吉大汽车设计课件第三章

汽车工程系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的设计与计算第五节同步器设计第六节变速器操纵机构第七节变速器结构元件第八节机械式无级变速器（自学）第三章机械式变速器设计汽车工程系第一节概述功用改变转矩、转速中断动力传递使汽车获得倒退行驶能力具有动力输出功能组成操纵机构传动机构第三章机械式变速器设计汽车工程系第一节概述设计要求保证汽车有必要的动力性和经济性设置空档，用来切断动力设置倒档，使汽车能倒退行驶设置动力输出装置，需要时能进行功率输出换档迅速、省力、方便工作可靠，无跳档、乱档、换档冲击现象传动效率要高工作噪声低轮廓尺寸和质量小，成本低，维修方便第三章机械式变速器设计汽车工程系第一节概述分类变速器三挡变速器五挡变速器中间轴式两轴式旋转轴式固定轴式四挡变速器多挡变速器多中间轴式双中间轴式第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析1、两轴式变速器（图3-9）与中间轴式变速器相比较：输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反。轴和轴承数少，结构简单，轮廓尺寸小，易布置；中间挡位传动效率高，噪声低；不能设置直接挡，高挡工作噪声大，易损坏；受结构限制，一挡速比不可能设计得很大；多用于FF布置形式。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析1、两轴式变速器d图方案有辅助支承，可提高轴的刚度，减少齿轮磨损和噪声。倒挡传动常用滑动齿轮，f图为常啮合齿轮；因为一挡主动齿轮尺寸小，同步器多装在输出轴上，高挡的同步器可以装在输入轴后端（图d、e）；第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析2、中间轴式变速器第一轴与第二轴的布置与支承（图3-12）；使用直接挡时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，传动效率高，噪声低，磨损少，寿命提高；中间挡位可以获得较大的传动比；高挡齿轮采用常啮合齿轮传动，低挡齿轮可以不采用常啮合齿轮传动；除一挡以外的其它挡位，换挡机构多采用同步器或啮合套换挡；有的一挡也采用同步器或啮合套换挡；各挡同步器或啮合套多设置在第二轴上。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析2、中间轴式变速器——四档a、c方案：第二轴为三点支承；有四对常啮合齿轮；倒挡用直齿滑动齿轮换挡；a方案能提高中间轴和第二轴刚度。b方案：第二轴为两点支承。高挡用常啮合齿轮传动；一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡；倒挡齿轮是双联齿轮。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析2、中间轴式变速器——五档第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析2、中间轴式变速器——六档第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析2、中间轴式变速器——总结轴的支承形式不一样；常啮合齿轮对数不一样，换档方式不一样；倒档传动方案不一样；档位布置位置顺序不一样。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析3、倒挡布置方案倒挡齿轮同时与两个齿轮进入啮合；齿轮应力状态差。倒挡双联齿轮同时与两个齿轮进入啮合；齿轮应力状态得到改善；能够获得较大的倒挡传动比；但两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析3、倒挡布置方案滑动二轴一档齿轮进行换挡，换档容易；换档的方向不同。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析3、倒挡布置方案中间轴上一、倒挡齿轮做成一体，齿宽加长；全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更轻便。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析3、倒挡布置方案——倒档轴位置与受力分析倒挡齿轮位于一二轴中心线右侧，倒挡轴受力较小；倒挡位置最好单独设置，便于挂倒挡。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析4、档位的布置方案倒挡齿轮应布置在靠近轴的支承处；齿轮作用力大，轴的变形大，齿轮啮合状态变差，磨损加快且工作噪声增加；按顺序布置各挡齿轮，既能保证轴的刚度，又便于装配；倒挡使用的少，常将一挡布置在最靠近轴的支承处；可以设置附加壳体，将一、倒挡布置在支承的两侧。高挡齿轮布置在支承中部区域较为合理；常用挡位的轮齿常因接触应力过高而造成表面点蚀损坏。轴变形的偏转角小，齿轮啮合状态较好，可以减少偏载。超速挡的传动比小于1，仅在好路或空载时使用；充分利用发动机功率，减少发动机转数，磨损小，燃料消耗低；与直接挡比较，传动效率低、工作噪声大。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析5、超速挡能够更充分地利用发动机功率，使汽车行驶1km所需发动机曲轴转数减少，有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗，但与直接当相比，会使传动效率降低、工作噪声增加。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析6、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件的制造精度第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案二、零部件结构方案分析1、齿轮形式形式特点斜齿直齿备注重合度大小工作噪声小大接触应力低高齿轮寿命长短轴向力有没有影响轴承寿命应用二档以上各档低档、倒档第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案二、零部件结构方案分析2、换挡机构形式形式特点直齿滑动齿轮啮合套换档同步器换档结构简单复杂最复杂轴向尺寸短居中长制造成本低较高高换档冲击有小没有换档噪声有小没有齿轮（啮合套）寿命短较短长换档时间长长短汽车加速性差较差好对换档技术要求高（熟练）高低第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案二、零部件结构方案分析3、自动脱档的原因及应对措施原因：接合齿磨损/变速器轴刚度不足/振动措施：使接合齿端部超过被接合齿约1~3mm，挤压磨损形成凸肩；将啮合套齿座齿厚切薄，齿后端面被齿座前端面顶住；将接合齿工作面加工成斜面，形成倒锥角；将接合齿的齿侧加工成台阶形状，也可以防止自动脱挡。第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案二、零部件结构方案分析4、变速器轴承要求：结构紧凑、尺寸小，否则布置困难；载荷变化大，工作时间长，要能承受高负荷，而且容量足够大；有些轴承还要能承受轴向力。安装位置轴承备注第一轴前端有密封圈的球轴承第一轴后端轴承外圈有挡圈的球轴承无保持架的圆柱滚子轴承轴向力第二轴前端圆柱滚子轴承滚针轴承第二轴后端轴承外圈有挡圈的球轴承轴向力中间轴前端圆柱滚子轴承中间轴后端外圈有挡圈的球轴承圆柱滚子轴承轴向力第三章机械式变速器设计汽车工程系第二节变速器传动机构布置方案二、零部件结构方案分析4、变速器轴承圆锥滚子轴承直径小、宽度大，负荷高，容量大；需要调整预紧度，装配麻烦，且磨损后轴易歪斜；不适合用在线膨胀系数较大的铝合金壳体上。滚针轴承摩擦损失小、传动效率高；径向配合间隙小、定位及运转精度高，有利于齿轮啮合；用于齿轮与轴有相对运动的地方；滑动轴套径向配合间隙大、易磨损；间隙增大，齿轮的定位和运转精度下降，工作噪声增加。制造容易、成本低。第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择一、挡数增加挡数，可以改善汽车的动力性、燃油经济性和平均车速；在传动比范围不变的条件下，挡数增加会使相邻挡位之间的传动比比值减小，使换挡容易；要求相邻挡位传动比比值在1.8以下，该值越小换挡越容易；高挡区相邻挡位之间的传动比比值，要比低挡区的小。但挡数增多，将使结构复杂，轮廓尺寸和质量加大，换挡频率增高将增加换挡难度。乘用车4~5个挡位，排量大用5挡；货车装载量2.0~3.5t（5挡），4.0~8.0t（6挡）；多挡变速器用于总质量大些的货车和越野汽车上。第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择二、传动比范围指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。最高挡传动比是1.0（直接挡）或0.7~0.8（超速挡）；最低挡传动比选取的影响因素有:汽车最大爬坡能力；驱动轮与路面间的附着力；主减速比；驱动轮的滚动半径；汽车的最低稳定行驶车速。传动比范围：乘用车：3.0~4.5；轻型商用车：5.0~8.0；其它商用车辆更大第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择三、中心距A是指中间轴与第二轴或（输入轴与输出轴）轴线之间的距离。中心距选取的影响因素：中心距小，则变速器的外形尺寸和质量小；但中心距越小，轮齿的接触应力越大；中心距小，布置轴承不方便，壳体强度差；中心距小，一挡小齿轮齿数可能过少；中心距过小，为保证强度会使变速器长度增加，影响轴的刚度和齿轮的啮合状态。应当在保证轮齿接触强度等设计要求的前提下，尽量取小。第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择三、中心距A中间轴式变速器中心距的确定根据经验公式初选中心距：KA为中心距系数（乘用车8.9~9.3；商用车8.6~9.6；多挡变速器=9.5~11.0）；Temax（N·m）；变速器传动效率ηg取96%。乘用车变速器中心距的确定可以根据发动机排量进行初选（图３－１６）。排量越大，中心距越大。中心距的范围（为了检测方便，中心距A最好取为整数）乘用车：65~80mm商用车：80~170mm；总质量小，则中心距也小。3max1AegAKTi（mm）第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择四、外形尺寸确定横向尺寸的影响因素：齿轮直径壳体壁厚及其与齿轮之间的间隙倒档齿轮的布置换档机构形式和尺寸轴向尺寸的影响因素：挡数：乘用车四挡（3.0~3.4）A；商用车四挡（2.2~2.7）A；五挡（2.7~3.0）A；六挡（3.2~3.5）A。换挡机构型式：选用同步器多时，取上限。第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择五、齿轮参数1.模数——选取的影响因素：m影响因素要求m(mn)备注制造工艺全部相同设计强度各档不同减少噪声减少m(mn)同时增加b减少质量增加m(mn)同时减少bm影响因素要求m(mn)备注制造工艺全部相同设计强度各档不同减少噪声减少m(mn)同时增加b减少质量增加m(mn)同时减少b第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择五、齿轮参数1.模数——选取的一般原则：对于轿车减少噪声有较大意义，应选用小模数；对于货车减少质量有较大意义，应选用大模数；低档齿轮用大模数，而高档选用小模数；应符合国家标准（GB/T1357—1987）的规定。接合齿模数选取的原则：从工艺方面考虑，同一变速器的接合齿模数相同。选取较小的模数可使齿数增多，有利于换挡。第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择五、齿轮参数1.模数——模数的选用范围（mm）模数车型齿轮啮合套微型、普通级2.25～2.75轿车中级轿车2.75～3.00中型3.5～4.52.0～3.5货车重型4.5～6.03.5～5.0模数车型齿轮啮合套微型、普通级2.25～2.75轿车中级轿车2.75～3.00中型3.5～4.52.0～3.5货车重型4.5～6.03.5～5.0第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择五、齿轮参数2.压力角α是指齿轮在啮合点所受正压力方向与该点速度方向所形成的锐角。压力角选取的影响因素：α影响因素要求α齿轮啮合重合度小传动平稳性小工作噪声小轮齿抗弯强度大轮齿表面接触强度大α影响因素要求α齿轮啮合重合度小传动平稳性小工作噪声小轮齿抗弯强度大轮齿表面接触强度大第三章机械式变速器设计汽车工程系第三节变速器主要参数的选择五、齿轮参数2.压力角α选取α的一般原则：轿车要加大重合度以降低噪声，因此应选用小压力角；货车要增大齿轮承载能力，因此