第3章 变速器设计
变速器设计
变速器设计引言变速器是一种用于改变汽车或机械装置传递动力的装置。
它的主要功能是在不同工况下调整输出转速和输出扭矩，以提供适当的动力和效率。
在汽车工业、航空航天、工厂生产线等许多领域都广泛应用。
本文将介绍变速器的设计原理和常见的变速器类型。
变速器的设计原理变速器的设计原理基于传动比的变化。
传动比是输入轴与输出轴的转速之比，它决定了输出转速相对于输入转速的增益或减益。
传动比可以通过不同的齿轮组合来实现。
根据传动比的变化方式，变速器可分为手动变速器和自动变速器两种。
手动变速器通过手动操作换挡杆来改变齿轮组合，实现不同的传动比。
它通常采用常见的手动齿轮设计，其中包括主动齿轮、主动轴、同步器和尾轴等。
当换档时，同步器用于将输出轴与输入轴同步，以确保无顺挂、无冲击的换档操作。
自动变速器采用液力离合器或湿式多片离合器来实现换挡操作。
它通过传感器监测车辆速度、发动机转速等参数，并根据预设的程序自动选择适当的齿轮组合。
自动变速器提供了更高的驾驶舒适性和方便性，但相对于手动变速器来说更加复杂和昂贵。
变速器的类型手动变速器手动变速器是最常见的变速器类型之一。
它通常由多个齿轮组成，齿轮的数量和排列顺序决定了不同的传动比。
手动变速器有不同的档位，通常包括前进档、倒档和空档。
前进档用于正常行驶，倒档用于倒车，而空档则表示没有传动力传递。
手动变速器在使用过程中需要手动操作换档杆，通过将换挡杆移动到不同的档位来改变传动比。
在换挡时，需要使用离合器将发动机与变速器分离，以允许换挡操作的进行。
自动变速器自动变速器是一种能够自动选择适当的传动比的变速器。
它根据车辆的行驶状况和驾驶者的需求，自动进行换挡操作。
自动变速器采用液力离合器或湿式多片离合器来实现换档，并通过电子控制单元（ECU）监测和控制传动比的变化。
自动变速器根据结构和工作原理的不同，可以分为多种类型。
其中包括常规自动变速器、CVT（无级变速器）和双离合器变速器等。
每种类型都有其特点和适用范围，根据不同的需求和偏好可以选择合适的类型。
第三章变速器设计
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
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
返 回
§3-3 变速器主要参数的选择 一、挡数
影响因素
增加挡位数→改善汽车的动力性和经济性 挡位数愈多→结构愈复杂，尺寸↑、质量↑ 换挡频率↑
挡位数：
轿车：（4~5）挡 轻、中货：（4~5）挡 重、牵引车：>5挡
二、传动比范围: 变速器最低挡传动比与最高挡传
动比的比值。 影响因素 发动机参数、Vamax、使用条件 轿车：3 ~ 4.5 传动比范围： 轻货：5 ~ 8 中、重货：> 8
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，
汽车设计0303第三章 第三节 变速器主要参数的选择
2
tg6 Z1 Z2
Z6
21
§3-3 变速器主要参数的选择
七、齿数分配（以四档变速器为例分析）
（五）确定倒挡齿数 （六）齿轮其它尺寸
D1=(1.25~1.4)d2 C=(1.2~1.4)d2 δ=(4~6)m
22
轿车取α< 20°，降低噪声 货车α> 20°，承载强
11
§3-3 变速器主要参数的选择
六、齿轮参数
（三）齿轮螺旋角β
要求：中间轴上的轴向力平衡（齿轮一律右旋）
选取范围： 中间轴式变速器 22°～34° 两轴式变速器 20°～25°
货车变速器
18°～26°
12
§3-3 变速器主要参数的选择
斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。 设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力 平衡。
KA 为中心距系数 轿车 KA =8.9～9.3 A＝65～80mm 货车 KA = 8.6～9.6 A＝80～170mm
4
§3-3 变速器主要参数的选择
2．乘用车变速器中心距A的确定 发动机前置前轮驱动(FF)和发动机前置后 轮驱动(FR)乘用车的变速器中心距A，也可以 根据发动机排量与变速器中心距A 的统计数据 初选，如图3-16所示。 乘用车变速器的中心距在60-80mm范围内 变化，而商用车的变速器中心距在80-170mm 范围内变化。原则上，总质量小的汽车，变速 器中心距也小些。
目前，为降低油耗，挡数有增加的趋势。轿车一般
用4～5个挡位变速器， 货车变速器采用4～5个挡或多挡，
多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。
1
§3-3 变速器主要参数的选择
二、传动比范围 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素有关。
第三章2变速器
在从动（或主动）齿轮侧面加装一个薄钢片副齿轮，两者与另一传动齿轮同时啮合。
6）润滑与密封采用飞溅润滑。
在1、2轴与轴承盖之间多采用回油螺纹或橡胶油封7）变速器壳材料：铸铁、铸铝。
底部有放油螺塞。
加油孔。
2、两轴式变速器：对于发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的汽车，采用两轴式变速器，例如：桑塔纳2000型轿车的变速器。
（1）结构1）对于发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的汽车，采用两轴式变速器2）包括四个前进档和一个倒档3）在输入轴上固连着一、二、三、四档主动齿轮，与之常啮的四个档位从动齿轮则通过轴承空套在输出轴上4）前进档装有同步器，倒档轴固定在壳体上，滑套着一个倒档齿轮（2）变速器各档位工作过程3、组合式变速器1）功用：为保证汽车具有良好的动力性和经济性和加速性；使变速器有较多档位，扩大传动比。
2）结构：采用两个变速器相串联的方式构成组合式变速器。
（其中一个为主变速器：档数多且有倒档另一为副变速器：只有高低两档）3.3 同步器一、同步器的工作原理及分类1、无同步器时变速器的换档过程：一般采用移动齿轮或接合套换档，为使换档平顺，应使待啮合的轮齿的圆周速度必须相等（同步）。
下面以无同步器的五档变速器中四、五档的互换过程为例加以说明：脱离瞬间：V4=V JV5>V J、V4保持空档片刻V5降低，V J、V4变化不大在V J与V5相等时挂入五档1.第一轴；2.第一轴常啮齿轮；3.接合套；4.第二轴五档齿轮5.第二轴；6.中间轴五档齿轮（1）从低速变高速—四档变五档1）四档时，V3= V2；欲挂五档，离合器分离接合套3右移，先进入空挡。
2）3与2脱离瞬间，V3= V2而V4 > V2，V4 > V3，会产生冲击，应停留。
3）因汽车传动系惯性质量大V3下降较慢，而V4下降较快，必有V3= V2时，此时挂档应平顺。
（2）从高速变低速—五档变四档脱离瞬间：V5=V JV4<V J、V5抬起离合器踏板，踩一下油门踏板V4升高，V J变化不大在V J与V4相等时挂入四档1）五档时，V3= V4；欲挂五档，离合器分离，接合套3左移，先进入空挡。
【精编完整版】汽车变速器设计——毕业论文
汽车设计课程设计题目:汽车变速器设计设计题目、要求及任务是：金杯牌SY6474轻型客车变速器设计（4＋1）档设计参数有：=173 N·m ；发动机: Memax车速：V=110 Km=4000 rmin ；max=0.35 m ；车轮滚动半径：R汽车总质量：2470 Kg ；爬坡度：32﹪；=5.375 ；主减速比：i驱动轮上法向反作用力：F=1181 Kg ；Z设计要求：采用中间轴式，全同步器换档，要进行齿轮参数设计计算，对一档齿轮的接触强度、弯曲应力进行校核计算。
目录目录 (3)第一章变速器的功用和要求 (4)第二章变速器的方案论证 (5)第一节变速器类型选择及传动方案设计 (5)一、结构工艺性 (5)二、变速器的径向尺寸 (5)三、变速器齿轮的寿命 (5)四、变速器的传动效率 (5)第二节变速器传动机构的分析 (5)一、换档结构形式的选择 (5)二、倒档的形式及布置方案 (6)第三节变速器操纵机构方案分析 (7)一、变速器操纵机构的功用 (7)二、设计变速器操纵机构时，应该满足以下基本要求 (7)三、换档位置 (8)第三章变速器设计计算 (9)第一节变速器主要参数的选择 (9)一、轴的直径 (9)二. 传动比的选择 (9)三、中心矩A (10)四、齿轮参数选择 (10)第二节齿轮的强度校核 (15)一、齿轮的损坏形式 (15)二、齿轮强度校核 (16)参考文献 (19)第一章变速器的功用和要求现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化。
为了解决这一矛盾，在传动系中设置了变速器。
根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机的扭矩和转速，使汽车具有合适的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作。
此外，为保证汽车倒车及使发动机和传动系能够分离，变速器应具有倒档和空档。
一般的，变速器设有倒档和空档，以使在不改变发动机旋转方向的情况下，汽车能够倒退行驶和空档滑行、或停车时发动机和传动系能保持分离。
第三章 变速器设计
第三章变速器设计第一节概述变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机再最有利工况范围内工作。
变速器设有空挡和倒挡。
需要时变速器还有动力输出功能。
变速器由变速传动机构和操纵机构组成。
对变速器如下基本要求.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。
除此以外，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。
满足汽车有必要的动力性和经济性指标，这与变速器的档数，传动比范围和各挡传动比有关。
汽车工作的道路条件越复杂，比功率越小，变速器的传动比范围越大。
在原变速传动机构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。
近年来，变速器操纵机构有向自动操纵方向发展的趋势。
第二节变速器传动机构布置方案机械式变速器因具有结构简单，传动效率高，制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛应用。
一.传动机构布置方案分析变速器传动机构有两种分类方法。
根据前进挡数的不同，有三，四，五和多挡变速器。
根据轴的形式不同，分为固定轴式和旋转轴式（常配合行星齿轮传动）两类。
固定轴式又分为两轴式，中间轴式，双中间轴式变速器。
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。
与中间轴式变速器比较，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。
因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。
汽车设计 第三章 机械式变速器设计57页PPT
抗弯截面系数按下式计算
W πd3 32
• 3.3.6 齿轮参数的确定
• 1. 模数
要保证齿轮有足够的强度，同时兼顾对噪声和质量的影响。
24
《汽车设计》电子教案
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.6 齿轮参数的确定
(1) 直齿轮
Y14.5 0 .7 9 Y 20
1. 轮齿接触应力
j 0.418
FE( 1 1)
b z b
F 为齿面上的法向力(N)，表示为
FF 1 (coscos)
F 1为圆周力(N)，表示为
F1 2Tg d
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《汽车设计》电子教案
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.3 中心距A
• 2. 中间轴式变速器中心距 A 的确定 可根据下述经验公式计算中心距
副变速器的传动比均匀地插入主变 速器各挡传动比之间，两者交替换 挡，共同组成一个单调变化的传动 比序列。
15
《汽车设计》电子教案
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3.2.3 组合变速器结构方案分析
（2) 分段式 主变速器挡位间公比较小，副变速器传动比范围较大
时，副变速器高、低挡传动比分别与主变速器各挡搭配， 组成高、低传动比两段范围。
• 3.3.6 齿轮参数的确定
• 4. 齿宽 齿宽的选择应满足既能减轻变速器质量，同时又能保
证齿轮工作平稳的要求。齿宽大，工作平稳，但变速器质 量大。齿宽太小会使轮齿的工作应力过大。
通常根据齿轮模数m来选定齿宽。对直齿：b kc m ，k c
为齿宽系数，取4.5-8.0；对斜齿：b kcmn，k c 取6.0-8.5。 • 5. 齿轮变位系数的选择
变速器设计
变速器设计引言变速器是一种用于改变机械系统的输出速度和扭矩的装置。
它在各种机械和交通工具中起着至关重要的作用，例如汽车、船只、飞机等。
本文将介绍变速器的设计原理和常见的设计方法。
设计概述•变速器的主要功能是通过改变输入和输出的齿轮组合来改变传动比，从而实现不同的输出速度和扭矩。
•变速器通常由输入轴、输出轴和一组齿轮组成。
不同的齿轮组合会导致不同的传动比。
•变速器的设计需要考虑多个因素，包括传动比的范围、传动效率、噪音和可靠性等。
设计流程1.确定设计要求：根据应用需求确定变速器的传动比范围、承载能力、工作环境等。
2.选取合适的齿轮类型：常见的齿轮类型包括直齿轮、斜齿轮和行星齿轮等，根据需求选取合适的齿轮类型。
3.计算传动比：根据设计要求和齿轮类型计算出不同齿轮组合的传动比。
4.进行齿轮设计：根据计算得到的传动比，进行齿轮的几何和强度设计。
5.进行模拟和分析：使用计算机辅助设计（CAD）工具进行齿轮的模拟和分析，检查设计的合理性和可靠性。
6.制造和装配：根据最终的设计结果进行齿轮的制造和装配，确保变速器的性能和质量。
齿轮设计齿轮是变速器中最关键的组件之一，它们决定了传动比、噪音和传动效率等性能。
齿轮设计的关键要点如下：•齿轮的模数选择：齿轮的模数确定了齿轮尺寸的比例，并且对变速器的传动比和承载能力有重要影响。
•齿轮的齿数计算：根据传动比和齿轮模数计算出齿轮的齿数，确保齿轮的尺寸匹配和传动比准确。
•齿轮的强度设计：根据扭矩和转速等参数进行齿轮的强度设计，确保齿轮在工作时不会发生破裂或变形等失效。
模拟和分析通过使用计算机辅助设计（CAD）工具进行齿轮的模拟和分析，可以有效地评估设计的合理性和可靠性。
常见的模拟和分析方法包括：•齿轮接触分析：通过对齿轮的接触区域进行分析，评估齿轮的接触应力和接触疲劳寿命等参数。
•齿轮动力学分析：通过考虑齿轮的动力学特性，评估齿轮的振动、噪音和传动效率等性能。
•齿轮热力学分析：通过考虑齿轮的热传导和热膨胀等因素，评估齿轮的温升和热失效等情况。
变速器设计ppt课件
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润滑油的发展趋势
全寿命油 降低成本 可回收 绿色
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实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需 要。
中断动力传递，在发动机起动、怠速运转、汽车 换档或需要停车动力输出时，中断向驱动轮的动 力传递。
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第二节 变速器结构传动机构布置方案
两轴式：轿车 中间轴式：轻型、中型车辆 双中间轴式：重型车辆
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变速器的分类
有级式变速器 采用齿轮传动，具有若干个定值传动比
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中间轴式变速器
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4档中间轴式变速器传动方案
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5档中间轴式变速器传动方案
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中间轴式变速器动力传递路线
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中间轴式变速器的特点
传动比大 直接档效率高 结构复杂，有时需要中间支撑
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倒档布置方案
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齿数、中心距，β角等。
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变速器齿轮的特点
硬齿面 7级精度 低碳合金钢＋渗碳淬火
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第四节 变速器的设计与计算
齿轮 轴 壳体 润滑
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齿轮失效形式
弯曲强度：轮齿折断 接触强度：点蚀
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变速器设计流程图
确定设计参数：转矩、档位分布等 试算中心距 计算各档齿轮齿数和初步确定齿轮参数 调整螺旋角和变位系数 强度校核 修改齿轮参数或齿数 验算
变速器设计详细过程
第三章变速器及驱动桥第一节变速器选型及基本参数的确定变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。
为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求：1）变速器的档位数和传动比，使之与发动机参数优化匹配，以保证汽车具有良好的动力性与经济性；2）设置空档以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离；设置倒档使汽车可以倒退行驶；3）操纵简单、方便、迅速、省力；4）传动效率高，工作平稳、无噪声；5）体小、质轻、承载能力强，工作可靠；6）制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；7）贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定；8）需要时应设置动力输出装置。
1.1 变速器选型有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，因此在各种类型的汽车上均得到了广泛的应用。
其中两轴式和三轴式变速器得到了最广泛的应用。
三轴式变速器的其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、二轴同心。
将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接档。
此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、二轴也仅传递转矩．因此，直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小，这是三轴式变速器的主要优点。
其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。
因此，在齿轮中心距(影响变速器尺寸的重要参数)较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。
其缺点是：除直接档外其他各档的传动效率有所降低。
两轴式变速器与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高、噪声低。
轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力——传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量减少6％~l0％。
两轴式变速器则方便于这种布置且使转动系的结构简单。
两轴式变速器的第二轴<即输出轴)与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺、降低了成本。
最新变速器详细设计过程
变速器详细设计过程第三章变速器及驱动桥第一节变速器选型及基本参数的确定变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。
为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器应提出如下设计要求：1）变速器的档位数和传动比，使之与发动机参数优化匹配，以保证汽车具有良好的动力性与经济性；2）设置空档以保证汽车在必要时能将发动机与传动系长时间分离；设置倒档使汽车可以倒退行驶；3）操纵简单、方便、迅速、省力；4）传动效率高，工作平稳、无噪声；5）体小、质轻、承载能力强，工作可靠；6）制造容易、成本低廉、维修方便、使用寿命长；7）贯彻零件标准化、部件通用化及总成系列化等设计要求，遵守有关标准规定；8）需要时应设置动力输出装置。
1.1 变速器选型有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，因此在各种类型的汽车上均得到了广泛的应用。
其中两轴式和三轴式变速器得到了最广泛的应用。
三轴式变速器的其第一轴的常啮合齿轮与第二轴的各档齿轮分别与中间轴的相应齿轮相啮合，且第一、二轴同心。
将第一、二轴直接连接起来传递转矩则称为直接档。
此时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，而第一、二轴也仅传递转矩．因此，直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小，这是三轴式变速器的主要优点。
其他前进档需依次经过两对齿轮传递转矩。
因此，在齿轮中心距(影响变速器尺寸的重要参数)较小的情况下仍然可以获得大的一档传动比，这是三轴式变速器的另一优点。
其缺点是：除直接档外其他各档的传动效率有所降低。
两轴式变速器与三轴式变速器相比，其结构简单、紧凑且除最高档外其他各档的传动效率高、噪声低。
轿车多采用前置发动机前轮驱动的布置，因为这种布置使汽车的动力——传动系统紧凑、操纵性好且可使汽车质量减少6％~l0％。
两轴式变速器则方便于这种布置且使转动系的结构简单。
两轴式变速器的第二轴<即输出轴)与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机纵置时，主减速器可用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮；当发动机横置时则可用圆柱齿轮，从而简化了制造工艺、降低了成本。
变速器课程设计doc
变速器课程设计 doc一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握变速器的基本原理，理解其工作方式和构造。
2. 使学生了解变速器在机械设备中的应用，明白不同变速器类型的特点和使用场合。
3. 引导学生掌握与变速器相关的物理概念，如速度、扭矩、传动比等。
技能目标：1. 培养学生运用变速器进行速度调整的能力，学会简单机械设备的速度匹配。
2. 提高学生实际操作变速器的能力，包括拆装、调试和维护。
3. 培养学生分析并解决变速器相关问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对变速器及其在工程领域重要性的认识，提高学生的学习兴趣。
2. 培养学生的团队合作精神，学会在小组合作中分享观点，共同解决问题。
3. 强化学生的安全意识，让他们在操作变速器过程中养成良好的安全习惯。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在让学生掌握变速器的基本知识和操作技能，培养他们在实际应用中解决问题的能力。
课程目标分解为具体学习成果，以便后续教学设计和评估。
通过本课程的学习，使学生能够理论联系实际，为未来从事机械设备相关领域工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 变速器基本原理：介绍变速器的工作原理，包括齿轮传动、带传动、链传动等；分析变速器在机械设备中的作用。
教材章节：第二章“变速器的结构与原理”2. 变速器类型及特点：讲解不同类型的变速器，如定轴齿轮变速器、行星齿轮变速器、无级变速器等，及其各自的特点和应用场合。
教材章节：第三章“变速器的类型与选用”3. 变速器相关物理概念：阐述速度、扭矩、传动比等物理概念，及其在变速器中的应用。
教材章节：第一章“机械基础”4. 变速器操作与维护：介绍变速器的拆装、调试、维护方法，以及操作过程中的安全注意事项。
教材章节：第四章“变速器的操作与维护”5. 变速器应用案例分析：分析实际机械设备中变速器的应用案例，让学生了解变速器在实际工作中的重要性。
教材章节：第五章“变速器应用案例”教学内容按照教学大纲安排和进度进行，保证科学性和系统性。
【汽车设计-过学迅】第3章 变速器设计
3.齿轮螺旋角β
变速器斜齿轮螺旋角β的大小对变速器工作噪声和轮齿强度 有影响。螺旋角增大使齿轮啮合的重合系数增加、工作平稳、 噪声降低，另外齿轮的强度也有所提高。在选取斜齿轮螺旋角 时，应力求使中间轴上的轴向力平衡。 (3-7)
式中: Ｆα１、Ｆα２—齿轮1、2的轴 向力。 ｒ1、ｒ2—齿轮1、2的节圆 半径。 Ｔ—中间轴传递的转矩。
(3-25) 式中:μ—工作锥面间的摩擦系数。α—锥面半锥角。Ｒ—锥面平均 半径。设计上保证只有在同步后才能换挡的锁止条件是: 假定μB=0，则可得: (3-26) 待同步的齿轮是靠同步环与之接触的锥面之间的摩擦力矩来升速 或降速的,根据动量矩定理可列出同步器工作的基本方程式: (3-27) 式中: Ｊｒ—同步器输入端零件的转动惯量。ωｒ—同步器输入端零 件的角速度。ｔ—同步时间。
由于商用汽车的发动机功率和吨位不断加大,用途也呈多样 化,要求变速器的传动比加大,即增加挡位数,七挡、八挡、十挡甚 至十六挡的变速器被越来越多地装备于各种重型商用汽车,以保 证整车良好的动力性和经济性。
组合式变速器简图
3.2.3 倒挡的型式及布臵方案
倒挡布臵方案
3.2.4 齿轮型式
变速器用斜齿圆柱轮和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮虽然 制造时稍复杂，工作时有轴向力，但因其使用寿命长，噪声小 而仍得到广泛使用。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。
变速器轴与齿轮及其他传递转矩的部件一般通过键和花键连 接。普遍采用的是矩形花键和渐开线花键。
3.5.2 轴承的选择与计算
１.变速器轴承形式的选择
变速器轴承多采用滚动轴承—向心球轴承、向心短圆柱滚 子轴承、滚针轴承，变速器轴承通常根据结构选定，再验算其 寿命。
２.变速器轴承的寿命计算
变速器设计
变速器设计第一步：需求分析在变速器设计之前，需要明确变速器的用途和要求。
例如，设计一个汽车变速器时，需要确定最大扭矩、最大转速、最小转速、理想传动效率等等。
同时，也需要考虑所使用的发动机的转速特性和动力要求。
第二步：设计参数确定设计参数的确定非常重要，包括传动比的选择、传动器件的类型等等。
传动比取决于所需的车速范围和所使用的发动机的转速特性。
传输装置可以是齿轮、链条、带传动等等，这取决于设计需求和空间限制。
第三步：齿轮设计齿轮设计是变速器设计中最复杂的部分之一、首先，需要根据所需的传动比和齿轮类型来确定齿轮的参数，例如齿轮模数、齿数、压力角等。
然后，利用齿轮模数、转速和所需传动比等信息，计算齿轮的尺寸和齿形。
第四步：经济性评估在设计过程中，需要考虑经济性因素。
这包括变速器制造成本、使用寿命、能源效率等等。
根据所设计的变速器方案，可以进行整体经济性评估，包括成本评估和能源效率评估。
如果经济性不满足要求，可能需要进行优化设计。
第五步：验证和测试设计完成后，需要对变速器进行验证和测试。
这可以通过计算机模拟、实验室测试和实际使用测试等方式来完成。
验证和测试的目的是确保设计满足要求，并进行必要的调整和改进。
最后，根据测试结果，可以对变速器进行进一步的改进和优化。
这个过程可能需要多次迭代，直到设计满足各项要求为止。
总结起来，变速器设计是一个复杂而繁琐的过程，需要考虑多个因素。
设计者需要通过需求分析确定设计参数，然后进行齿轮设计，并对设计进行经济性评估。
最后，通过验证和测试来确认设计的有效性，并进行必要的优化。
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传动比范围：
乘用车：3.0~4.5； 轻型商用车：5.0~8.0； 其它商用车辆更大。
第三章 变速器设计 三、中心距A
汽车工程系
是指中间轴与第二轴或（输入轴与输出轴）轴线之间的 距离。它是一个基本参数。 中心距选取的影响因素： 中心距小，则变速器的外形尺寸和质量小； 但中心距越小，轮齿的接触应力越大； 中心距小，布置轴承不方便，壳体强度差； 中心距小，一挡小齿轮齿数可能过少； 中心距过小，为保证强度会使变速器长度增加，影 响轴的刚度和齿轮的啮合状态。 中心距应当在保证轮齿接触强度等设计要求的前提下， 尽量取小。
α 影响因素 齿轮啮合重合度 传动平稳性 工作噪声 轮齿抗弯强度 轮齿表面接触强度
要求α 小 小 小 大 大
第三章 变速器设计 2. 压力角α（续）
选取α的一般原则：
汽车工程系
轿车要加大重合度以降低噪声，因此应选用小压力角； 货车要增大齿轮承载能力，因此应选用大压力角； 直齿轮28°时强度最佳；斜齿轮25°时强度最高。 符合国家标准的要求。 齿轮α=200 ，接合齿α=300 。
乘用车变速器中心距的确定
可以根据发动机排量进行初选（图３－１６） 。 排量越大，中心距越大。
中心距的范围（为了检测方便，中心距A最好取为整数）
乘用车：65~80mm 商用车：80~170mm；总质量小，则中心距也小。
第三章 变速器设计 四、变速器外形尺寸 确定横向尺寸的影响因素：
齿轮直径 壳体壁厚及其与齿轮之间的间隙 倒档齿轮的布置 换档机构形式和尺寸
汽车工程系
为了抵消中间轴上两对齿轮产生的轴向力，以减少轴承 负荷，提高轴承寿命，中间轴上不同挡位齿轮的螺旋角应 该是不一样的； 为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，可将螺旋角设 计成一样的； 中间轴上全部齿轮一律取为右旋，第一、第二轴上的斜 齿轮应取为左旋； 一、倒挡设计为直齿时，中间轴上的轴向力不能抵消 （使用很少），而此时第二轴没有轴向力作用。
第三章 变速器设计 3、倒挡布置方案（续）
汽车工程系
滑动二轴一档齿轮进行换挡，换档容易； 换档的方向不同。
第三章 变速器设计 3、倒挡布置方案（续）
汽车工程系
中间轴上一、倒挡齿轮做成一体，齿宽加长 ； 全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更轻便。
第三章 变速器设计 3、倒挡布置方案——倒档轴位置与受力分析
Ⅰ挡 倒挡
汽车工程系
倒挡 Ⅰ挡
Ⅴ 倒 挡 挡
倒挡 Ⅴ挡
第三章 变速器设计 2、中间轴式变速器——六挡
倒挡 Ⅰ挡
汽车工程系
倒挡
总结： 轴的支承形式不一样； 常啮合齿轮对数不一样，换档方式不一样； 倒档传动方案不一样； 档位布置位置顺序不一样。
第三章 变速器设计 3、倒挡布置方案
汽车工程系
倒挡齿轮同时与两个齿轮进入啮合； 齿轮应力状态差。 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。
第三章 变速器设计 1、两轴式变速器（续）
汽车工程系
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。 倒挡传动常用滑动齿轮，f图为常啮合齿轮； 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）；
第三章 变速器设计
汽车工程系
2、中间轴式变速器 第一轴与第二轴的布置与支承（图3-12）； 使用直接挡时，齿轮、轴承及中间轴均不承载，传动效率 高，噪声低，磨损少，寿命提高； 中间挡位可以获得较大的传动比； 高挡齿轮采用常啮合齿轮传动，低挡齿轮可以不采用常啮 合齿轮传动； 除一挡以外的其它挡位，换挡机构多采用同步器或啮合套 换挡； 有的一挡也采用同步器或啮合套换挡； 各挡同步器或啮合套多设置在第二轴上。
但挡数增多，将使结构复杂，轮廓尺寸和质量加大，换挡 频率增高将增加换挡难度。
乘用车4~5个挡位，排量大用5挡； 货车装载量2.0~3.5t（5挡），4.0~8.0t（6挡）； 多挡变速器用于总质量大些的货车和越野汽车上。
第三章 变速器设计
汽车工程系
二、传动比范围 指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。 最高挡传动比是1.0（直接挡）或0.7~0.8（超速挡）； 最低挡传动比选取的影响因素有:
第三章 变速器设计 1. 模数（续） 模数的选用范围（单位：mm)
汽车工程系
模数 车型 轿 微型、普通级 车 中级轿车 货 车 中 重 型 型
齿
轮
啮合套
2.25～2.75 2.75～3.00 3.5～4.5 4.5～6.0
2.0～3.5 3.5～5.0
第三章 变速器设计
汽车工程系
2. 压力角α 是指齿轮在啮合点所受正压力方向与该点速度方向所形 成的锐角。 压力角选取的影响因素：
汽车工程系
螺旋角选取的一般原则：
轿车变速器齿轮的螺旋角应大于货车的； 大于300时，轮齿抗弯强度下降，因此低档齿轮β应小些，以 15°~ 25°为宜； β增大时，接触强度持续提高，因此高档齿轮β应大些； 中间轴上的轴向力应尽量抵消，以减轻轴承负荷。
第三章 变速器设计 3. 螺旋角β——中间轴上轴向力的平衡
汽车工程系
要 求 m(mn) 全部相同 各档不同 减少 m(mn) 增加 m(mn)
备
注
同时增加 b 同时减少 b
第三章 变速器设计
汽车工程系
1. 模数（续） 选取齿轮模数的一般原则 对于轿车，减少噪声有较大意义，因此应选用小模 数； 对于货车，减少质量有较大意义，因此应选用大模 数； 低档齿轮用大模数，而高档选用小模数； 应符合国家标准（GB/T1357—1987）的规定。 接合齿模数选取的原则： 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。
国外有些乘用车变速器齿轮采用两种压力角：
高挡齿轮采用小压力角以减少噪声； 低挡和倒挡齿轮采用较大压力角以增加强度； 齿轮采用小压力角和小模数时，必须采用大的齿高系数和大圆 弧齿根，以提高弯曲强度。
第三章 变速器设计 3. 螺旋角β 螺旋角选取的影响因素：
影响因素 传动平稳性 工作噪声 轮齿强度 轴向力 要求β 大 大 大 小
汽车工程系
倒挡齿轮位于一、二轴中心线的右侧，倒挡轴受力较小； 倒挡位置最好单独设置，便于挂倒挡。
第三章 变速器设计 4、挡位的布置方案
一、倒挡齿轮应布置在靠近轴的支承处；
汽车工程系
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，可以减少偏载。 超速挡的传动比小于1，仅在好路或空载时使用； 能充分利用发动机功率，减少发动机转数，磨损小，燃料消耗低； 与直接挡比较，传动效率低、工作噪声大。
轴向力， 径向力 轴向力
第三章 变速器设计 4、变速器轴承
圆锥滚子轴承 直径小、宽度大，负荷高，容量大； 需要调整预紧度，装配麻烦，且磨损后轴易歪斜； 不适合用在线膨胀系数较大的铝合金壳体上。 滚针轴承 摩擦损失小、传动效率高；
汽车工程系
径向配合间隙小、定位及运转精度高，有利于齿轮啮合； 用于齿轮与轴有相对运动的地方； 滑动轴套 径向配合间隙大、易磨损； 间隙增大，齿轮的定位和运转精度下降，工作噪声增加。 制造容易、成本低。
第三章 变速器设计
汽车工程系 变速器主要参数的选择
第三节
一、挡数 增加挡数，可以改善汽车的动力性、燃油经济性和平均车 速； 在传动比范围不变的条件下，挡数增加会使相邻挡位之间 的传动比比值减小，使换挡容易；
要求相邻挡位传动比比值在1.8以下，该值越小换挡越容易； 高挡区相邻挡位之间的传动比比值，要比低挡区的小。
汽车工程系
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
第三章 变速器设计 3、防止自动脱挡的结构措施
汽车工程系
由于接合齿磨损、变速器轴刚度不足、振动等原因都 会导致自动脱挡，这是变速器主要故障之一。 使接合齿端部超过被接合齿约1~3mm，挤压磨损形 成凸肩； 将啮合套齿座齿厚切薄，齿后端面被齿座前端面顶 住； 将接合齿工作面加工成斜面，形成倒锥角； 将接合齿的齿侧加工成台阶形状，也可以防止自动 脱挡。
第三章 变速器设计 三、中心距A（续） 中间轴式变速器中心距的确定
根据经验公式初选中心距：
汽车工程系
A = K A ⋅ 3 Te max i1η g （mm）
KA为中心距系数（乘用车8.9~9.3；商用车8.6~9.6；多挡变速器 =9.5~11.0）； Temax（N·m）；变速器传动效率ηg取96%。
第三章 变速器设计 2、中间轴式变速器——四挡 a、c方案： 第二轴为三点支承； 有四对常啮合齿轮； 倒挡用直齿滑动齿轮换挡； a方案能提高中间轴和第二轴刚 度。 b方案： 第二轴为两点支承。 高挡用常啮合齿轮传动； 一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡； 倒挡齿轮是双联齿轮。
汽车工程系
Ⅱ挡
Ⅰ挡
倒挡
第三章 变速器设计 2、中间轴式变速器——五挡
第三章 变速器设计 三、分类
变 速 器
汽车工程系
三 挡 变 速 器
四 挡 变速 器
五 挡 变 速 器
多 挡 变 速 器
固 定 轴 式
旋 转 轴 式
两 轴 式
中 间 轴 式