车辆工程毕业设计120九档双中间轴变速器[参照].pdf

1 第 1 章 绪论 随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为汽车发展 的趋势而变速器设计是汽车设计中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，目的是在各种行驶工况下，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因此它的 性能影响到汽车的动力性和经济性指标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，而变速器的设计不合理， 将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大，影响汽车的整体性 1.1 汽车变速器概述 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 1.1.1汽车变速器的功用 现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范 围较小， 而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围 内变化为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器。

变速器的功用是： （1）改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常 变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下 1 / 67 2 工作； （2）在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶； （3）利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并便 于变速器换挡或进行动力输出 1.1.2汽车变速器的分类 汽车变速器按传动比变化方式不同，可分为有级式、无级式和综合式 三种 (1) 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，有级式变速器又可分为有轴线固定式变速 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 (2) 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 (3) 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。

1.2 双中间轴变速器概述 双中间轴变速器是目前多级变速的一个重要的发展方向，是指在汽车 的传动系统中的变速器部分有两个输出轴或叫中间轴，这样的变速器结构 2 / 67 3 目的主要是为了缩短多挡定轴式变速器的轴向尺寸，以便于其在整车上的 布置，同时也是为了多挡时共用输入轴的主动齿轮，减少变速器零件，简 化变速器结构和降低成本等 1.2.1双中间轴变速器的原理 采用双中间轴结构设计的变速器，每根中间轴和中间轴两端的轴承以 及中间轴上的齿轮只承受二分之一的传动力，输入轴及主轴上每个齿轮的 轮齿受力也只有传动力的二分之一 1.2.2双中间轴变速器的特点 对大吨位的重型汽车（输入扭矩在800N m 以上）来说，车辆需要变 速器的承载能力大、 挡位多，双中间轴变速器的优势在这里得到了有效发挥 双中间轴变速器的比较优势主要体现在以下几个方面： （1）双中间轴变速器在中心距、壳体长度两个重要设计参数上，明显 优于单中间轴变速器这两个设计参数决定了双中间轴变速器重量轻，轴 向尺寸短，有利于减轻整车重量，提高承载能力，便于整车布置 （2）双中间轴变速器的速比范围明显大于单中间轴变速器，在发动机 功率相同的情况下，将直接影响到整车的最大爬坡度和最高车速这两个重 要性能指标。

（3）由于双中间轴变速器比单中间轴变速器前进挡多12 个挡位， 所以各挡之间的速比级差明显小于单中间轴变速器，有利于提高整车的加 速性，可以使发动机始终处于最佳工作状态，大大降低整车的燃油消耗和 污染排放 （4）采用双中间轴结构设计的变速器，每根中间轴和中间轴两端的轴 承以及中间轴上的齿轮只承受二分之一的力（与单中间轴相比），输入轴 3 / 67 4 及主轴上每个齿轮的轮齿受力也只有二分之一（与单中间轴相比） （5）由于采用了对称布置的双中间轴，中间轴上每个齿轮施加给输入 轴齿轮和主轴齿轮的径向力大小相等而方向相反，正好相互抵消，因此， 从结构上保证了双中间轴变速器在设计时能够减小中心距，从而使变速器 的轴向尺寸变短、重量降低 （6） 由于每个齿轮及轴承受力的减小，进一步延长了变速器使用寿命， 提高了工作可靠性和性价比 近年来，以法士特为首自主研发的双中间轴变速器，均采用了细高齿有 限元设计，齿部为非标准渐开线K 形齿修形设计，主、副箱均配有高性能的 双锥面同步器，使产品的可靠性及操控性有了提高 双中间轴变速器具有广泛的适用性，良好的整车匹配性可以根据用户 的使用爱好选择带同步器或不带同步器的产品；可匹配多种离合器壳体及离 合器分离装置，能够适应整车选装普通推式离合器、免调节推式离合器、拉 式离合器、单片离合器、双片离合器；还可以满足整车安装缓速器的需要。

同时双中间轴变速器在设计时充分考虑了车辆多种功能的需要，取力形 式多种多样，能够实现前取力、后下取力、后上取力、侧取力等，最大限度 地满足了各行各业的特殊需求，广泛匹配载重车、自卸车、牵引车及各种专 用车辆和特种车辆，为重型汽车的升级换代提供较好优化配置 1.2.3汽车变速器国内外发展状况 近年来，随着市场对产品创新性要求的增长和大吨位变速器需求比重持 续上升， 双中间轴变速器已成为引领市场需求的主导，备受国内外重型汽车 厂家的青睐 据统计，今年前4 个月，重卡市场累计生产整车175559 辆，同比增长 65.7%；销售整车159303 辆，同比增长60.17%；产销量再创历史新高前4 4 / 67 5 个月，双中间轴重型变速器产销量双双突破16 万台大关，同比增长高达 103.67%，市场占有率已超过85% 双中间轴变速器和单中间轴变速器是目前国际上使用最广泛的两种变 速器，但在性能上各有优劣欧洲等发达国家，由于路况较好、法规健全， 重型汽车多选配单中间轴变速器双中间轴变速器则广泛应用于美国、加拿 大、澳大利亚这些使用超大功率、超长距离运输车辆的国家在亚洲、非洲 等许多发展中国家和不发达地区，受路况、超载等各种因素影响，重型汽车 更多选择配套的也是双中间轴变速器。

同时从这两种变速器产品在中国市场 的应用情况看，双中间轴变速器更适合中国国情，已显示出了比较优势法 士特双中间轴变速器在国内市场超过90 万台的保有量， 充分说明了这一点 目前在国际上， 重卡配装的手动重型变速器主要有两种结构，以德国采 埃孚技术为代表的单中间轴结构和以美国伊顿技术为代表的双中间轴结构 上世纪 80 年代，法士特的前身陕西齿总厂和现綦江齿轮传动有限公司 的前身綦江齿轮厂，分别引进了伊顿和采埃孚的重型变速器技术其后，经 过二十多年发展，法士特双中间轴变速器在重卡市场确立了领先地位，綦齿 却逐渐淡出重卡市场，成为国内最大的大中型客车变速器生产企业 目前，具有自主知识产权和高技术含量双中间轴变速器已达到20 多个 系列、数百个品种在516 挡变速器领域实现了全方位覆盖，广泛匹配于 输入扭矩5002600N m 、载重量550 吨之间的各种车型尤其是近年推 出的 12 挡和 16 挡两款重型变速器，代表了国内最新技术和成果其中，部 分自主创新产品在关键技术和核心技术上的创造性，填补了我国多挡位机械 式重型变速器空白，打破了跨国公司构筑的知识产权壁垒，而且形成了规模 发展的竞争优势。

从双中间轴变速器在设计参数、性能、结构、使用方便性及价格等方面的 5 / 67 6 比较优势中可以看出，在大吨位重型汽车（输入扭矩800N m以上）上， 双中间轴变速器更符合我国对汽车工业发展提出的具有高可靠性、低能源 消耗、低噪声和低排放污染的总体要求 1.3 课题设计意义 随着社会的快速发展和人们生活水平的迅速提高，汽车作为一种必不可 少的交通运输工具已走进千家万户总之，汽车工业的发展水平直接代表着 一个国家基础工业和国民经济的实力中国未来10 年，经济型汽车至少应 翻一番因此设计一种适合我国国情的经济型汽车的变速器具有十分重要的 意义， 而且也符合全球对环境保护的要求，低排放的经济型汽车肯定是未来 汽车的主力 本设计的目的就是以我国现今发展情况探讨开发一种适合我国国情、满 足家庭使用的中小型、经济实用、 发动机前置前驱动或前置后驱的一种变速 器 变速器是汽车最重要的系统之一，如果把作为动力源的发动机比作汽车 的心脏， 那么作为传递动力的变速器可谓汽车的动脉汽车变速器作为汽车 传递系中的一个主要总成要求其结构简单，操纵轻便，体积小，重量轻， 传递效率高，承载能力大，维修方便，使用可靠。

由于机械传动变速器具备 上述这些优点所以，机械变速器一直是汽车上用得最普遍的变速器 变速器是汽车传动系中最主要的部件之一它的作用是： （1）在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大 小 由于汽车行驶条件不同，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内 变化例如在高速路上车速应能达到100km/h， 而在市区内， 车速常在50km/h 6 / 67 7 左右空车在平直的公路上行驶时，行驶阻力很小，则当满载上坡时，行驶 阻力便很大 而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更 不能满足实际路况需要 （2）实现倒车行驶 汽车发动机曲轴一般都是只能向一个方向转动的，而汽车有时需要能倒 退行驶，因此，往往利用变速箱中设置的倒档来实现汽车倒车行驶 （3）实现空档 当离合器接合时，变速箱可以不输出动力例如可以保证驾驶员在发动 机不熄火时松开离合器踏板离开驾驶员座位 变速箱由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成变速传动机构的主 要作用是改变转矩和转速的数值和方向；操纵机构的主要作用是控制传动机 构，实现变速器传动比的变换，即实现换档，以达到变速变矩 1.4 课题设计内容和方案 1.4.1变速器设计应满足的基本要求 对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 7 / 67 8 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 1.4.2课题设计内容 课题要求对9 档双中间轴变速器进行传动方案的设计, 对主要零件轴、 齿 轮进行结构设计，对其他零件进行结构和选型设计进行齿轮的设计: 包括 材料选择、参数计算、强度计算及校核；轴的设计：包括结构设计并作出轴 的计算简图、强度校核；轴承的选用及其他零件的结构设计 1齿轮的设计 齿轮的设计从两个方面来考虑： （1）按照齿面解除疲劳强度进行计算及核算： （2）按照齿根弯曲强度进行计算及核算 可算得齿轮的模数及分度圆直径，并对模数进行圆整，从而定出分度圆 的具体直径 完成这些后， 也是从这两方面入手对所设计的齿轮进行强度校 核，最终得出合适且安全的直齿轮圆柱齿轮 2轴的设计 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。

轴的结构主要取 决于以下的因素： 轴在机器中的安装位置及其形式；轴上安装的零件的类型、 尺寸、数量以及和。