【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ..................................................................... 71 第 11 章 變速器的潤(rùn)滑與密封 .............................................................................. 73 第 12 章 結(jié) 論 ........................................................................................................ 74 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................. 75 致 謝 ........................................................................................................................ 76 附 錄 ........................................................................................................................ 77 本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒 論 課題研究意義與背景 輕型 貨車作為一種常用的商用車 ， 已在現(xiàn)代的社會(huì)中占有舉足輕重的地位。人們的衣食住行的便利 ， 都有貨車運(yùn)輸方面的功勞 。 社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 、 人們生活水平的提高更需要貨車的運(yùn)輸 。 貨車已成為一個(gè)國(guó)家乃至整個(gè)世界不可缺少的一樣運(yùn)輸工具 。 中國(guó)汽車變速器市場(chǎng)正處于高速發(fā)展期。 2021年中國(guó)汽車銷售 萬輛 ， 2021 年汽車產(chǎn)銷量將突破 900 萬 ， 2021 年汽車銷售規(guī)模將達(dá)到 1263 萬輛。在汽車行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模高速增長(zhǎng)的情況下 ， 中國(guó)變速器行業(yè)面臨著重大機(jī)遇。 2021年我國(guó)汽車變速器市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 300 億元人民幣 ， 并且以每年超過 20%的速度增長(zhǎng) 。 預(yù)計(jì) 2021 年有望達(dá)到 600 億元。依靠科技進(jìn)步和自主創(chuàng)新 ， 已形成年產(chǎn)銷汽車變速器 100 萬臺(tái)、齒輪 5000 萬只和汽車鍛件 10 萬噸的綜合生產(chǎn)能力。汽車變速器產(chǎn)品在 4 檔 ~16 檔市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了全方位覆蓋 ， 廣泛匹配于輸入扭矩 300—3000Nm、載重量 2 噸 ~60 噸之間的重 型車、大客車、中輕型卡車、工程用車和低速貨車等各種車型 ， 被國(guó) 內(nèi) 50 多家主機(jī)廠的上千種車型選為定點(diǎn)配套產(chǎn)品。法士特變速器在國(guó)內(nèi) 8 噸以上重型汽車配套市場(chǎng)占有率 78%， 15 噸以上配套市場(chǎng)占有率超過 90%， 重型變速器產(chǎn)銷量世界第一 [1]。 隨著我國(guó)汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展 ， 人們對(duì)汽車的需求也越來越高。人們?cè)谫?gòu)車時(shí)大多只注重的是發(fā)動(dòng)機(jī)的性能 ， 而且這似乎已成為了衡量汽車品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ， 因?yàn)樗莿?dòng)力的締造者。但是 ， 卻不能忽略掌控速度快慢的變速器。變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分 ， 其技術(shù)的發(fā)展 ,是衡量汽車技術(shù)水平的一 項(xiàng)重要依據(jù)。由于變速器在汽車結(jié)構(gòu)中具有著重要的作用 。 因此變速器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步具有著深遠(yuǎn)的意義 。 變速器的簡(jiǎn)介 1894 年，一個(gè)法國(guó)工程師給一輛汽車裝上世界上第一個(gè)變速器，至今汽車變速器已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展。汽車變速器誕生 100 多年來，齒輪變速器一直占據(jù)著統(tǒng)治地位，但隨著汽車技術(shù)日新月異的發(fā)展，高科技不斷引入汽車工業(yè)，變速器的技術(shù)也發(fā)生了很大的變化。汽車變速器的發(fā)展，最本質(zhì)的就是從汽車傳動(dòng)的平順性、舒適性，駕駛員操作的輕松性考慮，因而相應(yīng)地提高了汽車的通過 本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 性與經(jīng)濟(jì)性。隨著人們對(duì)車輛性能要 求的不斷提高，變速器技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車變 速器已成為提高整車性能的突破口，各種類型汽車變速器的誕生與發(fā)展都影響著全球及各大主要地區(qū)的汽車市場(chǎng)格局，中國(guó)市場(chǎng)也身居其中。今后汽車變速器市場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)的多層次多樣化狀態(tài)。 變速器在發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車傳動(dòng)系之間主要起著匹配作用，通過改變變速器的傳動(dòng)比，可以使汽車在不同的使用條件下得到不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作 [2]。汽車傳動(dòng)系是汽車的主要組成部分，變速器又是傳動(dòng)系的重要部件，它們的任務(wù)就是充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力有效而 經(jīng)濟(jì)地傳到驅(qū)動(dòng)輪，以滿足汽車行駛上的各項(xiàng)要求。變速箱由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)兩部分組成。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的數(shù)值和方向；操縱機(jī)構(gòu)的主要作用是控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變速器傳動(dòng)比的變換，即實(shí)現(xiàn)換擋，以達(dá)到變速變矩。 機(jī)械式變速箱主要應(yīng)用了齒輪傳動(dòng)的降速原理。簡(jiǎn)單的說，變速箱內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的齒輪副，而汽車行駛時(shí)的換擋行為，也就是通過操縱機(jī)構(gòu)使變速箱內(nèi)不同的齒輪副工作。 現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)工作提出了很更高的要求。在這種情況下，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，不但要滿足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，而且 要求輪廓尺寸和質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、工作可靠、壽命長(zhǎng)、噪音低、維修方便等要求等。 機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。 變速器的分類 按傳動(dòng)比的變化方式劃分，變速器可分為有級(jí)式、無級(jí)式和綜合式三種。 (a)有級(jí)式變速器： 有級(jí)式變速器應(yīng)用最廣泛 。 它采用齒輪傳動(dòng) ， 具有若干個(gè)定值傳 動(dòng)比。按所用的齒輪輪系不同：有軸線固定式、普通齒輪變速器，和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器、行星齒輪變速器。目前，轎車和輕、中型貨車的變速器的傳動(dòng)比通常有 3~5 個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒 檔。在重型汽車用的是組合式變速器，采用更多檔位，一般是由兩個(gè)變速器組合而成的。 (b)無級(jí)式變速器 :無級(jí)式變速器的傳動(dòng)比在一定的范圍內(nèi)可以按無限多級(jí)變化。常見的有電力式和液力式、動(dòng)液式。電力式的在傳動(dòng)系中也用廣泛采用的趨勢(shì)，其變速傳動(dòng)部件為直流串激電動(dòng)機(jī)。液力式的傳動(dòng)部件是液力式變矩器。 (c)綜合式變速器：綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪 式有級(jí)變速器組成的液力機(jī)械式變速器。其傳動(dòng)比可以在最大值和最小值之間的幾個(gè)間斷范圍內(nèi)作 本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 無 級(jí)變化。目前的應(yīng)用較為廣泛。 按操縱方式劃分，變速器可以分為強(qiáng)制操 縱式，自動(dòng)操縱式和半自動(dòng)操縱式。 (a)強(qiáng)制操縱式變速器：靠駕駛員直接操縱變速桿換擋。 (b)自動(dòng)操縱式變速器：傳動(dòng)比的選擇和換擋是自動(dòng)進(jìn)行的。駕駛員只需操縱加速踏板，變速器就可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷信號(hào)和車速信號(hào)來控制執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)檔位的變換。 (c)半自動(dòng)操縱式變速器：可分為兩類，一類是部分檔位自動(dòng)換擋，部分檔位手動(dòng) (強(qiáng)制 ) 換擋；另一類是預(yù)先用按鈕選定檔位，在采下離合器踏板或松開加速踏板時(shí)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行換擋 [4]。 從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動(dòng)變速器（ MT）、液力自動(dòng)變速器（ AT）、金屬帶式無級(jí)變速器（ CVT）以及機(jī)械式自動(dòng)變速器（ AMT）等。 變速器的功用 現(xiàn)代汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器。車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)，而且在很大程度上還依賴于變速器以及變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配 [3]。 變速器的 功用 有 ： (1)改 變傳動(dòng)比，滿足不同行駛條件對(duì)牽引力的需要，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡量工作在有利的工況下，滿足 可能的行駛速度要求。 在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動(dòng)輪上扭矩的大小。由于汽車行駛條件不同，要求汽車行駛速度和驅(qū)動(dòng)扭矩能在很大范圍內(nèi)變化。例如，在高速路上車速應(yīng)能達(dá)到 100km/h，而在市區(qū)內(nèi)，車速常在 50km/h 左右。空車在平直的公路上行駛時(shí)，行駛阻力很小，則當(dāng)滿載上坡時(shí)，行駛阻力便很大。而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而轉(zhuǎn)矩變化范圍更不能滿足實(shí)際路況需要。 (2)實(shí)現(xiàn)倒車行駛，用來滿足汽車倒退行駛的需要。實(shí)現(xiàn)倒車行駛汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸一般都是只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的，而汽車有時(shí)需要能 倒退行駛，因此，往往利用變速箱中設(shè)置的倒檔來實(shí)現(xiàn)汽車倒車行駛。 (3)中斷動(dòng)力傳遞，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，怠速運(yùn) 轉(zhuǎn)，汽車換 擋 或需要停車進(jìn)行動(dòng)力輸出時(shí)，中斷向驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳遞。 (4)實(shí)現(xiàn)空檔，當(dāng)離合器接合時(shí)，變速箱可以不輸出動(dòng)力。例如，可以保證駕駛員在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火時(shí)松開離合器踏板離開駕駛員座位。 本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 變速器設(shè)計(jì)方案及論證 變速器的 設(shè)計(jì) 要求 變 速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā) 動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。 應(yīng)保證汽車具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)汽車載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及汽車使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來滿足這一要求。 變速器設(shè)有空檔，可在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車滑行或停車時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力停止向驅(qū)動(dòng)輪傳輸。變速器設(shè)有倒檔，使汽車獲得倒退行駛能力。需要時(shí)，機(jī)械式變速器還有動(dòng)力輸出功能。 工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、亂檔、換擋沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過采用同步 器和預(yù)選氣動(dòng)換擋或自動(dòng)、半自動(dòng)換擋來實(shí)現(xiàn)。 變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率且工作噪聲低。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。 除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。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) [4]。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、功率比越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。 為滿足以上使用性能要求，本變速器采用有級(jí)式變速器。變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)構(gòu)成。變速器傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)包括換擋齒輪、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸。實(shí)現(xiàn)操作需要避免、避免沖擊布置的同步器，操縱機(jī)構(gòu)還要求有自鎖和互鎖裝置。轎車多采用兩軸式變速器，貨車多采用三軸式變速器 ， 同步器設(shè)計(jì)采用鎖環(huán)式同步器。 變速器設(shè)計(jì)方案論證 變速器設(shè)計(jì)方案要求從使用性能、制造條件和重量、價(jià)格性價(jià)比等多方面考 本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 慮，要求滿足制造、使用、維修等條件。所以應(yīng)從齒輪的形式，軸的形式及布置的 合理性等多方面分析，得到最佳方案。 固定軸式變速器中的兩軸式和中間軸式變速器得到廣泛應(yīng)用。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車上。 與中 間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外，各中間檔位因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng)力，故傳動(dòng)效率高同時(shí)噪聲也低。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，容易損壞，還有，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器與一檔速比不可能設(shè)計(jì)的很大。對(duì)于前進(jìn)檔，兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。 中間軸式變速器一般采用第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體的傳動(dòng)方案，絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸支 撐在第一軸的后端的孔內(nèi)，并且保持兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔。使用直接檔，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá)到 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訖n的利用率要高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)檔位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過設(shè)置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩對(duì)齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離不大的條件下，一檔仍然有較大的傳動(dòng)比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng) [5]。檔位低的齒輪的齒輪可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，多數(shù)傳動(dòng)方案中除一檔以外 的其它檔位的 換擋 機(jī)構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一檔也采用同步器或嚙合套換擋，還有各檔同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。 在除直接檔以外的其它檔位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低。這是它的缺點(diǎn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的乘用車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，將第二軸加 長(zhǎng)置于附加殼體內(nèi)，如果在附加殼體內(nèi)布置倒檔傳動(dòng)齒輪和換擋機(jī)構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸及提高中間軸和輸出軸的剛度。 由于本次設(shè)計(jì)的 CA1046 型載貨汽車為輕型貨車，通過對(duì)上述方案的分析，決定采用中間軸式變速器。 變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性及平均車速，從而可提高汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。但采用手動(dòng)的機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)迅速、無聲換擋，對(duì)于多于 5 個(gè)前進(jìn) 檔的變速器來說是困難的。 本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 因 此，本次設(shè)計(jì) CA1046 型載貨汽車變速