第三章变速器设计

2)货车要增大齿轮承载能力，因此应选用大压力角；
3)直齿轮28°时强度最佳；斜齿轮25°时强度最高。 4)符合国家标准的要求。 齿轮α=20° ，接合齿α=30°。
推荐：
14 . 5 , 15 , 15 货车：

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；


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； 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。 轴变形的偏转角小，齿轮啮合状态较好。
两轴式特点：
多 用 于 FF 车。 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 输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，结构 紧凑，操纵性好, 汽车质量↓( 6%~10%) 各前进挡均经一对齿轮传递动力 只有两根轴 两轴式 结构 工作噪声 中间挡传递效率 传动比范围 直接挡 简单 低 高 小 没有 中间轴式 复 杂 高 低 大 有
多 挡 变 速 器
固 定 轴 式
旋 转 轴 式
两 轴 式
中 间 轴 式
双 中 间 轴 式
多 中 间 轴 式
1. 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。 2）倒挡传动常用滑动齿轮，f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 同步器可以装在输入轴后端（图d、e）；
A —变速器中心距（mm)； 式中： KA—中心距系数 选取原则：
轿车：KA=8.9~9.3，65~80 mm 货车： KA=8.6~9.6，80~170 mm 多挡变速器： KA=9.5 ~11 Temax —发动机最大转矩（N· m)；
i1 —变速器一挡传动比； g —变速器传动效率，取g =0.96。
四、外形尺寸
1)轴向尺寸L确定 轿车： 四挡：L=(3.0~3.4)A 货车： 四挡：L=(2.2~2.7)A
五挡：L=(2.7~3.0)A 六挡：L=(3.2~3.5)A
2)横向尺寸根据下列因素确定 (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
第三章 机械式变速器设计
§3-1 概述 一、变速器的功用

1. 变速与变矩
改变变速器的传动比→不同的牵引力 和速度、发动机在最有利工况内工作。
汽车能倒退行驶、使发动机
2. 设置倒挡和空挡 3. 有动力输出
和传动系分离。
二、基本要求
正确选择变速器的挡位 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 2. 设置倒挡和空挡
除直接挡外，其余挡均经两对齿轮传动
在中心距A不大的条件下，传动比i 可以↑
3.
多轴式变速器
4、倒挡布置方案
1) 倒挡齿轮同时与两个齿轮进入啮合； 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； 齿轮应力状态得到改善； 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。
K—经验系数，取K=4~4.6
一轴
六、齿轮参数
1. 模数的选取
影响因素：
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 减小模数→噪声↓、质量↑
m
选取原则：

工艺考虑→ 一种模数 强度考虑→ 不同模数：低档位选大些模数,↑齿轮强度。 其他挡位选另一种模数
模数选取的一般原则： 1)对于轿车减少噪声有较大意义，应选用小模数；
2.0～3.5 3.5～5.0
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。
2. 压力角 影响因素 ↓α→齿轮啮合重合度↑，传动平稳，噪声↓ ↑α →轮齿抗弯强度↑，表面接触强度↑
选取α的一般原则： 1)轿车要加大重合度以降低噪声，因此应选用小压力角；
采用较多
3.
轴承的型式
滚动轴承
分类： ——向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承、
滚针轴承、圆锥滚子轴承
滑动轴套
1）第一轴：前轴承（装于飞轮内腔中）采用向心球轴承； 后轴承为外圈带止动槽的向心球轴承 要求:后轴承座孔径应大于第一轴齿轮的齿顶圆直径 2）第二轴：前端多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承； 后端采用带止动槽的向心球轴承 3）中间轴： 旋转式 前端多采用向心短圆柱滚子轴承； 后端采用带止动槽的向心球轴承 要求:中间轴的轴向力力求相互抵销，
模数
2)对于货车减少质量有较大意义，应选用大模数；车型
3)低档齿轮用大模数，而高档选用小模数； 4)应符合国家标准（GB/T1357—1987）的规定。
mn
齿 轮
啮合套
接合齿模数选取的原则：
轿 微型、普通级 2.25～2.75 车 中级轿车 2.75～3.00 货 车 中 型 重 型 3.5～4.5 4.5～6.0
接合齿（啮合套或同步器）： 30
影响因素
3. 斜齿轮螺旋角β ↑β→齿轮啮合重合度↑，工作平稳，噪声↓，齿轮 强度↑，表面接触强度↑ β旋转方向应尽量使中间轴上的轴向力平衡
中间轴齿轮β一律右旋；第一、二轴上齿轮β一律左旋
要求：
螺旋角选取的一般原则： 1) 轿车变速器齿轮的螺旋角应大于货车的； 2)大于30°时，轮齿抗弯强度下降，因此,低档齿轮β 应小些， 以15°～ 25°为宜；
的传动比
中间轴式变速器——五档
中间轴式变速器——六档
中间轴式变速器——总结
1）轴的支承形式不一样；
中间轴式特点：
第一轴与第二轴的轴线处在同一直线上
2）常啮合齿轮对数不一样， 同步器 啮合套 换档方式不一样； 滑动齿轮换挡
3）倒档传动方案不一样； 4）档位布置位置顺序不一样。
可布置直接挡
Fn1
FR1 T 2 Fa 2 Fa1
4. 齿宽 b 影响因素 ↓b→轮齿接触应力↑、弯曲应力↑ ， 斜齿轮传动平稳性↓
影响因素
变速器的轴向尺寸 变速器的质量
轮齿磨损均匀性 斜齿轮工作平稳性 减小工作应力
要求 b 窄 窄 窄 宽 宽
选择原则
1)第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数 可取大些，使接触线长度增加， 接触应力降低，以提高传动平稳 性和齿轮寿命； 2)若模数相同，则挡位低的齿轮齿 宽系数可取的稍大一些。 齿轮形式 齿 直 齿 轮 斜 齿 接合齿 b km c k mn c （2~4）m
五、轴的直径 要求：足够的强度和刚度 中间轴式变速器:
第二轴、中间轴中部直径
d
中部
0.45A
二轴
d 中间轴 : 0.16 ~ 0.18 L d max : d 第二轴： 0 . 18 ~ 0 . 21 L
第一轴花键处直径（初选经验公式）
中间轴
d K 3 Te max (mm) 式中：
影响轴承寿命
特点
直齿滑动齿轮 啮合套换档 同步器换档 简单 短 低 有 有 短 长 差 高（熟练） 复杂 居中 较高 小 小 较短 长 较差 高 最复杂 长 高 没有 没有 长 短 好 低
2. 换挡机构型式
结 构 轴向尺寸 制造成本 换档冲击 换档噪声 齿轮 （啮合套） 寿命 换档时间 汽车加速性 对换档技术要求
6. 7. 8.
设置动力输出装置，需要时能进行功率输出 贯彻“三化”设计要求，遵守有关标准规定 制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长
发展方向：
机械操纵机构→自动、半自动和电子操纵
§3-2 变速器传动机构布置方案
一、分类：
变 速 器
三 挡 变 速 器
四 挡 变 速 器
五 挡 变 速 器

防止自动脱挡的结构措施
接合齿端磨损 轴的刚度不足 振动
自动脱挡原因
结构措施
a)越程接合
b)错位接合
c)齿厚减薄
d)倒锥齿侧 e)台阶齿侧

超越法 将啮合套齿做长一些或将啮合位置错开(1~3mm) 切齿法 将接合齿座上前齿圈的齿厚切薄(0.3~0.6mm)

斜面法 将接合齿齿面做成斜的(2°~3°)
超速挡：ig=0.7~0.8
行驶道路愈复杂，比功率愈小， 挡 变速器传动比范围愈宽 位 轿车：（4~5）挡 比功率:汽车发动机最大功率 数: 轻、中货：（4~5）挡 与汽车总质量之比。对同类 型汽车而言，比功率越大， 重、牵引车：>5挡
汽车的动力性越好。
7、档位的布置方案

倒挡齿轮应布置在靠近轴的支承处；
返 回
三、中心矩A ——变速器特征尺寸
变速器外形尺寸、体积、质量 影响因素 齿轮轮齿接触强度，齿轮寿命
1.
初选A——经验公式
A K A 3 Te max i1 g (mm )
1）ma较小，路面较好， KA取小值。 2）保证传递Temax、保证 强度及i1下，尽量减小A值。
轴向力平衡条件： Fa1 FN 1 tg1 由: Fa 2 FN 2 tg 2
r1
1
T FN 1 r1 FN 2 r2 且要求：Fa1 Fa2
r1分度圆 tg1 tg 2 r2分度圆
1
FR 2
2
Fn 2
中间轴轴向力的平衡
r2

中间轴上轴向力的平衡
1.
性能要求
3.
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
4.
传动效率要高，尽可能设置直接挡 1）传动方案 3）润滑状况
影响效率的因素
变速器传动效 率：0.96 ~0.98