三轴五档金龙客车变速器设计说明书

1 设计任务

本设计要求设计变速器型号为金龙客车XMQ6931G，该型号客车已经有了成品，在金龙客车的官网上可以查出，该型号客车所采用的发动机为广西玉柴机器集团有限公司所设计生产的型号为YC6J220-30的发动机，成品车采用的变速器为綦江齿轮传动有限公司设计生产的五档变速箱，根据成品车的相关数据，决定本设计中拟设计的客车为6档（5+1）,金龙汽车所用轮胎配件多为佳通品牌型号为255/70R22.5的轮胎，轮胎外径为938mm。

图1 金龙XMQ6931G客车效果图

在本设计中，由相关的成品尺寸，得出设计参数如下：

金龙牌XMQ6931G客车变速器设计（5＋1）档

发动机: M emax=800 N·m ；

最大输出功率：162Kw

车速：V max=90 Km/h ；

额定转速：n=2500r/min ；

车轮滚动半径：R0=0.469m ；

汽车总质量：9000 Kg ；

主减速比：i0=3.33 ；

设计要求：采用中间轴式，全同步器换档，要进行齿轮参数设计计算，对一档齿轮的接触强度、弯曲应力进行校核计算。

2 变速器方案选择

对于某些轿车和货车的变速器，在较好的路面状况和空载行驶时使用超速档。采用传动比小于1（0.7~0.8）的超速档，可以更充分地利用发动机功率，降低单位行驶里程的发动机曲轴总转数。但在本例中鉴于所设计的车辆为载客型客车，因此最高档设为传动比为1的直接档进行工作。

本设计中采用轴式变速器设计，三轴式变速器如图2所示，其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、第二轴同心。在传递动力过程中将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩称为直接档，在这种情况下，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴直接传递转矩。直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器优势所在，易于在良好的路况下节约燃油。其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。因此，在齿轮中心距（影响变速器尺寸的重要参数）较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一主要优势。三轴式变速器存在的最大缺点是除直接档以

外其他各档的传动效率有所下降。

图2 中间轴式汽车变速器

1-第一轴；2-第二轴；3-中间轴

本例中，设计的档位示意图如下图3所示：

图3 变速器档位示意图

变速器拟采用图4所示的多支承结构方案，这样的结构方案能提高轴的刚度，方案中的倒挡和超速挡安装在位于变速器后部的副箱体内，此方案布置不仅可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声，有效减少变速器的体积，而且可以在不需要超速挡的条件下，形成一个只有五个前进挡的变速器。

图4 中间轴式五档变速器

在上述的设计方案中，图5为常见的倒挡布置方案。图5b所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图5c所示方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图5d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图5c所示方案。图5e所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图5f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更为轻便。为了充分利用空间，缩短变速器轴向长度，有的货车倒挡传动采用图5g所示方案。其缺点是倒挡须用一根变速器拨叉轴，致使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。

本设计采用图5f所示的传动方案。

同时因为变速器在一挡和倒挡工作时有较大的力，所以无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在在靠近轴的支承处，以减少轴的变形，保证齿轮重合度下降不多，然后按照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但考虑到变速器在使用过程中或者说汽车的行驶过程中使用倒挡的时间非常短，从这点出发进行设计不妨将一挡布置在靠近轴的支承处。

图5 倒挡方案的选择

max 0max max max (cos sin )e gI T r

T i i mg f mg r ηααψ≥+=max max 0r g e mg r i T i ψη

≥

3变速器主要零件结构的方案分析

变速器的设计方案必需满足在使用性能、制造条件、维护方便等方面的要求。在确定变速器结构方案时，也要考虑齿轮型式、换档结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。

在齿轮型式上，与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力，并会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。但因其优点显著，因此变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。而倒挡一般使用时间都很少，速度又低，可以不必使用斜齿啮合，且因为倒档挂档时车都是完全处于静止状态，因而没有必要使用同步器，而倒档采用直齿啮合恰好可以适合直接挂挡。因此倒挡处采用直齿圆柱齿轮，此时一档因需与倒挡齿轮啮合因此也采用直齿圆柱齿轮。

在换档结构型式上，采用同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了汽车的加速性、经济性和行驶安全性，此外，该种型式还有利于实现操纵自动化。目前，同步器广泛应用于各式变速器中，因此在本课题设计中采用同步器换挡结构设计。

在变速器轴承选用上，变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时，可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承，在本设计中采用圆柱滚子轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承本设计中采用球轴承。滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。在本设计中，变速器采用圆锥滚子轴承虽然直径较小、宽度较宽并因而可承受高负荷、容量，但由于在使用过程中需要调整预紧、而且磨损后承载的轴易受到影响歪斜而影响齿轮正确啮合，在本设计中不考虑采用圆锥滚子轴承。

4 变速器主要参数的选择

4.1档数与传动比选择

选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。

汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有

则由最大爬坡度要求的变速器Ⅰ档传动比为