【正文】 十二檔手動(dòng)重卡變速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書 汽車變速器概述變速器用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下，滿足驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速不同要求的需要。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，今后要求汽車車型的多樣化、個(gè)性化、智能化已成為汽車的發(fā)展趨勢(shì)。但變速器設(shè)計(jì)一直是汽車設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。變速器能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛，而這種低的車速只靠?jī)?nèi)燃機(jī)的最低穩(wěn)定車速是難以達(dá)到的。變速器的倒擋使汽車能倒退行駛；其空擋使汽車在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、停車和滑行時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間將發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系分離。變速器的結(jié)構(gòu)除了對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性有影響同時(shí)對(duì)汽車操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)做優(yōu)化匹配，可得到良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；采用自鎖及互鎖裝置，倒擋安全裝置，其他結(jié)構(gòu)措施，可使操縱可靠，不產(chǎn)生跳擋、亂擋、自動(dòng)脫擋和誤掛倒擋；采用同步器可使換擋輕便，無(wú)沖擊及噪聲；采用斜齒輪、修形及參數(shù)優(yōu)化等措施可使齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低，不同的傳動(dòng)比還可以使在其不同路面提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，使汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)有良好的匹配性。 課題研究現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)的目的和意義 研究現(xiàn)狀重型汽車的裝載質(zhì)量大，使用條件復(fù)雜，欲保證重型汽車具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，則必須擴(kuò)大傳動(dòng)比范圍并增多檔數(shù)。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)三軸式變速器的最大容量：檔位數(shù)一般最多蛤能布置到6個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，最大輸出扭矩約為8400Nm。近年來(lái)重型汽車需要更多檔位（816個(gè)）前進(jìn)檔，需要爬行檔（最低檔）速比為1017。顯然傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)變速器遠(yuǎn)不能滿足需求。而組合式機(jī)械變速器則能滿足上述要求。而組合式機(jī)械變速器則能滿足上述要求。而組合機(jī)械變速器的組成是在傳統(tǒng)變速器（稱主箱）后部（或前部）加裝一個(gè)副變速器（稱副箱，一般為兩檔），將主箱的檔位數(shù)增加一倍，所增加檔位的速比值增大到等于主箱速比和副箱速比的乘積，而齒輪對(duì)數(shù)小于檔位數(shù)，因此箱體尺寸大為縮小，軸的長(zhǎng)度減短，剛度增大，并且增大了變速器的容量。 設(shè)計(jì)目的意義 重型貨車裝載數(shù)十噸的貨品，面對(duì)如此高的“壓力”，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。大家都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車帶動(dòng)。特別是面對(duì)爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對(duì)于其他新型的變速器，雖然具有操作簡(jiǎn)便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。從我國(guó)的具體情況來(lái)看，機(jī)械式變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國(guó)的汽車發(fā)展歷史，資歷郊深的司機(jī)都是用機(jī)械式變速器的，他們對(duì)機(jī)械式變速器的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。 汽車變速器現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)汽車的要求不斷的變化，機(jī)械式變速器不能滿足人們的需要。而自動(dòng)變速器技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)變速器廠商都向著無(wú)級(jí)變速器和自動(dòng)變速器方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)現(xiàn)已有好幾款轎車已經(jīng)應(yīng)用上無(wú)級(jí)變速器，而重型多擋位汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。無(wú)級(jí)變速器又稱為連續(xù)變速式無(wú)級(jí)變速器(Continuously Variable Transmission簡(jiǎn)稱CVT) 。這種變速器與一般齒輪式自動(dòng)變速器的最大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng)，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動(dòng)。無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡(jiǎn)單，體積更小，它既沒有手動(dòng)變速器的眾多齒輪副，也沒有自動(dòng)變速器復(fù)雜的行星齒輪組，主要靠主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶來(lái)實(shí)現(xiàn)速比的無(wú)級(jí)變化在跨越了三個(gè)世紀(jì)的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無(wú)級(jí)變速箱。這是汽車的無(wú)奈和缺憾。但是,人們始終沒有放棄尋找實(shí)現(xiàn)理想汽車變速器的努力,各大汽車廠商對(duì)無(wú)級(jí)變速器(CVT)表現(xiàn)了極大的熱情，極度重視CVT在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標(biāo)。在今后，摩擦傳動(dòng)CVT；液力傳動(dòng)；電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated Mechanical Transmission簡(jiǎn)稱AMT)；齒輪無(wú)級(jí)變速器（Gear Continuously Variable Transmission）是圍繞著汽車變速箱四個(gè)主要的研究方向。 齒輪無(wú)級(jí)變速器（Gear Continuously Variable Transmission）這是一種全新的設(shè)計(jì)思想，是利用齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)高效率、大功率的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。 據(jù)最新消息：一種齒輪無(wú)級(jí)變速裝置(Gear Continuously Variable Transmission簡(jiǎn)稱GCVT)已經(jīng)試制成功，并已經(jīng)進(jìn)行了多次樣機(jī)試驗(yàn)。齒輪無(wú)級(jí)變速裝置結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，只有不足20種非標(biāo)零件，51個(gè)零件，生產(chǎn)成本甚至低于手動(dòng)變速箱。預(yù)計(jì)今年進(jìn)行裝車試驗(yàn)。齒輪無(wú)級(jí)變速器的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為： (1) 傳動(dòng)功率大200KW的傳動(dòng)功率是很容易達(dá)到的； (2) 傳動(dòng)效率高，90%以上的傳動(dòng)效率是很容易達(dá)到的； (3) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大幅度降低生產(chǎn)成本，相當(dāng)于自動(dòng)變速箱的1/10； (4) 對(duì)汽車而言，提高傳動(dòng)效率，節(jié)油20%；(5) 發(fā)動(dòng)機(jī)在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對(duì)環(huán)境的破壞。 變速器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容在本次設(shè)計(jì)中，由于是對(duì)傳統(tǒng)的變速器進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì),在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率等條件下，主要完成變速器機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。在本設(shè)計(jì)中主要設(shè)計(jì)是帶有主副變速箱的中間軸式十二檔變速器。主箱是中間軸式六檔的變速器，采用慣性鎖環(huán)式同步器，最高檔位為直接檔1。副箱采用一對(duì)直接檔齒輪傳動(dòng)和一對(duì)減速檔齒輪傳動(dòng)并采用鎖銷式同步器來(lái)改變傳動(dòng)比 。從而使掛入副箱減速檔時(shí)或得通過(guò)減速齒輪后的六個(gè)減速檔位。對(duì)于變速器的要求： （1）保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；（2）設(shè)置空擋，用來(lái)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸；（3）設(shè)置倒檔，使汽車能到推行駛；（4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出；（5）換擋迅速、省力、方便。工作可靠；（6）汽車行駛過(guò)程中，變速器不得有跳檔、亂檔以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；（7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率；（8）變速器的工作噪聲要低。除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求，滿足汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。 變速器設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù)給定的重型貨車有關(guān)參數(shù)，通過(guò)對(duì)變速器各部分參數(shù)的選擇和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種基本符合要求的手動(dòng)12檔變速器。本文主要完成下面一些主要工作：參數(shù)計(jì)算。包括變速器傳動(dòng)比計(jì)算、中心距計(jì)算、齒輪參數(shù)計(jì)算、各檔齒輪齒數(shù)的分配；變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算。變速器齒輪幾何尺寸計(jì)算；變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇；計(jì)算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)；變速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。包括各軸直徑及長(zhǎng)度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的加工工藝分析；變速器軸承的選擇及校核；同步器的設(shè)計(jì)選用和參數(shù)選擇；變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用；變速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。 第2章 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 結(jié)構(gòu)工藝性兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)用圓柱齒輪，因而簡(jiǎn)化了制造工藝。 變速器的徑向尺寸兩軸式變速器的前進(jìn)擋均為一對(duì)齒輪副，而中間軸式變速器則有二對(duì)齒輪副。因此，對(duì)于相同的傳動(dòng)比要求，中間軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。 變速器齒輪的壽命兩軸式變速器的低擋齒輪副，大小相差懸殊，小齒輪工作次數(shù)比大齒輪要高的多，因此，小齒輪的壽命比大齒輪的短。中間軸式變速器的各前進(jìn)擋，均為常嚙合斜齒輪傳動(dòng)，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命較接近。在直接擋時(shí)，齒輪只空轉(zhuǎn)，不影響齒輪壽命。 變速器的傳動(dòng)效率兩軸式變速器，雖然可以有等于1的傳動(dòng)比，但仍要有一對(duì)齒輪傳動(dòng)，因而有功率損失。而中間軸式變速器，可將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接擋，因而傳動(dòng)效率較高，磨損小，噪聲也較小。轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，而中、重型載貨汽車則多采用中間軸式變速器。因此設(shè)計(jì)的變速器采用中間軸式[6]。倒擋布置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）倒擋齒輪在非工作位置時(shí)，不得與第二軸的齒輪有嚙合現(xiàn)象；（2）換入倒擋時(shí)不得與其他齒輪發(fā)生干涉；（3）倒擋軸在變速器殼體上的支承不得與與中間軸的齒輪相碰。(a) 小客車常用 (b) 直齒滑動(dòng)嚙合四擋 (c) 多數(shù)五擋采用 (d) c方案的改進(jìn) (e) 前進(jìn)擋常嚙合 (f) 前進(jìn)擋常嚙合 (g) 一、倒擋各用一跟撥叉軸。.為了充分利用空間，縮短變速器的軸向長(zhǎng)度，；缺點(diǎn)是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。倒檔結(jié)構(gòu)方案的選擇，應(yīng)根據(jù)其它檔布置情況。力求位置合理并縮短變速器的軸向長(zhǎng)度。綜合以上幾種變速器倒擋布置方案，[7]。. 零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 齒輪形式變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍有復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這對(duì)軸承不利。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。一擋、二擋和倒擋齒輪用直齒，其他擋齒輪用斜齒輪。（a）直齒滑動(dòng)齒輪換擋 （b）嚙合套換擋 （c）同步器換擋 換擋機(jī)構(gòu)形式 換擋機(jī)構(gòu)形式、嚙合套和同步器換擋三種形式。直齒滑動(dòng)齒輪換擋要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)（如兩腳離合器）才能使換擋時(shí)齒輪無(wú)沖擊；換擋行程長(zhǎng)，換擋瞬間駕駛員注意力被分散，又影響行駛安全。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、拆裝與維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩，但除一擋、倒擋已很少使用。嚙合套換擋不能消除換擋沖擊，而且要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性力矩增大。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。使用同步器能保證迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。 自動(dòng)脫擋由于接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動(dòng)等原因，都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫擋。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種：(a) 接合齒位置錯(cuò)開 (b) 齒厚切薄 (c) 工作面加工成倒錐角 防止自動(dòng)脫擋的措施（1）將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開。這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超過(guò)被接合齒的1～3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時(shí)磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來(lái)阻止接合齒自動(dòng)脫擋。（2）將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切?。ā?，這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動(dòng)脫擋。（3）將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2176?！?176。），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫擋的軸向力，（c）所示。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)并加工成臺(tái)階形狀，也具有相同的阻止自動(dòng)脫擋的效果。 本章小結(jié)本章首先對(duì)比了兩軸式和中間軸式的優(yōu)、缺點(diǎn)，由于中間軸式變速器的結(jié)構(gòu)工藝性、變速器徑向尺寸、變速器齒輪的壽命、變速器傳動(dòng)效率好于兩軸式,因此設(shè)計(jì)的變速器選擇中間軸式；接著本章確定了倒擋布置方案；然后對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了分析，即對(duì)齒輪及換擋機(jī)構(gòu)的形式進(jìn)行了分析；最后對(duì)倒擋的布置方案以及防止自動(dòng)脫擋進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 第3章 變速器主要參數(shù)的選擇及齒數(shù)的分配滿足汽車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的擋數(shù)、傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大?！∮饶峥?764基本參數(shù)整備質(zhì)量最大總質(zhì)量最高車速最大爬坡度最大功率最大扭矩輪胎變速器擋數(shù)后橋速比9055kg25000kg90km/h30%19112 擋數(shù)近年來(lái)，為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，乘用車一般用4～5個(gè)擋位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個(gè)擋。商用車變速器采用4～5個(gè)擋或多擋?！?。多擋變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。本設(shè)計(jì)采用十二擋變速器。 變速器傳動(dòng)比是指變速器最高擋與最低擋傳動(dòng)比的比值?！?，其他商用車則更大。初選傳動(dòng)比：設(shè)12擋為直接擋，則 =1 = 式中： —最高車速 —發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速 —車輪半徑 —變速器最小傳動(dòng)比 —主減速器傳動(dòng)比=9549 （轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)=～）所以，=9549= 由上述兩兩式取=2400 r/min==雙曲面主減速器，當(dāng)≤6時(shí)，取=90%~，=96%， ==90%96%=%最大傳動(dòng)比的選擇：①滿足最大爬坡度。根據(jù)汽車行駛方程式 汽車以一擋在無(wú)風(fēng)、瀝青混凝土干路面行駛，公式簡(jiǎn)化為