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第1章 緒論
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為汽車發(fā)展的趨勢。而變速器設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在對汽車性能要求越來越高的今天，車輛的舒適性也是評價(jià)汽車的一個(gè)重要指標(biāo)，而變速器的設(shè)計(jì)不合理，將會使汽車的舒適性下降，使汽車的運(yùn)行噪聲增大，影響汽車的整體性。
1.1汽車變速器概述
變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬破、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空擋，可在起動發(fā)動機(jī)、汽車滑行或停車時(shí)使發(fā)動機(jī)的動力停止向驅(qū)動輪傳輸。變速器設(shè)有倒擋，使汽車獲得倒退行駛能力。需要時(shí)，變速器還有動力輸出功能。
1.1.1汽車變速器的功用
現(xiàn)代汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動力源，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為解決這一矛盾，在傳動系統(tǒng)中設(shè)置了變速器。
變速器的功用是：
（1）改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動機(jī)在有利的工況下工作；
（2）在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能倒退行駛；
（3）利用空擋，中斷動力傳遞，以使發(fā)動機(jī)能夠起動、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動力輸出。
1.1.2汽車變速器的分類
汽車變速器按傳動比變化方式不同，可分為有級式、無級式和綜合式三種。
(1)有級式變速器應(yīng)用最為廣泛，它采用齒輪傳動，具有若干個(gè)定值傳動比。按所用輪系形式不同，有級式變速器又可分為有軸線固定式變速器和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器兩種。
目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動比通常有3-5個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋；在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多擋位。所謂變速器擋數(shù)，均指前進(jìn)擋位數(shù)。
(2)無級式變速器的傳動比在一定的范圍內(nèi)可按無限多級變化，常見的有電力式和液力式兩種。
電力式變速器在傳動系統(tǒng)中也有廣泛采用的趨勢，其邊素傳動部件為直流串勵電動機(jī)。液力式變速器的傳動部件是液力變矩器。
(3)綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動比可在最大值和最小值之間的幾個(gè)間斷范圍內(nèi)作無級變化，目前應(yīng)用較多。
1.2雙中間軸變速器概述
雙中間軸變速器是目前多級變速的一個(gè)重要的發(fā)展方向，是指在汽車的傳動系統(tǒng)中的變速器部分有兩個(gè)輸出軸或叫中間軸，這樣的變速器結(jié)構(gòu)目的主要是為了縮短多擋定軸式變速器的軸向尺寸，以便于其在整車上的布置，同時(shí)也是為了多擋時(shí)共用輸入軸的主動齒輪，減少變速器零件，簡化變速器結(jié)構(gòu)和降低成本等。
1.2.1雙中間軸變速器的原理
采用雙中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變速器，每根中間軸和中間軸兩端的軸承以及中間軸上的齒輪只承受二分之一的傳動力，輸入軸及主軸上每個(gè)齒輪的輪齒受力也只有傳動力的二分之一。
1.2.2雙中間軸變速器的特點(diǎn)
對大噸位的重型汽車（輸入扭矩在800N·m以上）來說，車輛需要變速器的承載能力大、擋位多，雙中間軸變速器的優(yōu)勢在這里得到了有效發(fā)揮。雙中間軸變速器的比較優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）雙中間軸變速器在中心距、殼體長度兩個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)上，明顯優(yōu)于單中間軸變速器。這兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)決定了雙中間軸變速器重量輕，軸向尺寸短，有利于減輕整車重量，提高承載能力，便于整車布置。
（2）雙中間軸變速器的速比范圍明顯大于單中間軸變速器，在發(fā)動機(jī)功率相同的情況下，將直接影響到整車的最大爬坡度和最高車速這兩個(gè)重要性能指標(biāo)。
（3）由于雙中間軸變速器比單中間軸變速器前進(jìn)擋多1～2個(gè)擋位，所以各擋之間的速比級差明顯小于單中間軸變速器，有利于提高整車的加速性，可以使發(fā)動機(jī)始終處于最佳工作狀態(tài)，大大降低整車的燃油消耗和污染排放。
（4）采用雙中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變速器，每根中間軸和中間軸兩端的軸承以及中間軸上的齒輪只承受二分之一的力（與單中間軸相比），輸入軸及主軸上每個(gè)齒輪的輪齒受力也只有二分之一（與單中間軸相比）。
（5）由于采用了對稱布置的雙中間軸，中間軸上每個(gè)齒輪施加給輸入軸齒輪和主軸齒輪的徑向力大小相等而方向相反，正好相互抵消，因此，從結(jié)構(gòu)上保證了雙中間軸變速器在設(shè)計(jì)時(shí)能夠減小中心距，從而使變速器的軸向尺寸變短、重量降低。
（6）由于每個(gè)齒輪及軸承受力的減小，進(jìn)一步延長了變速器使用壽命，提高了工作可靠性和性價(jià)比。
近年來，以法士特為首自主研發(fā)的雙中間軸變速器，均采用了細(xì)高齒有限元設(shè)計(jì)，齒部為非標(biāo)準(zhǔn)漸開線K形齒修形設(shè)計(jì)，主、副箱均配有高性能的雙錐面同步器，使產(chǎn)品的可靠性及操控性有了提高。
雙中間軸變速器具有廣泛的適用性，良好的整車匹配性。可以根據(jù)用戶的使用愛好選擇帶同步器或不帶同步器的產(chǎn)品；可匹配多種離合器殼體及離合器分離裝置，能夠適應(yīng)整車選裝普通推式離合器、免調(diào)節(jié)推式離合器、拉式離合器、單片離合器、雙片離合器；還可以滿足整車安裝緩速器的需要。
同時(shí)雙中間軸變速器在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了車輛多種功能的需要，取力形式多種多樣，能夠?qū)崿F(xiàn)前取力、后下取力、后上取力、側(cè)取力等，最大限度地滿足了各行各業(yè)的特殊需求，廣泛匹配載重車、自卸車、牽引車及各種專用車輛和特種車輛，為重型汽車的升級換代提供較好優(yōu)化配置。
1.2.3汽車變速器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
近年來，隨著市場對產(chǎn)品創(chuàng)新性要求的增長和大噸位變速器需求比重持續(xù)上升，雙中間軸變速器已成為引領(lǐng)市場需求的主導(dǎo)，備受國內(nèi)外重型汽車廠家的青睞。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年前4個(gè)月，重卡市場累計(jì)生產(chǎn)整車175559輛，同比增長65.7%；銷售整車159303輛，同比增長60.17%；產(chǎn)銷量再創(chuàng)歷史新高。前4個(gè)月，雙中間軸重型變速器產(chǎn)銷量雙雙突破16萬臺大關(guān)，同比增長高達(dá)103.67%，市場占有率已超過85%。
雙中間軸變速器和單中間軸變速器是目前國際上使用最廣泛的兩種變速器，但在性能上各有優(yōu)劣。歐洲等發(fā)達(dá)國家，由于路況較好、法規(guī)健全，重型汽車多選配單中間軸變速器。雙中間軸變速器則廣泛應(yīng)用于美國、加拿大、澳大利亞這些使用超大功率、超長距離運(yùn)輸車輛的國家。在亞洲、非洲等許多發(fā)展中國家和不發(fā)達(dá)地區(qū)，受路況、超載等各種因素影響，重型汽車更多選擇配套的也是雙中間軸變速器。同時(shí)從這兩種變速器產(chǎn)品在中國市場的應(yīng)用情況看，雙中間軸變速器更適合中國國情，已顯示出了比較優(yōu)勢。法士特雙中間軸變速器在國內(nèi)市場超過90萬臺的保有量，充分說明了這一點(diǎn)。
目前在國際上，重卡配裝的手動重型變速器主要有兩種結(jié)構(gòu)，以德國采埃孚技術(shù)為代表的單中間軸結(jié)構(gòu)和以美國伊頓技術(shù)為代表的雙中間軸結(jié)構(gòu)。
上世紀(jì)80年代，法士特的前身陜西齒總廠和現(xiàn)綦江齒輪傳動有限公司的前身綦江齒輪廠，分別引進(jìn)了伊頓和采埃孚的重型變速器技術(shù)。其后，經(jīng)過二十多年發(fā)展，法士特雙中間軸變速器在重卡市場確立了領(lǐng)先地位，綦齒卻逐漸淡出重卡市場，成為國內(nèi)最大的大中型客車變速器生產(chǎn)企業(yè)。
目前，具有自主知識產(chǎn)權(quán)和高技術(shù)含量雙中間軸變速器已達(dá)到20多個(gè)系列、數(shù)百個(gè)品種。在5～16擋變速器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了全方位覆蓋，廣泛匹配于輸入扭矩500～2600N·m、載重量5～50噸之間的各種車型。尤其是近年推出的12擋和16擋兩款重型變速器，代表了國內(nèi)最新技術(shù)和成果。其中，部分自主創(chuàng)新產(chǎn)品在關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)上的創(chuàng)造性，填補(bǔ)了我國多擋位機(jī)械式重型變速器空白，打破了跨國公司構(gòu)筑的知識產(chǎn)權(quán)壁壘，而且形成了規(guī)模發(fā)展的競爭優(yōu)勢。
從雙中間軸變速器在設(shè)計(jì)參數(shù)、性能、結(jié)構(gòu)、使用方便性及價(jià)格等方面的比較優(yōu)勢中可以看出，在大噸位重型汽車（輸入扭矩800N·m以上）上，雙中間軸變速器更符合我國對汽車工業(yè)發(fā)展提出的具有高可靠性、低能源消耗、低噪聲和低排放污染的總體要求。
1.3課題設(shè)計(jì)意義
隨著社會的快速發(fā)展和人們生活水平的迅速提高，汽車作為一種必不可少的交通運(yùn)輸工具已走進(jìn)千家萬戶?？傊?，汽車工業(yè)的發(fā)展水平直接代表著一個(gè)國家基礎(chǔ)工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的實(shí)力。中國未來10年，經(jīng)濟(jì)型汽車至少應(yīng)翻一番。因此設(shè)計(jì)一種適合我國國情的經(jīng)濟(jì)型汽車的變速器具有十分重要的意義，而且也符合全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)的要求，低排放的經(jīng)濟(jì)型汽車肯定是未來汽車的主力。
本設(shè)計(jì)的目的就是以我國現(xiàn)今發(fā)展情況探討開發(fā)一種適合我國國情、滿足家庭使用的中小型、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)動或前置后驅(qū)的一種變速器。
變速器是汽車最重要的系統(tǒng)之一，如果把作為動力源的發(fā)動機(jī)比作汽車的心臟，那么作為傳遞動力的變速器可謂汽車的動脈。汽車變速器作為汽車傳遞系中的一個(gè)主要總成。要求其結(jié)構(gòu)簡單，操縱輕便，體積小，重量輕，傳遞效率高，承載能力大，維修方便，使用可靠。由于機(jī)械傳動變速器具備上述這些優(yōu)點(diǎn)。所以，機(jī)械變速器一直是汽車上用得最普遍的變速器。
變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。它的作用是：
（1）在較大范圍內(nèi)改變汽車行駛速度的大小和汽車驅(qū)動輪上扭矩的大小。
由于汽車行駛條件不同，要求汽車行駛速度和驅(qū)動扭矩能在很大范圍內(nèi)變化。例如在高速路上車速應(yīng)能達(dá)到100km/h，而在市區(qū)內(nèi)，車速常在50km/h左右?？哲囋谄街钡墓飞闲旭倳r(shí)，行駛阻力很小，則當(dāng)滿載上坡時(shí)，行駛阻力便很大。而汽車發(fā)動機(jī)的特性是轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而轉(zhuǎn)矩變化范圍更不能滿足實(shí)際路況需要。
（2）實(shí)現(xiàn)倒車行駛
汽車發(fā)動機(jī)曲軸一般都是只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動的，而汽車有時(shí)需要能倒退行駛，因此，往往利用變速箱中設(shè)置的倒檔來實(shí)現(xiàn)汽車倒車行駛。
（3）實(shí)現(xiàn)空檔
當(dāng)離合器接合時(shí)，變速箱可以不輸出動力。例如可以保證駕駛員在發(fā)動機(jī)不熄火時(shí)松開離合器踏板離開駕駛員座位。
變速箱由變速傳動機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)兩部分組成。變速傳動機(jī)構(gòu)的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的數(shù)值和方向；操縱機(jī)構(gòu)的主要作用是控制傳動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變速器傳動比的變換，即實(shí)現(xiàn)換檔，以達(dá)到變速變矩。
1.4課題設(shè)計(jì)內(nèi)容和方案
1.4.1變速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求
對變速器如下基本要求.
（1）保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性。
（2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪的傳輸。
（3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛。
（4）設(shè)置動力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。
（5）換擋迅速，省力，方便。
（6）工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。
（7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。
除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)，傳動比范圍和各擋傳動比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。
1.4.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容
課題要求對9檔雙中間軸變速器進(jìn)行傳動方案的設(shè)計(jì),對主要零件軸、齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對其他零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和選型設(shè)計(jì)。進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì):包括材料選擇、參數(shù)計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算及校核；軸的設(shè)計(jì)：包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并作出軸的計(jì)算簡圖、強(qiáng)度校核；軸承的選用及其他零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1．齒輪的設(shè)計(jì)
齒輪的設(shè)計(jì)從兩個(gè)方面來考慮：
（1）按照齒面解除疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算及核算：
（2）按照齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算及核算。
可算得齒輪的模數(shù)及分度圓直徑，并對模數(shù)進(jìn)行圓整，從而定出分度圓的具體直徑。完成這些后，也是從這兩方面入手對所設(shè)計(jì)的齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核，最終得出合適且安全的直齒輪圓柱齒輪
2．軸的設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下的因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及其形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及其分布情況；軸的加工工藝等。
3．軸承的選用
選用軸承時(shí)，首先是選擇軸承的類型。由于該軸上的軸承所受載荷為徑向載荷，軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差，軸承力可能發(fā)生彎曲或傾斜，所以選用調(diào)心滾子軸承。
4．其他零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
其他零件部件包括一些標(biāo)準(zhǔn)件（螺栓，螺母，彈性擋圈和油氈封圈等）和非標(biāo)準(zhǔn)件，如軸套，軸承端蓋等，根據(jù)相關(guān)參考書的建議值和公式選取確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度校核。
1.4.3課題設(shè)計(jì)方案
變速器設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的課題，因此要充分利用現(xiàn)有參考文獻(xiàn)，資料進(jìn)行認(rèn)識，不斷的分析增進(jìn)對變速器的了解。
在對變速器有了較深的理解后開始對變速器的各個(gè)部分進(jìn)行分步設(shè)計(jì)。
（1）確定檔數(shù)，這里選擇9檔。
（2）選定車型，確定基本參數(shù)。
（3）變速器主要參數(shù)的確定。其中包括軸數(shù)（4軸），傳動比范圍，中心距A，外形尺寸，齒輪參數(shù)的確定（模數(shù)，壓力角，螺旋角，齒輪寬度，齒輪變位系數(shù)，齒頂高系數(shù)），各檔齒輪齒數(shù)的分配：1.確定一檔齒輪齒數(shù)。2.對中心距A的修正。3.確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù)。4.確定其他各擋的齒數(shù)。5.確定倒擋齒輪齒數(shù)。
（4）輪齒強(qiáng)度的計(jì)算。
（5）軸的強(qiáng)度計(jì)算。
（6）組裝配合。
第2章 九檔變速器總體方案設(shè)計(jì)
對本設(shè)計(jì)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，即對變速器進(jìn)行選型并對其相關(guān)結(jié)構(gòu)和組成部分進(jìn)行初步分析和設(shè)定，為后面的設(shè)計(jì)計(jì)算做準(zhǔn)備。對總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先要確定的就是車型的選擇，即使用九檔雙中間軸變速器的車型，其次要對變速器的傳動機(jī)構(gòu)布置和操縱機(jī)構(gòu)型式進(jìn)行分析和設(shè)定，為設(shè)計(jì)計(jì)算確定一個(gè)總體方案，從而在后面的設(shè)計(jì)計(jì)算中以此作為貫穿全文的主線，圖有2-1中機(jī)構(gòu)2所示為變速器。
1-離合器 2-變速器 3-萬向節(jié) 4-驅(qū)動橋 5-差速器 6-半軸 7-主減速器 8-傳動軸
圖2-1 卡車傳動系統(tǒng)布置
2.1車型及基本參數(shù)的選擇
本文主要設(shè)計(jì)的是九檔變速器，而九檔變速器目前來說主要用于重卡及重型工程車，所以我們選擇的車型應(yīng)該為重型卡車。
目前在國際上，重卡配裝的手動重型變速器主要有兩種結(jié)構(gòu)，以德國采埃孚技術(shù)為代表的單中間軸結(jié)構(gòu)和以美國伊頓技術(shù)為代表的雙中間軸結(jié)構(gòu)。根據(jù)緒論中對兩種變速器優(yōu)缺點(diǎn)的比較，我們知道雙中間軸結(jié)構(gòu)變速器擁有絕對的優(yōu)勢，所以我們選擇雙中間軸式變速器。
根據(jù)以上分析，我們選擇解放j6重卡作為研究車型，對其變速器進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，車型的基本數(shù)據(jù)如表2-1所示。
表2-1 車型基本數(shù)據(jù)
產(chǎn)品型號
BJ1317VNPJJ-S5
發(fā)動機(jī)型號
SC8DK280Q3
驅(qū)動
8×4
軸距
1800+4700+1350(mm)
貨廂尺寸
9450×2316×800
發(fā)動機(jī)功率(ps)
290A
發(fā)動機(jī)排量（L)/轉(zhuǎn)速(r/min)
8.8/2200
最高車速
130km/h
車身
ETX高/平
離合器
Φ430
車橋/速比
457/4.875
車架
320(mm)
輪胎
11.00R20
額定載質(zhì)量（T)
16.800(t)
根據(jù)變速器設(shè)計(jì)所選擇的汽車相關(guān)數(shù)據(jù)，我們可知發(fā)動機(jī)的基本參數(shù)如下表2-2所示。
表2-2 發(fā)動機(jī)基本參數(shù)表
項(xiàng)目
參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
發(fā)動機(jī)型號
上柴SC8DK280Q3
系列
SC8DK
生產(chǎn)廠家
上柴
發(fā)動機(jī)形式
直噴，直列，六缸，水冷，四沖程
汽缸數(shù)
6
燃油種類
柴油
汽缸排列形式
直列
排量
8.8L
排放標(biāo)準(zhǔn)
歐III
最大輸出功率
290KW
最大馬力
280馬力
最大扭矩
1160N·m
最大扭矩轉(zhuǎn)速
2200
全負(fù)荷最低燃油耗率
200g/kW.h
發(fā)動機(jī)凈重
700KG
發(fā)動機(jī)尺寸
1363*890*982mm
壓縮比
18：1
一米外噪音
98dB
額定轉(zhuǎn)速
2200RPM
汽缸行程
135mm
汽缸缸徑
114mm
每缸氣門數(shù)
4
進(jìn)氣形式
增壓中冷
發(fā)動機(jī)噴油系統(tǒng)
共軌
2.2變速器的基本要求及型號設(shè)定
2.2.1變速器的基本要求
作為汽車傳動系中最主要的部件之一，變速器有如下基本要求：
（1）保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性。
（2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機(jī)動力向驅(qū)動輪的傳輸。
（3）設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛。
（4）設(shè)置動力輸出裝置，需要時(shí)能進(jìn)行功率輸出。
（5）換擋迅速，省力，方便。
（6）工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。
（7）變速器應(yīng)當(dāng)有高的工作效率。
除此以外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造成本低，維修方便等要求。滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)，傳動比范圍和各擋傳動比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。
2.2.2變速器的型號設(shè)定
根據(jù)表2-2中解放重卡發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)，我們可以知道發(fā)動機(jī)最大扭矩為1160N·m，我們選擇發(fā)動機(jī)的名義輸入扭矩為119 N·m。
目前，重型卡車和工程機(jī)車傳動機(jī)構(gòu)一般都采用機(jī)械式變速器作為調(diào)速機(jī)構(gòu)。機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、制造成本底和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用，所以，設(shè)計(jì)中我們選擇變速器的類型為機(jī)械式變速器。
由于雙中間軸結(jié)構(gòu)變速器得絕對的優(yōu)勢，我們選擇雙中間軸式變速器作為所設(shè)計(jì)的變速器。
由于全同步器式變速器具有傳動平穩(wěn)，沖擊小，噪聲污染小等優(yōu)點(diǎn)，符合變速器發(fā)展的要求和趨勢，故設(shè)計(jì)中我們選擇變速器為全同步器式變速器。
綜合以上所述，本設(shè)計(jì)選擇的變速器為九檔雙中間軸全同步器式機(jī)械變速器
2.3 變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案
2.3.1 變速器傳動方案分析與選擇
機(jī)械式變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案主要有兩種：兩軸式變速器和中間軸式變速器。
其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上。與中間軸式變速器相比，它具有軸和軸承數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外，各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動，故傳動效率高，同時(shí)噪聲小。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在工作時(shí)齒輪和軸承均承載，工作噪聲增大且易損壞，受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計(jì)的很大。其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)縱置時(shí)直接輸出動力。
而中間軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的汽車上。其特點(diǎn)是：變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體絕大多數(shù)方案的第二軸與一軸在同一條直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔，使用直接檔變速器齒輪和軸承及中間軸不承載，此時(shí)噪聲低，齒輪、軸承的磨損減少。
對大噸位的重型汽車（輸入扭矩在800N·m以上）來說，車輛需要變速器的承載能力大、擋位多，雙中間軸變速器的優(yōu)勢在這里得到了有效發(fā)揮。雙中間軸變速器的比較優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）雙中間軸變速器在中心距、殼體長度兩個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)上，明顯優(yōu)于單中間軸變速器。這兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)決定了雙中間軸變速器重量輕，軸向尺寸短，有利于減輕整車重量，提高承載能力，便于整車布置。
（2）雙中間軸變速器的速比范圍明顯大于單中間軸變速器，在發(fā)動機(jī)功率相同的情況下，將直接影響到整車的最大爬坡度和最高車速這兩個(gè)重要性能指標(biāo)。
（3）由于雙中間軸變速器比單中間軸變速器前進(jìn)擋多1～2個(gè)擋位，所以各擋之間的速比級差明顯小于單中間軸變速器，有利于提高整車的加速性，可以使發(fā)動機(jī)始終處于最佳工作狀態(tài)，大大降低整車的燃油消耗和污染排放。
（4）采用雙中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變速器，每根中間軸和中間軸兩端的軸承以及中間軸上的齒輪只承受二分之一的力（與單中間軸相比），輸入軸及主軸上每個(gè)齒輪的輪齒受力也只有二分之一（與單中間軸相比）。
（5）由于采用了對稱布置的雙中間軸，中間軸上每個(gè)齒輪施加給輸入軸齒輪和主軸齒輪的徑向力大小相等而方向相反，正好相互抵消，因此，從結(jié)構(gòu)上保證了雙中間軸變速器在設(shè)計(jì)時(shí)能夠減小中心距，從而使變速器的軸向尺寸變短、重量降低。
（6）由于每個(gè)齒輪及軸承受力的減小，進(jìn)一步延長了變速器使用壽命，提高了工作可靠性和性價(jià)比。
對不同類型的汽車，具有不同的傳動系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同、對整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同。而傳動系的檔位數(shù)與汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性有著密切的聯(lián)系。就動力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會，提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機(jī)在低燃油消耗率區(qū)下作的能力，降低了油耗。從而能提高汽車生產(chǎn)率，降低運(yùn)輸成本。不過，增加檔數(shù)會使變速器機(jī)構(gòu)復(fù)雜和質(zhì)量增加，軸向尺寸增大、成本提高、操縱復(fù)雜。
重卡需要較大的轉(zhuǎn)矩和較高的功率，而且其對變速器的尺寸要求較小。綜上所述，解放J6重卡選擇九檔雙中間軸全同步器式機(jī)械變速器作為調(diào)速機(jī)構(gòu)。
2.3.2 倒檔布置方案
常見的倒檔布置方案如圖2-2所示。圖2-2b方案的優(yōu)點(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪，縮短了中間軸的長度。但換檔時(shí)有兩對齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換檔困難；圖2-2c方案能獲得較大的倒檔傳動比，缺點(diǎn)是換檔程序不合理；圖2-6d方案對2-2c的缺點(diǎn)做了修改；圖2-2e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體，將其齒寬加長；圖2-2f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換檔換更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖2-2g 所示方案。其缺點(diǎn)是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。
綜合考慮以上因素，為了換檔輕便，減小噪聲，倒檔傳動采用圖2-2f所示方案。
圖2-2 倒檔布置方案
2.3.3零部件結(jié)構(gòu)方案分析
1．齒輪形式
變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。直齒圓柱齒輪主要用于一檔、倒檔齒輪，與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)全部選用斜齒輪。
變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或與軸分開，然后用花鍵、過盈配合或者滑動支承等方式之一與軸連接。
齒輪尺寸小又與軸分開，其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度（圖2-3）影響齒輪強(qiáng)度。要求尺寸應(yīng)該大于或等于輪齒危險(xiǎn)斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后，保持足夠大的穩(wěn)定性，齒輪輪轂部分的寬度尺寸，在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些，至少滿足尺寸要求：
式中：——花鍵內(nèi)徑。
為了減小質(zhì)量，輪輻處厚度應(yīng)在滿足強(qiáng)度條件下設(shè)計(jì)得薄些。圖2-7中的尺寸可取為花鍵內(nèi)徑的1.25～1.40倍。
圖2-3 變速器齒輪尺寸控制圖
齒輪表面粗糙度數(shù)值降低，則噪聲減少，齒面磨損速度減慢，提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在μm范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于7級。
2．變速器軸
變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當(dāng)變速器中心距小，在殼體的同一端面布置兩個(gè)滾動軸承有困難時(shí)，輸出軸可以直接壓入殼體孔中，并固定不動。
用移動齒輪方式實(shí)現(xiàn)換檔的齒輪與軸之間，應(yīng)選用矩形花鍵連接，以保證良好的定心和滑動靈活，而且定心外徑及矩形花鍵齒側(cè)的磨削比漸開線花鍵要容易。兩軸式變速器輸入軸和中間軸式變速器中間軸上的高檔齒輪，通過軸與齒輪內(nèi)孔之間的過盈配合和鍵固定在軸上。兩軸式變速器的輸出軸和中間軸式變速器的第二軸上的常嚙合齒輪副的齒輪與軸之間，常設(shè)置有滾針軸承、滑動軸承，少數(shù)情況下齒輪直接裝在軸上。此時(shí)，軸的表面粗糙度不應(yīng)低與μm，硬度不低于58～63HRC。因漸開線花鍵定位性能良好，承載能力大且漸開線花鍵的齒短，小徑相對增大能提高軸的剛度，所以軸與同步器上的軸套常用漸開線花鍵連接。
倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動的光軸，并由螺栓固定。
由上述可知，變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件，有的軸上又有矩形或漸開線花鍵，所以設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮裝配上的可能，而且應(yīng)當(dāng)可以順利拆裝軸上各零件。此外，還要注意工藝上的有關(guān)問題。
3．變速器軸承的選擇
變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動軸套等。
滾針軸承、滑動軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對運(yùn)動的地方。
變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較大因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。
由于本設(shè)計(jì)的變速器為三軸變速器，齒輪與軸不是固定連接，并且兩者有相對運(yùn)動，所以設(shè)計(jì)中變速器輸入軸、輸出軸的前、后軸承按直徑系列均選用圓錐滾子軸承，齒輪與軸之間使用滾針軸承。
2.4變速器操縱機(jī)構(gòu)布置方案
2.4.1變速器操縱機(jī)構(gòu)概述
根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用操縱機(jī)構(gòu)完成選檔和實(shí)現(xiàn)換檔或退到空檔。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足如下主要要求[9]：換檔時(shí)只能掛入一個(gè)檔位，換檔后應(yīng)使齒輪在全齒長上嚙合，防止自動脫檔或自動掛檔，防止誤掛倒檔，換檔輕便。
變速器操縱機(jī)構(gòu)通常裝在頂蓋或側(cè)蓋內(nèi)，也有少數(shù)是分開的。變速器操縱機(jī)構(gòu)操縱第二軸上的滑動齒輪、嚙合套或同步器得到所需不同檔位。
用于機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu)，常見的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒檔裝置等主要零件組成，并依靠駕駛員手力完成選檔、換檔或推到空檔工作，稱為手動換檔變速器。
1、直接操縱式手動換檔變速器
當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近時(shí)，可將變速桿直接安裝在變速器上，并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換檔功能的手動換檔變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡單，已得到廣泛應(yīng)用。近年來 ，單軌式操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各檔同用一組自鎖裝置，因而使操縱機(jī)構(gòu)簡化，但它要求各檔換檔行程相等。
2、遠(yuǎn)距離操縱手動換檔變速器
平頭式汽車或發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動汽車的變速器，受總體布置限制，變速器距駕駛員座位較遠(yuǎn)，這時(shí)需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動件，換檔手力經(jīng)過這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換檔功能。這種手動換檔變速器，稱為遠(yuǎn)距離操縱手動換檔變速器。
3、電動自動換檔變速器
20世紀(jì)80年代以后，在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，使之實(shí)現(xiàn)自動換檔，并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板，汽車在行駛過程中就能自動完成換檔，這種變速器成為電動自動換檔變速器。
由于所設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器，采用發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動，變速器離駕駛員座椅較近，所以采用直接操縱式手動換檔變速器。
2.4.2典型的操縱機(jī)構(gòu)及其鎖定裝置
定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上，并防止自動嚙合和分離，一般采用彈簧和鋼球式機(jī)構(gòu)。
1．換檔機(jī)構(gòu)
變速器換檔機(jī)構(gòu)有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。
采用軸向滑動直齒齒輪換檔，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，齒輪端部磨損加劇并過早損壞，并伴隨著噪聲。因此，除一檔、倒檔外已很少使用。
常嚙合齒輪可用移動嚙合套換檔。因承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，嚙合套不會過早被損壞，但不能消除換檔沖擊。目前這種換檔方法只在某些要求不高的檔位及重型貨車變速器上應(yīng)用。
使用同步器能保證換檔迅速、無沖擊、無噪聲，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換檔方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換檔，其換檔行程要比滑動齒輪換檔行程小。
通過比較，考慮汽車的操縱性能，本設(shè)計(jì)全部檔位均選用同步器換檔。
2．防脫檔設(shè)計(jì)
互鎖裝置是保證移動某一變速叉軸時(shí)，其它變速叉軸互被鎖住，該機(jī)構(gòu)的作用是防止同時(shí)掛入兩檔，而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機(jī)構(gòu)有：互鎖式 轉(zhuǎn)動錢口試
操縱機(jī)構(gòu)還應(yīng)設(shè)有保證不能誤掛倒檔的機(jī)構(gòu)。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機(jī)構(gòu)，使司機(jī)在換檔時(shí)因有彈簧力作用，產(chǎn)生明顯的手感。
鎖止機(jī)構(gòu)還包括自鎖、倒檔鎖兩個(gè)機(jī)構(gòu)。
自鎖機(jī)構(gòu)的作用是將滑桿鎖定在一定位置，保證齒輪全齒長參加嚙合，并防止自動脫檔和掛檔。自鎖機(jī)構(gòu)有球形鎖定機(jī)構(gòu)與桿形鎖定機(jī)構(gòu)兩種類型。
倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對變速桿施加更大的力，方能掛入倒檔，起到提醒注意的作用，以防誤掛倒檔，造成安全事故。
本次設(shè)計(jì)屬于前置后輪驅(qū)動的重卡，操縱機(jī)構(gòu)采用直接操縱方式，鎖定機(jī)構(gòu)全部采用，即設(shè)置自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實(shí)現(xiàn)自鎖，通過互鎖銷實(shí)現(xiàn)互鎖。倒檔鎖采用限位彈簧來實(shí)現(xiàn)，使駕駛員有感覺，防止誤掛倒檔。
2.5換擋機(jī)構(gòu)形式
變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。汽車行駛時(shí)各擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動直齒齒輪的方式換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨有噪聲。這使齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時(shí)使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術(shù)（如兩腳離合器），時(shí)齒輪換擋時(shí)無沖擊，才能克服上述缺點(diǎn)。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會影響行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡單，但除一擋，倒擋外已很少使用。
由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)，所以可用移動嚙合套換擋。這時(shí)，因同時(shí)承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多。而輪齒又不參與換擋，它們都不會過早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性矩增大。
因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。這是因?yàn)橹匦拓涇嚀跷婚g的公比較小，則換擋機(jī)構(gòu)連件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋，并且還能降低制造成本及減小變速器長度。
使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有機(jī)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。
使用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程小。在滑動齒輪特別寬的情況下，這種差別就更為明顯。為了操縱方便，換入不同擋位的變速桿行程要求盡可能一樣。
自動脫擋是變速器的主要故障之一。為解決這個(gè)問題，除工藝上采取措施外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施比較有效的方案有以下幾種：
（1）將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開。這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超過被接合齒約 1～3mm。使用中接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，用來阻止接合齒自動脫擋。
（2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?0.3～0.6mm），這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫擋。
（3）將接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜 2°～3°），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫擋的軸向力。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。
通過以上分析，我們可以看出使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，提高汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性等優(yōu)點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)九檔變速器采用全同步器式變速器。
第3章 變速器主要參數(shù)的選取和計(jì)算
3.1檔數(shù)的選擇
近年來，為了降低油耗，變速器的檔數(shù)有增加的趨勢。目前，乘用車一般用4～5個(gè)檔位的變速器。發(fā)動機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個(gè)檔。商用車變速器采用4～5個(gè)檔或多檔。載質(zhì)量在10t的貨車采用五檔變速器，載質(zhì)量在4.0～8.0t的貨車采用六檔變速器。多檔變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。
檔數(shù)選擇的要求：
1、相鄰檔位之間的傳動比比值在1.8以下。
2、高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。
解放J6重卡為載重16.8t的大型卡車，需要較大的傳動扭矩和較高傳動比，所以本次設(shè)計(jì)所選的變速器為9檔變速器。
3.2傳動比的計(jì)算
3.2.1傳動比范圍
變速器傳動比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動比的比值。最高檔通常是直接檔，傳動比為1.0；有的變速器最高檔是超速檔，傳動比為0.7～0.8。影響最低檔傳動比選取的因素有：發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前重型卡車的傳動比范圍在10左右。
解放J6重卡采用九檔變速器，檔位較多，考慮到其在平直高速路上有較高車速的要求，我們采用一個(gè)超速檔，七個(gè)高速檔（包括一個(gè)直接檔），一個(gè)低速檔和一個(gè)倒檔布置。
3.2.2變速器各檔傳動比的選取
本文所設(shè)計(jì)的變速器為法士特9JS119T型減速器。通過查閱相關(guān)資料，我們可以得到法士特9JS119T具有三種類型，其各自參數(shù)如表3-1～表3-3所示。
表3-1法士特9JS119T-B（類型2）參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
型號
9JS119A
系列
9JS119
生產(chǎn)廠家
法士特
變速箱型號
法士特 9JS119B
變速箱形式
手動
變速箱檔位數(shù)
9個(gè)
變速箱油容量
12.5升
變速箱重量
270KG
倒檔1傳動比
11.52
9檔傳動比
0.73
8檔傳動比
1
7檔傳動比
1.38
6檔傳動比
1.95
5檔傳動比
2.46
4檔傳動比
3.36
3檔傳動比
4.64
2檔傳動比
6.55
1檔傳動比
11.02
換擋方式
手動
操縱形式
雙H操縱裝置,可單,雙桿操縱,左,右操縱或雙向操縱
最大輸入扭矩
1190NM
是否有同步器
是
倒檔檔位數(shù)
1
前進(jìn)檔檔位數(shù)
9
根據(jù)上面的設(shè)計(jì)，我們選擇表3-1法士特9JS119T-A（類型2）參數(shù)作為所設(shè)計(jì)變速器的參數(shù)，下面對各傳動比進(jìn)行計(jì)算校核。
3.2.3變速器各檔傳動比的計(jì)算校核
1．主減速器傳動比的確定
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式如式（3-1）所示：
（3-1）
式中：
——汽車行駛速度（km/h）；
——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；
——車輪滾動半徑（m）；
——變速器傳動比；
——主減速器傳動比。
已知：最高車速==130 km/h；最高檔為超速檔，傳動比=0.73；車輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格11.00R20得到=512(mm)；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速==2200（r/min）；由公式（3-1）得到主減速器傳動比計(jì)算公式：
2．最低檔傳動比計(jì)算
按最大爬坡度設(shè)計(jì)，滿足最大通過能力條件，即用一檔通過要求的最大坡道角坡道時(shí)，驅(qū)動力應(yīng)大于或等于此時(shí)的滾動阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計(jì)）。用公式表示如式（3-2）所示：
（3-2）
式中：
G ——車輛總重量(N)；
——坡道面滾動阻力系數(shù)(對瀝青路面μ=0.01~0.02)；
——發(fā)動機(jī)最大扭矩(N·m)；
——主減速器傳動比；
——變速器傳動比；
——為傳動效率（0.85~0.9）；
R ——車輪滾動半徑；
——最大爬坡度（一般轎車要求能爬上30%的坡，大約）
由公式（3-2）得：
（3-3）
已知：m=16800kg；；；r=0.512m； N·m；；g=9.8m/s2；，把以上數(shù)據(jù)代入（3-3）式：
滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一檔發(fā)出最大驅(qū)動力時(shí)，驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。公式表示如下：
（3-4）
（3-5）
式中：
——驅(qū)動輪的地面法向反力，；
——驅(qū)動輪與地面間的附著系數(shù)；對混凝土或?yàn)r青路面可取0.5~0.6之間。
已知：kg；取0.6，把數(shù)據(jù)代入（3-5）式得：
所以，一檔轉(zhuǎn)動比的選擇范圍是：
表3-2法士特9JS119T-A（類型2）數(shù)據(jù)中一檔傳動比為11.02在這個(gè)范圍內(nèi)，故符合傳動比的選取要求。
3．變速器各檔速比的配置
根據(jù)表3-2法士特9JS119T-A（類型2）系數(shù)中數(shù)據(jù)可知各檔傳動比為：
前進(jìn)檔：；；；；；；；；；
倒檔：。
4．變速器的布置與傳動原理
由于兩中間軸上齒輪規(guī)格和分布完全相同，所以上中間軸上齒輪沒有標(biāo)出。通過示意圖我們可以看出各檔位傳動所使用的傳動齒輪，如表3-4所示。
表3-2 九檔變速器各檔位傳動路徑
檔位
路徑
倒檔
I-1-7-13-14-4-15-16-17-18-O
1檔
I-1-7-12-5-15-16-17-18-O
2檔
I-1-7-11-4-15-16-17-18-O
3檔
I-1-7-10-3-15-16-17-18-O
4檔
I-15-16-17-18-O
5檔
I-1-7-9-2-15-16-17-18-O
6檔
I-1-7-11-4-O
7檔
I-1-7-10-3-O
8檔
I-O
9檔
I-1-7-9-2-O
圖3-1 九檔變速器的布置與傳動原理示意圖
根據(jù)上述所示路徑，我們可以得到個(gè)檔傳動比的計(jì)算公式
倒檔：
(3-6)
前進(jìn)檔：
(3-7)
(3-8)
(3-9)
(3-10)
(3-11)
(3-12)
(3-13)
(3-14)
(3-15)
3.2.4中心距的計(jì)算
第二軸初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
（3-16）
式中：
A ——變速器中心距（mm）；
——中心距系數(shù)，貨車=8.6~9.6；
——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)距為1160（N·m）；
——變速器一檔傳動比為11.02；
——變速器傳動效率，取96%。
（8.6~9.6）=（8.6~9.6）23=197.8~220.8mm
初取A=220mm。
3.2.5變速器的外形尺寸
變速器的橫向外形尺寸，可以根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有檔數(shù)、換檔機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。
變速器殼體的軸向尺寸可參考下列公式選用：
mm
初選長度為700mm。
3.2.6齒輪參數(shù)的選擇
1．模數(shù)mn
選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各檔齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)；從強(qiáng)度方面考慮，各檔齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。對于轎車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些。
表3-5 汽車變速器齒輪的法向模數(shù)
車 型
乘用車的發(fā)動機(jī)排量V/L
貨車的最大總質(zhì)量/t
1.0
14
模數(shù)/mm
2.25~2.75
2.75~3.00
3.50~4.50
4.50~6.00
由表3-5選取各檔模數(shù)為mm，各檔均采用斜齒輪。
2．壓力角
壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。
對于轎車，為了降低噪聲，應(yīng)選用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的壓力角。對貨車，為提高齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選用22.5°或25°等大些的壓力角。
國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，所以普遍采用的壓力角為20°。嚙合套或同步器的壓力角有20°、25°、30°等，普遍采用30°壓力角。
本變速器為了加工方便，故全部選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°。
3．螺旋角
齒輪的螺旋角對齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。
試驗(yàn)證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度相應(yīng)提高，但當(dāng)螺旋角大于30°時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。
本設(shè)計(jì)初選螺旋角全部為22°。
4．齒寬
齒寬對變速器的軸向尺寸、質(zhì)量、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)的受力均勻程度等均有影響。
考慮到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減小使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時(shí)雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時(shí)軸承承受的軸向力增大，使其壽命降低。齒寬較小又會使齒輪的工作應(yīng)力增加。選用較大的齒寬，工作中會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻造成偏載，導(dǎo)致承載能力降低，并在齒寬方向磨損不均勻。
通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：
斜齒，取為6.0～8.5，取6.0
5．齒頂高系數(shù)
齒頂高系數(shù)對重合度、輪齒強(qiáng)度、工作噪聲、輪齒相對滑動速度、輪齒根切和齒頂厚度等有影響。若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應(yīng)力也減少。因此，從前因齒輪加工精度不高，并認(rèn)為輪齒上受到的載荷集中齒頂上，所以曾采用過齒頂高系數(shù)為0.75～0.80的短齒制齒輪。
在齒輪加工精度提高以后，包括我國在內(nèi)，規(guī)定齒頂高系數(shù)取為1.00。為了增加齒輪嚙合的重合度，降低噪聲和提高齒根強(qiáng)度，有些變速器采用齒頂高系數(shù)大與1.00的細(xì)高齒。
本設(shè)計(jì)齒頂高系數(shù)取為=1.00。
3.2.7各檔齒輪齒數(shù)的分配及傳動比的計(jì)算
在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是，各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)，以使齒面磨損均勻。根據(jù)圖3-1以及公式（3-6）～（3-15）確定各檔齒輪齒數(shù)和傳動比。
1．第一軸與中間軸常嚙合齒輪齒數(shù)及傳動比的確定
（3-17）
已知：=220mm， =6，；將數(shù)據(jù)代入（3-17）兩式得：
(3-18)
根據(jù)已有物件做參考，取，，
所以傳動比為：
(3-19)
2．一檔齒輪齒數(shù)及傳動比的確定
根據(jù)公式（3-7）與（3-10）可知：
（3-20）
（3-21）
已知：=220mm，=6，；將數(shù)據(jù)代入（3-17）兩式得：
(3-22)
由公式（3-21）和（3-22）可得：
對中心距A進(jìn)行修正
取整得mm，為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。
3．二、六檔齒輪齒數(shù)及傳動比的確定
根據(jù)公式（3-7）與（3-10）可知：
（3-23）
（3-24）
已知：=220mm，=6，；將數(shù)據(jù)代入（3-17）兩式得：
(3-25)
由公式（3-21）和（3-22）可得：
將，帶入公式（3-12）可得
通過驗(yàn)證可知，符合設(shè)計(jì)要求。
4．三、七檔齒輪齒數(shù)及傳動比的確定
根據(jù)公式（3-8）與（3-10）可知：
（3-26）
（3-27）
已知：=220mm，=6，；將數(shù)據(jù)代入（3-17）兩式得：
(3-28)
由公式（3-21）和（3-22）可得：
將，帶入公式（3-13）可得
通過驗(yàn)證可知，符合設(shè)計(jì)要求。
5．五、九檔齒輪齒數(shù)及傳動比的確定
根據(jù)公式（3-10）與（3-11）可知：
（3-29）
（3-30）
已知：=220mm，=6，；將數(shù)據(jù)代入（3-17）兩式得：
(3-31)
由公式（3-21）和（3-22）可得：
將，帶入公式（3-13）可得
通過驗(yàn)證可知，符合設(shè)計(jì)要求。
6．副箱齒輪齒數(shù)及傳動比的確定
根據(jù)公式（3-10）可知副箱傳動比
(3-32)
副箱經(jīng)過兩級減速，為傳動平穩(wěn)取===1.83
即 (3-33)
(3-34)
（3-35）
(3-36)
已知：=220mm， =6，；將數(shù)據(jù)代入（3-17）兩式得：
(3-37)
(3-38)
由上列公式可得 ，；
，。
7．計(jì)算倒檔齒輪齒數(shù)及傳動比
將以上所得齒輪齒數(shù)帶入公式（3-6）可得：
=
=11.52
即 =2.40
初選倒檔軸上齒輪齒數(shù)為=25，輸入軸齒輪齒數(shù)=18，
則
為保證倒檔齒輪的嚙合不產(chǎn)生運(yùn)動干涉齒輪6和齒輪13的齒頂圓之間應(yīng)保持有0.5mm以上的間隙，即滿足以下公式：
（3-39）
已知：，，，把數(shù)據(jù)代入式，有
=
=
第二軸與倒檔軸之間的距離：
中間軸與倒檔軸之間的距離：
經(jīng)過以上計(jì)算可知各傳動齒輪的齒數(shù)如表3-6所示。
表3-3 各傳動齒輪的齒數(shù)
齒輪
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
齒數(shù)
28
23
35
29
21
43
40
47
45
33
39
47
18
25
24
44
24
44
確定各傳動齒輪的齒數(shù)后，可修正各檔位傳動比，如表3-7所示。
表3-4 各檔位傳動比
檔位
1
2
3
4
5
6
7
8
9
R
傳動比
11.02
6.55
4.64
3.36
2.46
1.92
1.35
1
0.73
11.52
第4章 變速器的設(shè)計(jì)與校核
變速器中的所有傳動均為齒輪傳動，齒輪布置在各軸上，而軸承是軸的支撐部件，如果傳動中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)破壞，將影響整個(gè)變速器的性能，甚至造成嚴(yán)重交通事故，所以在對變速器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對其進(jìn)行嚴(yán)格校核。
4.1 齒輪的校核
4.1.1 齒輪材料的選擇原則
變速器中的所有傳動均為齒輪傳動，如果傳動中某一齒輪出現(xiàn)破壞，將影響整個(gè)變速器的性能，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要合理選擇齒輪材料。齒輪材料的選擇原則有以下幾個(gè)方面：
（1）滿足工作條件的要求。不同的工作條件，對齒輪傳動有不同的要求，故對齒輪材料亦有不同的