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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,(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 (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,(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,36,七、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,
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