汽车设计第五次课

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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。
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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。
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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。
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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： ① 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 ② 设置空档、倒档 ③ 操纵迅速、省力、方便。 ④ 工作可靠。不得有跳挡、乱挡、换挡冲击现象。 ⑤ 应考虑设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。 ⑥ 还应满足效率高、噪声低、体小质轻、制造容易、成本 低之要求。
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Mm =p 2 2πR fb
Mm b= 2πR 2 fp
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。 ⑤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β 要保证在换挡元件角速度差为零时才能进行换挡，β一定 要正确选取，这很关键，β与f、α、锁止面平均半径有 关。现在结构β：26°～42°。
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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。
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§3.3 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 ① 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，而过早磨坏。目前除了倒档 使用，一档很少使用外，其他不使用。
双质量飞轮减振器是德国宝马（BMW）公司在1985年首 先研制出并用在BMW324d型轿车上（6缸柴油机）。将扭 转减振器由离合器从动盘移到飞轮上去，其减振降噪效果 均优于位于从动盘中的扭转减振器。其后有些公司也研制 成功，并申请了专利。
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双质量飞轮减振器有以下优点 ① 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。 ② 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。 ③ 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，目前在柴油轿车上有日 益广泛应用的趋势。 2010-8-20
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2、同步环主要尺寸的确定
① 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 。 ②锥面半锥角α α tg = f Nsinα+Nfcosα=F
N 1 + f 2 sin( + α ) = F
N=F
[ 1+ f
2
sin( + α )
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第三章 机械式变速器设计
§3.1概述 变速器的功用： ① 改变传动系的传动比，扩大驱动轮转矩，转速 变化范围以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。 ② 在发动机旋转方向不变时实现倒退行驶。 ③ 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。
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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： ① 将两接合齿的啮合位置错开。 ② 将啮合套座上前齿圆切薄（切下0.3~0.6mm）。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。 ③将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角（一般2°~3°） 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。
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§3.2 变速器传动机构布置方案
根据前进挡的不同，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
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固定
花键联接且可滑动
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一、二轴式和三轴式变速器
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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。 ① 若变速器仍用5～6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。 ②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 出发，比较好的措施是采用多档变速器，通常用7～10挡， 少数12，个别16～20。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。
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锁销式优点：结构相对简单，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）
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②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。 ③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。
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二、同步器工作原理 以锁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 ω3≠ω1，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。
]
F α G
α↓， N↑，摩擦转矩↑
但α太小易发生自锁。
tg = f
= arctgf
若不自锁 α ≥ arctgf 一般为6～8度 2010-8-20
N
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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 α < arctgf ，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，将导致锥面快速磨损。一般α 取6°~8° ③摩擦锥面平均半径R R R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。 ④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。
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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。
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