3 % =124（ 初选中心距 A=124 沈阳理工大学学士学位论文 11 轮 基本 参数 轮 模数 对货车，减小质量比减小噪声更重要，故齿轮应该选用大些的模数；从工艺方面考虑，各 档 齿轮应该选用一种模数。 啮合套和同步器的接合齿多数采用渐开线 式 。由于工艺上的原因，同一变速器中的接合齿模数相同。其取值范围是：乘用车和总质量质量货车为 取较小的模数值可使齿数增多，有利于换挡。 表 车变速器齿轮法向模数 车型 乘用车的发动机排量 V/L 货车的最大总质量am/t VV.04.0 数nm/ 车变速器常用齿轮模数 一系列 系列 根据表 出于工艺考虑，模数应尽量统一，则取 一档直齿轮和 倒档直齿轮的模数定为 他斜齿轮模数定为 4 力角 理论上对于乘用车，为加大重合度降低噪声应取用 15、 16、 小些的压力角；对商用车，为提高齿轮承载能力应选用 25等大些的压力角。 国家规定的标准压力角为 20，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为 20。 旋角 实验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。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、噪声降低。斜齿轮传递转矩时，要产生轴向沈阳理工大学学士学位论文 12 力并作用到轴承上。设计时，应力求使中间轴上同时工作的两对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，中间轴上不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一样的。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的，或者仅取为两种螺旋角。货车变速器螺旋角： 18 26 本次设计选取 25 顶高系数 在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为 宽 b 直齿 为 ； 斜齿 446 挡齿轮 齿数的计算 图 速器传动示意图 在初选变速器的档位数、传动比、中心距、轴向尺寸及齿轮模数和螺旋角并绘出变速器的结构方案简图后，即可对各档齿轮的齿数进行分配。 如图 示 为变速器的传动示意图。 应该注意的是，各挡齿轮的齿数比应该尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。 定一挡齿轮的 各个参数 1、 中间轴一挡齿轮齿数，货车可在 1217 之间选用，最小为 1214，取10Z=1 一档齿轮为斜齿轮。 其传动比为： 沈阳理工大学学士学位论文 13 1i = （ 为了求10Z，9数和 直 齿 （ =整为 55 即9Z=42 10Z=13 2、 一挡齿轮参数： 分度圆直径 ：9n9 m =3=0m = 3=顶圆直径 ：99 =0 a =根圆直径 ：999 2 ff =01010 2 ff = 对中心距 A 进行修正 因为计算齿数和过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的 ，再以修正后的中心距 A 作为各挡齿轮齿数分配的依据。 2A 0 m =2 =整为 A=124 定常啮合传动齿轮副的齿数 由式（ 出常啮合传动齿轮的传动比 = = （ 初选常啮合齿轮螺旋角度为 25， 常啮合传动齿轮的中心距与一挡齿轮的中心距相等，即 2121co n（ 沈阳理工大学学士学位论文 14 121co (=式（ （ 1Z =20， 2Z =30 则： 101921g =原传动比相差不大。 计算 精确值： A=21 m 啮合 齿轮变位系数 一档： A =124 5.40n（ 1）标准中心距： 3)o 505.4)c o )(21 n（ 2）端面压力角： t： c o s/ta co s/ar ct t 3）端面啮合角： c os/c c r c c （ 4） 0 1 a n v a n (5) a ( 2121 Zi n vi n 啮合齿轮 参数 ： 分度圆直径 ：2111 =122 =顶圆直径 ：11 =阳理工大学学士学位论文 15 齿根圆直径 ：111 2 ff =22 2 ff = 确定 二 挡 齿轮 的齿数 二挡齿轮为斜齿轮，模数与一挡齿轮相同，首先的满足方程式 : 81722 （ 8787n co （ 由 式 （ （ 得：7Z=38，8Z=18. 87的精确值 ： 8787c n 87 =档齿轮变位系数 二档： A =124 40n（ 1）标准中心距： o c o )(87 n（ 2）端面压12吨货车变速器设计（变速部分） 学 院：汽车与交通学院 专 业：车辆工程 学 号： 姓 名： 指导老师： 主要工作内容 1、确定变速器布置形式和倒档布置方案等 。 2、初选中心距，斜齿轮的压力角和螺旋角等部分参数， 计算各档传动比。 3、对各个齿轮进行计算校核，最终确定中心距。 4、对变速器各轴进行计算和修正，并对其进行校核。 5、使用 6、使用 制主要零部件的工程图纸。 变速器总体方案设计 本次设计的是十二吨货车变速器，此种车型基本都采用前置后驱动形式，所以本次设计采用中间轴式变速器。 其优点是直接挡传动效率高，磨损及噪声也小，在较小的齿轮中心距的情况下，可获得较高的一档传动比。 倒挡布置方案 与前进挡位相比，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡， 因此本次设计在中间轴和二轴上齿轮加入一个中间传动齿轮的方法，如下： 该方案使换挡更为方便，更加充分 利用空间，缩短变速器轴向长度。 变速器档位数的确定 为了提高燃油经济性，降低油耗，手动变速器的档位数有所提高，货车变速器大多采用 4 5个档位，顾本次设计采用常见的五档位形式。 其传动路线简图如下所示： 变速器传动路线图 一挡：一轴 1 13 中间轴 9 5 二轴 输出 直接挡：一轴 1 、 2齿轮间同步器 二轴 输出 倒挡：一轴 113 中间轴 786 二轴 输出 变速器传动比与中心距的初选 挡位 1挡 2挡 3挡 4档 5挡 倒档 传动比 、根据如下公式初选变速器
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