汽车变速器设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/8,#,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）各挡齿轮齿数的分配；,（6）变速器操纵机构。,第三章 机械式变速器设计,第一节 概述,第二节 变速器传动机构布置方案,第三节 变速器主要参数的选择,第四节 变速器操纵机构,第一节 概述,变速器用来改变发动机传到驱轮上的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。,变速器的基本设计要求：,1）保证汽车有必要的动力性和经济性。,2）设置空挡，用来切断发动机的动力传输。,3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。,4）设置动力输出装置。,5）换挡迅速、省力、方便。,6）工作可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。,7）变速器应有高的工作效率。,8）变速器的工作噪声低。,除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。,第二节 变速器传动机构布置方案,变速器传动机构有两种分类方法。,根据前进挡数,三挡变速器,四挡变速器,五挡变速器,多挡变速器,根据轴的形式,固定轴式,两轴式变速器,中间轴式变速器,双中间轴式变速器,多中间轴式变速器,固定轴式,旋转轴式,固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。,两轴式变速器的特点,两轴式变速器有结构简单、轮廓尺寸小、布置方便、中间挡位传动效率高和噪声低等优点。两轴式变速器不能设置直接挡，一挡速比不可能设计得很大。,图3-1 两轴式变速器传动方案,图,3-1,为发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均用常啮合齿轮传动。图,3-1f,中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并用同步器换挡；图,3-1d,所示方案的变速器有辅助支承，用来提高轴的刚度。,两轴式变速器传动动画演示,中间轴式变速器的特点,中间轴式变速器传动方案的共同特点是：,(1),设有直接挡；,(2),一挡有较大的传动比；,(3),挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；,(4),除一挡以外，其他挡位采用同步器或啮合套换挡；,(5),除直接挡以外，其他挡位工作时的传动效率略低。,图,3-2,中的中间轴式四挡变速器传动方案示例的区别为图,3-2a、b,所示方案有四对常啮合齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡，图,3-2c,所示传动方案的二、三、四挡用常啮合齿轮传动，而一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡。,图3-2 中间轴式四挡变速器传动方案,中间轴式变速器的特点,图3-3为中间轴式五挡变速器传动方案。图3-3a所示方案，除一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余各挡为常啮合齿轮传动。图3-3b、c、d所示方案的各前进挡，均用常啮合齿轮传动；图3-3d所示方案中的倒挡和超速挡安装在副箱体内，可以提高轴的刚度、减少齿轮磨损和降低工作噪声。,图3-3 中间轴式五挡变速器传动方案,凡采有常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。,中间轴式变速器的特点,图3-4为中间轴式六挡变速器传动方案。图3-4a所示方案中的一挡、倒挡和图3-4b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡，其余各挡均匀常啮合齿轮。,常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。,图3-4 中间轴式六挡变速器传动方案,倒挡布置方案,图,3-5,为常见的倒挡布置方案。图,3-5b,方案的优点是倒挡利用了一挡齿轮，缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图,3-5c,方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图,3-5d,方案对,3-5c,的缺点做了修改。图,3-5e,所示方案是将一、倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图3-5f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，挡换更为轻便。,图3-5 倒挡布置方案,为了缩短变速器轴向长度，倒挡传动采用图,3-5g,所示方案。缺点是一、倒挡各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。,机械式变,速,速器的传,动,动效率与,所,所选用的,传,传动方案,有,有关，包,括,括传递动,力,力时处于,工,工作状态,的,的齿轮对,数,数、每分,钟,钟转数、,传,传递的功,率,率、润滑,系,系统的有,效,效性、齿,轮,轮和壳体,等,等零件的,制,制造精度,等,等。,图,3-6,为发动机,纵,纵置时两,轴,轴式变速,器,器结构图,。,。其特点,是,是高挡同,步,步器布置,在,在输入轴,上,上，而低,挡,挡同步器,布,布置在输,出,出轴上。,为,为提高轴,的,的刚度，,增,增加了中,间,间支承。,高挡布置,在,在靠近轴,的,的支承中,部,部区域较,为,为合理，,在,在该区域,因,因轴的变,形,形而引起,的,的齿轮偏,转,转角较小,，,，齿轮保,持,持较好的,啮,啮合状态,，,，能提高,齿,齿轮寿命,。,。,图3-6,发,发动,机,机纵置时,两,两轴式变,速,速器结构,图,图,二、零、,部,部件结构,方,方案分析,1齿轮,形,形式,齿轮形式,：,：直齿圆,柱,柱齿轮、,斜,斜齿圆柱,齿,齿轮,两者相比,较,较，斜齿,圆,圆柱齿轮,有,有使用寿,命,命长、工,作,作时噪声,低,低的优点,；,；缺点是,制,制造时稍,复,复杂，工,作,作时有轴,向,向力。,变速器中,的,的常啮合,齿,齿轮均采,用,用斜齿圆,柱,柱齿轮。,直,直齿圆柱,齿,齿轮仅用,于,于低挡和,倒,倒挡。,2换挡,机,机构形式,变速器换,挡,挡机构有,直,直齿滑动,齿,齿轮、啮,合,合套和同,步,步器换挡,三,三种形式,。,。,采用轴向,滑,滑动直齿,齿,齿轮换挡,，,，会在轮,齿,齿端面产,生,生冲击，,齿,齿轮端部,磨,磨损加剧,并,并过早损,坏,坏，并伴,随,随着噪声,。,。因此，,除,除一挡、,倒,倒挡外已,很,很少使用,。,。,常啮合齿,轮,轮可用移,动,动啮合套,换,换挡。因,承,承受换挡,冲,冲击载荷,的,的接合齿,齿,齿数多，,啮,啮合套不,会,会过早被,损,损坏，但,不,不能消除,换,换挡冲击,。,。目前这,种,种换挡方,法,法只在某,些,些要求不,高,高的挡位,及,及重型货,车,车变速器,上,上应用。,使用同步,器,器能保证,换,换挡迅速,、,、无冲击,、,、无噪声,，,，得到广,泛,泛应用。,但,但结构复,杂,杂、制造,精,精度要求,高,高、轴向,尺,尺寸大。,利用同步,器,器或啮合,套,套换挡，,其,其换挡行,程,程要比滑,动,动齿轮换,挡,挡行程小,。,。,3变速,器,器轴承,变速器轴,承,承常采用,圆,圆柱滚子,轴,轴承、球,轴,轴承、滚,针,针轴承、,圆,圆锥滚子,轴,轴承、滑,动,动轴套等,。,。,第一轴常,啮,啮合齿轮,的,的内腔尺,寸,寸足够时,，,，可布置,圆,圆柱滚子,轴,轴承，若,空,空间不足,则,则采用滚,针,针轴承。,变速器第,一,一轴、第,二,二轴的后,部,部轴承以,及,及中间轴,前,前、后轴,承,承，按直,径,径系列一,般,般选用中,系,系列球轴,承,承或圆柱,滚,滚子轴承,。,。,滚针轴承,、,、滑动轴,承,承套主要,用,用在齿轮,与,与轴不是,固,固定连接,，,，并要求,两,两者有相,对,对运动的,地,地方。,变速器中,采,采用圆锥,滚,滚子轴承,虽,虽然有直,径,径较小、,宽,宽度较宽,因,因而容量,大,大、可承,受,受高负荷,等,等优点，,但,但也有需,要,要调整预,紧,紧、装配,麻,麻烦、磨,损,损后轴易,歪,歪斜而影,响,响齿轮正,确,确啮合的,缺,缺点。,第三节,变,变速器,主,主要参数,的,的选择,一、挡数,增加变速,器,器的挡数,能,能够改善,汽,汽车的动,力,力性和经,济,济性。挡,数,数越多，,变,变速器的,结,结构越复,杂,杂，使轮,廓,廓尺寸和,质,质量加大,，,，而且在,使,使用时换,挡,挡频率也,增,增高。,在最低挡,传,传动比不,变,变的条件,下,下，增加,变,变速器的,挡,挡数会使,变,变速器相,邻,邻的低挡,与,与高挡之,间,间的传动,比,比比值减,小,小，使换,挡,挡工作容,易,易进行。,挡数选择,的,的要求：,相邻挡位,之,之间的传,动,动比比值,在,在1.8,以,以下。,高挡区相,邻,邻挡位之,间,间的传动,比,比比值要,比,比低挡区,相,相邻挡位,之,之间的比,值,值小。,目前，轿,车,车一般用45个,挡,挡位变速,器,器，货,车,车变速器,采,采用45个挡或,多,多挡，多,挡,挡变速器,多,多用于重,型,型货车和,越,越野汽车,。,。,二、传动,比,比范围,变速器的,传,传动比范,围,围是指变,速,速器最低,挡,挡传动比,与,与最高挡,传,传动传动,比,比的比值,。,。,传动比范,围,围的确定,与,与选定的,发,发动机参,数,数、汽车,的,的最高车,速,速和使用,条,条件等因,素,素有关。,目前轿车,的,的传动比,范,范围在3,4之间,，,，轻型货,车,车在56之间，,其,其它货车,则,则更大。,三、中心,距,距A,对中间轴,式,式变速器,，,，中间轴,与,与第二轴,之,之间的距,离,离称为变,速,速器中心,距,距,A。,变速器中,心,心距是一,个,个基本参,数,数，对变,速,速器的外,形,形尺寸、,体,体积和质,量,量大小、,轮,轮齿的接,触,触强度有,影,影响。,中心距越,小,小，轮齿,的,的接触应,力,力越大，,齿,齿轮寿命,越,越短。因,此,此，最小,允,允许中心,距,距应当由,保,保证轮齿,有,有必要的,接,接触强度,来,来确定。,初选中心,距,距A时，,可,可根据下,面,面的经验,公,公式计算,式中，K,A,为中心距,系,系数，轿,车,车：K,A,=8.9,9.3,，,，货车：K,A,=8.6,9.6,，,，多挡变,速,速器：K,A,=9.5,11.0。,轿车变速,器,器的中心,距,距在,6580mm,范围内变,化,化，而货,车,车的变速,器,器中心距,在,在,80170mm,范围内变,化,化。,四、外形,尺,尺寸,轿车四挡,变,变速器壳,体,体的轴向,尺,尺寸为（3.03.4）A。货车,变,变速器壳,体,体的轴向,尺,尺寸与挡,数,数有关，,可,可参考下,列,列数据选,用,用：,四挡,（,（2.22.7）A,五挡,（,（2.73.0）A,六挡,（,（3.23.5）A,当变速器,选,选用的常,啮,啮合齿轮,对,对数和同,步,步器多时,，,，应取给,出,出范围的,上,上限。,五、轴的,直,直径,中间轴式,变,变速器的,第,第二轴和,中,中间轴中,部,部直径d,0.45A，轴,的,的最大直,径,径d和支,承,承间距离L的比值,，,，对中间,轴,轴，,d,/,L,0.160.18，,对,对第二轴,，,，,d,/,L,0.180.21。,第一轴花,键,键直径,d（mm,）,）,可按下式,初,初选,式中：K,为,为经验系,数,数，K=4.04.6；,T,emax,为发动机,最,最大转矩,（,（Nm,）,）。,六、齿轮,参,参数,1模数,的,的选取,齿轮模数,选,选取的一,般,般原则：,1）,为了减少,噪,噪声应合,理,理减小模,数,数，同时,增,增加齿宽,；,；,2,）,）,为,使,使,质,质,量,量,小,小,些,些,，,，,应,应,该,该,增,增,加,加,模,模,数,数,，,，,同,同,时,时,减,减,少,少,齿,齿,宽,宽,；,；,3,）,）,从,工,工,艺,艺,方,方,面,面,考,