第三章机械式变速器设计
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汽车设计讲稿-第三章 机械式变速器设计.
第三章机械式变速器设计§3-1概述一、功用：1、改变发动机传递的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度, 使发动机在最有利的工况范围工作2、(滑行或停车时使发动机和传动系)分离3、改变方向4、动力输出二、设计要求：1、保证汽车动力性和经济性-档数正确，传动比范围和各档传动比大小合理。
2、有空档。
用来切断发动机动力驱动轮的传输。
3、有倒档。
4、有动力输出装置。
5、换档迅速轻便。
6、工作可靠。
标准：行驶中无跳档、乱档及换档冲击。
7、 高，应尽可能设直接档(直接档i=1, 但i=1不一定是直接档。
i=1，两轴，不是直接档；三轴，是直接档)8、噪声低三、分类：1、按档数：三、四、五、多2、按轴：1）固定轴式（应用广泛）：两、中间、双中间、多中间2）旋转轴式（用于液力机械变速器，易实现换档自动化）§3-2变速器传动机构布置方案一、传动机构布置方案分析1、固定轴式变速器1）两轴式(多用于前置前驱动乘用车，为什么？)A、图例讲解：就图3-1 a）为例a、符号表示：输入输出、拨叉、常啮合齿轮、啮合套、同步器、配合方式（固定、滑动套）b、换档方式、各档传递路线（高速档和低速档）c、倒档实现：直齿滑动心轴，插入中间齿轮：B、特点：a、只有两个轴（倒档不算）, 输出轴与主减速器主动齿轮做成一体（乘用车发动机纵置用圆锥，横置用圆柱）b、无直接档c、各前进档均只经一对齿轮传动，一挡速比不可能很大d、除倒档以外，共他档均用常啮合齿轮传动e、同步器多数装在输出轴上（同一档主动齿轮尺寸小）2）中间轴式：就图3-2a)分析特点：a、有三根轴（倒档不算）。
第一轴前经轴承支飞轮，后与主动齿轮成一体；第二轴前经轴承支第一轴后端孔内，后与万向节联；中间轴。
b、第一、二轴在同一直线上，可布置直接档→齿轮、轴承不受载，η↑，磨损↓，噪声↓；c、除直接档外，其他档均经两对齿轮传递。
→当中心距A不太大时，速比i可取大值d、除倒档以外，共他档不一定用常啮合齿轮传动e、同步器多数装在输出轴上（同一档主动齿轮尺寸小）2、倒档布置1）传动方案：直齿滑动a）传动路线中加入中间传动齿轮；简单，但中间传动齿轮是在最不利的正、负交替对称变化的弯曲应力状态下工作。
第三章 变速器设计
二、组成 1、传动机构 2、操纵机构
三、发展趋势
1、加强设计工作的系列化，通用化。如在4 档变 速器基础上，附加一个副箱体，使档数变成5档。 2、操纵机构从手动向半自动、自动、电子操纵方 向发展。
第二节
分类依据
变速传动机构布置方案
分 三 四 五 多 固 定 轴 式 类 档 档 档 档 两轴式 中间轴式 双中间轴式 多中间轴式 旋转轴式 备 少 注 用
2）变速器常用轴承形式
例：中间轴式变速器
形式 圆 柱 滚 子 轴 第二轴前支承 径向力 承 中间轴前或后 径向力 支承 第一轴后支承 径+轴 第一轴前支承 径 球轴承 第二轴后支承 径+轴 中间轴支承 径+轴
采用的部位
承载特点
备
注
第一轴内腔尺寸够大
外圈有挡圈
形式 圆锥滚子轴 承
采用的部位 中间轴支承 第一轴前端支承
2、初步计算A A= K A 3 Temx i1 g mm
参数 车型 轿 车 货 车 多档变速器
η g——96%
中心距系数 KA 8.9——9.3 8.6——9.6 9.5——11.0
A 的范围
mm
65——80 80——170
二、外形尺寸 1、横向尺寸 影响横向尺寸的因素有： 1）齿轮直径 2）倒档齿轮直径 3）壳体壁厚及其与齿轮之间的间隙
一、传动机构分类
档 数
轴的形式
用于前置前驱动 用于前置后驱动 用于重型汽车 用于重型汽车 液力机械变速器
二、两轴式与中间轴式变速器
形式 特点 结 构 方 面 轴数 第一轴与输出轴 输出轴末端 动力传递经过 直接档 结 噪 构 声 平 两轴式 2 行 1○ 2 主减速器齿轮○ 一对齿轮 没 简 有* 单 低 高 小(3.0—4.5) 中间轴式 3 同一直线上 万向节 两对齿轮※ 有 复 杂 高 低 大(7—8) 备 注
汽车设计--3变速器设计
3)通常跟据齿轮模数m的大小来选定齿宽。
直齿：b=Kcm, Kc为齿宽系数，取为4.5~8.0 斜齿：b= Kcmn，Kc取6.0~8.5
5、变位系数的选择原则
◎采用变位的原因：
1）避免齿轮产生根切 2）配凑中心距 3）通过变位影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨性、抗胶
合能力及齿轮的啮合噪声。 ◎变位齿轮的种类：高度变位和角度变位。 1）高度变位：齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数的和为零。
1、变速器的传动比范围： 指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。 2、最高挡传动比的选取： 直接挡1.0，超速挡0.7～0.8。
3、最低挡传动比选取：
影响因素：
发动机的最大转矩、最低稳定转速；
驱动轮与路面间的附着力； 主减速比与驱动轮的滚动半径；
Ft max Ff Fi max
汽车的最低稳定车速。
1、中间轴式变速器
❖ 多用于FR，RR布置的 乘用车和商用车上
❖ 能设置直接挡，直接挡 效率高
❖ 一挡传动比能设计较大
❖ 一轴与输出轴转向相同 （挂前进档时）
❖ 零件多，尺寸、质量大
2、两轴式变速器
❖ 结构简单、紧凑、轮廓 尺寸小
❖ 中间挡位传动效率高、 噪音低（少了中间轴、 中间传动齿轮）
❖ 不能设置直接挡，高挡 位时噪音高（轴承齿轮 均承载），且效率略比 三轴式低
第三章 机械式变速器设计
本章主要学习 ❖ （1）变速器的基本设计要求； ❖ （2）各种形式变速器的结构布置特点（☆）； ❖ （3）变速器主要参数的选择 （☆）； ❖ （4）变速器的设计与计算（☆）； ❖ （5）同步器设计的基本方法； ❖ （6）变速器操纵机构及基本结构元件； ❖ （7）机械式无级变速器简介。
直齿：b=Kcm, Kc为齿宽系数，取为4.5~8.0 斜齿：b= Kcmn，Kc取6.0~8.5
5、变位系数的选择原则
◎采用变位的原因：
1）避免齿轮产生根切 2）配凑中心距 3）通过变位影响齿轮的强度，使用平稳性，耐磨性、抗胶
合能力及齿轮的啮合噪声。 ◎变位齿轮的种类：高度变位和角度变位。 1）高度变位：齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数的和为零。
1、变速器的传动比范围： 指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。 2、最高挡传动比的选取： 直接挡1.0，超速挡0.7～0.8。
3、最低挡传动比选取：
影响因素：
发动机的最大转矩、最低稳定转速；
驱动轮与路面间的附着力； 主减速比与驱动轮的滚动半径；
Ft max Ff Fi max
汽车的最低稳定车速。
1、中间轴式变速器
❖ 多用于FR，RR布置的 乘用车和商用车上
❖ 能设置直接挡，直接挡 效率高
❖ 一挡传动比能设计较大
❖ 一轴与输出轴转向相同 （挂前进档时）
❖ 零件多，尺寸、质量大
2、两轴式变速器
❖ 结构简单、紧凑、轮廓 尺寸小
❖ 中间挡位传动效率高、 噪音低（少了中间轴、 中间传动齿轮）
❖ 不能设置直接挡，高挡 位时噪音高（轴承齿轮 均承载），且效率略比 三轴式低
第三章 机械式变速器设计
本章主要学习 ❖ （1）变速器的基本设计要求； ❖ （2）各种形式变速器的结构布置特点（☆）； ❖ （3）变速器主要参数的选择 （☆）； ❖ （4）变速器的设计与计算（☆）； ❖ （5）同步器设计的基本方法； ❖ （6）变速器操纵机构及基本结构元件； ❖ （7）机械式无级变速器简介。
第三章机械式变速器设计
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。
第二节 变速器传动机构布置方案 变速器传动机构有两种分类方法。
根据前 进挡数
三挡变速器 四挡变速器 五挡变速器 多挡变速器
两轴式变速器
根据 轴的 形式
固定轴式 中间轴式变速器
旋转轴式
两轴式变速器的特点
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，一挡速比不可能设计得很大。
7.材料及热处理
– 材料：一般齿轮和轴选同一种材料 20CrMnTi 20Mn2TiB
七、各挡齿轮齿数的分配
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 方案来分配各挡齿轮的齿数。下面以图318所示四挡变速器为例，说明分配齿数的 方法。
1．确定一挡齿轮的齿数
一挡传动比
如果z7和 z8的齿i1 数zz确21 zz定87 了，（则3z-21与）
力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。
5．齿轮变位系数的选择原则
采用变位齿轮的原因：1）配凑中心距；2）提 高齿轮的强度和使用寿命；3）降低齿轮的啮合噪 声。
– 高挡：以降低噪声为目的，总变位系数选取较小值。 – 低挡：以提高轮齿强度为目的，选较大值。
6.齿顶高系数 规定齿顶高系数取1.0。 细高齿制的齿顶高系数还没有统一的标准。
z1的传动比可求出。为了求z7、 z8的齿
数，先求其齿数和zh
直齿Zh
2A m
斜齿Zh
2 A c os mn
（3-2）
计算后取zh为整数，然后进行大、小
齿轮齿数的分配。
乘用车中间轴式变速器一
挡齿轮齿数z8可在15～17 之间选取；货车z8可在 12～17之间选取。一挡大
第二节 变速器传动机构布置方案 变速器传动机构有两种分类方法。
根据前 进挡数
三挡变速器 四挡变速器 五挡变速器 多挡变速器
两轴式变速器
根据 轴的 形式
固定轴式 中间轴式变速器
旋转轴式
两轴式变速器的特点
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，一挡速比不可能设计得很大。
7.材料及热处理
– 材料：一般齿轮和轴选同一种材料 20CrMnTi 20Mn2TiB
七、各挡齿轮齿数的分配
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 方案来分配各挡齿轮的齿数。下面以图318所示四挡变速器为例，说明分配齿数的 方法。
1．确定一挡齿轮的齿数
一挡传动比
如果z7和 z8的齿i1 数zz确21 zz定87 了，（则3z-21与）
力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。
5．齿轮变位系数的选择原则
采用变位齿轮的原因：1）配凑中心距；2）提 高齿轮的强度和使用寿命；3）降低齿轮的啮合噪 声。
– 高挡：以降低噪声为目的，总变位系数选取较小值。 – 低挡：以提高轮齿强度为目的，选较大值。
6.齿顶高系数 规定齿顶高系数取1.0。 细高齿制的齿顶高系数还没有统一的标准。
z1的传动比可求出。为了求z7、 z8的齿
数，先求其齿数和zh
直齿Zh
2A m
斜齿Zh
2 A c os mn
（3-2）
计算后取zh为整数，然后进行大、小
齿轮齿数的分配。
乘用车中间轴式变速器一
挡齿轮齿数z8可在15～17 之间选取；货车z8可在 12～17之间选取。一挡大
第三章 机械式变速器设计
六、各档齿轮齿数的分配 尽可能使各档齿轮的齿数比应该不是整数，以使磨损均匀。 1、确定一档齿轮的齿 z z 数 i1 2 7 z1 z 8 一档传动比 为了求z7z8的齿数，先求其 齿数和Zh 直齿 Z h 2 A
m 斜齿 Z h 2 A cos mn
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
计算后取整，然后进行大、 小齿轮齿数的分配。 乘用车中间轴式变速器一档 传动比i1=3.5~3.8时，中间轴 上一档齿轮数可在15~17间取， 商用车在12~17间取。
4.变速器轴承 变速器轴承常采用圆柱滚子轴承，球轴承， 滚针轴承，圆锥滚子轴承，滑动轴套等。至于 何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所 承受的载荷特点不同而不同。
第三节
一、档数
变速器主要参数的选择
增加变速器的档数能改善汽车的动力性和经济性。要求 相邻档位之间的传动比比值在1.8以下,该制约小换挡工作越容 易进行。要求高档区相邻档位之间的传动比比值要比低档区相 邻档位之间的传动比比值小。 目前轿车一般用4~5个档位，级别高的轿车变速器多用5个 档，货车变速器采用4~5个档位或多档。 二、转动比范围 变速器的传动比范围是指变速器最低档传动比与最高档转 动比的比值。目前乘用车的传动比范围在3~4之间，轻质量商用 车在5~6之间，其他商用车则更大。
三、中心距A 要求中心距取大些。中间轴式变速器中心距：
A K A 3 Te max i1 g
式中， A 为中心距 （ mm）；KA 为 中心 距系数， 乘用车： KA=8.9~9.3，商用车：8.6~9.6，多档变速器：9.5~11.0；Temax为 发动机最大转矩（N.m）;i1为变速器一档传动比； g 为变速器传 动效率96%。 乘用车变速器的中心距在60~80mm变化范围，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中 心距小。 四、外形尺寸 乘用车四档变速器壳体的轴向尺寸（3.0~3.4）A 。商用车 变速器壳体的轴向尺寸与档数有关： 四档（2.2~2.7）A 五档（2.7~3.0）A 六档（3.2~3.5）A
《汽车设计》课程复习要点
汽车设计》课程复习要点课程名称：《汽车设计》适用专业：车辆工程辅导教材：《汽车设计》张炳力主编合肥工业大学出版社复习要点：第一章汽车总体设计本章主要内容是汽车形式的选择、主要参数的选择，发动机的选择、车身形式选择，汽车总体布置、运动校核。
本章重点是掌握汽车主要尺寸参数、质量参数的选择，发动机的选择，汽车总体布置设计方法。
第二章离合器设计本章主要内容是：汽车离合器的结构方案选择、离合器主要参数选择、离合器设计与计算、扭转减振器设计、离合器操纵机构的布置与计算、离合器主要结构元件的设计要求。
本章重点是掌握膜片弹簧离合器主要参数选择及设计与计算方法。
第三章机械式变速器设计本章主要内容是：变速器传动机构布置方案、变速器主要参数选择、变速器的设计与计算、同步器设计、操纵机构的要求及形式、变速器主要结构元件的设计要求。
本章重点是掌握机械式变速器主要参数选择、变速器的设计与计算、同步器设计。
第四章万向传动轴设计本章主要内容是：万向传动结构方案的分析、万向传动的运动和受力分析、万向节设计、传动轴结构分析与设计、中间支承结构分析与设计。
本章重点是掌握万向节和传动轴的结构分析与设计计算。
第五章驱动桥设计本章主要内容是：驱动桥结构方案的分析、主减速器设计、差速器设计、车轮传动装置设计、驱动桥壳设计、驱动桥壳的结构元件等。
本章重点是掌握主减速器结构方案的分析和设计、防滑差速器设计与计算。
第六章悬架设计本章主要内容是：悬架结构形式分析、悬架主要参数的确定、弹性元件的计算、独立悬架导向机构的设计、减振器结构分析与设计、悬架主要结构元件性能及设计要求。
本章重点是掌握独立悬架导向机构的布置方案分析、钢板弹簧设计与计算、悬架主要结构元件性能第七章转向系设计本章主要内容是：机械式转向器方案分析、转向系主要性能参数、机械式转向器的设计与计算、动力转向机构、转向梯形、转向减振器、转向系结构元件。
本章重点是掌握机械式转向器方案分析、机械式转向器主要性能参数的选择与设计计算、转向梯形的优化。
机械式变速器设计PPT教案
（2）在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；
（3）利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速， 并便于变速器换档或进行动力输出。 组成：
变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可 以加装动力输出器。
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变速器的基本设计要求：
1）保证汽车有必要的动力性和经济性。 2）设置空挡，用来切断发动机的动力传输。 3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 4）设置动力输出装置。 5）换挡迅速、省力、方便。 6）工作可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换
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变速器齿轮模数范围大致如下：
微型、普通级轿车 中级轿车 中型货车 重型货车
2.25～2.75
2.75～3.00 3.5～4.5 4.5～6.0
车型 微、轻型轿 中 级 以 上 中型货车
车
轿车
模数 2.25~2.75 2.75~3.0 3.5~4.5
重型货车 4.5~6.0
所选模数值应符合国家标准的规定。
两轴式变速器 多用于前置前驱、后置后驱型式汽 车。
结构特点：
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（1）输出轴与主减速主动齿轮成一体； （2）除倒挡外，其它挡均用常啮合齿轮传动； （3）同步器多数 装在输出轴上； （4）各前进挡均 经过一对齿轮传递 动力 ； （5）只有两个轴。
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汽车设计讲义
第10页/共91页
1．模数的选取 齿轮模数选取的一般原则：
1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽； 2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽； 3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数； 4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。
对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得 小些；
（3）利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速， 并便于变速器换档或进行动力输出。 组成：
变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可 以加装动力输出器。
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变速器的基本设计要求：
1）保证汽车有必要的动力性和经济性。 2）设置空挡，用来切断发动机的动力传输。 3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 4）设置动力输出装置。 5）换挡迅速、省力、方便。 6）工作可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换
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变速器齿轮模数范围大致如下：
微型、普通级轿车 中级轿车 中型货车 重型货车
2.25～2.75
2.75～3.00 3.5～4.5 4.5～6.0
车型 微、轻型轿 中 级 以 上 中型货车
车
轿车
模数 2.25~2.75 2.75~3.0 3.5~4.5
重型货车 4.5~6.0
所选模数值应符合国家标准的规定。
两轴式变速器 多用于前置前驱、后置后驱型式汽 车。
结构特点：
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（1）输出轴与主减速主动齿轮成一体； （2）除倒挡外，其它挡均用常啮合齿轮传动； （3）同步器多数 装在输出轴上； （4）各前进挡均 经过一对齿轮传递 动力 ； （5）只有两个轴。
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汽车设计讲义
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1．模数的选取 齿轮模数选取的一般原则：
1）为了减少噪声应合理减小模数，同时增加齿宽； 2）为使质量小些，应该增加模数，同时减少齿宽； 3）从工艺方面考虑，各挡齿轮应该选用一种模数； 4）从强度方面考虑，各挡齿轮应有不同的模数。
对于轿车，减少工作噪声较为重要，因此模数应选得 小些；
第三章M 机械式变速器设计 2019
4）齿数少，有根切时应选取正变位修正。
48
（4）实际应用
1）除倒挡、低挡（一、二挡）以外各挡的εc，均 选用较小值，以利获得低噪声传动。
如：最高挡及一轴齿轮副的εc约在-0.2～0.2 2）挡位愈低，εc也应该逐渐加大，以获得高强度。 如：一挡齿轮的εc可在1.0以上。
49
五、各挡齿轮齿数的分配
（ 2）变速器常用轴承形式
22
例：中间轴式变速器
特 形式 点
应用部位
承载
第二轴前支承
圆柱滚子轴承 中间轴前或后 支承
第一轴后支承
球轴承
第一轴前支承 第二轴后支承
中间轴支承
径向力
径向力
径+轴 径
径+轴 径+轴
备注 第一轴内腔尺寸应足
够大
外圈有挡圈
23
特
形
点
式
圆锥滚子轴承
应用部位 中间轴支承
第一轴前端支承
用大的β ； (15～250) 3）∵ β 〉300时，接触强度持续↑，∴高挡齿轮宜
选用大的β ； 4）中间轴上有两齿轮同时工作，应力求使它们产
生的轴向力抵消，以减轻轴承负荷。
39
Fa1 Fn1tg1
Fa2 Fn2tg2
T Fn1r1 Fn2r2
tg1 r1 tg2 r2
常常因为满足传动比的需要，引发各对齿轮的齿数和 不相同，所以要进行齿轮变位保证A相同。
3）改善齿轮强度，使用平稳性、耐磨损、抗胶合能力及 啮合噪声等。
45
（2）齿轮变位的分类
变
特
位
点
高度变位
角度变位
特点
ε c=ε 1+ε 2=0
48
（4）实际应用
1）除倒挡、低挡（一、二挡）以外各挡的εc，均 选用较小值，以利获得低噪声传动。
如：最高挡及一轴齿轮副的εc约在-0.2～0.2 2）挡位愈低，εc也应该逐渐加大，以获得高强度。 如：一挡齿轮的εc可在1.0以上。
49
五、各挡齿轮齿数的分配
（ 2）变速器常用轴承形式
22
例：中间轴式变速器
特 形式 点
应用部位
承载
第二轴前支承
圆柱滚子轴承 中间轴前或后 支承
第一轴后支承
球轴承
第一轴前支承 第二轴后支承
中间轴支承
径向力
径向力
径+轴 径
径+轴 径+轴
备注 第一轴内腔尺寸应足
够大
外圈有挡圈
23
特
形
点
式
圆锥滚子轴承
应用部位 中间轴支承
第一轴前端支承
用大的β ； (15～250) 3）∵ β 〉300时，接触强度持续↑，∴高挡齿轮宜
选用大的β ； 4）中间轴上有两齿轮同时工作，应力求使它们产
生的轴向力抵消，以减轻轴承负荷。
39
Fa1 Fn1tg1
Fa2 Fn2tg2
T Fn1r1 Fn2r2
tg1 r1 tg2 r2
常常因为满足传动比的需要，引发各对齿轮的齿数和 不相同，所以要进行齿轮变位保证A相同。
3）改善齿轮强度，使用平稳性、耐磨损、抗胶合能力及 啮合噪声等。
45
（2）齿轮变位的分类
变
特
位
点
高度变位
角度变位
特点
ε c=ε 1+ε 2=0
机械式变速器设计
固定轴式 根据轴 的形式 旋转轴式
两轴式变速器 固定轴式
中间轴式变速器
双中间轴式变速器 多中间轴式变速器
一、传动机构布置方案分析
1、固定轴式变速器 （1）两轴式变速器 两轴式变速器多用于发动机前前置前轮驱动汽车上。 与中间轴式变速器相比，两轴式变速器因轴和轴承数少， 所以有结构简单、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，所以 在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易 损坏。受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得 很大。 对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出 轴的转动方向相反；而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的 转动方向相同。
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，有的挡位用同步器换挡，用的 挡位用啮合套换挡，那么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方案
2、倒挡布置方案
与前进挡位比较，倒档的使用率不高，而且都是在停车状态 下实现换倒档，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒挡 。为实现倒挡传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿 轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案，如图3-1a、 b、c和图3-2a、b所示；也有利用两个联体齿轮方案的，如 图3-2c和图3-3a、b所示。前者虽然结构简单，但是中间传 动齿轮的轮齿是在最不利的正负交替对称变化的弯曲应力状 态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下 工作，并使倒挡传动比略有增加。也有少数变速器采用结构 复杂和使成本增加的啮合套或是同步器方案换入倒挡，如图 3-1f所示。
3、其他问题
常用挡位的轮齿因接触力过高而易造成表面点蚀损坏。 将高挡布置在靠近轴的两端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，齿轮可保持较好的 啮合状态，以减小偏载并提高齿轮寿命。 某些汽车变速器有仅在好路或空车行驶时才使用的超速 挡。使用传动比小于1的超速挡，能够更充分地利用发动机 功率，使汽车行驶1公里所需发动机曲轴的总转数减少，因 而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接挡比 较，使用超速挡会使传动效率降低，工作噪声增加。 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轮对数、每分钟转速、传递 的功率、润滑系统的有效性、齿轮和壳体等零件的制造精度 等。
汽车设计 第三章 机械式变速器设计幻灯片PPT
《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 齿轮参数确实定
• 将有关参数代人式，整理后得到斜齿轮
弯曲应力为: w
2Tg cosK
πzmn3 yKc K
•
斜齿轮法向mn 模 3 2π数TzgKccoK与sεyK弯wσ 曲应力之间有如
下关系
汽车变速器齿轮的法向模数
•
《汽车设计》电子教案
•
直齿轮弯曲应力为 w
F1Kσ K f bty
Y1 Y
7 .5 22
.5
0. 1
89Y .1Y 2
2 0
0
Y 2 5 1 . 2 3 Y 2 0
w
2Tg K σ K f πm3zKc y
•
直齿轮模数m与 3弯2Tg曲Kf K应 力之间有如下关系：
πzKc y w
• •
(2斜) 斜齿齿轮轮弯曲应 w力 bF为t1yKKσε
《汽车设计》电子教案
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 4. 轴承形式
•
变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、
圆锥滚子轴承、滑动轴套等。
• 5. 各挡齿轮的布置
•
对于典型的中间轴式变速器，其一挡常布置在靠近第
二轴和中间轴的后支承处。
• 6. 装配孔设计
• 7. 变速器整体刚性
• 变速器只有具有足够的整体刚性才能保证正常工作。整
M Mc2Ms2Tn2
•
抗弯截面系数按下式计算
W πd3 32
• 3.3.6 齿轮参数确实定
• 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。
《汽车设计》电子教案
变速器设计ppt课件
润滑状态基本不变，提高齿轮、轴承的 寿命。
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69
润滑油的发展趋势
全寿命油 降低成本 可回收 绿色
完整版PPT课件
70
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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3
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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4
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
8
中间轴式变速器
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9
4档中间轴式变速器传动方案
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10
5档中间轴式变速器传动方案
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11
中间轴式变速器动力传递路线
完整版PPT课件
12
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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13
倒档布置方案
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齿数、中心距，β角等。
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21
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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22
第四节 变速器的设计与计算
齿轮 轴 壳体 润滑
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23
齿轮失效形式
弯曲强度：轮齿折断 接触强度：点蚀
完整版PPT课件
24
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
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69
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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70
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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3
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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4
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
8
中间轴式变速器
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9
4档中间轴式变速器传动方案
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10
5档中间轴式变速器传动方案
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11
中间轴式变速器动力传递路线
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12
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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13
倒档布置方案
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齿数、中心距，β角等。
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21
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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22
第四节 变速器的设计与计算
齿轮 轴 壳体 润滑
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23
齿轮失效形式
弯曲强度：轮齿折断 接触强度：点蚀
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24
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
第三章机械式变速器设计
b。用变速器 转变发动机转矩、转速的必要性在于内燃机转矩—转 速变化特性的特点是具有相对小的对 外部载荷改变的适应性。发动机的适应
性系数是其最大转矩与最大功率下转矩之比，内 燃机的适应性系数为1．15—1．25。
c 。变速器使汽车能以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只 靠内燃机的最低稳定 转速是难以达到的。
第三章机械式变速器设计
第三章 机械式变速器设计
• 第一节 概述 • 第二节 变速器传动机构布置方案 • 第三节 变速器主要参数的选择 • 第四节 变速器操纵机构
第三章机械式变速器设计
第一节 概述
变速器的功能是：
a。改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，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。
16档变速箱 16 S 1650
35 %
150
Eaton
91档0.3箱- 0，.714档
30 %
121550
25 %
Antriebskraft am Rad in kN. 驱 F动ahr轮wi上der的st牵鋘 d引e力 [kN]
爬坡度
100
Fahrwiderstandslinien in konst. Steigung
20 %
100 75
15 %
50 75
25
0%
050 00
700 1/min
20 20
40
40 60
2000 1/min
1166. 档Ga变ng速E箱cosplit 99.档Ga变ng速E箱aton
10 % 5%
6080
10800 Gesch1w20ind1ig0k0eit in km/h 120
性系数是其最大转矩与最大功率下转矩之比，内 燃机的适应性系数为1．15—1．25。
c 。变速器使汽车能以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只 靠内燃机的最低稳定 转速是难以达到的。
第三章机械式变速器设计
第三章 机械式变速器设计
• 第一节 概述 • 第二节 变速器传动机构布置方案 • 第三节 变速器主要参数的选择 • 第四节 变速器操纵机构
第三章机械式变速器设计
第一节 概述
变速器的功能是：
a。改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，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。
16档变速箱 16 S 1650
35 %
150
Eaton
91档0.3箱- 0，.714档
30 %
121550
25 %
Antriebskraft am Rad in kN. 驱 F动ahr轮wi上der的st牵鋘 d引e力 [kN]
爬坡度
100
Fahrwiderstandslinien in konst. Steigung
20 %
100 75
15 %
50 75
25
0%
050 00
700 1/min
20 20
40
40 60
2000 1/min
1166. 档Ga变ng速E箱cosplit 99.档Ga变ng速E箱aton
10 % 5%
6080
10800 Gesch1w20ind1ig0k0eit in km/h 120
机械式变速器设计1
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机械式变速器设计1
中间轴式五挡变速器的特点
图3-3a所示方案，除一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡外，其余各 挡为常啮合齿轮传动。图3-3b、c、d所示方案的各前进挡，均用常 啮合齿轮传动；图3-3d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、减少齿轮磨损和降低工作噪声。
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➢
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。
➢
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。
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。
机械式变速器设计1
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2020/11/18
机械式变速器设计1
第三章 机械式变速器设计
• 第一节 概述 • 第二节 变速器传动机构布置方案 • 第三节 变速器主要参数的选择 • 第四节 变速器的设计计算 • 第五节 同步器设计 • 第六节 变速器操纵机构 • 第七节 变速器结构元件
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变速器传动机构布置方案
• 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。
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机械式变速器设计1
两轴式变速器的特点
•在汽车传动系中，对于采用发动 机前置前轮驱动或发动机后置后 轮驱动的汽车，由于受总体布置 的影响，一般都采用二轴式变速 器。
•结合齿圈
《机械变速器设计》幻灯片
Ⅰ输出
Ⅱ挡输出
桑塔纳变速器Ⅲ、Ⅳ挡位置
Ⅲ挡输出
Ⅳ挡输出
桑塔纳变速器倒挡输出
图3-1 两轴式变速器传动方案
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。
变速器的根本设计要求： 1〕保证汽车有必要的动力性和经济性。 2〕设置空挡，用来切断发动机的动力传输。 3〕设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 4〕设置动力输出装置，需要时能进展功率输出。
5〕换挡迅速、省力、方便。 6〕工作可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换
挡冲击等现象发生。 7〕变速器应有高的工作效率。 8〕变速器的工作噪声低。 除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质
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
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 壳体等零件的制造精度等。
图3-3 中间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。
中间轴式变速器的特点
图3-4为中间轴式六挡变速器传动方案。图3-4a所示方案 中的一挡、倒挡和图3-4b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮 换挡，其余各挡均匀常啮合齿轮。
Ⅱ挡输出
桑塔纳变速器Ⅲ、Ⅳ挡位置
Ⅲ挡输出
Ⅳ挡输出
桑塔纳变速器倒挡输出
图3-1 两轴式变速器传动方案
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。
变速器的根本设计要求： 1〕保证汽车有必要的动力性和经济性。 2〕设置空挡，用来切断发动机的动力传输。 3〕设置倒挡，使汽车能倒退行驶。 4〕设置动力输出装置，需要时能进展功率输出。
5〕换挡迅速、省力、方便。 6〕工作可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换
挡冲击等现象发生。 7〕变速器应有高的工作效率。 8〕变速器的工作噪声低。 除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质
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
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 壳体等零件的制造精度等。
图3-3 中间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。
中间轴式变速器的特点
图3-4为中间轴式六挡变速器传动方案。图3-4a所示方案 中的一挡、倒挡和图3-4b所示方案中的倒挡用直齿滑动齿轮 换挡，其余各挡均匀常啮合齿轮。
第3章 机械式变速器设计
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。
32
3. 螺旋角β ——中间轴上轴向力的平衡 轴向力： Fa1 Fn1tg1
Fa 2 Fn 2 tg 2
根据
T Fn1r1 Fn 2 r2
17
3、防止自动脱挡的结构措施
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。
7
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。
8
2、中间轴式变速器——五挡
5、换档迅速、省力、方便。
6、工作可靠，无跳档、乱档、换档冲击现象。 7、传动效率要高。 8、工作噪声低。 9、尺寸小，质量小，成本低，维修方便。
4
第二节
变速传动机构布置方案
一、传动机构布置方案分析
1、两轴式变速器（图3-9）
与中间轴式变速器相比较： 输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反。 轴和轴承数少，结构简单，轮廓尺寸小，容易布置； 中间挡位传动效率高，噪声低； 不能设置直接挡，高挡工作噪声大，易损坏； 受结构限制，一挡速比不可能设计得很大； 多用于FF布置形式。