机械式变速器设计.pptx

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1、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1页/共37页第二节第二节 变速器传动机构布置方案变速

2、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。第2页/共37页两轴式变速器的特点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，一挡速比不可效率高和噪声低等优点。两

3、轴式变速器不能设置直接挡，一挡速比不可能设计得很大。能设计得很大。图3-1 两轴式变速器传动方案 图图3-1为发动机前置前轮驱为发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方动轿车的两轴式变速器传动方案。其特点是：变速器输出轴案。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；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齿轮，其它挡位均用常啮合齿轮传动。图轮传动。图3-1f中的倒挡齿轮中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并用同步器换为常啮合齿轮，并用同步器换挡；图挡；图3-1d所示方案的变速器所示方案的变速器有辅助支承，用来提高轴的刚有辅助支承

4、，用来提高轴的刚度。度。两轴式变速器传动动画演示第3页/共37页中间轴式变速器的特点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：中间轴式变速器传动方案的共同特点是：(1)设有直接挡；设有直接挡；(2)一挡有较大一挡有较大的传动比；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；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除一挡以外，其他挡位采用同步器或啮合套换挡；套换挡；(5)除直接挡以外，其他挡位工作时的传动效率略低。除直接挡以外，其他挡位工作时的

5、传动效率略低。图图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所示方案所示方案有四对常啮合齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡，图有四对常啮合齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡，图3-2c所示传动方案的二、三、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。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 第4页/共37页中间轴式变速器的特点中间轴式变速器的特点图图3-3为中间轴式五挡变速器传动方案为中间轴式五挡变速器传动方案。图。图3-3a所示方案，除所示方案，除一、倒挡用直齿滑

6、动齿轮换挡外，其余各挡为常啮合齿轮传动。图一、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。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凡采有常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，来实现。同一变速器中，挡位高的用同步器换挡，

7、挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。挡位低的用啮合套换挡。第5页/共37页中间轴式变速器的特点中间轴式变速器的特点图图3-4为中间轴式六挡变速器传动方案。图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、所示方案中的一挡、倒挡和图倒挡和图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。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。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。同一变速器中，一定是挡位高的用同

8、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 第6页/共37页倒挡布置方案倒挡布置方案 图图3-5为常见的倒挡布置方案。图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。方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图图3-5d方案对方案对3-5c的缺点做了修改。图的缺点做了修改。图3-5e所示方案是将一、倒挡齿轮所示方案是将一、倒

9、挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图做成一体，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。合的齿轮，挡换更为轻便。图3-5 倒挡布置方案 为了缩短变速器为了缩短变速器轴向长度，倒挡传动轴向长度，倒挡传动采用图采用图3-5g所示方案。所示方案。缺点是缺点是一、倒挡各用一、倒挡各用一根变速器拨叉轴，一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。纵机构复杂一些。第7页/共37页机械式变速器的传动效率与所选用的机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递动力时处于工作传动方案有关，包括传递动力时处于工作状

10、态的齿轮对数、每分钟转数、传递的功状态的齿轮对数、每分钟转数、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮和壳体等零率、润滑系统的有效性、齿轮和壳体等零件的制造精度等。件的制造精度等。图图3-6为发动机纵置为发动机纵置时两轴式变速器结构图。其时两轴式变速器结构图。其特点是高挡同步器布置在输特点是高挡同步器布置在输入轴上，而低挡同步器布置入轴上，而低挡同步器布置在输出轴上。为提高轴的刚在输出轴上。为提高轴的刚度，增加了中间支承。度，增加了中间支承。高挡布置在靠近轴的支高挡布置在靠近轴的支承中部区域较为合理，在该承中部区域较为合理，在该区域因轴的变形而引起的齿区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较

11、轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，能提高齿轮好的啮合状态，能提高齿轮寿命。寿命。图3-6 发动机纵置时两轴式变速器结构图 第8页/共37页二、零、部件结构方案分析二、零、部件结构方案分析 1齿轮形式齿轮形式齿轮形式：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮齿轮形式：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮两者相比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低的优点；两者相比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低的优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。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。直齿圆柱齿轮仅用于变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。低

12、挡和倒挡。2换挡机构形式换挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换挡，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损采用轴向滑动直齿齿轮换挡，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一挡、倒挡外已很少使用。加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一挡、倒挡外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换挡冲击。目前这种换挡方法多，啮合套不会过早被

13、损坏，但不能消除换挡冲击。目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声，得到广泛应用。但结使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声，得到广泛应用。但结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大。构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大。利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。第9页/共37页3 3变速器轴承变速器轴承变速器轴承变速器轴承 变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、

14、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。轴承、滑动轴套等。第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时，可布置圆柱滚子轴承，若第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时，可布置圆柱滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。空间不足则采用滚针轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承，按直变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。两者有相对运动的地方。变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径

15、较小、宽度较宽因而容量变速器中采用圆锥滚子轴承虽然有直径较小、宽度较宽因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。第10页/共37页第三节第三节第三节第三节 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 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，使轮廓尺寸和质量加大，而且在使用时换挡频率也增高。器的

16、结构越复杂，使轮廓尺寸和质量加大，而且在使用时换挡频率也增高。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，使换挡工作容易进行。低挡与高挡之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。挡数选择的要求：挡数选择的要求：1.相邻挡位之间的传动比比值在相邻挡位之间的传动比比值在1.8以下。以下。2.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比值小。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比值小。目前，轿车一般用目前，轿车一般用45个挡位变速器，个挡位变速器，货车变速器采用货

17、车变速器采用45个挡或个挡或多挡，多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。多挡，多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。第11页/共37页二、传动比范围二、传动比范围二、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动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传动比的比值。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等因素有关。用条件等因素有关。目前轿车的传动比范围在目前轿车的传动比范围在34之间，轻型货车在之间，轻型货车在56之间，之间，其它货车则更大。其它货车则更大。第12页

18、/共37页三、中心距三、中心距A A 对中间轴式变速器，中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距对中间轴式变速器，中间轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距A。变速器中心距是一个基本参数，对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、变速器中心距是一个基本参数，对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、轮齿的接触强度有影响。轮齿的接触强度有影响。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来确定。中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。初选中心距初选中心距A时，可根据下面的经验公式计算时，可根据下

19、面的经验公式计算式中，式中，K KA A为中心距系数，轿车：为中心距系数，轿车：K KA A=8.9=8.99.39.3，货车：，货车：K KA A=8.6=8.69.69.6，多挡变，多挡变速器：速器：K KA A=9.5=9.511.011.0。轿车变速器的中心距在轿车变速器的中心距在6580mm范围内变化，而货车的变速器中心范围内变化，而货车的变速器中心距在距在80170mm范围内变化。范围内变化。第13页/共37页四、外形尺寸四、外形尺寸 轿车四挡变速器壳体的轴向尺轿车四挡变速器壳体的轴向尺寸为（寸为（3.03.4）A。货车变速。货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可器壳体的轴向尺寸与

20、挡数有关，可参考下列数据选用：参考下列数据选用：四挡四挡 （2.22.7）A 五挡五挡 （2.73.0）A 六挡六挡 （3.23.5）A 当变速器选用的常啮合齿轮对当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时，应取给出范围的数和同步器多时，应取给出范围的上限。上限。五、轴的直径五、轴的直径 中间轴式变速器的第二轴和中中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部直径间轴中部直径d0.45A，轴的最，轴的最大直径大直径d和支承间距离和支承间距离L的比值，的比值，对中间轴，对中间轴，d/L 0.160.18，对第二轴，对第二轴，d/L 0.180.21。第一轴花键直径第一轴花键直径d（mm）可按可按下式初选下式初

21、选 式中：式中：K为经验系数，为经验系数，K=4.04.6；Temax为发动机最大转矩（为发动机最大转矩（Nm）。）。第14页/共37页六、齿轮参数六、齿轮参数 1模数的选取模数的选取 齿轮模数选取的一般原则：齿轮模数选取的一般原则：1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。对于轿车，减少工作

22、噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。所选模数值应符合国家标准的规定。所选模数值应符合国家标准的规定。变速器齿轮模数范围大致如下：变速器齿轮模数范围大致如下：微型、普通级轿车微型、普通级轿车 中级轿车中级轿车 中型货车中型货车 重型货车重型货车 2.252.75 2.753.00 3.54.5 4.56.0 第15页/共37页2压力角压力角 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，压力角较小时，重合度较大，传动平稳，

23、噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为了降低噪声，应选用对于轿车，为了降低噪声，应选用14.5、15、16、16.5等小些等小些的压力角。的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用对货车，为提高齿轮强度，应选用22.5或或25等大些的压力角。等大些的压力角。国家规定的标准压力角为国家规定的标准压力角为20，所以普遍采用的压力角为所以普遍采用的压力角为20。啮合套或同步器的压力角有啮合套或同步器的压力角有20、25、30等，普遍采用等，普遍采用30压力角。压力角。3螺旋角螺旋角 齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影

24、响。选用大齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。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。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。试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于30时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高高挡齿轮挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；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。

25、的接触强度着眼，应当选用较大的螺旋角。第16页/共37页 斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴并作用到轴承上。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。上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡。根据图根据图3-7可知，欲使中间轴上两可知，欲使中间轴上两个斜齿轮的轴向力平衡，须满足下述条个斜齿轮的轴向力平衡，须满足下述条件：件：Fa1=Fn1tan1 Fa2=Fn2tan2 由于，为使两轴向力平衡，必须满由于，为使两轴向力平衡，必须满足足 式中，式中，Fa1、Fa2为作用在中间轴承齿轮为作用在中间轴承齿轮1、2上的上的轴向力；轴向力

26、；Fn1、Fn2为作用在中间轴上齿轮为作用在中间轴上齿轮1、2上上的圆周力；的圆周力；r1、r2为齿轮为齿轮1、2的节圆半径；的节圆半径；T为中为中间轴传递的转矩。间轴传递的转矩。图图3-7中间轴轴向力的平衡中间轴轴向力的平衡 斜齿轮螺旋角选用范围：斜齿轮螺旋角选用范围：轿车变速器：轿车变速器：两轴式为两轴式为2025中间轴式为中间轴式为2234货车变速器：货车变速器：1826第17页/共37页4 4齿宽齿宽b b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影响。受力的均匀程度等均有影响。选用较小的

27、齿宽可以缩短变速器的轴向尺寸和减小质量。但齿宽选用较小的齿宽可以缩短变速器的轴向尺寸和减小质量。但齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，齿轮的工作应力增加。减少使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿选用较大的齿宽，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方向磨损不均匀。齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数通常根据齿轮模数m（mn）的大小来选定齿宽）的大小来选定齿宽b：直齿：直齿：b=Kcm，Kc为齿宽系数，取为为齿宽系数，取为4.58.0 斜齿：斜齿：b=Kcmn，K c取为取为

28、6.08.5 啮合套或同步器接合齿的工作宽度初选时可取为啮合套或同步器接合齿的工作宽度初选时可取为（24）m m。第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数Kc可取大些，使接触线长度增加、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。接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。第18页/共37页5 5齿轮变位系数的选择原则齿轮变位系数的选择原则 采用变位齿轮的原因：采用变位齿轮的原因：1）配凑中心距；配凑中心距；2）提高齿轮的强度和使用寿提高齿轮的强度和使用寿命；命；3）降低齿轮的啮合噪声。降低齿轮的啮合噪声。变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位

29、齿轮副的一对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。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使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接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。变位系数的选择原则变位系数的选择原则：1）对于高挡齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的对于高挡齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系

30、数。原则选择变位系数。2）对于低挡齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相对于低挡齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。3）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，噪声要小一些。噪声要小一些。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二挡以外的其它各挡齿轮的总为了降低噪声，对于变速器中除去一、二挡以外的其它各挡齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着挡位的降低，总变位变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着挡位的降

31、低，总变位系数应该逐挡增大。一、二挡和倒挡齿轮，应该选用较大的值。系数应该逐挡增大。一、二挡和倒挡齿轮，应该选用较大的值。第19页/共37页七、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、齿轮模数和螺旋角以在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。下面以图方案来分配各挡齿轮的齿数。下面以图3-8所示四挡变速器为例，说明分配齿数的所示四挡变速器为例，说明分配齿数的方法。方法。1确定一挡齿轮的齿数确定一挡齿轮的齿数 一挡传动比一挡传动比 （3-1）如果如果z7和和 z8的齿数确定了，则的齿数确定了，

32、则z2与与 z1的传动比可求出。为了求的传动比可求出。为了求z7、z8的齿数，的齿数，先求其齿数和先求其齿数和zh （3-2）计算后取计算后取zh为整数，然后进行大、小为整数，然后进行大、小齿轮齿数的分配。齿轮齿数的分配。图3-8 四挡变速器传动方案 轿车中间轴式变速器一挡齿轿车中间轴式变速器一挡齿轮齿数轮齿数z8可在可在1517之间之间选取；货车选取；货车z8可在可在1217之间选取。一挡大齿轮齿数之间选取。一挡大齿轮齿数用用z7=zh-z8计算求得。计算求得。第20页/共37页2 2对中心距对中心距A A进行修正进行修正 因为计算齿数和因为计算齿数和zh后，经过取整数使中心距有了变化，所以

33、应根据取定的后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的zh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，再以修正后的中心距，再以修正后的中心距A作为各挡齿轮齿数作为各挡齿轮齿数分配的依据。分配的依据。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 由式由式（3-1）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 （3-3）常啮合传动齿轮中心距和一挡齿轮的中心距相等，即常啮合传动齿轮中心距和一挡齿轮的中心距相等，即 （3-4）解方程式解方程式（3-3）和式和式（3-4）求求z1与与z2，求出的，求出的z1、z2都应取整数；然后都应取整数；然后核算一挡传动比与原传

34、动比相差多少，如相差较大，只要调整一下齿数即可；最核算一挡传动比与原传动比相差多少，如相差较大，只要调整一下齿数即可；最后根据所确定的齿数，按式后根据所确定的齿数，按式（3-4）算出精确的螺旋角值。算出精确的螺旋角值。第21页/共37页4 4确定其它各挡的齿数确定其它各挡的齿数 若二挡齿轮是直齿轮，模数与一挡齿若二挡齿轮是直齿轮，模数与一挡齿轮相同时，则得轮相同时，则得 （3-5）解两方程式求出解两方程式求出z5、z6。用取整数后。用取整数后的的z5、z6计算中心距，若与中心距计算中心距，若与中心距A有偏有偏差，通过齿轮变位来调整。差，通过齿轮变位来调整。（3-6）二挡齿轮是斜齿轮，螺旋角与常

35、啮合二挡齿轮是斜齿轮，螺旋角与常啮合轮的不同时，由式轮的不同时，由式（3-5）得得 （3-7）（3-8）此外，从抵消或减少中间此外，从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满轴上的轴向力出发，还必须满足下列关系式足下列关系式（3-9）联解上述三个方程式，可联解上述三个方程式，可联解上述三个方程式，可联解上述三个方程式，可求出求出求出求出z z5 5、z z6 6和和和和 三个参数。三个参数。三个参数。三个参数。但解此方程组比较麻烦但解此方程组比较麻烦但解此方程组比较麻烦但解此方程组比较麻烦，可采可采可采可采用比较方便的试凑法用比较方便的试凑法用比较方便的试凑法用比较方便的试凑法 。其它各挡齿轮

36、的齿数用同其它各挡齿轮的齿数用同其它各挡齿轮的齿数用同其它各挡齿轮的齿数用同一方法确定。一方法确定。一方法确定。一方法确定。第22页/共37页 5 5确定倒挡齿轮齿数确定倒挡齿轮齿数图图3-8所示的倒挡齿轮所示的倒挡齿轮z10的齿数，一般在的齿数，一般在2123之间，初选之间，初选z10后，后，可计算出中间轴与倒挡轴的中心距可计算出中间轴与倒挡轴的中心距A为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮8和和9的齿顶圆之间的齿顶圆之间应保持应保持0.5mm以上的间隙，则齿轮以上的间隙，则齿轮9的齿顶圆直径的齿顶圆直径De9应为应为 （3-10）根据求得的根据

37、求得的De9，再选择适当的齿数及采用变位齿轮，使齿顶圆，再选择适当的齿数及采用变位齿轮，使齿顶圆De9符合式符合式（3-10）。最后计算倒挡轴与第二轴的中心距。最后计算倒挡轴与第二轴的中心距。第23页/共37页第四节第四节第四节第四节 变速器的设计与计算变速器的设计与计算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 u 轮齿折断原因：大载荷冲击、反复承载疲劳破坏；轮齿折断原因：大载荷冲击、反复承载疲劳破坏；u 齿面疲劳剥落（点蚀）齿面疲劳剥落（点蚀）原因：齿面挤压磨损，表面原因：齿面挤压磨损，表面 出现块状剥落出现块状剥落；u 移动换挡齿轮端部破坏移动换挡齿轮端部破

38、坏 原因：换挡时存在角速度原因：换挡时存在角速度 差，端部承受冲击。差，端部承受冲击。第24页/共37页 二、轮齿强度计算二、轮齿强度计算 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，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度为加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度为6级级和和7级。因此，用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的级。因此，用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮，同样可以获得较为准确的结果。计算公式来计算汽车齿轮，同样可以获得较为准确的结果。1、轮齿弯曲强度计算、轮齿弯曲强度计算 (1)直齿轮弯曲

39、应力直齿轮弯曲应力第25页/共37页(2)斜齿轮弯曲应力斜齿轮弯曲应力 2、轮齿接触应力计算、轮齿接触应力计算 第26页/共37页三、轴的强度计算三、轴的强度计算 变速器的轴应有足够的刚度和强度。因为刚度不足的轴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，对齿轮的强度、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。所以设计变速器轴时，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为前提条件。其刚度大小应以保证齿轮能实现正确的啮合为前提条件。1.轴的直径轴的直径 第一轴花键

40、部分直径第一轴花键部分直径 2.轴的刚度验算轴的刚度验算 第27页/共37页图 3-20 变速器轴的变形简图 （a 垂直变形,b 水平变形）第28页/共37页 如果用如果用 和和 分别表示轴在垂直面和水平面的挠度，分别表示轴在垂直面和水平面的挠度，则轴的全挠度则轴的全挠度f为为 轴在垂直面和水平面挠度的允许值为 =O.050.10mm，=O.10O.15mm。齿轮所在平面的转角不应超过O.002rad。3.轴的强度验算轴的强度验算 第29页/共37页第五节第五节 变速器操纵机构变速器操纵机构 根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机

41、构完成选挡和实现换挡或退到空挡的工作。选挡和实现换挡或退到空挡的工作。变速器操纵机构应满足如下主要要求：变速器操纵机构应满足如下主要要求：（1）换挡时只能挂入一换挡时只能挂入一个挡位；个挡位；（2）换挡后应使齿轮在全齿长上啮合；换挡后应使齿轮在全齿长上啮合；（3）防止自动脱防止自动脱挡或自动挂挡；挡或自动挂挡；（4）防止误挂倒挡；防止误挂倒挡；（6）换挡轻便。换挡轻便。机械式变速器的操纵机构一般是由变速杆、拨块、拨叉、变速机械式变速器的操纵机构一般是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡锁装置等主要件组成。叉轴及互锁、自锁和倒挡锁装置等主要件组成。依靠驾驶员手力完成选挡、换挡或退到空

42、挡工作，称为手动换挡变速器。1直接操纵手动换挡变速器直接操纵手动换挡变速器 当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动换器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动换挡变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得挡变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。到广泛应用。第30页/共37页2 2远距离操纵手动换挡变速器远距离操纵手动换挡变速器 平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器距驾驶员座平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车

43、的变速器距驾驶员座椅较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手椅较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种手动换挡变速器称力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种手动换挡变速器称为远距离操纵的动换挡变速器。为远距离操纵的动换挡变速器。图3-9 远距离操纵手动换挡 变速器工作原理简图 图图3-9示出远距离操纵手动换挡示出远距离操纵手动换挡变速器的工作原理简图。要求整套系变速器的工作原理简图。要求整套系统有足够的刚性，且各连接件之间间统有足够的刚性，且各连接件之间间隙不能过大，否则换挡手感不明显，隙不能过大，否则换挡手感不明显，并增加

44、了变速杆颤动的可能性。并增加了变速杆颤动的可能性。第31页/共37页3 3电控自动换挡变速器电控自动换挡变速器 在固定轴式机械变速器基础在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换挡时刻驶过程中就能自动完成换挡时刻的判断，自动实现收油门、离合的判断，自动实现收油门、离合器分离、选挡、换挡、离合器接器分离、选挡、换挡、离合器接合和油门等一系列动作，使汽车合和油门等一系列动作，使汽车动力性、经济性有所提高。其工动力性、经济性有所提高。其工作原理框图见图作原理框图见图3-10。图3-10 电控自动换挡变速器 工作原理框图 电控自动换挡变速器工作原理图组第32页/共37页back第33页/共37页next第34页/共37页next第35页/共37页back第36页/共37页感谢您的观看。感谢您的观看。第37页/共37页