CA1040轻型货车机械式三轴式五档手动变速器设计【word+6张CAD图纸全套】.doc

本科学生毕业设计CA1040轻型货车机械式变速器设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 黑 龙 江 工 程 学 院二*年*月毕业设计（论文）任务书学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称CA1040轻型货车机械式变速器设计一、设计（论文）目的、意义汽车变速器是汽车传动系的重要组成部分。由于汽油机额定转矩对应的速度范围很小，需要用齿轮传动来适应驾驶时车速的变化。它是传动系的主要部件,它的性能对整车的动力性、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面都有十分重要的影响。设计好变速器对汽车的性能，安全性以及经济性有着重要作用。手动机械变速器可以完全遵从驾驶者的意志，且结构简单、传动效率高、故障率相对较低、物美价廉,因此在市场上仍占有一席之地，开发手动机械变速器也适应当代世界经济的发展。随着科技的高速发展，节能与环境保护、应用新型材料、高性能及低成本都可将作为汽车新型变速器的研究方向。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）基本内容：在保证汽车有必要的动力性和经济性的前提下，进行齿轮和传动轴设计，设置动力输出装置，保证换挡迅速、省力、方便，工作可靠。有较高的工作效率，除此之外，还要保证变速器满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。在设计中要解决的的主要问题：在设计中需要解决变速器是否能有效预防脱档，跳档并方便挂档。减小噪音并尽量能达到轻量化、高承载、低噪声、换档操纵好和经济实用性。 技术要求：具有良好的动力性与经济性，换挡迅速、省力、方便。变速器的工作噪声低，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。三、 设计（论文）完成后应提交的成果1.变速器的总装配图一张（A0）；2.变速器的部件图、零件图（轴及齿轮等）折合两张以上零号图（A1、A2若干张）；3.撰写设计说明书一份，1.5万字以上。四、设计（论文）进度安排1.调研，资料收集，完成开题报告 第1-3周（2月28日-3月20日）2.分析搜集到的资料，提出最优设计方案 第4-5周（3月21日-4月3日）3.绘制机械变速器总装配图、零件图的草图 第6-8周（4月4日-4月24日）4.绘制机械变速器总装配图、零件图, 撰写设计说明书 第9-12周（4月25日-5月22日）5. 完善设计，提交指导老师审核并修改 第13-14周（5月23日-6月5日）6. 提交系里评阅并修改，准备答辩 第15-16周（6月6日-6月19日）7.毕业设计答辩 第17周（6月20日-6月26日）五、主要参考资料1 王望予.汽车设计M.北京.机械工业出版社.2004.2 常思勤.汽车动力装置M.北京.机械工业出版社.2005.3 刘惟信.汽车设计M.北京.清华大学出版社.2001.4 林绍义.一种汽车变速器设计J.机电技术，2004.1.5 刘法顺.乘用车两轴式机械变速器的设计J.交通科技与经济，2008.4.6 罗春香.汽车变速器设计中速比分配问题的研究J. 西南民族大学学报·自然科学版，2004.30. 7 韦志林.汽车变速器轴承寿命的校核计算J.广西工学院学报,2000.6.8 王之煦,许杏根.简明机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1997.9.9 严仓锋.变速器后盖总成轴承装配技术改造J.实用技术,2005.12.六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: CA1040轻型货车机械式变速器设计院 系 名 称: 专 业 班 级: 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称CA1040轻型货车机械式变速机设计一、 课题研究现状、选题目的和意义研究现状：变速器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、爬破、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，可在起动发动机、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。变速器按传动比变化方式不同，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种：有级式变速器应用最为广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同，有轴线固定式变速器和轴线旋转式变速器两种。目前，轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有3-5个前进挡和一个倒挡；在重型货车用的组合式变速器中，则有更多挡位。所谓变速器挡数，均指前进挡位数。无级式变速器的传动比在一定的范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式两种。电力式变速器在传动系统中也有广泛采用的趋势，其边素传动部件为直流串励电动机。液力式变速器的传动部件是液力变矩器。综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大值和最小值之间的几个间断范围内作无级变化，目前应用较多。汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器表现了极大的热情，极度重视无级变速器在汽车领域的实用化进程。载货汽车分为轻型、中型、重型三种。各国分级方法和标准不尽相同。20世纪70年代以来，由于对运输需求的增加和公路承载能力的提高，各国都在放宽对轴重和车辆总重的限制,因而大吨位载货汽车不断增加。同时,城市中为便于集散货物和零星货物运输，小吨位载货汽车也在发展。为适应各种货物的运输要求，载货汽车有向专用化发展的趋势，专用运输车的种类和数量不断增加。而中国是按汽车载重量分级的，载重量3.5吨以下的为轻型载货汽车,48吨的为中型载货汽车，8吨以上的为重型载货汽车。载重量1吨以下的轻型载货汽车多用轿车底盘改制而成，主要用于城市运送食品、日用工业品等小批量货物；有的制成客货两用车。 目的及意义：随着重型车功率加大、传递的扭矩增加和速度的提高，对变速器的要求也不断家大。首先，变速器的节油性能被越来越多的用户所关注。而业内专家表示，目前变速器的节油主要通过安装同步器和增多档位来实现。其次，不言而喻的是整车厂对变速器的轻量化也提出更高要求。再次从发动机电控系统到模块化电子仪表到再到CAN总线的应用，我国重卡电子化控制程度越来越高。随着重卡整车电子化程度的提高，变速器自动化进程也将开始加速，AMT(机械式自动变速器)的应用被提上日程。AMT在传统固定轴式手动变速器和干式离合器基础上应用自动变速理论和电子控制技术，通过电控单元控制执行机构实现自动换挡，具有传动效率高、油耗低、经济性好等诸多优点。相对自动变速器而言，AMT造价低廉，只比传统机械式变速器稍贵一点，也很适合中国用户的消费特点。所以，国内主流的变速器企业都在致力于AMT的研发当中，据了解，法士特、綦齿和大齿等企业的AMT已经开始装车试验，技术日趋成熟。载货汽车在我国应用十分广泛，而变速器是整车的关键总成之一。其功用是在不同的使用条件下, 改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速, 使汽车得到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。通过载货汽车变速器的设计， 使其变速器性能更好具有一定的实际意义。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、基本内容 （1）载货汽车变速器研究现状 （2）载货汽车变速器整体结构设计 （3）载货汽车变速器尺寸参数设计 （4）载货汽车变速器尺寸参数校核2、拟解决的主要问题 （1）载货汽车变速器尺寸参数设计 （2）载货汽车变速器尺寸参数校核三、技术路线（研究方法）调研并查阅相关资料确定总体设计方案参数计算变速器结构设计变速器的尺寸参数强度校核变速器出图完成设计和书写说明书四、进度安排（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第12周（3月3日3月16日） （2）确定总体方案 第34周（3月17日3月30日） （3）对变速器结构进行设计第56周（3月31日4月13日） （4）对变速器尺寸进行设计78周（4月14日4月27日）（5）建立变速器的零件图第第89周（4月21日5月4日） （5）建立变速器的装配模型第910周（4月28日 5月11日） （6）书写设计说明书第1113周（5月12日6月2日） （7）设计审核、修改 第1416周（6月3日6月23日） （8）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月24日7月1日）五、参考文献（1）蒋崇贤，何明辉专用汽车设计 武汉工业大学出版社（2）工程中的有限元方法(第3版)机械工业出版社，2004（3）黄天泽，黄金陵汽车车身结构与设计机械工业出版社，2000（4）孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版（5）余志生 汽车理论M，机械工业出版社，1987（6）陈家瑞主编.汽车构造.人民交通出版社出版（7）吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社，1997（8）吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002（9）何云祥. 重型汽车变速器的结构创新J. 现代零部件, 2009, (01) :100-101（10）罗春香. 汽车变速器设计中速比分配问题的研究J. 西南民族大学学报(自然科学版), 2004, (03) .（11）变速器设计(上)J. 汽车技术, 1972, (01) .（12）王尚军. DC6J80T六档变速器设计J. 机械传动, 2002, (01) .（13）黄雄健,杨寿海. CAD/CAE技术在汽车变速器设计中的应用J. 广西工学院学报, 2007, (01) .（14）胡朝峰 ,过学迅 ,汪斌. 汽车变速器技术的发展与展望J. 汽车研究与开发, 2005, (05) .（15）向立明. 汽车变速器的发展历史及未来趋势J. 公路与汽运, 2007, (01) .六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日毕业设计（论文）指导记录日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）通过孙老师的讲解，明确了选题目的及方向，了解所需的文献和书籍，并根据任务书的内容查找相关的资料。学生（记录人）签名： 指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）把搜集到的资料拿给孙老师，孙老师对资料进行了详细的阅读，告诉我那些是对我所做的设计有用的，让我们重点学习这些资料，然后确定自己的设计方案，告诉撰写开题报告的一些注意事项。学生（记录人）签名： 指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将收集到的材料拿给孙老师，老师帮助我对材料进行了分析，确定了初步的设计方案。学生（记录人）签名： 指导教师签名：摘 要变速器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，同时使发动机在最有利工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。因为变速箱在低档工作时作用有较大的力，所以一般变速箱的低档都布置靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。本文设计研究了三轴式五挡手动变速器，对变速器的工作原理做了阐述，变速器的各挡齿轮和轴做了详细的设计计算，并进行了强度校核，对一些标准件进行了选型。变速器的传动方案设计并讲述了变速器中各部件材料的选择。关键词：CA1040；机械式；齿轮；轴 ；变速器ABSTRACTTransmission to change the engine reached on the driving wheel torque and speed, is aimed at marking start, climbing, turning, accelerate various driving conditions, the car was different traction and speed Meanwhile engine in the most favorable working conditions within the scope of the work. And the trans mission in neutral gear with reverse gear. Transmission also need power output function.Gearbox because of the low-grade work at a larger role, In general, the low-grade gearbox layout are close to the axis after support, Following from low-grade to high-grade order of the layout of stalls gear. This will not only allow axis are large enough for a rigid, but also ensures easy assembly. Gear box overall structure and rigid axle and the shell structure of relations. Generally through the control shaft length control over several stalls to ensure that adequate gear box rigid. This paper describes the design of three-axis five block manual tran mission, the transmission principle of work elaborated, Transmission of the gear shaft and do a detailed design, and the intensity of a school. For some standard parts for the selection. Transmission Trans mission program design. A brief description of the trans mission of all components of the material choice.Key words :CA1040;Mechanical ;Gear;Axis; Transmission目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 研究背景11.2 研究目的及意义11.3 机械式变速器国内外研究现状2第2章 总体方案设计32.1 汽车参数的选择32.2 传动机构布置方案分析32.2.1 固定轴式变速器32.2.2 倒挡布置方案42.2.3 其他问题62.3 零部件结构方案分析72.3.1 齿轮形式72.3.2换挡机构形式72.3.3变速器轴承82.4. 本章小结9第3章 变速器设计103.1 挡数103.2 传动比范围103.3 各档传动比的确定103.3.1主减速器传动比的确定103.3.2最低档传动比计算113.3.3 各档传动比的选定123.3.4中心距的选择123.3.5变速器的外形尺寸133.4 齿轮参数133.4.1 模数的选取133.4.2 压力角133.4.3 螺旋角133.4.4 齿宽b143.4.5 齿顶高系数153.4.6 变位系数的选择原则153.5 各挡齿轮齿数的分配153.5.1 确定一挡齿轮的齿数163.5.2 对中心距进行修正173.5.3 确定常啮合传动齿轮副齿数及变位系数173.5.4 确定其他各挡的齿数及变位系数183.5.5 确定倒挡齿轮齿数及变位系数203.6 本章小结20第4章 变速器的校核214.1 齿轮的损坏形式214.2 齿轮强度计算214.2.1 齿轮弯曲强度计算214.2.2轮齿接触应力计算234.3 轴的结构尺寸设计244.4 轴的强度验算254.4.1 轴的刚度的计算254.4.2 轴的强度的计算304.5轴承寿命计算334.6 本章小结36第5章 同步器的设计375.1锁环式同步器375.1.1 锁环式同步器结构375.1.2 锁环式同步器工作原理375.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定385.2 本章小结40第6章 变速器操纵机构416.1 直接操纵手动换挡变速器416.2 远距离操纵手动换挡变速器416.3 本章小结42结论43参考文献44致谢45附录46第1章 绪 论1.1研究背景近几年国内外汽车工业迅猛发展，车型的多样化和个性化已经成为汽车发展的趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，特别是对轻型商用车而言，其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天，车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标，而变速器的设计如果不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大。国产商用车所装配的变速器主要以国产手动档变速器为主，变速器是由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进挡数的不同，变速箱有三、四、五和多挡几种。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、中间轴式和多中间轴式变速箱。汽车变速器是影响整车动力性、经济性、舒适性的重要总成，国内外的汽车制造与销售数据显示，人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。国内商用车市场的快速发展，2008年全国载货汽车保有量为10、465、404辆，与2007年相比，增加722、181辆，增长7.41%。其中轻型载货汽车5、863、787辆，贡献度最大的车型是轻型货车，轻型货车对商用车销量的贡献度为44.16%，其次是重型货车和微型货车，其贡献度分别为19.89%和12.93%。汽车变速器的使用寿命与整车基本相当，售后维修市场对变速器总成的需求仅占少数，故此可将轻型商用车市场近似为它的变速器配套市场空间。随着全球能源及原材料价格的不断上涨，汽车销售价格的下降，要求汽车变速器向着体积小质量轻、承载能力大、结构紧凑上发展。这就要求零件设计结构机械性能也要相应有所改变，向着小巧紧凑高强度，高刚性方向改进，进而也要求有新技术新工艺来保证能够制造出来。目前许多变速器生产企业正在研发一些能大幅提高离合器、同步器寿命和行车安全性，且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠、易于制造、成本低、燃油消耗少和维护与使用费用低、多档位、大速比变化范围改善了汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性的变速器。现在汽车变速器的发展趋势是向着可调自动变速箱或无级变速器方向发展。无级变速机构由两组锥形轮组成，包括一对主动锥形轮（锥形轮组1）和一对被动锥形轮（锥形轮组2）同时有一根链条运行在两对锥形轮V形沟槽中间，链条的运动如同动力传递单元。锥形轮组1由发动机的辅助减速机构驱动，发动机的动力通过链条传递给锥形轮组2直至终端驱动。在每组锥形轮中有一个锥形轮可以在轴向移动，调整链条在锥形轮的工作直径并传递速比。两组锥形轮必须保持相同的调整，以保证链条始终处与涨紧状态，使传递扭矩时锥形轮接触充分的压力。采用无级变速器可以节约燃料，使汽车单位油耗的行驶里程提高30%。通过选择最佳传动比，获得最有利的功率输出，它的传动比比传统的变速器轻，结构更简单而紧凑。世界各大汽车制造商正竞相开发无级变速器。专家预计2008至2009年间无级变速器将成为世界各大汽车制造商的技术开发重点。1.2 研究目的及意义通过一步步的计算和校核来改善变速器的工作状态，使其达到理想的舒适性并减小工作时的噪声。传统的变速器设计设计方法一般是根据性能要求利用经验公式取初值，然后计算其强度，传动质量指标等，如不符合要求根据经验公式改变某些参数，继续计算直至符合所有的条件与要求。通过本题目的设计，可综合运用所学知识对轻型商用车的手动变速器进行设计。由于本题目模拟工程一线实际情况，通过毕业设计可与工程实践直接接触，从而可以提高解决实际问题的能力，综合提高自身的设计和制造水平。本设计研究基本内容是研究轻型商用车的机械变速器的组成、结构与原理，弄清楚同步器、齿轮、轴等零部件之间的配合关系。选择标准齿轮模数在总当数和一档传动比确定后，合理分配各档位的速比，接着计算出齿轮参数和中心距，并对齿轮进行强度验算，确定齿轮的结构与尺寸，绘制出所有齿轮的零件图，根据经验公式初步计算出所有轴的基本尺寸，对每个档位下对轴的刚度和强度进行验算，确定出轴的结构与尺寸，绘制出各个轴的结构与尺寸，对现有传统变速器的结构进行改进、完善，最终完成变速器的零件图和装备图的绘制。利用计算机辅助设计软件绘制变速器的各零件的零件图，并完成变速器的总装配图。在此次设计中对变速器作了总体设计，对变速器的传动方案进行了选择，变速器的齿轮和轴做了详细的设计计算，对同步器和一些标准件做了选型设计。1.3机械式变速器国内外研究现状载货汽车分为轻型、中型、重型三种。各国分级方法和标准不尽相同。20世纪70年代以来，由于对运输需求的增加和公路承载能力的提高，各国都在放宽对轴重和车辆总重的限制,因而大吨位载货汽车不断增加。同时，城市中为便于集散货物和零星货物运输，小吨位载货汽车也在发展。为适应各种货物的运输要求，载货汽车有向专用化发展的趋势，专用运输车的种类和数量不断增加。而中国是按汽车载重量分级的，载重量3.5吨以下的为轻型载货汽车,4-8吨的为中型载货汽车，8吨以上的为重型载货汽车。载重量1吨以下的轻型载货汽车多用轿车底盘改制而成，主要用于城市运送食品、日用工业品等小批量货物；有的制成客货两用车。随着重型车功率加大、传递的扭矩增加和速度的提高，对变速器的要求也不断家大。首先，变速器的节油性能被越来越多的用户所关注。而业内专家表示，目前变速器的节油主要通过安装同步器和增多档位来实现。其次，不言而喻的是整车厂对变速器的轻量化也提出更高要求。再次从发动机电控系统到模块化电子仪表到再到CAN总线的应用，我国重卡电子化控制程度越来越高。随着重卡整车电子化程度的提高，变速器自动化进程也将开始加速，AMT(机械式自动变速器)的应用被提上日程。AMT在传统固定轴式手动变速器和干式离合器基础上应用自动变速理论和电子控制技术，通过电控单元控制执行机构实现自动换挡，具有传动效率高、油耗低、经济性好等诸多优点。相对自动变速器而言，AMT造价低廉，只比传统机械式变速器稍贵一点，也很适合中国用户的消费特点。所以，国内主流的变速器企业都在致力于AMT的研发当中，据了解，法士特、綦齿和大齿等企业的AMT已经开始装车试验，技术日趋成熟。第2章 总体方案设计2.1 汽车参数的选择变速器设计所需的汽车基本参数如2.1表所示:表2.1 设计基本参数表发动机最大功率66kw最高车速110km/h总质量4060kg最大转矩210 N·m 变速器如下基本要求：(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)设置倒档，使汽车能倒退行驶。(4)设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。(5)换挡迅速，省力，方便。(6)工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。(7)变速器应当有高的工作效率。除此以外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小，制造成本低，维修方便等要求。满足汽车有必要的动力性和经济性指标，这与变速器的档数，传动比范围和各挡传动比有关。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。2.2 传动机构布置方案分析2.2.1 固定轴式变速器固定轴式又分为两轴式，中间轴式，双中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，中间挡位传动效率高和噪声低等优点。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。所以我选择的是中间轴式的变速器。图2.1分别示出了几种中间轴式五挡变速器传动方案。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。因为直接挡的利用率高于其它挡位，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（中心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）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他挡位的换挡机构，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下装在第二轴上。再除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在挡数相同的条件下，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到档传动方案上有差别。图2.1(a)所示方案，除一档和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2.1(b)，(c)，(d)所示方案的各前进挡，均用常啮合齿轮传动；图2.1(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工作噪声外，还可以在不需要超速挡的条件下，很容易形成一个只有四个前进挡的变速器。以上各种方案中，凡采用常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货车采用中间轴式变速器，为加强传动轴刚度，可将变速器后端加中间支撑。中间轴和第二轴都有三个支承。如果在壳体内，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。2.2.2 倒挡布置方案与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。为实现倒挡传动，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。前者虽然结构简单，但是中图2.1 中间轴式五挡变速器传动方案间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正，负交替对称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，并使倒挡传动比略有增加。图2.2为常见的倒挡布置方案。图2.2(b)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。图2.2(c)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2.2(d)所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2.2(c)所示方案。图2.2(e)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2.2(f)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2.2(g)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。因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低挡到高挡顺序布置各挡齿轮，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在靠近轴的支承处，然后再图2.2 倒挡布置方案布置倒挡。此时在倒挡工作时，齿轮磨损与噪声在短时间内略有增加，与此同时在一挡工作时齿轮的磨损与噪声有所减少。除此以外，倒挡的中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴的受力状况有影响，如图2-3所示。图2.3 倒挡轴位置与受力分析2.2.3 其他问题 经常使用的挡位，其齿轮因接触应力过高而造成表面电蚀损坏。将高挡布置在靠近轴的支承中部区域较为合理，在该区因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，偏载减少能提高齿轮寿命。某些汽车变速器有仅在好路或空车行驶时才使用的超速挡。使用传动比小于1（为0.70.8）的超速挡，能够充分地利用发动机功率，使汽车行驶1km所需发动机曲轴的总转速降低，因而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接挡比较，使用超速挡会使传动效率降低，噪声增大。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，齿轮和壳体等零件的制造精度等。2.3 零部件结构方案分析2.3.1 齿轮形式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。我的设计中一挡和倒挡用的是直齿轮，其他挡都是斜齿轮。2.3.2 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。汽车行驶时各挡齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随有噪声。这使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使乘坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术（如两脚离合器），时齿轮换挡时无冲击，才能克服上述缺点。但是该瞬间驾驶员注意力被分散，会影响行驶安全性。因此，尽管这种换挡方式结构简单，但除一挡，倒挡外已很少使用。由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，所以可用移动啮合套换挡。这时，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多。而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总惯性矩增大。因此，目前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，则换挡机构连件之间的角速度差也小，因此采用啮合套换挡，并且还能降低制造成本及减小变速器长度。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