KD1080型载货汽车变速器总成设计【优秀机械毕业设计论文】
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kd1080
载货
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文档包括:
说明书一份。41页，15000字。
外文翻译一份。
图纸共4张，如下所示
A0-KD1080货汽车变速器箱体.dwg
A0-KD1080货汽车变速器装配图.dwg
A2-倒档拨叉.dwg
A2-直接档从动齿轮.dwg
- 内容简介：
-
5 自动变速器如何工作 如果你曾经驾驶过一辆带着自动变速器的车 , 那么你就知道自动变速器和手动变速器之间有很大的不同 : 在一个带着自动变速器的汽车中没有离合器踏板。 在一个带着自动变速器的汽车中没有变动的传输器。 一旦你把变速器放入驾驶车之内，其他每个部件都是自动的。 虽然自动变速器 (加上它的扭矩变换器 ) 和一个手动变速器 (借由它的离合器 ) 完成同样的工作 , 但是他们操作方法完全不同。 自动变速器的操作方法另人觉得非常了不起！ 在这里，我们将通过自动变速器来研究我们的方法 。 我们将会从整个系统的关键开始着手 :行星齿轮。然后我们将会看到变速器如何被集合 ,学习控制器如何工作而且讨论一些关于控制变速器方面的文章。 基础部分： 正如手动变速器一样 , 自动变速器最初的工作是允许机器在很小的速度范围内操作，同时提供各种不同范围的速度。 没有传输器 , 汽车对一个齿轮比率会被限制 ,并且那个比率必须被选择允许汽车渴望旅行的最高速度。如果您想要 80里 /时的最高速度 ,那么齿轮比率会与大多数带有手动变速器的汽车的第三个齿轮相似。 你或许从未尝试过驾驶只使用第三个齿轮的带有手动 传输器的汽车。如果你尝试过，你很快就会发现当汽车发动时，你几乎没法加速。当你高速行驶时，引擎就会在红线附近发出尖叫声。如果这样的话，汽车很快就会被磨损而且很快就会无法操作。 因此变速器使用齿轮可以使引擎的扭矩更加有效的使用，并且使引擎在一个适当的速度操作。 手动变速器和自动变速器最关键的区别在于：手动变速器的锁和开不同的套齿轮对输出轴达到各种各样的齿轮比率，同时自动变速器中相同的套齿轮会导致所有不同的齿轮比率。行星齿轮很有可能在自动变速器中成为一个设备。 齿轮 这一个自动变速器使用一组齿轮 , 称作复式的行星 齿轮 , 像行星齿轮一样的外貌但是实际上像被联合的二行星齿轮的作用。这里有一个作为变速器输出的环齿轮，但是它有二个太阳轮和二组行星。 让我们看一些零件 : 一档齿轮 在一档齿轮中，较小的太阳轮被扭力变换器的轮机驾驶顺时针运转。 行星台车试着向反时针方向快速旋转 ,但是被单向离合器 (只允许顺时针方向旋转的装置 ) 保持静止，而且环齿轮输出。 小的齿轮有 30颗牙齿而环齿轮有72颗牙齿 ,因此齿轮比是 : 比 =S=- 72/30= 因此旋转装置是负 , 意味着输出方向与输入方向相反。 但 是输出 6 方向真的相同于输入方向 第一组行星答应第二个组 ,第二组昨星转动环齿轮 ; 这个结合颠倒了方向。 你能意识到这也会导致较大的太阳轮快速旋转 ; 但是就因为那一个离合器被释放 , 较大的太阳轮自由的往轮机的反方向快速旋转。 二档齿轮 这个变速器做真正的整洁是为了使比率与二档齿轮相符合。 它运转起来就像两个行星齿轮与一个普通的行星载体互相连接。 行星载体的第一阶段实际上使用更大的太阳齿轮作为环齿轮。 因此第一阶段包括太阳 (更小的太阳齿轮 ), 行星载体 , 并且环齿轮 (更大的太阳齿轮 ) 。 输入的是小的太阳齿轮 ; 环齿轮 (大的太阳齿轮 ) 被传输带所固定，而输出的是行星载体，所以公式是 : 1 + R/S=1 + 36/30 = 小太阳齿轮每转动一次，行星载体转动 第二阶段 , 行星载体作为第二个星球齿轮集合的输入 ,较大的太阳齿轮 (被稳固的 ) 作为太阳，而环齿轮作为输出 , 因此齿轮比率是 : 1/(1+ S/半径 )=1/(1+36/72)= 为了使整体减少为二档齿轮，我们通过第一阶段和第二阶段相乘（ 2.2 x 使它以 1的速率减少，我们在第 二 , , 之前乘第一个级得到一个 还原。 这可能听起来有点奇怪 , 但它可以运转。 三档齿轮 大多数的自动变速器在三档齿轮中有 1:1的 比率。从早先部分可以看出我们必须使行星齿轮的三个部件中的任何两个结合在一起，都以 1： 1的比率输出。在齿轮组的安排下，它变得更加容易，我们必须做的就是使所有的都参与离合器，把每个太阳齿轮结合成涡轮。 如果两个太阳齿轮在相同的方向运转 ,那么行星齿轮就要被锁定起来，因为他们仅仅只能在相反的方向快速旋转，把环齿轮与行星齿轮锁定在一起，就会使每个部位快速旋转，就如一个单 位 ,产生 1:1 的比率。 加速挡 由定义，一个加速挡输出速度比输入速度更快，它是速度的增加。在这传输中 , 参与加速档可立即完成二件事。 如果你读扭力变换器如何工作 , 你就学习扭力变换器的锁定。 为了提高效率 , 有些汽车就有一个机制可以锁定扭力变换器，以便引擎的输出直接达到变速器。 在这一个变速器中，当加速挡参与其中，附有扭矩交换器 (被闩上引擎飞轮 ) 的轴由离合器连接到行星载体。小的太阳齿轮轻松快活地运转，而较大的太阳齿轮被加速挡传输带所固定。没有东西与涡轮相连接， 唯一的输入来自变换器壳。让我们再一次回去 我们上面的图 ,这次行星载体作为输入，太阳齿轮被固定，环齿轮作为输出。 比 率 =1/(1+ S/半径 )=1/(1+36/72)= 所以引擎自转每转每三分之二，输出装置快速旋转一次。 如果引擎以每分钟(2000次的速度旋转，那么装置输出速度就是 3000 这样汽车在引擎速度保持好很慢的状态下以高速公路的速度行驶。 倒挡 倒挡和一挡齿轮非常相似 , 除了代替小太阳齿轮被扭矩交换器涡轮被驾驶 ,较大的太阳齿轮被驾驶，而且一个小的在相反的方向轻松快活地运转。行星 7 载体由反向带拿着对住房。 因此 , 根据我们的方程序从最后页 , 我们有 : 比率 =72/36 = 因此，倒挡的比率稍微比变速器的一档齿轮更少。 齿轮比 这一个变速器有四个前进齿轮和一个倒车齿轮。 让我们概述齿轮比，输入和输出 : 齿轮 输入 输出 固定的 齿轮比率 一档 30 齿轮的太阳 72 行星载体 二档 30 齿轮的太阳 行星载体 36 行星载体 72 36 齿轮的太阳 总计之第二 三档 30和 36齿轮的太阳 72 行星载体 72 36 齿轮的太阳 倒档 36齿轮的太阳 72 行星载体 液压系统 自动变速器在你的汽车里必须做许多作操。 你可能不知道它有多少种不同的方式在操作。举例来说 ,这里是自动变速器的一些特征 : (在一个四速度的变速器上 ) 中 ,变速器将会根据车辆速度和节流阀踏板位置自动地选择齿轮。 变速器将对下一个低速挡减速传动。 动器将调低速挡如果汽车在那个挡位不以很快的速度行驶的话。如果汽车速度过快，它将等到车速慢下来之后换到低速挡。 它将会不再调至低档或者换高档离第二 ,甚至从一个完全停止 ,除非你移动变化杆。 你已经或许见到以前看起来像这一样的某事。它真的是自动变速器的大脑 ,管理所有这些功能基至更多。 你在变速器里所能看到的所有不同组件的流体通道 ,被制成金属模型的通道是一个高效率的流行通道 ; 没有他们，许多软管必须和变速器的各种不同零件连接在一起。 首先 , 我们将会讨论水力系统的主要组件 ; 然后我们将会见到他们如何一起工作。 泵 自动变速器有一个整洁的泵 , 叫做齿轮式泵。 泵通常位于变速器的外表，它 在变速器的底部从废油坑里取出流体喂给水力系统，它也喂变速器冷气和扭力变换器。 泵的内在齿轮由扭矩交换器的位置决定 ,因此它以如同引擎一般的速度快速旋转。外部的齿轮跟着内部齿轮转 , 而且当齿轮旋转 , 流体被从废油坑的一边取出然后在进入水力系统后从另一边流出。 调速器 调速器是一个聪明的阀门它告诉变速器车行驶的速度。它被连接到外部 , 因此车行驶的多快， , 那么调速器就旋转的多快。 在调速器内是一个弹簧装 8 载的阀门，它与调速器的旋转成正比 阀门开张的速度更快。 来自泵的流体经过输出桥被喂到调速 器。 车开的多快， 调速器的阀门开张的更快，那可以通过的流体压力更大。 阀门和调制器 节流阀或调制器 为了适当地变档 , 自动变速器必须知道引擎工作地多努力。它有二个不同的工作方法，一些车的变速器由一个节流阀连接一个简单的高压线连杆组。阀门压力加大 ,节流阀的压力也会加大。 其他的车使用一个真空调整器对节流阀提供压力。 调制器能感觉到多种压力 ,当引擎在一个较大的负荷之下的时候，它会降低。 手动阀 手动阀有很多转移杠杆钩，决定于哪个齿轮被选定，手动阀哺养禁止某些齿轮的水力电路。 例如 , 如果转移杠杆是在第三 个齿轮里 , 它哺养防止加速传动装置参与的一条电路。 换档阀 换档阀提供液压给离合器和传输带使其带动每个齿轮，变速器的阀门本身含有一些换档阀，换档阀决定何时换档。例如：从 1档换到 2档换挡阀决定何时该从第一挡齿轮换到二档齿轮。 换档阀被在一边的调速器另一边的节流阀利用液体加压。他们藉着泵提供流体，他们寻找适应汽车跑的流体二条电路的当中一个对控制。 如果车很快地是加速，换档阀将会延迟一个变化。 如果车逐渐地加速，将会以一个较慢的速度变化。我们来讨论一下当车逐渐地加速的时候发生了什么事。 当车速度增大，来自调速器 的压力产生。 这强迫换档阀直到一档齿轮线路被关闭，二挡线路被打开才结束。如果车在轻的节流阀里加速 ,节流阀不会给对抗换档阀增加很多压力。 当车加速得很快的时候，节流阀会给对抗换档阀施加较多的压力。这说明在换档阀换档之前来自调速器的压力已经够高，足以带动第二挡齿轮。必须结束远足够在换档阀移动之前比较高的 ( 因此车辆速度必须比较快速 ) 适应二档。 每个换档阀回应特别定的压力范围 ; 因此当车正在加速行驶的时候 ,从2档换到 3档的换档阀将会接管 , 因为来自调速器的压力已经足够高来起动那一个阀门。 电子控制器 电 子控制变速器 ,出现在一些较新的车上 ,仍然使用水力促动离合器和传输带，但是每个水力线路被一个电磁线圈控制。 这在变速器上简化配管而且可以考虑比较先进的控制方案 . 9 f a an an a is no in an is no in an is a do it in It an it is In well an Well to well is of in a of a s is to to in of a of a be to to be to to at If a 0 be to in ve a If d no at be A be So to of s to at an a an is of to to in an of of is in an a of a a 10 It is of it of s at of n is by in to is by in 0 2, so = - 72/30 = So is , be is as - is of of to is is to in of in to It to a of as So of is is by is so 1 + R/S = 1 + 36/30 = .2 of At as is as as so 1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = To we by 2.2 x to a it a 1:1 in ll we to do to a 1:1 is of of in it is - we to do is of to If in 11 in to to as a a 1:1 y an a Its a In at If In to a up so of to In is a is to of is to of is by to is by is to s go to 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = So of a of If is 000 000 to at is to of by is in is by to to we 12 = 72/36 = So in is a in s 02 206 26 30- 62 26 62 he in to do it of of an If is in on a on If at if at If to If to a is If is it If in it or up of a ve It is of of 13 to in an to be to of well of well a a is in of It a in of it to It of up to of so it at as is by as is up on of on he is a is It is to so is a in to is - is to of it o to is is a to a in is is on a to to is a he is up on is 14 if is in it a to to of to to to to is on on by to of to a if is If at a s As is is at to be to be to to a so is is to on to is by an on 1 载货汽车设计（变速器总成设计 ） 摘 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。 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。 关键词： 变速器 ,设计 ,中型载货汽车 ,传动比 2 (F he of is at a In to of it be a ed to be in in of as an of is to on of in to is a +1 To of a in of in t o of by of in of a so on of of of of is to of of to 3 目录 前言 1 第一章 概述 2 第二章 变速器传动机构布置 4 动机构布置方案分析 4 部件结构方案分析 9 第三章 变速器主要参数的选择 12 心距 A 13 轮参数的选取 13 挡齿轮齿数的分配及传动比计算 15 第四章 变速器的设计与计算 19 的计算与校核 19 轮的计算与校核 22 承的计算与校核 25 的校核计算 26 第五章 同步器的设计 28 第六章 变速器操纵机构设计 30 结 论 31 参考文献 32 致 谢 33 附 录 34 4 符号说明 M 汽车总重量 发动机转矩 r 滚动半径 1一档传动比 2二档传动比 3三档传动比 4四档传动比 倒档传动比 主减速比 道路最大阻力系 数 K A 中心距系数 g 变速器传动效率 K 应力集中系数 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 1F 圆周力 5 k应力集中系数 面宽系数； t法向齿距 y齿行系数 k重合度影响系数 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， 圆头平键 l L b，这里的 L 为键的公称长度， b 为键的宽度， d 轴的直径， p 键、轴、 轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力 。 6 前 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 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。 本说明书主要介绍了 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。 7 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 8 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。 9 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。 动机构布置方案分析 一、 固定轴式变速器 1. 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 2 1 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 2 1f 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 2 1d,e 所示；图 2 1d 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 2 1f 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 。 10 图 2 1 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 11 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间轴式四档变速器传动方案 如图 2 2 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。 12 变速器用图 2 2c 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 2 2 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 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 2 3 倒挡布置方案 13 图 2 3 为常见的倒挡布置方案。图 2 3b 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 2 3c 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 2 3d 所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图 2 3c 所示方案。图 2 3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 2 3g 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 14 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。 部件结构方案分析 一、 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 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。 15 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 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 16 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 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。 17 第 三 章 变速器主要参数的选择 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=ge (3式中， A 为中心距（ 中心 距系数，货车取 K A .6； 1i 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 择轮胎型号为： 按下试计算轮胎半径： 0 . 0 2 5 4 (1 ) 2s (3其中 = 取 =入数据得 1.6 其中 385118 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0i= 取T = m a a x 0g i (3试中 :m 为 汽 车 重 质 量 m=8000gk,g 为 重 力 加 速 度g=g,道路最大阻力系数等于 为汽车传动系效率。 代入数据得1 根据车轮与路面附着条件确定一档传动比： a e i (32给路面的载荷，参考同类车型2G=3869 为道路附着系数，计算时取 =此取 代入数据得1考同类车型 选一档传动比为1他各档 传动比 按 等比数列 来分配 ： 则2 3 4 。 把一档传动比代入中心距公式计算变速器中心距： A=3 2 0 2 6 . 4 9 6 %= 圆整后取 A=124 轮参数的选取 一、 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 19 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 310 m a 带入数据 m=取 m=齿轮模数 30 . 4 7 m a 带入数据 取为 3 1 汽车变速器齿轮的法向模数微 型 、 轻 型 轿车 中级轿车 中型货车 重型汽车 于设计车型为中型货车，所以取.5 二、 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 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。 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 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 20 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 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=nm cK,齿 第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数接触线长度增加，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=7 斜齿轮 b=8 五、 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 21 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。 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= 选 一挡的传动比为： 271186 g （ 3 7） 直齿7 2 2 1 2 3 . 6 554 . 5Az m （ 3 8） 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 12 14 之间选择，现在选取中间轴上一挡齿轮 8 13z ，所以7z=43 代入（ 3 2）式修正中心距 5 6 4 262A ，取 A 126 由公式 72118122 c o z 1z= 1， 2z= 44 所以271186 . 9 3g ， 修正螺旋角 2 2. 确定二档齿轮参数及传动比： 初选 22 52216 （ 3 9） 5662 c o z （ 3 10） 6 ，取 6 24z ，。 5 41z 所以252163 . 5 7 9g 修正螺旋角 6 此外从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下式 5226 1 2 61 z z z （ 3 11） 521 2 61 1 . 5 7z z 两者相差不大，所以中间轴上的轴向力可以基本上抵消。 初选初选 32314 （ 3 12） 3442 c o z （ 3 13） 取 3z =31 。 4 34z 。 所以233141 . 9 1g 修正螺旋角 4 此外从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下式 3224 1 2 41 z z z （ 3 14） 23 321 2 41 1 . 2 3z z 两者相差不大，所以中间轴上的轴向力可以基本上抵消。 4 倒挡轴齿轮的齿数101 23 之间，初选12 13z ，10z 23； 91 1 21 2 1 0 16 . 7 0gr z z z 9z = 取 9z =42 得出间轴与倒挡轴的中心距 : 1 2 1 1 ( ) 8 12mA z z 倒挡轴于第二轴的中心距： 9 1 0 ( ) 1 4 6 . 2 52mA z z 速器齿轮参数表 3轮 齿轮模数 压力角 螺旋角 齿数 1 0 21 2 0 44 3 0 31 4 0 34 5 0 41 6 0 24 7 0 43 8 0 13 9 0 42 10 0 23 11 0 23 12 0 13 24 第四章 变速器 的设计与计算 的计算与校核 当变速器挂一挡时轴受力最大 ,所以只要一挡时轴的强度满足要求 ,其就符合要求只 ,下面只校核一挡时中间轴的强度。 一 中间轴的受力分析 中间轴的轴向力基本上已相互抵消可以不予考虑。 1.1 m a x 385000( N ) 1112 2 3 8 5 0 0 0 3 3 4 3 . 11 7 0 . 5d (N) 11 3 3 4 3 . 1 2 0 1 2 6 2 . 4c o s c o s 2 5 . 4nF t t g (N) 11 3 3 4 3 2 5 . 4 1 5 8 7 . 1F a F t t g t g (N) 2. 22 m a 6 6 6 6 . 6e ( N ) 2282 2 6 8 8 8 . 8d （ N） 25 228t a n 1 1 9 5 0 . 7c o s （ N） 22t a n 0F a F t 二 面受力分析： 1. 1 1 2 1 1 7 0 . 5 5 5 1 6 5 1 7 5 1 6 5 1 7 5 1 7 5 02F R F r F r F a 代入数据得： 1 6 2 8 1 (N) 2. 2 1 1 21 7 0 . 5 3 9 5 5 5 2 2 0 02 a F r F r 代入数据得： 27175（ N） 三 Y 面受力分析： 2 3 9 5 3 4 0 1 7 5 0F R F t F t 代入数据得：1N） 2. 2 1 2 3 9 5 5 5 2 2 0 0F R F t F t 代入数据得： 2 N） 四 作力矩图 26 面 Y 面 五 校核计算 3 8 4 7 6 1 . 9T N m m ； 3 3628832dW m m； 轴的材料选用 20用渗碳、淬火、回火处理。 22 3 8 1 . 6 p ； 验算合格。 27 轮的计算与校核 一挡齿轮因其承受载荷最大，所以只要它满足要求 ，其它各挡都满足要求，由于常啮合齿轮一直处于工作状态，因此也要对其进行校核。下面对一挡齿轮和常啮合齿轮进行校核。 一、 齿轮的计算校核公式： 1. 弯曲应力： 直齿， 132f g k k T k Kb ty m Z K y (4斜齿， 132 c o k k T kb ty k m z k y k(4式中： 1F 圆周力；k应力集中系数； 面宽系数； t法向齿距； y齿行系数； k重合度影响系数； 擦力影响系数。 1. 齿面接触应力： 式中： F 齿面上的法向力； E齿轮材料的弹性模量 E=190000； b齿轮接触的实际宽度； ,主从动齿轮节圆处的曲率半径。 28 图 4形系数图 二、 校核第二轴一挡 齿轮： 132f g k k T
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