第三章变速器设计

1、 一、变速器的功用 v1.变速与变矩变速与变矩 汽车能倒退行驶、使发动机汽车能倒退行驶、使发动机 和传动系分离。和传动系分离。 改变变速器的传动比改变变速器的传动比不同的牵引力不同的牵引力 和速度、发动机在最有利工况内工作。和速度、发动机在最有利工况内工作。 v3.有动力输出有动力输出 v2.设置倒挡和空挡设置倒挡和空挡 二、基本要求 v1.性能要求性能要求 v3.操纵简单、方便、迅速、省力，缩短换挡时间，提高操纵简单、方便、迅速、省力，缩短换挡时间，提高 加速性能和动力性能加速性能和动力性能 v2.设置倒挡和空挡设置倒挡和空挡 正确选择变速器的挡位正确选择变速器的挡位 正确选择变速器的传动比

2、正确选择变速器的传动比 保证汽车有良好的动力性和经济性保证汽车有良好的动力性和经济性 影响效率的因素影响效率的因素 v4.传动效率要高，尽可能设置直接挡传动效率要高，尽可能设置直接挡 v5.变速器工作可靠、变速器工作可靠、 平稳、无噪声平稳、无噪声 v6.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 v8.制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长 v7.贯彻贯彻“三化三化”设计要求，遵守有关标准规定设计要求，遵守有关标准规定 1）传动方案）传动方案 两轴式两轴式 中间轴式中间轴式 3）润滑状况）润滑状况 变变速速器器传传动

3、动效效 率率：0 0. .9 96 6 0 0. .9 98 8 1）工作时无跳挡现象）工作时无跳挡现象 2）汽车行驶中无乱挡）汽车行驶中无乱挡 3）换挡时无冲击）换挡时无冲击 F发展方向： 机械操纵机构机械操纵机构自动、半自动和电子操纵自动、半自动和电子操纵 2）齿轮制造精度）齿轮制造精度 变变 速速 器 器 三三 挡挡 变变 速速 器 器 五五 挡挡 变变 速速 器 器 中中 间间 轴轴 式式 两两 轴轴 式 式 旋旋 转转 轴轴 式 式 固固 定定 轴轴 式 式 四四 挡挡 变变 速速 器 器 多多 挡挡 变变 速速 器 器 多多 中中 间间 轴轴 式 式 双双 中中 间间 轴轴 式 式

4、 一、分类： 1.两轴式变速器两轴式变速器 1）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。图方案有辅助支承，可提高轴的刚度，减少齿轮磨损和噪声。 2）倒挡传动常用滑动齿轮，）倒挡传动常用滑动齿轮，f图为常啮合齿轮；图为常啮合齿轮； 3）因为一挡主动齿轮尺寸小，同步器多装在输出轴上，高挡的）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（图同步器可以装在输入轴后端（图d、e）；）； 两轴式特点：两轴式特点： 除倒挡外，其他挡均用常啮合齿轮传动除倒挡外，其他挡均用常啮合齿轮传动 同步器多数装在输出轴上同步器多数装在输出轴上 输出轴与主减速器主动齿轮做成

5、一体，结构输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，结构 紧凑，操纵性好紧凑，操纵性好,汽车质量汽车质量(6%10%) 各前进挡均经各前进挡均经一对齿轮一对齿轮传递动力传递动力 只有两根轴只有两根轴 F两轴式与中间轴式比较：两轴式与中间轴式比较： 两轴式两轴式中间轴式中间轴式 结 构 简 单 复 杂 工作噪声 低 高 中间挡传递效率 高 低 传动比范围 小 大 直接挡 没 有 有 返 回 a、c方案：方案： 第二轴为三点支承；第二轴为三点支承； 有四对常啮合齿轮；有四对常啮合齿轮； 倒挡用直齿滑动齿轮换挡；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。方案能提高中间轴和第二轴刚度。 b方案

6、：方案： 第二轴为两点支承。第二轴为两点支承。 高挡用常啮合齿轮传动；高挡用常啮合齿轮传动； 一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡；一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡； 倒挡齿轮是双联齿轮。可获得较大倒挡齿轮是双联齿轮。可获得较大 的传动比的传动比 2、中间轴式变速器、中间轴式变速器四档四档 中间轴式变速器中间轴式变速器五档五档 中间轴式变速器中间轴式变速器六档六档 第一轴与第二轴的轴线处在同一直线上第一轴与第二轴的轴线处在同一直线上 除直接挡外，其余挡均经除直接挡外，其余挡均经两对齿轮传动两对齿轮传动 F 在中心距在中心距A A不大的条件下，传动比不大的条件下，传动比i i 可以可以 可布置直接挡可布置直接挡

7、 中间轴式特点：中间轴式特点： 中间轴式变速器中间轴式变速器总结总结 1）轴的支承形式不一样；）轴的支承形式不一样； 2）常啮合齿轮对数不一样，）常啮合齿轮对数不一样， 换档方式不一样；换档方式不一样； 3）倒档传动方案不一样；）倒档传动方案不一样； 4）档位布置位置顺序不一样。）档位布置位置顺序不一样。 啮合套啮合套同步器同步器 滑动齿轮换挡滑动齿轮换挡 v3.多轴式变速器多轴式变速器 4、倒挡布置方案、倒挡布置方案 1)滑动二轴一档齿轮进行换挡滑动二轴一档齿轮进行换挡,换档容易；换档容易； 2)换档的方向不同。右图符合换档习惯。换档的方向不同。右图符合换档习惯。 1）中间轴上一、倒挡齿轮做

8、成一体，）中间轴上一、倒挡齿轮做成一体， 齿宽加长齿宽加长 ； 2）全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡）全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡 更轻便。更轻便。 1) 倒挡齿轮同时与两个齿轮进入啮合；倒挡齿轮同时与两个齿轮进入啮合； 齿轮应力状态差。齿轮应力状态差。 2)倒挡双联齿轮同时与两个齿轮进入啮合；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；齿轮应力状态得到改善； 能够获得较大的倒挡传动比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。但两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。 5、倒挡位置与受力倒挡位置与受力 倒挡齿轮位于一二轴中心线倒挡齿轮位于一二轴中心线 右侧，倒

9、挡轴受力较小；右侧，倒挡轴受力较小； 6、ig 范围及挡数范围及挡数 ig : 轿车：（轿车：（45）挡）挡 货、大客：货、大客：1（5.08.0） 越野、牵引：越野、牵引：1（1020） 超速挡：超速挡：ig=0.70.8 挡挡 位位 数数: 行驶道路愈复杂，行驶道路愈复杂，比功率比功率愈小，愈小， 变速器传动比范围愈宽变速器传动比范围愈宽 轿车：轿车：1（3.04.5） 轻、中货：（轻、中货：（45）挡）挡 重、牵引车：重、牵引车：5挡挡 比功率比功率:汽车发动机汽车发动机最大功率最大功率 与与汽车总质量汽车总质量之比。对同类之比。对同类 型汽车而言，型汽车而言，比功率比功率越大，越大，

10、汽车的动力性越好。汽车的动力性越好。 7、档位的布置方案、档位的布置方案 倒挡齿轮应布置在靠近轴的支承处；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；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；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；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。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

11、合理；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。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。轴变形的偏转角小，齿轮啮合状态较好。 超速挡的传动比小于超速挡的传动比小于1，仅在好路或空载时使用；，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；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。与直接挡比较，传动效率低、工作噪声大。 二、零、部件结构方案分析 1.齿轮型式齿轮型式 2.换挡机构型式换挡机构型式 防止自动脱挡的结构措施

12、防止自动脱挡的结构措施 将接合齿座上前齿圈的齿厚切薄将接合齿座上前齿圈的齿厚切薄(0.30.6mm) 接合齿端磨损接合齿端磨损 轴的刚度不足轴的刚度不足 振动振动 采用较多采用较多 将啮合套齿做长一些或将啮合位置错开将啮合套齿做长一些或将啮合位置错开(13mm)F超越法超越法 a)越程接合越程接合 b)错位接合错位接合 c)齿厚减薄齿厚减薄 d)倒锥齿侧倒锥齿侧 e)台阶齿侧台阶齿侧 F切齿法切齿法 F斜面法斜面法 将接合齿齿面做成斜的将接合齿齿面做成斜的(23) v3.轴承的型式轴承的型式 2）第二轴：前端多采用第二轴：前端多采用滚针轴承滚针轴承或短圆柱滚子轴承；或短圆柱滚子轴承； 后端采用

13、后端采用带止动槽的带止动槽的向心球轴承向心球轴承 滚动轴承滚动轴承 1）第一轴：前轴承（装于飞轮内腔中）采用第一轴：前轴承（装于飞轮内腔中）采用向心球轴承向心球轴承； 后轴承为后轴承为外圈带止动槽的外圈带止动槽的向心球轴承向心球轴承 要求要求:后轴承座孔径应大于第一轴齿轮的齿顶圆直径后轴承座孔径应大于第一轴齿轮的齿顶圆直径 分类： 滑动轴套滑动轴套 3）中间轴：中间轴： 要求要求:中间轴的轴向力力求相互抵销，中间轴的轴向力力求相互抵销， 未抵销部分由后轴承承受未抵销部分由后轴承承受 前端多采用前端多采用向心短圆柱滚子轴承向心短圆柱滚子轴承； 后端采用后端采用带止动槽的带止动槽的向心球轴承向心球

14、轴承 旋转式旋转式 固定式固定式采用滚针轴承或圆柱滚子轴承支承采用滚针轴承或圆柱滚子轴承支承 连体齿轮（塔轮、宝塔齿轮）连体齿轮（塔轮、宝塔齿轮） 向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承、向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承、 滚针轴承、圆锥滚子轴承滚针轴承、圆锥滚子轴承 圆锥滚子轴承特点圆锥滚子轴承特点: 滚针轴承、滑动轴套滚针轴承、滑动轴套 主要用在齿轮与轴不是固定连接，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并要求两者有相对运动的地方 返 回 1) 直径小、宽度大，负荷高，容量大；直径小、宽度大，负荷高，容量大； 2) 需要调整预紧度，装配麻烦，且磨损后需要调整预紧度，装配麻烦，且磨

15、损后 轴易歪斜；轴易歪斜； 3) 不适合用在线膨胀系数较大的铝合金壳不适合用在线膨胀系数较大的铝合金壳 体上。体上。 一、挡数一、挡数 增加挡位数增加挡位数改善汽车的动力性和经济性改善汽车的动力性和经济性 挡位数愈多挡位数愈多结构愈复杂，尺寸结构愈复杂，尺寸、质量、质量 换挡频率换挡频率 轿车：（轿车：（45）挡）挡 轻、中货：（轻、中货：（45）挡）挡 重、牵引车：重、牵引车：5挡挡 二二、传动比范围传动比范围: : v传动比范围：传动比范围： 轿车：轿车：34.5 轻货：轻货：58 中、重货：中、重货：8 变速器最低挡传动比与最高挡传变速器最低挡传动比与最高挡传 动比的比值。动比的比值。

16、发动机参数、发动机参数、Vamax、使用条件、使用条件 返 回 v1. 初选A经验公式 F式中： 轿车：轿车：KA=8.99.3，6580mm 三、中心矩三、中心矩A 齿轮轮齿接触强度，齿轮寿命齿轮轮齿接触强度，齿轮寿命 变速器特征尺寸变速器特征尺寸 )( 3 1max mmiTKA geA A 变速器中心距（mm)； KA中心距系数 货车：货车：KA=8.69.6，80170mm 多挡变速器：多挡变速器：KA=9.511 Temax 发动机最大转矩（Nm)； i1 变速器一挡传动比； g 变速器传动效率，取g =0.96。 1）ma较小，路面较好，较小，路面较好，KA 取小值。取小值。 2）

17、保证传递）保证传递Temax、保证、保证 强度及强度及i1下，尽量减小下，尽量减小A值。值。 三、中心矩三、中心矩A 变速器外形尺寸、体积、质量变速器外形尺寸、体积、质量 四、外形尺寸四、外形尺寸 轿车：四挡：四挡：L=(3.03.4)A 货车： 四挡：四挡：L=(2.22.7)A 五挡：五挡：L=(2.73.0)A 六挡：六挡：L=(3.23.5)A 1)1)轴向尺寸轴向尺寸L L确定确定 (1) 齿轮直径 (2) 壳体壁厚及其与齿轮之间的间隙 (3) 倒档齿轮的布置 (4) 换档机构形式和尺寸 2)2)横向尺寸根据下列因素确定横向尺寸根据下列因素确定 v中间轴式变速器中间轴式变速器: 五、

18、轴的直径五、轴的直径 第二轴、中间轴中部直径第二轴、中间轴中部直径 A45.0 d 中部 21. 018. 0 L 18. 016. 0 L : : max d d d 第二轴： 中间轴 第一轴花键处直径（初选经验公式）第一轴花键处直径（初选经验公式） )( 3 max mmTKd e K经验系数，取K=44.6 F式中： 二轴二轴 中间轴中间轴 一轴一轴 1.模数的选取模数的选取 六、齿轮参数六、齿轮参数 影响因素：影响因素： 选取原则：选取原则： 齿轮强度（弯曲疲劳强度、最大载荷下静强度）齿轮强度（弯曲疲劳强度、最大载荷下静强度） 质量、传动噪声、工艺要求质量、传动噪声、工艺要求 减小模数

19、减小模数噪声噪声、质量、质量 工艺考虑工艺考虑一种模数一种模数 强度考虑强度考虑不同模数：低档位选大些模数不同模数：低档位选大些模数,齿轮强度。齿轮强度。 其他挡位选另一种模数其他挡位选另一种模数 v v m 模数选取的一般原则：模数选取的一般原则： 1)1)对于轿车减少噪声有较大意义，应选用小模数；对于轿车减少噪声有较大意义，应选用小模数； 2)2)对于货车减少质量有较大意义，应选用大模数；对于货车减少质量有较大意义，应选用大模数； 3)3)低档齿轮用大模数，而高档选用小模数；低档齿轮用大模数，而高档选用小模数； 4)4)应符合国家标准（应符合国家标准（GB/T13571987GB/T135

20、71987）的规定。）的规定。 接合齿模数选取的原则：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。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。选取较小的模数可使齿数增多，有利于换挡。 mn 2.压力角压力角 齿轮啮合重合度，传动平稳，噪声 轮齿抗弯强度，表面接触强度 F推荐： 轿车： 5 .16 ,16 ,15 ,5 .14 货车： 25 ,5 .22 接合齿（啮合套或同步器）： 30 1)1)轿车要加大重合度以降低噪声，因此应选用小压力角；轿车要加大重合度以降低噪声，因此应选用小压力角； 2)2)货车要增大齿轮承载能力，因此应

21、选用大压力角；货车要增大齿轮承载能力，因此应选用大压力角； 3)3)直齿轮直齿轮2828时强度最佳；斜齿轮时强度最佳；斜齿轮2525时强度最高。时强度最高。 v 选取选取的一般原则：的一般原则： 4)4)符合国家标准的要求。符合国家标准的要求。 齿轮齿轮=20 ，接合齿，接合齿=30。 3.斜齿轮螺旋角斜齿轮螺旋角 齿轮啮合重合度，工作平稳，噪声，齿轮 强度，表面接触强度 旋转方向应尽量使中间轴上的轴向力平衡 F要求： 1)1) 轿车变速器齿轮的螺旋角应大于货车的；轿车变速器齿轮的螺旋角应大于货车的； 2)2)大于大于3030时，轮齿抗弯强度下降，因此时，轮齿抗弯强度下降，因此, ,低档齿轮低

22、档齿轮应小些，应小些， 以以1515 2525为宜；为宜； 3)3)增大时，接触强度持续提高，因此增大时，接触强度持续提高，因此, ,高档齿轮高档齿轮应大些；应大些； 4)4)中间轴上的轴向力应尽量抵消，以减轻轴承负荷。中间轴上的轴向力应尽量抵消，以减轻轴承负荷。 螺旋角选取的一般原则：螺旋角选取的一般原则： v F斜齿轮螺旋角斜齿轮螺旋角的选择：的选择： 车型车型 范围范围 两轴式两轴式 20 0 25 0 轿轿 车车 中间轴式中间轴式 22 0 34 0 货货 车车18 0 26 0 轴向力平衡条件：轴向力平衡条件： 1 2 r1 r2 1 2 1R F 2R F 1a F 2a F 1n

23、 F 2n F 中中间间轴轴轴轴向向力力的的平平衡衡 T 222 111 : tgFF tgFF Na Na 由 a2a1 2211 FF 且要求： rFrFT NN 分度圆 分度圆 2 1 2 1 r r tg tg 中间轴上轴向力的平衡中间轴上轴向力的平衡 v 1)为了抵消中间轴上两对齿轮产生的轴向力，为了抵消中间轴上两对齿轮产生的轴向力， 以减少轴承负荷，提高轴承寿命，中间轴上以减少轴承负荷，提高轴承寿命，中间轴上 不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一样的；不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一样的； 2)为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时， 可将螺旋角设计成一样的

24、；可将螺旋角设计成一样的； 3)中间轴上全部齿轮一律取为右旋，第一、中间轴上全部齿轮一律取为右旋，第一、 第二轴上的斜齿轮应取为左旋；第二轴上的斜齿轮应取为左旋； 4.齿宽齿宽b b轮齿接触应力轮齿接触应力、弯曲应力、弯曲应力， 斜齿轮传动平稳性斜齿轮传动平稳性 影响因素 要求b 变速器的轴向尺寸 窄 变速器的质量 窄 轮齿磨损均匀性 窄 斜齿轮工作平稳性 宽 减小工作应力 宽 1)第一轴第一轴常啮合常啮合齿轮齿轮副的齿宽系数副的齿宽系数 可取可取大些大些，使接触线长度增加，使接触线长度增加， 接触应力降低，以提高传动平稳接触应力降低，以提高传动平稳 性和齿轮寿命；性和齿轮寿命； 2)若模数相

25、同，则若模数相同，则挡位低挡位低的的齿轮齿轮齿齿 宽系数可取的宽系数可取的稍大稍大一些。一些。 齿轮形式齿轮形式 b 齿宽系数齿宽系数 kc 直直 齿 齿 k cm 4.58.0 齿齿 轮 轮 斜斜 齿 齿 k c mn6.08.5 接合齿接合齿 （24）m 5.齿轮变位系数齿轮变位系数 (1)消除齿轮根切现象，提高抗弯强度；消除齿轮根切现象，提高抗弯强度； (2)配凑中心距配凑中心距A； 要求中间轴、第二轴上各对齿轮的中心距必须相同。要求中间轴、第二轴上各对齿轮的中心距必须相同。 在模数已确定的情况下，为满足传动比的需要，各对在模数已确定的情况下，为满足传动比的需要，各对 齿轮的中心距（齿数

26、和）可能不相同，所以要配凑中齿轮的中心距（齿数和）可能不相同，所以要配凑中 心距。心距。 1) 齿轮变位的目的齿轮变位的目的 高度变位高度变位: 齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。 可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮 强强 度相接近的程度。但不能同时增加一对齿轮的度相接近的程度。但不能同时增加一对齿轮的 强强 度，也很难降低噪声。度，也很难降低噪声。 (2) 角度变位角度变位: 齿轮副的变位系数之和不等于零。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

27、高度变位的优点，又避免了其缺点。 2) 齿轮变位的分类齿轮变位的分类 21 xxx+ c 总变位系数总变位系数 (3)改善接触强度，使传动平稳、耐磨损，并降低啮合噪声。改善接触强度，使传动平稳、耐磨损，并降低啮合噪声。 1）对齿数和多的齿轮副，采用标准齿轮传动或高度变位；）对齿数和多的齿轮副，采用标准齿轮传动或高度变位； 2）对齿数和少的齿轮副应该采用正角度变位；）对齿数和少的齿轮副应该采用正角度变位； 3）对高档齿轮，为保证接触应力低，应使变位系数和尽可能稍取大些；）对高档齿轮，为保证接触应力低，应使变位系数和尽可能稍取大些； 为减少传动噪声，变位系数和为减少传动噪声，变位系数和 c可以取得

28、少一些；可以取得少一些； 4）对低档齿轮，应从保证大、小轮齿危险断面齿厚相等条件来选）对低档齿轮，应从保证大、小轮齿危险断面齿厚相等条件来选 1和和 2，其中小齿轮的，其中小齿轮的 1 0， c可以取大些；可以取大些； 6）齿数少、有根切时应选取正变位修正。）齿数少、有根切时应选取正变位修正。 21 xxx+ c 总变位系数总变位系数 齿轮主要损坏形式：齿轮主要损坏形式： 高挡齿轮：高挡齿轮：提高接触强度、耐磨性、提高接触强度、耐磨性、低噪声（低噪声（ c均选用较小值）均选用较小值） 低挡齿轮：低挡齿轮：小齿轮主要损坏形式：齿根弯曲断裂小齿轮主要损坏形式：齿根弯曲断裂 保证弯曲强度保证弯曲强度

29、（档位愈低，档位愈低， c应该逐渐加大，以获得高强度应该逐渐加大，以获得高强度.） 齿面剥落：齿面剥落： 疲劳断裂：疲劳断裂： F推荐： 最高挡最高挡 一挡齿轮副：一挡齿轮副：c=0.20.2 F推荐： 小齿轮正变位，一挡齿轮副：小齿轮正变位，一挡齿轮副：c1.0 措施措施 措施措施 四挡变速器传动方案四挡变速器传动方案 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 ) 13( 8 7 1 2 1 z z z z i 1）先确定）先确定I I挡的齿数和挡的齿数和Zh hI zz+ 87 zz 和 2)(3 cos2 z 2 z h h n m A m A 斜齿： 直齿： F式

30、中：m 端面模数；且 z=d分度圆/m mn 法面模数；而 m=mn/cos 依据变速器的挡数、传动比和传动方案进行依据变速器的挡数、传动比和传动方案进行 七、各挡齿轮齿数的分配七、各挡齿轮齿数的分配 要求：要求：zh圆整圆整 原则：原则：i78较大，（较大，（Z8少些）；少些）； F推荐： 车型Z8 轿车 货车 1517 1217 2.修正中心距修正中心距A： 87 ZZZ h 步骤：步骤：zh圆整后圆整后A（取小数点后两位）（取小数点后两位） 3.确定常啮合传动齿轮的齿数确定常啮合传动齿轮的齿数 + ) 43( cos2 )( cos2 A ) 33( 21 7 8 1 1 2 zzmzm

31、 z z i z z nhn 及： 由： 2 1 Z Z 要求：要求： 1）z1、Z2圆整圆整 2）核算）核算i1 3）计算精确）计算精确值值 )( 3 1max mmiTKA geA 4.确定其他各挡的齿数确定其他各挡的齿数 当二挡为直齿轮、且模数与一挡相同时当二挡为直齿轮、且模数与一挡相同时 + )63( 2 )( A )53( z z z z 65 2 1 2 6 5 6 5 1 2 2 zzm z z i z z i 及： 由 6 5 Z Z 要求：要求： 1）z5、Z6 圆整 2）核算A值， 若有偏差，用 齿轮变位调整 当二挡为斜齿轮、螺旋角当二挡为斜齿轮、螺旋角6与常啮合齿轮的与常

32、啮合齿轮的2不同时不同时 + + + ）（轴向力相等： 及： 由 93 )1 ( tan tan )83( cos2 )( cos2 A )73( : 6 5 21 2 6 2 6 65 2 1 2 6 5 z z zz z zzmzm z z i z z nhn 6 6 5 Z Z 其他各挡齿轮的齿数用同此方法确定！其他各挡齿轮的齿数用同此方法确定！ 5.确定倒挡齿轮齿数确定倒挡齿轮齿数倒挡齿轮常选用相同的模数倒挡齿轮常选用相同的模数! 要求：要求： 倒挡齿轮的啮合不产生 运动干涉，齿轮8与9的 齿顶圆间隙0.5mm 齿轮齿轮9的齿顶圆直径的齿顶圆直径De9： 1)初选：初选：Z10=212

33、3 中间轴与倒挡轴的中心距中间轴与倒挡轴的中心距 )( 2 1 108 zzmA+ )103( 12 2 5 . 0 2 89 98 + ee ee DAD A DD 由： 2) 2) 由求得的由求得的D De e9 9，选择适，选择适 当的齿数和采用变位齿轮当的齿数和采用变位齿轮 使使D De e9 9符合（符合（3-103-10）。最）。最 后计算倒挡轴与第二轴的后计算倒挡轴与第二轴的 中心距中心距A”!A”! 齿顶圆直径：齿顶圆直径：De=Zm+2m（） 齿顶高系数齿顶高系数ha*=1.0 *a h n x + )( 2 1 97zzmA+ 一、齿轮的损坏形式 轮齿折断：冲击载荷轮齿折断

34、：冲击载荷弯曲折断；疲劳载荷弯曲折断；疲劳载荷裂断裂断 端部破坏：转速不同步端部破坏：转速不同步冲击载荷冲击载荷 点蚀：齿面相互啮合挤压点蚀：齿面相互啮合挤压 二、轮齿强度计算 1)直齿轮弯曲应力直齿轮弯曲应力w： )113( 1 ytb KKF f w F式中： F1 圆周力（N)： v1.轮齿弯曲强度计算轮齿弯曲强度计算 齿轮端部破坏齿轮端部破坏 齿面疲劳剥落齿面疲劳剥落(点蚀点蚀) 硬硬压碎压碎 F按接触强度计算按接触强度计算 轮齿折断轮齿折断脉动弯曲下，齿根疲劳折断脉动弯曲下，齿根疲劳折断 软软压溃变形压溃变形 短时过载短时过载 冲击过载冲击过载 下，齿根折断下，齿根折断 F按弯曲强度

35、计算按弯曲强度计算 F按弯曲强度计算按弯曲强度计算 y Zn,Z y齿型系数； b齿宽(mm)；b=Kcm t端面齿距端面齿距(mm) t =pm，m为模数(mm)； 当齿顶高系数相同、压力角 20 时，可按下式计算： y14.50.79y20；y17.50.89y20 y22.51.1y20 ；y251.23y20 K 应力集中系数：取K =1.65； Kf 摩擦力影响系数： 主动齿轮 Kf =1.1，从动齿轮Kf =0.90 d T F g 2 1 )(mN 计算载荷 节圆(分度圆)直径d=m z ；z齿数。 斜齿轮按当量齿数斜齿轮按当量齿数 Zn =Z /cos3 )113( 1 ytb

36、 KKF f w 2)斜齿轮弯曲应力斜齿轮弯曲应力w： )133( 1 btyK KF w F式中：F1 圆周力（N)： d T F g 2 1 )(mN计算载荷 K 应力集中系数：取K =1.5； K 重合度影响系数：K 2 d=mn z /cos； mn法面模数(mm)； z齿数； 斜齿轮螺旋角()。 y齿型系数； b齿宽(mm)；b=Kcmn ； t法面齿距(mm): t =pmn； w弯曲应力(N/mm2)，当Tg取作用到变速器第一轴上的最 大转距为Temax时，wI、R=400850 N/mm2,货车可取下限 12)(3 2 3 yzKm KKT c fg w p w弯曲应力(N/m

37、m2)，当Tg取作用到变速器第一轴上的 最大转距为Temax时，对轿车常啮合齿轮和高挡齿轮取w =180350 N/mm2，对货车可取w =100250 N/mm2。 )143( cos2 3 p KyKzm KT cn g w )153( ) 11 (418.0+ bz j b FE F式中： F 齿面上法向力(N)：F=F1/(coscos) d T F g 2 1 )(mN 计算载荷 E 材料的弹性模量(N/mm2) ； 节点处压力角() ； 斜齿轮螺旋角()。 b齿宽(mm)； F1 圆周力(N)： 齿轮接触应力齿轮接触应力: 当计算载荷按当计算载荷按Tg=Temax/2计算时，变速器

38、齿轮的计算时，变速器齿轮的 j见下表见下表 齿轮 j/(Nmm-2) 渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮 I、R挡齿轮190020009501000 常啮合和高挡齿轮13001400650700 Z、 b主、从动轮节点处的曲率半径主、从动轮节点处的曲率半径(mm): 22 cos/ )sin(cos/ )sin( sinsin bbzz bbzz rr rr ，斜齿轮： ，直齿轮： rz、rb主、从动齿轮节圆主、从动齿轮节圆(分度圆分度圆)半径半径(mm); 讨讨 论：论： r，r, , j，但但r则则A(A=rz+rb), 使体积使体积、质量、质量，故不宜加大，故不宜加大r。 材料：材料： 20CrM

39、nTi、20Mn2TiB、16MnCr5、20MnCr5、 25MnCr5 表面硬度：表面硬度：5863HRC3348HRC心部硬度：心部硬度： ) 11 (418. 0 bz j b FE + 三、轴的强度、刚度计算 v1.初选轴径初选轴径 变速器轴的变形简图变速器轴的变形简图 中间轴式变速器中间轴式变速器 第二轴、中间轴中部直径第二轴、中间轴中部直径Ad45. 0 第一轴花键处直径（初选经验公式）第一轴花键处直径（初选经验公式） 21.018.0 L 18.016.0 L : : max d d d 第二轴： 中间轴 )( 3 max mmTKd e K经验系数，取K=44.6F式中： 返

40、 回 v2.轴的强度验算轴的强度验算 1)强度验算强度验算 F注意： 计算各点支反力计算各点支反力 （从第二轴开始）（从第二轴开始） 挡位挡位所有各挡位均计算所有各挡位均计算 载荷载荷 取作用在第一轴上的载荷取作用在第一轴上的载荷Temax Z Y X O 周向力 径向力 轴向力 Z Y X O垂直面：垂直面： 径、轴向力径、轴向力支反力支反力Mc 水平面：水平面： 圆周力圆周力支反力支反力Ms 应力计算公式：应力计算公式： 采用第三强度理论采用第三强度理论 4 22 + 当量 F对圆轴： 三强：三强： W M W MMM nsc + + 2 222 22 4 当量 2 22 2 222 2

41、W MM W MM W M sc sc + + 2 2 2 2 2 2 22 4 W M W M W M nn n n 222 nsc MMMM+当量弯矩 3 32 d M W M p 应力为：应力为： 低挡时：低挡时： 400MPa400MPa F变速器轴材料： 采用与齿轮相同的材料制造，常用采用与齿轮相同的材料制造，常用18CrMnTi， 20Mn2TiB或或20MnVB； 第二轴常用第二轴常用40Cr F表面处理： 常用氰化或高频淬火常用氰化或高频淬火 返 回 弯矩弯矩 扭矩扭矩 3、轴的刚度验算、轴的刚度验算 要 求： 挠度：挠度： 转角：转角： mmfc10. 005. 0 mmfs

42、15. 010. 0 mmfff sc 20. 0 22 + 总 )( 02.0第二轴 e.g.1求挠度与转角求挠度与转角 F ab l A B C l Fb l Fa ab l Fab ab l ab P M 1 M a b 1 l b l a 2 M EIl bFa l ab l Fab b l ab l Fab a EI fc 3 3 2 2 1 3 2 2 1 1 22 + EIl abFab l b l Fab b l a l Fab a EI c 3 )( 3 2 2 1 3 2 2 1 1 + F式中：64 4 d I p I转动惯量 d轴径花键处取平均直径花键处取平均直径 挤压

43、挤压 ： v4.花键及平键的校核计算：花键及平键的校核计算： )( 2 0 MPa KZhLd T z F式中： K系数，取系数，取K=0.75 Z花键齿数花键齿数 T转矩：转矩：T=Temaxi h键齿高：键齿高：h=(D-d)/2 L键齿长（工作长度）键齿长（工作长度） dz键轴直径键轴直径:dz=(D+d)/2 MPa j 120100 许用应力：许用应力： 返 回 4 pp T dhl 花键花键 平键平键 MPa j 120100 许用应力：许用应力： d轴径轴径, h键的高度键的高度, l 键的工作长度键的工作长度 一、惯性式同步器一、惯性式同步器 1.主要元件：主要元件： 能实现迅

44、速、无噪声换挡，操纵轻便能实现迅速、无噪声换挡，操纵轻便 常压式、常压式、 惯性式、惯性增力式 惯性式、惯性增力式 避免啮合套端部受冲击损坏避免啮合套端部受冲击损坏 F特点：换挡时两换挡元件之间的角特点：换挡时两换挡元件之间的角 速度未完全相同时不允许换挡速度未完全相同时不允许换挡 用以使两个转速不同的元件经用以使两个转速不同的元件经 过摩擦的作用后达到转速相同过摩擦的作用后达到转速相同 摩擦元件摩擦元件 锁止元件锁止元件 弹性元件（定中元件）弹性元件（定中元件） 2.型式：型式： a) 锁销式锁销式 惯性式惯性式 零件数量少，摩擦锥面半零件数量少，摩擦锥面半 径大，转矩容量大径大，转矩容量大

45、 多用于中、重型货车多用于中、重型货车 同步转矩大，转矩容量较大，低同步转矩大，转矩容量较大，低 热负荷，可靠性好热负荷，可靠性好 工作可靠，零件耐用，但工作可靠，零件耐用，但 转矩容量不大转矩容量不大 多用于轿车、轻货多用于轿车、轻货 多用于重型车多用于重型车 b) 锁环式锁环式 c) 锁环式锁环式 d)多锥式多锥式 （Porsehe式） 自行增力式自行增力式 （Porsehe式）式） 摩擦力矩大，换档迅速方便，结摩擦力矩大，换档迅速方便，结 构简单，工作可靠，轴向尺寸短构简单，工作可靠，轴向尺寸短 多用于货车多用于货车 返回 二、同步器工作原理 滑动齿轮滑动齿轮 有无轴向有无轴向 移动移动

46、 摩擦摩擦 力矩力矩 两个摩擦锁止元件两个摩擦锁止元件 之间的角速度差之间的角速度差 锁止元件锁止元件 第一阶段第一阶段 (同步前锁止同步前锁止) 第二阶段第二阶段 (同步过程同步过程) 第三阶段第三阶段 (换挡过程换挡过程) 有有 从零从零 0 且最大且最大 从不起作用从不起作用 到开始工作到开始工作 没有没有 有有 0 经经t后后=0 工作工作,当当=0 时不锁止时不锁止 有有 (换挡换挡) 消失消失 =0不起作用不起作用 F（三个阶段）（三个阶段） 第一阶段：第一阶段：同步前锁止过程同步前锁止过程 第二阶段：第二阶段：同步过程同步过程 第三阶段：第三阶段：换挡过程换挡过程 （DwDw=0

47、=0瞬间同步瞬间同步） （DwDw=0=0时，摩擦力矩时，摩擦力矩=0=0，在轴向，在轴向 力作用下解除锁止，完成换挡力作用下解除锁止，完成换挡） 0 (同步器锁止条件的建立) 三、同步器计算 F R m M r J r w c J c w 同步器的计算模型 1.同步器摩擦力矩同步器摩擦力矩Mm： 动量矩定理动量矩定理0 mr M dt d J w )163( D t J M r m w 2.同步时摩擦力矩方程：同步时摩擦力矩方程： 作用载荷作用载荷 变速杆手柄上法向力：变速杆手柄上法向力： )( 100 )( 60 货车 轿车、大客车 N N Fs 作用在同步器齿套上的作用在同步器齿套上的

48、上力：上力： 结构上：结构上： )183( sin RfF M m 19)3( sin D t JrFfRw 17)(3 gssi FF F sin/F r 拔环力矩拔环力矩：M拨环拨环=F2r=Fr an 摩擦力矩摩擦力矩： F R M摩擦摩擦 M拨环拨环锁止条件锁止条件: : 同步后同步后:M摩擦摩擦=0 3.同步器锁止条件：同步器锁止条件： r锁止面平均半径锁止面平均半径 锁止面锁止角锁止面锁止角 sin/F F )183( sin RfF M m 同步器锁止条件同步器锁止条件 sin tan r fR F 影响因素：影响因素： 选用的材料，工作面的表面粗糙度，润滑油种类，温度选用的材料

49、，工作面的表面粗糙度，润滑油种类，温度 锰黄铜，铝黄铜，锡黄铜锰黄铜，铝黄铜，锡黄铜材料：材料： 接触面压强，摩擦因数 f 四、同步器主要参数的确定 1.摩擦因数摩擦因数f 2.同步环主要尺寸的确定同步环主要尺寸的确定 1）同步环锥面上的螺纹槽）同步环锥面上的螺纹槽 影响因素：影响因素： a)b) 保证保证f 的措施：的措施： ）个，（槽宽轴向泄油槽： 细牙螺纹槽 4mm386 2）锥面半锥角）锥面半锥角 ) sin ( RfF M m 讨论：讨论： 取 影响因素：影响因素：R，摩擦力矩，摩擦力矩 ，零件尺寸，零件尺寸 在可能的条件下，尽可能将在可能的条件下，尽可能将R取大些取大些 p摩擦面许

50、用压力摩擦面许用压力(MPa) 3.锁止角锁止角 4）锥面工作长度）锥面工作长度b 3）摩擦锥面平均半径）摩擦锥面平均半径R 作用：作用： 黄铜钢摩擦副： 常用常用262642 42 b，轴向尺寸，轴向尺寸，单位压力，单位压力，磨损，磨损影响因素：影响因素： 2 2 pfR M b m p R摩擦锥面平均半径摩擦锥面平均半径(mm) 保证只有在换挡的两个部分之间角速保证只有在换挡的两个部分之间角速 度差为零时才能进行换挡度差为零时才能进行换挡 影响因素：影响因素： 摩擦因数摩擦因数f，摩擦锥面平均半径，摩擦锥面平均半径R，锁止面平均，锁止面平均 半径和锥面半锥角半径和锥面半锥角 sin tan

51、 r fR 计算公式：计算公式： 计算公式：计算公式： 5.转动惯量的计算转动惯量的计算 4.同步时间同步时间t 输入端零件输入端零件 换挡作用力换挡作用力F，角速度差，结构尺寸，角速度差，结构尺寸 车型车型挡位挡位同步时间同步时间 货货车车 轿轿车车 高挡高挡0.150.3s 低挡低挡0.50.8s 高挡高挡0.30.8s 低挡低挡1.01.5s ) sin ( t JrFfRw D 参见： 影响因素：影响因素： 依靠同步器改变转速的零件依靠同步器改变转速的零件 1.第一轴及其上的离合器从动盘第一轴及其上的离合器从动盘 3.与中间轴上齿轮相啮合的第二轴上常啮合齿轮与中间轴上齿轮相啮合的第二轴

52、上常啮合齿轮 2.中间轴及齿轮中间轴及齿轮 步骤：步骤： Jr 返回 直接挡情况：直接挡情况： 其他挡情况：其他挡情况： )42(3 )( 22 b z r Z Z JiJJ Zz转换轴上的齿轮齿数；转换轴上的齿轮齿数； Zb被转换轴上的齿轮齿数被转换轴上的齿轮齿数 )253 ( 11 + znr JJJ J1第一轴及离合器从动盘转动惯量第一轴及离合器从动盘转动惯量 Jzn1转换到转换到第一轴上的中间轴的转动惯量和：第一轴上的中间轴的转动惯量和： 2 11 )( b z zzn Z Z JJ Jz1中间轴上的转动惯量和：中间轴上的转动惯量和： + 22 1 ) () ( b z t b z t

53、zz Z Z J Z Z JJJ Jz中间轴的转动惯量中间轴的转动惯量 J t 、 J” t 与中间轴齿轮常啮合第二轴上齿轮的转动惯量与中间轴齿轮常啮合第二轴上齿轮的转动惯量 2zntr JJJ+ Jt第二轴上某挡齿轮的转动惯量第二轴上某挡齿轮的转动惯量 Jzn2转换到转换到第二轴上的中间轴的转动惯量和：第二轴上的中间轴的转动惯量和： 2 22 )( b z zzn Z Z JJ Jz2中间轴上的转动惯量和：中间轴上的转动惯量和： + 222 2 ) () () ( b z t b z t b z tzz Z Z J Z Z J Z Z JJJ 返 回 一、操纵机构的功用和组成一、操纵机构的功用和组成 根据汽车使用条件的需要完成选挡、换挡或退到空挡。根据汽车使用条件的需要完成选挡、换挡或退到空挡。 由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及安全装置组成。由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及安全装置组成。 二、操纵机构的设计要求二、操纵机构的设计要求 换档只能挂入一个档位；换档只能挂入一个档位； 换档后保证齿轮在全齿长上啮合；换档后保证齿轮在全齿长上啮合； 防止自动脱档，自动挂档；防止自动脱档，自动挂档； 防止误挂倒档；防止误挂倒档； 换档轻便。换档轻便。 三、操纵机构分类三、操纵机构分类 直接操纵式直接操纵式 单轨式操纵机构减少了变速叉轴，各挡同用一组自锁装置，简单轨式