高档客车用机械式变速箱设计

曹 胜

（中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西 大同 037305）

引言

城市化进程的加快，城市间交流频繁，在高铁还不是太发达的中西部，客车旅行仍是人们出行的主要交通工具，为高档客车的持续健康平稳发展提供有利的发展机遇。所谓高档客车是指乘员感到舒适、安全、快捷，而驾驶员还要操作轻便，当然故障率要低，车身总长在11～13.7m之间，发动机功率在320～410PS之间，输出扭矩在1 400N·m至1 900N·m之间，动力性、经济性都有兼顾。

1 国内高档客车用变速箱研究状况

与高档客车性能密切相关的多种性能中，舒适性、安全性、动力性和经济性成为用户关注的焦点和企业销售的卖点，舒适性影响因素有：空调、车架中的空气悬架、汽车音响、高档座椅、内部噪音等，其中内部噪音项目中就要求变速箱的噪音要低，最大不超过89dB；同时考虑到驾驶员的操作舒适性，要求变速箱选档清晰、换档轻便，带同步器换档机构，最好配带换档气动助力器。安全性要考虑悬挂、制动器、轮胎、灯光、ABS／EBD／ESP／EPS／TPMS等要素，其中制动性能中要求配带缓速器，而缓速器中，最好要在变速箱上配带性能可靠的液力缓速器；动力性中，发动机的功率、输出扭矩在提升，进而要求变速箱的承载扭矩相应加大；经济性中要考虑最高车速，要求变速箱带超速挡。总之，换挡轻便灵活、噪音低、配带液力缓速器、承载扭矩大、配带超速挡是高挡客车用变速箱的发展趋势。

2 高档客车对变速箱的特殊特性需求

由于高档客车在高速公路快速行驶，对变速箱密封性能要求较高，换挡要轻便，所以同步器性容量要大，同时为了降低驾驶员的劳动强度，换挡需要有气动助力器，挡位以6挡为主，变速箱要进一步降低噪音，与环保发动机有机、协调发展，为提高制动性能，配置兼容各种型的缓速箱，最好用性能稳定的液力缓速器，减少来自传统制动系的污染。合理设计变速箱各挡速比，保持高档客车变速箱在节油方面的领先优势［1］。

3 高档客车变速箱具体设计

通过对高档客车的市场调研及与主机厂的全面沟通，目前高档客车变速箱匹配发动机功率范围320～380PS，最大输出扭矩1 400～1 900N·m，一挡速比6.90左右，以直接挡为主，但部分长线公交车需要变速箱有超速挡，为了适应司机的驾驶习惯，在方案设计阶段，要考虑留有超速挡转换接口。

一个倒挡，1～6挡全部为斜齿轮、倒挡为直齿轮，1～6挡全部加装同步器换挡机构，其中2、3挡为双锥面同步器，其他前进挡为单锥面树脂同步器，性能可靠、使用寿命高；可实现远距离单杆、双杆、左置、右置手动操纵，同时可加装换挡气动助力器；齿轮齿根采用大圆狐、齿轮强力喷丸、齿轮绗齿工艺，同时可实现磨齿工艺，变速箱扭矩储备系数大、噪音低、可靠性高；里程表可实现机械、电子传感器连接，输出端可实现与电涡流缓速器、液力缓速器连接，如图1所示。该变速箱已经完成在上海申沃客车SWB6120车上装车（该车型是上海申沃客车的配置比较高的车型、比较畅销，该车型标配的DC6J140T变速箱），并即将交付用户。同时出口给国际知名企业-VOLVO公司的三款DC6J190T变速箱已经准备就绪，该产品匹配的都是VOLVO本部的高级豪华客车，良好的性价比得到国内外各大客车厂的青睐，该产品引起国内一些大的客车厂的极大兴趣，一经VOLVO公司匹配成功后都会在各自的豪华大巴车上采用该产品。

图1 高档客车带缓速器支架变速器

通过理论计算确定客车变速器基本参数，对齿轮强度、轴刚度、轴承强度、同步器性能（同步时间、阻止条件）、壳体进行强度计算和强度校核。

4 高档客车变速箱换挡气动助力器的设计

气动助力器工作原理如图2所示。

图2 气动助力器工作原理

高档客车在换挡操作上要求轻便灵活，设计采用换挡气动助力器。换挡气动助力器特征为在选择选挡操作时不助力，换挡操作时在需要规定以上的输入力的场合中进行助力。驾驶员只需对助力器作用一个较小促动力，打开气动助力器的气路，气动助力器通过气缸的平动带动换挡摇臂的转动，轻松实现换挡。

助力器结构大致分成三部分：来自变速杆的输入力传递部分、输出力的发生部分、输出力的传递部分。

带气动助力器顶盖总成如图3所示。

图3 带气动助力器顶盖总成

5 高档客车变速箱匹配液力缓速器接口设计

根据交通部规定大中型高二、高三级营运客车必须装缓速器制动机构，规定的颁布对我国缓速器事业的发展和车辆行驶安全起到积极的作用。缓速器目前主要有两种，一种是电涡流缓速器，另一种是液力缓速器，因液力缓速器性能稳定及产生的热量循环性好，对变速箱及缓速器周边部件损伤小，使得液力缓速器在高档客车上广泛使用。

图4 力缓速器工作原理图

图5 福伊特液力缓速器匹配

液力缓速器的工作原理（见图4、下页图5）：缓速器工作时，压缩空气经电磁阀进入储油箱，将储油箱内的变速器油经油路压进缓速器内，缓速器开始工作。缓速器转子随变速箱输出轴转动，而导轮不动。当缓速器内充有油时，随输出轴转动的转子作用于油液一个动量矩M1，带动油液绕轴旋转，同时，油液沿叶片运动作内循环，甩向导轮时，油液的“公转”对导轮叶片产生冲击作用，将转子作用于油液的动量矩M1传递到导轮叶片上。同时，固定额导轮叶片也对油液产生一个反向作用的动量矩M2。油液流出导轮再流入转子时，同样将M2转递到转子上，形成对转子的阻力矩，阻碍转子的转动，从而实现对车辆的减速作用。由于油液在循环流动中没有受到任何其他附加外力，根据力学平衡原理，油液甩向导轮和流向转子的动量矩关系有M1＝－M2。转子转动的能量经油液的阻尼作用转变成热量，通过散热器散发到空气中［2］。

因缓速器转子要和变速箱输出轴通过花键直接连接，二者之间的花键配合侧隙控制在0.01～0.03之间，同时缓速器制动时产生反向作用力给变速箱，对输强度要求较高。缓速器本体通过和变速箱之间连接固定在变速箱的后壳上，设计后壳时要预留4个连接部位，4个部位的平面度要控制在0.05以内，这样才能保证顺利安装及动力传达时不会松动。

6 结语

本文从用户对高档客车用变速箱噪音、强调、密封性、操纵机构、传动机构性能迫切要求出发，对换挡机构和传动机构进行研究，将新技术用到新产品开发中来。通过适用开发，满足变速箱匹配换挡气动助力器及液力缓速器的接口要求，完成DC6J190T高挡客车专用变速箱设计，满足公交车换挡轻便性及制动安全性的要求，降低驾驶员劳动强度，降低运营成本，为公司产品拓展高档客车市场奠定基础。

［1］ 王望予.汽车设计［M］.机械工业出版社，2000.

［2］ 濮良贵.机械设计［M］.高等教育出版社，2011.