文档介绍：设计说明书
货车机械变速器
变速器的设计计算
变速器的选择
变速器的种类很多,按前进档位的不同可分为三、四、五和多档变速器,根据轴的型式的不同,又有固定轴式和旋转轴式(常配合行星齿轮传动)两类。固定轴式又有两轴式、中间轴式、双中间轴式和多中间轴式变速器。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。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。
2-1-1 中间轴式变速器
从结构外形看中间轴式变速器有三根轴:一轴和二轴在一条中心线上。将它们连接即为直接档,此时,齿轮、轴承不承受载荷而只传递转矩,故而传动效率高,而且摩损小,寿命长,噪音也较小。而在其他档位上,经过两对连续齿轮传动,传动效率稍低。由于本设计中的汽车为重型货车,且档位多,传动比大,故本设计采用这种型式。
2-1-2 变速器齿轮型式
变速器中的齿轮一般只有两种:直尺圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮多用为滑动式,故使用在一档和倒档的较多,它们的结构简单,制造容易。但是在换档时齿轮端部产生冲击,噪声很大,从而加剧端部磨损,使齿轮的寿命降低,而且由于噪声大,容易造成驾驶员的疲劳。斜齿圆柱齿轮传动平稳,噪声很小,磨损小,寿命长。唯一的缺点是工作时有轴向力的产生,而且结构复杂,这个缺点可以在进行轴的载荷计算时予以平衡。
通过比较两种型式齿轮的优缺点,本设计中,倒档采用直齿圆柱齿轮,这是考虑到倒档的使用率较低,综合衡量经济性和便利性而定的,其余各档全部采用斜齿圆柱齿轮传动,这样充分发挥其传动平稳,噪声小等优点。
2-1-3变速器的换档结构
变速器的换档机构形式有以下几种:直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档。
(1) 直齿滑动齿轮换档该结构形式制造容易,结构简单。但缺点较多:汽车行驶时各档齿轮有不同的角速度,因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换档,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,造成汽车的行驶安全性降低,同时使驾驶员精神紧张,而换档产生的噪声又会使乘坐舒适应大大的降低。只有驾驶员用熟练的操作技术(如两脚离合器),使齿轮换档时无冲击,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,尽管这种换档方式结构简单,但除一、倒档外已很少使用。
(2) 啮合套换档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档。这时,因同时承受换档冲击载荷的接合齿齿数多,而轮齿又不参与换档,它们都不会过早损坏,但不能消除换档冲击,对汽车的行驶安全性和乘坐舒适性仍有影响,同时,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,目前这种换档方法只在某些要求不高的档位及重型车变速器上应用。这是因为重型车档位间的公比较小,则换档机构连接件之间的角速度差也小,因此采用啮合套换档,并且还能降低制造成本及减小变速器长度。
(3) 同步器换档使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档,而与操作技术的熟练程度无关,从而提高汽车的加速性、经济性和行驶安全性等一系列性能,故现代汽车大多数采用这种换档形式,同上述两种换档方式相比较,虽然它有结构复杂,制造精度要求高,轴向尺寸大等缺点,但仍然得到广泛应用。同时,利用同步器或啮合套换档,其换档行程要比滑动齿轮换档行程小。在换动齿轮特别宽的情况下,这种差别就更为明显。为了操纵方便,换入不同档位的变速杆行程要求尽可能一样。
综合比较以上三种换档方式,在本设计中所有档位全部采用锁销式惯性同步器换档。
倒档的选择
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换倒档,故多数方案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,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、负交替对称变化的弯曲应力状态下工作,而后者是在较为有利的弯曲状态下工作,并使倒档传动比略有增加。
至此,我们可以参考《汽车设计》中的相关内容进行讨论。《汽车设计》中的图3-5主要介绍了七种不同的倒档布置方案。其中图b所示方案的优点是换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。但换档时有两对齿轮同时进入啮合,使换档困难。图c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d所示方案针对前者的缺点作了修改,因而取代了图c所示方案。图e所示方案是将中间轴上的一、倒档齿轮作成一体,将其齿宽加长。图f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。为了充分利用空间,缩短变速器轴向长度,有的货车倒档传动采用图g所示方案。其缺点是一、倒档需各用一根变速器拨叉轴,致