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1、第三章,机械式变速器设计,第三章 机械式变速器设计,本章主要学习（1）变速器的基本设计要求；（2）各种形式变速器的特点；（3）变速器主要参数的选择 ； （4）齿轮变位系数的选择原则 ； （5）各档齿轮齿数的分配 ； （6）变速器操纵机构 。,第三章 机械式变速器设计,3-1 概述 3-2 变速器传动机构布置方案 3-3 变速器主要参数的选择 3-4 变速器的设计与计算 3-5 同步器设计 3-6 变速器操纵机构,3-1 概述,一、功用：1、改变发动机传递的转矩和转速，使汽车得到 不同的牵引力和速度, 使发动机在最有利的工况范围工作2、(滑行或停车时使发动机和传动系)分离3、改变方向4、动力输出
2、,二、设计要求： 1、保证汽车动力性和经济性-档数正确，传动比范围和各档传动比大小合理。 2、有空档。用来切断发动机动力驱动轮的传输。 3、有倒档。 4、有动力输出装置。 5、换档迅速轻便。 6、工作可靠。标准：行驶中无跳档、乱档及换档冲击。 7、工作效率高。应尽可能设直接档 (直接档i=1, 但i=1不一定是直接档。i=1，两轴，不是直接档；三轴，是直接档) 8、噪声低 此外，变速器还应轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等。,三、分类,1、按档数：三、四、五、多2、按轴： 1）固定轴式：两、中间、双中间、多中间 固定轴式应用广泛，其中两轴式多用于FF汽车上，中间轴式多用于FR的汽车上。2
3、）旋转轴式（用于液力机械变速器，易实现换档自动化）,3-2 变速器传动机构布置方案,一、传动机构布置方案分析 1、固定轴式变速器 1）两轴式 A、图例讲解：图3-1 a) a、符号表示：输入输出、 拨叉、常啮合齿轮、 啮合套、同步器、配合 b、换档方式、各档传递路线（高速档和低速档） c、倒档实现：直齿滑动心轴，插入中间齿轮：,B、特点：a、只有两个轴（倒档轴不算），- 结构简单，尺寸小，易布置b、各前进档均只经一对齿轮传动，- 效率高，噪声低c、无直接档，- 轴承和齿轮均承载，噪声大，易损坏d、一挡速比不可能很大e、转向：输出与输入转向相反,C 图FF乘用车方案分析：a、输出轴与主减速器主动
4、齿轮做成一体（发动机纵置用圆锥，横置用斜齿圆柱）b、倒档多用滑动齿轮，其他档均用常啮合齿轮传动。倒档有的为常啮合齿轮，并用同步器换挡，如图3-1f 。c、同步器多数装在输出轴上（一挡主动齿轮尺寸小）。d、有的设辅助支承，用来提高轴的刚度，如图3-1d 。,图3-1 两轴式变速器传动方案,2）中间轴式：就图3-2a)分析特点：a、有三根轴（倒档不算）: 第一轴前端经轴承支在飞轮上，后与主动齿轮成一体； 第二轴前端经轴承支在第一轴后端孔内，后端与万向节联； 中间轴。b、第一、二轴在同一直线上，可布置直接档齿轮、轴承和中间轴不承载，效率，磨损，噪声 。 c、除直接档外，其他档均经两对齿轮传递。当中心
5、距 不太大时，一档速比i可取大值。d、档位高的用常啮合齿轮，档位低的不一定用常啮合齿轮传动。e、转向：输出与输入转向相反 f 、多用同步器或啮合套换档，同步器多装在输出轴上。g、除直接档外，其他档工作的效率略低。,图3-2中传动方案区别为:图3-2a、b有四对常啮合齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡，第二轴为三点支承。图3-2c的二、三、四挡用常啮合齿轮传动，而一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡，第二轴为两点支承。,图3-2 中间轴式四挡变速器传动方案,3）比较：,2、倒档布置1）传动方案：使用率不高，停车时使用，直齿滑动 a）传动路线中加入中间传动齿轮：简单，但中间传动齿轮是在最不利的正、负交替对称变化的
6、弯曲应力状态下工作。 b）联体齿轮方案：在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作，使倒档传动比略为增加。,2）布置方案（图3-5）a）常见，在中间轴和第二轴中加入中间传动齿轮。 b）可利用中间轴一档齿轮，缩短中间轴尺度，但换档时两对齿轮须同时啮合，换档困难；而联体齿轮是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作。c）可获得较大传动比，但换档程序不合理。 d）对c）缺点进行修改。 e）中间轴的一、倒档齿轮成一体，齿宽加大，缩短尺度。 f）全部齿轮副均为常啮合，换档轻便； g）缩短了变速器轴向长度；缺：一、倒档各用一根变速器拨叉轴操纵机构复杂,图3-5 倒挡布置方案,3）低倒档的布置特点：一档、倒档工作
7、时齿轮上有较大的力。a）两轴和中间轴变速器的低档，布置在靠近轴的后支承处，然后接照从低档到高档顺序布置各档位齿轮，（变速器低档工作作用较大的力，轴变形大，齿轮重合度下降，这样使轴有足够大刚度，又容易装配）。b）倒档的传动比与一档接近，但作用时间短，常将一档布置后再布置倒档。c）图3-1 c将倒档布置在附加壳体内, 一档布置在壳体另一侧, 使两传动比大的挡位都靠近支承。,4）换档方案 为防止意外挂入倒档, 设一弹簧 力来提醒, 图3-6 a）、b）的换档 方案比c）好3、超速档的选择：超速档: 传动比1,（0.7-0.8），使用: 好路或空车使用优: 有利于减少发动机磨损（等速度行驶时发动机曲轴
8、转速下降）， 降低燃料消耗率缺: 但传动效率(比直接挡),二、零部件结构方案分析： 1、齿轮型式：,2、换档机构： 1）直齿滑动齿轮：优: 结构简单, 制造和维修容易缺:有冲击，噪声, 易损坏，换档行程长用: 除一档、倒档外已很少用 2）啮合套：优: 换档行程短; 因同时承受换档冲击的接合齿数多，且轮齿不参与换档，轮齿不会过早损坏缺: 不能消除换档冲击用: 要求不高的档位, 重型货车变速器 3）同步器：优：迅速、无冲击、无噪声地换档缺：结构复杂、制造精度要求高，轴向尺寸大用: 广泛,3、防止自动脱档的措施：1) 将啮合齿的啮合位置错开, 两齿接触部分挤压和磨损, 端部形成凸肩，阻止脱开（图3-
9、13）2) 将啮合齿座上前齿圈的齿厚切薄，换档后，啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，减少了自动脱档（图3-14）3) 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档的轴向力, 应用较多（图315）,3、变速器轴承 1）型式及布置圆柱滚子、 球、滚针、圆锥滚子，滑动轴套等，按结构和载荷而定。 2) 布置第1轴前端支承在飞轮内，空间大，用球轴承。 第1轴后端支承在壳体上，用 有档圈的球轴承或圆柱滚子轴承。第2轴前端支承在第1轴齿轮内，空间小，常用滚针。第2轴后端支承在变速器壳，空间大，用球轴承。中间轴产生轴向力，由前、后轴承承受均可，但当壳体前端面布置轴承盖有困
10、难时，前端用圆柱滚子轴承承受径向力，后端轴承受轴向力、径向力, 用有档圈的球轴承或圆柱滚子轴承。,3-3 变速器主要参数的选择一、档数: 可在3-20个档数范围变化，通常在6档以下。6档以上可配副变速器。 1、影响: 档数增多：可改善汽车动力性、燃油经济性和平均车速。最低传动比不变时，使换档容易（相邻档位间传动比比值）；但结构复杂、尺寸和质量，成本，操纵机构复杂。 如太多,换档频率增加，难以迅速、准确。 2、数目：乘: 4-5 (大排量乘: 5) 商: 4、5或多 货(2-3.5t ) :5 货( 4-8t) :6,二、传动比范围: 指变速器最低挡传动比/最高挡传动比 1、最高挡传动比: 直接
11、挡1.0或超速挡0.7-0.8 2、最低挡传动比: 考虑如下因素选: 1)最大爬坡能力，2)附着力 ，3)主减速比 4)驱动轮滚动半径，5) 最低稳定车速 3、范围乘： 3.04.5 轻货： 5.06.0 货、大客： 5.08.0 越野、牵引：1020,三、中心距A: 为基本参数 对中间轴，指中间轴和第二轴之间距离 1、影响: 外形尺寸、体积、质量和轮齿接触强度1) 越小轮齿接触应力越大，齿轮寿命越短按轮齿接触应力取最小允许中心距2) 从布置轴承和壳体强度应取大3) 从一档小齿轮齿数不能过小考虑取大4）如过小，变速器长度增加，轴刚度下降，齿轮啮合状态变坏,2、中间轴式变速器A的确定 1) 按公
12、式初选中心距： 式中: K中心距系数, 乘K=8.9-9.3,A在60-80mm内变化 商K=8.6-9.6,A在80-170mm内变化 多档K=9.5-11g一变速器传动效率, 取96%A最好整数 2) 也可按排量初选: 图3-16, 原则上，ma，A,四、外形尺寸：横向：根据齿轮直径，倒挡中间齿轮和换挡机构布置定轴向L:（指变速器前端面和后端面间距离、长轴长度大，会共振）乘 四档 （3.03.4）A商 四档 （2.22.7）A 五档 （2.73.0）A 六档 （3.23.5）A挡数和同步器多时，K取上限。,五、齿轮参数 1、模数m：重要参数考虑：齿轮强度，质量，噪声和工艺 1) 一般原则：
13、A、为噪声，应模数，同时齿宽乘B、为质量应模数，齿宽货车C、工艺：各档齿轮选一种模数D、强度：各档齿轮有不同模数，低档应取大模。,2) 范围：2、压力角理论上,小重合度且轮齿刚度传动平稳噪声乘应取小（14.516.5）大轮齿抗弯和接触强度商应取大（22.525）标准为20, 变速器普遍用20, 啮合套和同步器普遍用30,3、斜齿轮的螺旋角变速器多用斜齿轮，只有倒档和货车一档才用直齿(斜圆柱齿轮传动条件:一对斜齿圆柱齿轮啮合时，须模数和压力角相等，齿轮分度圆上螺旋角大小相等，方向相反。) 1）影响: 齿轮啮合的重合度工作平稳，噪声低30前，齿强度, j 。30后，齿弯曲强度骤然, j 从提高低档
14、弯曲强度出发，不希望过大。从提高高档j 和重合度出发，应选较大。,2）的方向和轴向力 斜齿轮传递转矩，要产生轴向力，设计时应力求中间轴上的轴向力平衡，以减少轴承负荷。 (1)的方向：左、右旋识别：把齿轮平放，看轮齿向哪个方向倾斜， 轮齿向左上方倾斜为左旋，右上方倾斜为 右旋 (2) 轴向力：主动齿轮轴右旋，主动齿轮左旋（被动齿轮必右旋）时的轴向力, 另画图上：主动左旋下：被动右旋上：当主动轴右旋时主动轮齿下压，反作用力向上下：被动轮齿受压,3) 中间轴式变速器第一轴斜齿轮取左旋：发动机右旋，第一轴斜齿轮受轴向力经轴承盖由壳体承受，中间轴全部齿轮右旋，可使轴向力平衡第二轴斜齿轮因而左旋，其轴向力也经轴承盖由壳体承受。要使中间轴两斜齿轮上的轴向力平衡,即：Fa1=Fa2 而：Fa1=Fn1tan1 Fa2=Fn2tan2 式中，Fa1、Fa2为作用在中间轴齿轮，上的轴向力；Fn1 、 Fn2为作用在中间轴齿轮，上的园周力。,图3-17 中间轴轴向力的平衡,中间轴上的转矩T平衡，即T=Fn1r1=Fn2r2式中，r1、r2为齿轮节圆半径联合上式须满足 4）调整螺旋角，消除中心距不等（各对齿轮因模数和齿数和不同而引起）5）范围乘：两轴式2025中间轴式变速器2234 货: 1826,
