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

2、动力输出装置。 5、换档迅速、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

3、，通用化。如在4档变速器基础上，附加一个副箱体，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,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，

4、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，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

5、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

6、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

7、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A A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

8、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

9、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）实际应用的 国家规定齿轮压力角：=200 啮合套接合齿=300,3、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

10、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）选用范围,4、齿宽b 1）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

11、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

12、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

13、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齿轮的外径轴承孔直径，以便于装配。 根据上表选定Z8后，计算Z7=Zh-Z8,2、修正中心距A 修正A的原因： Zh被圆整过； 受变位系数影响。 精确到小数点后两位。 3、确定常啮合传动齿轮副的齿数Z1、Z2 (2) (3) (2)与(3)联立，得Z1、Z2,4、确定Z5、Z6等 1）设二档齿轮为直齿，且m与一档齿轮相同，则： (4)与(5)联立，得Z5、Z6 2）设二档为斜齿轮，且螺旋角为6（未知）,考虑到中间轴上斜齿轮轴向力相互抵消

14、，还要满足： 联立(4)、(6)、(7)，得Z5、Z6、6,回目录,5、确定倒档Z9、Z10 与上述确定方法相似，但要检查运动干涉问题。 1) 一、倒挡齿轮常选用相同的模数，一般倒挡齿轮Z10=2123，初选Z10后，计算出中间轴和倒挡轴之间中心距A=1/2m(Z8+Z10)； 2) 要检查挂倒挡时的运动干涉问题： Z8和Z9的齿顶圆间隙应大于0.5mm，则Z9的顶圆直径应满足：De9/2+0.5+De8/2=A 即： De9 2ADe81 通过选取适当的齿轮变位系数和齿数，使De9满足上式。,回目录,第四节 变速器的设计与计算,一 齿轮损坏形式 1 轮齿折断 轮齿折断的原因： 1）冲击载荷作

15、用 2）重复载荷作用，根部出现疲劳裂纹，逐渐加深扩展，最后折断。 第一种情况发生较少，第二种情况出现较多。,2 齿面疲劳点蚀剥落 齿面疲劳点蚀剥落产生的原因： 工作时齿面相互挤压，使存在于齿面细小裂缝中 的润滑油升压裂缝扩大齿面表层有块状剥落形 成麻点。 麻点破坏了齿形，使之误差加大，工作时又出现 动载荷轮齿折断。 3 滑动换档齿轮端部破坏 滑动换挡齿轮（一、倒挡）的端部在冲击载荷作用下 受到破坏。,二、 轮齿强度计算,2、轮齿接触应力计算,F齿面上的法向力（N），F=F1/(coscos)； F1圆周力(N)，F1=2Tg/d； 节点处的压力角，度； 齿轮的螺旋角，度； E弹性模量，N/mm2； b齿轮接触实际宽度，mm(斜齿轮用b/cos 代入）； z、b主、从动齿轮节点处的曲率半径， 计算如下：,分析可知： 当和不变条件下，rz和rb，则z、b ，即zrz，brb。 结合计算j公式，能判断z、b后，j。 rz+rb=A，只有A才能z和b。,计算F时取作用到第一轴上的载荷为Temax/2。 许用应力见表3-1。,3、齿轮用材料,热处理后采用磨齿工艺，来消除热处理后的变形和应力。 磨齿的优点： 1 齿轮精度得到提高传动平稳性、效率 2 弯曲疲劳寿命比剃齿高（剃齿在热处理前进行） 主要