重型自卸汽车变速器设计【优秀机械毕业设计论文】
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重型
汽车
变速器
设计
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优良
机械
毕业设计
论文
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文档包括:
说明书一份。40页，16900字。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共3张，如下所示
A0-重型自卸汽车变速器总成1.dwg
A0-重型自卸汽车变速器总成2.dwg
A2-主变速器中间轴常啮合齿轮.dwg
- 内容简介：
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车辆与动力工程学院毕业论文 1 is of to T. in a is a of of a in to of of its in of by of as on of at of is to to on by in in of , 4 , is of in to to of to in to a in on in to is to to is it of it is of on 辆与动力工程学院毕业论文 2 to of a of in of or to to is in by of to 1) to in In a of on of to of in a of in be 00km/h, in 0km/h. In of is (2) to to to a to in of to (3) in or to to of (4), in y of is of of is of to of of a of of of is by 辆与动力工程学院毕业论文 3 As in of in of 1, to of be (a) : of by be of of of b) be a (c) by a of be in 2, be (a) of by (b) of is to of (c) be is of is by in or to of by he of (1) is of 0 of be mm .8 mm 5 or If be (2) is to to or If mm of 辆与动力工程学院毕业论文 4 to If or (3) of in to if of 50. (4) be 2 is to of of is (1) of of to mm be be or (2) OM 3 of in of of is of (1) So in a no mm mm or (2) in of or to mm mm or be or (3) on of of be 4 . a 7 in 辆与动力工程学院毕业论文 5 be in B. on of mm 10mm be If to be mm be 车辆与动力工程学院毕业论文 6 变速器 手动变速器是最常见的变速器，简称 的基本构造用一句话概括，就是两轴一中轴，即指输入轴、轴出轴和中间轴，它们构成了变速器的主体，当然还有一根倒档轴。手动变速器又称手动齿轮式变速器，含有可以在轴向滑动的齿轮 ，通过不同齿轮的啮合达到变速变扭目的。典型的手动变速器结构及原理如下。 输入轴也称第一轴，它的前端花键直接与离合器从动盘的花键套配合，从而传递由发动机过来的扭矩。第一轴上的齿轮与中间轴齿轮常啮合，只要输入轴一转，中间轴及其上的齿轮也随之转动。中间轴也称副轴，轴上固连多个大小不等的齿轮。输出轴又称第二轴，轴上套有各前进档齿轮，可随时在操纵装置的作用下与中间轴的对应齿轮啮合，从而改变本身的转速及扭矩。输出轴的尾端有花键与传动轴相联，通过传动轴将扭矩传送到驱动桥减速器。 由此可知，变速器前进档位的驱动路径是：输 入轴常啮齿轮中间轴常啮齿轮中间轴对应齿轮第二轴对应齿轮。倒车轴上的齿轮也可以由操纵装置拨动，在轴上移动，与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合 ,以相反的旋转方向输出。 多数汽车都有 5 个前进档和一个倒档，每个档位有一定的传动比，多数档位传动比大于 1，第 4 档传动比为 1，称为直接档，而传动比小于 1 的第 5 档称为加速档。空档时输出轴的齿轮处于非啮合位置，无法接受动力传输。 由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时存在一个 同步 问题。两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。因此，旧式变速 器的换档要采用 两脚离合 的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。但这个操作比较复杂，难以掌握精确。因此设计师创造出 同步器 ，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。 目前全同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步器锁环等组成，它的特点是依靠摩擦作用实现同步。接合套、同步器锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步器锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择，锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步， 同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。 功能 (1)改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，使发动机尽量工作在有利的工况下，满足可能的行驶速度要求。 在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大 小。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，车速常在 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 汽车发车辆与动力工程学院毕业论文 7 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。 (2)实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要。实现倒车行驶汽车，发 动机曲轴一般都是只能向一个方向转动的，而汽车有时需要能倒退行驶，因此，往往利用变速箱中设置的倒档来实现汽车倒车行驶。 (3)中断动力传递，在发动机起动，怠速运转，汽车换档或需要停车进行动力输出时，中断向驱动轮的动力传递。 (4)实现空档，当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。例如，可以保证驾驶员在发动机不熄火时松开离合器踏板离开驾驶员座位。 构成 变速箱由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的数值和方向；操纵机构的主要作用是控制传动机构，实现变速器传动比的变 换，即实现换档，以达到变速变矩 。 原理 机械式变速箱主要应用了齿轮传动的降速原理。简单的说，变速箱内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换档行为，也就是通过操纵机构使变速箱内不同的齿轮副工作。如在低速时，让传动比大的齿轮副工作，而在高速时，让传动比小的齿轮副工作。 分类 1、按传动比的变化方式划分，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。 (a)有级式变速器：有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可分为：齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮 (行星齿轮 )轴线旋转的行星齿轮变速器两种。 (b)无级式变速器 :传动比可在一定范围内连续变化 ,常见的有液力式 ,机械式和电力式等。 (c)综合式变速器：由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。 2、按操纵方式划分，变速器可以分为强制操纵式，自动操纵式和半自动操纵式三种。 (a)强制操纵式变速器：靠驾驶员直接操纵变速杆换档。 (b)自动操纵式变速器：传动比的选择和换档是自动进行的。驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换 。 (c)半自动操纵式变速器：可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动 (强制 ) 换档；另一类是预先用按钮选定档位，在采下离合器踏板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。 车辆与动力工程学院毕业论文 8 变速器的检修 变速器齿轮经常处在不断变化的转速 ,负荷下进行工作 ,齿轮齿面又受到冲击载荷的冲击 ,致使齿轮 (特别是齿面 )产生损伤 (1)齿轮磨损 变速器齿轮在正常工作条件下 ,齿面呈现出均匀的磨损 ,要求沿齿长方向磨损不应超过原齿长的百分之 30;齿厚不应超过 轮啮合面积不低于齿面 的 3 分之 2;运转齿轮啮合间隙一般应为 用限度为 合齿轮啮合间隙应为 用限度为 如果超过间隙 ,应成对更换 . (2)齿轮轮齿破碎 轮齿破碎 ,主要是由于齿轮啮合间隙不符合要求 ,轮齿啮合部位不当或工作中受到较大的冲击载荷所致 微笑破碎 ,可用油石修磨后继续使用 ;若超过这个范围或有 3 处以上微笑破碎 ,则应成对更换 . (3)常啮合齿轮端面磨损 常啮合的斜齿端面应有 0轴向间隙 ,以保证齿轮良好运转 ,若齿端磨损起槽 ,可磨削修复 ,但磨削量应不超过 (4)常啮合齿轮轴颈 ,滚针轴承及座孔磨损 成啮合齿轮座孔与滚针轴承及轴颈三者配合间隙应为 则应予更换 . 变速器壳体 是变速器总成的基础件 ,用以保证变速器中各零件的正确位置 ,工作中承受一定的载荷 (1)轴承座孔的 磨损 壳体的轴承座孔磨损会破坏其与轴承的装配关系 ,直接影响变速器输入 ,输出轴的相对位置 大使用极限为 (2)壳体螺纹孔的修复 注油罗塞孔 ,放油螺塞孔的螺纹损伤以及壳体之间连接螺栓螺纹孔的损伤 ,可采取镶螺塞修复 . 变速器在工作过程中 ,各轴承受着变化的扭转力矩 ,弯曲力矩作用 ,健齿部分还承受着挤压 ,冲击和滑动摩擦等载荷 (1)轴颈磨损 轴颈磨损过大 ,不但会使齿轮轴线偏移 ,而且会带来齿轮啮合间隙的改变 ,造成传动时发出噪声 运转可能引起烧蚀 则景更换或镀铬修复 .(2)健齿磨损健齿磨损在受力一侧较为严重 当健齿磨损超过 与原键槽配合见习超过 ,齿轮的接合齿圈 ,车辆与动力工程学院毕业论文 9 结合套与健齿周配合见习大于 ,半圆键与轴颈键槽见习超过 对健齿周或有键槽的轴应修复或更换 . (3)变速器轴弯曲检 修 用顶针顶住变速器轴两端的顶针孔 ,利用百分表检查轴的径向跳动 ,其偏差应小于 步器 的检修 :锁环的锥面角 a 约为 6 度 ,在使用中 ,锥角变形中增大而不能迅速同步 ,则应及时更换 . 锁销式同步器主要损伤为锥环 ,锥盘磨损 ,当锥环斜面上 的螺纹槽磨损至 010时 ,应 更换 则需要端面车削 ,但累计车削两不得大于 1则应更换 . 河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 院系：车辆与动力工程学院 2013 年 4 月 15 日 课题名称 重型 自卸汽车设计（变速器设计） 学生姓名 韩超伦 专业班级 车辆 094 课题类型 毕业 设计 指导教师 薛运起 曹艳玲 职称 高工 副 教授 课题来源 组合设计 1. 设计（或研究）的依据与意义 随着现在科学技术的发展，人们出行的日益繁忙，汽车作为一种快速便捷的交通工具，在外出，旅行，载货中起着越来越重要的作用，给人们生活带来了许多的 方便。被称为“改变世界的工具”。汽车品种的多样性可满足各种生产、生活活动的需求，而且有良好的社会效益。 汽车的进步如同社会进步一样，与我们息息相关。从早期的蒸汽机到后来的内燃机车再到现在的电动汽车、燃料汽车等，反映出了一条汽车发展的轨迹。汽车诞生 100 多年来，涌现了各种有关汽车技术发明，汽车面貌日新月异，随着汽车工业的不断发展，人们对汽车各方面的性能也提出更高的要求。不仅要求汽车有良好的动力性，经济性，更要求有最好的安全性，更低的污染以及舒适的乘坐性能和轻便的驾驶性能等。 变速器作为汽车一重要组 成部分，其主要功能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，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。本次设计即满足了汽车的动力性指标又满足了汽车的操纵性和经济性指标。最后通过对变速器齿轮、轴、键、轴承等的校核，使变速器的尺寸及其零部件的强度都满足设计要求。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 随着我国改革开放的深入和社会生产力的发展，重型自卸汽车在城市的短距离运输和农村得到了广泛的运用，为城市的发展和农村的 发展插上了翅膀。不仅在中国，在世界任何一个国家重型自卸汽车都无法被任何现有的交通工具所取代，发挥着其独有的作用。 汽车变速器自汽车问世以来经过了无数次改进，已经发展成了一个相当完善的汽车部件，现在的中高档汽车上一般都采用自动变速器或无级变速器。为保证重型汽车的经济性，重型汽车的变速器一般采用机械式 6 挡或 7 挡手动变速器。这不仅降低了生产成本，还提高了汽车的操纵性能。 当今汽车变速器的技术动向，往轻量化、多挡化、低噪声化和自动变速化发展，除了一直雄踞市场的齿轮速器、无级变速器、半自动变速器及双换挡变速器等新产品也逐渐受到市场注目。大量使用镁、铝等合金材料是有效减质的办法；对结构的优化分析，在设计中尤为重要，对减质亦是重要。试验表明，为了提高动力性、经济性和平稳性，要求变速器增加速比范围，减少速比间隔。对于噪声的降低，通过提高齿根重合度来降低高速挡齿轮的噪声，小压力角、大齿高齿轮设计已成为潮流。而自动变速，除了对于驾驶者的劳动强度降低，在油耗、动力改变不大的情况下稳定性也有 提高。 本次设计使设计九挡变速器，采用双中间轴式变速箱，其优点是轴向尺寸小，承受的力大，使用可靠。 3. 课题设计（或研究）的内容 选用柴油发动机，参考相应车型的主要参数，完成重型自卸汽车变速器总成设计，要求如下： （ 1）图纸工作量：绘制变速器总成 1 张及其零件图，其中包括 1 张中等难度的 机绘图，总工作量折合不少于 3 张 纸。 （ 2）编写设计说明书，包括：封面、任务书、中文摘要、英文摘要、目录、符号说明、前言、正文、结论、参考文献（不少于 15 篇）、致谢、附录、封底。内容有：设计 综述，变速器 结构特点及性能参数的选择，主要零、部件的强度计算。内容不少于 12000 字，中文摘要不少于 400 字，英文摘要不少于 300 个词。 （ 3）独立完成 10000 以上印刷符号的与专业有关的外文译文。 4. 设计（或研究）方法 根据所给技术条件和要求，按照变速器总成设计的方法，将变速器设计为中间轴式变速器，换挡采用同步器和啮合套换挡，操纵机构采用直接操纵机构形式。 5. 进度计划 调研，收集资料 一周 确定方案，画草图 四周 完成总装图 四周 撰写说明书，整理图纸 二周 互评、答辩 一周 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 研究所（教研室）意见 研究所所长（教研室主任）签字： 年 月 日 1 重型自卸汽车设计 (变速器设计 ) 摘要 重型自卸汽车因其运载量比较大，驱动力比较大、发动机功率、扭矩大，工作环境恶劣，在工程运输中运用比较广泛。 对于变速器的设计 :我在设计中要首先确定变速器的布置形式，然后选择传动比的范围，确定各挡的传动比。之后确定中心距、外形尺寸。齿轮参数的选择 :模数、压力角、螺旋角、尺宽。各挡齿轮的齿数确定。 变速器的各种布置中要分析各种变速器的布置对汽车整体以及各个部件的影响，选择合适的布置形式给变速器与更优化的布置。让变速器在汽车整体中的作用能够达到最佳的状态。 最后，就是变速器的操 作机构布置与设计，主要考虑结构简单、操作轻便、档位清晰、操作杆的位置合理、换档准确、迅速、安全可靠。本设计选用机械式远距离操作，在换档与挂挡机构中，设置了互锁自锁装置；为防止误挂倒档，还设置了倒档锁。 设计中变速器的齿轮采用渐开线齿轮形式。变速器的轴应满足刚度、强度、耐磨性要求。 最后，还得进行变速器实验，进行室内台架试验。考核齿轮的可靠性与疲劳寿命；同步器和换档机构的工作性能与耐久性；测定传动的效率、噪声即刚度等。 关键词 ：操作机构，同步器，轴承，模数，传动比 2 an it of of is in of of of to of be of he to to in of is to of a to of in of of of to to to to in of to of n to by up sh of to of of on of on of a in t 3 of to of 4 目 录 第一章 前 言 . 6 第二章 概述 . 8 第三章 变速器传动机构布置 . 10 动机构布置方案分析 . 10 定轴式变速器 . 10 挡布置方案 . 13 部件结构方案分析 . 14 轮形式 . 14 挡机构形式 . 14 速器轴承 . 15 第四章 变速器主要参数的选择 . 17 档传动比的分配 . 17 心距 A . 17 轮参数的选取 . 18 数 . 18 力角 . 19 旋角 的选取 . 20 挡齿 轮齿数的分配及传动比的计算 . 21 定第一轴常啮合齿轮参数： . 21 定六档齿轮参数及传动比： . 21 定七档齿轮参数及传动比： . 21 定四档齿轮参数及传动比： . 22 定爬坡档齿轮参数及传动比： . 22 定倒档档齿轮参数及传动比： . 22 第五章 变速器的设 计与计算 . 24 的计算与校核 . 24 间轴的受力分析 . 24 面受力分析： . 25 Y 面受力分析： . 25 力矩图 . 25 5 核计算 . 27 轮的计算与校核 . 27 轮的计算校核公式： . 27 核 1 . 28 核43 . 29 核5 . 29 核78齿轮： . 30 核9. 30 承的计算与校核 . 31 接触球轴承的校核计算 . 31 的校核计算 . 31 键的校核计算 . 32 键的校核计算 . 32 第六章 同步器的设计 . 33 式同步器主要尺寸的确定 . 34 要参数的确定 . 34 第七章 变速器操纵机构设计 . 36 结 论 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 39 附 录 . 40 6 第一章 前 言 汽车的诞生，车的发展，在历史的长河中给我们留下了点点滴滴。汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔 8 公里的速度，跑到现在 ，竟然诞生了从速度为零到加速到 100 公里 /小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百年，汽车发展的速度是如此惊人！同时，汽车工业也造就了多位巨人，他们一手创建了通用、福特、丰田、本田这样一些在各国经济中举足轻重的著名公司。这篇资写着许多有趣的故事，在中国已经成为世界五大汽车强国之际，让我们一起来回望汽车的发展历史，体会汽车给我们带来的种种欢乐与梦想 中国汽车工业发展进入新阶段中国汽车工业发展我认为大致可以分成三个阶段：第一个阶段：中国汽车工业 1953 诞生到 1978 年改革开放前。初步奠定了汽车工业发展的基础 。汽车产品从无到有。第二个阶段， 1978 年到 20 世纪末。中国汽车工业获得了长足的发展，形成了完整的汽车工业体系。从载重汽车到轿车，开始全面发展。这一阶段是我国汽车工业由计划经济体制向市场经济体制转变的转型期。这一时期的特点是：商用汽车发展迅速，商用汽车产品系列逐步完整，生产能力逐步提高。具有了一定的自主开发能力。重型汽车、轻型汽车的不足得到改变。轿车生产奠定了基本格局和基础。我国汽车工业生产体系进一步得到完善。随着市场经济体制的建立，政府经济管理体制的改革，企业自主发展、自主经营，大企业集团对汽车工业发展的 影响越来越大。汽车工业企业逐步摆脱了计划经济体制下存在的严重的行政管理的束缚。政府通过产业政策对汽车工业进行宏观管理。通过引进技术、合资经营，使中国汽车工业产品水平有了较大提高。摸索了对外合作、合资的经验。第三个阶段，进入 21 世纪以后。中国汽车工业在中国加入 ，进入了一个市场规模、生产规模迅速扩大；全面融入世界汽车工业体 。 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重型 自卸汽车变速器及操纵机构设计，包括概述 7 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 第二章 概述 变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置。又称 变速箱 。变速器由传动机构和变速机构组成，可制成单独变速 图 1中间轴变速器 机构或与传动机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用 行星齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和 离合器 等。滑移齿轮有多联滑移齿轮和变位滑移齿轮之分。用三联滑移齿轮变速，轴向尺寸大；用变位滑移齿轮变速 ，结构紧凑 ，但传动比变化小。离合器有啮合式和摩擦式之分。用啮合式离合器时，变速应在停车或转速差很小时进行，用摩擦式离合器可在运转中任意转速差时进行变速，但承载能力小，且不能保证两轴严格同步。为克服这一缺点，在啮合式离合器上装 以摩擦片，变速时先靠摩擦片把从动轮带到同步转速后再进行接合。行星齿轮传动变速器可用制动器控制变速。变速器广泛用于机床、车辆和其他需要变速的机器上 。 机床主轴常装在变速器内，所以又也叫主轴箱，其结构紧凑，便于集中操作。在机床上用以改变进给量的变速器称为进给箱。 汽车变速器 是通过改变传动比，改变 发动机 曲轴的转拒，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。通俗上分为 手动变速器 (自动变速器 ( 手动 /自动变速器，无级式变速器。变速器是 汽车 传动系中最主要的部件之一 。 变速器作为汽车的一个 9 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。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。 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操作方向发展的趋势。 10 第三章 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 定轴式变速器 一 . 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 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 3速器 二、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。 12 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。 e 图 3变速器传动方案 图 3 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。图 e 为双中间轴变速器。 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 13 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。 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。图 e 为双中间轴式变速器，这种变速器使输出轴受力均匀。 本次设计我设计的是重型自卸汽车变速器，通过对上述方案的分析，决定采用双中间轴式变速器。 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 3挡布置方案 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；但倒挡时要求有两对 14 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 3e 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，有的客车倒挡传动采用图 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 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。本次设计除爬坡档和倒档用直齿圆柱齿轮外其余全部采用斜齿圆柱齿轮。 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 15 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。 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同步器换挡。 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， 16 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 第四章 变速器主要参数的选择 档传动比的分配 分析该车发动机及相关参数：该车总重量为 64000i=10，按最大爬坡度计算一挡传动比： m a a x 0g i (4试中 :m 为汽车重质量 m=64000k g,g 为重力加速度 g=g,0，道路最大阻力系数等于 0.3，=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 (42考同类车型2G=64000 为道路附着系数，计算时取 =此取 代入数据得 考同类车型初选一档传动比为 他各档传动比按等比数 列来分配：则 3 45， 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、 18 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 (4式中， A 为中心距（ 中心距系数，货车取 ； 1i 为变速器一挡传动比；g为变速器传动效率，取 96。 把一档传动比代入中心距公式计算变速器中心距： A= 轮参数的选取 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 2 y（ 4 式中 计算载荷， N ； 19 K 应力集中系数，直齿轮取 K = 摩擦力影响系数，因主、被动齿轮在啮合处的摩擦力方向不同，故对弯曲应力的影响系数也不同：主动齿轮取动齿轮取 z 齿轮的齿数； y 齿型系数，见图 4-1 w 齿轮弯曲应力， jT=齿轮的许用应力【w】=400800 ； 132f g k k T k Kb ty m Z K y （ 4 式中 K 应力集中系数，斜齿轮取 K= 斜齿轮螺旋角； 齿宽系数，斜齿轮取 K 重合度影响系数，取 K=2； y 齿形系数，按当量齿数 3由图 4得； w 弯曲应力， 货车斜齿轮取【w】 =100250 取 表 4 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 于设计车型为重型车，所以取 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， 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。 20 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，因而螺旋角应选高的。不过当螺旋角大于 30时，其抗弯强度骤然下降，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。 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, 直齿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。 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
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