第5章变速器设计

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1、第一节 概 述 第二节 变速器结构方案的确定 第三节 变速器主要参数的选择 第四节 同步器的设计 第五节 变速器齿轮的参数化设计 第六节 变速器操纵机构的设计 第七节 自动变速器,第5章 变速器设计,第一节 概 述,1)保证汽车具有高的动力性和经济性指标。 2)有空挡和倒挡。 3)工作可靠。 4)操纵迅速、轻便。 5)传动效率高。 6)应有输出功率的可能，以便于改装车用。 7)重量轻、体积小。 8)噪声小。,第二节 变速器结构方案的确定,一、传动机构的布置形式 二、倒挡轴的布置 三、齿轮形式 四、换挡的结构形式 五、防止自动脱挡的措施 六、轴承的形式 七、壳体的形式 八、润滑与密封,一、传动机

2、构的布置形式,图5-1 发动机前置前轮驱动乘用车的两轴式变速器,一、传动机构的布置形式,图5-2 中间轴式四挡变速器传动方案,一、传动机构的布置形式,图5-3 中间轴式五挡变速器传动方案,二、倒挡轴的布置,图5-4 倒挡轴布置方式,五、防止自动脱挡的措施,1)将两接合齿的啮合位置错开(见图5-5a)，这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿约13mm。 2)将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄(切下0.30.6mm)，这样换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱挡(见图5-5b)。 3)将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角(一般倾斜23)，使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力(见图5-

3、5c)。,图5-5 防止自动脱挡的措施,五、防止自动脱挡的措施,第三节 变速器主要参数的选择,一、中心距 二、齿轮参数,二、齿轮参数,1.模数 2.压力角 3.螺旋角 4.齿宽b 5.齿数的选择 6.齿轮变位系数的选择 7.齿顶高 8.齿形修整 9.齿轮副的侧隙,3.螺旋角,1)乘用车变速器：中间轴式变速器为2234，两轴式变速器为2025。 2)商用货车变速器：1826。,3.螺旋角,图5-6 中间轴轴向力的平衡 1，2斜齿轮,5.齿数的选择,1)确定中间轴一挡齿轮的最小齿数。 2)确定一轴齿轮的最小齿数。 3)二轴超速挡齿轮最小齿数的确定。 4)齿数选择最好选成互为质数的齿数。,第四节 同

4、步器的设计,一、惯性式同步器 二、同步器的工作原理 三、主要参数的确定 四、同步器设计中的几个问题 五、同步器主要零件的材料,一、惯性式同步器,1.锁销式同步器 2.锁环式同步器 3.多锥式同步器 4.惯性增力式同步器,一、惯性式同步器,图5-7 锁销式同步器 1滑动齿套 2同步环 3齿轮 4锁销 5钢球 6定位销 7弹簧,2.锁环式同步器,图5-8 锁环式同步器 1，4锁环(同步锥环) 2滑块 3弹簧圈 5、8齿轮 6啮合套座 7啮合套,4.惯性增力式同步器,图5-9 多锥式同步器,二、同步器的工作原理,1)换挡时变速叉拨动滑动齿套，滑动齿套通过滑块推动同步环，使同步环的锥面压向被同步齿轮的

5、锥面，由于力F的作用和转速差的存在，两锥面一经接触便产生摩擦力矩，使同步环相对滑动齿套转动一个角度。 2)当换挡力F继续增加时，滑动齿套克服压紧滑块的弹簧力继续移动，由于同步环已相对滑动齿套转动了一个角度，使滑动齿套的齿端锁止角正好在同步环锁止角上。,二、同步器的工作原理,3)当换挡力F不断增大时，锥面上的摩擦力矩不断增加，当摩擦力矩等于输入端的惯性力矩时，输入、输出端达到同步，=0，摩擦力矩消失，但此时轴向力F仍起作用，因而力Ft也起作用，在拨环力矩Tt的作用下，将同步环连同输入端的零件反转一个角度，使锁止面脱开，滑动齿套即可自由地通过同步环与齿轮的接合齿啮合。,二、同步器的工作原理,图5-

6、11 同步器计算简图,二、同步器的工作原理,图5-12 滑块同步器工作原理 1待同步齿轮 2同步环 3弹簧 4滑块 5啮合套,图5-13 锁止面上的受力分析,二、同步器的工作原理,三、主要参数的确定,1.锥面半锥角和摩擦系数 2.排油槽 3.锥面平均半径和锥面工作长度 4.锁止角 5.同步时间和换挡力,2.排油槽,图5-14 同步环螺纹形式 a)梯形槽 b)锯齿形槽,四、同步器设计中的几个问题,1.接近尺寸 2.分度尺寸 3.同步器预行程 4.同步器后备行程,3.同步器预行程,图5-15 同步器接近尺寸,五、同步器主要零件的材料,1.同步器锥环(锥盘)和滑动齿套 2.同步环 3.固定齿座,第五

7、节 变速器齿轮的参数化设计,一、斜齿轮的建模原理 二、斜齿轮建模的主要步骤,一、斜齿轮的建模原理,1)在混合扫描时，既可以沿齿形线方向切除齿槽，也可沿齿形线方向生成轮齿。 2)虽然齿轮在分度圆上有齿槽宽等于齿厚宽的特点，但是渐开线是由基圆出发的，因此建模时，对渐开线的旋转复制是基于基圆的齿厚角。 3)为得到等截面的齿槽，而采用了“垂直轨迹”(Norm To Traj)进行混合扫描。 4)为使在左旋斜齿轮模型中能生成右旋齿轮，需要在Relation里添加一个判断语句。,二、斜齿轮建模的主要步骤,1.创建新的零件 2.输入齿轮参数 3.画渐开线 4.端面齿轮轮廓 5.齿形线的绘制 6.端面齿廓的复

8、制 7.齿坯的生成 8.单个齿槽的切制 9.齿槽的复制与阵列 10.旋向的变换 11.齿轮参数化设计 12.线、面的整理,1.创建新的零件,1)启动Pro/E。 2)输入齿轮零件名称：Helical-Gear。 3)选择mmns-part-solid模板，点击OK进入三维建模环境。,2.输入齿轮参数,图5-17 在Pro/ENGINEER中齿轮内部关系表,3.画渐开线,1)画齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆 在曲线的草绘界面中(选Front平面为草绘面)，以两基准线的交点为圆心，随意画出4个半径大小不一的同心圆，以直径方式标注四个同心圆(如图5-18所示)，然后利用关系(Relation)将上一步

9、输入的基本参数分别赋值给四个同心圆的直径；然后退出二维草绘界面完成曲线的绘制。 2)画渐开线 利用曲线工具From Equation(用方程)，选择系统默认坐标系PRT-CSYS-DEF，以笛卡尔坐标系方式创建渐开线。,3.画渐开线,图5-18 齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆,图5-19 在Pro/E中输入渐开线方程,3.画渐开线,4.端面齿轮轮廓,1)创建Top及Right基准面相交的基准轴线A1。 2)创建通过基准轴线A1，并与Top面成Aw/2角的基准面DTM1。 3)用镜像复制前面步骤做出的渐开线。,4.端面齿轮轮廓,图5-20 渐开线,5.齿形线的绘制,1)创建分度圆柱面 利用曲面拉伸

10、工具，拉伸深度等于轮齿轴向厚度B。 2)绘制齿形线 利用投影曲线的功能，以Top基准面为草绘面，以尺寸参照的交点为起点草绘一左斜线与分度圆柱上表面线相交(如图5-21所示)，并在关系中将倾角尺寸与螺旋角参数AA间建立等式关系。,图5-21 齿形线在Top面的原始投影线,5.齿形线的绘制,6.端面齿廓的复制,图5-23 斜齿轮两端面的齿廓,8.单个齿槽的切制,1)为方便后面切出齿形时选择边界，以Front基准面为草绘面草绘出一直径d16=Da+m的同心圆曲线(参见图5-25)。 2)利用Swept Blend(混合扫掠)工具切制齿槽。,图5-24 齿坯,8.单个齿槽的切制,图5-26 草绘法向轨

11、迹,8.单个齿槽的切制,9.齿槽的复制与阵列,1)旋转复制单个齿槽。 2)齿槽的圆周阵列。,1)旋转复制单个齿槽。,图5-28 切制的单齿槽,第六节 变速器操纵机构的设计,1.结构分类 2.远距离操作系统需满足的条件 3.设计时应注意的事项,图5-30 两种常见的互锁机构 a)互锁销式 b)互锁杆式,第六节 变速器操纵机构的设计,图5-31 倒挡阻尼装置 a)弹簧式 b)钢球弹簧组合式,第六节 变速器操纵机构的设计,图5-32 伸缩变速拉杆式操纵机构 1套管 2轴管 3变速杆,第六节 变速器操纵机构的设计,1.结构分类,(1)伸缩变速拉杆式 可伸缩变速拉杆(见图5-32)是由两层或两层以上的轴

12、管套在一起，外层的套管1和内部的轴管2由一套锁止机构连在一起，保证换挡动作的实现。 (2)单杆操纵式 单杆操纵式(见图5-33)将变速杆通过支座固定在车架或发动机上，由于变速杆等零件不随驾驶室翻转，所以必须在驾驶室地板上开一大孔，以保证驾驶室翻转过程中，窗口不与变速杆发生干涉。 (3)双杆操纵式 双杆操纵(见图5-34)是把变速杆的运动经过一套机构将选挡和换挡动作分解成两套杆件的推、拉运动，分别操纵变速器。,图5-33 单杆操纵式操纵机构,1.结构分类,2.远距离操作系统需满足的条件,1)保证变速器能准确地换挡。 2)操纵应轻便。 3)手感好，以适当的力平稳地操作。 4)有足够的强度。 5)系

13、统刚性好。,3.设计时应注意的事项,1)尽量采用直的变速拉杆，使拉杆刚性好，换挡效率高，行程损失小；各零件的刚性要好，受力时变形小，以获得良好的手感。 2)尽可能减小换挡机构质量，使换挡轻便。 3)选择适当的传动比。 4)布置合理。,3.设计时应注意的事项,5)变速杆的布置应从人体工程学考虑，确保各种驾驶员都能舒适地进行换挡，主要要求如下：向前不能碰仪表板或其他零件；驾驶员操作最远的挡位时，肩膀不应离开靠背；驾驶员操作最近的挡位时，手不能碰到座椅或腿；要保证变速杆运动时不与驾驶室地板孔边缘干涉；变速杆的弯曲形状要考虑密封罩寿命的影响；密封罩应能防尘防水。,第七节 自动变速器,一、液力自动变速器(AT) 二、电控机械式自动变速器(AMT) 三、无级自动变速器(CVT) 四、双离合器自动变速器(DCT),一、液力自动变速器(AT),图5-35 液力自动变速器控制原理,二、电控机械式自动变速器(AMT),图5-36 电控机械式自动变速器的工作原理,三、无级自动变速器(CVT),图5-37 带式无级变速器基本结构,四、双离合器自动变速器(DCT),图5-38 双离合器自动变速器的传动简图,