机械式变速器设计

机械式变速器设计第三章机械式变速器设计机械式变速器设计主要内容3.1概述3.2变速器布置方案的分析3.3变速器主要参数选择3.4同步器机械式变速器设计主要内容3.1概述3.2变速器布置方案的分析3.3变速器主要参数选择3.4同步器机械式变速器设计概述课内学时：6推荐参考书：–汽车底盘基础，张洪欣，余卓平译，科普版–汽车设计，刘惟信主编，清华版–汽车设计，张洪欣主编，工大版–汽车构造，陈家瑞主编，机械工业出版社–变速器，黄维山主编，人民交通出版社机械式变速器设计概述变速器的功能：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，使汽车得到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。此外，应保证汽车能倒退行驶和在滑行时或停车时使发动机和传动系保持分离。需要时还应有动力输出的功能。对变速器的基本要求：具有正确的档数和传动比，保证汽车有需要的动力性和经济性指标；有空档和倒档，使发动机可以与驱动轮长期分离，使汽车能倒车；换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性；（自动、半自动和电子操纵机构）工作可靠。汽车行驶中，变速器不得跳档、乱档以及换档冲击等现象发生应设置动力输出装置，以便必要时进行功率输出；效率高、噪声低、体积小，重量轻，便于制造，成本低。机械式变速器设计主要内容3.1概述3.2变速器布置方案的分析3.3变速器主要参数选择3.4同步器机械式变速器设计变速器布置方案的分析两轴式变速器3.2.1变速传动机构的方案分析机械式变速器设计变速器布置方案的分析中间轴式变速器:在常啮合齿轮对数、换档方式和倒档传动方案上有差别。四档变速器传动方案图（a、b、c）：其中a和b有四对常啮合齿轮，可用同步器或啮合套换档；倒档用直齿滑动齿轮换档。c所示方案有三对常啮合齿轮，一档和倒档用直齿滑动齿轮换档。五档变速器传动方案（d、e、f）：其中d所示方案除一、倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余都为常啮合齿轮；e和f，全部齿轮处于常啮合状态。六档变速器传动方案（g和h）：除g中的一档、倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余都为常啮合齿轮。g中超速档位于后支撑轴承的后部，有利于系列化。机械式变速器设计变速器布置方案的分析倒档型式在前进档的传动路线中，加入一个中间传动齿轮，图a、f；中间传动齿轮的轮齿在正、负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。利用联体齿轮方案（图b、c、d、e）。在单向循环弯曲应力状态下工作，倒档传动比增加。a所示的倒档布置方案，在中间轴上有一个专用倒档齿轮。b利用中间轴上的一档齿轮，缩短了中间轴的长度，换档较困难（必须使两对齿轮同时啮合）。c能获得较大的倒档传动比，但换倒档，要向前推动二轴上的直齿轮。d与c的差别在于，换倒档时，需要向后推动二轴上的直齿轮。e将中间轴上的一、倒档齿轮做成一体，其齿宽增大，缩短了长度。f适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换档更为方便。机械式变速器设计变速器布置方案的分析3.2.2变速器零部件结构方案分析齿轮型式1．直齿轮—主要用于低档和倒档。2．斜齿轮—传动平稳、使用寿命长；但制造稍复杂，工作时有轴向力。换档结构型式1.直齿滑动齿轮；2.啮合套；3.同步器。结构上采取措施防止自动脱档机械式变速器设计变速器布置方案的分析轴承型式----过去，变速器轴的支承广泛采用滚珠轴承、滚柱轴承和滚针轴承。现在的趋势是使用圆锥滚柱轴承。----在变速器中，每根轴都轴向固定，以便承受轴向力。对于中间轴式变速器，第一轴和和第二轴均采用后轴承固定；中间轴有采用前轴承固定的，也有采用后轴承固定的。其他问题----各档齿轮在轴上的安排顺序;----装配问题;----变速器整体结构刚性。机械式变速器设计变速器布置方案的分析3.2.3多档变速器的组合方案分析多档变速器普遍采用组合方案——即以1到2种四档或五档变速器为主体，再配以副变速器，形成具有不同档数、不同转矩容量和传动比范围的变速器系列。1前置副变速器（a）2后置副变速器（b、c、d）3主变速器前后各设置一个副变速器（e）机械式变速器设计变速器布置方案的分析组合式多档变速器传动比的搭配方式。插入式：主变速器档位间公比较大，副变速器的传动比均匀地插入主变速器各档传动比之间，两者交替换档，共同组成一个传动比序列（单调变化的）（a）副变速器有两个档：传动比是1／s和1；主变速器有五个档，传动比是1-S2-S4-S6-S8（其中S＞1），得到：1/S-1-S-S2-S3-S4-S5-S6-S7-S8分段式：主变速器档位间公比较小，副变速器传动比范围较大时，副变速器高、低档传动比分别与主变速器各档搭配，组成高、低传动比两段范围（b）主变速器有五个档，传动比为1-S-S2-S3-S4，副变速器的传动比是1—S5；则总的传动比序列为：1-S-S2-S3-S4-S5-S6-S7-S8-S9综合式：插入式和分段式的结合，使传动比范围进一步扩大（C）主变速器1-S2-S4-S6，分段式副变速器1－S8，插入式副变速器传动比是1/S-1可构成1/s-1-s-…-s14机械式变速器设计变速器布置方案的分析3.2.4变速器操纵机构要求1.换档时只能挂入一个档；2.防止误挂倒档；3.换档后应使齿轮在全齿长啮合，并防止自动脱档。操纵方式1.直接操纵2.远距离操纵机械式变速器设计主要内容3.1概述3.2变速器布置方案的分析3.3变速器主要参数选择3.4同步器机械式变速器设计变速器主要参数选择货车:四档（2.2—2.7）A五档(2.7—3.0)A六档(3.2—3.5)A轿车:四档变速器壳体轴向尺为(3.0—3.4)A.3.3.2变速器轴向尺寸3.3.1中心距T1max变速器一档时2轴转矩机械式变速器设计变速器主要参数选择3.3.3轴的直径第二轴和中间轴中部直径d≈0.45A；中间轴dm/L≈0.16－0.18；第二轴dm/L≈0.18－0.21刚度和强度验算机械式变速器设计变速器主要参数选择3.3.4齿轮参数齿轮模数压力角直齿轮模数m斜齿轮法面模数mn齿轮最普遍采用国家规定的20°齿轮标准压力角啮合套或同步器的接合齿压力角有20°、25°、30°，普遍采用30°压力角。机械式变速器设计变速器主要参数选择齿轮螺旋角β1增大螺旋角，可以使齿轮啮合的重合系数增加，工作平稳，噪声降低。2斜齿轮传递转矩时要产生轴向力。3可用调整螺旋角的方法，消除各对啮合齿轮因模数或齿数和不同等原因造成的中心距不等现象机械式变速器设计变速器主要参数选择齿宽：•齿宽应满足既能减轻变速器质量，同时又能保证齿轮工作平稳的要求。•直齿：b=kc*m，kc=4.5－8.0•斜齿：b=kc*mn,kc=6.5－8.5•啮合套或同步器，b=（2—4）m。齿轮变位系数的选择避免齿轮产生干涉、根切和配凑中心距各档齿轮齿数的分配•初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可以根据预先确定的变速器档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数机械式变速器设计变速器主要参数选择确定一档齿轮的齿数对中心距A进行修正Zh取整后，由Zh＝2A/m或Zh=2A*cosβ/mn可知，应该从Zh及齿轮变位系数反过来计算中心距A，再以修正后的A作为各档齿数分配的依据。直齿：Zh＝2A/m斜齿：Zh=2A*cosβ/mn分配Z7和Z8机械式变速器设计变速器主要参数选择确定常啮合传动齿轮副的齿数Z1、Z2取整，核算传动比确定其他各档的齿数求出Z5、Z6取整通过变位调整A二档齿轮直齿轮机械式变速器设计变速器主要参数选择二档齿轮斜齿轮β6、Z5、Z6确定倒档齿轮齿数倒档轴与第二轴的中心距A’’初选Z10，计算中间轴与倒档轴的中心距A’机械式变速器设计主要内容3.1概述3.2变速器布置方案的分析3.3变速器主要参数选择3.4同步器机械式变速器设计同步器3.4.1惯性式同步器锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式摩擦元件、锁止元件、弹性元件3.4.2同步器工作原理（锁销式）（1）司机用手推换档手柄（2）司机用力推换档手柄（3）滑动齿套1和齿轮3的转速相等机械式变速器设计同步器同步器锁止条件的建立同步器的摩擦力矩司机推变速杆手力Fs同步器摩擦面上的轴向力摩擦锥面上的法向合力摩擦面上摩擦力矩同步器基本方程式同步器锁止条件机械式变速器设计同步器3.4.3同步器主要参数的确定（一）摩擦锥面半锥角α和摩擦系数f避免自锁：tgα≥f，α＝6-8°在摩擦锥面上制有破坏油膜的细牙螺纹槽及与螺纹槽垂直的泄油槽以保持摩擦系数（二）摩擦锥面平均半经R和锥面工作长度bMf=F*f*R/sinα，增大R，可以增大摩擦力矩，缩短同步时间。机械式变速器设计同步器（三）锁止锥面锁上角β（四）同步时间t（五）转动惯量的计算依靠同步器改变转速的零件为输入端零件（1）求出各零件的转动惯量；（2）把这些转动惯量按不同的传动比转换到被同步零件机械式变速器设计同步器四档变速器一些档位的当量转动惯量挂直接档时输入端总的转动惯量Jqd：挂一档时输入端总转动惯量Jq1：J1－第一轴及离合器从动盘；Jc－中间轴；J3－齿轮3；J5－齿轮5。