中重卡变速器产品介绍

中重型变速器产品介绍鹿政华2010年1月16日目录一．变速器概述二．机械变速器的主要结构类型三．变速器关键零部件介绍四．中重型机械式变速器的技术路线五．中重型变速器技术发展方向六．福田欧曼产品变速器使用现状七．自动变速器简介一、重卡用变速器概述1、变速的主要功能转变发动机曲轴的转矩和转速，以便适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同需要。动力性、经济性：通过将变速器与主减速器几发动机进行参数优化匹配可以实现整车的动力性经济性的最优化。在保证整车最高车速和最大爬坡度的同时，降低油耗和发动机的功率利用率。操控性能：采用自锁、互锁装置，倒档安全装置等其他措施可以使操控可靠，不乱档、跳档自动脱档和误挂档采用同步器可以使换档轻便，无冲击和噪声。采用换档助力装置、自动、半自动变速器可以明显改善变速器的操控性能，并降低油耗。适当的变速器结构还可以改善整车性能：2、中重型变速器产品分类中重型变速器手动变速器（MT）机械式自动变速器（AMT）全自动变速器（AT）机械式手动变速器，是其余两种变速器的基础。也是目前广泛采用的型式在手动变速器的基础上加装电控、气控单元，实现自动换档。在欧洲已经广泛采用，美国市场占有率为10％左右，在国内处于刚刚起步阶段在行星机构前加装液力变矩器，实现无冲击、无动力中断换档。采用电子控制系统实现自动换档。由于成本高，目前只在少数专用车、军车上采用液力变矩器电子控制单元3.中重型变速器的评价标准整车对变速器的要求变速器自身性能的要求最大输入扭矩档位数速比范围速比级差换档舒适性外形尺寸、重量噪声水平输出信号密封性能齿轮疲劳强度同步器寿命静扭强度换档机构的可靠性档位数增加可扩大速比范围；提高一挡速比减小速比级差档位分布密集提高爬坡度提高换档舒适性发动机集中工作在经济转速范围内，提高燃油经济性在爬坡度相同的基础上减小后桥速比，提高最高车速减少加速时间变速器对整车动力性、经济性的影响16档变速箱匹配3.8速比后桥，总传动比58.489档变速器匹配5.1速比后桥，总传动比52.33020406080100120驱动轮上的牵引力[kN]ZugkraftkraftundFahrwiderstandslinienVolvoDH12D340E31700Nm,250kW(340PS);Ecosplit16S1650(15,39-0,85);EATONRTSO11909A(10,26-0,74);Fahrzeugmasse49Tonnen;Achs黚ersetzung3.8Ecosplitbzw.5.1Eaton;Wirkungsgradverlust2%0255075100125150175200020406080100120Geschwindigkeitinkm/hAntriebskraftamRadinkN.Fahrwiderst鋘de5%10%15%25%16.GangEcosplit9.GangEatonFahrwiderstandslinieninkonst.Steigung7001/min20001/min0%35%1.GangECOSPLIT15.3-0.851.GangEaton10.3-0.7440%30%chinesischeAuslegung20%9档箱，1档16档箱1档16档变速箱9档变速箱2001751501007550250车速[km/h]爬坡度9档变速箱11909A16档变速箱16S1650变速器档位数对整车动力性的影响变速器档位数对加速时间的影响9档箱连续换档加速时间16档箱连续换档加速时间此积分面积代表由速度u1到速度u2的加速时间由于档位密布，积分面积减小实际操作中，由于驾驶员的因素无法保证理论分析的效果，但是对于AMT变速箱，可以按照理论的换档点进行换档，从而减少加速时间。增加档位数，减小速比级差，使发动机集中工作在经济转速范围内，提高燃油经济性发动机的经济工作范围变速器档位数对整车经济性的影响档位数增加，发动机工作范围将更加集中在经济转速周围变速器档位数对百公里油耗的影响档位数多，可选择到更合适速比的变速箱档位，可使发动机的负荷率提高，燃油消耗率降低，百公里油耗降低同样的发动机，分别匹配9档变速箱和16档变速箱，同为65km/h车速在万有特性曲线上的工作点如上图所示9档变速箱16档变速箱在同样车速下，发动机发出的功率相同。220g/kw.h215g/kw.h二、变速器的主要结构类型中重型变速器单箱结构主副箱结构副箱结构主箱结构单中间轴双中间轴单中间轴双中间轴行星齿轮单中间轴双中间轴1、单箱结构：采用单箱结构，即在主箱内布置前进档（最多7档）和倒档齿轮。箱体轴向尺寸较长，维修不方便。7档\超速档齿轮5档齿轮4档齿轮3档齿轮2档齿轮1档齿轮倒档齿轮动力经过离合器内花键传递到变速器一轴，一轴齿轮与中间轴齿轮长啮合，并将动力传递到中间轴。中间轴上的高速档齿轮是通过过盈配合或花键与中间轴连接，低速档齿轮多是与中间轴制成一体的（因为齿轮较小）。主轴上的齿轮是通过轴承与主轴连接的。因此，尽管中间轴齿轮与主轴齿轮是常啮合的，动力并没有传送到主轴上。如果要换档，换档拨杆拨动拨叉，推动同步器滑套使得各档齿轮与主轴连接从而实现动力传输。6-7档同步器4-5档同步器2-3档同步器1-倒档同步器单箱变速器动力传输路线图倒档惰轮离合器内花键一轴一轴花键长啮合齿轮中间轴各档齿轮主轴齿轮各档同步器主轴输出法兰传动轴二、变速器的主要结构类型单箱结构的主要类型对于中重卡用变速器来讲，常用的分类方式是按照中间轴相对于主轴布置方式的不同来分类：单中间轴式：单中间轴式的主要特点是：一轴的常啮合齿轮和二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且一二轴同心。除直接档以外其他档位需要经过两对齿轮传递扭矩。优点：结构简单，安装、维修方便缺点：由于档位中间轴的传递作用，除了直接档以外，其他档位的传动效率较低。需要较高的齿轮加工精度、齿轮材料性能和装配工艺。典型产品：山西大同齿轮有限公司的DC6J85TZ变速器，如图所示。一轴二轴中间轴位置双中间轴式：双中间轴变速器采用两根结构完全相同的中间轴将主轴夹在中间。动力从输入轴输入后，分流到两根中间轴上，然后汇集到主轴输出。理论上每根中间轴只传递1/2的扭矩。主轴上的齿轮处于径向浮动状态，主轴采用绞接式浮动状态。优点：由于齿轮处于浮动状态，取消主轴滚针轴承，主轴结构简单。两个中间轴对主轴所加的径向力相互抵消，改善了主轴和轴承受力状况。由于主轴和齿轮都处于浮动状态，对装配工艺性要求不高。典型产品：陕西法士特齿轮有限公司，7DS100T变速器，如图所示。主轴中间轴缺点：由于档位中间轴的传递作用，降低了传动效率。单箱结构的主要类型2.主副箱结构固定轴式副箱：相当于增加一个两档变速器。结构简单，但质量较大。此类结构已经不被主流产品采用。行星齿轮式副箱：通过副变速器中的行星轮系，实现高低档转换。从而扩展了变速器的档位范围。这种结构已经为国内外各大变速箱生产厂广泛采用。双中间轴式副箱：与双中间轴主箱一样，副变速器采用一个主轴、两个中间轴的结构。奔驰G221-9变速器副箱拆解图副箱主轴副箱行星轮系对于7档以上变速器，如果仍然采用单箱结构，那么箱体的轴向尺寸将会很长，操纵系统的结构也将非常复杂，因此普遍采用主副箱结构。通用的方法是在原主箱的基础上增加一个后置副箱（必要时再增加一个前置副箱）。前置副箱主箱后置副箱主副箱结构的配档方式分段式配档：由副变速器高、低速两档（高速档为空挡）传动比分别与主变速器各档传动比搭配而组成高、低两段传动比范围。常用于后置副箱。插入式配档：通过较小的副变速器传动比，使得组合出的传动比均匀插入主变速器各档传动比之间。常用于前置副箱。需要主副变速器交替换档，故操纵机构较为复杂。在使用前置副箱后，自然就形成了双倒档，使用高速倒档是不安全的，因此在没有前置副箱的情况下，通常不设计两个倒档。为了实现较高的1档速比（爬坡度要求）和超速档传动（高车速要求），需要重卡变速箱具有较宽的速比范围。同时为保证换档操控性能又需要较小的速比级差。这就要求增加变速箱的档位数量。采用主副箱结构后，主箱只需要设计成4档或5档，单独采用后置副箱可以实现8-10档，配合使用前置副箱可以实现12-18档。档位布置也分为分段式配档和插入式配档。齿轮拨叉换档副同步器壳体轴类变速器总成三、变速器关键零部件介绍1、变速器壳体结构变速器壳体结构离合器壳体和变速器为一体，后盖为另一体。其壳体的材料多为压铸铝。用于轻型变速器优点：体积、重量较小。缺点：因离合器的安装方式已确定，只能与一种发动机匹配。由于动力线悬置、离合分泵位置等因素的影响，不同的用户对离合器壳体的要求是不同的，造成离合器壳体的多样性，增加零部件品种。整体式壳体离合器壳体和变速器分开，变速器壳体为整体式，后盖与副箱集成为一体。用于中重型变速器。优点：因离合器壳体可根据各种不同发动机和动力支撑型式重新设计，应用范围较广。缺点：体积较大，结构不够紧凑。对分式壳体变速器壳体材料多用灰铸铁HT200/250铸铁铸铝压铸铝铸铝ZL106-110压铸铝ADC4122、齿轮结构因各档齿轮需要进行同步啮合，因此齿轮由两部分组成传递扭矩的齿轮与啮合套接合的啮合齿通过电子束焊合成一体或花键配合各档齿轮各档齿轮的材料为20CrMoH或是20CrMnTi。3、轴类零件结构变速器中轴的材料为20CrMoH或是20CrMnTi，，有时受结构限制，其材料选择可能更好一些。4、同步器结构惯性式同步器结构主要零件有齿座、滑套、锥毂、同步环。拨叉拨动滑套，滑套带动同步环与锥毂上的锥面接触，产生摩擦力矩，锥毂与主轴齿轮是啮合在一起的，在同步环与锥毂转速相同时，滑套的内齿分别与同步环和锥毂的外齿啮合，使齿座与齿轮一同运转目前锁环式同步器的同步环有单锥面、双锥面。因低档齿轮较大，其惯性也较大，双锥面和三锥面同步器用的同步面积较大，因此多用在低档齿轮上，提高了换档性能。优点：可靠性较好，广泛应用于各种车型上缺点：成本较高锁环式同步器锁销式同步器主要零件有接合套、摩擦锥盘、摩擦锥环、定位销和锁销。拨叉拨动接合套，通过定位销使摩擦锥盘和摩擦锥环接触，产生摩擦力矩，使同步环与各档齿轮转速相同，该档位齿轮工作。优点：结构简单，成本较低缺点：同步时间长、可靠性差5、换档机构结构换档机构的组成各档拨叉。有铸钢件和铸铝件两种，铸钢件居多，铸铝件较轻，换档轻便。与啮合套接合的接合面一般用高频淬火。换档叉轴，安装拨叉。有一根叉轴安装一个拨叉（换档灵活轻便），也有一根叉轴安装多个拨叉。（靠换档元件控制）。材料多为20Cr。上盖/侧盖，固定叉轴。铸铁/铸铝件，材料同壳体其他元件。有钢球、弹簧等。弹簧力较大，换档沉，弹簧力较小，换档没有手感，易脱档。四、中重型机械式变速器的技术路线1、欧系中重型变速器结构特点分析主机厂自制52%Eaton3%ZF45%Others1%127.700在欧洲，除ZF公司外，自制变速器的主机厂有：DaimlerChrysler、Volvo、Scania等。他们几乎全部采用主副箱结构，主箱三轴、副箱采用行星齿轮结构。结构特点分析如下：ZF路线缺点：工艺复杂、维修困难、加工精度高、设备投入大主箱三轴结构、副箱行星齿轮结构斜齿磨齿工艺为主、齿面强化喷丸全同步器采用钢基喷钼同步环铸铝壳体优点：行星齿轮结构结构体积小，承载大，档位多，速比范围宽换档轻便提高了同步器寿命，缩短了同步时间加工精度高、噪音低、传动精密、冲击小。喷丸工艺提高了齿面强度重量轻、噪音小ZF主副箱结构变速器动力传动路线前置副箱主箱后置副箱LH插入式配档13N42R57N6851732648NRLH插入式配档2、美系中重型变速器结构特点分析伊顿路线在美国，伊顿公司占有绝对的市场份额。由于美国道路情况好，高速公路发达，伊顿公司的变速器产品基本上为主箱不带同步器、副箱高低档同步器结构。由于双中间轴的独特结构，伊顿变速箱有着自身的特点：缺点：主箱没有同步器