車輛工程畢業設計-輕型貨車變速器設計-文庫吧

【正文】 [2]。 變速器的結構對汽車的動力性、經濟性、操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發動機的參數做優化匹配，可得到良好的動力性與經濟性；采用自鎖及互鎖裝置，倒 擋 安全裝置，對接合齒采取倒錐齒側措施以及其他結構措施，可 使 操縱可靠，不跳 擋 、亂 擋 、自動脫 擋 和誤掛倒 擋 ；采用同步器可 使 換 擋 輕便，無沖擊及噪聲；采用高齒、修形及參數優化等措施可 使 齒輪傳動平穩、噪 聲低，降低噪聲水平已成為提高變速器質量和設計、工藝水平的關鍵。隨著汽車技術的發展，增力式同步器，雙 、 中間軸變速器，后置常嚙合傳動齒輪、短第二軸的變速器，各種自動、半自動以及電子控制的自動換 擋 機構等新結構也相繼問世。 2 變速器多采用飛濺潤滑，重型汽車有時強制潤滑第一、二軸軸承等。 變速器都裝有單向的通氣閥以防殼內空氣熱脹而漏油及潤滑油氧化。殼底放油塞多放置磁鐵以吸附油內鐵屑。 汽車變速器設計的目的和意義 進入 90 年代以來，科學技術的急速發展和市場競爭的日益加劇，促使汽車工業發生了根本性的變革，其生產組織方 式從傳統的大批量、少品種的剛性生產結構向著多品種、中小批量的柔性生產結構轉變，以 CAD/CAE/CAM 為代表的現代汽車設計方法正逐漸代替傳統的設計方法。 現代汽車上廣泛采用內燃機作為動力源，其轉矩和轉速的變化范圍很小，而復雜的 使 用條件要求汽車的驅動力和車速能在相當大的范圍內變化。為解決這一矛盾，在傳動系統中設置了變速器，用來改變傳動比，擴大驅動輪轉矩和轉速的變化范圍，以適應經常變化的行 駛 條件，如起步、加速、上坡等，同時 使 發動機在最有利的工況范圍下工作；在發動機旋轉方向不變的前提下， 使 汽車能倒退行 駛 ；利用空 擋 ，中斷動力傳遞，以 使 發動機能夠起動、怠速，并便于變速器換 擋 或進行動力輸出。變速器設計的目的就是為了滿足上述的要求， 使 汽車在特定的工況下穩定的工作。 [9] 變速器除了要能滿足一定的 使 用要求外，還要保證 使 其和汽車能有很好的匹配性，可以提高汽車的動力性和經濟性，保證發動機在有利的工況范圍內工作提高汽車的 使用壽命、降低能源消耗、減少汽車的 使 用噪聲等。這就要求設計人員依據汽車的技術參數，合理的選擇變速器的參數， 使 所設計的變速器能和整車具有很好的匹配性。 汽車變速器國內外現狀和發展趨勢 變速器國內外 的現狀 早期的汽車傳動系，從發動機到車輪之間的動力傳動形式是很簡單的。 1892 年法國制造出第一輛帶有變速器的汽車。 1921 年英國人赫伯特 福魯特采用耐用的摩擦材料進一步完善了變速器的性能。現代汽車變速器是 1894 年由法國人路易斯 雷納 本哈特和艾米爾 拉瓦索爾推廣 使 用的。目前為止，變速器經歷了幾個發展階段，主要為： 手動變速器 手動變速器主要采用齒輪傳動的降速原理。變速器內有多組傳動比不同的齒輪副，而汽車行 駛 時的換 擋 工作，也就是通過操縱機構 使 變速器內的不同的齒輪副工作。手動變速器又稱手動齒輪式變速器，含 有可以在軸向滑動的齒輪，通過不同齒輪的嚙合達到變速變矩的目的 [3]。手動變速器的換 擋 操作可以完全遵從駕 駛 者的意志，且結構簡單、故障率相對較低、價廉物美。 3 自動變速器 自動變速器是根據車速和負荷（油門踏板的行程）來進行雙參數控制， 擋 位根據上面的兩個參數來自動升降。自動變速器與手動變速器的共同點，就是二者都屬于有級式變速器，只不過自動變速器可以根據車速的快慢來自動實現換 擋 ，可以消除手動變速器 “頓挫 ”的換 擋 感覺。 自動變速器是由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱機構組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩 的目的。 無級變速器 無級變速器又稱為連續變速式無級變速器。這種變速器與一般齒輪式自動變速器的最大區別，是它省去了復雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進行變速傳動。無級變速器結構比傳統變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復雜的行星齒輪組，主要靠主動輪、從動輪和傳動帶來實現速比的無級變化 [3]。 無限變速式機械無級變速器 （ IVT） 無限變速式機械無級變速器與其它自動變速器的差別之一是不 使 用變矩器。變矩器的作用是通過油液介質將發動機動力傳遞給變速器，它的傳遞 效率通常只有 80%。IVT 由于不 使 用變矩器，與其它變矩器比較， IVT 具有效率高、不易打滑、油耗低、不需要工藝復雜造價高昂的金屬傳送帶、結構簡單、成本低等一系列優點，加上傳遞扭矩大，長時間 使 用也不會過度發熱，不但 使 用于轎車，也 使 用于越野車，是一種新型變速器。 汽車變速器的發展趨勢 回顧汽車變速器的發展可以清楚的知道，變速器作為汽車傳動系統的重要組成部分，其技術的發展，是衡量汽車技術水平的一個重要依據。現代汽車變速器的發展趨勢，是向著可調自動變速器或無級變速器的方向發展。 自動變速器多 擋 化雖能擴大自 動變速的范圍，但它并非安全迅速。理想的無級變速器是在整個傳動范圍內能連續的、無 擋 比的切換變速比，是變速器始終按最佳換 擋規律自動變速。無級化是對自動變速器的理想追求。 現代無級變速器傳動效率提高，變速反應快、油耗低。隨著電子技術的發展，變速器的自動控制進一步完善，在各種 使 用工況下能實現發動機與傳動系的最佳匹配，控制更加精確、有效，性能價格比大大提高。無級變速器裝有自動控制裝置，行車中可以根據車速自動調整 擋 位，無需人工操作，省去了換 擋 及踩踏離合器踏板的操作。其不足之處在于價格昂貴、維修費用很高，而且 使 用起來比手 動 擋 車費油，尤其是低 4 速行 駛 或堵車中走走停停時，更會增大油耗 [7]。 當今世界各大汽車公司對無級變速器的研究都十分活躍。不久的將來，隨著電子控制技術的進一步完善，電子控制式的無級變速器可望得到廣泛的發展和應用。 手動變速器的特點和設計要求及內容 手動變速器的特點 手動變速器的 擋 數通常在 6 擋 以下，當 擋 數超過 6 擋 時，可以在 6 擋 以下的主變速器的基礎上，再行配置副變速器，通過兩者的組合獲得多 擋 變速器。 近年來，為了降低油耗，變速器的 擋 數有增加的趨勢。目前，乘用車一般采用 45個 擋 位的變速器。發動機 排量大的乘用車多用 5 個 擋 。商用車變速器采用 45 個 擋 或多 擋 。載質量在 的貨車采用五 擋 變速器，載質量在 的貨車采用六 擋 變速器。多 擋 變速器多用于總質量大些的貨車和越野車上 [6]。 某些汽車的變速器，設置有用在良好的路面上輕載或空車駕 駛 的場合的超速 擋 ，超速 擋 的傳動比小于 1。采用超速 擋 ，可以提高汽車的燃油經濟性。但是如果發動機功率不高，則超速 擋 使 用頻率很低，節油效果不顯著，甚至影響汽車的動力性。 從傳動機構布置上來說，目前，兩軸式和三軸式變速器都得到了廣泛的應用。其中，兩軸式變速器多用于 發動機前置前輪驅動的汽車上。三軸式變速器的第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各 擋 齒輪分別與中間軸的相應齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來傳遞轉矩則稱為直接 擋 。此時，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、第二軸也僅傳遞轉矩。因此，直接 擋 的傳動效率高，磨損及噪聲也最小，因為直接 擋 的利用率要高于其它 擋 位，因此提高了變速器的 使 用壽命；在其它前進 擋 位工作時，變速器傳遞的動力需要經過設置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸和第二軸之間的距離（中心距）不大的情況下，一擋 仍有較大的傳 動比； 擋 位高的齒輪采用長嚙合齒輪傳動， 擋 位低的齒輪可以采用或不采用長嚙合齒輪傳動；多數傳動方案中除一 擋 以外的其它 擋 位的換 擋 機構，均采用同步器或嚙合套換 擋 ，少數結構的一 擋 也用同步器或嚙合套換 擋 ，還有各 擋 同步器或嚙合套多數情況下裝在第二軸上。 手動變速器的發展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數目，從而可采用斜齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪比直齒圓柱齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍微復雜且在工作時有軸向力。因此，在變速器中，除低 擋 及倒 擋 齒輪外，直齒圓柱齒輪已被斜齒圓柱齒輪所取代。當然，常嚙合齒輪副的增多將導致旋轉部分 總慣性力矩的增大。 手動變速器的設計要求 (1)、 正確選擇變速器的 擋 位數和傳動比， 使 其和發動機參數優化匹配，以保證汽 5 車具有良好的動力性和經濟性； (2)、 設置空 擋 以保證汽車在必要時能將發動機和傳動系長時間分離，設置倒 擋 使汽車能倒退行 駛 ； (3)、 操縱簡單、方便、迅速、省力； (4)、 傳動效率高，工作平穩、無噪聲； (5)、體積小、質量輕、承載能力強，工作可靠； (6)、 制造容易、成本低廉、維修方便、 使 用壽命長； (7)、 貫徹零件標準化、部件通用化及總成系列化等設計要求，遵守有關標準規定； (8)、 需要時應設置動力輸出裝置。 設計的主要內容 本次設計主要是依據 長城風駿皮卡 的有關參數，通過變速器各部分參數的選擇 和計算，設計出一種基本符合要求的手動變速器。本文主要完成 下面一些主要工作： 參數計算。包括變速器傳動比計算、中心距計算、齒輪參數計算、各 擋 齒輪齒數的分配； 變速器齒輪設計計算。 變速器齒輪幾何尺寸計算；變速器齒輪的強度計算及材料選擇；計算各軸的扭矩和轉速；齒輪強度計算及檢驗； 變速器軸設計計算。包括各軸直徑及長度計算、軸的結構設計、軸的強度計算、軸的加工工藝分析； 變速器 軸承的選擇及校核； 同步器的設計選用和參數選擇； 變速器操縱機構的設計選用； 變速器箱體的設計。 6 第 2章 變速器傳動機構布置方案確定 設計所依據的主要技術參數 本設計是根據 長城風駿 皮卡 的技術參數來設計一種輕 型貨 汽 車變速器，其具體參數如表 。 表 長城風駿 皮卡 的主要技術參數 發動機最大功率 70kw 車輪型號 215/75 R15 發動機最大轉矩 260Nm 最大功率時轉速 3600 r/min 最大轉矩時轉速 1600~2600r/min 最高車速 140km/h 總質量 2795kg 整備質量 2470kg 變速器傳動機構的結構分析和形式選擇 本設計應用在現今使用廣泛的發動機前置、后輪驅動的 4 2 總體布置方案，發動機發出的動力依次經過離合器、變速器、萬向傳動裝置（萬向節和傳動軸）、主減速器、差速器、半軸，傳到驅動輪，如圖 所示 ； ； ； 圖 發動機前置后輪驅動汽車傳動系 變速器由變速傳動機構和操縱機構組成。 根據前進檔數的不同，變速器有三、四、五和多檔幾種。根據軸的不同類型， 分為固定軸式和旋轉軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、三軸式和多中間軸式變速器。 兩軸式變速器的特點分析 7 與中間軸式變速器相比較，兩軸式變速器結構簡單、緊湊且除最高 擋 外其他各 擋的傳動效率高、噪聲低。轎車多采用前置發動機前輪驅動的布置，因為這種布置 使 汽車的動力 傳動系統緊湊、操縱性好且可 使 汽車質量減少 6%～ 10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且 使 傳動系的結構簡單。兩軸式變速器沒有直接 擋 ，因此在高 擋 工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點 。 如圖 ～ c 所示為發動機前置前輪驅 動轎車的兩軸式變速器傳動方案。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體；多數方案的倒 擋 傳動常用滑動齒輪，其它 擋 位均用常嚙合齒輪傳動。圖 中的倒 擋 齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換 擋 ；圖 22a 所示方案的變速器有輔助支承，用來提高軸的剛度。 圖 兩軸式變速器傳動方案 中間軸式變速器特點分析 中間軸式變速器多用于發動機前置后輪驅動汽車和發動機后置后輪驅動的客車上。變速器第一軸的前端經軸承支承在發動機的飛輪上，第一軸上的花鍵用來裝設離合器的從動盤，而第二軸的末端經花鍵與萬向節連接。 如圖 ～ d 所示為中間軸式變速器的傳動方案，其中 a～ b 為中間軸式五 擋 變速器， c～ d 為中間軸式六 擋 變速器的傳動方案。中間軸式變速器的共同特點為：變速器第一軸后端與常嚙合主動齒輪做成一體。絕大多數方案的第二軸前端經軸承支承在第一軸后端的孔內，且保證兩軸軸線在同一直線上，經嚙合套將它們連接后可得到直接擋 。 使 用直接 擋 ，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發動機轉矩經變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器的傳動效率高，可達到 90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因為直接 擋 的利用率要高于其他 擋 位，因而提高了 變速器的 使 用壽 命；在其他前進擋位工作時，變速器傳遞的動力需要經過設置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒 8 輪可以不采用常嚙合齒輪傳動；多數傳動方案件中除一擋以外的其他擋位的換擋機構，均采用同步器或接合套換擋，少數結構的一擋也采用同步器或接合套換擋，各擋同步器或接合套多數情況下裝在第二軸上。