载货车变速器设计
第一章绪论
1.1国内汽车状况
国内汽车市场自08年4月以来出现销量连续下滑的局面，总算在9月份得到扭转，出现了大幅度的回升。其中乘用车市场9月回升的原因和增量与乘联会的判断基本一致。虽然9月份环比销售的增量大于去年，但由于8月份市场负增长幅度大，9月份乘用车国内市场销量和批发量同比仍然是负增长。今年9月是近年来休假制度调整后的市场规律变化较大的1个月。由于8月的奥运热潮使市场的关注热点完全转移，9月的市场在多方因素的叠加之下，应该是近几个月里表现较好的。但相对与07年的9月的较高销量，今年的9月受到国内外经济环境的重大影响，加之过做时间的缩短，因此继续出现同比下滑的态势，这在乘用车市场尤为明显。10月汽车市场有望正增长，11月和12月仍将负增长。全年汽车销量950万台，增长8%，相对于07年的21.8%的较高速增长下滑较大。
作为一名车辆专业的学生，我想从以下几个方面来介绍一下目前国内汽车的状况：①自2009年1月20日至12月31日，对1.6升及以下小排量乘用车减按5%征收车辆购置税。
②在新增中央投资中安排50亿元资金，自2009年3月1日至12月31日，对农民购买1.3升及以下排量的微型客车，以及将三轮汽车或低速货车报废换购轻型载货车的，给予一次性财政补贴。
③调整老旧汽车报废更新财政补贴政策，加大补贴支持力度，提高补贴标准，加快淘汰老旧汽车。2009年老旧汽车报废更新补贴资金总额由2008年的6亿元增加到10亿元。
④各地区、各部门要认真清理取消现行限制汽车购置的不合理规定，包括牌照注册数量、车型限制、各种区域市场保护措施、各类行政事业性收费、外地汽车进城收费，以及其他直接或间接影响汽车购置的措施，并于2009年3月底前将清理情况报国家发展改革委。对确需继续保留的限购规定，自2009年4月1日至12月31日应暂停执行，不能暂停执行的，应于2009年3月10日之前报国务院批准。
⑤启动国家节能和新能源汽车示范工程，由中央财政安排资金给予补贴，支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。县级以上城市人民政府要制订规划，优先在城市公交、出租、公务、环卫、邮政、机场等领域推
广使用新能源汽车；建立电动汽车快速充电网络，加快停车场等公共场所公用充电设施建设。
1.2自主品牌企业面临的问题
经过多年发展，我们自主品牌汽车从单纯的模仿开始，走过消化吸收，目前已经有不少的企业具备了一定的研发能力，但是整体上依旧摆脱不了“低价、低质、低档”印象，这三个词就像三座大山一样，压着我们的企业艰难前行，如何摆脱这“三低”的阴影，俨然成为目前自主车企的第一大难题。
在近期召开的中国汽车自主品牌高峰论坛上，比亚迪汽车销售有限公司总经理夏治冰先生的话，或许能看出一些端倪：“老老实实做品质，全心全意做服务，有了品质和服务，品牌的突破是必然的，是水到渠成的，中国汽车自主品牌的崛起也是必然的，也是水到渠成的。”且不论该品牌汽车到底如何，但是这句话，却切切实实道出了目前自主品牌汽车的一个通病，就是品质问题。品质，不单单是指一辆车的质量如何，而且还需要有品。品是什么？是一个企业的态度，对自己产品的态度，对消费者的一个态度。
那么怎么体现一个企业的态度呢？最直观的体现就是企业对其产品在细节方面的注重程度，比如一辆车的做工。以一款号称跟宝马同线生产的自主品牌汽车为例，有网友反映：“其副驾位的储物箱让人看得心寒，拉合操作不是很顺畅，更要命的是合上后还有近1cm的缝隙，而且不均匀；车内开门拉手感觉很悬，拉手装得有点松动，而且模块有毛刺，像玩具一样。四门桃木安装松动，侧边有毛刺。大灯与发动机盖的间隙好像没有改善；侧边防擦条有点脱胶……”这不禁让人产生疑问，为什么同一生产线上下来的汽车，会在品质上有如此之大的差异呢？
听过很多人对自主品牌汽车的评价，“不错”、“还行”的字眼是里面最给面子的了。为什么？就是因为在细节的处理上，一辆“小毛病多，工艺粗糙，不讲究细节”的汽车，又如何扛起自主品牌的大旗呢？
哈飞汽车股份有限公司董事长连刚先生说的好：“我们更重要的是希望做精品，做适合市场品牌，提高市场美誉度，最后提升创新品牌，应该说产品品牌的提升并不是一蹴而就的，我们在这个过程中要专著做品牌，我想一定会把品牌做得更好。”但是现实的情况是哈飞的“精品”依旧摆脱不了“三低”的怪圈，看一位网友是怎么说赛豹的吧：“购车行使到4000多公里时离合总泵分泵出故障不能正常挂挡。经过维修后接着方向盘上下活动，方向球头前支臂都更换过，方向助力器不工作，更换后仍然阴油，减震器
也有问题，坐在车里像敲鼓一样咯噔咯噔响。玻璃升降器坏。倒车镜调整开关坏，空调也坏，汽车喇叭、油表都坏，接二连三车质量问题虽经更换，行驶1-3千公里的车毛病如此之多，让人心烦。”
大毛病没有，小毛病不断，这是消费者对自主品牌汽车又一个典型的概括。确实，自主品牌汽车降低了消费者购车的门槛，但却又增加了用车过程中的心烦。愿望总是美好的，说的再多也是希望我们的企业能尽快地摆脱“三低”的阴影，而且我们也欣喜地看到自主企业的领导者们也清醒地认识到了问题的所在，“老老实实做品质，全心全意做服务，专心致志做品牌”希望他们能切实地扛起自主汽车品牌的大旗。
青梅煮酒、坐论英雄、各领风骚。无论是奇瑞、长城，华晨、比亚迪，或是哈飞、长安，在自主品牌的建设征程中都只是刚刚开始，都只是迈出了万里长征的第一步，都值得我们期待和鼓励。谁能傲视群雄笑到最后，成为真正的英雄，也许只能等待市场给我们答案。但无论如何，只要我们的自主品牌汽车企业努力过、奋斗过、做出过有益探索，他们就都是英雄，都值得我们尊敬和记忆。
第二章机械式变速器的概述及其方案的确定
2.1变速器的功用和要求
变速器的功用是根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机的扭矩和转速，使汽车具有适合的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离，变速器具有倒档和空档。在有动力输出需要时，还应有功率输出装置。
对变速器的主要要求是：
①应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。
②工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。
③重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。
④传动效率高。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。
⑤噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。
2.2目前汽车行业变速器的发展趋势
变速器作为传动减速机行业里的一个重要组成部分，其在各行业领域尤其是在汽车驱动领域应用的非常广泛，可以说已经几乎成为汽车里面一个不可缺少的部分，近几年来，世界各国都在该领域大力的研究新技术产品，发展也日新月异，而我国近年来在该领域也取得了一些可喜的进步。
2.2.1国际变速器市场发展形势
据德国ZF公司预测，到2010年，全球自动变速器将占到55％的市场份额。到2012年，北美市场出售的乘用车将有94％以上的装有自动变速器，在南美及加拿大市场这个比例将达90％。到2013年，欧洲市场配备自动变速器的汽车将达到48%。另有报告显
示，在重卡等商用车上，自动变速器的比例也在不断增加。1996年重卡中自动变速器的比例只有5%，而2006年已上升到18%。如今，自动变速器已经成为北美和日本新产轿车和轻型商务车的首选。目前国际上高档乘用车装配自动变速器已占到90%，中档和低档乘用车分别接近60%和40%。
尽管一直以来手动变速器占据主导地位的欧洲，自动变速器市场份额与美国相差悬殊，但手动变速器一手遮天的霸主地位，已经一去不复返。欧洲汽车制造商和经销商协会日前统计的数据显示，英国配备自动变速器的汽车占总量的15%。5年前，这个数字是13.5%。
据美国汽车咨询公司CSM最新数据分析，2007年，中国乘用车市场（包括轿车、SUV、MPV），自动变速器的市场份额将为36％，到2013年，这个数字将上升到45％左右。北美和日本市场以外自动变速器市场份额的稳步增长，彰显了变速器行业发展的趋势。从全球市场来看，自动挡汽车越来越受欢迎，随着汽车保有量的不断增多，手动挡汽车所占比例会不断减少。
现在市场上的变速器主要分为手动（MT）与自动两大类，自动变速器又可细分为传统的液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、金属带式无级变速器(CVT)、双离合器变速器(DCT)等。目前，从全球变速器市场看，AT在北美市场、CVT在日本市场、MT在欧洲市场各领风骚。随着变速器手动向自动转变的全球趋势，欧洲和中国市场自动变速器发展潜力巨大。据有关预测预测，到2013年，欧洲变速器市场，配备AMT 的将占10%，配备CVT的将占2%，配备DCT的将占16%，配备AT的将占20%。
2.2.2我国变速器市场发展形势
近年来，我国汽车市场迅速发展。现在国内年产、销轿车总量分别为620万台和600万台左右，而轿车生产的关键性零部件——无极自动变速器，则完全依赖进口。为打破外国在这一领域的垄断局面，湖南江麓容大车辆传动股份有限公司在国内率先成立了轿车无极自动变速器研究课题组，通过顽强攻关，于2004年研制成功了我国首套具有完全自主知识产权的轿车无极自动变速器系统，并通过技术鉴定，获得了国家专利。2006年，该成果被国家发改委列为我国“重大高科技成果产业化计划”项目。目前，世界上仅有少数几个国家能够研制和生产轿车无极自动变速器。我国研制、生产的这种具有完全自主知识产权的轿车无极自动变速器系统，在产品节油、行驶加速、安全可靠性、减少尾气排放量等方面均达到国际先进水平，而产品价格只有进口产品的一半，具有广阔
的市场前景。面对如此诱人的市场，自动变速器生产企业和轿车生产企业不可能不心动。于是，采埃孚、三菱、福特、通用等跨国公司积极向中国导入自动变速器。近年来，轿车自动变速器进口额不断上升。上海通用、上海大众、广州本田等公司也建立了自动变速器组装厂。但是，在上海采埃孚变速器有限公司投产之前，中国还没有独立的、可以向第三方供货的合资自动变速器生产企业。另外，我国一些变速器企业也在尝试自动变速器的生产。由于自动变速器的研发、生产需要长期积累，中国企业生产自动变速器的技术问题还很多，离产业化很远。总之，我国自动变速器的生产还处于起步阶段。2.3 变速器结构方案的确定
2.3.1变速器传动机构的结构分析与型式选择
有级变速器与无级变速器相比，其结构简单、制造低廉，具有较高的传动效率（η=0.96~0.98），因此在各类汽车上均得到广泛的应用。
设计时首先应根据汽车的使用条件及要求确定变速器的传动比范围、档位数及各档的传动比，因为它们对汽车的动力性与燃料经济性都有重要的直接影响。
传动比范围是变速器低档传动比与高档传动比的比值。汽车行驶的道路状况愈多样，发动机的功率与汽车质量之比愈小，则变速器的传动比范围应愈大。目前，轿车变速器的传动比范围为3.0~4.5；一般用途的货车和轻型以上的客车为5.0~8.0；越野车与牵引车为10.0~20.0。
通常，有级变速器具有3、4、5个前进档；重型载货汽车和重型越野汽车则采用多档变速器，其前进档位数多达6~16个甚至20个。
变速器档位数的增多可提高发动机的功率利用效率、汽车的燃料经济性及平均车速，从而可提高汽车的运输效率，降低运输成本。但采用手动的机械式操纵机构时，要实现迅速、无声换档，对于多于5个前进档的变速器来说是困难的。因此，直接操纵式变速器档位数的上限为5档。多于5个前进档将使操纵机构复杂化，或者需要加装具有独立操纵机构的副变速器，后者仅用于一定行驶工况。
某些轿车和货车的变速器，采用仅在好路和空载行驶时才使用的超速档。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，因而会减少发动机的磨损，降低燃料消耗。但与传动比为1的直接档比较，采用超速档会降低传动效率。有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力的齿轮副数目、转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳
体等零件的制造精度、刚度等。
三轴式变速器如图2-1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。将第一、第二轴直接连接起来传递扭矩则称为直接档。此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、第二轴也传递转矩。因此，直接档的传递效率高，磨损及噪音也最小，这是三轴式变速器的主要优点。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优点。其缺点是：除直接档外其他各档的传动效率有所下降。
图2-1三轴式变速器
1-第一轴；2-第二轴；3-中间轴
两轴式变速器如图2-2所示。与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最到档外其他各档的传动效率高、噪声低。轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力-传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量降低6%~10%。两轴式变速器则方便于这种布置且传动系的结构简单。如图所示，两轴式变速器的第二轴（即输出轴）与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺，降低了成本。除倒档常用滑动齿轮（直齿圆柱齿轮）外，其他档均采用常啮合斜齿轮传动；个档的同步器多装在第二轴上，这是因为一档的主动齿轮尺寸小，装同步器有困难；而高档的同步器也可以装在第一轴的后端，如图示。
两轴式变速器没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，因而噪声比较
大，也增加了磨损，这是它的缺点。另外，低档传动比取值的上限（i
=4.0~4.5）也受
gⅠ
到较大限制,但这一缺点可通过减小各档传动比同时增大主减速比来取消。
2-2两轴式变速器
1-第一轴；2-第二轴；3-同步器
有级变速器结构的发展趋势是增多常啮合齿轮副的数目，从而可采用斜齿轮。后者比直齿轮有更长的寿命、更低的噪声，虽然其制造稍复杂些且在工作中有轴向力。因此，在变速器中，除低档及倒档外，直齿圆柱齿轮已经被斜齿圆柱齿轮所代替。
由于所设计的汽车是中型载货汽车，因此采用三轴式变速器。（详细见后2.1.2变速器的选择）
2.3.2倒档方案的布置
图2-3为常见的倒挡布置方案。图2-3 b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2-3c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2-3d所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图2-3 c所示方案。图2-3 e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1-4f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2-3 g所示方案。其缺点是一，倒挡须各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。
图2-3变速器倒档传动方案
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，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处。
与前进档相比，倒档使用频率不高，而且都是在停车状态下实现倒档，故多数方案均采用直齿滑动齿轮的方式换倒档。为实现倒档传动，利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案，如图所示。
图2-4倒档布置方案
2.4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使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。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。
2.4.1齿轮型式
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。本设计变速器中的除一、二档齿轮和倒档齿轮外，其它档位齿轮均采用斜齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。
2.4.2换档结构型式
换档结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。
直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等原因，除一档、倒档外很少采用。
啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿结合式，以减小轴向尺寸。结合套换档结构简单，但还不能完全消除换档冲击，目前在要求不高的档位上常被使用。
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。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸有所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前，同步器广泛应用于各式变速器中。因此本设计中也采用广泛采用的同步器换挡机构。
2.4.3防自动脱档设计
自动脱档是变速器的主要障碍之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在结构上，目前比较有效的方案有以下几种：
①将啮合套做得长一些（如图2-5 a）或者两接合齿的啮合位置错开（图2-5 b），这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约1～3mm。使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，以阻止自动脱档。
②将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（0.3～0.6mm），这样，换档后啮合套的后端面
便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档（图2-6）。
图2-5防自动脱档结构措施1 图2-6防自动脱档结构措施2
③将接合齿的工作面加工成斜齿面，形成倒锥角（一般倾斜20～30），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力（图2-7）。这种结构方案比较有效的结构措施1采用较多。
图2-7 防自动脱档结构措施
在本设计中所采用的是锁环式同步器，该同步器是依靠摩擦作用实现同步的，有工作可靠、零件耐用等优点。它可以从结构上保证结合套与待啮合的花键齿圈在达到同步
之前不可能接触，以免齿间冲击和发生噪声。
第三章变速器主要参数的选择与主要零件的设计
3.1 选择发动机及变速器的方案
3.1.1发动机的选择
（1）货车的布置形式
平头式货车：选用平头式的货车可将发动机布置在座椅下后部，此时中间座椅处没有很高的凸起，可以布置三人座椅。
（2）发动机的布置形式
因选用平头式货车，则采用发动机前置后桥驱动。
发动机前置后桥驱动的优点：可以采用直列，V形或卧式发动，发现发动机故障容易，接近性良好，维修方便。最重要的是采用此布置，离合器、变速器等操纵机构的结构简单，容易布置且货箱地板高度低。
（3）汽车性能参数的范围
载货量为1T
①最高车速： 80～135 km/h
②比功率： 15～25 kw/t
③比转矩： 38～44 N﹒m/t
④燃油经济性：汽油机 3.0～4.0 L/100t﹒km
柴油机 2.0～2.8 L/100t﹒km
上述数据来自《汽车设计》（第四版）P21
（4）汽油机和柴油机的选用
由上面的燃油经济性参数，可知1t的载货车若选择柴油机，其燃油经济性优于汽油机，所以初步可选用柴油机。
本次设计选用柴油机作为发动机
（5）气缸排列形式与冷却方式的选用
发动机的气缸有直列、水平和V型三种排列形式。
发动机排量小的汽油机多采用直列式发动机并用在乘用车上。
发动机排量大的乘用车以及总质量大的货车采用V型发动机的较多。
V型发动机与直列式发动机比较，具有高度尺寸小，长度尺寸短的优点，而且曲轴
的刚度也得到提高。
本次设计选用的发动机气缸排列形式为V 型排列 发动机有水冷和风冷两种冷却方式。
水冷发动机的特点是冷却均匀可靠，散热良好，噪声小，易于解决车内供暖问题，气缸变形小，缸盖，活塞等主要零件热负荷较低，可靠性较高。加大散热面积后，能较好地适应发动机增加后散热的需要。
本次设计选用水冷方式冷却 (5)发动机主要性能指标的选择
① 发动机最大功率Pemax 和相应转矩np
根据所设计汽车应达到的最高车速 vamax (km/h),用下式估算发动机最大功率
????
??+=7614036001max 3max emax p a D a r a T AV C V gf m η 3-1
上述公式来自《汽车设计》（第四版）P29 错误！未指定书签。错误！未指定书签。 其中: Pemax 为发动机最大功率（kw ）
ηT 为传动系效率，对驱动桥用单级主减速器的4×2的汽车可取为90% ma 为汽车总质量（kg ） g 为重力加速度
fr 为滚动阻力系数，对货车取0.02，va 用vamax 代入 C D 为空气阻力系数，货车取0.80～1.00 A 为汽车正面投影面积（㎡） 对于上式各字母所对应的值的选取：
ηT 取90% ma=2t g 取9.8m/ss
fr=0.02, vamax 由《汽车设计》（第四版）P21 表1-7 汽车动力性参数范围，知vamax 在80～135（km/h ） 取vamax=85km/h C D =0.8
A 可初选为6.8㎡ 将其代入3-1式
Pemax=1/90%（2000×9.8×0.02×85／3600 +0.8×6.8×85×85×85／76140） ＝(9.26＋43.88)÷ 0.9 ＝ 53.14÷0.9 ＝ 59.04kw
初选的发动机的最大功率Pemax 为59.04kw
上式估算的Pemax 为发动机装有全部附件时测定得到的有效 功率，约比发动机外特性的最大功率值低12%～20%。
对于总质量大些的货车的柴油机np 在1800～2600r/min 之间 ② 发动机最大转矩Temax 及相应的转速nT 由下式计算确定Temax
9549 T max
emax P
e n P α=
3-2
式中，Temax 为最大转矩（N.m ）
α为转矩适应系数，一般在1.1～1.3之间选取，取1.1 Pemax 为发动机最大功率（kw ），取100.18kw np 取2500 r/min
Temax ＝9549×1.1×100.18÷2600 ＝404.00N.m
相应转速nT ，要求 np 与nT 之间有一定差值，如果它们很接近，将导致直接挡的最低稳定车速偏高，使汽车通过十字路口时换档次数增多。 因此要求np ／nT 在1.4～2.0之间选取
np ／nT ＝1.9 nT ＝np ÷1.9
＝2600r/min ÷1.9＝1368r/min 所选的发动机的各参数如下表
表3-1发动机各参数表
发动机燃料种类柴油机
发动机气缸排列形式V型发动机
发动机冷却方式水冷发动机
发动机工作冲程四冲程发动机
发动机最大功率Pemax100.18kw
发动机Pemax所对应的转速np2600r/min
发动机最大转矩Temax404.00N.m
发动机最大转矩Temax所对应的n T1368r/min
3.1.2变速器的方案设计
现代汽车的动力装置，几乎都采用往复活塞式内燃机。它具有相当多的优点，如体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等。但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。如在坡道上行驶时，所需的牵引力往往是发动机所能提供的牵引力的数倍。而且一般发动机如果直接与车轮相连，其输出转速换算到对应的汽车车速上，将达到现代汽车极限速度的数倍。上述发动机牵引力、转速与汽车牵引力、车速要求之间的矛盾，单靠现代汽车内燃机本身是无法解决的。因此就出现了车用变速箱和主减速器。它们的共同努力使驱动轮的扭矩增大到发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的几分之一。
另外，现代汽车的使用条件极为复杂，在不同场合下有不同的要求。往往要受到如载运量、道路坡度、路面好坏及交通是否通畅等条件的影响。这就要求汽车的牵引力和车速能在较大范围内变化，以适应使用的要求。在条件良好的平直路面上要能以高速行驶，而在路面不平和有较大坡度时能提供较大的扭矩。变速箱的多档位选择就能满足这些需求。此外，发动机在不同工况下，燃油的消耗量也是不一样的。驾驶员可以根据具体情况，选择变速箱的某一档位，来减少燃油的消耗。在某些情况下，汽车还需要能倒向行驶。发动机本身是不可能倒转的，只有靠变速箱的倒档齿轮来实现。变速箱是由变速传动机构和操纵机构组成。根据前进档数的不同，变速箱有三、四、五和多档几种。根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者又分为两轴式、中间轴式
和多中间轴式变速箱。
（1）两轴式和三轴式变速箱的对比选择：
现代汽车大多数都采用三轴式变速箱，而发动机前置前轮驱动的轿车，若变速箱传动比小，则常采用两轴式变速箱。在设计时，究竟采用哪一种方案，除了汽车总布置的要求外，主要考虑以下四个方面：
①结构工艺性：
两轴式变速箱输出轴与主减速器主动齿轮做成一体且当发动机纵置时，主减速器可用螺旋圆锥齿轮或准双曲面齿轮，而发动机横置时用圆柱齿轮，因而简化了制造工艺。
②变速箱的径向尺寸：
两轴式变速箱的前进档均为一对齿轮副，而三轴式变速箱则有两对齿轮副。因此，对于相同的传动比要求，三轴式变速箱的径向尺寸可以比两轴式变速箱小得多。
③变速箱齿轮的寿命：
两轴式变速箱的低档齿轮副，大小相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮要高得多，因此小齿轮寿命比大齿轮短。三轴式变速箱的各前进档，均为常啮合斜齿轮传动，大小齿轮径向尺寸相差较小，因此寿命较接近。在直接档时，齿轮只是空转，不影响齿轮的寿命。
④变速箱的传动效率：
两轴式变速箱，虽然可以有等于1的传动比，但仍要有一对齿轮进行传动，因而有功率损失。而三轴式变速箱，可将输入轴和输出轴直接相连，得到直接档，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，采用两轴式变速箱比较多，而中、重型载货汽车则多采用三轴式变速箱。
（2）多中间轴结构分析：
在通常的三轴式变速箱中，发动机的转矩由第一轴传至第二轴，只经过一根中间轴。这种变速箱在装上转矩高于1200-1300Nm的大功率的柴油机时，其齿轮、轴和轴承都要承受很大的载荷，这会导致过早被损坏。所以对于一些重型汽车，一般采用多中间轴的结构。这种变速箱具有2-3根中间轴，在传递同样转矩的情况下，变速箱齿轮的宽度和质量可分别减少40%和20%，变速箱的整体质量和轴向尺寸也减少很多。
（3）倒档型式分析：
由于倒档使用率不高，一般常采用直齿滑动齿轮方案换入倒档。为实现倒档传动，
有些利用在前进档的传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案，也有利用两个联体齿轮的方案。前者虽然结构简单，但是中间传动齿轮的轮齿，是在最不利的正、负交替对称变化的弯曲应力状态下工作，而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，并且使倒档传动比略有增加。
（4）齿轮型式：
变速箱使用斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮虽然制造时稍为复杂，且工作时会有轴向力，但因其使用寿命长，传动平稳和噪声小而得到广泛使用，直齿圆柱齿轮多用于低档和倒档。
（5）同步器换档型式：
目前大多数的变速箱都采用同步器换档。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、经济性和行车安全性。但是它也有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大、同步环使用寿命短等缺点。（6）轴承型式分析：
以前变速箱的支承广泛采用滚珠轴承、滚柱轴承和滚针轴承。现在变速箱的设计趋势是增大其传递功率与质量之比，并要求它有更大的容量和更好的性能，而上述轴承型式已不能满足对变速箱可靠性和寿命所提出的要求，故使用圆锥滚柱轴承的在逐渐增多。其主要优点如下：圆锥滚柱轴承的直径较小，宽度较大，因而容量大，可承受高负荷；其锥体、外圈和滚子间基本的几何关系使滚子能正确对中，确保轴承的可靠性，使用寿命长；圆锥滚柱轴承的接触线长，如果锥角和配合选择合适，可提高轴和齿轮的刚度，降低齿轮噪声，减少自动脱档的可能，并大幅度提高其寿命；采用圆锥滚柱轴承的变速箱，一般将变速箱壳体设计成沿纵向平面分开或沿中心线所在平面分开，这样可使装拆和调整轴承方便。
（7）其它设计问题分析：
因为变速箱在低档工作时作用有较大的力，所以一般变速箱的低档都布置在靠近轴的后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。一般通过控制轴的长度即控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。
3.2变速箱档数的确定：
不同类型的汽车，具有不同的传动系档位数，其原因在于它们的使用条件不同；对
整车性能要求的不同；汽车本身的比功率不同。而传动系的档位数与汽车的动力性、燃油经济性又有着密切的关系。
就动力性而言，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗。所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。
档数多少还影响到档与档之间的传动比比值。比值过大会造成换档困难。一般认为比值不宜大于1.7 1.8。因此如最大传动比与最小传动比之比值愈大，档位数也应愈多。
对于轿车而言，即最高档的动力因素大，所以其最高档与起动档的动力因素间的变化范围较小。因此在过去轿车常用三档或四档变速箱。近年来，为了进一步节省燃油，装有手动变速箱的轿车多已采用五档变速箱。
对于轻型货车和中型货车而言，由于比功率小，所以一般采用五档变速箱。而重型货车的比功率更小，使用条件也更复杂，所以一般采用六档至十几个档的变速箱，以适应复杂的使用条件，从而使汽车具有足够的动力性和良好的燃油经济性。
综上所述，且根据《汽车设计》P89 载质量在2.0-3.5t的货车采用档变速器，而载质量在4.0-8.0t的货车采用六档变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车或越野车上。
所设计的变速器为中间轴式六档变速器
3.2.1最小传动比的选择：
内容依据《汽车理论》P77
汽车大多数时间是以最高档行驶的，即用最小传动比的档位即
it=i g·i0·i c3-3
式中 ig—变速箱的传动比；
i0—主减速器的传动比；
ic—分动器或副变速箱的传动比；
所设计的变速器的最高档的传动比为0.8，主减速器的传动比初选为6.33，本车无分动器或变速器，所以计算最小传动比时，为
it=ig·i0·ic =0.8×6.33=5.06
3.2.2 最大传动比的选择：
确定最低档传动比时，要考虑下列因素：汽车最大爬坡度，附着力，汽车最低稳定
车速及主传动比等。
就普通汽车而言，传动系最大传动比itmax 是变速器I 档传动比ig1与主减速器传动比i0的乘积。
因需先算出变速器一档传动比，才能算出汽车的最大传动比。 it=ig ·i0·ic =6.56×6.33 =41.52 （变速器一档传动比见后面计算）
3.2.3 各档传动比的确定
六档式变速器中第五档为直接档，传动比为1。第六档为超速档一般取0.8。根据《汽车设计》（第四版）P90可知，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。所以本次设计的变速器的传动比在5.0～8.0之间。
根据《汽车原理》P80内容，实际上，汽车传动系各档的传动比大体上是按等比级数分配的。如轿车SH760和一些档位很多的货车变速器，则完全按等比级数分配。所以可以认为，一般汽车各档传动比大致符合如下关系：
q i i i i g g g g =?==
3
22
1 3-4
式中，q 为常数，也就是各档之间的公比。因此，各档的传动比为
4
1q i g =
3
2q i g =
2
3 q i g =
4q i g =
所以根据汽车原理上的介绍，可初选q=1.6 所以四档传动比为1.6
三档传动比为1.6×1.6=2.56 二档传动比为2.56×1.6=4.10 一档传动比为4.10×1.6=6.56
五档为直接档，传动比为1
六档为最高档超速档，传动比为0.8 倒档大致与一档传动比接近，初选为6.20
3.3变速箱齿轮中心距的确定：
变速箱齿轮的中心距是变速箱很重要的参数，它对变速箱的整体尺寸、体积和质量有很大的影响。通常根据经验公式初选中心距A(单位m)：
31max g e A ηi T K A = 3-5
公式来自《汽车设计》（第四版）P90
式中： k 为 中心距系数，对轿车，k=8.9~9.3， 对货车，k=8.6~9.6
多档变速器，k=9.5～11.0； Temax 为发动机的最大输出转矩，单位N.m 根据上面算出的数， Temax=404.00N.m i1 为变速箱一档传动比； ηg 为变速箱传动效率，取0.96
此外，变速箱的中心距还要受到齿轮接触强度、几何参数和结构要求等的制约。 69.12996.056.600.4045.93=??=A
根据《汽车设计》（第四版）P90说明商用车的中心距在80～170mm 之间变化。 本次设计的变速器的中心距暂取130mm.
3.4变速箱轴向尺寸的确定：
货车变速箱壳体的轴向尺寸与其档数有关，可参照下列数据选用： 四档 (2.2~2.7)A 五档 (2.7~3.0)A 六档 (3.2~3.5)A
当变速器选用的档数和同步器多时，上述中心距系数应取给出范围的上限。为了检测方便，中心距最好取整数。
所以所设计的货车车六档变速箱壳体轴向尺寸为 (3.2~3.5)A=3.5×130= 455mm