中型貨車六檔機械式變速器設計_本科畢業設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 車的“身體” 之中，廣本兩廂飛度每個排量都有一款配置了CVT 無級變速器，既方便又省油，且售價也僅在 ～ 萬元。 國內外現狀 在國外，機械產品的系列化和多檔化是各個廠家的開發重點，使其產品有幾大的方便性和靈活性，能占領更多的市場份額。如德國的 ZF 公司有中心距80mm、 95mm、 105mm、 120mm、 143mm、 154mm、等七種類別的變速器，檔位數從 3 到 17 個。 近年來隨著微電子技術的發展，電子控制自動變速器的問世，給汽車帶來更理想的傳 動系統。機電一體化技術進入汽車領域，推動了汽車變速裝置的重大變革。隨著電子技術的應用，自動變速器裝置均出現電子化趨勢，并且在結構上不同于機械式變速器。 自 1940 年美國通用汽車公司首次將液力機械式自動變速器裝車應用以來，液力機械式自動變速器的生產形成系列化和專業化。其發展之快，應用之廣，以致于人們直接命名其為 自動變速器 。 AT 以優越的動力性能，乘坐舒適性和簡便的操作，在汽車工業中占有相當的地位。我國幾種系列轎車中和重型載貨車上雖有應用，但限于技術和經濟條件，獨立開發，成批生產 AT 的能力尚不具備。省油，排污 低，操縱方便，行駛舒適的機械式無級自動變速器 (CVT)本科畢業設計（論文） 4 一直是人們追求的目標。 CVT 與其它傳動相比，操縱方便性和乘坐舒適性均可與液力變矩器相媲美，而其傳動效率卻遠高于液力變矩器。更主要的是它能夠協調車輛外界行駛條件與發動機負荷，充分發揮發動機潛力，提高整車燃油經濟性，使汽車具有良好的牽引特性，顯著地提高超車性能，這是現有的有級式變速器無法相比的，故 CVT 是國內外汽車傳動研究和推廣的重點之一。 在中國，手動變速器仍然是車用變速器的主流。具體有兩個原因：首先，目前國內企業已經基本掌握對手動變速器的開發，所以在一定 程度上加大的手動變速器的價格優勢；另外，絕大多數中國駕駛者在學車時就用的是手動車，他們更加享受手動車帶來的駕駛樂趣。手動變速器應該說是最為節能的變速方式，另外由于中國企業已經掌握該技術，而且在生產方面也積累了長期經驗，從而在價格和質量方面會有較大優勢。所以在短期內仍將是變速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工況。 在國內，隨著汽車工業的發展，我國變速器的生產有了較大的發展，在消化吸收國外先進技術的基礎上，每年都有幾十個新產品推向市場。不過汽車自動變速器總成市場基本上是進口產品一統天下。為推動中國自 主知識產權的自動變速器技術發展， 2020 年，中國汽車工業協會和中國齒輪專業協會共同完成了“汽車變速器技術發展的課題研究”，并達成了中國汽車自動變速器總成技術的發展意見：優先發展 CVT（機械無級自動變速器）、 AMT（電控電動機械變速器），適時發展 DCT，適當生產 AT。 課題內容及目標 課題內容 設計機械式六檔變速器，除了倒檔其它檔位使用同步器換檔，倒檔處使用嚙合套換檔，且第六檔設置為直接檔。 課題目標 本次設計主要內容包括根據所給條件確定六檔機械式變速器的傳動方案，各檔位傳動 比，確定變速器的具體結構，設計變速器的各零部件，校核齒輪和軸的剛度等。然后利用 UG 軟件完成機械式六檔變速器的三維建模以及虛擬裝配。最后在 AUTOCAD中畫出總裝配圖及各零部件圖。 本科畢業設計（論文） 5 第二章 變速器傳動機構方案的布置 傳動機構布置方案分析 本設計應用在現今使用廣泛的發動機前置、后輪驅動的 42 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。 固定軸式變速器 (1)兩軸式變速器 固定軸式中的兩軸式和中間軸式變速器應用廣泛。其中兩軸式變速器多用于發動機前置前輪驅動汽車上。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸承數少，所以有結構簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優點，此外，各中間檔位因只經一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時噪聲也 低。因兩軸式變速器不能設置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，而且易損壞。還有，受結構限制，兩軸式變速器的一檔速比不可能設計得很大。對于前進檔，兩軸式變速器輸入軸的轉動方向與輸出軸的轉動方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的轉動方向相同。 本設計主要針對的是中型貨車，所以兩軸式變速器不適用于本設計。 本科畢業設計（論文） 6 (2)中間軸式變速器 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。各傳動方案的共同特點是：變速器的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，且保持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檔。是直接檔，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，此時變速器傳動效率高，可達 90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因為直接檔的利用率要高于其它檔位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進檔位工作時，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）不太大的條件下，一檔仍然有較大的傳動比；檔位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，檔位低的齒輪（一檔）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數傳動方案中除一檔外的其它檔位換檔機構，均采用同步器或嚙合套換檔，少數結構的一檔也采用同步器或嚙合齒套換檔，還有各檔同步器或嚙合套多數情況下裝在第二軸上。在除直接檔外的其它檔位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。在檔數相同的條件下，各中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數、軸的支承方式、換檔方式和倒檔傳動方案 以及檔位布置順序上有差別。由于本設計針對的是輕型汽車，中間軸式五檔和六檔變速器體積和質量顯得過于龐大，而且傳動比大不適用于本設計。 凡采用常嚙合齒輪傳動的檔位，其換檔方式可以用同步器或嚙合套來實現。同一變速器中，有的檔位用同步器換檔，有的檔位用嚙合套換檔，那么一定是檔位高的用同步器換檔，檔位低的用嚙合套換檔。 前置后驅的乘用車多采用中間軸式變速器。 倒檔布置方案 與前進檔位比較，倒檔使用率不高，而且都是在停車狀態下實現倒檔，故多次數方案均采用直齒滑動齒輪方式換倒檔。為實現倒檔傳動，有些方案利用中 間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中加入一個中間傳動齒輪的方案；也有利用兩個聯體齒輪方案的。前者雖然結構簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒是在最不利的正、負交替變化的彎曲應力狀態下工作；而后者是在較為有利的單向循環彎曲應力狀態下工作，并使倒檔傳動比略有增加。也有少數變速器采用結構復雜和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔。 本科畢業設計（論文） 7 圖 倒檔布置方案 圖 為常見的倒檔布置方案。圖 (a)所示方案的優點是換倒檔時利用了中間軸上的一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度；但換檔時要求有兩對齒輪同時進入嚙合，使換檔困難。 圖 (b)所示方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點是換檔程序不合理。圖 (c)所示方案是將中間軸上的一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖 (d)所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔更為輕便。 綜上所述 ,選用方案 （ d） 變速器的一檔或倒檔因傳動比大，工作時在齒輪上作用的力增大，并導致變速器軸產生較大的撓度和轉角，使工作齒輪嚙合狀態變壞，最終表現出齒輪磨損加快和工作噪聲增加。為此，無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一檔與倒檔，都應當布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從抵 檔到高檔的順序布置各檔齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒檔的傳動比雖然與一檔的傳動比接近，但因為使用倒檔的時間非常短，從這點出發有些方案將一檔布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒檔。此時在倒檔工作時，輪齒磨損與噪聲在短時間內略有增加，而在一檔工作時輪齒的磨損與噪聲有所減少。 倒檔設置在變速器的左側或右側，在結構上均能實現，不同之處是掛倒檔時駕駛員移動變速桿的方向改變了。為防止意外掛入倒檔 ,一般在掛倒檔時設有一個掛倒檔時需克服彈簧所產生的力，即在變速器中設置倒檔鎖，用來提醒駕駛員注意。 本科畢業設計（論文） 8 零、部件結構方案分析 變速器的設計方案必需滿足使用性能、制造條件、維護方便及三化等要求。在確定變速器結構方案時，也要考慮齒輪型式、換檔結構型式、軸承型式、潤滑和密封等因素。 齒輪型式 直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，工作時噪聲低等優點；缺點制造時稍復雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數增加，并導致變速器的轉動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒檔。但是，在本設計中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動方案，即除一檔外，均 采用斜齒輪傳動。 換檔結構型式 換檔結構分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動齒輪換檔的特點是結構簡單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時齒端面受到很大沖擊、導致齒輪早期損壞、滑動花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等原因，初一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動載荷，提高了齒輪的強度和壽命。嚙合套有分為內齒嚙合套和外齒嚙合套，視結構布置而選定，若齒輪副內空間允許，采用內齒結合式，以減小軸向尺寸。結合套換檔結構簡單，但還不能完全消 除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。 采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時不受沖擊，使齒輪強度得以充分發揮，同時操縱輕便，縮短了換檔時間，從而提高了汽車的加速性、經濟性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實現操縱自動化。其缺點是結構復雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質同步環的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應用于各式變速器中。 在本設計中所采用的是鎖環式同步器，該同步器是依靠摩擦作用實現同步的。但它可以從結構上保證結合套與待嚙合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，以免齒間沖擊和發生噪聲。 常用檔位的齒輪因接觸應力過高而易造成表面點蝕損壞。將高檔布置在靠近軸的兩端支承中部區域較為合理，在該區域因軸的變形而引起的齒輪偏轉角較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態，以減少偏載并提高、齒輪壽命。 機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力時處于工作狀態的齒輪對數、每分鐘轉速、傳遞的功率、潤滑系統的有效性、齒輪和本科畢業設計（論文） 9 殼體等零件的制造精度等。 自動脫檔 自動脫檔是變速器的主要障礙之一。為解決這個問題，除工藝上采取措施外，在結構上，目前比較有效的方案有以下幾種： (1)將嚙合套做得長一些或者 兩接合齒的嚙合位置錯開，這樣在嚙合時使接合齒部超過被接合齒約 1~3mm。使用中因接觸部分擠壓和磨損，因而在接合齒端部成凸肩，以阻止自動脫檔。 (2)將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄 （ ~） ，這樣，換檔后嚙合套的后端面便被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫檔（圖 ）。 (3)將接合齒的工作面加工成斜齒面，形成倒錐角（一般傾斜 20~30），使接合齒面產生阻止自動脫檔的軸向力。這種結構方案比較有效采用較多。 圖 防止自動脫檔的結構措施 變速器軸承 作旋轉運動的變速器軸支 承在殼體或其它部位的地方以及齒輪與軸不做固定連接處應安置軸承。變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐輥子軸承、滑動軸套等。至于何處應當采用何種類型的軸承，是受結構限制并隨所承受的載荷特點不同而不同的。 汽車變速器結構緊湊、尺寸小的特點，采用尺寸大些的軸承受限制，常在布置上有困難。如變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內腔中，內腔尺寸足夠時可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。本設計主要針對的是中型貨車，采用滾針軸承，而第二軸后端采用圓錐滾子軸承，用來承受軸向力和徑向力。作用在第一 軸常嚙合齒輪上的軸向力，經第一軸后部軸承傳給變速器殼體，此處用軸承外圈有擋圈的球軸承。中間軸上齒輪工作時產生的軸向力，原則上由前或后軸承來承受都可以，但在殼體前端面布置軸承蓋有困難，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力，而本科畢業設計（論文） 10 后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓柱滾子軸承，本設計兩端均采用有擋圈的球軸承。 變速器第一軸、第二軸的后部軸承，以及中間軸前、后軸承，按之直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱輥子軸承。軸承的直徑根據變速器中心距確定，并要保證后壁兩軸承孔之間的距離不小于 6～ 20mm。 滾針軸 承、滑動軸承主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運動的地方。滾針軸承有滾動摩擦損失小、傳動效率高、徑向配合間隙小、定位及運轉精度高、有利于齒輪