青岛理工大学重型载货汽车变速器设计说明书概述.docx

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青岛理工大学重型载货汽车变速器设计说明书概述

汽车设计课程设计说明书

题目：

重型载货汽车变速器设计

姓名：

学号：

同组者：

专业班级：

车辆工程

指导教师：

、修玉峰

设计时间：

2013.9.17-2013.9.24

1绪论

1.1前言

变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。

变速器在汽车中起着重要的作用，它能使汽车以非常低且稳定的车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定转速是难以达到的。

随着汽车工业的不断壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出更经济实惠，工作可靠，性能优良，且符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题，也是我们作为汽车工程本科毕业生，必须肩负的重任。

在面临着前所未有的机遇的同时，我们要努力为我们的汽车工业做出应有的贡献。

经过四年的刻苦学习，我掌握了四十多门基础知识和专业知识，阅读了大量的专业书籍，为从事汽车行业的工作打下了坚实的基础。

在大学毕业，即将走向工作岗位之际，按国家教委的要求，进行了这次设计。

毕业设计是对我们在大学期间所学知识的一次检阅，充分体现了一个设计者的知识掌握程度和创新思想。

毕业设计总体质量的好坏也直接体现了毕业生的独立创造设计能力。

由于毕业设计具有特殊的重要意义，在两个多月的毕业设计时间里我们到单位实习，并阅读了大量的汽车资料，虚心向老师请教，且在老师的指导下，将老师传授的设计方法运用到自己的设计中，使本次毕业设计得以顺利完成。

1.2汽车变速器的功用和要求

变速器的功用：

1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，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作；

2在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；

3利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。

因此变速器通常还设有倒档，在不改变发动机旋转方向的情况下汽车能倒退行驶；设有空挡，在滑行或停车时发动机和传动系能保持分离。

变速器还应能进行动力输出。

为保证变速器具有良好的工作性能，设计变速器必须满足以下的使用条件和基本要求：

1应该合理地选择变速器的档数和传动比，使汽车具有良好的动力性和经济性；

2工作可靠，在使用过程中不应该有自动跳档、脱档和换档冲击现象发生；此外，还不允许出现误挂倒档的现象；

3操纵轻便，以减轻驾驶员的劳动强度；

4传动效力高、噪音小。

为了减少齿轮的啮合损失，应设有直接档。

此外合理地齿轮形式以及结构参数，提高其制造和安装精度，都是提高效率和减小噪声的有效措施。

5结构紧凑，尽量做到质量轻、体积小、制造成本底。

6制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；

7贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定；

8需要时应设置动力输出装置。

2变速器的方案论证

2.1.变速器传动机构布置方案

1、变速器类型的选择

本设计是大型货车车机械式变速器设计，发动机为前置后驱形式，故变速器设计将采用十档中间轴式变速器形式，五档主变速器加一个两档副变速器。

2、倒档形式选择

与前进挡比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒档。

3、齿轮型式选择

变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。

4、轴的结构分析

第一轴通常与齿轮做成一体，其长度决定于离合器总成的轴向尺寸。

第一轴的花健尺寸与离合器从动盘毂的内花键统一考虑，目前一般都采用齿侧定心的矩形花健，键齿之间为动配合。

第二轴制成阶梯式的以便于齿轮安装，从受力及合理利用材料来看，也是需要的。

各截面尺寸不应相差悬殊，轴上供磨削用的砂轮越程槽处的应力集中会引起轴断裂。

[4]

5、轴承型式

变速器多采用滚动轴承，即向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承、滚针轴承以及圆锥滚子轴承。

至于何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。

[5]

6、换挡机构形式

啮合套换档:

用啮合套换档，可以将结构为某传动比的一对齿轮，制造成常啮合的斜齿轮。

用啮合套换档，因同时承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换档，因此它们都不会过早损坏，但是不能消除换档冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。

此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器的轴向尺寸和旋转部分的总惯量增大。

因此，这种换档方法目前只在某些要求不高的档位及重型货车变速器上使用。

这是因为重型货车档位间的公比较小，要求换档手感强，而且在这种车型上又不宜使用同步器（寿命太短）

2.2变速器的传动效率

两轴式变速器，虽然可以有等于1的传动比，但是仍要有一对齿轮传动，因而有功率损失。

而三轴式变速器，可以将输入轴和输出轴直接相连，得到直接档，因而传动效率高，磨损小，噪声也较小。

轿车，尤其是微型汽车，采用两轴式变速器比较多，这样可将变速器和主传动器组成一个整体，使传动系的结构紧凑，汽车得到较大的有效空间，便于汽车的总体布置。

因此，近年来在欧洲的轿车中采用得比较多。

而中、重型载货汽车则多采用三轴式变速器。

这次设计的变速器是重型货车使用，所以采用三轴式变速器。

2.3传动路线

图2.2传动方案

Ⅰ档：

一轴→1→2→中间轴→10→二轴→9齿轮间的同步器→输出

Ⅱ档：

一轴→1→2→中间轴→8→二轴→7齿轮间的同步器→输出

Ⅲ档：

一轴→1→2→中间轴→6→二轴→5齿轮间的同步器→输出

Ⅳ档：

一轴→1→2→中间轴→4→二轴→3齿轮间的同步器→输出

Ⅴ档：

一轴→1齿轮间同步器→二轴→输出

R档：

一轴→1→2→中间轴→13→12→11→二轴→输出

2.4同步器的选择

同步器是在接合套换挡机构基础上发展起来的，其中除有前面已述及的接合套、花键毂、对应齿轮上的接合齿圈外，还增设了使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致的机构，以及阻止二者在达到同步之前接合以防止冲击的结构。

同步器一般有常压式、惯性式、和自行增力式几种，其中惯性式同步器较为常用。

1.常压式同步器

应用常压式同步器换挡与用接合套换挡相比较，在工作过程上的区别，主要在于前者的摩擦作用能使需接合的两花键齿圈迅速达到并保持同步，并且由于带弹簧的定位销对接合套的阻力，使两齿圈在达到同步之前暂不接合。

但是，在这种同步器，对接合套的轴向阻力是由弹簧压力造成的，故其大小有限。

如果驾驶员用力过猛，则可能在未达到同步前，接合套便克服弹簧压力，压下定位销而与齿轮的接合齿圈接触，此时齿间仍将产生冲击。

因此，常压式同步器工作不可靠，目前较少采用。

2.惯性式同步器

惯性式同步器与常压式同步器一样，都是依靠摩擦作用实现同步的。

但是它可以从结构上保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以避免齿间冲击和发生噪声。

惯性式同步器又分为：

锁销式、锁环式、滑块式、多片式、多锥式等几种：

惯性式同步器能做到换挡时两换挡元件之间的角速度达到完全相等之前，不允许换挡，因而能完善地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。

按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。

虽然它们的结构不同，但都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。

滑块式同步器其本质上是锁环式同步器，它工作可靠，零件耐用，但因结构布置上的限制转矩容量不大。

而且锁止面在同步锥环的接合齿上。

齿面磨损大，易失效。

它主要用于轿车和轻型的变速器上，故而从汽车安全性方面考虑不宜采用。

锁环式同步器这种同步器的锁止面在同步锥环和啮合套的倒锥面上，省去了同步锥环的接合齿。

这样可使轴向尺寸变小。

目前这种形式的同步器达到了广泛的应用。

考虑到结构布置上的合理性、紧凑性及锥面产生的摩擦力矩的大小等因素，本次设计中各档换挡机构均采用这种结构形式。

锁销式同步器此种形式的同步器优点是零件数量少，摩擦锥面平均半径大，转矩容量得到提高，多用于中、重型汽车的变速器中。

2.5轴承形式

变速器要求增长传递功率与质量之比，而且要求工作轴承的可靠性高，容量大，性能好、寿命长，故轴承的选择比较重要。

一轴和二轴由于转速较高，承受载荷中等，且多为径向载荷，只有很小的轴向载荷，但要求支撑刚度高，故从以上方面考虑，选用深沟球轴承，二轴前端通过滚针轴承支撑在一轴后段内腔中。

中间轴由于跨度大，直径大，质量大，而且有相当大的轴向力，同时考虑到轴承盖的布置问题，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，而后端采用外圈有挡圈的圆柱滚子轴承。

二轴齿轮通过滚针轴承空套在二轴上，倒挡齿轮由于利用率低，且转速也不高，可直接套在倒挡轴上。

2.6轴的结构设计

变速器中的轴在工作时承受转矩及弯矩，轴的明显变形将影响齿轮正常啮合，产生较大的噪声、降低使用寿命。

轴的结构形状除应保证其强度与刚度外，还应考虑齿轮、同步器及轴承等的安装，固定它与加工工艺也有密切关系。

第一轴通常与齿轮作成一体，其长度决定于离合器总成的轴向尺寸。

第一轴的花键尺寸与离合器从动盘毂的内花键统一考虑，本次设计采用矩形花键。

第二轴制成阶梯式，以便于各齿轮的安装，从受力及合理利用材料来看也是必须的。

各截面尺寸不应相差悬殊，轴上供磨削用的砂轮越程槽处的应力集中会引起轴的断裂。

第二轴安装同步器齿座的花键采用矩形花键且以小径定心更为合理。

因为矩形花键定心精度易从工艺上得到保证，定心精度高。

固定式中间轴为齿轮轴。

2.7变速器的操纵机构

变速器的操纵机构由变速杆、拨叉轴、拨叉、自锁与互锁装置、倒挡安全装置等组合与变速器盖上。

变速器的操纵机构应满足以下要求：

安全可靠（每次只能挂入一个挡，不误挂倒挡、不自动脱挡），挂挡准确（换挡后应使齿轮在全齿长啮合）、结构简单、操纵轻便、挡位清晰、变速杆的换挡位置合理等。

按动作原理，变速器操纵机构有机械式、液压式、气动式、电控式，以及它们之间的组合，其中最常用的是机械式。

按变速杆相对于变速器的位置，机械式又可分为直接操纵与远距离操纵。

直接操纵是最简单的操纵方案，在各类汽车上得到广泛应用。

依靠手力换挡的变速器称为手动变速器。

而驾驶员手力只通过变速器外部一根杠杆直接完成换挡功能的手动变速器，又称为直接换挡变速器。

近年来单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴且各挡用同一组自锁装置，因而使操纵机构结构简化，但它要求换挡行程相等。

远距离操纵，受布局限制，有些车辆变速器距驾驶员座椅较远，此时换挡手力需要通过转化机构才能完成换挡的功能，这种手动换挡变速器称为远距离操纵变速器。

这时整套机构应有足够的刚度，且各连接件间隙不能过大，否则换挡手感不明显，并增加了变速杆颤动的可能性。

本次设计中，采用手动换挡直接操纵变速器。

1.换档时只允许挂一个档。

这通常靠互锁装置来保证，其结构型式有如右图所示：

图2-8变速器自锁与互锁结构

1-自锁钢球2-自锁弹簧3-变速器盖

4-互锁钢球5-互锁销6-拨叉轴

2.在挂档的过程中，若操纵变速杆推动拨叉前后移动的距离不足时，齿轮将不能在完全齿宽上啮合而影响齿轮的寿命。

即使达到完全齿宽啮合，也可能由于汽车震动等原因，齿轮产生轴向移动而减少了齿轮的啮合长度，甚至完全脱离啮合。

为了防止这种情况的发生，应设置自锁装置（如图2-8所示）。

汽车行进中若误挂倒档，变速器齿轮间将发生极大冲击，导致零件损坏。

汽车起步时如果误挂倒档，则容易出现安全事故。

为此，应设置倒档锁。

3变速器设计计算

3.1变速器主要参数的选择

3.1.1传动比的选择

汽车在最大爬坡路面上行使时，最大驱动力应能克服轮胎与路面间滚动阻力及上坡阻力。

由于汽车上坡行使时，车速不高，故可以忽略空气阻力，这时：

（3-3）

式中：

——最大驱动力；即=/

——滚动阻力；即=cos

——最大上坡阻力。

即=sin

把以上参数代入（3-3）得：