轻型货车六挡变速器设计

XXXX 大学本科毕业设计说明书轻型货车六挡变速器设计Light truck six gear transmission design 学 院： 机械工程学院 专 业： 车辆工程 091201 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2013-06-04 XXXX 大学111111 University of Science and Technology轻型货车六挡变速器设计摘 要本设计的任务是设计一台用于轻卡上的六档手动变速器。合理的设计和布置变速器能使发动机功率得到最合理的利用，从而提高汽车动力性和经济性。设计部分叙述了变速器的功用与设计要求，对该变速器进行了方案论证，选用了三轴式变速器。说明了变速器主要参数的确定，齿轮几何参数的计算、列表，齿轮的强度计算、强度校核，轴的设计及强度校核。本文中设计的变速器为具有六个前进档和一个倒档的变速器。该变速器采用手动换档的方式进行换挡。关键词：变速器 齿轮 轴轻型货车六挡变速器设计IAbstractThis design task is to design a table for six speed manual transmission light on the card. The reasonable design and layout of the transmission can make the engine power are the most reasonable use, so as to improve the dynamic performance and fuel economy.The design part describes the function and design requirements of transmission, the scheme demonstration of the transmission, the three shaft transmission. The main parameters of transmission, computation, geometry parameters of gears, gear strength calculation list, strength calculation, design and strength check of shaft.Transmission is designed in this paper for the transmission has six forward gears and one reverse gear. The transmission with manual shift mode shift.Keywords: transmission; gears; shaft轻型货车六挡变速器设计IIXXXX 大学毕业设计（论文）任务书学院（直属系）： 机械工程学院 时间： 2012 年 2 月 28 日学 生 姓 名 指 导 教 师毕业设计题目 轻卡 6 挡变速器设计设计内容与原始参数根据重型牵引车的车型特点和性能要求，进行 141 马力 42 轻卡变速器的设计。具体内容：变速器结构方案分析；变速器设计；变速器齿轮强度校核及选材等工作。原始参数如下：参数名称 数据 单位整车质量 W 3000 kg最大总质量 8190 kg最大马力 141 PS最大功率 105 kW最大扭矩 450 Nm最大扭矩转速 2200 rpm额定转速 2600 rpm最快车速 95 Km/h轮胎规格 7.50R16设计方法 比拟设计、经验核算、CAD 绘图主要工作量1、设计图纸不少于 2.5 张 A0 图；2、设计说明书 1 份，字数不少于 20000 字；3、外文翻译一篇，字数不少于 2000 字。进度安排1、2 月 25 日 3 月 8 日：布置题目、收集资料、文献翻译；2、3 月 9 日 4 月 31 日：方案选型、设计计算、毕业实习；3、5 月 1 日 5 月 31 日：图纸设计与绘制；4、6 月 1 日 6 月 10 日：撰写设计说明书、准备答辩。主要参考文献1 王望予. 汽车设计M. 北京：机械工业出版社，20122 陈家瑞. 汽车构造M. 北京：机械工业出版社，20003 成大先. 机械设计手册M. 北京：化学工业出版社，2004.54 其它网络检索到的相关资料目 录轻型货车六挡变速器设计III摘 要 .- I -Abstract- II -毕业设计任务书 .- III -1 绪论 .- 1 -1.1 本次设计的目的及意义 .- 1 -1.2 变速器的发展现状 .- 1 -1.3 变速器设计面临的主要问题 .- 2 -2 变速器的总体要求方案设计 .- 4 -2.1 毕业设计任务及要求 .- 4 -2.2 变速器的功用及设计要求 .- 4 -2.3 变速器传动机构的形式选择与结构分析 .- 5 -2.3.1 三轴式变速器与两轴式变速器 .- 5 -2.3.2 变速器主传动方案的比较 .- 6 -2.3.3 倒档的布置方案 .- 7 -2.4 变速器主要零件的结构方案分析 - 8 -2.4.1 齿轮形式 .- 8 -2.4.2 换挡结构形式 - 9-2.4.3 轴承类型 .- 9 -3 变速器主要参数的选择 .- 10 -3.1 变速器设计原始数据 - 10 -3.2 变速器主要参数的选择与计算 - 10 -3.2.1 档位数与传动比 - 10 -3.2.2 中心距 - 11 -3.2.3 齿轮模数 - 12 -3.2.4 齿形、压力角 、螺旋角 .- 12 -3.2.5 齿宽 - 14 -4 变速器齿轮的设计计算 .- 21 -4.1 齿轮的几何尺寸计算要求4.2 齿轮的变位系数选择 - 21 -4.3 齿轮的几何尺寸计算及结果 - 22 -4.4 变速器齿轮的材料选择与强度计算 .- 24 -4.4.1 变速器齿轮的材料 - 24 -4.4.2 齿轮损坏的原因及形式 - 25 -4.4.3 圆柱齿轮强度的计算 - 26 -5.变速器轴的设计与校核 .- 33 -5.1 变速器轴的结构和尺寸 .- 33 -5.1.1 轴的结构 .- 33 -5.1.2 轴的尺寸 .- 34 -5.2 轴的校核 - 38 -5.2.1 第一轴的强度校核 - 33 -5.2.2 第二轴的强度校核 - 34 -轻型货车六挡变速器设计IV5.2.3 第二轴的刚度校核 - 38 -5.2.4 中间轴的强度校核 - 38 -5.3 变速器轴承 - 41 -6 变速器同步器与操纵机构的设计 .- 34 -6.1 同步器设计 - 42 -6.1.1 同步器的工作原理 - 42 -6.1.2 同步环主要参数的确定 - 43 -6.2 变速器的操纵机构 - 45 -结 论 .- 47 -参考文献 .- 48 -致谢 .- 49 -附录 英文翻译以及英文原文文献 - 50 -轻型货车六挡变速器设计- 0 -1 绪 论1.1 本 次 设 计 的 目 的 及 意 义随 着 经 济 和 科 学 技 术 的 不 断 的 发 展 ， 汽 车 工 业 也 渐 渐 成 为 我 国 支 柱 产 业 ， 汽 车的 使 用 已 经 遍 布 全 国 。 而 随 着 我 国 近 年 来 迅 猛 的 发 展 ， 人 民 生 活 水 平 的 不 断 提 高 ，微 型 客 货 两 用 车 、 轿 车 等 高 级 消 费 品 已 进 入 平 常 家 庭 。 在 我 国 的 汽 车 工 业 起 步 较 晚 但 发 展 颇 快 。 随 着 我 国 汽 车 工 业 不 断 的 壮 大 ， 以 及汽 车 行 业 持 续 快 速 的 发 展 ， 如 何 设 计 出 经 济 实 惠 ， 工 作 可 靠 ， 性 能 优 良 ， 且 符 合 中国 国 情 的 汽 车 已 经 是 当 前 汽 车 设 计 者 的 紧 迫 问 题 。 在 面 临 着 前 所 未 有 的 机 遇 同 时 ，不 得 不 承 认 在 许 多 技 术 上 ， 我 国 与 发 达 国 家 还 一 定 的 差 距 ， 所 以 我 们 要 努 力 为 我 国的 汽 车 工 业 做 出 应 有 的 贡 献 。在 绿 色 汽 车 、 节 能 减 排 已 经 成 为 汽 车 工 业 发 展 的 主 旋 律 的 今 天 ， 面 对 汽 车 行 业迅 速 发 展 和 绿 色 、 节 能 、 环 保 的 挑 战 ， 对 汽 车 主 要 动 力 总 成 变 速 器 的 研 发 也 提 出 更高 要 求 。变 速 器 发 展 总 体 趋 势 主 要 体 现 在 以 下 六 个 方 面 ： 一 是 产 品 系 列 化 ， 二 是 结 构 紧凑 化 、 轻 量 化 、 多 挡 化 ， 三 是 集 成 化 ， 四 是 更 加 智 能 化 ， 五 是 信 息 网 络 化 ， 六 是 节能 环 保 化 。 乘 用 车 变 速 器 中 的 AT、 CVT、 AMT、 DCT 等 自 动 变 速 器 的 需 求 在 快 速 提 升 。节 油 率 和 舒 适 度 成 为 评 价 变 速 器 的 关 键 指 标 。 CVT 由 于 是 无 级 变 速 ， 换 挡 舒 适 性 显然 最 佳 ； 七 档 DCT 在 节 油 和 舒 适 性 两 方 面 均 显 示 出 了 不 错 的 效 果 。 而 同 时 ， 手 动 变速 器 虽 然 有 噪 音 等 种 种 诟 病 ， 但 在 市 场 上 ， 尤 其 在 载 货 车 市 场 上 仍 有 不 可 替 代 的 地位 。经 过 这 几 年 的 刻 苦 学 习 ， 我 掌 握 了 多 门 基 础 知 识 和 专 业 知 识 。 在 大 学 毕 业 ， 即将 进 一 步 对 车 辆 工 程 了 解 深 造 之 际 ， 按 照 教 委 和 学 校 的 要 求 ， 我 进 行 了 对 轻 型 货 车六 档 手 动 变 速 器 的 设 计 。 毕 业 设 计 是 对 每 个 大 学 生 进 行 知 识 掌 握 与 实 际 运 用 的 一 次大 检 阅 ， 充 分 体 现 了 一 个 设 计 者 的 知 识 掌 握 程 度 和 创 新 思 想 。 通 过 本 次 设 计 ， 我 将进 一 步 巩 固 所 学 的 知 识 ， 提 高 实 际 运 用 能 力 ， 并 为 以 后 参 加 工 作 打 下 良 好 的 基 础 。1.2 变速器的发展现状在汽车变速箱 100 多年的历史中，主要经历了从手动到自动的发展过程。目前世界上使用最多的汽车变速器为手动变速器（MT） 、自动变速器（AT） 、手自一体变速器（AMT） 、无级变速器（CVT） 、双离合变速器（DCT）五种型式。它们各有优缺点：MT 的节能效果最好、经济性娱乐性强，但对驾驶技术要求高；AT 的节能效果差一些，但是操作简单、舒适性好、元器件可靠性高；AMT 具备前两者轻型货车六挡变速器设计- 1 -的优点，但在换挡时会有短暂的中断，舒适性差一些；CVT 结构简单、效率高、功率大、车速变化平稳，但它的传动带容易损坏，无法承受较大的载荷；DCT 结合了手动变速器的燃油经济性和自动变速器的舒适性，它是从传统的手动变速器演变而来，目前代表变速器的最高技术。 据 2010 年 11 月在上海举办的“2010 国际汽车变速器先进制造技术及装备研讨会”调查，中国汽车变速器近五年的平均增速超过 25%，2010 年预计全年增速将超过 40%，国产汽车变速器销售规模将超过 600 亿元。2009 年，手动变速器市场份额有所下降，为 68%，自动变速器市场份额为 32%。乘用车变速器市场增长迅速，2007 年手动变速器的市场比重为 74%，占据较大的市场份额。从 2002 到 2007 年间自动档变速器市场占有率从 9%增长到 26%，Global Insight 公司预计到 2012 年自动档变速器将占据 33%的份额，而乘用车市场自动档所占的比例可能达到 44%。从 2002-2006 年间，女性用户从 20.3%增长到 30.9%，而自动档变速器使用方便特点深受女性用户群的喜爱。另外在消费者调查中最受关注的汽车配件中，第一名是安全气囊，第二就是自动档的变速器。在中国，自动档变速器的市场是十分乐观的。同时手动档变速器的节能型，经济性以及驾驶娱乐性也决定了其不可替代性。针对中国变速器市场发展趋势，Global Insight 的亚洲区技术分析师段诚武博士阐述了几点自己的见解： 1.在短期内，手动档变速器仍然占据主要份额，而自动档变速器将有更大的增长空间。2.鉴于中国市场情况的复杂性，长期来看变速器不是单一式的发展趋势，没有哪一种形式变速器会成为最后的赢家。3.在中国市场，从技术支持、目前的市场份额以及设备提供这几个方面来看 AMT与 LPG、AUTOE 和汽油、CVTE 和混合动力以及 DCT 和柴油都具有相似性。4.从长远来看，中国本土的企业应该更加关注 DCT 这个产品，因为它将有非常好的前景。1.3 变速器设计面临的主要问题在 汽 车 工 业 高 速 发 展 的 今 天 ， 随 着 世 界 燃 油 价 格 的 日 益 上 涨 和 运 用 在 汽 车 各 种配 件 上 的 技 术 日 趋 成 熟 ， 变 速 器 发 展 面 临 的 主 要 问 题 如 下 ：1 如 何 设 计 出 更 加 节 能 环 保 、 经 济 型 的 变 速 器 ， 将 是 变 速 器 乃 至 汽 车 发 展 所 要面 临 的 一 个 巨 大 问 题 。2 自 动 变 速 器 之 所 以 发 展 如 此 迅 速 是 因 为 它 操 纵 起 来 简 单 方 便 ， 但 同 时 也 减 少了 驾 车 的 乐 趣 。 因 此 ， 在 不 减 少 驾 车 娱 乐 性 的 同 时 ， 又 能 使 操 纵 更 加 方 便 快 捷 ， 也是 变 速 器 设 计 时 要 考 虑 的 一 个 重 要 问 题 。轻型货车六挡变速器设计- 2 -3 如 何 设 计 出 结 构 更 简 单 、 传 动 效 率 更 高 、 使 汽 车 车 速 变 化 更 加 平 稳 以 及 驾 车舒 适 性 更 高 的 变 速 器 ， 则 一 直 都 是 变 速 器 设 计 所 要 攻 克 的 技 术 难 关 。汽 车 自 动 变 速 器 因 其 具 有 舒 适 、 安 全 、 可 操 控 等 优 点 ， 目 前 在 国 际 上 已 成 为 发展 趋 势 。 全 球 汽 车 市 场 的 自 动 变 速 器 占 有 量 ， 不 论 是 AT 还 是 CVT， 不 论 是 DCT 还是 AMT， 每 年 都 在 大 幅 增 长 。 中 国 汽 车 市 场 每 年 也 在 以 20%以 上 的 速 度 增 长 。 但 遗憾 的 是 ， 目 前 国 内 自 动 变 速 器 大 量 依 赖 进 口 的 局 面 没 有 得 到 彻 底 改 观 ， 因 此 ， 外 资品 牌 本 地 化 生 产 和 自 主 品 牌 变 速 器 产 业 化 ， 成 为 人 们 共 同 关 心 的 问 题 。进 入 21 世 纪 ， 世 界 制 造 业 的 中 心 正 快 速 向 中 国 移 动 。 面 对 这 千 载 难 逢 的 发 展 机遇 ， 我 国 的 制 造 业 企 业 要 尽 快 提 高 制 造 水 平 ， 以 适 应 世 界 制 造 业 市 场 的 激 烈 竞 争 。总 之 ， 不 管 中 国 自 动 变 速 器 走 何 种 技 术 路 线 ， 加 快 发 展 步 伐 ， 尤 其 是 加 快 自 主品 牌 发 展 步 伐 ， 将 成 为 必 然 。轻型货车六挡变速器设计- 3 -2 变速器的总体方案设计2.1 毕业设计任务及要求本 次 毕 业 设 计 的 任 务 是 设 计 一 台 用 于 轻 卡 的 六 档 变 速 器 ， 其 主 要 指 标 参 考 福 田手 动 变 速 器 。 因 此 本 设 计 所 选 用 的 变 速 器 型 式 为 FR 式 手 动 六 档 变 速 器 ， 是 基 于 福田 奥 铃 CTX 轻 卡 而 开 展 的 ， 设 计 中 所 采 用 的 相 关 参 数 详 见 第 三 章 。要 求 完 成 变 速 器 的 选 型 、 设 计 计 算 并 绘 制 相 关 图 纸 。2.2 变速器的功用及设计要求变 速 器 是 能 固 定 或 分 档 改 变 输 出 轴 和 输 入 轴 传 动 比 的 齿 轮 传 动 装 置 ， 又 称 变 速箱 。 它 作 为 汽 车 动 力 系 统 重 要 的 组 成 部 分 ， 主 要 用 于 转 变 从 发 动 机 曲 轴 传 出 的 转 矩和 转 速 ， 以 适 应 汽 车 在 起 步 、 加 速 、 行 驶 以 及 克 服 各 种 道 路 障 碍 等 不 同 行 驶 条 件 下对 驱 动 车 轮 牵 引 力 及 车 速 的 不 同 需 求 。 此 外 ， 变 速 器 还 用 于 使 汽 车 能 倒 退 行 驶 和 在起 动 发 动 机 以 及 汽 车 滑 行 或 停 车 时 使 发 动 机 与 传 动 系 保 持 分 离 ； 必 要 时 还 应 有 动 力输 出 功 能 。为 保 证 变 速 器 具 有 良 好 的 工 作 性 能 ， 对 变 速 器 应 提 出 如 下 设 计 要 求 ：（ 1） 应 保 证 汽 车 具 有 高 的 动 力 性 和 经 济 性 指 标 。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。设置空档，以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离；设置倒档，使汽车可以倒退行驶。（ 2） 工 作 可 靠 ， 操 纵 轻 便 。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。（3）重 量 轻 、 体 积 小 。影 响 这 一 指 标 的 主 要 参 数 是 变 速 器 的 中 心 距 。 选 用 优 质 钢 材 ， 采 用 合 理 的 热 处理 ， 设 计 合 适 的 齿 形 ， 提 高 齿 轮 精 度 以 及 选 用 圆 锥 滚 柱 轴 承 可 以 减 小 中 心 距 。（4）传 动 效 率 高 。为 减 小 齿 轮 的 啮 合 损 失 ， 应 有 直 接 档 。 提 高 零 件 的 制 造 精 度 和 安 装 质 量 ， 采 用适 当 的 润 滑 油 都 可 以 提 高 传 动 效 率 。（5）噪 声 小 。采 用 斜 齿 轮 传 动 及 选 择 合 理 的 变 位 系 数 ， 提 高 制 造 精 度 和 安 装 刚 性 可 减 小 齿 轮的 噪 声 。轻型货车六挡变速器设计- 4 -（6）贯 彻 零 件 标 准 化 、 部 件 通 用 化 和 变 速 器 总 成 系 列 化 等 设 计 要 求 ， 遵 守 有 关标 准 和 法 规 。2.3 变速器传动机构的型式选择与结构分析变速器的种类很多，按其传动比的改变方式可以分为有级、无级和综合式的。有级变速器按根据前进档档数的不同，可以分为三、四、五档、六挡和多档变速器。轿车变速器传动比变化范围较小(约为 34)，过去常用 3 个或 4 个前进档，但近年来为了提高其动力性尤其是燃料经济性，多已采用 5 个前进档。轻型货车变速器的传动比变化范围约为 56，其他货车为 7 以上，其中总质量在 3.5t 以下者多用四档变速器，为了降低油耗亦趋向于增加 1 个超速档；总质量为 3.5lOt 多用五档变速器；大于 lOt 的多用 6 个前进档或更多的档位。而 按 其 轴 中 心 线 的 位 置 又 分 为 固 定 轴 线 式 、 螺 旋 轴 线 式 和 综 合 式 的 。 其 中 固 定轴 式 应 用 广 泛 ， 有 两 轴 式 和 三 轴 式 之 分 ， 前 者 多 用 于 发 动 机 前 置 前 轮 驱 动 的 汽 车 上 ，而 后 者 多 用 于 发 动 机 前 置 后 轮 驱 动 的 汽 车 上 。 2.3.1 三轴式变速器与两轴式变速器现 代 轻 卡 大 多 都 采 用 三 轴 式 变 速 器 。 以 下 是 三 轴 式 和 两 轴 式 变 速 器 的 传 动 方 案 。三 轴 式 变 速 器 如 图 2-1 所 示 ， 其 第 一 轴 的 常 啮 合 齿 轮 与 第 二 轴 的 各 档 齿 轮 分 别与 中 间 轴 的 相 应 齿 轮 相 啮 合 ， 且 第 一 、 第 二 轴 同 心 。 将 第 一 、 第 二 轴 直 接 连 接 起 来传 递 扭 矩 则 称 为 直 接 档 。 此 时 ， 齿 轮 、 轴 承 及 中 间 轴 均 不 承 载 ， 而 第 一 、 第 二 轴 也传 递 转 矩 。 因 此 ， 直 接 档 的 传 递 效 率 高 ， 磨 损 及 噪 音 也 最 小 ， 这 是 三 轴 式 变 速 器 的主 要 优 点 。 其 他 前 进 档 需 依 次 经 过 两 对 齿 轮 传 递 转 矩 。 因 此 。 在 齿 轮 中 心 距 （ 影 响变 速 器 尺 寸 的 重 要 参 数 ） 较 小 的 情 况 下 仍 然 可 以 获 得 大 的 一 档 传 动 比 ， 这 是 三 轴 式变 速 器 的 另 一 优 点 。 其 缺 点 是 ： 处 直 接 档 外 其 他 各 档 的 传 动 效 率 有 所 下 降 。图 2-1 三轴式四档变速器1.第一轴；2.第二轴；3.中间轴轻型货车六挡变速器设计- 5 -两 轴 式 变 速 器 如 图 2-2 所 示 。 与 三 轴 式 变 速 器 相 比 ， 其 结 构 简 单 、 紧 凑 且 除 最到 档 外 其 他 各 档 的 传 动 效 率 高 、 噪 声 低 。 卡 车 多 采 用 前 置 发 动 机 前 轮 驱 动 的 布 置 ，因 为 这 种 布 置 使 卡 车 的 动 力 -传 动 系 统 紧 凑 、 操 纵 性 好 且 可 使 卡 车 质 量 降 低6%10%。 两 轴 式 变 速 器 则 方 便 于 这 种 布 置 且 传 动 系 的 结 构 简 单 。 如 图 所 示 ， 两 轴 式变 速 器 的 第 二 轴 （ 即 输 出 轴 ） 与 主 减 速 器 主 动 齿 轮 做 成 一 体 ， 当 发 动 机 纵 置 时 ， 主减 速 器 可 用 螺 旋 锥 齿 轮 或 双 面 齿 轮 ； 当 发 动 机 横 置 时 则 可 用 圆 柱 齿 轮 ， 从 而 简 化 了制 造 工 艺 ， 降 低 了 成 本 。 除 倒 档 常 用 滑 动 齿 轮 （ 直 齿 圆 柱 齿 轮 ） 外 ， 其 他 档 均 采 用常 啮 合 斜 齿 轮 传 动 ； 个 档 的 同 步 器 多 装 在 第 二 轴 上 ， 这 是 因 为 一 档 的 主 动 齿 轮 尺 寸小 ， 装 同 步 器 有 困 难 ； 而 高 档 的 同 步 器 也 可 以 装 在 第 一 轴 的 后 端 ， 如 图 示 。两 轴 式 变 速 器 没 有 直 接 档 ， 因 此 在 高 档 工 作 时 ， 齿 轮 和 轴 承 均 承 载 ， 因 而 噪 声比 较 大 ， 也 增 加 了 磨 损 ， 这 是 它 的 缺 点 。 另 外 ， 低 档 传 动 比 取 值 的 上 限 也 受 到 较 大限 制 ,但 这 一 缺 点 可 通 过 减 小 各 档 传 动 比 同 时 增 大 主 减 速 比 来 取 消 。图 2-2 两轴式变速器1.第一轴；2.第二轴；3.同步器由 于 本 设 计 的 轻 卡 是 发 动 机 前 置 ， 后 轮 驱 动 ， 因 此 采 用 三 轴 式 变 速 器 。2.3.2 变速器主传动方案的比较图 2-3 是 三 轴 式 六 档 变 速 器 传 动 方 案 。 它 们 的 共 同 特 点 是 ： 变 速 器 第 一 轴 和 第二 轴 的 轴 线 在 同 一 直 线 上 ， 经 啮 合 套 将 它 们 连 接 得 到 直 接 档 。 使 用 直 接 档 ， 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 动 效 率 高 ， 可 达 90%以 上 ， 噪 声 低 ， 齿 轮 和 轴 承 的 磨 损 减 少 因 为 直接 档 的 利 用 率 高 于 其 它 档 位 ， 因 而 提 高 了 变 速 器 的 使 用 寿 命 ； 在 其 它 前 进 档 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 （ 中 心 距 ） 不 大 的 条 件 下 ， 一 档 仍 然 有 较大 的 传 动 比 ； 档 位 高 的 齿 轮 采 用 常 啮 合 齿 轮 传 动 ， 档 位 低 的 齿 轮 （ 一 档 ） 可 以 采 用或 不 采 用 常 啮 合 齿 轮 传 动 ； 多 数 传 动 方 案 中 除 一 档 以 外 的 其 他 档 位 的 换 档 机 构 ， 均轻型货车六挡变速器设计- 6 -采 用 同 步 器 或 啮 合 套 换 档 ， 少 数 结 构 的 一 档 也 采 用 同 步 器 或 啮 合 套 换 档 ， 还 有 各 档同 步 器 或 啮 合 套 多 数 情 况 下 装 在 第 二 轴 上 。 再 除 直 接 档 以 外 的 其 他 档 位 工 作 时 ， 三轴 式 变 速 器 的 传 动 效 率 略 有 降 低 ， 这 是 它 的 缺 点 。 在 档 数 相 同 的 条 件 下 ， 各 种 三 轴式 变 速 器 主 要 在 常 啮 合 齿 轮 对 数 ， 换 档 方 式 和 倒 档 传 动 方 案 上 有 差 别 。图 2-3a 所 示 方 案 ， 除 一 ， 倒 档 用 直 齿 滑 动 齿 轮 换 档 外 ， 其 余 各 档 为 常 啮 合 齿 轮传 动 。 图 2-3b 所 示 方 案 除 倒 挡 采 用 直 齿 滑 动 齿 轮 换 挡 外 ， 其 余 各 前 进 档 均 用 常 啮 合齿 轮 传 动 。图 2-3 中间轴式六档变速器传动方案以 上 各 种 方 案 中 ， 凡 采 用 常 啮 合 齿 轮 传 动 的 档 位 ， 其 换 档 方 式 可 以 用 同 步 器 或啮 合 套 来 实 现 。 同 一 变 速 器 中 ， 有 的 档 位 用 同 步 器 换 档 ， 有 的 档 位 用 啮 合 套 换 档 ，那 么 一 定 是 档 位 高 的 用 同 步 器 换 档 ， 档 位 低 的 用 啮 合 套 换 档 。变 速 器 用 图 2-3c 所 示 的 多 支 承 结 构 方 案 ， 能 提 高 轴 的 刚 度 。 这 时 ， 如 用 在 轴 平面 上 可 分 开 的 壳 体 ， 就 能 较 好 地 解 决 轴 和 齿 轮 等 零 部 件 装 配 困 难 的 问 题 。 图 2-3c所 示 方 案 的 高 档 从 动 齿 轮 处 于 悬 臂 状 态 ， 同 时 一 档 和 倒 档 齿 轮 布 置 在 变 速 器 壳 体 的中 间 跨 距 里 ， 而 中 间 档 的 同 步 器 布 置 在 中 间 轴 上 是 这 个 方 案 的 特 点 。本 设 计 最 终 采 用 图 2-3（ b） 所 示 方 案 。2.3.3 倒档的布置方案常 见 的 倒 档 结 构 方 案 有 以 下 几 种 ：图 2-4a 为 常 见 的 倒 挡 布 置 方 案 。 在 前 进 档 的 传 动 路 线 中 ， 加 入 一 个 传 动 ， 使 结构 简 单 ， 但 齿 轮 处 于 正 负 交 替 对 称 变 化 的 弯 曲 应 力 状 态 下 工 作 。 此 方 案 广 泛 用 于 轿车 和 轻 型 货 车 的 四 档 全 同 步 器 式 变 速 器 中 。图 2-4b 所 示 方 案 的 优 点 是 换 倒 挡 时 利 用 了 中 间 轴 上 的 一 挡 齿 轮 ， 因 而 缩 短 了 中间 轴 的 长 度 。 但 换 挡 时 有 两 对 齿 轮 同 时 进 入 啮 合 ， 使 换 挡 困 难 。 某 些 轻 型 货 车 四 档变 速 器 采 用 此 方 案 。轻型货车六挡变速器设计- 7 -图 2-4c 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 。图 2-4d 所 示 方 案 针 对 前 者 的 缺 点 做 了 修 改 ， 因 而 经 常 在 货 车 变 速 器 中 使 用 。图 2-4e 所 示 方 案 是 将 中 间 轴 上 的 一 ， 倒 挡 齿 轮 做 成 一 体 ， 将 其 齿 宽 加 长 。图 2-4f 所 示 方 案 适 用 于 全 部 齿 轮 副 均 为 常 啮 合 齿 轮 ， 换 挡 更 为 轻 便 。为 了 充 分 利 用 空 间 ， 缩 短 变 速 器 轴 向 长 度 ， 有 的 货 车 倒 挡 传 动 采 用 图 2-4g 所示 方 案 。 其 缺 点 是 一 、 倒 挡 须 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 。综 合 考 虑 ， 本 次 设 计 采 用 图 2-4f 所 示 方 案 的 倒 档 换 档 方 式 。图 2-4 常见倒档传动方案2.4 变速器主要零件的结构方案分析变 速 器 的 设 计 方 案 必 需 满 足 使 用 性 能 、 制 造 条 件 、 维 护 方 便 及 三 化 等 要 求 。 在确 定 变 速 器 结 构 方 案 时 ， 也 要 考 虑 齿 轮 型 式 、 换 档 结 构 型 式 、 轴 承 型 式 等 因 素 。2.4.1 齿轮型式齿 轮 形 式 有 直 齿 圆 柱 齿 轮 和 斜 齿 圆 柱 齿 轮 。有 级 变 速 器 结 构 的 发 展 趋 势 是 增 多 常 啮 合 齿 轮 副 的 数 目 ， 从 而 可 采 用 斜 齿 轮 。与 直 齿 圆 柱 齿 轮 比 较 ， 斜 齿 圆 柱 齿 轮 有 使 用 寿 命 长 ， 工 作 时 噪 声 低 等 优 点 ； 缺 点 是制 造 时 稍 复 杂 ， 工 作 时 有 轴 向 力 。 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 数 增 加 ， 并 导 致 变 速 器 的 转 动 惯 量 增 大 。直 齿 圆 柱 齿 轮 仅 用 于 低 档 和 倒 挡 。 在 本 设 计 中 由 于 倒 档 采 用 的 是 直 齿 滑 动 齿 轮的 传 动 方 案 ， 因 此 除 倒 档 外 ， 均 采 用 斜 齿 轮 传 动 。轻型货车六挡变速器设计- 8 -2.4.2 换档结构型式现 在 大 多 数 汽 车 的 变 速 器 都 采 用 同 步 器 换 档 。 采 用 同 步 器 换 档 可 保 证 齿 轮 在 换档 时 不 受 冲 击 ， 使 齿 轮 强 度 得 以 充 分 发 挥 ， 同 时 操 纵 轻 便 ， 缩 短 了 换 档 时 间 ， 从 而提 高 了 汽 车 的 加 速 性 、 经 济 性 和 行 驶 安 全 性 ， 此 外 ， 该 种 型 式 还 有 利 于 实 现 操 纵 自动 化 。 其 缺 点 是 结 构 复 杂 ， 制 造 精 度 要 求 高 ， 轴 向 尺 寸 有 所 增 加 ， 铜 质 同 步 环 的 使用 寿 命 较 短 。 目 前 ， 同 步 器 广 泛 应 用 于 各 式 变 速 器 中 。在 本 设 计 中 所 采 用 的 是 锁 环 式 同 步 器 ， 该 同 步 器 是 依 靠 摩 擦 作 用 实 现 同 步 的 。但 它 可 以 从 结 构 上 保 证 结 合 套 与 待 啮 合 的 花 键 齿 圈 在 达 到 同 步 之 前 不 可 能 接 触 ， 以免 齿 间 冲 击 和 发 生 噪 声 。 其 结 构 及 工 作 原 理 将 在 第 六 章 重 点 讲 解 。2.4.3 轴承型式变 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 。在 本 设 计 中 ， 第 一 轴 常 啮 合 齿 轮 及 第 二 轴 上 齿 轮 由 于 内 腔 尺 寸 较 小 ， 所 以 采 用滚 针 轴 承 。 变 速 器 第 一 轴 、 第 二 轴 的 后 部 及 中 间 轴 的 前 、 后 部 轴 承 均 采 用 中 系 列 的采 用 角 接 触 轴 承 。轻型货车六挡变速器设计- 9 -3 变速器主要参数的选择3.1 变速器设计原始参数本 设 计 是 根 据 福 田 奥 铃 CTX 轻 卡 中 的 141 马 力 42 载 货 车 （ BJ1089VEJEA-FD） 车 型 而 开 展 的 ， 设 计 中 所 采 用 的 相 关 参 数 均 来 源 于 此 种 车 型 ：图 3-1 福田奥铃 CTX 轻卡表 3-1 设计所用参数总质量 最大功率 最大功率转速 最大转矩 最大转矩转速 主传动比 轮胎型号8190kg 105kw 2600rpm 450Nm 2200rpm 4.11 7.50R163.2 变速器主要参数的选择与计算3.2.1 档位数和传动比近年来，为了降低油耗，变速器的档数有增加的趋势。目前，卡车一般用多档变速器。本设计采用 6 个档位。选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有 maxaxmax0max )sinco(gfgriTTgIe （3-1）则由最大爬坡度要求的变速器档传动比轻型货车六挡变速器设计- 10 -gIi 0maxiTre （3-2）式中 m汽车总质量；g 重力加速度；max 道路最大阻力系数；rr 驱动轮的滚动半径；Temax 发动机最大转矩；i0主减速比； 汽车传动系的传动效率。根据驱动车轮与路面的附着条件 2maxGriTgIe求得的变速器 I 档传动比为：（3-3）Tegii0max1式中 G2汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷； 路面的附着系数，计算时取 =0.50.6。由已知条件：满载质量 8190kg；r r=390.96mm；T e max=450Nm；i 0=4.11；=0.96。根据公式（3-2） （3-3 ）可得： ，取 。0.196.5gi 2.61gi中间档的传动比理论上按公比为： 1minaxgq（3-4）的等比数列，实际上与理论上略有出入，因齿数为整数且常用档位间的公比宜小些，另外还要考虑与发动机参数的合理匹配。根据上式可得出： 40.1q。故有： 304.2gi、 98.23gi、 705.24gi、 、 6gi。40.1gi3.2.2 中心距中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的强度。三轴式变速器的中心距 A，可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式进行初选。 3ImaxATK（3-5）轻型货车六挡变速器设计- 11 -式中 K A 中心距系数，对轻卡取 K A =8.6；TI max 变速器处于一档时的输出扭矩：TI max 可由下式得出：（3-6）giT1maxea发动机最大转矩，Nm；maxe变速器的 I 档传动比；1gi变速器的传动效率，取 0.96。计算得出 TI max=2678.2Nm，初始中心距 A=119.43mm，可取中心距 119mm。3.2.3 齿轮模数齿轮模数选取的一般原则：1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。表 3-2 汽车变速器常用的齿轮模数第一系列 1.00 1.25 1.5 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 6.00第二系列 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.50 (3.75) 4.50 5.50对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。所选模数值应符合国家标准的规定。建议用下列各式选取齿轮模数，第一轴常啮合斜齿轮的法向模数 mnmax347.0enM（3-7）其中 maxeT=450Nm，可得出 mn=3.56mm ，取 mn=4mm。倒挡直齿轮的模数 m ax3.0en（3-8）轻型货车六挡变速器设计- 12 -通过计算 m=2.53mm ，取 m=3mm。3.2.4 齿形、压力角 、螺旋角 汽车变速器齿轮的齿形、压力角、及螺旋角 7按表 3-3 选取。表 3-3 汽车变速器齿轮的齿形、压力角与螺旋角齿形 压力角 螺旋角 轿车 高齿并修形的齿形14.5、15、16、16.52545一般货车 GB/T1356-2001 规定的标准齿形 20 1826重型车 GB/T1356-2001 规定的标准齿形低档、倒档齿轮22.5、25小螺旋角压力角较小时，重合度大，传动平稳，噪声低；较大时可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对轿车，为加大重合度已降低噪声，取小些；对货车，为提高齿轮承载力，取大些。在本设计中变速器齿轮压力角 取 20,啮合套或同步器取 30。选取斜齿轮的螺旋角，应注意到它对齿轮工作噪声，轮齿的强度和轴向力有影响。在齿轮选取大的螺旋角时，齿轮啮合重合度增加，工作平稳，噪声降低。随着 增大，齿的强度也相应提高，不过，当螺旋角大于 30时，抗弯强度急剧下降，会使轴向力及轴承载荷过大。货车变速器斜齿螺旋角 的选择范围：1826。初选 ， 。251436587109912选择斜齿轮的螺旋角时应力求使中间轴上的轴向力相互抵销。为此，中间轴上的全部齿轮一律取右旋，而第一、第二轴上的斜齿轮取左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。图 2-21为中间轴轴向力平衡图。轻型货车六挡变速器设计- 13 -图 3-2 中间轴轴向力的平衡由该图可知，欲使中间轴两斜齿轮的轴向力相互抵销的条件是轴向力 ，而， ，由于中间轴的转矩 ，故得出最后的平衡条件为 （3-9）21tanr式中 ， 中间轴两工作齿轮的螺旋角；12， 中间两工作齿轮的节圆半径。r变速器各对齿轮之间会因模数或齿数和不同等原因而使其中心距不等，设计时可用调整螺旋角的方法使中心距一致起来。 3.2.5 齿宽齿宽的选择，应注意到齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳行、齿强度和齿轮工作时受力的均匀程度。通常根据模数 m（ n）来选择齿宽：直齿： b= cK, （3-10）斜齿：= cn （3-11）式中， 齿宽系数，直齿轮 4.58.0 ，斜齿轮 7.08.6；cK cK模数；m法面模数。n小齿轮的齿宽在计算上认为加宽约 510，所以有直齿 b=(4.58.0)3=13.524(mm)；斜齿 =(6.08.0)4=2432 (mm)。 轻型货车六挡变速器设计- 14 -第一轴常啮合齿轮副齿宽的系数值可取大一些，使接触线长度增加，接触应力降低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。同步器和啮合套的接合齿的工作宽度初选时可取 。m423.3 各档齿轮齿数的分配齿数确定原则：各档齿轮齿数比应尽可能不是整数, 且各档齿数尽可能无公约数。(1)确定变速器一档齿轮的齿数已知主变速器档传动比 （3-12）2.6121Zig为了确定 ， 的齿数，先求其齿数和 11Z2 （3-13）46.519cos43.2snmA应取 为整数，然后将 分配给 ， 。为了使 尽量大一些，应将ZZ2Z12Z取得尽量大一些，这样，在 已定的条件下 的传动比可小些，以使第一轴常1 1gi 1啮合齿轮可分配到较多齿数，以便在其内腔设置第二轴的前轴承。货车变速器中间轴的一档直齿轮的最小齿数为 1217，这里选取 。712Z39561Z对中心距修正： 4.189cos24zmAn圆整后 mA18（2） 确定常啮合传动齿轮副的齿数由式(3-12)可见（3-14）703.291.61212Zig由前文得 ，代入得521轻型货车六挡变速器设计- 15 -（3-15）47.5342cos18cos2211 nmAZ取 73912联立（3-14） 、 （3-15）两式解得 hZ=2 A nmcos，41392，与假设误差小于 5%。39.671421Zig 064.218534arcos2)(arcos11 AZmn（3）确定变速器二挡的齿轮齿数（3-16）54.390.421109Zig由前文得 ， 即可求得109 79.541cos8cos109109 nmAZ取 （3-56109Z17）联立（3-16） 、 （3-17）两式解得，349210与假设 误差小于 5%。05.23419012Zig 34.2gi 35.186arcos)(arcos10919 AZmn由式（39）知，理论上有 1021092tanZr轻型货车六挡变速器设计- 16 -475.13.8tan062t1092.102Z与 相差不大，多余的轴向力由轴承抵消。1092tanZ（4）确定变速器三挡的齿轮齿数（3-18）073.1948.21387 Zig由前文得 ，即可求得1987 79.541cos82cos28787 nmAZ取 （3-19）5687Z联立（3-18） 、 （3-19）两式解得， 29778与假设 误差小于 5%。.2914387123Zig .2gi 35.1864arcos)(arcos877 AZmn由式（39）知，理论上有 828721tanZr475.3.t06t87212.982Z与 相差不大，多余的轴向力由轴承抵消。8721tanZ轻型货车六挡变速器设计- 17 -（5） 确定变速器四挡的齿轮齿数（3-20）745.0391.21465 Zig由 可得35.1865 79.541cos82cos26565 nmAZ取 （3-21）65联立（3-20） 、 （3-21）两式解得，245Z36与假设 误差小于 5%。089.3241965124Zig 075.3gi 3.18264arcos)(arcos655 AZmn由式（39）知，理论上有 626521tanZr475.3.8t0t65211.962Z与 相差不大，多余的轴向力由轴承抵消。6521tanZ（6） 确定变速器五挡的齿轮齿数（3-22）517.0394.12543 Zig由 可求得1943轻型货车六挡变速器设计- 18 -79.541cos82cos24343 nmAZ取 （3-5643Z23）联立（3-22） 、 （3-23）两式解得，193374与假设 误差小于 5%。4.71934125Zig 0.4gi 35.1826arcos2)(arcos4343 AZmn由式（39）知，理论上有 4246321tanZr758t0t43213.7942Z与 相差不大，多余的轴向力由轴承抵消。4321tanZ（7） 修正后的各档传动比 391.61gi0542.3gi8941.5gi轻型货车六挡变速器设计- 19 -16gi（8） 确定变速器倒档齿轮副的齿数初步确定该六档变速器的倒档传动比 。 由于前文中关于倒档选用了直齿6Ri滑动齿轮，所以有模数 ，一般中间轴齿轮的齿数 比 略小，倒档轴齿轮的齿3m14Z2数范围为 。215Z初步选取 ， 154Z主变速器倒档传动比（3-24）1432145312ZiR96243ZiR由式（3-24）得倒档传动比 43.513142ZiR倒档轴到变速器中间轴的距离 ，2Amm572)3()(1542 倒档轴到主变速器第二轴的距离 3ZA832)(2)(153 轻型货车六挡变速器设计- 20 -4 变速器齿轮的设计计算4.1 齿轮的几何尺寸计算要求汽车变速器齿轮均为渐开线齿轮。渐开线齿轮除了能满足传动平稳、传动比恒定不变等传动的基本要求外，还有互换性好、中心距具有可分离性及切齿刀具制造容易等优点。渐开线齿轮的正确啮合条件是:两齿轮的模数、分度圆压力角必须分别相等，两斜齿轮的螺旋角必须相等而方向相反。渐开线圆柱齿轮的基准齿形(GB1356-78)见表 图 4-1 基准齿形4-16及图 4-17。表 4-1 渐开线圆拄齿轮基准齿形 基本要素名称 代 号 标准齿 短 齿 增大齿形角齿形角 202025齿顶高系数 0f.18.8.0径向间隙系数 cm)35.( 3m齿根圆角半径 r20846.035.1) 考虑某些工艺要求，径向间隙允许增大至 0.35m，齿根圆角半径允许减小至 0.25m。4.2 齿轮的变位系数选择变位齿轮主要有两类：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的和为零。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想接近的程度。高度变位齿轮副的缺点是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零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。变位系数的选择原则 ：轻型货车六挡变速器设计- 21 -1）对于高档齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。2）对于低档齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。 3）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，噪声要小一些。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二档以外的其它各档齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着档位的降低，总变位系数应该逐档增大。一、二档和倒档齿轮，应该选用较大的值。 4.3 齿轮的几何尺寸计算及结果表 4-2 给出了渐开线斜齿非变位和高度变位圆柱齿轮的几何尺寸计算公式，表中的 为法面模数； ， 分别为齿数和变位系数，计算时应分别计算主、被动齿轮的nmz有关项目，主、被动齿轮有关项目的下标分别为“