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1、货车变速器设计第2章 变速器的结构方案确实定2.1 变速器传动机构分析和布置方案的设计目前，汽车上采用的变速器结构形式是多种多样的，这是由于各国汽车的使用、 制造、修理等条件不同，也是由于各种类型汽车的使用要求不同所决定的。尽管如此, 一般变速器的结构形式，仍具有很多共同点。各种机构形式都有其各自的优缺点，这 些优缺点随主观和客观条件的变化而变化。因此，设计人员应深入实际，收集资料， 调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化, 最后确定较合适的方案。机械式变速器具有结构简单、传动效率高、制造本钱低和工作可靠等优点，故 在不同形式的汽车上得到广泛应用。通常，有级
2、变速器具有三个、四个、五个前进档；重型载货汽车和重型越野车 那么采用多档变速器，其前进档位数多大616个甚至20个。变速器档位的增多可 提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性和平均车速，从而可提高汽车的运输 效率，降低运输本钱。但档位数的增多也使变速器的尺寸及质量增大，结构复杂， 制造本钱提高，操纵也复杂。某些轿车和货车的变速器，采用仅在良好的路面和空载行驶时才使用的超速 档。采用传动比小于1 （约为0.70.8）的超速档，可充分地利用发动机功率，降 低单位行驶里程的发动机曲轴总转数，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。 但与传动比为1的直接档比较，采用超速档会降低传动效率。机械式变速器的
3、传动效率与所选用的传动方案有关，包括齿轮副的数目、齿轮 的转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、 刚度等。2.1.1 两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析1 .两轴式变速器两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。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，主减速器采用弧齿锥齿 轮或准双曲面齿轮，发动机横置时那么采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑 动齿轮，其他档位均采用常啮合齿轮传动。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承 数少，结构简单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对齿轮传递 动力，故传动效率高，同时噪声低
4、。但两轴式变速器不能设置直接档，所以在高档工 作时齿轮和轴承均承载，工作噪声增大且易损坏；受结构限制其一档速比不能设计的 很大；对于前进档，两轴式变速器输入轴的传动方向与输出轴的传动方向相反。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 置后轮驱动的汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体。绝大多数 方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一条直线上, 经啮合套将它们连接后可得到直接档，使用直接档，变速器齿轮和轴承及中间轴不承 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 90%以上，噪声低，齿轮和轴承
5、的磨损减少。因为直接档的利用率要高于其他档位， 因而提高了变速器的使用寿命；在其他前进档位工作时，变速器传递的动力需要经过 设置在第一轴、中间轴和第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一档仍然有较 大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或 不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除了一档以外的其他档位的换挡机构，均采 用同步器或啮合套换挡，少数结构的一档也采用同步器或结合套换挡，还有各档同步 器或结合套多数情况下装在第二轴上。在除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是 它的缺点。2.1.2 变速器倒档布置方案分析确定倒档齿轮的结构及其
6、轴的位置，应与变速器的整体结构方案同时考虑。倒档设计 在变速器的左侧或右侧在机构上均能实现，不同之处是挂倒档时驾驶员移动变速杆的 方向改变了。在结构布置上，要注意的是在不挂入倒档时，为了防止意外挂入倒档， 一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。倒 档齿轮不能与第二轴齿轮有啮合的状况。换倒档时能顺利换入倒档，而不和其它齿轮 发生干涉口叫与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多 数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒档。为实现倒档传动，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；也有利用两个联体齿 轮方案的。前
7、者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正、负交 替对称变化的弯曲应力状态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态 下工作，并使倒档传动比略有增加。也有少数变速器采用结构复杂和使本钱增加的啮合套或同步器方案换入倒档。图2-1倒档布置方案图2-1为常见的倒档布置方案。图2-lb所示方案的优点是换倒档时利用了中间轴 上的一档齿轮，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 档困难。图2-lc所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。图2-ld 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换档更为轻便，且能获得较大的倒档传 动比。图2-le所示方案针对图
8、2-lc所示方案的缺点做了修改，因而取代了图2-lc所 示方案。图2-lf所示方案是将中间轴上的一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长。图 2-lg所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换档更为轻便。为了充分利用空间, 缩短变速器轴向长度，有的货车倒档传动采用图2-lh所示方案。其缺点是倒档须各用 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。故采用2-la方案。2.1.3 传动机构布置中齿轮安排的分析确定各齿轮副的相对安装位置对于整个变速器的结构布置有很大的影响。各档位置的 安排应考虑以下四个方面：1 .整车总布置 根据整车的总布置，对变速器输入轴和输出轴的相对位置和变速 器的轮廓形状
9、以及换档机构提出要求。2 .驾驶员的使用习惯 有人认为人们习惯于按档的高低顺序，由左到右或由右到 左排列来换档。但是也有人认为应该将常用档位放在中间位置。值得注意的是倒档， 虽然他是平常换档序列之外的一个特殊档位，然而却是决定序列组合方案的重要环节。 按习惯，倒档最好与序列不接合。否那么，从平安角度考虑，将倒档与一档放在一起较 好。在五档变速其中，倒档与序列接合与不接合两者比较，前者在结构上可省去一个 拨叉和一根变速滑杆，后者的布置适当，那么可使变速器的轴向长度缩短。3 .提高平均传动效率 为提高平均传动效率，在三轴式变速器中，普遍采用具有 直接档的传动方案，并尽可能地将使用时间最多的档位设计
10、成直接档。4 .改善齿轮受载状况各档齿轮在变速器中的位置安排,应考虑齿轮的受载状况。 承受载荷大的低档齿轮，一般安置在离轴承较近的地方，以较小轴的变形，使齿轮的 重叠系数不致下降过多。变速器齿轮主要是因接触应力过高而造成外表点蚀损坏，因 此将高档齿轮安排在离两支撑较远处较好。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小, 故齿轮的偏载也小。因为变速器在一档和倒档工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中 间轴式变速器的低档与倒档，都应当布置在靠近轴的支承处，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档顺序布置各挡齿轮，这样做既能使 轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒档的传动比
11、虽然与一档的传动比接近， 但因为使用倒档的时间非常短，从这点出发有些方案将一档布置在靠近轴的支承 处，然后再布置倒档。此时在倒档工作时，齿轮磨损与噪声在短时间内略有增加I, 与此同时在一档工作时齿轮的磨损与噪声有所减少。综上所述，由于本次设计的为中型货车变速器，布置形式采用发动机前置后轮 驱动，变速器布置的空间较大，对变速器的结构要求较高，要求运行时噪声要小， 应选用三轴五档变速器，并且五档为直接档。采用图2-ld的倒档布置形式。2.2 变速器零、部件结构方案分析确定2.2.1 齿轮形式变速器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，运转平 稳、作时噪声低等优点；缺点是制造时工
12、艺复杂，工作时有轴向力。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数增加，并导致变速器的转动 惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒档。变速器齿轮可以与轴设计为一体或与轴分开，然后用花键、过盈配合或者滑动支承等方式之一与轴连接。齿轮尺寸小又与轴分开，其内径直径到齿根圆处的厚度匕（图 2-2）影响齿轮强度。要求尺寸6应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。为了使齿轮 装在轴上以后，保持足够大的稳定性，齿轮轮毂局部的宽度尺寸C,在结构允许条件 下应尽可能取大些，至少满足尺寸要求：(3.1)C = (1.27.4)12式中：d2花键内径。图2-2变速器齿轮尺寸控制图为了减小质量，轮辐
13、处厚度3应在满足强度条件下设计得薄些。图3-2中的尺寸R 可取为花键内径的1.251.40倍。齿轮外表粗糙度数值降低，那么噪声减少，齿面磨损速度减慢，提高了齿轮寿命。 变速器齿轮齿面的外表粗糙度应在此0.400.80pim范围内选用。2.2.2 变速器自动脱档机构形式分析确定自动脱档是变速器的主要故障之一。由于接合齿磨损、变速器刚度缺乏以及振动 等原因，都会导致自动脱档。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构 上采取措施且行之有效的方案有以下几种：1 .将两接合齿的啮合位置错开，如图2-3a所示。这样在啮合时，使接合齿端部 超过被接合齿的13mm。使用中两齿接触局部受到挤压同时磨损，
14、并在接合齿端部 形成凸肩，可用来阻止接合齿自动脱档。2 .将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下0.30.6mm）,这样，换档后啮 合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱档，如图2-3b所示。3 .将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜23 ）,使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力，如图2-3c所示。这种方案比较有效，应用较多。 将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱档的效果。图2-3防止自动脱挡的机构措施2.3 本章小结本章主要针对变速器传动机构进行分析和布置方案方案确实定以及变速器零、部 件的结构确实定，为下面的设计过程作铺垫。第3章 变速器主要
15、参数的选择3.1 变速器档位数目及各档传动比3.1.1 变速器档位数目确实定对不同类型的汽车，具有不同的传动系档位数，其原因在于它们的使用条件不同、 对整车性能要求不同、汽车本身的比功率不同。而传动系的档位数的多少对汽车动力 性、经济性影响很大。档数多，可以使发动机经常在最大功率附近的转速工作，而且 发动机转速变化范围小，发动机平均功率高，故可提高汽车的动力性。即提高汽车的 加速能力和爬坡能力。档数多也增加了发动机在低油耗区工作的可能性，因而提高了 汽车的燃料经济性。档数多少还影响相邻的低档与高档间传动比的比值。档数多，那么 此比值小，换档容易。相邻的低档与高档间传动比的比值不应大于1.8,而
16、且高档区 相邻档位之间的传动比比值要比低档区相邻档位之间的比值小。档数多的缺点是使 变速器的结构复杂、质量增大、操纵不轻便等。CA5-38变速器参数:发动机最大功率75 Kw车轮滚动半径0.41m发动机最大转矩230 N-m额定转速3200 r/min最大转矩时转速2000 r/min最高车速95 km/h总质量5500 kg最大功率时转速4000 r/min主减速比确实定% =0.377二(3.1)%”。式中：心汽车行驶速度(km/h)；n 发动机转速(r/min)；r车轮滚动半径(m)；L变速器传动比；主减速器传动比。(3.2)ccP t.ix = 9549式中： Temax发动机最大扭矩(Nm)；
