某客車變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案確定分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u37011.1設(shè)計所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù) 1115971.2變速器傳動機(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傳動機(jī)構(gòu)布置的其他問題 616981.3.1齒輪形式 7300741.3.2換擋機(jī)構(gòu)形式 7531.3.3防止自動脫擋的結(jié)構(gòu) 8198191.3.4變速器軸承 81.1設(shè)計所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù)本設(shè)計是根據(jù)一款客車變速器，其具體參數(shù)如表1.1。表1.1主要技術(shù)參數(shù)發(fā)動機(jī)最大功率191kw最大爬坡度(%)25發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩950Nm最小離地間隙150最大轉(zhuǎn)速2300r/min最高車速69km/h總質(zhì)量16500kg整備質(zhì)量10700kg軸距5250長寬高1060025003300制動距離(m)(滿載、30km/h)

≤101.2變速器傳動機(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)勢相比于其他變速器在于結(jié)構(gòu)簡易,傳動效率很高，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輛上得到應(yīng)用。與無級的相比有級變速器具有于其結(jié)構(gòu)簡單、價錢便宜，傳動效率（η=0.96～0.98）高，一般情況下，有級變速器具有3至5個前進(jìn)擋；重型卡車和重型越野車則更喜歡采用擋位更多的變速器，采用多達(dá)6～16個甚至20個前進(jìn)擋位提升發(fā)動機(jī)的功率利用率隨著擋位數(shù)的增多而提高、車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性和速度，使得車輛的運(yùn)輸效率大大提升，保持一個較低運(yùn)輸成本，但的增多擋位數(shù)并不是百利無一害，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)也會相比之前愈加復(fù)雜，加工費(fèi)用也會隨之增高。有級變速器的傳動效率與所選用的傳動方案息息相關(guān)，這些因素包括傳遞動力的齒輪副數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳遞的效率、潤滑系統(tǒng)的有效性、以及制造精度、剛度尤其是對于齒輪、軸、以及殼體[6]。1.2.1兩軸式變速器的特點(diǎn)分析發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的車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幾對齒輪來傳遞動力，所以兩軸式變速器傳動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)車輛處于高擋工作時，齒輪和軸承均會承受載荷，出現(xiàn)了許多問題例如噪聲較大，磨損加劇，以及使用壽命的縮短[7]。如圖1.1a～c所示的傳動方案位為發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動車輛的兩軸式變速器，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，原因是一擋主動齒輪小相較于其他較小，同步器在輸出軸的安裝會十分困難，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方案1.2.2中間軸式變速器特點(diǎn)分析發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車及發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的客車多在用中間軸式變速器上。其相比于其他的優(yōu)勢在于：變速器輸入軸后部分與常嚙合主動齒輪做成齒輪軸，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，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不會承受力的作用延長了使用壽命，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩會經(jīng)變速器輸入軸及輸出軸直接輸出，此時變速器效率非?？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；并且在其他前進(jìn)擋位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過在輸入軸、中間軸、輸出軸的齒輪來傳遞，因此在變速器中間軸與輸出軸之間中心距不大的條件下，一擋會有的傳動比依然很大；擋位數(shù)高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒輪一般不采用常嚙合齒輪傳動；傳動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，其他擋位的傳動效率因不僅僅只通過齒輪傳遞略有降低，這是它的缺點(diǎn)。圖2-2是中間軸式五擋變速器傳動方案，圖2-2a中所有方案，大部分擋位為常嚙合齒輪傳動除了一擋和直齒滑動齒輪換擋外。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，工作噪聲也會明顯降低，在不需要超速擋的路況下下，非常容易變位一個只有四個前進(jìn)擋的變速器[10]。圖1.2中間軸式五擋變速器傳動方案1.2.3倒擋布置方案分析倒擋使用率相比于前進(jìn)擋位來說使用率不高不高，而且一般都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換擋，所以一般采用直齒滑動齒輪方式換倒擋，為了使倒擋傳動正常進(jìn)行，有些方案采用加入中間傳動齒輪的方案在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中。如圖1.3所示顯示的是當(dāng)今常見的倒擋布置方案。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)致中間軸的長度大大縮短；但并不是毫無缺點(diǎn)其換擋時換擋比較困難，因?yàn)閮蓪X輪會同時進(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，齒寬加長也可以得到增長。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短變速器軸向長度也要盡可能地短，貨車倒擋傳動用圖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)樽兯倨鞯囊粨鮽鲃颖却?，相對?yīng)的在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時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設(shè)有一個掛倒擋時需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來使司機(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司機(jī)移動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，在要掛倒擋時設(shè)有一個掛倒擋時需要克服彈簧所產(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也需要克服用來防止誤掛倒擋所產(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傳動機(jī)構(gòu)布置的其他問題經(jīng)常使用擋位所對應(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還會延長齒輪的使用壽命[12]。超速擋一般在某些汽車的變速器裝載并且也只有在路路狀況良好或空載時才使用的。超速擋傳動比一般小于1，發(fā)動機(jī)的功率也能得到充分的發(fā)揮，還有益于發(fā)動機(jī)磨損和燃料消耗的降低。但是與直接擋比較也有缺點(diǎn)，超速擋的使用還會使傳動效率降低及工作噪聲表現(xiàn)糟糕。機(jī)械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關(guān)，包括傳遞動力時處于工作狀態(tài)的齒輪對數(shù)、每分鐘轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤滑系統(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，這個變速器的優(yōu)勢在于全部擋位均采用嚙合套或滑動齒輪方式換擋；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。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說直齒使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低；制造時工藝復(fù)雜，工作時有軸向力對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采用斜齒圓柱齒輪，這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量兩者都會增大。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)類型包括直齒滑動齒輪、嚙合套以及同步器換擋三種形式?；瑒育X輪換擋是通過滑動齒輪使變速器變換擋位，最主要的方式是滑動直齒輪，當(dāng)然也有有滑動斜齒輪的換擋方式，這種換擋方式優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)較為簡單、成本低、制造工藝相對簡單，但是也有缺點(diǎn)，換擋沖擊也會較大，噪聲大，齒輪磨損會加劇造成其壽命縮短。對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)勢在于換擋行程很短，輪齒不會參與換擋，所以它們的壽命得以保障。但是也有缺點(diǎn)在于仍然沒有辦法消除換擋沖擊，對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增大，因此只能應(yīng)用在要求不高的擋位或者重型貨車的變速器上。同步器換擋當(dāng)使用同步器換擋，它的優(yōu)勢在于降低換擋過程中產(chǎn)生的沖擊，提高零件的壽命，并且沒有噪聲，操作輕便，同時縮短了換擋的時間，對司機(jī)的駕駛技術(shù)也沒有很高要求,并且對汽車的動力性及經(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防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)圖1.7防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)措施變速器的主要故障之一即自動脫擋。出現(xiàn)的原因是接合齒磨損、變速器剛度不足以及振動等原因會導(dǎo)致自動脫擋。為改善這個問題，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開不要再一起，如圖2-7a所示。這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒達(dá)到1～3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時磨損，應(yīng)用接合齒端部形成凸肩來阻止接合齒自動脫擋。2、將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切薄（切下0.3至0.6mm），這樣，換擋后嚙合套的后端面就會被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動脫擋，如圖2-7b所示。3、不要將將接合齒的工作面設(shè)計并加工直面而采用斜面，形成倒錐角（一般傾斜2?！?。），這樣會使得接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫擋的軸向力，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)計并加工成臺階形狀，也具有相同的阻止自動脫擋的效果[15]。1.3.4變速器軸承汽車變速器的特點(diǎn)在于具有結(jié)構(gòu)緊湊和尺寸小，但