高檔客車用機械式變速箱設計

曹 勝

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

引言

城市化進程的加快，城市間交流頻繁，在高鐵還不是太發達的中西部，客車旅行仍是人們出行的主要交通工具，為高檔客車的持續健康平穩發展提供有利的發展機遇。所謂高檔客車是指乘員感到舒適、安全、快捷，而駕駛員還要操作輕便，當然故障率要低，車身總長在11～13.7m之間，發動機功率在320～410PS之間，輸出扭矩在1 400N·m至1 900N·m之間，動力性、經濟性都有兼顧。

1 國內高檔客車用變速箱研究狀況

與高檔客車性能密切相關的多種性能中，舒適性、安全性、動力性和經濟性成為用戶關注的焦點和企業銷售的賣點，舒適性影響因素有：空調、車架中的空氣懸架、汽車音響、高檔座椅、內部噪音等，其中內部噪音項目中就要求變速箱的噪音要低，最大不超過89dB；同時考慮到駕駛員的操作舒適性，要求變速箱選檔清晰、換檔輕便，帶同步器換檔機構，最好配帶換檔氣動助力器。安全性要考慮懸掛、制動器、輪胎、燈光、ABS／EBD／ESP／EPS／TPMS等要素，其中制動性能中要求配帶緩速器，而緩速器中，最好要在變速箱上配帶性能可靠的液力緩速器；動力性中，發動機的功率、輸出扭矩在提升，進而要求變速箱的承載扭矩相應加大；經濟性中要考慮最高車速，要求變速箱帶超速擋。總之，換擋輕便靈活、噪音低、配帶液力緩速器、承載扭矩大、配帶超速擋是高擋客車用變速箱的發展趨勢。

2 高檔客車對變速箱的特殊特性需求

由于高檔客車在高速公路快速行駛，對變速箱密封性能要求較高，換擋要輕便，所以同步器性容量要大，同時為了降低駕駛員的勞動強度，換擋需要有氣動助力器，擋位以6擋為主，變速箱要進一步降低噪音，與環保發動機有機、協調發展，為提高制動性能，配置兼容各種型的緩速箱，最好用性能穩定的液力緩速器，減少來自傳統制動系的污染。合理設計變速箱各擋速比，保持高檔客車變速箱在節油方面的領先優勢［1］。

3 高檔客車變速箱具體設計

通過對高檔客車的市場調研及與主機廠的全面溝通，目前高檔客車變速箱匹配發動機功率范圍320～380PS，最大輸出扭矩1 400～1 900N·m，一擋速比6.90左右，以直接擋為主，但部分長線公交車需要變速箱有超速擋，為了適應司機的駕駛習慣，在方案設計階段，要考慮留有超速擋轉換接口。

一個倒擋，1～6擋全部為斜齒輪、倒擋為直齒輪，1～6擋全部加裝同步器換擋機構，其中2、3擋為雙錐面同步器，其他前進擋為單錐面樹脂同步器，性能可靠、使用壽命高；可實現遠距離單桿、雙桿、左置、右置手動操縱，同時可加裝換擋氣動助力器；齒輪齒根采用大圓狐、齒輪強力噴丸、齒輪絎齒工藝，同時可實現磨齒工藝，變速箱扭矩儲備系數大、噪音低、可靠性高；里程表可實現機械、電子傳感器連接，輸出端可實現與電渦流緩速器、液力緩速器連接，如圖1所示。該變速箱已經完成在上海申沃客車SWB6120車上裝車（該車型是上海申沃客車的配置比較高的車型、比較暢銷，該車型標配的DC6J140T變速箱），并即將交付用戶。同時出口給國際知名企業-VOLVO公司的三款DC6J190T變速箱已經準備就緒，該產品匹配的都是VOLVO本部的高級豪華客車，良好的性價比得到國內外各大客車廠的青睞，該產品引起國內一些大的客車廠的極大興趣，一經VOLVO公司匹配成功后都會在各自的豪華大巴車上采用該產品。

圖1 高檔客車帶緩速器支架變速器

通過理論計算確定客車變速器基本參數，對齒輪強度、軸剛度、軸承強度、同步器性能（同步時間、阻止條件）、殼體進行強度計算和強度校核。

4 高檔客車變速箱換擋氣動助力器的設計

氣動助力器工作原理如圖2所示。

圖2 氣動助力器工作原理

高檔客車在換擋操作上要求輕便靈活，設計采用換擋氣動助力器。換擋氣動助力器特征為在選擇選擋操作時不助力，換擋操作時在需要規定以上的輸入力的場合中進行助力。駕駛員只需對助力器作用一個較小促動力，打開氣動助力器的氣路，氣動助力器通過氣缸的平動帶動換擋搖臂的轉動，輕松實現換擋。

助力器結構大致分成三部分：來自變速桿的輸入力傳遞部分、輸出力的發生部分、輸出力的傳遞部分。

帶氣動助力器頂蓋總成如圖3所示。

圖3 帶氣動助力器頂蓋總成

5 高檔客車變速箱匹配液力緩速器接口設計

根據交通部規定大中型高二、高三級營運客車必須裝緩速器制動機構，規定的頒布對我國緩速器事業的發展和車輛行駛安全起到積極的作用。緩速器目前主要有兩種，一種是電渦流緩速器，另一種是液力緩速器，因液力緩速器性能穩定及產生的熱量循環性好，對變速箱及緩速器周邊部件損傷小，使得液力緩速器在高檔客車上廣泛使用。

圖4 力緩速器工作原理圖

圖5 福伊特液力緩速器匹配

液力緩速器的工作原理（見圖4、下頁圖5）：緩速器工作時，壓縮空氣經電磁閥進入儲油箱，將儲油箱內的變速器油經油路壓進緩速器內，緩速器開始工作。緩速器轉子隨變速箱輸出軸轉動，而導輪不動。當緩速器內充有油時，隨輸出軸轉動的轉子作用于油液一個動量矩M1，帶動油液繞軸旋轉，同時，油液沿葉片運動作內循環，甩向導輪時，油液的“公轉”對導輪葉片產生沖擊作用，將轉子作用于油液的動量矩M1傳遞到導輪葉片上。同時，固定額導輪葉片也對油液產生一個反向作用的動量矩M2。油液流出導輪再流入轉子時，同樣將M2轉遞到轉子上，形成對轉子的阻力矩，阻礙轉子的轉動，從而實現對車輛的減速作用。由于油液在循環流動中沒有受到任何其他附加外力，根據力學平衡原理，油液甩向導輪和流向轉子的動量矩關系有M1＝－M2。轉子轉動的能量經油液的阻尼作用轉變成熱量，通過散熱器散發到空氣中［2］。

因緩速器轉子要和變速箱輸出軸通過花鍵直接連接，二者之間的花鍵配合側隙控制在0.01～0.03之間，同時緩速器制動時產生反向作用力給變速箱，對輸強度要求較高。緩速器本體通過和變速箱之間連接固定在變速箱的后殼上，設計后殼時要預留4個連接部位，4個部位的平面度要控制在0.05以內，這樣才能保證順利安裝及動力傳達時不會松動。

6 結語

本文從用戶對高檔客車用變速箱噪音、強調、密封性、操縱機構、傳動機構性能迫切要求出發，對換擋機構和傳動機構進行研究，將新技術用到新產品開發中來。通過適用開發，滿足變速箱匹配換擋氣動助力器及液力緩速器的接口要求，完成DC6J190T高擋客車專用變速箱設計，滿足公交車換擋輕便性及制動安全性的要求，降低駕駛員勞動強度，降低運營成本，為公司產品拓展高檔客車市場奠定基礎。

［1］ 王望予.汽車設計［M］.機械工業出版社，2000.

［2］ 濮良貴.機械設計［M］.高等教育出版社，2011.