课程设计-货车变速器-z

设计说明书

题目：货车机械变速器

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变速器的设计计算

1.1 变速器的选择

变速器的种类很多，按前进档位的不同可分为三、四、五和多档变速器，根据轴的型式的不同，又有固定轴式和旋转轴式（常配合行星齿轮传动）两类。固定轴式又有两轴式、中间轴式、双中间轴式和多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。2-1-1 中间轴式变速器

从结构外形看中间轴式变速器有三根轴：一轴和二轴在一条中心线上。将它们连接即为直接档，此时，齿轮、轴承不承受载荷而只传递转矩，故而传动效率高，而且摩损小，寿命长，噪音也较小。而在其他档位上，经过两对连续齿轮传动，传动效率稍低。由于本设计中的汽车为重型货车，且档位多，传动比大，故本设计采用这种型式。

2-1-2 变速器齿轮型式

变速器中的齿轮一般只有两种：直尺圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮多用为滑动式，故使用在一档和倒档的较多，它们的结构简单，制造容易。但是在换档时齿轮端部产生冲击，噪声很大，从而加剧端部磨损，使齿轮的寿命降低，而且由于噪声大，容易造成驾驶员的疲劳。斜齿圆柱齿轮传动平稳，噪声很小，磨损小，寿命长。唯一的缺点是工作时有轴向力的产生，而且结构复杂，这个缺点可以在进行轴的载荷计算时予以平衡。

通过比较两种型式齿轮的优缺点，本设计中，倒档采用直齿圆柱齿轮，这是考虑到倒档的使用率较低，综合衡量经济性和便利性而定的，其余各档全部采用斜齿圆柱齿轮传动，这样充分发挥其传动平稳，噪声小等优点。

2-1-3变速器的换档结构

变速器的换档机构形式有以下几种：直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档。

(1) 直齿滑动齿轮换档该结构形式制造容易，结构简单。但缺点较多：汽车行驶时各档齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换档，会在轮齿端面产生冲击，并伴随有噪声。这使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，造成

汽车的行驶安全性降低，同时使驾驶员精神紧张，而换档产生的噪声又会使乘坐舒适应大大的降低。只有驾驶员用熟练的操作技术（如两脚离合器），使齿轮换档时无冲击，才能克服上述缺点。但是该瞬间驾驶员注意力被分散，会影响行驶安全性。因此，尽管这种换档方式结构简单，但除一、倒档外已很少使用。

(2) 啮合套换档由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，所以可用移动啮合套换档。这时，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，它们都不会过早损坏，但不能消除换档冲击，对汽车的行驶安全性和乘坐舒适性仍有影响，同时，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，使变速器旋转部分的总惯性矩增大。因此，目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型车变速器上应用。这是因为重型车档位间的公比较小，则换档机构连接件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换档，并且还能降低制造成本及减小变速器长度。

(3) 同步器换档使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高汽车的加速性、经济性和行驶安全性等一系列性能，故现代汽车大多数采用这种换档形式，同上述两种换档方式相比较，虽然它有结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。同时，利用同步器或啮合套换档，其换档行程要比滑动齿轮换档行程小。在换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，换入不同档位的变速杆行程要求尽可能一样。

综合比较以上三种换档方式，在本设计中所有档位全部采用锁销式惯性同步器换档。

1.2 倒档的选择

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弯曲状态下工作，并使倒档传动比略有增加。

至此，我们可以参考《汽车设计》中的相关内容进行讨论。《汽车设计》中

的图3-5主要介绍了七种不同的倒档布置方案。其中图b所示方案的优点是换档

时利用了中间轴上的一档齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换档时有两对齿轮

同时进入啮合，使换档困难。图c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d所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图c所示方

案。图e所示方案是将中间轴上的一、倒档齿轮作成一体，将其齿宽加长。图f

所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，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g所示方案。其缺点是一、

倒档需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。

在本设计中，由于整个变速器是由主，副两个变速器组成的（5+1）*2变速器，所以采用一档和倒档共用同步器的设计。即《汽车设计》倒档布置方案中的f）方案。

1.3 支承方案选择

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的顺序布置各档齿轮，这

样做既能使轴有足够大的刚度，又能保证装配方便。倒档的传动比虽然与一档的

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，轮齿磨损与噪声在短

时间略有增加，与此同时在一档工作的轮齿的磨损与噪声有所减少。

倒档设置在变速器的左侧或右侧在结构上均能实现，不同之处是挂倒档是驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止意外挂入倒档，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。

经常使用的档位，其齿轮因接触应力过高而造成表面点蚀损坏。将高档布置在靠近轴的支承中部区域较为合理，在该区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，偏载减少能提高齿轮寿命。

1.4 具体零部件方案确定

下面就同步器的具体形式、轴承的选择、变速器壳体的形式及档位的设置问题分别讨论：

2-5-1 同步器的选择

同步器是在接合套换档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档与用接合套换档相比较，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：(1)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本设计中考虑不宜采用。

(2)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，锁环式同步器多用于轿车和轻、中型货车中广泛使用，而在本设计中不采用。

(3)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，缩短了同步时间，缺点是轴向尺寸较长，多用于中、重型汽车的变速器中，所以本次设计中即采用这种结构形式的同步器。如下图：

2-5-2 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，但要求在较高转速下正常工作，故从以上方面考虑，选用角接触球轴承，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，故选用一对角接触球轴承，二轴齿轮通过滚针轴承空套在二轴上，倒档齿轮由于利用率低，且转速也不高，可直接套在倒档轴上。

2-5-3 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。