汽车设计第三章

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1、第三章 机械式变速器设计第一节 概述第二节 变速器传动机构布置方案第三节 主要参数的选择第四节 变速器的设计与计算第五节 同步器设计第六节 变速器操纵机构第七节 变速器结构元件回主目录第一节 概述一、功用： 1、 改变汽车传动系的总传动比i，变速变扭，使发动 机在最有利的工况下工作，使汽车适应不同工况的 要求。 2、 实现倒驶。 3、 实现空档、在滑行和停车时分离发动机和传动系。 4、需要时有动力输出功能。二、组成：主要由变速传动机构和操纵机构组成。 三、变速器设计应满足的基本要求1、保证汽车有必要的动力性，经济性。2、设置空档，用来切断动力。3、设置倒档。4、设置动力输出装置。5、换档迅速、

2、省力、方便。6、工作可靠，无跳档、乱档和换档冲击现象。7、高。8、工作噪声低。9、尺寸小，质量小，成本低，维修方便。四、类型 1、按换档方式分： 1） 挂结式：移动齿轮、啮合套或同步器换档，简单，但有冲击 ，换档时需要切断动力。 2） 摩擦式：利用摩擦元件（换档离合器、换档制动器）换档 ，操纵方便、无冲击，可不切断动力，但结构复杂，成本 高。 2、按齿轮轮系来分： 1）固定轴式（定轴传动）； 2）旋转轴式（行星传动），用于重型载重汽车的副变速器及液 力机械式变速器。 3、按前进档数不同来分：有3、4、5档及多档变速器。五、发展趋势1、 加强设计工作的系列化，通用化。如在4档变速器基础上， 附加

3、一个副箱体，使档数变成5档。2、 操纵机构从手动向半自动、自动、电子操纵方向发展。回目录第二节 变速传动机构布置方案一、传动机构分类二、两轴式与中间轴式变速器三、档数v档数的选择要求相邻档位之间的传动比比值在1.8以下，且高档区 要比低档区的小，以使换档容易。四、两轴式和中间轴式变速器的主要区别1、档数相同条件下主要区别有四点：1）、常啮合齿轮对数不一样，高档用常啮合，低档可用可不用。2）、换档方式不一样。3）、倒档传动方案不一样。4）、档位布置位置顺序不一样。中间轴式四档变速器传动方案比较2、换档方式采用常啮合齿轮传动的档位，可以用同步器或啮合 套换档，或者对同一变速器，两种方式都用，此时，

4、档位 高的用同步器换档，档位低的用啮合套换档。3、倒档1）使用特点：（1） 次数少（2） 时间短（3） 停车换倒档2）常见换倒档方式：（1） 直齿滑动齿轮用得多（2） 同步器用的少4）倒档轴位置与受力分析倒档齿轮（轴）位于变速器左侧受力如a)图所示。倒档齿轮（轴）位于变速 器右侧受力如b)图所示。经比较可知：a)图所示方案倒档轴受力较大，所 以用的相对少些。5）、档位布置位置的顺序应当考虑下列因素：（1）高档用的多，轮齿会因接触应力高而出现表面点蚀损坏。所以，应该将高档布置在齿轮偏转角较 小处，以保证有较好的啮合状态。偏转角较小处应 该在轴支承的中部。（2）低档速比大，齿轮上的作用力大，为使轴

5、的变形小些，应当将低档布置在后支承处。五、零、部件结构方案分析1、齿轮形式2、换档机构形式3、防止自动脱档的措施自动脱档是变速器的主要故障之一，为了解决此问题，除了在操纵机构上采用锁定机构、互锁机构和联锁机构 外，还在齿轮结构上采取如下比较有效的方案：1）将两接合齿的啮合位置错开如图Fig.3-9，使接合 齿的端部超过被接合齿13mm，因挤压和磨损在端部形成凸肩，可阻止接合齿自动脱开；2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下0.30.6 mm)，换档后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从 而减少自动脱档，如Fig.3.10。3）将啮合齿的工作面加工成锥面形成倒锥角（一般 2030）使接合齿产

6、生阻止自动脱档的轴向力如图Fig.3-11。4、轴承1）变速器轴承的工作特点（1）因为变速器结构紧凑，尺寸小，使用中载荷是变化的，而且变化范围大，工作时间长，所以要求 选用的轴承既要直径尺寸小，又要能承受比较高的负 荷，而且容量要足够大。（2）能承受径向力，有些部位还有轴向力作用。（3）轴承直径受中心距影响，对壳体后壁处、两 轴承孔之间剩余壁厚尺寸不小于620mm。2）变速器常用轴承形式 例：中间轴式变速器回目录第三节 主要参数的选择一、挡数有增加的趋势。 1、轿车：45个挡，级别高的轿车用5个挡。 2、货车：56个挡或多挡： 23t货车常用5个挡； 48t货车6个挡。 3、重型货车和越野车用

7、多挡6个；相邻挡传动比1.8 ，且高档比低档小（因高挡使用频繁）。 二、传动比范围是指最低档传动比与最高挡传动比之比。与发动机 参数、Vemax、使用条件有关。 1、轿车：34; 2、货车：56。三、中心距AA指二轴与中间轴中心线之间的距离。1、影响中心距的因素四、外形尺寸1、横向尺寸影响横向尺寸的因素有：1）齿轮直径2）倒档齿轮直径3）壳体壁厚及其与齿轮之间的间隙4）换档机构尺寸2、轴向尺寸（壳体）可由中心距A近似估算。五、轴的直径1、工作特点 传递转矩，承受轴向力、径向力、结果轴会产生弯曲变形，破坏轮齿的正确啮合，导致磨损，噪声， 寿命。因此，要求：轴有足够的刚度和强度。2、轴直径的初步确

8、定如中间轴式变速器，各轴直径可按下表提供的数据初 定。六、齿轮参数1、模数1）选取m(mn)的主要影响因素2）选取m(mn)应遵守的原则（1）轿车减少噪声有较大意义，应选用小m(mn)；（2）货车减少质量有较大意义，应选用大m(mn)；（3）低档齿轮选用大m(mn)，增加轮齿强度；（4)高档选用小些的m(mn)；（5） 符合国标GB135787的规定。2、压力角1）影响选取的主要因素2）选取应遵守的原则（1）轿车要加大重合度，降低噪声，应选用小些 ，轿车高挡齿轮用14.50、150、160、16.50。（2）货车增大齿轮承载能力更重要，应选用大些，常采用22.50、250。（3）符合国家标准3

9、）实际应用的国家规定齿轮压力角：=200啮合套接合齿=3003、螺旋角1）影响选取的因素2）选取应遵守的原则（1）轿车变速器齿轮的货车齿轮；（2）300时，抗弯强度，低档齿轮不宜选用大的；（3）300时，接触强度继续，高档齿轮应选用大些的；（4）中间轴上有两齿轮同时工作，应力求使它们产生的轴向力抵消，以减轻轴承负荷。如下图：上式为中间轴上，两斜齿齿轮轴向力平衡应满足的条件。当中间轴的轴向力不大时，可将中间轴上的全部斜齿 轮的螺旋方向应一律做成右旋，第一、二轴上的斜齿轮取 左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。一、倒档为直齿时，中间轴上的轴向力无法抵消，但 其使用少。此时，二轴无轴向力作用。3）选用

10、范围4、齿宽b1）影响b的选取因素 影响斜齿轮工作平稳性的因素有：1、齿轮宽度，越宽，平稳性2、螺旋角，平稳性3、压力角，小，平稳性=200,主要影响因素是1和2。用的方法 来弥补b减小的不足，虽然可行，但轴向力，轴 承寿命2）b的取值范围5、齿轮变位系数的选取原则1）齿轮变位的目的：（1）避免齿轮根切和干涉；（2）配凑中心距A；（3）改善啮合条件，提高轮齿强度。要求中间轴、第二轴上各对齿轮的A必须相同 ，若mn相同，则各对齿轮的齿数和也相同。常常因为满足传动比的需要，引发各对齿轮的齿数和不相 同，所以要进行齿轮变位保证A相同。2）齿轮变位的分类注：当实际中心距等于已定中心距时选用高度变位；当

11、实际中心距与已定中心距不等时选取角度变位。 3）选取变位系数应遵守的原则主要按提高接触强度、弯曲强度和耐磨性来选择和分配。 （1）对Zh=(Z1+Z2)多的齿轮副，若采用标准齿轮传动 或高度变位时，则对Zh少的齿轮副应该采用正角度变位 。这是因为角度变位能获得良好的啮合特性及传动质量 指标。（2）对高档齿轮，其主要破坏形式是齿面疲劳剥落， 应按保证最大接触强度和耐磨损最有利的原则选择变位 系数。应使之c尽可能取大些，以使j降低（c， 则齿廓曲率半径z、b）。（3）对低档齿轮，应从保证大、小轮齿危险断面齿厚 相等条件来选1和2，其中小齿轮的10。（4）齿数少，有根切时应选取正变位修正。4）实际应

12、用结果（1）除倒挡、低档（一、二挡）以外各挡的c，均选 用较小值，以利获得低噪声传动。如：最高挡及一轴齿轮副的c约在-0.20.2（2）挡位愈低，c也应该逐渐加大，以获得高强度。如：一挡齿轮的c可在1.0以上。七、各档齿轮齿数的分配1、确定一档齿轮的齿数已知：ig、A、m(mn)、i1= （1）首先计算 Zh=Z7+Z8 取整数其次分配 Z7、Z8。1) 考虑到Z8减小，则Z7/Z8比值增大，在i1已定的 条件下，Z2/Z1就小，于是Z1可多取些齿，便于在Z1内装第二轴的前支承轴承，并使齿轮轮辐有足够的厚 度。2) 要求Z1齿轮的外径低档区4) 油中工作，使f5)要求换档时间尽可能短v 综上所

13、述，得到如下结论：a. 同步器工作条件繁重，要求摩擦元件耐磨，有足够的寿命 ； b. 为得到较大的摩擦力矩，又要求摩擦元件有较大的摩擦因 数f。2）影响f的因素 材料； 工作表面粗糙度； 润滑油种类； 润滑油的工作温度。 v 材料：1)齿轮摩擦锥面上的材料与齿轮材料相同，要求该锥面上的表面粗糙度要高，保证使用中f变化小，并防止损坏同步环锥面； 2)同步环材料有黄铜合金，如锰黄铜、铝黄铜、锡黄铜 。2、同步环主要尺寸的确定1）同步环锥面上的螺纹槽同步环锥面上设计有用来破坏油膜的细牙螺纹槽和与螺纹槽垂直 的泄油槽，目的是增大f 保证换档省力，或缩短换档时间。如图螺纹槽有四个尺寸，其中主要尺寸是螺距

14、和槽的宽度。 设计时如果取较小的螺距和较宽的槽，结果如下：1、螺线的顶部尺寸（图中尺寸0.600.75或 0.450.70）小（窄）刮油效果好刮下来的 油存于槽内f2、接触面面积减小压强磨损速度 f换档费力图a)尺寸适用于轻、中型汽车，图b)尺寸适用于重型汽车轴向泄油槽数612个槽宽34mm2）锥面半锥角 （1） 影响的选取因素有：1 摩擦力矩； 越小，摩擦力矩越大；2 摩擦锥面自锁； 越小，摩擦锥面容易自锁，要求tgf。（2） 的取值范围=6080，最好取7080 3）摩擦锥面平均半径R（1） 影响R的选取因素有： 摩擦力矩Mm ，R越大，Mm越大，故R宜取大些。 结构限制，R不宜取大。（2

15、） 选取R的原则：在结构允许的条件下，R尽可能取大些。 4）锥面工作长度b（1）影响b的选取因素有：1） b值越小，变速器轴向尺寸缩短，质量2） b值小，工作面积，单位压力，磨损。（2）计算确定bMm摩擦力矩p摩擦面的许用压力，p1.01.5Mpa式中没有考虑螺纹槽的影响。因螺纹槽的存在会减少部分摩 擦面积。分析：1）p、f设计中变化不大，Mm的设计要求值不可以增加或减少2）b1/R2 ，R，则b5）同步环厚度（1） 影响同步环径向厚度的因素I 结构布置限制：A、R等II 同步环的强度要求足够大 （2）同步环材料I 锰黄铜，锻造同步环可材料屈服强度，疲劳寿命 ，适用于轿车；II 铝黄铜，铸造；III 钢质或球墨铸铁同步环锥面上喷镀钼，耐磨性强度，寿命是铜环的23倍。3、锁止角(1) 影响锁止角的选取因素I fII RIII 锁止面平均半径rIV 锥面半锥角 (2) 的取值范围260420由同步器的锁止条件得：4、同步时间t 1) 要求同步时间越短越好 2)影响t的因素(1)