KD1080型载货汽车设计(变速器总成设计).pdf

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1、 1 KD1080 型载货汽车设计（变速器总成设计）摘 要 发 动 机 的 输 出 转 速 非 常 高，最 大 功 率 及 最 大 扭 矩 在 一 定 的 转 速 区 出现。为 了 发 挥 发 动 机 的 最 佳 性 能，就 必 须 有 一 套 变 速 装 置，来 协 调 发 动机 的 转 速 和 车 轮 的 实 际 行 驶 速 度。变 速 器 可 以 在 汽 车 行 驶 过 程 中，在 发动 机 和 车 轮 之 间 产 生 不 同 的 变 速 比，通 过 换 挡 可 以 使 发 动 机 工 作 在 其 最佳 的 动 力 性 能 状 态 下。变 速 器 作 为 汽 车 的 一 个 重 要 组

2、成 部 分，是 用 来 改 变 发 动 机 传 到 驱 动 轮 上的 转 矩 和 转 速，目 的 是 在 原 地 起 步、爬 坡、转 弯、加 速 等 各 种 行 驶 工 况 下 使汽 车 获 得 不 同 的 牵 引 力 和 速 度。本 次 设 计 的 变 速 器 是 一 款 手 动 中 间 轴 式 4+1挡 机 械 式 变 速 器。为 了 保 证轴 的 刚 度 要 求，将 一 挡 和 倒 挡 布 置 在 变 速 器 的 最 右 边，为 了 使 结 构 更 紧 凑、合 理，倒 挡 采 用 中 间 轴 齿 轮。换 挡 机 构 全 部 采 用 同 步 器 进 行 换 挡，变 速 器 采用 直 接 操

3、 纵 机 构，在 其 上 设 置 了 互 锁、倒 挡 锁 等 一 套 锁 止 装 置，使 驾 驶 员 能够 安 全、迅 速 的 对 变 速 器 操 纵,结 合 总 体 的 要 求 操 纵 机 构 形 式 选 用 直 接 操 纵机 构 形 式。本 次 设 计 的 变 速 器 即 满 足 了 汽 车 必 要 的 动 力 性 也 满 足 了 其 经 济 性的 指 标。最 后 通 过 对 齿 轮、轴、键、轴 承 等 的 校 核，其 变 速 器 的 尺 寸 及 其 部件 的 强 度 都 满 足 设 计 要 求。关 键 词：变 速 器,设 计,中 型 载 货 汽 车,传 动 比 2 KD1080 TRUC

4、K DESIGN (THE GENERAL DESIGHN OF TRANSMISSION)ABSTRACT The output of the engine speed is very high,maximum power and maximum torque occurs at a certain speed zone.In order to play the best performance of the engine,it must be a variable speed device,to coordinate engine speed and the actual wheel sp

5、eed.Transmission can be in the car driving the process,between the engine and the wheels have different gear ratio,the engine can work through the shift in the dynamic performance of its best state.Transmission as an important part of the car is used to change the engine reached the driving wheel to

6、rque and rotational speed on the aim of starting in place,climbing,cornering,acceleration and other driving situation,vehicle access to the different traction and speed.The transmission is a manual designed for intermediate shaft 4+1 gear mechanical transmission.To ensure the axial stiffness require

7、ments,the layout of a block and reverse gear in the transmission of the far right,in order to make the structure more compact and reasonable use of the intermediate shaft gear reverse gear.Shifting agencies all use synchronizer for shifting,transmission by direct manipulation of institutions,in thei

8、r last set,interlocking,reverse gear lock of a locking device so the driver can safely,quickly on the transmission control,combined with the overall requirements of direct manipulation of institutional forms used form of control mechanism.The design of the transmission that is necessary to meet the

9、dynamic nature of the automobile also meet its economic targets.Finally,through the gears,shafts,keys,bearings,etc.checked,the size of its transmission and its components have the strength to meet the design requirements.KEY WORDS:Transmission,Design,Medium truck,Speed ratio 3 目录 前 言 1 第 一 章 概 述 2 第

10、 二 章 变 速 器 传 动 机 构 布 置 4 2.1 传 动 机 构 布 置 方 案 分 析 4 2.2 零 部 件 结 构 方 案 分 析 9 第 三 章 变 速 器 主 要 参 数 的 选 择 12 3.1 中 心 距 A 13 3.2 齿 轮 参 数 的 选 取 13 3.3 各 挡 齿 轮 齿 数 的 分 配 及 传 动 比 计 算 15 第 四 章 变 速 器 的 设 计 与 计 算 19 4.1 轴 的 计 算 与 校 核 19 4.2 齿 轮 的 计 算 与 校 核 22 4.3 轴 承 的 计 算 与 校 核 25 4.4 键 的 校 核 计 算 26 第 五 章 同 步

11、器 的 设 计 28 第 六 章 变 速 器 操 纵 机 构 设 计 30 结 论 31 参 考 文 献 32 致 谢 33 附 录 34 4 符号说明 M 汽 车 总 重 量 maxeT 发 动 机 转 矩 rr 滚 动 半 径 1gi 一 档 传 动 比 2gi 二 档 传 动 比 3gi 三 档 传 动 比 4gi 四 档 传 动 比 ri 倒 档 传 动 比 oi 主 减 速 比 max 道 路 最 大 阻 力 系 数 KA 中 心 距 系 数 g 变 速 器 传 动 效 率 K 应 力 集 中 系 数 fK 摩 擦 力 影 响 系 数 z 齿 轮 的 齿 数 y 齿 型 系 数 w

12、齿 轮 弯 曲 应 力 1F 圆 周 力 5 k 应 力 集 中 系 数 kC 齿 面 宽 系 数；t 法 向 齿 距 y 齿 行 系 数 k 重 合 度 影 响 系 数 fk 摩 擦 力 影 响 系 数 k 键 与 轮 毂 键 槽 的 接 触 高 度 l 键 的 工 作 长 度，mm，圆 头 平 键lLb，这 里 的L为 键 的 公 称 长 度，mm；b为 键 的 宽 度，mm d 轴 的 直 径，mm p 键、轴、轮 毂 三 者 中 最 弱 材 料 的 许 用 挤 压 应 力。6 前 言 随着社会经济展水平的提高，汽车保有量迅猛增长，同时对载货汽车性能和质量提出了更高的要求。载货汽车制造商

13、不仅面临着用户对产品性能与质量越来越高的要求，而且面临着严格的技术法规约束以及降低产品成本等压力。因此在载货汽车的开发过程中，广泛采用各种先进的技术和理论方法，使设计过程自动化，以满足产品设计的需 要 已 成 为 必 然 趋 势。在 工 程 设 计 中 应 当 采 用 先 进 的 技 术 和 理 论 方法，使设计过程自动化、合理化，以满足产品设计的需要优化设计方法则提供了一条可能高效率的求得最优的设计方 案的途径。传 动系是载货汽车的主要组成部分，变速器又是传动系的重要部件，因此载货汽车变速器的性能改良设计能够大大提升传动系的性能。在载货汽车制造的多年发展历史中，变速箱的技术进步和水平一直处于

14、举足轻重的地位，虽然随着 我国汽车制造水平 的不断提高，正在 不断的完善和成熟，但变速器方面的技术，但与发达国家仍存在着不小的差距，我国是一个运输大国，载货汽车的制造和使用在数量上一直处于世界的前列，如果能够实现载货汽车的优化，相信能够节约成本，提高效率。本人此次毕业设计的课题是 KD1080载货汽车变速器设计。变 速 器 作为 汽 车 的 一 个 重 要组 成 部 分，是 用 来改 变 发 动 机 传 到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下使汽车获得不同的牵引力和速度。本说明书主要介绍了 KD1080载 货汽 车 变速器总成 设计，包括概述 及 五 章 设

15、 计 内 容，希 望 老 师 对 于 说 明 书 中 的 不 足 之 处 予 以 批 评 指正。7 第一章概述 变速器是用来改变改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速的，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。变速器设有空挡，可在启动发动机，汽车滑行或停车时使 发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，变速器还有动力输出功能。对变速器提出如下要求：1）保证汽车有必要的动力性和经济性。2)设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3)设置倒挡，使汽车能倒退行驶。4)设置动力输出装置，

16、需要是能进行功率输出。5)换档迅速、省力、方便。6)工作可靠。汽车行使过程中，变速器不得跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。7)变速器应有高的工作效率。8)变速器的工作燥声低。除此之外，变速 器 还应当轮 廓尺寸 和 质量小、制造 成 本 低、拆装容易、维修方便等要求。满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小，变速器的传动比范围越大。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。变速传动机构可按前进 8 挡数或轴的形式分类。在原有变速传动机构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。近年来，变速器操纵机构 有

17、向 自 动 发 展 的 趋 势。9 第二章变速器传动机构布置 机械式变速器因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在不同形式的汽车上得 到广泛的应用。2.1 传动机构布置方案分析 一、固定轴 式变速 器 1.两 轴 式 变 速 器 固 定 轴 式 变 速 器 中 的 两 轴 式 和 中 间 轴 式 变 速器得到广泛应用。其中，两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车 上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器因轴和轴承数少，结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间挡位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时燥声也低。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴

18、承均承载，不仅工作燥声增大，容易损坏，还有，受结构限制，两轴式变速器与一挡速比不可能设计的很大。对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反;而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的转动方向相同。图 21 示出用在发动机前置前轮驱动的乘用车上的两轴式变速器传动方案。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，主减速器采用弧锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均采用常啮合齿轮传动。图 21f 中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并且用同步器换档；同步器多数用在输出轴上，这是因为一挡主动齿轮尺寸小，同步器装在输入轴上有

19、困难，而高挡 的同步器可以装在输入轴后端，如图 21d,e 所示；图 21d 所示方案有辅助支撑，用来提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。图 21f 所示方案为五挡全同步器式变速器，以此为基础，只要将五挡齿轮用尺寸相当的隔套替代，即可改变为四挡变速器，从而形成一个系列产品。10 图2 1 两 轴 式 变 速 器 传 动 方 案 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 置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经 轴 承支撑 在发动 机飞 轮上,第 一 轴 上 的 花 键 用 来 装 设 离 合 器 的 从

20、动 盘,而 第 二 轴 的 末 端 经 花 键 与万向节连接。图分别示出了几种中间轴式变速器的传动方案。各种传动方案的共 同 特 点是:变 速 器 的 第 一 轴后 端 与 常 啮 合 主 动齿 轮 做 成 一 体。绝大多 数 方 案 的 第 二 轴 前 端 经 轴 支 撑 在 第 一 轴 的 后 端 的 孔 内,并 且 保 持 两轴 轴 线 在 同 一 直 线 上,经 啮 合 套 将 它 们 连 接 后 可 得 到 直 接 挡。使 用 直接 挡,变 速 器 的 齿 轮 和 轴 承 及 中 间 轴 均 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

21、动效率 高,可 达到 90%以上,噪 声 低,齿 轮 和 轴 承 的 磨 损 减 少。因 为 直 接 挡 的 利 用 率 要 高 于 其 它 挡位,因 而 提 高 了 变 速 器 的 使 用 寿 命;在 其 它 前 进 挡 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 上 的 两 对 齿 轮 传 递,因 此 在 变 速 器 中 间 轴 与 第 二 轴 之 间 的 距 离 不 大 的 条 件 下,一 挡 仍 然有 较 大 的 传 动 比;档 位 高 的 齿 轮 采 用 常 啮 合 齿 轮 传 动,挡 位 低 的 齿 轮的 齿 轮

22、 可 以 采 用 或 不 采 用 常 啮 合 齿 轮 传 动,多 数 传 动 方 案 中 除 一 挡 以外 的 其 它 挡 位 的 换 档 机 构,均 采 用 同 步 器 或 啮 合 套 换 挡,少 数 结 构 的一 挡 也 采 用 同 步 器 或 啮 合 套 换 挡,还 有 各 挡 同 步 器 或 啮 合 套 多 数 情 况 11 下装在第二轴上。在 除 直 接 挡 以 外 的 其 它 挡 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。在 挡 数 相 同 的 情 况 下,中 间 轴 式 变 速 器 主 要 在 常 啮 合 齿 轮 对 数,轴 的 支

23、撑 方 式,换 挡 方 式 和 倒 挡 传 动 方 案 以 及 挡 位 布 置 顺 序 上 有 差别。图2-2 中 间 轴 式 四 档 变 速 器 传 动 方 案 如图 22 中间轴式五档变速器传动方案中,图 a 所示方 案中,除一,倒挡用直齿滑动齿轮换挡外,其余各挡为常啮合齿轮传动。图 b、c 所示的方案的各前进挡均采用常啮合齿轮传动。图 d 所示方案中的倒挡和 超 速 挡 安 装 在 位 于 变 速 器 后 部 的 副 箱 体 内,这 样 布 置 除 可 以 提 高 轴的 刚 度,减 少 齿 轮 磨 损 和 降 低 噪 声 外 还 可 以 在 不 需 要 超速 挡 的 条 件 下,很容易形

24、成一个只有四个前进挡的变速器。图 a 所示方案中的一挡,倒挡和图 b 所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡,其余各挡均为常啮合齿轮。以 上 各 方 案 中,凡 采 用 啮 合 齿 轮 传 动 的 挡 位,其 换 挡 方 式 可 以 用同步器或啮合套来实现。同一变速器中,有的挡位用用同步器换挡,有的 挡 位 用 啮 合 套 换 挡,那 么 一 定 是 挡 位 高 的 用 同 步 器 换 挡,挡 位 低 的用啮合套换挡。发 动 机 前 置 后 轮 驱 动 的 承 用 车 采 用 中 间 轴 式 变 速 器,为 缩 短 传 动轴 长 度,将 第 二 轴 加 长 置 于 附 加 壳 体 内,如 果 在

25、附 加 壳 体 内 布 置 倒 挡传 动 齿 轮 和 换 挡 机 构,还 能 减 少 变 速 器 主 体 部 分 的 外 形 尺 寸 及 提 高 中间轴和输出轴的刚度。12 变速器用图 22c 所示的多支撑结构方案,能提高轴的刚度。这时 如 用 在 轴 的 平 面 上 可 分 开 的 壳 体,就 能 很 好 的 解 决 轴 和 齿 轮 等 零 部件装配困难的问题。图 22 c 所示方案的高档从动齿轮处于悬臂状态,同 时 一 挡 和 倒 挡 齿 轮 布 置 在 变 速 器 壳 体 的 中 间 跨 距 里,而 中 间 挡的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。本 次 设 计 我 设计 的 中 型

26、货 车变 速器，通 过 对 上述 方案 的 分 析，决定 采用 中 间 轴 式 变 速器。二、倒挡 布置方案 与前进挡相比，倒 挡 使 用 率 不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换挡。为了实现倒挡传动，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。图2 3 倒 挡 布 置 方 案 13 图 2 3为常 见 的 倒 挡布 置方 案。图 2 3b 所示方案的优点是倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间周的长度；但倒挡时要求有两队齿轮同时进入啮合，使倒挡困难，图 2 3c 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

27、。图 2 3d 所示方案针对前者的缺点作了修改，因而取代了图 2 3c 所示方案。图 2 3e所示方案是将中间轴上的一倒挡齿轮做成一体，将齿宽加长 。图 23f 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器的轴向长度，有的货车倒挡传动采用图 2 3g 所示方案；其缺点是一，倒挡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。变速器的一挡或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用的力也大，并导致变速器轴产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终 表现出 齿轮 磨 损 加快 和工 作噪声 增 加。为此，无论 使两 轴式变 速器还 是 中 间 轴

28、式 变 速 器 的 一 挡 与 倒 挡，都 应 当 布 置 在 靠 近 轴 的 支 撑处，以便改善上述不良状况，然后按照从低挡到高挡的三顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡 的 传 动 比 虽 然 与 一 挡 的 传 动 比 接 近，但 因 为 使 用 倒 挡 的 时 间 非 常短，从 这 点 出 发 有 些 方 案 将 一 挡 布 置 靠 近 轴 的 支 撑 处。倒挡设置在变速器的左侧或右侧，在结构上均能 实现，不同之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止以外挂如倒挡，一般 14 在挂倒挡时设有一个挂倒挡时需要克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意

29、。2.2零部件结构方案分析 一、齿轮 形式 变速器用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，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，运转平稳，工作噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。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齿数增加，导致变速器的质量和转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。本次设计全部采 用斜齿圆柱齿轮。二、换挡 机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮，啮合套，和同步器换挡三种形式。汽车行驶时，因变速器内各转动齿轮有不同的角速度，所以用轴向滑动直齿齿轮方式换挡，会在齿端面产生冲击，并伴随噪声。这不仅是齿轮端部磨损加剧并过

30、早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使承坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术才能使换挡时齿轮无冲击，并克服上述缺点；但换挡瞬间驾驶员注意力被分散，又影响行驶安全。除此之外，采用直齿滑动齿轮换挡时，换挡行程长也是它的缺点。因此，尽管这种换挡方式结构简单，制造，拆 装与维修工作容易，并能减少变速器旋转部分的惯性力矩，但除一挡，倒挡外已很少使用。当变速器第二轴上的齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态时，可以用移动啮合套换挡。这时，不仅换挡行程短，同时因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，而齿轮又不参与换挡，所以它们都不会过早损坏；但因不能消除换挡冲击，仍然要求驾驶员又熟练的操作技术。因此，目前

31、这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。这是因为重型货车挡位间的公比较小，则换挡机构连接件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且与同步器换挡比较还有结构简单，制造 容易，能降低制造成本及减少变速器长度等有点。15 使用同步器能保证迅速，无冲击，无噪声换挡，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性，燃油经济性和行驶安全性。同上述两种换挡方法比较，虽然它油结构复杂，制造精度要求高，轴向 尺寸大等缺点，但仍然得到广泛的应用。利用同步器或啮合套换挡，其挡位行程要比滑动齿轮换挡行程短。在滑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，要求换入不同挡位的变速杆行

32、程应尽可能一样，如利用同步器或啮合套换挡，就很容易实现这一点。我采用的换挡机构形式是除了一挡和倒挡采 用啮 合套换挡 之外，其余各挡均采用同步器换挡。三、变速 器轴承 作 旋 转 运 动 的 变 速 器 轴 支 撑 在 壳 体 或 其 它 部 位 的 地 方 以 及 齿 轮与轴不做固定连接处应安置轴承。变速器轴承常采用圆柱滚子轴承，球轴承，滚针轴承，圆锥滚子轴承，滑动轴套等。至于何处应当采用何种类型的轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。汽车变速器结构紧凑，尺寸小的特点，采用尺寸大写的轴承受结构限制，常在布置上油困难。如变速器的第二轴前端支撑在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够

33、时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。第二轴后端常采用球轴 承，用来承受轴向力和径向力。变速器第一轴前端支撑在飞轮的内腔里，因有足够大的空间，常采用一端有密封圈的球轴承来承受径向力。作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后不轴承传给变速器壳体，此处常采用轴承外圈有挡圈的球轴承。由于变速器向轻量化方向发展的需要，要求减少变速器中心距，这就影响倒轴承外径的尺寸。为了保证轴承有足够的寿命，可选用能承受一定轴向力的无保持架的圆柱滚子轴承。中间轴上齿轮工作时产生的轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以，但当在壳体前端面布置轴承盖由困难时，必须由后端轴承承受轴向力。前端采用圆柱滚子轴承来 承

34、受径向力，而 后端采 用外 圈由挡 圈 的 球轴 承或圆柱滚子轴承。圆锥滚子轴承因有直径较小、宽度较宽，因而容量大，可承受高负荷和通过对轴承预紧能消除轴向窜动等优点，故在一些变速器上得到应用。圆锥滚子轴承也有装配后需要调整预紧，使装配麻 16 烦且磨损后轴易歪斜，从而影响齿轮正确啮合等一些缺点。当采用锥轴承时，要注意轴承的预紧，以免壳体受热膨胀后轴承出现间隙而使中间轴歪斜。导致齿轮不能正确啮合而损坏。因此。锥轴承不适合用在线性系数比较大的铝合金壳体上。变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以及中间轴前、后轴承，按直 径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。轴承的直径根据变速器中心距确定，并保证壳体

35、后壁两轴承孔之间的距离不小于 6-20mm。滚针轴承、滑动轴套主要用在用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。滚针轴承有滚动摩擦损失小、传动效率高、经向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的经向间隙大、易磨损、间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增加。滑动轴套的优点是制造容易、成本低。第二轴的两端采用深沟球轴承，第二轴中和齿轮 配合的轴承采用滚针轴承，中间轴两端采用深沟球轴承。17 第三章变速器主要参数的选择 3.1 中心距 A 对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴轴线之间的距离称为变速器的中心距 A。对两轴式变速器，将变速器输入轴与输出轴轴线之

36、间的距离称为变速器的中心距 A。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积大小由影响，而且对齿轮的接触强度由影响。中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮的寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证齿轮必要的接触强度来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与反便和不 因 同一垂 直面上 的两 轴承孔之间的距离过小而影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。此外，受一挡小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要大些。还有，变速器中心距取的过小，会使变速器长度增加，并因此使轴的刚度被削弱和使齿轮的啮合状态变坏。对于中间轴式初选中心距 A时，可根据下述公式计算 A=KA31m a xgei

37、T (3-1)式 中，A为中心距（mm）；KA为 中心 距系数，货车取 KA8.69.6；maxeT为发动机的最大转矩（N.m）；1i为变速器一挡传动比；g为变速器传动效率，取 96。分析该车发动机及相关参数：该车为 8吨左右的中型载货汽车，参考相关车型 HFC1060D1，选择轮胎型号为：7.00-20。按下试计算轮胎半径：0.0254(1)2sdrb (3-2)其中 =0.10-0.12；取 =0.11代入 数 据 得 sr 41.6 cm 其 中 KA9.2，maxeT385Nm，1gi6.86 18 按最大爬坡度计算一挡传动比：参考同类车型：取主减速器传动比为0i=4.375，取T=0

38、.89。max1max 0sgeTmgriTi (3-3)试 中:m为 汽 车 重 质 量m=8000gk,g为 重 力 加 速 度g=9.8N/Kg,maxeT为 发 动 机 最 大 转 矩m a xeT=385N.m,0i为 主 减 速 器 传 动 比等于 4.375，max为道路最大阻力系数等于 0.31，sr为驱动轮滚动半径，T 为汽车传动系效率。代入数据得1gi6.68。根据车轮与路面附着条件确定一档传动比：T210maxsgGriTei (3-4)2G为汽车满载时静止于水平路面驱动 桥给路面的载荷，参考同类车型2G=3869Kg,为道 路 附 着 系数，计算 时 取=0.5-0.6

39、，在此取 0.55。代入数据得1gi7.251 参考同类车型 HFC1060D1初选一档传动比为1gi=6.86 其 他 各 档 传 动 比 按 等 比 数 列 来 分 配：则2gi=3.61，3gi=1.90，4gi=1。把一档传动比代入中心距公式计算变速器中心距：A=9.132026.496%=123.59mm 圆整后取 A=124mm。3.2 齿轮参数的选取 一、模数 齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等。在变速器中心距相同的的条件下，选取较小的模数，就可以增加齿轮的齿数，同时增加齿宽可使齿轮啮合的重合度增加，并减少齿轮噪声、所以为了减

40、少噪声应合理减少模数，同时增加齿宽；为使质量 19 小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数，而从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数；减少乘用车齿轮工作噪声又较为重要的 意义，因此齿轮的模数应选的小些；直齿轮模数 310.33maxmT 带 入 数据 m=4.49 取 m=4.5mm 斜齿轮模数 30.47maxneMT 带入 数据 nM=3.46 取 为 3.5mm 表3 1 汽 车 变 速 器 齿 轮 的 法 向 模 数nm 车型 微 型、轻 型 轿车 中 级 轿车 中 型 货车 重 型 汽车 nm 2.25-2.75 2.75-3 3.50-4.5 4

41、.50-6 由于设计车型为中型货车，所以取nm=3.5mm。二、压力 角 齿轮压力角较小时。重合度较大并降低了齿轮的刚度，为此能减少进入啮合和推出啮合时的动载荷，使传动平稳，有利于降低噪声；压力角较大时，可提高齿轮的抗弯强度和表面接触强度。试验证明：对于直齿轮，压力角为 28时强度最高，超过 28时强度增加不多；对于斜 齿轮，压 力 角为25时强度 最 高。因 此理 论上 对 于乘用 车，为加大重合度以降低噪声应取 用 14.5，15，16，16.5等小些的压力角；对商用车，为提高齿轮承载能力应选用 22.5或 25等大些的压力角。实际 上，因国 家规 定的 标准 压力 角 为20，所以 变速

42、 器齿 轮普遍 采 用 压 力 角 为20。在 这 次 设 计 中 我 选 用 压 力 角 20同 步 器30。三、螺旋 角的 选取 选取斜齿轮的螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声的、齿轮的强度和轴向力的影响。在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声 低。试验还证明：随着螺旋角的增大，齿的强 度也 相应 的 提高。不过 当螺 旋 角大于30时，其 抗弯强 度 骤 20 然下降，而接触强度仍继续上升。斜齿轮的螺旋角一般在 20到 30之间。在这次设计中我选用螺旋角25 四、齿宽 b 在选择齿宽时，应该注意齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受

43、力均匀程度均有影响。考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用较小的齿宽。另一方面，齿宽减小使斜齿轮传动平稳的有点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋 角 的方 法 给 予补 偿，但这 时轴 承承受的轴向力增大，使其寿命降低。齿宽窄又会使齿宽方向受力不均匀造成便载，导致承载能力降低，并载齿宽 方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽：斜 齿 b=nmcK,cK为齿 宽 系数 取 为 7.08.6 直 齿cK=4.4-7.0 第 一 轴 常 啮 合 齿 轮 副 的 齿 宽 系 数cK可 取 大 些，使 接 触 线 长 度 增加，接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。对于模数相

44、同的各挡，挡位低的齿轮的齿宽系数取得稍大。本次设计 直 齿 轮 b=4.5x6=27mm,斜 齿 轮 b=3.5x8=28mm。五、齿轮 变位系数 的选择原则 齿轮的变位是齿轮设计中的一个重要环节。采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外，它还影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。齿轮变位主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一 对啮合 齿轮 的 变 位系 数之 和等于 零。高 度变位可增 加小 齿轮的 齿根强度，使它达到和大齿轮强度相接近的程度。高度变位齿轮副的缺点使不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于

45、零。角度变位即具有高度变位的优点，又避免了其缺点。由几对齿轮安装在中间轴和第二轴上组合并构成的变速器，会因保证各挡传动比的需要，使各相互啮合的齿轮副的齿数和不同。为保 21 证各对齿轮由相同的中心距，此时应对齿轮进行变位。对于斜齿轮传动，可以通过选择合适的螺旋角来达到中心距相同的要求。我在齿轮设计中斜齿轮没有达到根切，采用 改变螺旋角大小的方法来保证中心距，所以没有采用齿轮变位。直齿轮采用了等变位齿轮。3.3 各挡齿轮齿数的分配及传动比的计算 在 初选 中心 距、齿轮 模 数 和螺 旋角 后，可 根据变 速器 的挡 数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。应该注意的是，各挡齿轮的齿数比不应该

46、尽可能不是整数，以使齿面磨损均匀。一档和倒档采用直齿轮，其余采用斜齿，同取 m=3.5mm。1.确定一档齿轮 参 数及传动比：初选 一挡的传动比为：2711 86.68gz ziz z （3 7）直 齿7z和8z的齿数和 22 123.6554.5Azm （3 8）取z=56 一 般 情 况 下 承 用车 中 间 轴 式 变 速 器的 中 间 轴 一 挡 齿 轮的 齿 数可 在 1214 之间选择，现在选取中间轴上一挡齿轮 813z，所以7z=43 代 入（3 2）式修正中心距564.51262A，取 A 126mm。由公式72118122cosgnzzizzmzzA 1z=21.22，取 Z

47、1=21，2z=44.01,取 Z2=44 所 以271186.93gzzizz，修正螺旋角 225.4 2.确定二档齿 轮参 数及传动比：初 选 22 52216zzizz （3 9）5662cosnmzzA （3 10）623.98z ，取624z，。541z 所 以252163.579gzzizz 修正螺旋角 625.4 此外从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下式 52261261ztgztgzzz （3 11）261.27tgtg 5212611.57zzzzz 两者相差不大，所以中间轴上的轴向力可以基本上抵消。3.确定三档齿轮 参 数及传动比：初选 初 选 32314zzi

48、zz （3 12）3442cosnmzzA （3 13）取3z=31。434z。所 以233141.91gzzizz 修正螺旋角 425.4 此外从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下式 32241241ztgztgzzz（3 14）241.27tgtg 23 3212411.23zzzzz 两者相差不大，所以中间轴上的轴向力可以基本上抵消。4.确定倒档 齿轮参 数及传动比：倒挡轴齿轮的齿数10z一 般 在 2123 之间，初选1213z，10z23；9112121016.70grzzzizzz 9z=41.57 取9z=42 得 出gri=6.77 中间轴与倒挡轴的中心距:1211(

49、)812mAzz mm 倒挡轴于第二轴的中心距：910()146.252mAzz mm 变 速 器 齿 轮 参 数 表3-2 齿 轮 齿轮模数 压 力角 螺 旋角 齿数 1 3.5 20 25.4 21 2 3.5 20 25.4 44 3 3.5 20 25.4 31 4 3.5 20 25.4 34 5 3.5 20 25.4 41 6 3.5 20 25.4 24 7 4.5 20 43 8 4.5 20 13 9 4.5 20 42 10 4.5 20 23 11 4.5 20 23 12 4.5 20 13 24 第四章 变速器的设计与计算 4.1 轴的计算与校核 当变 速 器 挂

50、一 挡 时 轴 受 力 最 大,所 以 只 要 一 挡 时 轴 的 强 度 满 足 要求,其就符合要求只,下面只校核一挡时中间轴的强度。一 中间轴的受 力分析 中间轴的轴向力基本上已相互抵消可以不予考虑。1.1max385000eTT(Nmm)111223850003343.1170.5TFtd(N)113343.1201262.4coscos 25.4nFt tgtgFr(N)11334325.41587.1FaFt tgtg (N)2.22max1806666.6eZTTZ(Nmm)228226888.8tTFd（N）25 228tan11950.7cosnrFtF （N）22tan0Fa