吨军用汽车变速箱总体设计.docx

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吨军用汽车变速箱总体设计

1引言

1．1汽车变速箱概论

1.1.1变速箱组成

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，实现变速箱传动比的变换，即实现换档，以达到变速变矩。

1.1.2变速箱功用

变速箱的功用主要是改变传动比，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；实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要；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；实现空档，当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。

1.2变速箱分类

从现在市场上不同车型所配置的变速箱来看，主要分为：

手动变速箱（MT）、自动变速箱（AT）、手动/自动变速箱（AMT）、无级变速箱（CVT）。

1.2.1手动变速箱（MT）

手动变速箱（ManualTransmission）采用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值（也就是所谓的“级”）。

比如，一档变速比是3.85,二档是2.55,再到五档的0.75,这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有5个值（即有5级），所以说它是有级变速箱。

从商用车的特性上来说，手动变速箱的功用是其他变速箱所不能替代的。

以卡车为例，卡车用来运输，通常要装载数吨的货品，面对如此高的“压力”，除了发动机需要强劲的动力之外，还需要变速箱的全力协助。

我们都知道一档有“劲”，这样在起步的时候有足够的牵引力量将车带动。

特别是面对爬坡路段，它的特点显露的非常明显。

而对于其他新型的变速箱，虽然具有操作简便等特性，但这些特点尚不具备。

随着生活水平的不断提高现在轿车已经进入了家庭，对于普通工薪阶级的老百姓来说，经济型轿车最为合适，手动变速箱以其自身的性价比配套于经济型轿车厂家，而且经济适用型轿车的销量一直在车市名列前茅。

例如，夏利、奇瑞、吉利等国内厂家的经济型轿车都是手动变速的车，它们的各款车型基本上都是5档手动变速。

1.2.2自动变速箱（AT）

自动变速箱（AutomaticTransmission），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。

而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。

虽说自动变速汽车没有离合器，但自动变速箱中有很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。

在中档车的市场上，自动变速箱有着一片自己的天空。

使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操作、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。

在高速公路上，这是个体现地非常完美。

而且，以北京市来说，现在的交通状况不好，堵车是经常的事情，有时要不停地起步停步数次，司机如果使用手动档，则会反复地挂档摘档，操作十分烦琐，尤其对于新手来说更是苦不堪言。

使用自动档，就不会这样麻烦了。

在市场上，此类汽车销售状况还是不错的，而我国要普及这种车型，关键要解决的是路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。

1.2.3手动/自动变速箱（AMT）

其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传统的手动变速箱，而且在某些时候也需要自动的感觉。

这样手动/自动变速箱便由此诞生。

这种变速箱在德国保时捷车厂911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动档束缚，让驾驶者也能享受手动换档的乐趣。

此型车在其档位上设有“+”、“-”选择档位。

在D档时，可自由变换降档（-）或加档（+），如同手动档一样。

自动—手动变速系统向人们提供两种驾驶方式—为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通拥挤时使用自动档，这样的变速方式对于我国的现状还是非常适合的。

笔者曾在上面提到，手动变速箱有着很大的使用群体,而自动变速箱也能适应女士群体以及解决交通堵塞带来的麻烦，这样对于一些夫妻双方均会驾车的家庭来说，可谓是兼顾了双方，体现了“夫妻档”。

虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如广州本田飞度1.3L、南京菲亚特2004这些“二合一”的车型价格均在10万元左右，这个价格层面还比较低的。

所以，手动/自动车在普及上还是具有相当的优势。

而汽车厂商和配套的变速箱厂家应该以此为契机，根据市场要求精心打造此类变速箱。

因为这类变速箱是有比较广阔的市场的。

1.2.4无级变速箱

当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高的。

汽车变速箱的发展也并不仅限于此，无级变速箱便是人们追求的“最高境界”。

无级变速箱最早由荷兰人范·多尼斯发明。

无级变速系统不像手动变速箱或自动变速箱那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。

它能克服普通自动变速箱“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。

通常有些朋友将自动变速箱称为无级变速箱，这是错误的。

虽然它们有着共同点，但是自动变速箱只有换档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速箱有2～7个档。

而无级变速箱能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。

装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。

1.3汽车对变速箱的要求

（1）应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。

在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速箱档数及传动比，来满足这一要求。

（2）工作可靠，操纵轻便。

汽车在行驶过程中，变速箱内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。

为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。

（3）重量轻、体积小。

影响这一指标的主要参数是变速箱的中心距。

选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。

（4）传动效率高。

为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。

提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。

（5）噪声小。

采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。

1.4变速箱的设计步骤

（1）根据工作特点选择变速箱结构形式；

（2）草拟变速箱的传动方案，确定设计的总体布置；

（3）确定变速箱的主要参数，包括中心距、齿轮模数等参数；

（4）进行轴承齿轮、轴、等零件的寿命计算或强度、刚度计算；

（5）进行结构设计，绘制装配图与零件图。

1.5本课题研究的基本内容

变速箱是汽车的重要组成部分，对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。

经过查阅多种关于变速箱方面的资料，变速箱设计作研究或解决的问题主要有以下几个：

（1）变速器主要参数的选择与主要零件的设计。

（2）各档传动比及其齿轮齿数的确定。

（3）变速箱齿轮的材料的选择与强度计算。

（4）变速箱轴的尺寸确定以及强度计算与校核。

（5）画出变速箱的总体装配图。

2变速箱结构形式的确定

2.1变速箱类别的选择

机械式变速箱与其他形式的变速箱相比，其结构简单、制造低廉，具有高的传动效率（η=0.96～0.98），本设计采用的就是机械式变速箱。

2.2变速箱挡数的选择

设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速箱的传动比范围、档位数及各档的传动比，因为它们对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。

传动比范围是变速箱低档传动比与高档传动比的比值。

汽车行驶的道路状况愈多样，发动机的功率与汽车质量之比愈小，则变速箱的传动比范围应愈大。

目前，一般用途的货车和轻型以上的客车为5.0～8.0；越野车与牵引车为10.0～20.0。

通常，机械式变速箱具有3、4、5个前进档；重型载货汽车和重型越野汽车则采用多档变速箱，其前进档位数多达6到16个甚至20个，故此设计的前进档为5个。

2.3变速箱轴的布置

在机械式变速箱中，三轴式和两轴式变速箱得到的最广泛的应用。

其中三轴式一般为发动机前置后轮驱动的汽车所采用，其变速箱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、第二轴同心。

将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。

此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。

因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速箱的主要优点。

另外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（影响变速箱尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速箱的另一优点。

其缺点是处直接档外其他各档的传动效率有所下降。

本设计采用的即为三轴式变速箱。

因为变速箱在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速箱还是中间轴式变速箱的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。

2.4倒档传动方案

图2-1为常见的倒挡布置方案。

图2-1b所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。

但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。

图2-1c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2-1d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2-1c所示方案。

图2-1e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。

图2-1f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。

为了充分利用空间，缩短变速箱轴向长度，有的货车倒挡传动采用图2-1g所示方案。

本设计采用图2-1g所示的传动方案。

图2-1变速箱倒档传动方案

2.5变速箱齿轮的选择

变速箱的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。

在确定变速箱结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。

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。

变速箱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，并导致变速箱的转动惯量增大。

直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。

2.6变速箱的接合套

接合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。

由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。

接合套有分为内齿接合套和外齿接合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。

结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击。

2.7变速箱操纵机构

变速箱在换档时只允许挂一个档，这通常靠互锁装置来保证。

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。

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。

4变速箱主要参数的确定和主要零件结构的设计

4.1变速箱主要参数确定

4.1.1传动比的确定

选择最低档传动比时，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。

故有

则由最大爬坡度要求的变速箱Ⅰ档传动比为

（4-1）

式中m----汽车总质量；

g----重力加速度；

ψmax----道路最大阻力系数；

rr----驱动轮的滚动半径；

Temax----发动机最大转矩；

i0----主减速比；

η----汽车传动系的传动效率。

根据驱动车轮与路面的附着条件

求得的变速箱I档传动比为：

（4-2）

式中G2----汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷；

φ----路面的附着系数，计算时取φ=0.5~0.6。

由已知条件：

满载质量9100kg；

Temax=372Nm；

i0=6.32

η=0.95。

根据公式（2-2）可得：

igI=7.869。

中间档的传动比理论上按公比为：

（4-3）

的等比数列，实际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。

根据上式可的出：

=1.51。

故有：

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结论

变速箱是车辆不可或缺的一部分，其中机械式变速箱设计发展到今天，其技术已经成熟，但对于我们还没有踏出校门的学生来说，其中的设计理念还是很值得我们去探讨、学习的。

对于本次设计的变速箱来说，其特点是：

扭矩变化范围大可以满足不同的工况要求，结构简单，易于生产、使用和维修，价格低廉，而且采用结合套挂挡，可以使变速箱挂挡平稳，噪声降低，轮齿不易损坏。

在设计中采用了5+1档手动变速箱，通过较大的变速箱传动比变化范围，可以满足汽车在不同的工况下的要求，从而达到其经济性和动力性的要求。

本着实用性和经济性的原则，在各部件的设计要求上都采用比较开放的标准。

但是，在以后的工作和学习中，我会继续学习和研究变速箱技术，以求其设计更加合理和经济。

紧张忙碌的毕业设计已经接近尾声，这次设计是对我大学四年来的学习的一次最综合的检验，也更是一次综合的学习过程。

毕业设计不仅使我学习和巩固了专业课知识而且了解了不少相关专业的知识，个人能力得到很大提高。

同时也锻炼了与人协作的精神，为以后我踏入社会工作打下了良好的基础。

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