孫勇

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì)形式探析

孫勇

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

文章論述了低速載貨起車變速器設(shè)計(jì)的基本方法，目的是為從事汽車變速器的工作者提供設(shè)計(jì)模板，為工程實(shí)踐提供理論和實(shí)際參考。

農(nóng)用運(yùn)輸車；運(yùn)載能力；變速器

低速載貨汽車是一種特殊的貨車,特殊在于它以前叫農(nóng)用運(yùn)輸車，GB7258-2004將“四輪農(nóng)用運(yùn)輸車”更名為“低速貨車”，明確“農(nóng)用運(yùn)輸車”實(shí)質(zhì)上是汽車的一類。

在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速的不同要求的需要。本文探索了低速載貨汽車變速器的設(shè)計(jì)方法，旨在為工程實(shí)踐提供理論和實(shí)際參考。

1 研究目標(biāo)

變速器的設(shè)計(jì)力求解決如下問題：

（1）正確選擇變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配，以保證汽車具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；

（2）設(shè)置空檔以保證汽車在必要時(shí)能將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系長(zhǎng)時(shí)間分離；設(shè)置倒檔使汽車可以倒退行駛；

（3）操縱簡(jiǎn)單、方便、迅速、省力；

（4）傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲；

（5）體小、質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠；

（6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)；

（7）貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)方案的確定

低速載貨汽車變速器一般選用機(jī)械式變速器，它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。有軸線固定式變速器（普通齒輪變速器）和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器（行星齒輪變速器）兩種。采用這種變速器的低速載貨汽車通常有3～5個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔。

最近幾年液力機(jī)械變速器和機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，根據(jù)目前廣泛使用變速器的種類，以及應(yīng)用的范圍，初步擬定三種設(shè)計(jì)方案。

（1）兩軸式。兩軸式變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動(dòng)效率高。兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則可用圓柱齒輪。除倒檔常用滑動(dòng)齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔位均采用常嚙合齒輪（斜齒圓柱齒輪）傳動(dòng),但兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損。這種結(jié)構(gòu)適用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)的轎車和微、輕型貨車上，其特點(diǎn)是輸入軸和輸出軸平行，無(wú)中間軸。

（2）三軸式。三軸式變速器的第一軸常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接檔。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩．因此，直接檔的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小,其他前進(jìn)檔需依次經(jīng)過兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數(shù)）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動(dòng)比，但除了直接檔外其他各檔的傳動(dòng)效率有所降低，適用于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)的布置形式。

（3）液力機(jī)械式。由液力變矩器和齒輪式有級(jí)變速器組成,其特點(diǎn)是傳動(dòng)比可在最大值和最小值之間的幾個(gè)間斷范圍內(nèi)作無(wú)級(jí)變化，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，傳動(dòng)效率低。

（4）確定方案。由于低速載貨汽車一般是傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)的布置形式，同時(shí)考慮到制造成本以及便于用戶維護(hù)等因素，再結(jié)合變速器的特點(diǎn)和任務(wù)書的要求，本設(shè)計(jì)選用三軸式變速器。

3 零部件的結(jié)構(gòu)分析

（1）齒輪型式。考慮到本課題采用三軸式變速器，而且該型只有一對(duì)常嚙合齒輪副，沒有采用同步器換檔，故選用直齒圓柱齒輪用來?yè)Q檔。

（2）軸的結(jié)構(gòu)分析。變速器軸在工作時(shí)承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，軸的明顯變形將影響齒輪正常嚙合，產(chǎn)生較大的噪聲，降低使用壽命。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強(qiáng)度與剛度外，還應(yīng)考慮齒輪、軸承等的安裝、固定，它與加工工藝也有密切關(guān)系。

第一軸通常與齒輪做成一體，其長(zhǎng)度決定于離合器總成的軸向尺寸。第一軸的花健尺寸與離合器從動(dòng)盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮，目前一般都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵，鍵齒之間為動(dòng)配合。

第二軸制成階梯式的以便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，也是需要的。漸開線花鍵固定連接的精度要求比矩形花鍵低，但定位性能好，承載能力大，且鍵齒高較小使小徑相應(yīng)增大，可增強(qiáng)軸的剛度。當(dāng)一檔、倒檔采用滑動(dòng)齒輪掛檔時(shí)，第二軸的相應(yīng)花鍵則采用矩形花鍵及動(dòng)配合，這時(shí)不僅要求磨削定心的外徑，一般也要磨削鍵齒側(cè)，而矩形花鍵的齒側(cè)磨削要比漸開線花鍵容易。

變速器中間軸分為旋轉(zhuǎn)式及固定式兩種。

旋轉(zhuǎn)式中間軸支承在前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承上。其上的一檔齒輪常與軸做成一體，而高檔齒輪則用鍵或過盈配合與軸連接以便于更換。

固定式中間軸為僅起支承作用的光軸，與殼體呈輕壓配合并用鎖片等作軸向定位。剛度主要由支承于其上的連體齒輪的結(jié)構(gòu)保證。僅用于當(dāng)殼體上無(wú)足夠位置設(shè)置滾動(dòng)軸承和軸承蓋時(shí)。

（3）軸承型。式變速器多采用滾動(dòng)軸承，即向心球軸承、向心短圓柱滾子軸承、滾針軸承以及圓錐滾子軸承。通常是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)選定，再驗(yàn)算其壽命。

第一軸前軸承（安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪內(nèi)腔中）采用向心球軸承：后軸承為外圈帶止動(dòng)槽的向心球軸承，因?yàn)樗粌H受徑向負(fù)荷而且承受向外的軸向負(fù)荷。為便于第一軸的拆裝，后軸承的座孔直徑應(yīng)大于第一軸齒輪的齒頂圓直徑。

第二軸前端多采用滾針軸承或短圓柱滾子軸承；后端采用帶止動(dòng)槽的單列向心球軸承，因?yàn)樗惨惺芟蛲獾妮S向力。某些轎車往往在加長(zhǎng)的第二軸后端設(shè)置輔助支承，并選擇向心球軸承。

旋轉(zhuǎn)式中間軸前端多采用向心短圓柱滾子軸承，此軸承不承受軸向力，因?yàn)樵谠撎幉贾幂S承蓋困難；后軸承為帶止動(dòng)槽的向心球軸承。中間軸的軸向力應(yīng)力求相互抵銷，未抵銷部分由后軸承承受。中間軸軸承的徑向尺寸常受中心距尺寸限制，故有時(shí)采用無(wú)內(nèi)圈的短圓柱滾子軸承。

固定式中間軸采用滾針軸承或圓柱滾子軸承支承著連體齒輪。

4 結(jié)語(yǔ)

本論述是針對(duì)低速載貨汽車而設(shè)計(jì)的變速器，基于經(jīng)濟(jì)實(shí)用的考慮，變速器采用手動(dòng)機(jī)械變速，三軸式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，有四個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔。

本文論述的變速器齒輪等零部件貫徹了國(guó)家或行業(yè)的最新標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的加工和使用性能，結(jié)構(gòu)緊湊、使用維修方便，并可附裝取力機(jī)構(gòu)供用戶的特殊需要。

隨著城鄉(xiāng)路況的好轉(zhuǎn)，以及人們對(duì)乘車舒適性的要求越來越高，日后可以考慮采用常嚙合斜齒輪傳動(dòng)，同步器換檔的變速器，而且可以增加一個(gè)超速檔，這樣可以使汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有更大地提高。

[1]周明衡，減速器選用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2]吳宗澤，機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-單行本[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

An analysis on the Design Form of Transmission of Low Speed Trunk

SUN Yong
(Institute of Automobile and Transporation,Shenyang University of Science and Technology，Liaoning Shenyang 110159，China).

this paper discussed the basic design methods of the transmission of low speed trunk,hoping to provide workers engaged in auto transmission the design templates,provide theoretical and practical reference for engineering practice.

agricultural vehicle;carrying capacity;transmission

U463.212

A

2095-980X（2015）04-0052-02

2015-02-18

孫勇（1965-），男，遼寧沈陽(yáng)人，實(shí)驗(yàn)師。