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1、1,第三章 机械式变速器设计,第一节 概述 第二节 变速器布置方案的分析 第三节 变速器主要参数的选择 第四节 变速器的设计计算 第五节 同步器设计,2,3-1概述,一、功用： 在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使发动机在最有利的工作范围内工作 使汽车倒退行驶 能够分离发动机和传动系间的联系,3,3-1概述,二、影响变速器效率的主要因素 传动方案 齿轮精度 润滑状况,4,三、对变速器的要求：,1.应正确选择变速器的挡数和传动比，保证汽车有必要的动力性和经济性指标； 2.设置空挡和倒挡，保证发动机与驱动轮能长期分离，使汽车能进行倒退行驶； 3.换挡迅速、省力，以便缩短加速时
2、间，并提高汽车动力性能；目前自动、电子操纵机构是发展趋势；,5,三、对变速器的要求：,4.工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生； 5.应设置动力输出装置，以便必要时能进行功率输出。 6.应当满足效率高、噪声低、体小质轻、制造容易、成本低等要求。,6,3-2 变速器布置方案的分析,一、变速传动机构方案分析 1.两轴式变速器 多用于前置前驱、后置后驱型式汽车 结构特点： （1）输出轴与主减速主动齿轮成一体 （2）除倒挡外，其它挡均用常啮合齿轮传动,7,一、变速传动机构方案分析,1.两轴式变速器 结构特点： （3）同步器多数装在输出轴上 （4）各前进挡均经过一对齿轮
3、传递动力 （5）只有两个轴,8,一、变速传动机构方案分析,2.中间轴式变速器 多用于前置后驱的型式汽车 结构特点： （1）第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，可以布置直接挡； （2）除直接挡外其他各挡均经过两对齿轮传递动力，故在中心距不大的情况下，可以提高传动比,9,一、变速传动机构方案分析,2.中间轴式变速器 各种中间轴式变速器区别： （1）常啮合齿轮对数不同 （2）换挡方式不同 （3）倒挡传动方案不同,10,两轴式与中间轴式的比较：,11,3.双中间轴式变速器 多挡重型汽车多采用双中间轴式或多中间轴式汽车,12,二、变速器零部件的方案分析,（一）齿轮形式,13,二、变速器零部件的方案分析,（
4、二）换挡结构形式 1.直齿滑动齿轮 缺点：换挡时齿轮端面有冲击噪声，使驾驶员紧张，舒适性降低 优点：结构简单,14,二、变速器零部件的方案分析,（二）换挡结构形式 2.啮合套换挡 特点：同时承受换挡冲击载荷的结合齿数多,15,二、变速器零部件的方案分析,（二）换挡结构形式 3.同步器 优点：保证快速、无冲击、无噪声换挡 缺点：结构复杂、制造精度高、轴向尺寸大，同步环寿命短,16,防止自动脱挡的结构措施： （1）啮合套做的长些 （2）前齿圈齿厚切薄 （3）将接合齿工作面加工成斜面,二、变速器零部件的方案分析,17,二、变速器零部件的方案分析,（三）轴承型式 1.滚珠轴承 2.滚柱轴承 3.滚针轴
5、承 4.圆锥滚柱轴承,18,二、变速器零部件的方案分析,（三）轴承型式 圆锥滚柱轴承优点： 直径小、宽度大、容量大，可承受高负荷 滚子能自动对中，可确保轴承的可靠性，使用寿命长 接触线长，可提高轴和齿轮的刚度，降低齿轮噪声，减少脱挡的可能性,19,二、变速器零部件的方案分析,（四）其它问题 1.挡位布置：考虑到径向力对轴的影响，1挡布置在靠近壳体的位置； 2.变速器孔口：开在上方，侧面 3.加油孔：考虑油量确定油孔位置 4.变速器壳体易设计，装拆和调整方便,20,三、操纵机构,1.要求：换挡时只能挂入一个挡；防止误挂倒挡；换挡后应使齿轮在全齿长啮合，防止自动脱挡 2.操纵方式 （1）直接操纵
6、（2）远距离操纵,21,3-3 变速器主要参数的选择,一、挡数 相邻挡位比值1.8以下，高挡传动比间距小于低挡 轿车45挡 货车45挡或多挡,22,二、传动比范围,23,三、中心距A,对变速器的尺寸、体积、质量与很大影响，要保证齿轮有足够的接触强度,24,中心距系数K,三、中心距A,25,四、外形尺寸,变速器前端面到后端面的距离L，对传动轴的夹角、传动轴的长度、质量有影响，与挡数、换挡方式有关系，同步器长则轴向尺寸长。,26,五、轴的直径,要求： 强度、刚度足够; 中部d=0.45A; 轴最大直径与支承间距离的比值0.160.18,27,六、齿轮参数,（一）模数m选取 保证齿轮有足够的强度，还
7、要兼顾噪声和质量的影响 减少模数，增加齿宽，可降低噪声轿车 增加模数，可减轻质量货车,28,（一）模数m选取 1.计算 2.选定范围：一般同一变速器齿轮模数取相等,六、齿轮参数,29,（二）压力角多取20 轿车取 20，承载强,六、齿轮参数,30,（三）齿轮螺旋角 要求：中间轴上的轴向力平衡（齿轮一律右旋） 选取范围： 中间轴式变速器2234 两轴式变速器2025 货车变速器1826,六、齿轮参数,31,（四）齿宽b： 减轻质量，保证齿轮工作的平稳性；但b过小，则j， w，斜齿传动的平稳性。 一般： 直齿b=kc mkc=4.58.0 斜齿b=kc mnkc=6.08.5,六、齿轮参数,32,
8、（五）齿轮变位系数的选择 高挡：以降低噪声为目的，总变位系数选取较小值 低挡：以提高轮齿强度为目的，选较大值,六、齿轮参数,33,六、齿轮参数,（六）材料及热处理 材料：一般齿轮和轴选同一种材料 18CrMnTi 20Mn2TiB 20MnVB 20MnMoB,34,六、齿轮参数,（六）材料及热处理 渗碳处理： 法面模数渗碳层厚度 mn3.50.81.2 3.5 mn50.51.3 mn51.01.6,35,（一）确定一挡齿轮齿数,7、8齿数和Zh：,七、齿数分配（以四档变速器为例分析）,注：中间轴上一挡小齿轮齿数Z8尽可能少些，增大传动比 Z2Z1可以分配小些，使Z1大些，好布置第二轴,36
9、,七、齿数分配（以四档变速器为例分析）,（二）修正中心距（精确到小数点后两位） 根据Zh和齿轮变位系数重新计算中心距 （三）确定常啮合传动齿轮副的齿数,37,（四）其它各挡的齿数 二挡：直齿斜齿,七、齿数分配（以四档变速器为例分析）,38,七、齿数分配（以四档变速器为例分析）,（五）确定倒挡齿数 （六）齿轮其它尺寸 D1=(1.251.4)d2 C=(1.21.4)d2 =(46)m,39,3-4 变速器的设计与计算,一、齿轮的损坏形式 轮齿折断 原因：大载荷冲击、反复承载疲劳破坏 齿面疲劳剥落（点蚀） 原因：齿面挤压磨损，表面出现块状剥落 移动换挡齿轮端部破坏 原因：换挡时存在角速度差，端部
10、承受冲击,40,二、轴刚度、强度计算,计算轴上的支反力，必须从输出轴开始计算 各挡位都应进行验算 作用于第一轴上的转矩为Temax 1.强度计算,41,二、轴刚度、强度计算,2.刚度计算 要求：全挠度,42,二、轴刚度、强度计算,fc0.050.10mm fs0.100.15mm 常啮合齿轮（靠近壳体处）可不计算，应尽量增大d降低f和,43,T转矩K系数0.75z花键齿数 L工作长度j=100200N/mm2,二、轴刚度、强度计算,3.花键计算,44,3-5 同步器设计,一、惯性式同步器 共同点：都有摩擦元件、定中元件（弹性元件）、锁止元件 锁销式 滑块式 锁环式 多片式 多锥式,45,一、惯
11、性式同步器,锁销式 优点： （1）零件数量少 （2）摩擦锥面平均半径大，传递扭矩大 缺点：轴向尺寸大,46,一、惯性式同步器,滑块式 缺点：锁止面在接合齿端面上，因磨损而失效（轿车、轻货） 多锥式 优点：换挡省力，转矩容量大,47,二、同步器工作原理,48,二、同步器工作原理,为使rc需要的摩擦力矩Mm1为：,49,锥面上的摩擦力矩：,二、同步器工作原理,变速杆手柄上的法向力Fs，手柄到啮合套的传动比igs，同步器齿套上的力：,50,锁止条件： F1F2,要保证锁止和滑动齿套不可能继续移动，必须满足条件：,二、同步器工作原理,51,越小则Mm越大，tg f 时自锁，故=68，f 取大些好，一般f=0.1,二、同步器工作原理,三、主要参数的确定 （一）锥面半锥角、摩擦系数 f,52,二、同步器工作原理,三、主要参数的确定 （二）锥面平均半径R，锥面工作长度 结构允许的情况下，R尽量取大一些,53,三、主要参数的确定 （三）锁止角 2642,（四）同步时间,F，t,二、同步器工作原理,
