机械式变速器设计ppt课件.ppt

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1、1/64ZFS2022-8-32/64ZFS2022-8-3第一节第一节 概述概述 变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，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。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。有动力输出功能。 一、变速器功用一、变速器功用二、对变速器的基本要求：二、对变速器的基本要求：1

2、 1）保证汽车必要的动力性和经济性。保证汽车必要的动力性和经济性。2 2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3 3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。设置倒挡，使汽车能倒退行驶。4 4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。5 5）换挡迅速、省力、方便。换挡迅速、省力、方便。3/64ZFS2022-8-38 8）变速器的工作噪声低。变速器的工作噪声低。6 6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡工作可靠。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。以及换挡冲击等现象发生。7

3、7）变速器应当有高的工作效率。变速器应当有高的工作效率。除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成除此之外，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。本低、维修方便等要求。在原变速传动机构基础上，再附加一个在原变速传动机构基础上，再附加一个副箱体副箱体，这就在结，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。近年构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。近年来，变速器操纵机构有向来，变速器操纵机构有向自动自动、半自动半自动和和电子操纵电子操纵发展的发展的趋势。趋势。4/64ZFS2022-8-3第二节第二节 变速器传动机构布置方案变速器传动机构布置方案

4、一、传动机构布置方案分析一、传动机构布置方案分析根据轴的形式不同，分为根据轴的形式不同，分为固定轴式固定轴式和和旋转轴式旋转轴式（常配合行（常配合行星齿轮传动）两类。固星齿轮传动）两类。固定轴式又分为两轴式、中间轴式、定轴式又分为两轴式、中间轴式、双中间轴式和多中间轴式双中间轴式和多中间轴式变速器。固定轴式应用广泛，其变速器。固定轴式应用广泛，其中中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转旋转轴式主要用于液力机械式变速器轴式主要用于液力机械式变速器

5、。1 1、两轴式变速器、两轴式变速器5/64ZFS2022-8-3两轴式变速器方案（一）两轴式变速器方案（一）发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案 6/64ZFS2022-8-3两轴式变速器方案（二）两轴式变速器方案（二）7/64ZFS2022-8-3两轴式变速器方案（三）两轴式变速器方案（三）8/64ZFS2022-8-3两轴式变速器方案（四）两轴式变速器方案（四）9/64ZFS2022-8-3两轴式变速器方案（五）两轴式变速器方案（五）10/64ZFS2022-8-3两轴式变速器方案（六）两轴式变速器方案（六）11/64ZFS2022-8

6、-3两轴式变速器的两轴式变速器的特点特点：变速器输出轴与主减速器主：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它柱齿轮；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。挡位均用常啮合齿轮传动。 与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单、与中间轴式变速器比较，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。

7、因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在低等优点。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。速比不可能设计得很大。12/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式四挡四挡变速器方案（一）变速器方案（一）2 2、中间轴式变速器传动方案、中间轴式变速器传动方案 13/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式四挡四挡变速器方案（二）变速器方案（二）14/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式四挡四挡变

8、速器方案（三）变速器方案（三）15/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式五挡五挡变速器方案（一）变速器方案（一）16/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式五挡五挡变速器方案（二）变速器方案（二）17/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式五挡五挡变速器方案（三）变速器方案（三）18/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式五挡五挡变速器方案（四）变速器方案（四）19/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式六挡六挡变速器方案（一）变速器方案（一）20/64ZFS2022-8-3中间轴式中间轴式六挡六挡变速器方案（二）变速器方案（二）21/64ZFS2022-8-3中间轴式变

9、速器的共同特点是：变速器第一轴和第中间轴式变速器的共同特点是：变速器第一轴和第 二轴的二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接挡。使轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达传动效率高，可达9090以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率要高于其它挡位，因而提高了减少。因为直接挡的利用率要高于其它挡位，因而提高了变速器的

10、使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递变速器的使用寿命；在其它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两对的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；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；多数传动方案中除一挡以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其它

11、挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，外的其它挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。22/64ZFS2022-8-33 3、倒挡布置方案、倒挡布置方案倒挡设置在变速器的左侧或右侧在结构上均能实现，不同倒挡设置在变速器的左侧或右侧在结构上均能实现，不同之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止意外挂入倒挡，一般在挂倒挡时设有一个挂倒挡时需克服意外挂入倒挡，一般在

12、挂倒挡时设有一个挂倒挡时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。从这一点来考虑，弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。从这一点来考虑，图图3 36a6a、b b的换挡方案比图的换挡方案比图3 36c6c更合理。图更合理。图3 36c6c所示方所示方案在挂一挡时也需克服用来防止误挂倒挡所产生的力，这案在挂一挡时也需克服用来防止误挂倒挡所产生的力，这对换挡技术不熟练的驾驶员是不利的。对换挡技术不熟练的驾驶员是不利的。 23/64ZFS2022-8-324/64ZFS2022-8-3倒挡的中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴受力状倒挡的中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴受力状况的影响况的影响

13、25/64ZFS2022-8-3 与直齿圆柱齿轮比较，与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工有使用寿命长、工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡柱齿轮仅用于低挡和倒挡。二、零、部件结构方案分析二、零、部件结构方案分析1. 1. 齿轮形式齿轮形式2. 2. 换挡机构形式换挡机构

14、形式变速器换挡机构有变速器换挡机构有直齿滑动齿轮直齿滑动齿轮、啮合套啮合套和和同步器换挡同步器换挡三三种形式。种形式。同步器能保证讯速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术同步器能保证讯速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高汽车的加速性、经济性和行驶的熟练程度无关，从而提高汽车的加速性、经济性和行驶安全性。同上述两种换挡方法比较，虽然它有结构复杂、安全性。同上述两种换挡方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。用。 26/64ZFS2022-8-3防止自动脱挡的结构措施（一）防止自动脱挡

15、的结构措施（一）将两接合齿的啮合将两接合齿的啮合位置错开。这样在位置错开。这样在啮合时，使接合齿啮合时，使接合齿端部超过被接合齿端部超过被接合齿约约1 13mm3mm。使用中。使用中接触部分挤压和磨接触部分挤压和磨损，因而在接合齿损，因而在接合齿端部形成凸肩，用端部形成凸肩，用来阻止接合齿自动来阻止接合齿自动脱挡。脱挡。 27/64ZFS2022-8-3防止自动脱挡的结构措施（二）防止自动脱挡的结构措施（二）将啮合套齿座上将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切前齿圈的齿厚切薄（切下薄（切下0.30.6mm0.30.6mm），这），这样，换挡后啮合样，换挡后啮合套的后端面被后套的后端面被后齿圈的前端面顶齿

16、圈的前端面顶住，从而减少自住，从而减少自动脱挡。动脱挡。 28/64ZFS2022-8-3防止自动脱挡的结构措施（三）防止自动脱挡的结构措施（三）将接合齿的工作面加将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜角（一般倾斜2 23 3），使接合齿面产），使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴生阻止自动脱挡的轴向力，见图向力，见图3 31111。这。这种方案比较有效，应种方案比较有效，应用较多。用较多。 29/64ZFS2022-8-33. 3. 变速器轴承变速器轴承变速器轴承常采用变速器轴承常采用圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承、球轴承球轴承、滚针轴承滚针轴承、圆圆锥滚子轴承锥滚子轴承、滑

17、动轴套滑动轴套等。至于何处应当采用何种轴承，等。至于何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。 30/64ZFS第三节第三节 变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择一、挡数一、挡数参考参考：轿车一般用：轿车一般用4 45 5个挡位的变速器，级别高的轿车变个挡位的变速器，级别高的轿车变速器多用速器多用5 5个挡，货车变速器采用个挡，货车变速器采用4 45 5个挡或多挡。装载质个挡或多挡。装载质量在量在2 23.5t3.5t的货车采用的货车采用5 5挡变速器，装载质量在挡变速器，装载质量在4 48t8t的货的货车采用车采用6 6

18、挡变速器。多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。挡变速器。多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。 在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的挡数会使变速在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的挡数会使变速器相邻的低挡与高挡之间的传动比比值减小，使换挡工作容器相邻的低挡与高挡之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。要求相邻挡位之间的传动比比值在易进行。要求相邻挡位之间的传动比比值在1.81.8以下，该值以下，该值越小换挡工作越容易进行。要求高挡区相邻挡位之间的传动越小换挡工作越容易进行。要求高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小。比比值要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小

19、。增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和经济性。挡数增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和经济性。挡数越多，变速器的结构越复杂，并且使轮廓尺寸和质量加大，越多，变速器的结构越复杂，并且使轮廓尺寸和质量加大，同时操纵机构复杂，而且在使用时换挡频率也增高。同时操纵机构复杂，而且在使用时换挡频率也增高。31/64ZFS2022-8-3二、传动比范围二、传动比范围变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。传动比范围的确定与选定的发动机参数、汽动比的比值。传动比范围的确定与选定的发动机参数、汽车的最高车速和使用条件（如要求的汽车爬坡能

20、力）等因车的最高车速和使用条件（如要求的汽车爬坡能力）等因素有关。素有关。目前轿车的传动比范围在目前轿车的传动比范围在3 34 4之间，轻型货车在之间，轻型货车在5 56 6之间，之间，其它货车则更大。其它货车则更大。32/64ZFS2022-8-3三、中心距三、中心距A A对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴之间的距离称为对中间轴式变速器，是将中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距变速器中心距A A。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器。它是一个基本参数，其大小不仅对变速器的外形尺寸、体积和质量大小，而且对轮齿的接触强度有的外形尺寸、体积和质量大小，而且对轮齿的接触强度有影响。中心距越小，

21、轮齿的接触应力越大，齿轮寿命越短。影响。中心距越小，轮齿的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可来确定。变速器轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与方便和不影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。能与方便和不影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。此外，受一挡小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也此外，受一挡小齿轮齿数不能过少的限制，要求中心距也要取大些。要取大些。初选中心距初选中心距A A时，可根据下时，可根据下面的经验公式计算面的经验公式计算31maxg

22、eAiTKA33/64ZFS2022-8-3货车货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可参考下列数据选变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可参考下列数据选用用： 四挡四挡 （2.22.22.72.7）A A 五挡五挡 （2.72.73.03.0）A A 六挡六挡 （3.23.23.53.5）A A四、外形尺寸四、外形尺寸 变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中间变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中间（过渡）齿轮和换挡机构的布置初步确定。（过渡）齿轮和换挡机构的布置初步确定。轿车轿车四挡变速器壳体的轴向尺寸为（四挡变速器壳体的轴向尺寸为（3.03.03.43.4）A A。 当变速器选

23、用的常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时，中心距系数系数K K应取给出范围的上限。为了检测方便，中心距应取给出范围的上限。为了检测方便，中心距A A最好取最好取为整数。为整数。参考：参考：34/64ZFS2022-8-3五、轴的直径五、轴的直径变速器的轴必须有足够的刚度和强度。轴的刚度不足会产生变速器的轴必须有足够的刚度和强度。轴的刚度不足会产生弯曲变形，破坏齿轮的正确啮合，对齿轮的强度和耐磨性均弯曲变形，破坏齿轮的正确啮合，对齿轮的强度和耐磨性均产生不利影响，还会增加工作噪声。产生不利影响，还会增加工作噪声。 中间轴式变速器的中间轴式变速器的第二轴和中间

24、轴中部直径第二轴和中间轴中部直径d0.45Ad0.45A，轴的最大直径轴的最大直径d d和和支承间距离支承间距离L L的比值的比值，对中间轴，对中间轴，d d/ /L L 0.160.180.160.18，对第二轴，对第二轴， d d/ /L L 0.18 0.180.210.21。 第一轴花键部分直径第一轴花键部分直径d d（mmmm）可按下式初选）可按下式初选3maxeTKd 35/64ZFS六、齿轮参数六、齿轮参数1. 1. 模数的选取模数的选取齿轮模数与齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等有关。齿轮模数与齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求等有关。选取齿轮模数时的一般原则：为了减少噪声应合理

25、减小模数，选取齿轮模数时的一般原则：为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿同时增加齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数，而从强宽；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数，而从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。轿车对减少齿轮工度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。轿车对减少齿轮工作噪声有较为重要的意义，因此齿轮的模数应选得小些；对作噪声有较为重要的意义，因此齿轮的模数应选得小些；对货车，减小质量比减小噪声更重要，故齿轮应该选用大些的货车，减小质量比减小噪声更重要，故齿轮应该选用大些的模数。模数。 变

26、速器用齿轮模数范围大致如下：微型和普通级轿车为变速器用齿轮模数范围大致如下：微型和普通级轿车为2.252.252.75mm2.75mm，中级轿车为，中级轿车为2.752.753.00mm3.00mm，中型货车为，中型货车为3.53.54.5mm4.5mm，重型货车为，重型货车为4.54.56.0mm6.0mm。所选模数值应符。所选模数值应符合国家标准合国家标准GB1357GB13577878的规定。的规定。参考值参考值: :36/64ZFS2022-8-3压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接

27、触强度。对于轿车，较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为加大重合度以降低噪声，应取用为加大重合度以降低噪声，应取用14.514.5、1515、1616、16.516.5等小些的压力角；对货车，为提高齿轮承载能力，应等小些的压力角；对货车，为提高齿轮承载能力，应选用选用22.522.5或或2525等大些的压力角。等大些的压力角。2. 2. 压力角压力角因国家规定的标准压力角为因国家规定的标准压力角为2020，所以变速器齿轮普遍采，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为用的压力角为2020。啮合套或同步器的接合齿压力角有。啮合套或同步器的接合齿压力角有2020、2525、3030等，但

28、普遍采用等，但普遍采用3030压力角。压力角。37/64ZFS2022-8-33. 3. 螺旋角螺旋角大小：大小：在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。试验还证明：随着螺旋角的加，因而工作平稳、噪声降低。试验还证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高，不过当螺旋角大于增大，齿的强度也相应提高，不过当螺旋角大于3030时，其时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希

29、望用过大的螺旋角；而从提高高挡齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。提高高挡齿轮的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。 方向：方向：斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡，以减少轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上的不同挡以减少轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上的不同挡位齿轮的位齿轮的螺旋角应该是不一样的螺旋角应该是不一样的。38/64ZFS2022-8-3欲使中间轴上两欲使中间轴上两个斜齿轮的轴向个斜齿轮的轴向力平衡，须满足力

30、平衡，须满足下述条件下述条件 ：为使两轴向力平衡，为使两轴向力平衡，必须满足必须满足2211rFrFTnn由于由于39/64ZFS2022-8-3参考值：参考值：斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围内选用：斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围内选用：轿车轿车变速器：变速器： 两轴式变速器为两轴式变速器为20202525 中间轴式变速器为中间轴式变速器为22223434货车货车变速器：变速器：18182626 用用调整螺旋角调整螺旋角的方法，使各对啮合齿轮因模数的方法，使各对啮合齿轮因模数或齿数和不同等原因而造成的或齿数和不同等原因而造成的中心距不等中心距不等现象得以现象得以消除。消除。40/64ZFS20

31、22-8-34. 4. 齿宽齿宽b b在选择齿宽时，应该注意到齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮在选择齿宽时，应该注意到齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有影响影响 。考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用考虑到尽可能缩短变速器的轴向尺寸和减小质量，应该选用较小的齿宽。另一方面，齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点较小的齿宽。另一方面，齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方法给予补偿，被削弱，此时虽然可以用增加齿轮螺旋角的方法给予补偿，但这时轴承承受的轴向力增大，使

32、之寿命降低；齿宽窄还会但这时轴承承受的轴向力增大，使之寿命降低；齿宽窄还会使齿轮的工作应力增加。选用宽些的齿宽，工作时会因轴的使齿轮的工作应力增加。选用宽些的齿宽，工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀并在齿宽变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。方向磨损不均匀。 41/64ZFS2022-8-3可根据齿轮模数可根据齿轮模数m m（m mn n）的大小来选定齿宽：）的大小来选定齿宽：第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，使接触线长度第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，使接触线长度增加、接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。增加、接触应力降

33、低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。采用啮合套或同步器换挡时，其接合齿的工作宽度初选时可采用啮合套或同步器换挡时，其接合齿的工作宽度初选时可取为（取为（2 24 4）m m。mKbc齿宽系数齿宽系数K Kc c取为取为6.06.08.58.5直齿：直齿：齿宽系数齿宽系数Kc取为取为4.58.0斜齿：斜齿：ncmKb 42/64ZFS2022-8-35. 5. 齿轮变位系数的选择原则齿轮变位系数的选择原则齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节。采用变位齿齿轮的变位是齿轮设计中一个非常重要的环节。采用变位齿轮，除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外，它还影响轮，除为了避免齿轮产生根切和配凑中心距以外

34、，它还影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮齿轮的强度，使用平稳性，耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。合噪声。变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度相接近的程度。小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度相接近的程度。高度变位齿轮副的缺点是不能同时增加一对齿轮的强度，也高度变位齿轮副的缺点是不能同时增加一对齿轮的强度，也很难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。很

35、难降低噪声。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。角度变位既具有高度变位的优点，又避免了其缺点。角度变位既具有高度变位的优点，又避免了其缺点。 43/64ZFS2022-8-3七、各挡齿轮齿数的分配七、各挡齿轮齿数的分配在初选中心距、在初选中心距、齿轮模数和螺旋齿轮模数和螺旋角以后，可根据角以后，可根据变速器的挡数、变速器的挡数、传动比和传动方传动比和传动方案来分配各挡齿案来分配各挡齿轮的齿数。轮的齿数。 应该注意的是各应该注意的是各挡齿轮的齿数比挡齿轮的齿数比应该尽可能不是应该尽可能不是整数。整数。 1244/64ZFS2022-8-31. 1. 确定一挡齿轮的齿数确定一挡齿轮的齿数根据中心

36、距和模数选择计算齿轮根据中心距和模数选择计算齿轮7 7、8 8的齿数。的齿数。中间轴上小齿轮的最中间轴上小齿轮的最少齿数，还受中间轴少齿数，还受中间轴轴径尺寸的限制，即轴径尺寸的限制，即受刚度的限制。受刚度的限制。 轿车中间轴式变速器一挡传动比轿车中间轴式变速器一挡传动比=3.5=3.53.83.8时，中间轴上时，中间轴上一挡齿轮齿数可在一挡齿轮齿数可在z8=15z8=151717之间选取，货车可在之间选取，货车可在12121717之间选用。一挡大齿轮齿数用之间选用。一挡大齿轮齿数用z7=zh-z8z7=zh-z8计算求得。计算求得。 45/64ZFS2022-8-32. 2. 对中心距对中心

37、距A A进行修正进行修正因为计算齿数和因为计算齿数和z zh h后，经过取整数使中心距有了变化，所以后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的应根据取定的z zh h和齿轮变位系数重新计算中心距和齿轮变位系数重新计算中心距A A，再以修，再以修正后的中心距正后的中心距A A作为各挡齿轮齿数分配的依据。作为各挡齿轮齿数分配的依据。 3. 3. 确定常啮合传动齿轮副的齿数确定常啮合传动齿轮副的齿数求出常啮合传动齿轮的传动比求出常啮合传动齿轮的传动比78112zzizz而常啮合传动齿轮中心距而常啮合传动齿轮中心距和一挡齿轮的中心距相等，和一挡齿轮的中心距相等， 即即cos2)(21zzmAn4

38、6/64ZFS2022-8-34. 4. 确定其它各挡的齿数确定其它各挡的齿数以二挡齿轮为例，可根以二挡齿轮为例，可根据传动比条件、中心距据传动比条件、中心距条件和螺旋角条件求出条件和螺旋角条件求出二挡齿轮的齿数。二挡齿轮的齿数。传动比条件：传动比条件：中心距条件：中心距条件：螺旋角条件：螺旋角条件：47/64ZFS2022-8-35. 5. 确定倒挡齿轮齿数确定倒挡齿轮齿数确定齿轮确定齿轮9 9、1010的齿数，的齿数，根据中心距根据中心距AA来确定。来确定。为保证倒挡齿轮的啮合和为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮不产生运动干涉，齿轮8 8和和9 9的齿顶圆之间应保持的齿顶圆之间应保

39、持0.5mm0.5mm以上的间隙。以上的间隙。 最后计算倒挡轴与第二轴的最后计算倒挡轴与第二轴的中心距中心距 48/64ZFS2022-8-3第四节第四节 变速器的设计与计算变速器的设计与计算一、齿轮的损坏形式一、齿轮的损坏形式主要有三种：轮齿折断，齿面疲劳剥落（点蚀），移动换主要有三种：轮齿折断，齿面疲劳剥落（点蚀），移动换挡齿轮端部破坏挡齿轮端部破坏 二、轮齿强度计算二、轮齿强度计算1. 1. 轮齿弯曲强度计算轮齿弯曲强度计算2. 2. 轮齿接触应力计算轮齿接触应力计算汽车变速器齿轮用低碳合金钢制作，采用剃齿或磨齿精加工，汽车变速器齿轮用低碳合金钢制作，采用剃齿或磨齿精加工，齿轮表面采用渗

40、碳淬火热处理工艺，齿轮精度为齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度为JB179JB1798383，6 6级和级和7 7级。级。 国内汽车变速器齿轮材料主要用国内汽车变速器齿轮材料主要用20CrMnTi20CrMnTi、20Mn2TiB20Mn2TiB、16MnCr516MnCr5、20MnCr520MnCr5、25MnCr525MnCr5。渗碳齿轮表面硬度为。渗碳齿轮表面硬度为585863HRC63HRC，芯部硬度为，芯部硬度为333348HRC48HRC。 齿轮材料及加工方法齿轮材料及加工方法49/64ZFS2022-8-3三、轴的强度及刚度计算三、轴的强度及刚度计算变速器工作时，由于齿轮

41、上有圆周力、径向力和轴向力作用，变速器工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力作用，其轴要承受转矩和弯矩。变速器的轴应有足够的刚度和强度。其轴要承受转矩和弯矩。变速器的轴应有足够的刚度和强度。因为刚度不足的轴会产生弯曲变形，破坏了齿轮的正确啮合，因为刚度不足的轴会产生弯曲变形，破坏了齿轮的正确啮合，对齿轮的强度、耐磨性和工作噪声等均有不利影响。所以设对齿轮的强度、耐磨性和工作噪声等均有不利影响。所以设计变速器轴时，其刚度大小应以保证齿轮能实现正确的啮合计变速器轴时，其刚度大小应以保证齿轮能实现正确的啮合为前提条件。为前提条件。 刚度要求：刚度要求：全挠度和转角不超过允许值全挠度和转角不超过允

42、许值强度要求：强度要求：弯扭组合，其应力弯扭组合，其应力具体计算公式及须用值详见具体计算公式及须用值详见汽车设计汽车设计及及材料力学材料力学教材教材50/64ZFS2022-8-3第五节第五节 同步器设计同步器设计同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。得到广泛同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。得到广泛应用的是惯性式同步器。应用的是惯性式同步器。 一、惯性式同步器一、惯性式同步器惯性式同步器能做到换挡时两换挡元件之间的角速度达惯性式同步器能做到换挡时两换挡元件之间的角速度达到完全相等之前，不允许换挡，因而能完善地完成同步到完全相等之前，不允许换挡，因而能完善地完成同步器的功能和实现对同步

43、器的基本要求。器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。多片式和多锥式几种。 二、同步器工作原理二、同步器工作原理同步器换挡过程由三个阶段组成。同步器换挡过程由三个阶段组成。第一阶段第一阶段：同步器离开：同步器离开中间位置，做轴向移动并靠在摩擦面上。摩擦面相互接触中间位置，做轴向移动并靠在摩擦面上。摩擦面相互接触瞬间，如图瞬间，如图3-17a3-17a所示，由于齿轮所示，由于齿轮3 3的角速度的角速度w w3 3和滑动齿套和滑动齿套1 1的角速度的角速度w w1 1不同，在摩擦力矩作用下

44、锁销不同，在摩擦力矩作用下锁销4 4相对滑动齿套相对滑动齿套1 1转动一个不大的角度，并占据图上所示的锁止位置。转动一个不大的角度，并占据图上所示的锁止位置。 51/64ZFS2022-8-3图3-17 惯性式同步器结构方案此时锁止面接触，阻止了滑动齿套向换挡方向移动。此时锁止面接触，阻止了滑动齿套向换挡方向移动。第第二阶段二阶段：来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的：来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的力力F F，经过锁止元件又作用到摩擦面上。由于，经过锁止元件又作用到摩擦面上。由于w w3 3和和w w1 1不等，不等，在上述表面产生摩擦力。滑动齿套在上述表面产生摩擦力。滑动齿套1

45、 1和齿轮和齿轮3 3分别与整车分别与整车和变速器输入轴转动零件相连接。于是，在摩擦力矩作和变速器输入轴转动零件相连接。于是，在摩擦力矩作用下，用下，52/64ZFS2022-8-3滑动齿套滑动齿套1 1和齿轮和齿轮3 3的转速逐渐接近，其角速度差的转速逐渐接近，其角速度差w=|ww=|w1 1-w-w3 3| |减小了。在减小了。在w=0w=0瞬间同步过程结束。瞬间同步过程结束。第三第三阶段阶段： w w =0 =0，摩擦力矩消失，而轴向力仍作用在锁，摩擦力矩消失，而轴向力仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动齿套和锁销上止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动齿套和锁销上的斜面相对移动

46、，从而使滑动齿套占据了换挡位置。的斜面相对移动，从而使滑动齿套占据了换挡位置。三、主要参数的确定三、主要参数的确定1. 1. 摩擦因数摩擦因数f f摩擦因数除与选用的材料有关外，还与工作面的表面粗糙摩擦因数除与选用的材料有关外，还与工作面的表面粗糙度、润滑油种类和温度等因素有关。同步环常选用能保证度、润滑油种类和温度等因素有关。同步环常选用能保证具有足够高的强度和硬度、耐磨性能良好的黄铜合金制造，具有足够高的强度和硬度、耐磨性能良好的黄铜合金制造，如锰黄铜、铝黄铜和锡黄铜等。摩擦因数如锰黄铜、铝黄铜和锡黄铜等。摩擦因数f f对换挡齿轮和对换挡齿轮和轴的角速度能迅速达到相同有重要作用。摩擦因数大

47、，换轴的角速度能迅速达到相同有重要作用。摩擦因数大，换挡省力或缩短同步时间；摩擦因数小则反之，甚至失去同挡省力或缩短同步时间；摩擦因数小则反之，甚至失去同步作用。为此，在同步环锥面处制有破坏油膜的细牙螺纹步作用。为此，在同步环锥面处制有破坏油膜的细牙螺纹槽及与螺纹槽垂直的泄油槽，用来保证摩擦面之间有足够槽及与螺纹槽垂直的泄油槽，用来保证摩擦面之间有足够的摩擦因数。的摩擦因数。53/64ZFS2022-8-32. 2. 同步环主要尺寸的确定同步环主要尺寸的确定图3-20 同步环螺纹槽形式（1 1）同步环锥面上的螺纹槽）同步环锥面上的螺纹槽 图图3 320a20a中给出的尺中给出的尺寸适用于轻、中

48、型汽车；图寸适用于轻、中型汽车；图3 320b20b则适用于重型汽车。则适用于重型汽车。通常轴向泄油槽为通常轴向泄油槽为6 61212个，槽宽个，槽宽3 34mm4mm。 （2 2）锥面半锥角）锥面半锥角 摩擦锥面半锥角越小，摩擦力摩擦锥面半锥角越小，摩擦力矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自矩越大。但过小则摩擦锥面将产生自锁现象，避免自锁的条件是锁的条件是tantan f f。一般取。一般取 =6=68 8。 54/64ZFS2022-8-3（3 3）摩擦锥面平均半径）摩擦锥面平均半径R R 原则上是在可能的条件下，原则上是在可能的条件下，尽可能将尽可能将R R 取大些。取大些。

49、（4 4）锥面工作长度）锥面工作长度b b 设计时可根据下式计算确定设计时可根据下式计算确定b b22mMbpfR式中，式中，p p为摩擦面的许用压力为摩擦面的许用压力( (MPa) )，对黄铜与钢摩擦，对黄铜与钢摩擦副副p p1.01.01.5 1.5 MPa；Mm为摩擦力矩（为摩擦力矩（N N* *m m）；）；f f为摩为摩擦因数；擦因数；R R为摩擦锥面平均半径（为摩擦锥面平均半径（mmmm）。）。（5 5）同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径一样，同步）同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度要受结构布置上的限制，包括变速器中环的径向厚度要受结构布置上的限制，包括变速器中心

50、距及相关零件特别是锥面平均半径心距及相关零件特别是锥面平均半径R R和布置上的限制，和布置上的限制，不易取很厚，但是同步环的径向厚度必须保证同步环不易取很厚，但是同步环的径向厚度必须保证同步环有足够的强度。有足够的强度。55/64ZFS2022-8-33. 3. 锁止角锁止角锁止角选取得正确，可以保证只有在换挡的两个部分之间锁止角选取得正确，可以保证只有在换挡的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换挡。影响锁止角角速度差达到零值才能进行换挡。影响锁止角选取的因选取的因素主要有摩擦因数素主要有摩擦因数f f、摩擦锥面平均半径、摩擦锥面平均半径R R、锁止面平均半、锁止面平均半径和锥面半锥角径和锥