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1、会计学1汽车汽车(qch)变速器设计变速器设计第一页，共33页。第三章第三章 机械式变速器设计机械式变速器设计(shj)本章主要学习本章主要学习（1 1）变速器的基本设计要求；）变速器的基本设计要求；（2 2）各种）各种(zh zh n n)形式变速器的特点；形式变速器的特点；（3 3）变速器主要参数的选择）变速器主要参数的选择 ；（4 4）齿轮变位系数的选择原则）齿轮变位系数的选择原则 ；（5 5）各挡齿轮齿数的分配）各挡齿轮齿数的分配 ；（6 6）变速器操纵机构）变速器操纵机构 。第1页/共33页第二页，共33页。第三章第三章 机械式变速器设计机械式变速器设计(shj)第一节第一节 概述概
2、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(fng n)(fng n)第三节第三节 变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择 第四节第四节 变速器操纵机构变速器操纵机构第2页/共33页第三页，共33页。第一节第一节 概述概述(i sh)变速器用来改变发动机传到驱轮上的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，使变速器用来改变发动机传到驱轮上的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，使汽车获得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汽车获得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(gngzu)(gngzu)。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。变速器由变
3、速传动机构和操纵机构组成。变速器的基本设计要求：变速器的基本设计要求：1 1）保证汽车有必要的动力性和经济性。）保证汽车有必要的动力性和经济性。2 2）设置空挡，用来切断发动机的动力传输。）设置空挡，用来切断发动机的动力传输。3 3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。4 4）设置动力输出装置。）设置动力输出装置。5 5）换挡迅速、省力、方便。）换挡迅速、省力、方便。6 6）工作）工作(gngzu)(gngzu)可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。7 7）变速器应有高的工作）变速器应有高的工作(gngzu)(
4、gngzu)效率。效率。8 8）变速器的工作）变速器的工作(gngzu)(gngzu)噪声低。噪声低。除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。第3页/共33页第四页，共33页。第二节第二节第二节第二节 变速器传动机构变速器传动机构变速器传动机构变速器传动机构(jgu)(jgu)布置方案布置方案布置方案布置方案 变速器传动机构有两种分类变速器传动机构有两种分类(fn li)(fn li)方法。方法。根据(gnj)前进挡数三挡变速器四挡变速器五挡变速器多挡变速器根据轴的形式固定轴式两轴式变速器中
5、间轴式变速器双中间轴式变速器多中间轴式变速器固定轴式旋转轴式固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。第4页/共33页第五页，共33页。两轴式变速器的特点两轴式变速器的特点两轴式变速器的特点两轴式变速器的特点(tdi(tdi n)n)两轴式变速器有结构简单、轮廓尺寸小、布置方便、中间挡位传动效率高两轴式变速器有结构简单、轮廓尺寸小、布置方便、中间挡位传动效率高和噪声低等优点。两轴式变速器不能设置直接挡，一挡速比不可能和噪声低等优点。两轴式变速器不能设置直接挡，一挡速比不可能(knng)(
6、knng)设计得设计得很大。很大。图3-1 两轴式变速器传动(chundng)方案 图3-1为发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均用常啮合齿轮传动。图3-1f中的倒挡齿轮为常啮合齿轮，并用同步器换挡；图3-1d所示方案的变速器有辅助支承，用来提高轴的刚度。两轴式变速器传动动画演示第5页/共33页第六页，共33页。中间中间中间中间(zhngjin)(zhngjin)轴式变速器的特点轴式变速器的特点轴式变速器的特点轴式变速器的特点中间轴式变速器传动方案的共同特点是：中间轴式变速器传动方案的共同特点
7、是：(1)(1)设有直接挡；设有直接挡；(2)(2)一挡有较大的传动比；一挡有较大的传动比；(3)(3)挡位高的齿轮采用常啮合挡位高的齿轮采用常啮合(nih)(nih)齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合啮合(nih)(nih)齿轮传动；齿轮传动；(4)(4)除一挡以外，其他挡位采用同步器或啮合除一挡以外，其他挡位采用同步器或啮合(nih)(nih)套换挡；套换挡；(5)(5)除直接挡以外，其他挡位工作时的传动效率略低。除直接挡以外，其他挡位工作时的传动效率略低。图图3-23-2中的中间轴式四挡变速器传动方案示例的区别为图中的中间
8、轴式四挡变速器传动方案示例的区别为图3-2a3-2a、b b所示方案有四对常啮合所示方案有四对常啮合(nih)(nih)齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡，图齿轮，倒挡用直齿滑动齿轮换挡，图3-2c3-2c所示传动方案的二、三、四挡用常啮合所示传动方案的二、三、四挡用常啮合(nih)(nih)齿轮传动，而一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡。齿轮传动，而一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡。图3-2 中间(zhngjin)轴式四挡变速器传动方案 第6页/共33页第七页，共33页。中间中间中间中间(zhngjin)(zhngjin)轴式变速器的特点轴式变速器的特点轴式变速器的特点轴式变速器的特点图图3-33-3为中间轴式
9、五挡变速器传动方案为中间轴式五挡变速器传动方案 。图。图3-3a3-3a所示方案，除一、倒挡用所示方案，除一、倒挡用直齿滑动齿轮直齿滑动齿轮(ch(ch ln)ln)换挡外，其余各挡为常啮合齿轮换挡外，其余各挡为常啮合齿轮(ch(ch ln)ln)传动。图传动。图3-3b3-3b、c c、d d所示方案的各前进挡，均用常啮合齿轮所示方案的各前进挡，均用常啮合齿轮(ch(ch ln)ln)传动；图传动；图3-3d3-3d所示方案中所示方案中的倒挡和超速挡安装在副箱体内，可以提高轴的刚度、减少齿轮的倒挡和超速挡安装在副箱体内，可以提高轴的刚度、减少齿轮(ch(ch ln)ln)磨损磨损和降低工作噪
10、声。和降低工作噪声。图3-3 中间(zhngjin)轴式五挡变速器传动方案 凡采有常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。第7页/共33页第八页，共33页。中间中间中间中间(zhngjin)(zhngjin)轴式变速器的特点轴式变速器的特点轴式变速器的特点轴式变速器的特点图图3-43-4为中间为中间(zhngjin)(zhngjin)轴式六挡变速器传动方案。图轴式六挡变速器传动方案。图3-4a3-4a所示方案中的一挡、所示方案中的一挡、倒挡和图倒挡和图3-4b3-4b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡，其余各挡均匀常
11、啮合齿轮。所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮换挡，其余各挡均匀常啮合齿轮。常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器常啮合齿轮传动的挡位，其换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。同一变速器中，一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。中，一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。图3-4 中间轴式六挡变速器传动(chundng)方案 第8页/共33页第九页，共33页。倒挡布置倒挡布置倒挡布置倒挡布置(bzh)(bzh)方案方案方案方案 图图3-53-5为常见的倒挡布置方案。图为常见的倒挡布置方案。图3-5b3-5b方案的优点是倒挡利用了一挡齿轮，方案的优点
12、是倒挡利用了一挡齿轮，缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图3-3-5c5c方案能获得较大的倒挡传动比，缺点方案能获得较大的倒挡传动比，缺点(qudi(qudi n)n)是换挡程序不合理。图是换挡程序不合理。图3-5d3-5d方方案对案对3-5c3-5c的缺点的缺点(qudi(qudi n)n)做了修改。图做了修改。图3-5e3-5e所示方案是将一、倒挡齿轮做成一所示方案是将一、倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。图体，将其齿宽加长。图3-5f3-5f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，挡所示方案适
13、用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，挡换更为轻便。换更为轻便。图3-5 倒挡布置(bzh)方案 为了缩短变速器轴向长度，倒挡传动采用图3-5g所示方案。缺点是一、倒挡各用一根变速器拨叉轴，使变速器上盖中的操纵机构复杂一些。第9页/共33页第十页，共33页。机械式变速器的传动效率与所选用的传动机械式变速器的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有效性、齿轮和壳体等零件(ln(ln jin)jin)的制造的制造精度等。精度等。图3-
14、6为发动机纵置时两轴式变速器结构图。其特点是高挡同步器布置在输入轴上，而低挡同步器布置在输出轴上。为提高轴的刚度，增加了中间支承。高挡布置在靠近轴的支承中部区域较为合理，在该区域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持(boch)较好的啮合状态，能提高齿轮寿命。图3-6 发动机纵置时两轴式变速器结构图 第10页/共33页第十一页，共33页。二、零、部件二、零、部件二、零、部件二、零、部件(bjin)(bjin)结构方案分析结构方案分析结构方案分析结构方案分析 1 1齿轮形式齿轮形式齿轮形式：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮齿轮形式：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮两者相比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工
15、作时噪声低的优点；两者相比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低的优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。低挡和倒挡。2 2换挡机构形式换挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换挡，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损采用轴向滑动直齿齿轮换挡，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一挡、
16、倒挡外已很少使用。加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一挡、倒挡外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会多，啮合套不会(b hu)(b hu)过早被损坏，但不能消除换挡冲击。目前这种换过早被损坏，但不能消除换挡冲击。目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声，得到广泛应用。但结使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声，得到广泛应用。但结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大。构复
17、杂、制造精度要求高、轴向尺寸大。利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。第11页/共33页第十二页，共33页。3 3变速器轴承变速器轴承变速器轴承变速器轴承(zhuchng)(zhuchng)变速器轴承常采用圆柱滚子变速器轴承常采用圆柱滚子(n zn z)轴承、球轴承、滚轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子针轴承、圆锥滚子(n zn z)轴承、滑动轴套等。轴承、滑动轴套等。第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时，可布置圆柱滚第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时，可布置圆柱滚子子(n zn z)轴承，若空间不足则采用滚针轴承。轴承，若
18、空间不足则采用滚针轴承。变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴前、后变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承，按直径系列一般选用中系列球轴承或圆柱滚子(n n z z)轴承。轴承。滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连滚针轴承、滑动轴承套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。接，并要求两者有相对运动的地方。变速器中采用圆锥滚子变速器中采用圆锥滚子(n zn z)轴承虽然有直径较小、轴承虽然有直径较小、宽度较宽因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要宽度较宽因而容量大、可承受高负荷等优点，但也有需要调整预紧、
19、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响齿轮正确啮合的缺点。合的缺点。第12页/共33页第十三页，共33页。第三节第三节第三节第三节 变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择(xu(xu nz)nz)一、挡数一、挡数 增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和经济性。挡数越多，变速器的结构越增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和经济性。挡数越多，变速器的结构越复杂，使轮廓尺寸和质量加大，而且在使用时换挡频率也增高。复杂，使轮廓尺寸和质量加大，而且在使用时换挡频率也增高。在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的挡数会使变
20、速器相邻的低挡与高挡在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的挡数会使变速器相邻的低挡与高挡之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。挡数选择的要求：挡数选择的要求：相邻挡位之间的传动比比值在相邻挡位之间的传动比比值在1.81.8以下。以下。高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的比值小。高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的比值小。目前，轿车一般用目前，轿车一般用4 45 5个挡位变速器，个挡位变速器，货车货车(huch)(huch)变速器采用变速器采用4 45 5个挡或多挡，个挡或多挡，多挡变速器多用于重型货车多挡变速器
21、多用于重型货车(huch)(huch)和越野汽车。和越野汽车。第13页/共33页第十四页，共33页。二、传动比范围二、传动比范围二、传动比范围二、传动比范围(fnwi)(fnwi)变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动传动比的比值。变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动传动比的比值。传动比范围的确定与选定的发动机参数、汽车的最高车速和使用条件等因传动比范围的确定与选定的发动机参数、汽车的最高车速和使用条件等因素有关素有关(y(y ugun)ugun)。目前轿车的传动比范围在目前轿车的传动比范围在3 34 4之间，轻型货车在之间，轻型货车在5 56 6之间，其它货车则
22、更之间，其它货车则更大。大。第14页/共33页第十五页，共33页。三、中心三、中心三、中心三、中心(zhngxn)(zhngxn)距距距距A A 对中间轴式变速器，中间轴与第二轴之间的距离对中间轴式变速器，中间轴与第二轴之间的距离(jl)(jl)称为变速器中称为变速器中心距心距A A。变速器中心距是一个基本参数，对变速器的外形尺寸、体积和质。变速器中心距是一个基本参数，对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、轮齿的接触强度有影响。量大小、轮齿的接触强度有影响。中心距越小，轮齿的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距越小，轮齿的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮齿
23、有必要的接触强度来确定。中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。初选(ch xun)中心距A时，可根据下面的经验公式计算 式中，KA为中心距系数，轿车：KA=8.99.3，货车：KA=8.69.6，多挡变速器：KA=9.511.0。轿车变速器的中心距在6580mm范围内变化，而货车的变速器中心距在80170mm范围内变化。第15页/共33页第十六页，共33页。四、外形尺寸四、外形尺寸 轿车四挡变速器壳体的轴轿车四挡变速器壳体的轴向尺寸为（向尺寸为（3.03.03.43.4）A A。货。货车变速器壳体的轴向尺寸与车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可参考下列数据挡数有关，可参考下列数据选用：选
24、用：四挡四挡 （2.22.22.72.7）A A 五挡五挡 （2.72.73.03.0）A A 六挡六挡 （3.23.23.53.5）A A 当变速器选用的常啮合齿当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时轮对数和同步器多时(dush)(dush)，应取给出范围的，应取给出范围的上限。上限。五、轴的直径五、轴的直径 中间轴式变速器的第二中间轴式变速器的第二(d(d r)r)轴和中间轴中部直径轴和中间轴中部直径d0.45Ad0.45A，轴的最大直径，轴的最大直径d d和支和支承间距离承间距离L L的比值，对中间轴，的比值，对中间轴，d/L 0.16d/L 0.160.180.18，对第二，对第二(
25、d(d r)r)轴，轴，d/L 0.18d/L 0.180.210.21。第一轴花键直径第一轴花键直径d d（mmmm）可）可按下式初选按下式初选 式中：式中：K K为经验系数，为经验系数，K=4.0K=4.04.64.6；TemaxTemax为发动机最大转为发动机最大转矩（矩（NmNm）。）。第16页/共33页第十七页，共33页。六、齿轮六、齿轮六、齿轮六、齿轮(ch(ch ln)ln)参数参数参数参数 1 1模数的选取模数的选取 齿轮模数选取的一般原则：齿轮模数选取的一般原则：1 1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽；2 2）为使质量小些
26、，应该增加模数，同时减少齿宽；）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽；3 3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数；4 4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有）从强度方面考虑，各挡齿轮应有(yn(yn y y u)u)不同的模数。不同的模数。对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得小些；小些；对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应对于货车，减小质量比减小噪声更重要，因此模数应选得大些。选得大些。所选模数值应符合国家标准的规定。所选模数值应符合国家标准的规定。变速器齿轮模数范围大致如下：变速
27、器齿轮模数范围大致如下：微型、普通级轿车微型、普通级轿车 中级轿车中级轿车 中型货车中型货车 重重型货车型货车 2.25 2.252.75 2.752.75 2.753.00 3.53.00 3.54.5 4.54.5 4.56.0 6.0 第17页/共33页第十八页，共33页。2 2压力角压力角 压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。弯强度和表面接触强度。对于轿车，为了降低噪声，应选用对于轿车，为了降低噪声，应选用(xu(xu nyng)14.5nyng)14.
28、5、1515、1616、16.516.5等小些的压力角。等小些的压力角。对货车，为提高齿轮强度，应选用对货车，为提高齿轮强度，应选用(xu(xu nyng)22.5nyng)22.5或或2525等大些的压力角。等大些的压力角。国家规定的标准压力角为国家规定的标准压力角为2020，所以普遍采用的压力角为，所以普遍采用的压力角为2020。啮合套或同步器的压力角有啮合套或同步器的压力角有2020、2525、3030等，普遍采用等，普遍采用3030压力角。压力角。3 3螺旋角螺旋角 齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。选用齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。选用(x
29、u(xu nyng)nyng)大些的螺大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于试验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度相应提高，但当螺旋角大于3030时，其抗弯强时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角；而从提高高挡齿轮的接触强度着眼，应当选用用过大的螺旋角；而从提高高挡齿轮的接触强度着眼，应当选用(xu(xu nyng
30、)nyng)较大的螺旋角。较大的螺旋角。第18页/共33页第十九页，共33页。斜齿轮斜齿轮(ch(ch ln)ln)传递转矩时，要产生轴向传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮上同时工作的两对齿轮(ch(ch ln)ln)产生轴向力产生轴向力平衡。平衡。根据图根据图3-73-7可知，欲使中间轴上两个斜齿可知，欲使中间轴上两个斜齿轮轮(ch(ch ln)ln)的轴向力平衡，须满足下述条件：的轴向力平衡，须满足下述条件：Fa1=Fn1tan1 Fa1=Fn1tan1 Fa2=Fn2tan2 Fa2=Fn2tan2 由于，为
31、使两轴向力平衡，必须满足由于，为使两轴向力平衡，必须满足 式中，式中，Fa1Fa1、Fa2Fa2为作用在中间轴承齿轮为作用在中间轴承齿轮(ch(ch ln)1ln)1、2 2上的轴向力；上的轴向力；Fn1Fn1、Fn2Fn2为作用为作用在中间轴上齿轮在中间轴上齿轮(ch(ch ln)1ln)1、2 2上的圆周力；上的圆周力；r1r1、r2r2为齿轮为齿轮(ch(ch ln)1ln)1、2 2的节圆半径；的节圆半径；T T为中间为中间轴传递的转矩。轴传递的转矩。图3-7 中间轴轴向力的平衡(pnghng)斜齿轮螺旋(luxun)角选用范围：轿车变速器：两轴式为2025 中间轴式为2234 货车变
32、速器：1826 第19页/共33页第二十页，共33页。4 4齿宽齿宽齿宽齿宽b b齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时齿宽对变速器的轴向尺寸、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时受力的均匀程度等均有影响。受力的均匀程度等均有影响。选用较小的齿宽可以缩短选用较小的齿宽可以缩短(sudu(sudu n)n)变速器的轴向尺寸和减小质量。变速器的轴向尺寸和减小质量。但齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，齿轮的工作应力增加。但齿宽减少使斜齿轮传动平稳的优点被削弱，齿轮的工作应力增加。选用较大的齿宽，工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿选用较大的齿宽，工作时会因轴的变形导致齿
33、轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。通常根据齿轮模数通常根据齿轮模数mm（mnmn）的大小来选定齿宽）的大小来选定齿宽b b：直齿：直齿：b=Kcmb=Kcm，KcKc为齿宽系数，取为为齿宽系数，取为4.54.58.0 8.0 斜齿：斜齿：b=Kcmnb=Kcmn，K cK c取为取为6.06.08.5 8.5 啮合套或同步器接合齿的工作宽度初选时可取为（啮合套或同步器接合齿的工作宽度初选时可取为（2 24 4）m mm m。第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数KcKc可取大些，使接触线长度增加、可取大些，使接
34、触线长度增加、接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。第20页/共33页第二十一页，共33页。5 5齿轮齿轮齿轮齿轮(ch(ch ln)ln)变位系数的选择原则变位系数的选择原则变位系数的选择原则变位系数的选择原则 采用变位齿轮的原因：采用变位齿轮的原因：1 1）配凑中心距；）配凑中心距；2 2）提高齿轮的强度和使用寿）提高齿轮的强度和使用寿命；命；3 3）降低齿轮的啮合噪声。）降低齿轮的啮合噪声。变位齿轮主要有两类：高度变位齿轮主要有两类：高度(god)(god)变位和角度变位。高度变位和角度变位。高度(god)(god)变变位齿轮副的一对啮合齿轮
35、的变位系数之和等于零。高度位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度(god)(god)变位可增加变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。较多。变位系数的选择原则变位系数的选择原则 ：1 1）对于高挡齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利）对于高挡齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。的原则选择变位系数。2 2）对于低挡
36、齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚）对于低挡齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。3 3）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，噪声要小一些。噪声要小一些。为了降低噪声，对于变速器中除去一、二挡以外的其它各挡齿轮的总为了降低噪声，对于变速器中除去一、二挡以外的其它各挡齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着挡位的降低，总变位变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着挡位的降低，总变位系数应该逐挡增大
37、。一、二挡和倒挡齿轮，应该选用较大的值。系数应该逐挡增大。一、二挡和倒挡齿轮，应该选用较大的值。第21页/共33页第二十二页，共33页。七、各挡齿轮七、各挡齿轮七、各挡齿轮七、各挡齿轮(ch(ch ln)ln)齿数的分配齿数的分配齿数的分配齿数的分配 在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。下面以图各挡齿轮的齿数。下面以图3-83-8所示四挡变速器所示四挡变速器为例，说明分配齿数的方法为例，说明分配齿数的方法(fngf(fngf)。1 1确定一挡齿轮的齿数确定一挡
38、齿轮的齿数 一挡传动比一挡传动比 （3-13-1）如果如果z7z7和和 z8 z8的齿数确定了，则的齿数确定了，则z2z2与与 z1 z1的传的传动比可求出。为了求动比可求出。为了求z7z7、z8 z8的齿数，先求其齿数的齿数，先求其齿数和和zhzh （3-23-2）计算后取计算后取zhzh为整数，然后进行大、小齿轮为整数，然后进行大、小齿轮齿数的分配。齿数的分配。图3-8 四挡变速器传动(chundng)方案 轿车中间轴式变速器一挡齿轮齿数z8可在1517之间选取；货车z8可在1217之间选取。一挡大齿轮齿数用z7=zh-z8计算求得。第22页/共33页第二十三页，共33页。2 2对中心距对
39、中心距对中心距对中心距A A进行进行进行进行(jnxng)(jnxng)修正修正修正修正 因为计算齿数和因为计算齿数和zhzh后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的后，经过取整数使中心距有了变化，所以应根据取定的zhzh和齿轮变位系数重新计算中心距和齿轮变位系数重新计算中心距A A，再以修正后的中心距，再以修正后的中心距A A作为各挡齿轮齿作为各挡齿轮齿数分配的依据。数分配的依据。3 3确定常啮合传动齿轮副的齿数确定常啮合传动齿轮副的齿数 由式（由式（3-13-1）求出常啮合传动齿轮的传动比）求出常啮合传动齿轮的传动比 （3-33-3）常啮合传动齿轮中心距和一挡齿轮的中心距相等，即常
40、啮合传动齿轮中心距和一挡齿轮的中心距相等，即 （3-43-4）解方程式（解方程式（3-33-3）和式（）和式（3-43-4）求）求z1z1与与z2z2，求出的，求出的z1z1、z2z2都应取整数；然后核都应取整数；然后核算算(h sun)(h sun)一挡传动比与原传动比相差多少，如相差较大，只要调整一下齿数一挡传动比与原传动比相差多少，如相差较大，只要调整一下齿数即可；最后根据所确定的齿数，按式（即可；最后根据所确定的齿数，按式（3-43-4）算出精确的螺旋角值。）算出精确的螺旋角值。第23页/共33页第二十四页，共33页。4 4确定确定确定确定(qudng)(qudng)其它各挡的齿数其它
41、各挡的齿数其它各挡的齿数其它各挡的齿数 若二挡齿轮若二挡齿轮(ch(ch ln)ln)是直齿轮是直齿轮(ch(ch ln)ln)，模，模数与一挡齿轮数与一挡齿轮(ch(ch ln)ln)相同时，则得相同时，则得 （3-53-5）解两方程式求出解两方程式求出z5z5、z6z6。用取整数后的。用取整数后的z5z5、z6z6计算中心距，若与中心距计算中心距，若与中心距A A有偏差，通过齿轮有偏差，通过齿轮(ch(ch ln)ln)变位来调整。变位来调整。（3-63-6）二挡齿轮二挡齿轮(ch(ch ln)ln)是斜齿轮是斜齿轮(ch(ch ln)ln)，螺旋，螺旋角与常啮合轮的不同时，由式（角与常啮
42、合轮的不同时，由式（3-53-5）得）得 （3-73-7）（3-83-8）此外(cwi)，从抵消或减少中间轴上的轴向力出发，还必须满足下列关系式（3-9）联解上述三个方程式，联解上述三个方程式，可求出可求出z z5 5、z z6 6和和 三个参数。三个参数。但解此方程组比较麻烦但解此方程组比较麻烦，可采可采用比较方便的试凑法用比较方便的试凑法 。其它各挡齿轮的齿数用其它各挡齿轮的齿数用同一方法确定。同一方法确定。第24页/共33页第二十五页，共33页。5 5确定确定确定确定(qudng)(qudng)倒挡齿轮齿数倒挡齿轮齿数倒挡齿轮齿数倒挡齿轮齿数图图3-83-8所示的倒挡齿轮所示的倒挡齿轮z
43、10z10的齿数，一般在的齿数，一般在21212323之间，初选之间，初选z10z10后，可计算出后，可计算出中间轴与倒挡轴的中心距中间轴与倒挡轴的中心距AA为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮8 8和和9 9的齿顶圆之间应保持的齿顶圆之间应保持(b(b och)0.5mmoch)0.5mm以上的间隙，则齿轮以上的间隙，则齿轮9 9的齿顶圆直径的齿顶圆直径De9De9应为应为 （3-103-10）根据求得的根据求得的De9 De9，再选择适当的齿数及采用变位齿轮，使齿顶圆，再选择适当的齿数及采用变位齿轮，使齿顶圆De9De9符合式符合式（3-10
44、3-10）。最后计算倒挡轴与第二轴的中心距。）。最后计算倒挡轴与第二轴的中心距。第25页/共33页第二十六页，共33页。第四节第四节第四节第四节 变速器操纵变速器操纵变速器操纵变速器操纵(cozng)(cozng)机构机构机构机构 根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡的工作。换挡或退到空挡的工作。变速器操纵机构应满足如下主要要求：（变速器操纵机构应满足如下主要要求：（1 1）换挡时只能挂入一个挡位；）换挡时只能挂入一个挡位；（2 2）换挡后应使齿轮在全齿长上啮合；（）换挡后应使齿轮在全齿长
45、上啮合；（3 3）防止自动脱挡或自动挂挡；）防止自动脱挡或自动挂挡；（4 4）防止误挂倒挡；（）防止误挂倒挡；（6 6）换挡轻便。）换挡轻便。机械式变速器的操纵机构一般是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、机械式变速器的操纵机构一般是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡锁装置等主要件组成。自锁和倒挡锁装置等主要件组成。依靠驾驶员手力完成选挡、换挡或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。依靠驾驶员手力完成选挡、换挡或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。1 1直接操纵手动换挡变速器直接操纵手动换挡变速器 当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依当变速器布置在驾驶员座
46、椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能(gngnng)(gngnng)的手动换挡变速器，的手动换挡变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。第26页/共33页第二十七页，共33页。2 2远距离操纵远距离操纵远距离操纵远距离操纵(cozng)(cozng)手动换挡变速器手动换挡变速器手动换挡变速器手动换挡变速器 平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器距驾驶员座平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器距驾驶员座椅较远，这时需
47、要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手椅较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能力经过这些转换机构才能完成换挡功能(gngnng)(gngnng)。这种手动换。这种手动换挡变速器称为远距离操纵的动换挡变速器。挡变速器称为远距离操纵的动换挡变速器。图3-9 远距离操纵手动换挡 变速器工作(gngzu)原理简图 图3-9示出远距离操纵手动换挡变速器的工作原理简图。要求整套系统有足够的刚性，且各连接件之间间隙不能过大，否则换挡手感不明显，并增加了变速杆颤动的可能性。第27页/共33页第二十八页，共33页。3 3电控自动电控自动电控自动电控自动(zd
48、ng)(zdng)换挡变速器换挡变速器换挡变速器换挡变速器 在固定轴式机械变速器基础上，在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车板，汽车(qch)(qch)在行驶过程中就能自在行驶过程中就能自动完成换挡时刻的判断，自动实现收动完成换挡时刻的判断，自动实现收油门、离合器分离、选挡、换挡、离油门、离合器分离、选挡、换挡、离合器接合和油门等一系列动作，使汽合器接合和油门等一系列动作，使汽车车(qch)(qch)动力性、经济性有所提高。动力性、经济性有所提高。其工作原理框图见图其工作原理框图见图3-103-10。图3-10 电控自动换挡变速器 工作原理(yunl)框图 电控自动换挡变速器工作原理图组第28页/共33页第二十九页，共33页。back第29页/共33页第三十页，共33页。next第30页/共33页第三十一页，共33页。next第31页/共33页第三十二页，共33页。back第32页/共33页第三十三页，共33页。