中型货车六档机械式变速器设计_本科毕业设计说明书(编辑修改稿)

中型货车六档机械式变速器设计_本科毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

车的“身体” 之中，广本两厢飞度每个排量都有一款配置了CVT 无级变速器，既方便又省油，且售价也仅在 ～ 万元。 国内外现状 在国外，机械产品的系列化和多档化是各个厂家的开发重点，使其产品有几大的方便性和灵活性，能占领更多的市场份额。 如德国的 ZF 公司有中心距80mm、 95mm、 105mm、 120mm、 143mm、 154mm、等七种类别的变速器，档位数从 3 到 17 个。 近年来随着微电子技术的发展，电子控制自动变速器的问世，给汽车带来更理想的传 动系统。 机电一体化技术进入汽车领域，推动了汽车变速装置的重大变革。 随着电子技术的应用，自动变速器装置均出现电子化趋势，并且在结构上不同于机械式变速器。 自 1940 年美国通用汽车公司首次将液力机械式自动变速器装车应用以来，液力机械式自动变速器的生产形成系列化和专业化。 其发展之快，应用之广，以致于人们直接命名其为 自动变速器。 AT 以优越的动力性能，乘坐舒适性和简便的操作，在汽车工业中占有相当的地位。 我国几种系列轿车中和重型载货车上虽有应用，但限于技术和经济条件，独立开发，成批生产 AT 的能力尚不具备。 省油，排污 低，操纵方便，行驶舒适的机械式无级自动变速器 (CVT)本科毕业设计（论文） 4 一直是人们追求的目标。 CVT 与其它传动相比，操纵方便性和乘坐舒适性均可与液力变矩器相媲美，而其传动效率却远高于液力变矩器。 更主要的是它能够协调车辆外界行驶条件与发动机负荷，充分发挥发动机潜力，提高整车燃油经济性，使汽车具有良好的牵引特性，显著地提高超车性能，这是现有的有级式变速器无法相比的，故 CVT 是国内外汽车传动研究和推广的重点之一。 在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。 具体有两个原因：首先，目前国内企业已经基本掌握对手动变速器的开发，所以在一定 程度上加大的手动变速器的价格优势；另外，绝大多数中国驾驶者在学车时就用的是手动车，他们更加享受手动车带来的驾驶乐趣。 手动变速器应该说是最为节能的变速方式，另外由于中国企业已经掌握该技术，而且在生产方面也积累了长期经验，从而在价格和质量方面会有较大优势。 所以在短期内仍将是变速器主流。 其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工况。 在国内，随着汽车工业的发展，我国变速器的生产有了较大的发展，在消化吸收国外先进技术的基础上，每年都有几十个新产品推向市场。 不过汽车自动变速器总成市场基本上是进口产品一统天下。 为推动中国自 主知识产权的自动变速器技术发展， 2020 年，中国汽车工业协会和中国齿轮专业协会共同完成了“汽车变速器技术发展的课题研究”，并达成了中国汽车自动变速器总成技术的发展意见：优先发展 CVT（机械无级自动变速器）、 AMT（电控电动机械变速器），适时发展 DCT，适当生产 AT。 课题内容及目标 课题内容 设计机械式六档变速器，除了倒档其它档位使用同步器换档，倒档处使用啮合套换档，且第六档设置为直接档。 课题目标 本次设计主要内容包括根据所给条件确定六档机械式变速器的传动方案，各档位传动 比，确定变速器的具体结构，设计变速器的各零部件，校核齿轮和轴的刚度等。 然后利用 UG 软件完成机械式六档变速器的三维建模以及虚拟装配。 最后在 AUTOCAD中画出总装配图及各零部件图。 本科毕业设计（论文） 5 第二章 变速器传动机构方案的布置 传动机构布置方案分析 本设计应用在现今使用广泛的发动机前置、后轮驱动的 42 总体布置方案，发动机发出的动力依次经过离合器、变速器、万向传动装置（万向节和传动轴）、主减速器、差速器、半轴，传到驱动轮，如图 所示。 ； ； ； 图 发动机前置后轮驱动汽车传动系 变速器由变速传动机构和操纵机构组成。 根据前进档数的不同，变速器有三、四、五和多档几种。 根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类。 而前者又分为两轴式、三轴式和多中间轴式变速器。 固定轴式变速器 (1)两轴式变速器 固定轴式中的两轴式和中间轴式变速器应用广泛。 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，两轴式变速器因轴承数少，所以有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间档位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时噪声也 低。 因两轴式变速器不能设置直接档，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，而且易损坏。 还有，受结构限制，两轴式变速器的一档速比不可能设计得很大。 对于前进档，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。 本设计主要针对的是中型货车，所以两轴式变速器不适用于本设计。 本科毕业设计（论文） 6 (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承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而 第二轴的末端经花键与万向节连接。 各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承支承在第一轴后端的孔内，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档。 是直接档，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要高于其它档位，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）不太大的条件下，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外的其它档位换档机构，均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齿套换档，还有各档同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。 在除直接档外的其它档位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。 在档数相同的条件下，各中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数、轴的支承方式、换档方式和倒档传动方案 以及档位布置顺序上有差别。 由于本设计针对的是轻型汽车，中间轴式五档和六档变速器体积和质量显得过于庞大，而且传动比大不适用于本设计。 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。 前置后驱的乘用车多采用中间轴式变速器。 倒档布置方案 与前进档位比较，倒档使用率不高，而且都是在停车状态下实现倒档，故多次数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒档。 为实现倒档传动，有些方案利用中 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；也有利用两个联体齿轮方案的。 前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿是在最不利的正、负交替变化的弯曲应力状态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并使倒档传动比略有增加。 也有少数变速器采用结构复杂和使成本增加的啮合套或同步器方案换入倒档。 本科毕业设计（论文） 7 图 倒档布置方案 图 为常见的倒档布置方案。 图 (a)所示方案的优点是换倒档时利用了中间轴上的一档齿轮，因而缩短了中间轴的长度；但换档时要求有两对齿轮同时进入啮合，使换档困难。 图 (b)所示方案能获得较大的倒档传动比，缺点是换档程序不合理。 图 (c)所示方案是将中间轴上的一、倒档齿轮做成一体，将其齿宽加长。 图 (d)所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档更为轻便。 综上所述 ,选用方案 （ d） 变速器的一档或倒档因传动比大，工作时在齿轮上作用的力增大，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，无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一档与倒档，都应当布置在靠近轴的支承处，以便改善上述不良状况，然后按照从抵 档到高档的顺序布置各档齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。 倒档的传动比虽然与一档的传动比接近，但因为使用倒档的时间非常短，从这点出发有些方案将一档布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒档。 此时在倒档工作时，轮齿磨损与噪声在短时间内略有增加，而在一档工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。 倒档设置在变速器的左侧或右侧，在结构上均能实现，不同之处是挂倒档时驾驶员移动变速杆的方向改变了。 为防止意外挂入倒档 ,一般在挂倒档时设有一个挂倒档时需克服弹簧所产生的力，即在变速器中设置倒档锁，用来提醒驾驶员注意。 本科毕业设计（论文） 8 零、部件结构方案分析 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、润滑和密封等因素。 齿轮型式 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档。 但是，在本设计中由于倒档采用的是常啮合方案，因此倒档也采用斜齿轮传动方案，即除一档外，均 采用斜齿轮传动。 换档结构型式 换档结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。 直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，初一档、倒档外很少采用。 啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。 由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。 啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。 结合套换档结构简单，但还不能完全消 除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。 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。 常用档位的齿轮因接触应力过高而易造成表面点蚀损坏。 将高档布置在靠近轴的两端支承中部区域较为合理，在该区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮可保持较好的啮合状态，以减少偏载并提高、齿轮寿命。 机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮对数、每分钟转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮和本科毕业设计（论文） 9 壳体等零件的制造精度等。 自动脱档 自动脱档是变速器的主要障碍之一。 为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在结构上，目前比较有效的方案有以下几种： (1)将啮合套做得长一些或者 两接合齿的啮合位置错开，这样在啮合时使接合齿部超过被接合齿约 1~3mm。 使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部成凸肩，以阻止自动脱档。 (2)将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄 （ ~） ，这样，换档后啮合套的后端面便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档（图 ）。 (3)将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜 20~30），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力。 这种结构方案比较有效采用较多。 图 防止自动脱档的结构措施 变速器轴承 作旋转运动的变速器轴支 承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、圆锥辊子轴承、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的。 汽车变速器结构紧凑、尺寸小的特点，采用尺寸大些的轴承受限制，常在布置上有困难。 如变速器的第二轴前端支承在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。 本设计主要针对的是中型货车，采用滚针轴承，而第二轴后端采用圆锥滚子轴承，用来承受轴向力和径向力。 作用在第一 轴常啮合齿轮上的轴向力，经第一轴后部轴承传给变速器壳体，此处用轴承外圈有挡圈的球轴承。 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，但在壳体前端面布置轴承盖有困难，必须由后端轴承承受轴向力，前端采用圆柱滚子轴承来承受径向力，而本科毕业设计（论文） 10 后端采用外圈有挡圈的球轴承或圆柱滚子轴承，本设计两端均采用有挡圈的球轴承。 变速器第一轴、第二轴的后部轴承，以及中间轴前、后轴承，按之直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱辊子轴承。 轴承的直径根据变速器中心距确定，并要保证后壁两轴承孔之间的距离不小于 6～ 20mm。 滚针轴 承、滑动轴承主要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、径向配合间隙小、定位及运转精度高、有利于齿轮。