低速載貨汽車變速器的設計形式探析

孫勇

（沈陽理工大學 汽車與交通學院，遼寧 沈陽 110159）

低速載貨汽車變速器的設計形式探析

孫勇

（沈陽理工大學 汽車與交通學院，遼寧 沈陽 110159）

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

農用運輸車；運載能力；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用運輸車，GB7258-2004將“四輪農用運輸車”更名為“低速貨車”，明確“農用運輸車”實質上是汽車的一類。

在傳動系統中設置了變速器，以適應汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對驅動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計方法，旨在為工程實踐提供理論和實際參考。

1 研究目標

變速器的設計力求解決如下問題：

（1）正確選擇變速器的檔位數和傳動比，使之與發動機參數匹配，以保證汽車具有良好的動力性與經濟性；

（2）設置空檔以保證汽車在必要時能將發動機與傳動系長時間分離；設置倒檔使汽車可以倒退行駛；

（3）操縱簡單、方便、迅速、省力；

（4）傳動效率高，工作平穩、無噪聲；

（5）體小、質輕、承載能力強，工作可靠；

（6）制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長；

（7）貫徹零件標準化、部件通用化及總成系列化等設計要求，遵守有關標準規定。

2 設計方案

2.1 設計方案的確定

低速載貨汽車變速器一般選用機械式變速器，它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。有軸線固定式變速器（普通齒輪變速器）和軸線旋轉式變速器（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個前進檔和一個倒檔。

最近幾年液力機械變速器和機械式無級變速器在汽車上的應用越來越廣泛，根據目前廣泛使用變速器的種類，以及應用的范圍，初步擬定三種設計方案。

（1）兩軸式。兩軸式變速器結構簡單、緊湊且除最高檔外其他各檔的傳動效率高。兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動齒輪做成一體。當發動機縱置時，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪；當發動機橫置時則可用圓柱齒輪。除倒檔常用滑動齒輪（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,但兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損。這種結構適用于發動機前置、前輪驅動或發動機后置、后輪驅動的轎車和微、輕型貨車上，其特點是輸入軸和輸出軸平行，無中間軸。

（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矩則稱為直接檔。此時，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉矩．因此，直接檔的傳動效率高，磨損及噪聲也最小,其他前進檔需依次經過兩對齒輪傳遞轉矩。因此，在齒輪中心距（影響變速器尺寸的重要參數）較小的情況下仍然可以獲得大的一檔傳動比，但除了直接檔外其他各檔的傳動效率有所降低，適用于傳統的發動機前置、后輪驅動的布置形式。

（3）液力機械式。由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成,其特點是傳動比可在最大值和最小值之間的幾個間斷范圍內作無級變化，但結構復雜，造價高，傳動效率低。

（4）確定方案。由于低速載貨汽車一般是傳統的發動機前置，后輪驅動的布置形式，同時考慮到制造成本以及便于用戶維護等因素，再結合變速器的特點和任務書的要求，本設計選用三軸式變速器。

3 零部件的結構分析

（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換檔。

（2）軸的結構分析。變速器軸在工作時承受轉矩及彎矩，軸的明顯變形將影響齒輪正常嚙合，產生較大的噪聲，降低使用壽命。軸的結構形狀除應保證其強度與剛度外，還應考慮齒輪、軸承等的安裝、固定，它與加工工藝也有密切關系。

第一軸通常與齒輪做成一體，其長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盤轂的內花鍵統一考慮，目前一般都采用齒側定心的矩形花鍵，鍵齒之間為動配合。

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增大，可增強軸的剛度。當一檔、倒檔采用滑動齒輪掛檔時，第二軸的相應花鍵則采用矩形花鍵及動配合，這時不僅要求磨削定心的外徑，一般也要磨削鍵齒側，而矩形花鍵的齒側磨削要比漸開線花鍵容易。

變速器中間軸分為旋轉式及固定式兩種。

旋轉式中間軸支承在前后兩個滾動軸承上。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構保證。僅用于當殼體上無足夠位置設置滾動軸承和軸承蓋時。

（3）軸承型。式變速器多采用滾動軸承，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。通常是根據變速器的結構選定，再驗算其壽命。

第一軸前軸承（安裝在發動機飛輪內腔中）采用向心球軸承：后軸承為外圈帶止動槽的向心球軸承，因為它不僅受徑向負荷而且承受向外的軸向負荷。為便于第一軸的拆裝，后軸承的座孔直徑應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；后端采用帶止動槽的單列向心球軸承，因為它也要承受向外的軸向力。某些轎車往往在加長的第二軸后端設置輔助支承，并選擇向心球軸承。

旋轉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，因為在該處布置軸承蓋困難；后軸承為帶止動槽的向心球軸承。中間軸的軸向力應力求相互抵銷，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，故有時采用無內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 結語

本論述是針對低速載貨汽車而設計的變速器，基于經濟實用的考慮，變速器采用手動機械變速，三軸式傳動機構布置方案，有四個前進檔和一個倒檔。

本文論述的變速器齒輪等零部件貫徹了國家或行業的最新標準，具有較好的加工和使用性能，結構緊湊、使用維修方便，并可附裝取力機構供用戶的特殊需要。

隨著城鄉路況的好轉，以及人們對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，同步器換檔的變速器，而且可以增加一個超速檔，這樣可以使汽車的動力性和經濟性有更大地提高。

[1]周明衡，減速器選用手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]吳宗澤，機械零件設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.

[3]成大先，機械設計手冊-單行本[M].北京：化學工業出版社，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，遼寧沈陽人，實驗師。