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文档简介
1、第三章第三章 机械式变速器设计机械式变速器设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 变速器传动机构布置方案变速器传动机构布置方案第三节第三节 主要参数的选择主要参数的选择第四节第四节 变速器的设计与计算变速器的设计与计算第五节第五节 同步器设计同步器设计第六节第六节 变速器操纵机构变速器操纵机构第七节第七节 变速器结构元件变速器结构元件回主目录回主目录第一节第一节 概述概述一、功用:一、功用:1、 改变汽车传动系的总传动比改变汽车传动系的总传动比i,变速变扭,使发动,变速变扭,使发动机在最有利的工况下工作,使汽车适应不同工况的机在最有利的工况下工作,使汽车适应不同工况的要求。要求。2、 实现倒驶
2、。实现倒驶。3、 实现空档、在滑行和停车时分离发动机和传动系。实现空档、在滑行和停车时分离发动机和传动系。4、需要时有动力输出功能。、需要时有动力输出功能。二、组成:二、组成: 主要由变速传动机构和操纵机构组成。主要由变速传动机构和操纵机构组成。 三、变速器设计应满足的基本要求变速器设计应满足的基本要求 1、保证汽车有必要的动力性,经济性。、保证汽车有必要的动力性,经济性。 2、设置空档,用来切断动力。、设置空档,用来切断动力。 3、设置倒档。、设置倒档。 4、设置动力输出装置。、设置动力输出装置。 5、换档迅速、省力、方便。、换档迅速、省力、方便。 6、工作可靠,无跳档、乱档和换档冲击现象。
3、、工作可靠,无跳档、乱档和换档冲击现象。 7、高。高。 8、工作噪声低。、工作噪声低。 9、尺寸小,质量小,成本低,维修方便。、尺寸小,质量小,成本低,维修方便。四、类型四、类型1、按换档方式分:、按换档方式分:1) 挂结式:移动齿轮、啮合套或同步器换档,简单,但有冲挂结式:移动齿轮、啮合套或同步器换档,简单,但有冲击,换档时需要切断动力。击,换档时需要切断动力。2) 摩擦式:利用摩擦元件(换档离合器、换档制动器)换档,摩擦式:利用摩擦元件(换档离合器、换档制动器)换档,操纵方便、无冲击,可不切断动力,但结构复杂,成本高。操纵方便、无冲击,可不切断动力,但结构复杂,成本高。2、按齿轮轮系来分:
4、、按齿轮轮系来分:1)固定轴式(定轴传动);)固定轴式(定轴传动);2)旋转轴式(行星传动),用于重型载重汽车的副变速器及液)旋转轴式(行星传动),用于重型载重汽车的副变速器及液力机械式变速器。力机械式变速器。3、按前进档数不同来分:、按前进档数不同来分: 有有3、4、5档及多档变速器。档及多档变速器。五、发展趋势五、发展趋势1、 加强设计工作的系列化,通用化。如在加强设计工作的系列化,通用化。如在4档变速器基础上,档变速器基础上,附加一个副箱体,使档数变成附加一个副箱体,使档数变成5档。档。 2、 操纵机构从手动向半自动、自动、电子操纵方向发展。操纵机构从手动向半自动、自动、电子操纵方向发展
5、。回目录回目录 第二节第二节 变速传动机构布置方案变速传动机构布置方案 一、传动机构分类一、传动机构分类分类依据 分 类 备 注 三 档 少 用 四 档 五 档 档 数 多 档 两轴式 用于前置前驱动 中间轴式 用于前置后驱动 双中间轴式 用于重型汽车 固定轴式 多中间轴式 用于重型汽车 轴的形式 旋转轴式 液力机械变速器 二、两轴式与中间轴式变速器二、两轴式与中间轴式变速器 形式 特点 两轴式 中间轴式 备 注 轴数 2 3 第一轴与输出轴 平 行 同一直线上 输出轴末端 主减速器齿轮 1 2 万向节 动力传递经过 一对齿轮 两对齿轮 结构方面 直接档 没 有* 有 结 构 简 单 复 杂
6、噪 声 低 高 中间档传动效率 高 低 传动比范围 小(3.04.5) 大(78) 1 横置用圆柱齿轮 2 纵置用圆锥齿轮, 双曲面齿轮 直接档除外 *没有直接档,在高档工作的齿轮、 轴承承载 三、档数三、档数aVv档数的选择档数的选择要求相邻档位之间的传动比比值在要求相邻档位之间的传动比比值在1.81.8以下,且高档区以下,且高档区要比低档区的小,以使换档容易。要比低档区的小,以使换档容易。四、两轴式和中间轴式变速器的主要区别四、两轴式和中间轴式变速器的主要区别 1、档数相同条件下主要区别有四点:、档数相同条件下主要区别有四点: 1)、常啮合齿轮对数不一样,高档用常啮合,低)、常啮合齿轮对数
7、不一样,高档用常啮合,低档可用可不用。档可用可不用。 2)、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。 方案 区别 a) b) c) 常啮合齿轮对数 4 4 3 换档方式 4 同步器 3 同步器, 1 滑动齿轮 倒 档 滑动齿轮 双联滑动齿轮 档位布置位置顺序 4、3、2、1、倒 4、 3、 2、 倒、1 4、3、2、1(倒) 中间轴式四档变速器传动方案比较中间轴式四档变速器传动方案比较 2、换档方式、换档方式 采用常啮合齿轮传动的档位,可以用同步器或啮合采用常啮合齿轮传动的档位,可以用同
8、步器或啮合套换档,或者对同一变速器,两种方式都用,此时,档位套换档,或者对同一变速器,两种方式都用,此时,档位高的用同步器换档,档位低的用啮合套换档。高的用同步器换档,档位低的用啮合套换档。 3、倒档、倒档 1)使用特点:)使用特点: (1) 次数少次数少 (2) 时间短时间短 (3) 停车换倒档停车换倒档 2)常见换倒档方式:)常见换倒档方式: (1) 直齿滑动齿轮直齿滑动齿轮用得多用得多 (2) 同步器同步器用的少用的少 倒档 传动方案 举例 特点 中间传动齿轮 联体齿轮 结 构 简 单 复 杂 中间传动齿轮受力 正负交变应力 单向应力 传动比 小 大 换 档 困 难 34)倒档轴位置与受
9、力分析)倒档轴位置与受力分析倒档齿轮(轴)位于变速倒档齿轮(轴)位于变速器左侧受力如器左侧受力如a)图所示。图所示。倒档齿轮(轴)位于变速倒档齿轮(轴)位于变速器右侧受力如器右侧受力如b)图所示。图所示。 经比较可知:经比较可知:a)图所示图所示方案倒档轴受力较大,所方案倒档轴受力较大,所以用的相对少些。以用的相对少些。5)、档位布置位置的顺序)、档位布置位置的顺序 应当考虑下列因素:应当考虑下列因素:(1)高档用的多,轮齿会因接触应力高而出现表面)高档用的多,轮齿会因接触应力高而出现表面点蚀损坏。所以,应该将高档布置在齿轮偏转角较点蚀损坏。所以,应该将高档布置在齿轮偏转角较小处,以保证有较好
10、的啮合状态。偏转角较小处应小处,以保证有较好的啮合状态。偏转角较小处应该在轴支承的中部。该在轴支承的中部。(2)低档速比大,齿轮上的作用力大,为使轴的变)低档速比大,齿轮上的作用力大,为使轴的变形小些,应当将低档布置在后支承处。形小些,应当将低档布置在后支承处。五、零、部件结构方案分析五、零、部件结构方案分析 1、齿轮形式、齿轮形式 形式 特点 斜 齿 直 齿 备 注 轴向力 有 没有 影响轴承寿命 接触应力 低 高 齿轮寿命 长 短 重合度 大 小 工作噪声 小 大 应 用 二档以上各档 低档、倒档 2、换档机构形式、换档机构形式形式 特点 直齿滑动齿轮 啮合套换档 同步器换档 换档冲击 有
11、 没有 换档噪声 有 没有 齿轮 (啮合套) 寿命 短 长 换档时间 长 短 加速性(汽车) 结 构 简单 复杂 最复杂 对换档技术要求 高(熟练) 低 轴向尺寸 短 居中 长 3、防止自动脱档的措施、防止自动脱档的措施 自动脱档是变速器的主要故障之一,为了解决此问题,自动脱档是变速器的主要故障之一,为了解决此问题,除了在操纵机构上采用锁定机构、互锁机构和联锁机构外,除了在操纵机构上采用锁定机构、互锁机构和联锁机构外,还在齿轮结构上采取如下比较有效的方案:还在齿轮结构上采取如下比较有效的方案: 1)将两接合齿的啮合位置错开如图)将两接合齿的啮合位置错开如图Fig.3-9,使接合,使接合齿的端部
12、超过被接合齿齿的端部超过被接合齿13mm,因挤压和磨损在端部形,因挤压和磨损在端部形成凸肩,可阻止接合齿自动脱开;成凸肩,可阻止接合齿自动脱开; 2)将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄(切下)将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄(切下0.30.6 mm),换档后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住,从,换档后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住,从而减少自动脱档,如而减少自动脱档,如Fig.3.10。 3)将啮合齿的工作面加工成锥面形成倒锥角(一般)将啮合齿的工作面加工成锥面形成倒锥角(一般2030)使接合齿产生阻止自动脱档的轴向力如图)使接合齿产生阻止自动脱档的轴向力如图Fig.3-11。4、轴承、轴承
13、1)变速器轴承的工作特点)变速器轴承的工作特点 (1)因为变速器结构紧凑,尺寸小,使用中载荷)因为变速器结构紧凑,尺寸小,使用中载荷是变化的,而且变化范围大,工作时间长,所以要求是变化的,而且变化范围大,工作时间长,所以要求选用的轴承既要直径尺寸小,又要能承受比较高的负选用的轴承既要直径尺寸小,又要能承受比较高的负荷,而且容量要足够大。荷,而且容量要足够大。 (2)能承受径向力,有些部位还有轴向力作用。)能承受径向力,有些部位还有轴向力作用。 (3)轴承直径受中心距影响,对壳体后壁处、两)轴承直径受中心距影响,对壳体后壁处、两轴承孔之间剩余壁厚尺寸不小于轴承孔之间剩余壁厚尺寸不小于620mm。
14、 2)变速器常用轴承形式)变速器常用轴承形式 例:中间轴式变速器例:中间轴式变速器 形式 采用的部位 承载特点 备 注 第二轴前支承 径向力 第一轴内腔尺寸应足够大 圆 柱 滚 子 轴承 中间轴前或后支承 径向力 第一轴后支承 径+轴 外圈有挡圈 第一轴前支承 径 第二轴后支承 径+轴 球轴承 中间轴支承 径+轴 形式 采用的部位 承载特点 备 注 圆锥滚子轴承 中间轴支承 径+轴 第一轴前端支承 径 第二轴前端支承 径 倒档轴与齿轮之间 径 滚针轴承及 滑动轴套 齿轮内孔与轴之间 回目录回目录 第三节第三节 主要参数的选择主要参数的选择 一、挡数一、挡数 有增加的趋势。有增加的趋势。1、轿车
15、:、轿车:45个挡,级别高的轿车用个挡,级别高的轿车用5个挡。个挡。2、货车:、货车:56个挡或多挡:个挡或多挡: 23t货车常用货车常用5个挡;个挡; 48t货车货车6个挡。个挡。3、重型货车和越野车用多挡、重型货车和越野车用多挡 6个;相邻挡传动比个;相邻挡传动比 1.8,且高档比低档小(因高挡使用频繁)。,且高档比低档小(因高挡使用频繁)。二、传动比范围二、传动比范围 是指最低档传动比与最高挡传动比之比。与发动机是指最低档传动比与最高挡传动比之比。与发动机参数、参数、Vemax、使用条件有关。、使用条件有关。1、轿车:、轿车:34; 2、货车:、货车:56。三、中心距三、中心距A A指二
16、轴与中间轴中心线之间的距离。指二轴与中间轴中心线之间的距离。 1、影响中心距的因素、影响中心距的因素 A 影响因素 要求A 备 注 变速器外形尺寸 小 变速器体积 小 变速器质量 小 轮齿接触应力 大* 齿轮寿命 大* 布置轴承的可能性 大* *Amin值应由充分能保证此三项来决定 一档主动齿轮齿数 大 31gemxAiTKAA、初步计算2 参数 车型 中心距系数KA A的范围 mm 轿 车 8.99.3 6580 货 车 8.69.6 80170 多档变速器 9.511.0 mm%96g四、外形尺寸四、外形尺寸 1、横向尺寸、横向尺寸 影响横向尺寸的因素有:影响横向尺寸的因素有: 1)齿轮直
17、径)齿轮直径 2)倒档齿轮直径)倒档齿轮直径 3)壳体壁厚及其与齿轮之间的间隙)壳体壁厚及其与齿轮之间的间隙 4)换档机构尺寸)换档机构尺寸 2、轴向尺寸(壳体)、轴向尺寸(壳体) 可由中心距可由中心距A近似估算。近似估算。 参数 车型 档数 轴向尺寸 备 注 轿 车 4 (3.03.4)A 常啮合齿轮对数多; 4 (2.22.7)A 5 (2.73.0)A 货 车 6 (3.23.5)A 同步器用的多系数应取上限,A应取整数,便于检测 五、轴的直径五、轴的直径 1、工作特点、工作特点 传递转矩,承受轴向力、径向力、结果轴会产生弯传递转矩,承受轴向力、径向力、结果轴会产生弯曲变形,破坏轮齿的正
18、确啮合,导致磨损曲变形,破坏轮齿的正确啮合,导致磨损,噪声,噪声,寿命寿命。 因此,因此,要求:要求: 轴有足够的刚度和强度。轴有足够的刚度和强度。 2、轴直径的初步确定、轴直径的初步确定 如中间轴式变速器,各轴直径可按下表提供的数据初如中间轴式变速器,各轴直径可按下表提供的数据初定。定。 参数 轴 中部直径 d dmax/L 第一轴花键 d 备注 第二轴 0.180.21 中间轴 0.45A 0.160.18 第一轴 K=4.04.6 3emxTK 六、齿轮参数六、齿轮参数 1、模数、模数 1)选取)选取m(mn)的主要影响因素的主要影响因素 m 影响因素 要 求 m(mn) 备 注 制造工
19、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 2)选取)选取m(mn)应遵守的原则应遵守的原则(1)轿车减少噪声有较大意义,应选用小)轿车减少噪声有较大意义,应选用小m(mn);(2)货车减少质量有较大意义,)货车减少质量有较大意义,应选用大应选用大m(mn);(3)低档齿轮选用大低档齿轮选用大m(mn),增加轮齿强度;,增加轮齿强度;(4)4)高档选用小些的高档选用小些的m(mn);(5) 符合国标符合国标GB1357GB13578787的规定。的规定。、范围3 模数 车型 模 数 啮合套m 备 注 微型、普通级 2.2
20、52.75 轿车 中级轿车 2.753.00 中 型 3.54.5 2.03.0 货车 重 型 4.56.0 3.55.0 2、压力角、压力角 1)影响)影响选取选取的主要因素的主要因素 影响因素 要求 备 注 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 2)选取)选取应遵守的原则应遵守的原则 (1 1)轿车要加大重合度,降低噪声,应选用小些)轿车要加大重合度,降低噪声,应选用小些,轿车高挡齿轮用轿车高挡齿轮用14.514.50 0、15150 0、16160 0、16.516.50 0。 (2)货车增大齿轮承载能力更重要,应选用大些货车增大齿轮承
21、载能力更重要,应选用大些,常采用常采用22.522.50 0、25250 0。 (3)符合国家标准符合国家标准 3)实际应用的实际应用的 国家规定齿轮压力角:国家规定齿轮压力角:=20=200 0 啮合套接合齿啮合套接合齿=30=300 0 3 3、螺旋角、螺旋角 1 1)影响选取)影响选取的因素的因素 影响因素 要求 备 注 齿轮啮合重合度 大 传动平稳性 大 工作噪声 大 轴向力 小 轮齿强度 大 2 2)选取选取应遵守的原则应遵守的原则 (1 1)轿车变速器齿轮的)轿车变速器齿轮的货车齿轮货车齿轮; (2)30300 0时,抗弯强度时,抗弯强度,低档齿轮不宜选低档齿轮不宜选用大的用大的;
22、 (3)30300 0时,接触强度继续时,接触强度继续,高档齿轮应高档齿轮应选用大些的选用大些的; (4)中间轴上有两齿轮同时工作,应力求使它们产生中间轴上有两齿轮同时工作,应力求使它们产生的轴向力抵消,以减轻轴承负荷。的轴向力抵消,以减轻轴承负荷。如下图:如下图:111tgFFna222tgFFna22n11nrFrFT2121rrtgtg上式为中间轴上,两斜齿齿轮轴向力平衡应满足的条件。上式为中间轴上,两斜齿齿轮轴向力平衡应满足的条件。 当中间轴的轴向力不大时,可将中间轴上的全部斜齿当中间轴的轴向力不大时,可将中间轴上的全部斜齿轮的螺旋方向应一律做成右旋,第一、二轴上的斜齿轮取轮的螺旋方向
23、应一律做成右旋,第一、二轴上的斜齿轮取左旋,其轴向力经轴承盖由壳体承受。左旋,其轴向力经轴承盖由壳体承受。 一、倒档为直齿时,中间轴上的轴向力无法抵消,但一、倒档为直齿时,中间轴上的轴向力无法抵消,但其使用少。此时,二轴无轴向力作用。其使用少。此时,二轴无轴向力作用。 3)选用范围)选用范围 车型 范围 备 注 两轴式 200250 轿车 中间轴式 220340 货 车 180260 4、齿宽、齿宽b 1)影响)影响b的选取因素的选取因素 b 影响因素 要求 b 备 注 变速器的轴向尺寸 窄 变速器的质量 窄 斜齿轮工作平稳性 宽 减小工作应力 宽 轮齿磨损均匀性 窄 因轴变形, 齿倾斜后产生
24、受力不均匀, 导致磨损不均匀 btyKKFfw1 影响斜齿轮工作平稳性的因素有:影响斜齿轮工作平稳性的因素有: 1 1、齿轮宽度,越宽,平稳性、齿轮宽度,越宽,平稳性 2 2、螺旋角、螺旋角,平稳性,平稳性 3、压力角压力角,小,平稳性小,平稳性 =20 =200 0,主要影响因素是主要影响因素是1 1和和2 2。用。用的方法的方法来弥补来弥补b b减小的不足,虽然可行,但轴向力减小的不足,虽然可行,但轴向力,轴,轴承寿命承寿命 2 2)b b的取值范围的取值范围 b 齿轮形式 b 齿宽系数Kc 直 齿 Kcm 4.58.0 齿轮 斜 齿 kcmn 6.08.5 接合齿 (24)m 5、齿轮变
25、位系数的选取原则、齿轮变位系数的选取原则1)齿轮变位的目的:)齿轮变位的目的: (1)避免齿轮根切和干涉;)避免齿轮根切和干涉; (2)配凑中心距)配凑中心距A; (3)改善啮合条件,提高轮齿强度。)改善啮合条件,提高轮齿强度。 要求中间轴、第二轴上各对齿轮的要求中间轴、第二轴上各对齿轮的A必须相同,必须相同,若若mn相同,则各对齿轮的齿数和也相同。常常因为相同,则各对齿轮的齿数和也相同。常常因为满足传动比的需要,引发各对齿轮的齿数和不相同,满足传动比的需要,引发各对齿轮的齿数和不相同,所以要进行齿轮变位保证所以要进行齿轮变位保证A相同。相同。 2)齿轮变位的分类)齿轮变位的分类注:当实际中心
26、距等于已定中心距时选用高度变位;注:当实际中心距等于已定中心距时选用高度变位; 当实际中心距与已定中心距不等时选取角度变位。当实际中心距与已定中心距不等时选取角度变位。 3)选取变位系数应遵守的原则)选取变位系数应遵守的原则 主要按提高接触强度、弯曲强度和耐磨性来选择和分配。主要按提高接触强度、弯曲强度和耐磨性来选择和分配。 (1)对)对Zh=(Z1+Z2)多的齿轮副,若采用标准齿轮传动多的齿轮副,若采用标准齿轮传动或高度变位时,则对或高度变位时,则对Zh少的齿轮副应该采用正角度变位。少的齿轮副应该采用正角度变位。这是因为这是因为角度变位能获得良好的啮合特性及传动质量指角度变位能获得良好的啮合
27、特性及传动质量指标。标。 (2 2)对高档齿轮,)对高档齿轮,其主要破坏形式是齿面疲劳剥落,其主要破坏形式是齿面疲劳剥落,应按保证最大接触强度和耐磨损最有利的原则选择变位应按保证最大接触强度和耐磨损最有利的原则选择变位系数。系数。应使之应使之cc尽可能取大些,以使尽可能取大些,以使j j降低(降低(cc,则齿廓曲率半径则齿廓曲率半径z z、b b)。)。 (3)对低档齿轮,应从保证大、小轮齿危险断面齿厚对低档齿轮,应从保证大、小轮齿危险断面齿厚相等条件来选相等条件来选1 1和和2 2,其中小齿轮的,其中小齿轮的1 100。 (4)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
28、正。4 4)实际应用结果)实际应用结果 (1 1)除倒挡、低档(一、二挡)以外各挡的)除倒挡、低档(一、二挡)以外各挡的cc,均选,均选用较小值,以利获得低噪声传动。用较小值,以利获得低噪声传动。 如:最高挡及一轴齿轮副的如:最高挡及一轴齿轮副的cc约在约在-0.2-0.20.20.2 (2 2)挡位愈低,)挡位愈低,cc也应该逐渐加大,以获得高强度。也应该逐渐加大,以获得高强度。 如:一挡齿轮的如:一挡齿轮的cc可在可在1.01.0以上。以上。七、各档齿轮齿数的分配七、各档齿轮齿数的分配 1 1、确定一档齿轮的齿数、确定一档齿轮的齿数 已知:已知:i ig g、A A、m(mm(mn n)
29、)、 i1= (1) 首先计算首先计算 Zh=Z7+Z8 取整数取整数 其次分配其次分配 Z7、Z8。8172ZZZZ斜齿直齿nhhmAZmAZcos22 1) 考虑到考虑到Z8减减小,则小,则Z7/Z8比值增大,在比值增大,在i1已定的已定的条件下,条件下,Z2/Z1就小,于是就小,于是Z1可多取些齿,便于在可多取些齿,便于在Z1内装第二轴的前支承轴承,并使齿轮轮辐有足够的厚内装第二轴的前支承轴承,并使齿轮轮辐有足够的厚度。度。 2) 要求要求Z1齿轮的外径齿轮的外径 低档区低档区油中工作,使油中工作,使ff要求换档时间尽可能短要求换档时间尽可能短v 综上所述,得到如下结论:综上所述,得到如
30、下结论: 同步器工作条件繁重,要求摩擦元件耐磨,有足够的寿命;同步器工作条件繁重,要求摩擦元件耐磨,有足够的寿命; 为得到较大的摩擦力矩,又要求摩擦元件有较大的摩擦因数为得到较大的摩擦力矩,又要求摩擦元件有较大的摩擦因数f f。2 2)影响)影响f f的因素的因素 材料;材料; 工作表面粗糙度;工作表面粗糙度; 润滑油种类;润滑油种类; 润滑油的工作温度。润滑油的工作温度。v 材料:材料:齿轮摩擦锥面上的材料与齿轮材料相同,要求该锥面上的表面粗齿轮摩擦锥面上的材料与齿轮材料相同,要求该锥面上的表面粗糙度要高,保证使用中糙度要高,保证使用中f f变化小,并防止损坏同步环锥面;变化小,并防止损坏同
31、步环锥面;同步环材料有黄铜合金,如锰黄铜、铝黄铜、锡黄铜同步环材料有黄铜合金,如锰黄铜、铝黄铜、锡黄铜 。钢环基体同步环锥面上球墨铸铁同步环锥面上钢质同步环锥面上12. 007. 05 . 03 . 05 . 03 . 0厚厚厚喷钼在1.0f设计时取2 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 同步环锥面上设计有用来破坏油膜的细牙螺纹槽和与螺纹槽垂直同步环锥面上设计有用来破坏油膜的细牙螺纹槽和与螺纹槽垂直的泄油槽,目的是增大的泄油槽,目的是增大f f 保证换档省力,或缩短换档时间。保证换档省力,或缩短换档时间。 如图螺纹槽有四个尺寸,其中主要尺
32、寸是螺距和槽的宽度。如图螺纹槽有四个尺寸,其中主要尺寸是螺距和槽的宽度。 设计时如果取较小的螺距和较宽的槽,结果如下:设计时如果取较小的螺距和较宽的槽,结果如下: 1 1、螺线的顶部尺寸(图中尺寸、螺线的顶部尺寸(图中尺寸0.600.750.600.75或或0.450.700.450.70)小(窄)小(窄)刮油效果好刮油效果好刮下来的刮下来的油存于槽内油存于槽内ff 2 2 、 接 触 面 面 积 减 小、 接 触 面 面 积 减 小 压 强压 强 磨 损 速 度磨 损 速 度ff换档费力换档费力 图图a)a)尺寸适用于轻、中型汽车,尺寸适用于轻、中型汽车, 图图b)b)尺寸适用于重型汽车尺寸
33、适用于重型汽车 轴向泄油槽数轴向泄油槽数6 61212个个 槽宽槽宽3 34mm4mm2)锥面半锥角锥面半锥角(1) 影响影响的选取因素有:的选取因素有: 1 摩擦力矩;摩擦力矩; 越小,摩擦力矩越大;越小,摩擦力矩越大; 2 摩擦锥面自锁;摩擦锥面自锁; 越小,摩擦锥面容易自锁,要求越小,摩擦锥面容易自锁,要求tgf。(2) 的取值范围的取值范围 =6=60 08 80 0,最好取,最好取7 70 08 80 0 3)摩擦锥面平均半径摩擦锥面平均半径R R (1) 影响影响R R的选取因素有:的选取因素有: 摩擦力矩摩擦力矩Mm ,R越大,越大,Mm越大,故越大,故R宜取大些。宜取大些。 结
34、构限制,结构限制,R不宜取大。不宜取大。 (2) 选取选取R的原则:的原则: 在结构允许的条件下,在结构允许的条件下,R尽可能取大些。尽可能取大些。 4)锥面工作长度)锥面工作长度b(1)影响)影响b的选取因素有:的选取因素有: 1) b值越小,变速器轴向尺寸缩短,质量值越小,变速器轴向尺寸缩短,质量 2) b值小,工作面积值小,工作面积,单位压力,单位压力,磨损,磨损。 (2)计算确定计算确定b b Mm摩擦力矩摩擦力矩 p摩擦面的许用压力,摩擦面的许用压力,p1.01.5Mpa 式中没有考虑螺纹槽的影响。因螺纹槽的存在会减少部分摩式中没有考虑螺纹槽的影响。因螺纹槽的存在会减少部分摩擦面积。
35、擦面积。分析:分析: 1)p、f设计中变化不大,设计中变化不大,Mm的设计要求值不可以增加或减少的设计要求值不可以增加或减少 2)b1/R1/R2 2 ,R R,则,则bb2mpfR2Mb5 5)同步环厚度)同步环厚度(1) 影响同步环径向厚度的因素影响同步环径向厚度的因素 I 结构布置限制:结构布置限制:A A、R R等等 II 同步环的强度要求足够大同步环的强度要求足够大(2)同步环材料同步环材料 I 锰黄铜,锻造同步环可锰黄铜,锻造同步环可材料屈服强度,疲劳寿命,材料屈服强度,疲劳寿命,适用于轿车;适用于轿车; II 铝黄铜,铸造;铝黄铜,铸造; III 钢质或球墨铸铁同步环锥面上喷镀钼
36、,钢质或球墨铸铁同步环锥面上喷镀钼, 耐磨性耐磨性强度,寿命是铜环的强度,寿命是铜环的2 23 3倍。倍。3 3、锁止角、锁止角(1) 影响锁止角影响锁止角的选取因素的选取因素 I f f II R R III 锁止面平均半径锁止面平均半径r r IV 锥面半锥角锥面半锥角(2) 的取值范围的取值范围 26260 042420 0rsin fRarctan 由同步器的锁止条件得:由同步器的锁止条件得:4、同步时间同步时间t t 1) ) 要求同步时间越短越好要求同步时间越短越好2) )影响影响t t的因素的因素 ( (1) ) 同步器结构尺寸同步器结构尺寸 ( (2) )转动惯量转动惯量 (
37、(3) )变速器输入轴、输出变速器输入轴、输出 轴角速度差轴角速度差 ( (4) )作用到摩擦锥面上的作用到摩擦锥面上的 轴向力大小轴向力大小3) t) t的取值范围的取值范围 如右图如右图车 型档位t (s)轿 车高档区低档区0.150.300.500.80货 车高档区低档区0.300.801.001.50RfFJtrsin六、同步器的计算六、同步器的计算 1、计算内容、计算内容 1) 确定摩擦锥面半锥角确定摩擦锥面半锥角 2) 确定锁止面锁止角确定锁止面锁止角 3) 计算计算Mm 4) 计算计算t 2、工作原理工作原理 能可靠地保证只在同步状态下实现换档。只要啮合套能可靠地保证只在同步状态
38、下实现换档。只要啮合套和换档齿轮之间存在转速差,锁止元件就阻止啮合套进和换档齿轮之间存在转速差,锁止元件就阻止啮合套进一步移动。只有在转速差为零时,摩擦锥面的摩擦力矩一步移动。只有在转速差为零时,摩擦锥面的摩擦力矩消失,载荷卸除,在换档手力的作用下啮合套进一步移消失,载荷卸除,在换档手力的作用下啮合套进一步移动实现换档。动实现换档。1)力学模型)力学模型v 需要的摩擦力矩需要的摩擦力矩Mm(Mm1) 按换档时通过摩擦锥面上的摩擦作用,使被同步的两连接元按换档时通过摩擦锥面上的摩擦作用,使被同步的两连接元件角速度达到相同,此时所需要的摩擦力矩件角速度达到相同,此时所需要的摩擦力矩Mm用下式计算:
39、用下式计算: tJtJMabrrm)(1)ii(t1Jke1ker)i1i1(tJk1kerJr离合器从动盘、第一轴和与第二轴离合器从动盘、第一轴和与第二轴 常啮合齿轮连接在一起转动的齿轮常啮合齿轮连接在一起转动的齿轮 的转动惯量;的转动惯量;e发动机的角速度;发动机的角速度;a在第在第k档工作时变速器输出轴角速度;档工作时变速器输出轴角速度;b第第k+1档工作时输出轴上齿轮角速度;档工作时输出轴上齿轮角速度;ik、ik+1变速器第变速器第k和和k+1档的传动比档的传动比。 (2) 同步器结构能实现的摩擦力矩同步器结构能实现的摩擦力矩Mm(Mm2)设:设:I. 作用在变速杆手柄上的法向力为作用
40、在变速杆手柄上的法向力为Fs 其中,轿车、大客车法向力取其中,轿车、大客车法向力取60N; 货车法向力取货车法向力取100N II. 手柄到啮合套的传动比为手柄到啮合套的传动比为igs 作用到摩擦锥面上的轴向力作用到摩擦锥面上的轴向力F: F=Fsigs 效率效率 其中其中F/ sin 为正压力。为正压力。 同步时摩擦力矩的平衡方程式为(同步时摩擦力矩的平衡方程式为(Mm1=Mm2):): sinFfRMm)i1i1(tJsinFfRk1ker)i1i1(FfRsinJtk1ker3、同步器的锁止条件、同步器的锁止条件 要防止连接元件在角速度相等前换入档位,必须满足:要防止连接元件在角速度相等
41、前换入档位,必须满足: F1F2 (8) F1由摩擦力矩由摩擦力矩Mm产生的,用来防止过早换档的力。产生的,用来防止过早换档的力。I. F2力的产生过程说明如下:力的产生过程说明如下: 来自手柄的法向力来自手柄的法向力Fs经传动杆系作用到啮合齿套凹槽经传动杆系作用到啮合齿套凹槽经弹经弹性元件带动套环轴向移动性元件带动套环轴向移动锥面接触锥面接触套环相对啮合齿套转套环相对啮合齿套转动动锁销进入锁止位置,则力锁销进入锁止位置,则力F F作用到摩擦面上的同时,也作用到摩擦面上的同时,也作用到锁销与套环之间的斜面处。作用到锁销与套环之间的斜面处。 F F力在锁销斜面处产生的分力力在锁销斜面处产生的分力
42、F F2 2: : (9) FtgF2II. F1力的产生过程如下力的产生过程如下 F力作用到摩擦锥面上,产生正压力力作用到摩擦锥面上,产生正压力 F/sin 摩擦力摩擦力Ff/sinFf/sin M Mm m=FfR/sin=FfR/sinMMm m也作用在套环上,即作用到套环与锁销也作用在套环上,即作用到套环与锁销 接触的斜面上,斜面到轴中心的平均距离为接触的斜面上,斜面到轴中心的平均距离为r r,则该处,则该处 产生的圆周力产生的圆周力F F1 1: 将(将(9)和()和(10)代入()代入(8):): 同步器锁止的条件是:同步器锁止的条件是: )(10sin1rFfRFFtgsinrF
43、fR)(11sinrfRtg 结论:结论: f=0.1,R、r是结构尺寸,是结构尺寸,要使同步器能很好的要使同步器能很好的 工作必须正确选取工作必须正确选取、使之满足(使之满足(1111)式条件。)式条件。 回目录回目录第六节第六节 变速器操纵机构变速器操纵机构 一、操纵机构应满足的主要设计要求一、操纵机构应满足的主要设计要求 1 换档时一次只能挂入一个档位换档时一次只能挂入一个档位 2 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 3 防止自动脱档,自动挂档防止自动脱档,自动挂档 4 防止误挂倒档防止误挂倒档 5 换档轻便换档轻便功用:选挡、实现换档、退到空挡。功用:选挡、实现换档、退到空挡。二、操纵机构分类二、操纵机构分类1 直接操纵手动换档变速器直接操纵手动换档变速器 变速
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