某客車(chē)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案確定分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u37011.1設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù) 1115971.2變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和形式選擇 1235531.2.1兩軸式變速器的特點(diǎn)分析 2237761.2.2中間軸式變速器特點(diǎn)分析 2264291.2.3倒擋布置方案分析 4177651.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的其他問(wèn)題 616981.3.1齒輪形式 7300741.3.2換擋機(jī)構(gòu)形式 7531.3.3防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu) 8198191.3.4變速器軸承 81.1設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù)本設(shè)計(jì)是根據(jù)一款客車(chē)變速器，其具體參數(shù)如表1.1。表1.1主要技術(shù)參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率191kw最大爬坡度(%)25發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩950Nm最小離地間隙150最大轉(zhuǎn)速2300r/min最高車(chē)速69km/h總質(zhì)量16500kg整備質(zhì)量10700kg軸距5250長(zhǎng)寬高1060025003300制動(dòng)距離(m)(滿載、30km/h)

≤101.2變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和形式選擇機(jī)械式變速器的優(yōu)勢(shì)相比于其他變速器在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易,傳動(dòng)效率很高，且加工成本較低和工作穩(wěn)定可靠，因其具有這些優(yōu)點(diǎn)所以在各式各樣的車(chē)輛上得到應(yīng)用。與無(wú)級(jí)的相比有級(jí)變速器具有于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)錢(qián)便宜，傳動(dòng)效率（η=0.96～0.98）高，一般情況下，有級(jí)變速器具有3至5個(gè)前進(jìn)擋；重型卡車(chē)和重型越野車(chē)則更喜歡采用擋位更多的變速器，采用多達(dá)6～16個(gè)甚至20個(gè)前進(jìn)擋位提升發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率隨著擋位數(shù)的增多而提高、車(chē)輛的燃料經(jīng)濟(jì)性和速度，使得車(chē)輛的運(yùn)輸效率大大提升，保持一個(gè)較低運(yùn)輸成本，但的增多擋位數(shù)并不是百利無(wú)一害，也使變速器的尺寸及質(zhì)量隨著擋位數(shù)增多而增大，結(jié)構(gòu)也會(huì)相比之前愈加復(fù)雜，加工費(fèi)用也會(huì)隨之增高。有級(jí)變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案息息相關(guān)，這些因素包括傳遞動(dòng)力的齒輪副數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳遞的效率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、以及制造精度、剛度尤其是對(duì)于齒輪、軸、以及殼體[6]。1.2.1兩軸式變速器的特點(diǎn)分析發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛上多采用兩軸式變速器，其相比于與中間軸式變速器的優(yōu)點(diǎn)在于前者的軸和軸承數(shù)量少，結(jié)構(gòu)較為容易、輪廓尺寸小，且各中間擋位因只通過(guò)幾對(duì)齒輪來(lái)傳遞動(dòng)力，所以兩軸式變速器傳動(dòng)效率較高且噪聲也保持在較低水平。兩軸式變速器缺陷在于直接擋的缺失，因此當(dāng)車(chē)輛處于高擋工作時(shí)，齒輪和軸承均會(huì)承受載荷，出現(xiàn)了許多問(wèn)題例如噪聲較大，磨損加劇，以及使用壽命的縮短[7]。如圖1.1a～c所示的傳動(dòng)方案位為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的兩軸式變速器，如圖2-1c中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，采用同步器換擋；同步器一般安裝在輸出軸上，原因是一擋主動(dòng)齒輪小相較于其他較小，同步器在輸出軸的安裝會(huì)十分困難，而較高擋位的同步器可以安裝在輸入軸后端，如圖2-1a和b所示；圖2-1a所示方案的變速器其軸的剛度很高，因?yàn)槠溆休o助支撐的幫助，這樣可以大大減少齒輪磨損和降低工作噪聲。圖2-1c所示方案為五擋全同步變速器，在其基礎(chǔ)上，只要用隔套替代掉五擋齒輪，即可變?yōu)樗膿踝兯倨鱗8]。 圖2-1兩軸式變速器傳動(dòng)方案1.2.2中間軸式變速器特點(diǎn)分析發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車(chē)多在用中間軸式變速器上。其相比于其他的優(yōu)勢(shì)在于：變速器輸入軸后部分與常嚙合主動(dòng)齒輪做成齒輪軸，一部分的輸出軸前端經(jīng)軸承支承而插入到第一軸后端的孔內(nèi)，且兩軸軸線在同一直線上，嚙合套的存在使得連接后能夠得到直接擋，直接擋使用時(shí)，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不會(huì)承受力的作用延長(zhǎng)了使用壽命，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩會(huì)經(jīng)變速器輸入軸及輸出軸直接輸出，此時(shí)變速器效率非?？捎^，它的優(yōu)點(diǎn)還在于噪聲小、齒輪和軸承的磨損較之之前大大減小。變速器的使用壽命也因?yàn)橹苯訐趵寐屎芨邚亩玫揭欢ǔ啥嫉难娱L(zhǎng)；并且在其他前進(jìn)擋位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)在輸入軸、中間軸、輸出軸的齒輪來(lái)傳遞，因此在變速器中間軸與輸出軸之間中心距不大的條件下，一擋會(huì)有的傳動(dòng)比依然很大；擋位數(shù)高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪一般不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；傳動(dòng)方案件中除一擋以外的其他擋位，更喜歡采用均采用同步器換擋，當(dāng)然也有的一擋也采用同步器或接合套換擋，各擋同步器一般裝在輸出軸上[9]。中間軸式變速器并不是全面領(lǐng)先于兩軸式變速器，在除了直接擋工作時(shí)，其他擋位的傳動(dòng)效率因不僅僅只通過(guò)齒輪傳遞略有降低，這是它的缺點(diǎn)。圖2-2是中間軸式五擋變速器傳動(dòng)方案，圖2-2a中所有方案，大部分擋位為常嚙合齒輪傳動(dòng)除了一擋和直齒滑動(dòng)齒輪換擋外。而圖2-2b，c，d方案中各前進(jìn)擋均用常嚙合齒輪傳動(dòng)的方式，圖2-2d所示方案中的倒擋和超速擋均安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣的布置方案有諸多益處可以有效提高軸的剛度，減少齒輪磨損的程度，工作噪聲也會(huì)明顯降低，在不需要超速擋的路況下下，非常容易變位一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)擋的變速器[10]。圖1.2中間軸式五擋變速器傳動(dòng)方案1.2.3倒擋布置方案分析倒擋使用率相比于前進(jìn)擋位來(lái)說(shuō)使用率不高不高，而且一般都是在停車(chē)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換擋，所以一般采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒擋，為了使倒擋傳動(dòng)正常進(jìn)行，有些方案采用加入中間傳動(dòng)齒輪的方案在中間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中。如圖1.3所示顯示的是當(dāng)今常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖1.3b方案的相比于其他的優(yōu)點(diǎn)在于是倒擋利用了中間軸上一擋齒輪，導(dǎo)致中間軸的長(zhǎng)度大大縮短；但并不是毫無(wú)缺點(diǎn)其換擋時(shí)換擋比較困難，因?yàn)閮蓪?duì)齒輪會(huì)同時(shí)進(jìn)入嚙合。圖1.3c方案優(yōu)點(diǎn)在于可以較容易的獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺陷是換擋程序不合理。圖1.3d方案在1.3c的基礎(chǔ)上對(duì)后者的缺點(diǎn)做了改善。圖1.3e是將一、倒擋齒輪做成一體的齒輪軸，齒寬加長(zhǎng)也可以得到增長(zhǎng)。圖1.3f的方案廣泛應(yīng)用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪的情況下，擋換較之其他也更加輕便?？s短變速器軸向長(zhǎng)度也要盡可能地短，貨車(chē)倒擋傳動(dòng)用圖1.3g所示方案；當(dāng)然也有缺點(diǎn)是一、倒擋都分別使用一根變速器撥叉軸，使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。因?yàn)樽兯倨鞯囊粨鮽鲃?dòng)比大，相對(duì)應(yīng)的在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受到的作用的力也與之增大，較大的撓度和轉(zhuǎn)角出現(xiàn)在變速器的軸上，工作齒輪嚙合狀態(tài)被破壞，出現(xiàn)的結(jié)果為輪齒磨損加快以及工作噪聲增加，無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一擋，最好布置在靠近軸的支撐處，來(lái)改善上述情況，然后按照從低至高的順序布置各擋齒輪，這樣操作會(huì)使得軸具有的剛性，還能保證容易裝配[11]。圖1.3倒擋布置方案一般情況掛倒擋時(shí)設(shè)有一個(gè)掛倒擋時(shí)需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來(lái)使司機(jī)注意也為防止意外掛入倒擋。其實(shí)倒擋機(jī)構(gòu)的設(shè)置無(wú)論是在左或者右在結(jié)構(gòu)上都是允許的，唯一需要注意的在于掛倒擋時(shí)司機(jī)移動(dòng)變速桿的方向改變了。為了提醒司機(jī)在不經(jīng)意之間掛入倒擋，在要掛倒擋時(shí)設(shè)有一個(gè)掛倒擋時(shí)需要克服彈簧所產(chǎn)生的力，考慮以上因素圖1.4中a和b與c相比更加合理，1.4c中的方案在掛一擋時(shí)也需要克服用來(lái)防止誤掛倒擋所產(chǎn)生的力。圖1.4變速器換擋位置及順序并且，倒擋的中間齒輪不管是位于變速器的左側(cè)或右側(cè)，倒擋軸的受力情況是不盡相同的，如圖1.5所示圖1.5倒擋軸位置與受力分析12571.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的其他問(wèn)題經(jīng)常使用擋位所對(duì)應(yīng)齒輪容易造成表面點(diǎn)蝕損壞因?yàn)樗盏浇佑|應(yīng)力太高而。經(jīng)常采取將高擋位布置在靠近軸的兩端支承中部區(qū)域，因在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角相比于其他區(qū)域比較小，齒輪可處于較好的嚙合狀態(tài)，可以有效減少偏載的同時(shí)還會(huì)延長(zhǎng)齒輪的使用壽命[12]。超速擋一般在某些汽車(chē)的變速器裝載并且也只有在路路狀況良好或空載時(shí)才使用的。超速擋傳動(dòng)比一般小于1，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也能得到充分的發(fā)揮，還有益于發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和燃料消耗的降低。但是與直接擋比較也有缺點(diǎn)，超速擋的使用還會(huì)使傳動(dòng)效率降低及工作噪聲表現(xiàn)糟糕。機(jī)械式變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力時(shí)處于工作狀態(tài)的齒輪對(duì)數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪和殼體等零件的制造精度等[13]。圖1.6所示為中間軸五擋變速器的結(jié)構(gòu)示意圖，這個(gè)變速器的優(yōu)勢(shì)在于全部擋位均采用嚙合套或滑動(dòng)齒輪方式換擋；并且在第二軸上設(shè)有中間支承，使得軸的剛度得到了加強(qiáng)；為了解決拆，裝齒輪或者軸的困難采用了變速器殼體沿軸線所在平面分開(kāi)。圖1.6中間軸式五擋變速器的結(jié)構(gòu)1.3零部件結(jié)構(gòu)方案分析1.3.1齒輪形式變速器齒輪分類(lèi)包括直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。斜齒圓柱齒輪比較與直齒圓柱齒輪來(lái)說(shuō)直齒使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低；制造時(shí)工藝復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力對(duì)軸承不利也就成了后者的缺點(diǎn)。一般變速器中的常嚙合齒輪會(huì)采用斜齒圓柱齒輪，這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)烧叨紩?huì)增大。直齒圓柱齒輪一般應(yīng)用于低擋和倒擋。1.3.2換擋機(jī)構(gòu)形式變速器換擋機(jī)構(gòu)類(lèi)型包括直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套以及同步器換擋三種形式。滑動(dòng)齒輪換擋是通過(guò)滑動(dòng)齒輪使變速器變換擋位，最主要的方式是滑動(dòng)直齒輪，當(dāng)然也有有滑動(dòng)斜齒輪的換擋方式，這種換擋方式優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、成本低、制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但是也有缺點(diǎn)，換擋沖擊也會(huì)較大，噪聲大，齒輪磨損會(huì)加劇造成其壽命縮短。對(duì)駕駛員的熟練程度也有很高要求，這種方式通常用在倒擋或者一擋上面。嚙合套換擋，使用嚙合套換擋，他的優(yōu)勢(shì)在于換擋行程很短，輪齒不會(huì)參與換擋，所以它們的壽命得以保障。但是也有缺點(diǎn)在于仍然沒(méi)有辦法消除換擋沖擊，對(duì)駕駛員的熟練程度仍有較高要求，并且因?yàn)閲Ш咸缀统Ш淆X輪的添加，變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性力矩也會(huì)增大，因此只能應(yīng)用在要求不高的擋位或者重型貨車(chē)的變速器上。同步器換擋當(dāng)使用同步器換擋，它的優(yōu)勢(shì)在于降低換擋過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊，提高零件的壽命，并且沒(méi)有噪聲，操作輕便，同時(shí)縮短了換擋的時(shí)間，對(duì)司機(jī)的駕駛技術(shù)也沒(méi)有很高要求,并且對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性還有行駛安全性都有很大的提高，但缺點(diǎn)在于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高和軸向尺寸大等缺點(diǎn)[14]。1.3.3防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)圖1.7防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)措施變速器的主要故障之一即自動(dòng)脫擋。出現(xiàn)的原因是接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動(dòng)等原因會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫擋。為改善這個(gè)問(wèn)題，除了可以改善工藝外，目前在結(jié)構(gòu)上做文章采取措施且行之有效的方案有以下幾種：1、盡量使得兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)不要再一起，如圖2-7a所示。這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超過(guò)被接合齒達(dá)到1～3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時(shí)磨損，應(yīng)用接合齒端部形成凸肩來(lái)阻止接合齒自動(dòng)脫擋。2、將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?.3至0.6mm），這樣，換擋后嚙合套的后端面就會(huì)被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動(dòng)脫擋，如圖2-7b所示。3、不要將將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工直面而采用斜面，形成倒錐角（一般傾斜2。～3。），這樣會(huì)使得接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫擋的軸向力，如圖2-7c所示這種方案比較有效，應(yīng)用較多。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)并加工成臺(tái)階形狀，也具有相同的阻止自動(dòng)脫擋的效果[15]。1.3.4變速器軸承汽車(chē)變速器的特點(diǎn)在于具有結(jié)構(gòu)緊湊和尺寸小，但