机械变速器设计

机械变速器设计第1页，共44页，2023年，2月20日，星期一概述一功用转矩和转速空挡和倒挡动力输出功能第2页，共44页，2023年，2月20日，星期一概述二.基本要求：

1）保证汽车有必要的动力性和经济性。

2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。

3）设置倒档，使汽车能倒退行驶。

4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。

5）换挡迅速，省力，方便。

6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡乱挡以及换挡冲击等现象发生。

7）变速器应当有高的工作效率。

8）变速器的工作噪声低。第3页，共44页，2023年，2月20日，星期一第三章机械变速器设计

第二节变速器传动机构布置方案第4页，共44页，2023年，2月20日，星期一一传动机构布置方案分析

1.两轴式变速器传动方案

第5页，共44页，2023年，2月20日，星期一2中间轴变速器传动方案第6页，共44页，2023年，2月20日，星期一3

倒档型式第7页，共44页，2023年，2月20日，星期一二零部件结构方案分析

1.齿轮形式

直齿：低挡，倒挡；

斜齿：使用寿命长，工作噪声低；工作时有轴向力。常啮合齿轮。

第8页，共44页，2023年，2月20日，星期一二零部件结构方案分析2.换挡机构形式①直齿滑动齿轮：一挡，倒挡，轴向滑动换挡，冲击，噪声。磨损加剧并过早损坏。

②啮合套换挡：承受换挡冲击载荷的接合齿数多。而轮齿又不参与换挡，不会过早损坏，但仍有换挡冲击，重型货车上用。③同步器换挡：迅速、无冲击、无噪声换挡，与操作技术的熟练程度无关。结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸大，同步环使用寿命较短等特点，但仍然得到广泛应用。第9页，共44页，2023年，2月20日，星期一防止自动脱档的措施1）将两接合齿的啮合位置错开2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下0.3～0.6mm）3）将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜2°～3°）第10页，共44页，2023年，2月20日，星期一第三章机械变速器设计第三节变速器主要参数的选择第11页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器主要参数的选择传动比的确定：

考虑下列因素：

汽车最大爬坡度驱动轮与路面的附着力Fφ

汽车最低稳定车速（最高稳定车速）主传动比等第12页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器主要参数的选择假设主传动比已确定（1）根据

确定：汽车在最大爬坡交通上行驶时，最大驱动力应能克服轮胎与路面间滚动阻力及上坡阻力。（2）根据驱动轮与路面的附着力确定：

第13页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器主要参数的选择（3）根据（或）确定：

：

：根据上述三个条件确定的一挡可能不相等，应选最小值。公比第14页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器主要参数的选择一.档数

轿车：4～5个档位，

货车：装载质量在2～3.5T，4～5个档位；装载质量在4～8T，6档；

重型货车和越野车：多档

二.转动比范围轿车3～4之间，

轻型货车5～6之间，

其他货车更大

第15页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器主要参数的选择三.中心距A四.外形尺寸

四档2.2～2.7A五档2.7～3.0A六档3.2～3.5A

五.轴的直径六.齿轮参数（m,α,β,b,x)第16页，共44页，2023年，2月20日，星期一六齿轮参数1.模数的选取一般原则：①降低噪声，m小,b大（齿细厚），对轿车有较大意义。②降低质量，m大,b小（齿粗薄），对货车有较大意义。③从强度方面考虑，各挡应有不同的m；④从工艺方面考虑，各挡应有同一的m。

轿车m小一些，货车m大一些。低挡齿轮m大一些，其它挡位选另一种m。少数汽车各挡均选相同的m。第17页，共44页，2023年，2月20日，星期一六齿轮参数1.模数的选取微型和普通级轿车2.25～2.75中级轿车2.75～3.00中型货车3.5～4.5重型货车4.5～6.0

所选m应符合国标2.压力角α(20°)第18页，共44页，2023年，2月20日，星期一六齿轮参数3.螺旋角β

①增大β，使重合度增加，工作平稳，噪声降低。增大β，齿的强度也相应提高，但＞30°时，骤然下降，而继续增加.②斜齿轮的轴向力尽量平衡。两轴式变速器β：20°～25°中间轴式变速器β：22°～34°货车β：18°～26°

第19页，共44页，2023年，2月20日，星期一六齿轮参数

4.齿宽b

直齿,

斜齿,5.变位系数x的选择原则第20页，共44页，2023年，2月20日，星期一5.变位系数x的选择原则

目的：①避免齿轮产生根切；②配凑中心距；③影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨损，抗胶合能力及齿轮的口齿合噪声。第21页，共44页，2023年，2月20日，星期一5.变位系数x的选择原则

①高度变位：增加小齿强度，不能降低噪声。②角度变位：变位系数之和不等于零。既有高度变位的优点，有避免了其缺点。

利用变位系数封闭图分配变位系数，可不必校核是否干涉、根切、齿顶变尖以及重合系数过低等情况。第22页，共44页，2023年，2月20日，星期一七．各档齿轮齿数的分配1.确定一档齿轮的齿数2.对中心距进行修正第23页，共44页，2023年，2月20日，星期一七．各档齿轮齿数的分配3.确定常啮合传动齿轮副的齿数4.求出传动比

z2/z1=i1z8/z75.确定其他各档的齿数6.确定倒档齿轮齿数第24页，共44页，2023年，2月20日，星期一第三章机械变速器设计

第四节变速器的设计与计算第25页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器的设计与计算一.齿轮的损坏形式三种：轮齿折断齿面疲劳剥落移动换档齿轮端部破坏二.齿轮强度计算

1.齿轮弯曲强度计算

2.轮齿接触应力计算三.轴的强度计算第26页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器的设计与计算二.齿轮强度计算

1.齿轮弯曲强度计算

2.轮齿接触应力计算第27页，共44页，2023年，2月20日，星期一第三章机械变速器设计

第五节同步器设计第28页，共44页，2023年，2月20日，星期一一同步器设计一、惯性式同步器第29页，共44页，2023年，2月20日，星期一一同步器设计一、惯性式同步器第30页，共44页，2023年，2月20日，星期一二同步器工作原理

同步器换挡过程由三个阶段组成第一阶段：

同步器离开中间位置，做轴向移动并靠在摩擦面上。摩擦面相互接触瞬间，如图3—17a所示，由于齿轮3的角速度，和滑动齿套1的角速度不同，在摩擦力矩作用下锁销4相对滑动齿套1转动一个不大的角度，并占据图上所示的锁止位置。此时锁止面接触，阻止了滑动齿套向换挡方向移动。第31页，共44页，2023年，2月20日，星期一二同步器工作原理第二阶段：来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的力F，经过锁止元件又作用到摩擦面上。由于，和不等，在上述表面产生摩擦力。滑动齿套1和齿轮3分别与整车和变速器输入轴转动零件相连接。于是，在摩擦力矩作用下，滑动齿套1和齿轮3的转速逐渐接近，其角速度差减小了。在瞬间同步过程结束。第三阶段：，摩擦力矩消失，而轴向力F仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动齿套和锁销上的斜面相对移动，从而使滑动齿套占据了换挡位置。第32页，共44页，2023年，2月20日，星期一三主要参数的确定1．摩擦系数

2．同步环主要尺寸的确定

(1)同步环锥面上的螺纹槽

(2)锥面半锥角

(3)摩擦锥面平均半径R(4)锥面工作长度b

（5）同步环径向厚度与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度要受机构布置上的限制，包括变速器中心距及相关零件特别是锥面平均半径和布置上的限制，不宜取很厚第33页，共44页，2023年，2月20日，星期一三主要参数的确定3．锁止角4．同步时间t5．转动惯量的计算第34页，共44页，2023年，2月20日，星期一四同步器的计算第35页，共44页，2023年，2月20日，星期一四同步器的计算第36页，共44页，2023年，2月20日，星期一四同步器的计算第37页，共44页，2023年，2月20日，星期一第三章机械变速器设计

第六节变速器操纵机构第38页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器操纵机构1．直接操纵手动换挡变速器2．远距离操纵手动换挡变速器3．电控自动换挡变速器第39页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器操纵机构第40页，共44页，2023年，2月20日，星期一第三章机械变速器设计

第七节变速器结构元件第41页，共44页，2023年，2月20日，星期一变速器结构元件

1.变速器齿轮

2.变速器的轴

3.变速器壳体第42页，共44页，2023年，2月20日，星期一思考题1.变速器总成主要有哪些零部件？设计的基本顺序如何？哪些参