【精品课件】汽车设计第三章机械式变速器设计
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机排量与变速器中心距的统计数 据初选
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.4 变速器外形尺寸
变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中 间(过渡)齿轮和换挡机构的布置初步确定。
• 3.3.5 轴的设计计算
• 1. 初选轴的直径 中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部直径 d0.45A；
轴的最大直径 d m 与支承间距 L 的比值，对中间轴 dm / L 0.16-0.18；对第二轴 dm / L 0.18-0.21。
• 2. 换挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换
挡三种形式。
• 3. 防脱挡措施
3.2 变速传动机构布置方案分析
(1) 将两接合齿的啮合位置错开
(2) 将啮合套做得较长
3.2 变速传动机构布置方案分析
(3) 将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄
(4) 将接合齿的工作面加工成斜面
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。 整体刚性与轴、壳体的结构以及装配时螺栓的扭紧程度有 关。
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，故在各种形式的汽车上得到广泛 应用。
Baidu Nhomakorabea3.2.1 变速传动机构的方案分析
1. 两轴式变速器
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3.2.1 变速传动机构的方案分析
两轴式变速器的特点如下： (1) 变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机
3.2 变速传动机构布置方案分析
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3. 倒挡形式 与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车
状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式 换倒挡。
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 4. 其他结构方案
双中间轴式变速器示意图
三中间轴式变速器示意图
3.2 变速传动机构布置方案分析
（4）其它
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.1 挡数
变速器的挡数及其传动比由总布置设计确定。增加挡 数，有利于提高发动机的功率利用率、汽车的燃油经济性 和平均车速。但会使变速器结构复杂和质量增加，轴向尺 寸增大、操纵复杂、成本高。
• 3.3.2 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 挡传动比的比值，取决于汽车行驶的道路条件和发动机的 功率与汽车质量之比(比功率)。
第3章 机械式变速器设计
3.1 概 述
变速器用来改变在不同的使用条件下发动机传到驱动 轮上的转矩和转速，使汽车得到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。此外，还应保证 汽车能够在倒退行驶、滑行或停车时，使发动机和传动系 分离；需要时还应有动力输出的功能。
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3.2.2 零部件结构方案分析
• 1. 齿轮形式 变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。
直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。与直齿圆柱齿轮比较， 斜齿圆柱齿轮具有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等 优点；缺点是制造复杂，工作时产生轴向力，这对轴承不 利。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。
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。
3.2 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
（3) 综合式 插入式和分段式的结合，使传动比范围进一步扩大
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
重型货车使用条件复杂，需要的传动比范围大。如果 变速器的挡数少，则相邻挡位的传动比间隔就会增大，造 成换挡困难。为解决这个问题，可采用多挡变速器 。 • 1. 组合方案 (1) 前置副变速器
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
纵置时采用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮传动；发动机横置时 用圆柱齿轮传动。 (2) 倒挡传动常采用滑动齿轮，其他挡位采用常啮合齿轮。 (3) 各挡同步器多装在输出轴上。
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 2. 中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动和发动机
后置后轮驱动的汽车上。变速器第一轴的前端经轴承支承 在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动 盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.3 中心距A
中心距A是指两轴中心线之间或两相啮合齿轮中心线 之间的距离，对中间轴式变速器，将中间轴与第二轴轴线 之间的距离称为变速器中心距。对两轴式变速器，将变速 器输入轴与输出轴轴线之间的距离称为变速器中心距。
1. 轮齿接触应力
j 0.418
FE 1 1 ( )
第一轴花键部分直径 d (mm)可按下式初选
d K3 Temax
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.5 轴的设计计算
• 2. 轴的刚度验算
3.3 变速器主要参数选择与计算
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
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
AKA3 Temaxi1 g
• 3. 两轴式变速器中心距 A 的确定 其中心距也可以根据发动
(2) 后置副变速器
(3) 主变速器前、后各设置一个副变速器
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. 传动比的搭配方式 组合式多挡变速器传动比的搭配方式也有多种形式 (1)插入式 主变速器挡位间公比较大，
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。
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.4 变速器外形尺寸
变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中 间(过渡)齿轮和换挡机构的布置初步确定。
• 3.3.5 轴的设计计算
• 1. 初选轴的直径 中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部直径 d0.45A；
轴的最大直径 d m 与支承间距 L 的比值，对中间轴 dm / L 0.16-0.18；对第二轴 dm / L 0.18-0.21。
• 2. 换挡机构形式 变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换
挡三种形式。
• 3. 防脱挡措施
3.2 变速传动机构布置方案分析
(1) 将两接合齿的啮合位置错开
(2) 将啮合套做得较长
3.2 变速传动机构布置方案分析
(3) 将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄
(4) 将接合齿的工作面加工成斜面
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。 整体刚性与轴、壳体的结构以及装配时螺栓的扭紧程度有 关。
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，故在各种形式的汽车上得到广泛 应用。
Baidu Nhomakorabea3.2.1 变速传动机构的方案分析
1. 两轴式变速器
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3.2.1 变速传动机构的方案分析
两轴式变速器的特点如下： (1) 变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，当发动机
3.2 变速传动机构布置方案分析
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3. 倒挡形式 与前进挡位比较，倒挡使用率不高，而且都是在停车
状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式 换倒挡。
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 4. 其他结构方案
双中间轴式变速器示意图
三中间轴式变速器示意图
3.2 变速传动机构布置方案分析
（4）其它
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.1 挡数
变速器的挡数及其传动比由总布置设计确定。增加挡 数，有利于提高发动机的功率利用率、汽车的燃油经济性 和平均车速。但会使变速器结构复杂和质量增加，轴向尺 寸增大、操纵复杂、成本高。
• 3.3.2 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 挡传动比的比值，取决于汽车行驶的道路条件和发动机的 功率与汽车质量之比(比功率)。
第3章 机械式变速器设计
3.1 概 述
变速器用来改变在不同的使用条件下发动机传到驱动 轮上的转矩和转速，使汽车得到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。此外，还应保证 汽车能够在倒退行驶、滑行或停车时，使发动机和传动系 分离；需要时还应有动力输出的功能。
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3.2.2 零部件结构方案分析
• 1. 齿轮形式 变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。
直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。与直齿圆柱齿轮比较， 斜齿圆柱齿轮具有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等 优点；缺点是制造复杂，工作时产生轴向力，这对轴承不 利。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。
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。
3.2 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
（3) 综合式 插入式和分段式的结合，使传动比范围进一步扩大
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
重型货车使用条件复杂，需要的传动比范围大。如果 变速器的挡数少，则相邻挡位的传动比间隔就会增大，造 成换挡困难。为解决这个问题，可采用多挡变速器 。 • 1. 组合方案 (1) 前置副变速器
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
纵置时采用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮传动；发动机横置时 用圆柱齿轮传动。 (2) 倒挡传动常采用滑动齿轮，其他挡位采用常啮合齿轮。 (3) 各挡同步器多装在输出轴上。
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 2. 中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动和发动机
后置后轮驱动的汽车上。变速器第一轴的前端经轴承支承 在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动 盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.3 中心距A
中心距A是指两轴中心线之间或两相啮合齿轮中心线 之间的距离，对中间轴式变速器，将中间轴与第二轴轴线 之间的距离称为变速器中心距。对两轴式变速器，将变速 器输入轴与输出轴轴线之间的距离称为变速器中心距。
1. 轮齿接触应力
j 0.418
FE 1 1 ( )
第一轴花键部分直径 d (mm)可按下式初选
d K3 Temax
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.5 轴的设计计算
• 2. 轴的刚度验算
3.3 变速器主要参数选择与计算
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
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
AKA3 Temaxi1 g
• 3. 两轴式变速器中心距 A 的确定 其中心距也可以根据发动
(2) 后置副变速器
(3) 主变速器前、后各设置一个副变速器
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. 传动比的搭配方式 组合式多挡变速器传动比的搭配方式也有多种形式 (1)插入式 主变速器挡位间公比较大，
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。