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1、2023/3/261双质量飞轮减振器有以下优点可以降低发动机、变速器振动系统的固有频率，进而避免在怠速转速时的共振。由于布置减振器的空间变大，可以加大减振器的布置半径。这样在保证结构强度的情况下可使弹簧中径长度从而使降低了减振弹簧的刚度，并允许有较大的转角，从而减振性能得到进一步提高。从动盘内没有减振器可以减小从动盘的转动惯量，这有利于换挡。另外减振效果变好，使变速器中可采用粘度低的齿轮油而不致产生齿轮冲击噪声，于是提高了传动效率，并减轻冬季的换挡操作力。缺点：减振弹簧位置半径大，离心力大，使减振弹簧中段发生横向外毂，于是与弹簧座接触产生摩擦，使弹簧磨损，影响使用寿命。由于优点明显，目前在柴油
2、轿车上有日益广泛应用的趋势。第1页/共36页2023/3/262参考书刘维信：汽车设计，清华大学出版社。P142146：双质量飞轮扭转减振器。第2页/共36页2023/3/263第六节 离合器的操纵构 内容较简单且多数内容在构造课中接触过。自学思考题：1、在传动系中为什么安装扭转减振器？线性、非线性减振器的性能有何区别？2、画出膜片弹簧的弹性特性曲线，指出并解释上面的与离合器工作有关的6个重要点。3、分析双质量飞轮减振器的特点。4、掌握扭转减振器参数的计算方法。第3页/共36页2023/3/264第三章 机械式变速器设计3.1概述变速器的功用：改变传动系的传动比，扩大驱动轮转矩，转速变化范围以
3、适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下工作。在发动机旋转方向不变时实现倒退行驶。利用空档中断动力的传递。使发动机便于起动、怠速，并便于换挡和动力输出。变速器由变速传动机构、操纵机构组成。第4页/共36页2023/3/265为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器有如下基本要求：应具有合理的挡数和传动比，以保证汽车有良好的动力性和经济性设置空档、倒档操纵迅速、省力、方便。工作可靠。不得有跳挡、乱挡、换挡冲击现象。应考虑设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。还应满足效率高、噪声低、体小质轻、制造容易、成本低之要求。第5页/共36页2023/3/2663.2变速器传动机构布置方案根据前
4、进挡的不同，变速器有：三、四、五、多挡四种根据轴的不同类型可分为：固定轴式：二、三、多轴旋转轴式：采用行星齿轮传动，主要用于液力机械变 速器。变速器方案图符号说明：空套固定花键联接且可滑动第6页/共36页2023/3/267一、二轴式和三轴式变速器第7页/共36页2023/3/268第8页/共36页2023/3/269两者相比各自的特点中心距相同时，与二轴变速器相比，三轴式可得到较大传动比。二轴式低档齿轮副两齿轮相差悬殊，小齿轮工作循环次数比大齿轮大得多，因此寿命较短。三轴式比较好。三轴式可将输入轴与输出轴直接相连，得到直接挡，传动效率高，磨损小、噪声也小。二轴式可实现传动比为1的传动，但有一
5、对齿轮啮合二轴式可实现同侧输入、输出，常用于结构紧凑的前置前驱动、后置后驱的车辆上。由于其输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机横置时，主减速器为圆柱齿轮，制造工艺得到简化。一般中、重型汽车普遍采用三轴式，轿车、微型车采用二轴式越来越多。究竟采用哪种方案。要视汽车的总体设计要求而定。第9页/共36页2023/3/2610二、多轴式变速器在重型汽车上，由于发动机转矩大，若仍采用三轴式变速箱，其轴、齿轮及轴承将承受很大的载荷，若不加大齿轮、轴、轴承则易于损坏，若加大了则轴向尺寸变大。对于重型汽车的变速器，还有一个措施多轴式变速器。发动机经离合器传给第一轴的动力，分别传给各中轴轴，然后再传给第二
6、轴齿轮输出。这样各轴及齿轮承受的轴荷较小，从而降低了齿轮应力，使齿宽减小，变速器长度降低，也减轻了轴承的负荷。近年来重型汽车上采用多轴变速器的越来越多。第10页/共36页2023/3/2611三、倒挡的型式及布置方案由于一般倒档的使用率不高，而且都是在停车状态下实现换倒档，故多数方案采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。书中给出了多个方案，自学四、前进挡挡位布置因为低挡工作时，作用有较大的力，所以三轴式低挡布置在轴的后支承处，然后按照从低挡到高档的顺序布置各挡位齿轮。这样既能使轴有足够刚度，又能使装配方便。第11页/共36页2023/3/2612传统的三轴式变速器，各换档部件啮合套、同步器多数装在第二轴
7、上，这样由于换挡部件的传递路线长，前部转动惯量大同步惯量大，同步条件差，使得同步器磨损变大，影响使用寿命和工作可靠性。鉴于此，近年来有些传动比较大的货车采用一种新型结构的变速器；转矩从较短的第二轴输出，低档同步器布置在中间轴上，这可使同步惯量减小，同步条件变好。第12页/共36页2023/3/2613五、组合式变速器由于重型汽车的装载质量增加，使条件复杂，所以只有扩大传动比范围才能满足正常行驶的需要。若变速器仍用56个档位，则必将使相邻的档位传动比间隔过大，那么从一个挡位换到相邻挡位时，啮合件相对转速过大，从而造成换挡困难。同时动力性、经济性差。从改善换挡情况以及为提高汽车的功率利用率的角度出
8、发，比较好的措施是采用多档变速器，通常用710挡，少数12，个别1620。为实现这么多挡位，若仍采用传统变速箱，则势必做成变速箱极为复杂，目前普遍用的是组合式变速器。组合式变速器由主变速器、1个或2个副变速器组成。副变速器可前置或后置。第13页/共36页2023/3/2614第14页/共36页2023/3/26153.3 零部件结构方案分析 变速器的零部件有齿轮、轴、轴承、换挡机构等等。在此仅对换挡机构的结构方案进行分析。换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套、同步器换挡三种形式：汽车行驶时各挡齿轮有不同的角速度，所以用轴向滑动直齿轮方式换挡，必然会在轮齿端产生冲击，引起噪声，使齿的端部磨损加剧，而过
9、早磨坏。目前除了倒档使用，一档很少使用外，其他不使用。第15页/共36页2023/3/2616啮合套换挡时，由于承受冲击载荷的是套的一圈齿，对每一个齿来说承受的载荷较小，磨损较小，由于齿轮处于常啮合状态，所以不会出现齿轮损坏。由于这种换挡方式结构上不能避免换挡冲击，所以仍要求不高的挡位及重型货车的变速器中。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，而与操作的熟练程度无关。从而提高了动力性、经济性、安全性。但是有结构复杂，制造精度要求高、成本高不易维修、轴向尺寸大的缺点。优点明确，所以得到广泛应用。第16页/共36页2023/3/2617自动脱挡是变速器主要故障之一。保证变速器不自动脱挡是换挡机
10、构的任务之一。为解决该问题，目前在结构上采取的比较有效的方案有以下几种：将两接合齿的啮合位置错开。将啮合套座上前齿圆切薄（切下0.30.6mm）。这样换挡后啮合套的后端被后圈齿的前端面顶住。从而减少自动脱挡。将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角（一般23）使啮合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力。该方案比较有效，应用较多。第17页/共36页2023/3/2618有关变速器主要参数的选择、设计、计算等等。这些大家都接触过，自学已不困难，由于学时所限。在此重点介绍同步器设计。第18页/共36页2023/3/26193.4 同步器设计同步器是在接合套换挡的基础上发展起来的。有常压式、惯性式、惯性增力式三
11、种。惯性增力式也称自行增力式，其锁止作用也是依靠惯性力。常压式同步器由于工作不可靠，现已不用。应用较广泛的是惯性式同步器。一、惯性式同步器惯性式同步器能做到换挡时两换挡元件之间的角速度达到完全相等之前，不允许换挡，因而能完善地完成同步器功能。第19页/共36页2023/3/2620按结构分有锁销式、锁环式（滑块式本质是锁环式，但未见单独介绍）多片式、多锥几种。它们包括有三大元件组成：摩擦元件、锁止元件、弹性元件。摩擦元件是同步环与齿轮的凸肩；锁止元件是锁销与锥形肩角或同步环与接合套上的齿；弹性元件定位弹簧，保证在空档时无相对运动。第20页/共36页2023/3/2621锁销式优点：结构相对简单
12、，零件数量小。摩擦锥面平均半径较大，转矩容量大。但轴向尺寸大。所以多用于中、重型货车变速器。锁环式相对起来结构紧凑轴向尺寸小。工作比较可靠。但是转矩容量小一些。另外由于锁止面在同步环与接合套的齿端，会因齿端磨损而同步作用失效。多片式及多锥式是在锁销式和锁环式的基础上通过增大摩擦面的数量得来的。它们的转矩容量更大一些，多用于重型汽车。惯性增力式同步器又称波舍同步器也是依靠惯性起锁止作用。它只有结构简单、工作可靠、轴向尺寸短、且挂档位置无需采用自锁装置等优点，使得在货车上应用越来越多。（因为即使同步了，挂上档也需较大力量，同步环收缩）第21页/共36页2023/3/2622二、同步器工作原理 以锁
13、销式为例说明其换挡过程及工作原理。换挡过程由三个阶段组成。第一阶段：滑动齿套在拔叉的作用下带动锁销、锁环右移使得摩擦面接触。由于齿轮与滑动齿套的角速度不等31，于是有摩擦力矩作用：在此作用下锁销相对齿套转过一个角度压接触上，见图；由于锁止面的作用，限制了齿套右移。第22页/共36页2023/3/2623第二阶段：设作用在齿套上的拔叉力为F,F最终作用于摩擦面上。N的作用是产生摩擦力矩。在此力矩的作用下摩擦元件的相对转速越来越小，并使锁销与套压紧阻止两者脱开。F1的作用是使锁销转过一个角度从而齿套越过台阶挂上档，其作用力矩称为拨动力矩。第三阶段0。摩擦力矩消失，由摩擦力矩导致下锁销与齿套的压紧力
14、为0，不能阻两者脱开。在拔动力矩作用下两者转过一个角度。于是齿套右移。占据换挡位置，挂上档。这里最关键的是摩擦锥面和锁止面的锥角。若这两个角设计的不合理则其功能得不到保证。第23页/共36页2023/3/2624三、主要参数的确定 1、摩擦系数f换挡元件的转速达到相等是通过同步环锥面与齿轮上的锥面之间的摩擦力矩来推动的。该力矩与摩擦系数直接相关。F越大，则摩擦力矩大，节省换挡时间。在同样换挡时间下，可使换挡省力。所以设计时希望得到大且稳定的摩擦因数，摩擦必然伴随磨损，还要使材料耐磨性好。齿轮上的摩擦面的材料与齿轮一样，低炭合合钢；同步环通常用耐磨的黄铜合金制成，为获得更大摩擦系数还在同步环的内
15、锥面上制有破坏油膜的螺纹细牙与螺纹槽垂直的泄油槽。尽管采取了这些措施、采用了好材料。但由于在油中工作，其摩擦系数也只有0.1左右。当然若无此措施会更低。第24页/共36页2023/3/26252、同步环主要尺寸的确定同步环锥面的螺纹槽螺纹槽的齿顶宽对摩擦因数、其稳定性、耐磨程度有密切关系，应合理选取。锥面半锥角Nsin+Nfcos=F，N，摩擦转矩 但太小易发生自锁。若不自锁 一般为68度FGN第25页/共36页2023/3/2626摘挡后同步环并没有一个机构将其拉回，而是依靠本身运动、重力自动离开齿轮锥面，若 ，则象斜面上物块一样不能脱开。挂上挡这还允许，但若摘挡之后不能脱开。则由相对转动，
16、将导致锥面快速磨损。一般取68摩擦锥面平均半径RR越大则摩擦转矩越大，换挡时间越短。应在可能的条件下，尽可能将R取大些。锥面工作长度b锥面工作长度越小，则变速器的轴向长度越小，越紧凑。但摩擦面积减少。致使单位压力提高磨损加速。常用下式确定。第26页/共36页2023/3/2627该式是在没有螺纹情况下进行的。若有螺纹槽则应扣除它的面积。同步环厚度应在保证强度的情况下，厚度尽量小。到此3、锁止角要保证在换挡元件角速度差为零时才能进行换挡，一定要正确选取，这很关键，与f、锁止面平均半径有关。现在结构：2642。第27页/共36页2023/3/26284、同步时间t同步时间越小越好。但受很多因素影响
17、。一般要求轿车：高档0.150.3s低档0.50.8s货车：高档0.30.8s低档11.5s5、转动惯量计算（进行设计计算的重要依据）输入端零件换挡过程中依靠同步器改变转速的零件称为输入端零件。包括第一轴，离合器从动盘，中间轴及其上齿轮，输出轴上与中间轴齿轮常啮合的齿轮。其转动惯量：首先求出各零件转动惯量，按动能等效的原则等效到输入端换挡元件上。第28页/共36页2023/3/2629四、同步器计算 同步器摩擦锥面半锥角，锁止面的角度是保证只有当连接件角速度完全相等时才能换挡的条件，当然这两个角度也是计算摩擦力矩，同步时间的依据。设由低档换到高档：输入输出rcJrJc设换挡后同步时间为t，则必
18、须的摩擦转矩Mm。第29页/共36页2023/3/2630设作用在手柄的推力为Fs，手柄到啮合套的传动比为igs。传动效率为，则摩擦面上轴向力F=Fsigs。在此轴向作用下能产生的摩擦转矩近似为：FGN摩擦面半锥角，f摩擦系数，R摩擦锥角平均半径 应两式相等：可见直接影响着摩擦转矩及同步时间。也可用相应参数求出角。第30页/共36页2023/3/2631再分析锁止问题：要求在换挡元件同步之前，即摩擦面之间有相对滑动时不能换挡接合套不能相对于锁销或锁环移动。设锁止面角度（锁止角），在F力作用下，由倾斜面产生推动锁销的力为F2脱锁力。由于摩擦力矩Mm最终也是通过锁止面作用在接合套上，摩擦力矩的作用使锁环压向接合套。沿圆周方向的力为F1,F1与F2反向。F2Ftg当有相对转动时F1为FFFFF1NF2第31页/共36页2023/3/2632为防止不同步即有相对转动时换挡。则必应F1F2上式即锁止条件。这样有了之后，便可确定角。F1大于F2的部分由同步环与花键毂的联接承担。书中后部分内容较简单，不讲！第32页/共36页2023/3/2633第33页/共36页2023/3/2634第34页/共36页2023/3/2635第35页/共36页2023/3/2636感谢您的观看。第36页/共36页