第2章 变速器传动机构布置方案
2.1变速器的选择
2.1.1 结构工艺性
两轴式变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋圆锥齿轮或双曲面齿轮，而当发动机横置时用圆柱齿轮，因而简化了制造工艺。
2.1.2 变速器的径向尺寸
两轴式变速器的前进挡均为一对齿轮副，而中间轴式变速器则有二对齿轮副。因此，对于相同的传动比要求，中间轴式变速器的径向尺寸可以比两轴式变速器小得多。 2.1.3 变速器齿轮的寿命
两轴式变速器的低挡齿轮副，大小相差悬殊，小齿轮工作次数比大齿轮要高的多，因此，小齿轮的寿命比大齿轮的短。中间轴式变速器的各前进挡，均为常啮合斜齿轮传动，大小齿轮的径向尺寸相差较小，因此寿命较接近。在直接挡时，齿轮只空转，不影响齿轮寿命。 2.1.4 变速器的传动效率
两轴式变速器，虽然可以有等于1的传动比，但仍要有一对齿轮传动，因而有功率损失。而中间轴式变速器，可将输入轴和输出轴直接相连，得到直接挡，因而传动效率较高，磨损小，噪声也较小。
轿车，尤其是微型汽车，采用两轴式变速器比较多，而中、重型载货汽车则多采用中间轴式变速器。因此设计的变速器采用中间轴式。
2.2 倒挡布置方案
倒挡布置应注意以下几点：
（1）倒挡齿轮在非工作位置时，不得与第二轴的齿轮有啮合现象； （2）换入倒挡时不得与其他齿轮发生干涉；
（3）倒挡轴在变速器壳体上的支承不得与与中间轴的齿轮相碰。 图2.1为常见的倒挡布置方案。 图2.1a方案主要用于小客车上。
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图2.1b方案用于四挡直齿滑动齿轮的变速器上。
(a) 小客车常用 (b) 直齿滑动啮合四挡 (c) 多数五挡采用 (d) c方案改进
(e) 前进挡常啮合 (f) 前进挡常啮合 (g) 一、倒挡各一根拨叉轴
图2.1挡布置方案
图2.1d方案是对c的修改。
图2.1e用于所有前进档都是常啮合的变速器上。 图2.1f也是用于所有前进档都是常啮合的变速器上.
为了充分利用空间，缩短变速器的轴向长度，有的货车倒挡传动采用图2.1g方案；缺点是一、倒挡须各用一根变速器拨叉轴，致使变速器盖中的操纵机构复杂一些。
倒档结构方案的选择，应根据其它档布置情况。力求位置合理并缩短变速器的轴向长度。综合以上几种变速器倒挡布置方案，选择图2.1f为变速器的倒挡布置方案[7]。
2.3 零、部件结构方案分析
2.3.1 齿轮形式
变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。
与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点；缺点是制造时稍有复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的质量和转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。倒挡齿轮用直齿，其他挡齿轮用斜齿轮。
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（a）直齿滑动齿轮换挡 （b）啮合套换挡 （c）同步器换挡
图2.2 换挡机构形式
2.3.2 换挡机构形式
如图2.2变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。 直齿滑动齿轮换挡要求驾驶员有熟练的操作技术（如两脚离合器）才能使换挡时齿轮无冲击；换挡行程长，换挡瞬间驾驶员注意力被分散，又影响行驶安全。因此，尽管这种换挡方式结构简单，制造、拆装与维修工作皆容易，并能减小变速器旋转部分的惯性力矩，但除一挡、倒挡已很少使用。
啮合套换挡不能消除换挡冲击，而且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力矩增大。因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。
使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。同上述两种换挡方法比较，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。 2.3.3 自动脱挡
由于接合齿磨损、变速器刚度不足以及振动等原因，都会导致自动脱挡。为解决这个问题，除工艺上采取措施以外，目前在结构上采取措施且行之有效的方案有以下几种：
（1）将两接合齿的啮合位置错开，如图2.3a所示。这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿的1～3mm。使用中两齿接触部分受到挤压同时磨损，并在接合齿端部形成凸肩，可用来阻止接合齿自动脱挡。
（2）将啮合齿套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下0.3～0.6mm），这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱挡，如图2.3b所示。
（3）将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜2°～3°），使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力，如图2.3（c）所示。这种方案比较有效，应
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用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱挡的效果。
(a) 接合齿位置错开 (b) 齿厚切薄 (c) 工作面加工成倒锥角
图2.3 防止自动脱挡的措施
2.4本章小结
本章首先对比了两轴式和中间轴式的优、缺点，由于中间轴式变速器的结构工艺性、变速器径向尺寸、变速器齿轮的寿命、变速器传动效率好于两轴式,因此设计的变速器选择中间轴式；接着本章确定了倒挡布置方案；然后对零部件的结构方案进行了分析，即对齿轮及换挡机构的形式进行了分析；最后对倒挡的布置方案以及防止自动脱挡进行了设计。
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第3章 变速器主要参数的选择及齿数的分配
3.1概述
满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、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。
表3.1 基本参数
整备 质量 9200kg 最大总 质量 16000kg 最高 车速 90km/h 最大爬坡度 30% 最大 功率 170KW 最大 扭矩 1000N.m 轮胎 10/20R20 变速器挡数 7
3.2挡数
近年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，乘用车一般用4～5个挡位的变速器。发动机排量大的乘用车变速器多用5个挡。商用车变速器采用4～5个挡或多挡。载质量在2.0～3.5t的货车采用五挡变速器，载质量在4.0～8.0t的货车采用六挡变速器。多挡变速器多用于总质量大些的货车和越野汽车上。本设计采用七挡变速器。
3.3传动比范围
变速器传动比是指变速器最高挡与最低挡传动比的比值。目前乘用车的传动比范围在3.0～4.5之间，总质量轻些的商用车在5.0～8.0之间，其他商用车则更大。
3.4变速器各档传动比的确定
初选传动比： 设7挡为直接挡，则：
igmin=1
Uamax=0.377
Uamaxnprigmini0 (3.1)
式中： —最高车速
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