机械式变速器设计

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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
质量小、制造成本低、维修方便等要求。
变速器的分类
根据前 进挡数
三挡变速器
四挡变速器 根据轴 五挡变速器 的形式
多挡变速器
固定轴式 旋转轴式
固定轴式
两轴式变速器 中间轴式变速器 双中间轴式变速器 多中间轴式变速器
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。
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
在最低挡传动比不变的条件下,增加变速器的挡 数会使变速器相邻的低挡与高挡之间的传动比比值减 小,使换挡工作容易进行。
挡数选择的要求:
相邻挡位之间的传动比比值在1.8以下。 高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡
位之间的比值小。 目前,乘用车一般用4~5个挡位变速器, 商用车
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。
国家规定的标准压力角为20°,所以普遍采用的 压力角为20°。
啮合套或同步器的压力角有20°、25°、30° 等,普遍采用30°压力角。
3.螺旋角β
齿轮的螺旋角对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力 有影响。选用大些的螺旋角时,使齿轮啮合的重合度增 加,因而工作平稳、噪声降低。
试验证明:随着螺旋角的增大,齿的强度相应提高, 但当螺旋角大于30°时,其抗弯强度骤然下降,而接触 强度仍继续上升。因此,从提高低挡齿轮的抗弯强度出 发,并不希望用过大的螺旋角;而从提高高挡齿轮的接 触强度着眼,应当选用较大的螺旋角。
乘用车变速器的中心距在65~80mm范围内变化,而 商用车的变速器中心距在80~170mm范围内变化。
乘用车 8.9~9.3 A=65~80mm 商用车 8.6~9.6 A=80~170mm
四、外形尺寸 变速器横向尺寸,可根据齿轮直径及换挡机构初步确定; 乘用车四挡变速器壳体的轴向尺寸为(3.0~3.4)A。商 用车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关,可参考下列数据 选用:
►3、防止自动脱挡的结构措施: ►(1)啮合套做的长些 ►(2)前齿圈齿厚切薄 ►(3)将接合齿工作面加工成斜面
2
3
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。
第一轴常啮合齿轮的内腔尺寸足够时,可布置圆柱 滚子轴承,若空间不足则采用滚针轴承。
变速器第一轴、第二轴的后部轴承以及中间 轴前、后轴承,按直径系列一般选用中系列球 轴承或圆柱滚子轴承。
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:
(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。
两轴五档变速器组成与传动简图 1-输入轴 2-接合套 3-里程表齿轮 4-同步环 5-半轴 6-主减速器被 动齿轮 7-差速器壳 8-半轴齿轮 9-行星齿轮 10、十字轴 11-输出 轴 12-主减速器主动 齿轮 13-花键毂 与传统的三轴变速 器相比,由于省去 了中间轴,所以一 般档位传动效率要 高一些;但是任何 一档的传动效率又 都不如三轴变速器 直接档的传动效率高。
中心距越小,轮齿的接触应力越大,齿轮寿命越短。 因此,最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触 强度来确定。
初选中心距A时,可根据下面的经验公式计算
中心距系数KA
A K A 3 Te maxi1 g
式中,KA为中心距系数,乘用车:KA=8.9~9.3,商用 车:KA=8.6~9.6,多挡变速器:KA=9.5~11.0。
两轴式变速器基本结构
动力传递路线
一档
2.中间轴式变速器 多用于前置后驱的型式汽车。结构特点:
(1)第一轴和第二轴的轴线在同一直线上,可以布置 直接挡;
(2)除直接挡外其他各挡均经过两对齿轮传递动力, 故在中心距不大的情况下,可以提高传动比;
(3)一挡有较大的传动比;
(4)挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动,挡位低的齿轮 (一挡)可以采用或不采用常啮合齿轮传动;
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。
Leabharlann Baidu旋转轴式主要用于 液力机械式变速器。
第二节 变速器传动机构布置方案 1、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。
输入轴 输出轴
(输入轴)、中间轴、第二轴(输出轴)、倒档轴、
各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。
倒档轴 中间轴
输入轴与输出轴平行共线。
三轴五档变速器剖视图
输入轴
中间轴
倒档轴
换档杆轴
(操纵机构)
输出轴
图3-2中的中间轴式四挡变速器传动方案示例的区别为图 3-2a、b所示方案有四对常啮合齿轮,倒挡用直齿滑动齿轮 换挡,图3-2c所示传动方案的二、三、四挡用常啮合齿轮传 动,而一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡。
图3-2 中间轴式四挡变速器传动方案
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。
各种中间轴式变速器区别: (1)常啮合齿轮对数不同; (2)换挡方式不同 ; (3)倒挡传动方案不同。
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。
重型货车 4.5~6.0
所选模数值应符合国家标准的规定。
2.压力角α
压力角较小时,重合度较大,传动平稳,噪声较 低;压力角较大时,可提高轮齿的抗弯强度和表面 接触强度。
对于轿车,为了降低噪声,应选用14.5°、 15°、16°、16.5°等小些的压力角。
对货车,为提高齿轮强度,应选用22.5°或 25°等大些的压力角。
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,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
两轴式与中间轴式的比较:
形式 结构复杂程度 工作噪声
传动效率 传动比范围
有无直接档
两轴式 简单 低 高 小 没有
中间轴式 复杂 高 低 大 有
越野、牵引车
10~20
最高挡通常是直接挡,传动比为1.0;有的变速 器最高档位超速挡,传动比为0.7~0.8。
影响最低档传动比选取的因素有:
发动机的最大转矩、要求的最大爬坡能力、主 减速器的减速比、要求的最低稳定车速。
三、中心距A
对中间轴式变速器,中间轴与第二轴之间的距离称 为变速器中心距A。变速器中心距是一个基本参数, 对变速器的外形尺寸、体积和质量大小、轮齿的接触 强度有影响。
直齿 工作时无轴向力
短 高 用于低档、倒档
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。
采用轴向滑动直齿齿轮换挡,会在轮齿端面产 生冲击,齿轮端部磨损加剧并过早损坏,并伴随着 噪声。因此,除一挡、倒挡外已很少使用。
直齿滑动齿轮
缺点:换挡时齿轮端面有冲击噪声,使驾驶员紧张, 舒适性降低
第三章
机械式变速器设计
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)各种形式变速器的特点; (3)变速器主要参数的选择 ; (4)齿轮变位系数的选择原则 ; (5)各挡齿轮齿数的分配 ; (6)变速器操纵机构 。
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 变速器的设计和计算 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
滚针轴承、滑动轴承套主要用在齿轮与轴不是固定连 接,并要求两者有相对运动的地方。
圆锥滚子轴承因有直径较小、宽度较宽因而容量大、 可承受高负荷和通过轴承预紧能消除轴向间隙及轴向 跳动等优点,故在一些变速器上得到广泛应用。但也 有需要调整预紧、装配麻烦、磨损后轴易歪斜而影响 齿轮正确啮合的缺点。
► 5、其它问题 ► 1.挡位布置:考虑到径向力对轴的影响,1挡布
(5) 除一挡以外,其他挡位采用同步器或啮合套换挡;
(6)除直接挡以外,其他挡位工作时的传动效率略低。
三轴五档变速器传动简图
(参图15—1、 15—12)。
1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈
4-同步环 5-输出轴 6-中间轴
7-接合套
8-中间轴常啮合齿轮
此变速器有五个前进档和 一个倒档,由壳体、第一轴
d K 3 Te max
式中:K为经验系数,K=4.0~4.6;Temax为发动机最
大转矩(N·m)。
六、齿轮参数
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。
二、零、部件结构方案分析
1.齿轮形式 齿轮形式:直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮 两者相比较,斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、
时噪声低的优点; 缺点 是制造时稍复杂,工作时有轴向力。
变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。 直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。
(一)齿轮形式的选择
斜齿 工作时有轴向力
寿命长 噪声低 用于二档以上
置在靠近壳体的位置;
► 2.变速器孔口:开在上方,侧面 ► 3.加油孔:考虑油量确定油孔位置 ► 4.变速器壳体易设计制造,装拆和调整方便
第二节结束
第三节 变速器主要参数的选择
一、挡数
增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和经济 性。挡数越多,变速器的结构越复杂,使轮廓尺寸和 质量加大,而且在使用时换挡频率也增高。
对于轿车,减少工作噪声较为重要,因此模数应选得 小些;
对于货车,减小质量比减小噪声更重要,因此模数应 选得大些。
变速器齿轮模数范围大致如下:
微型、普通级轿车 中级轿车
2.25~2.75
2.75~3.00
中型货车 3.5~4.5
重型货车 4.5~6.0
微、轻型轿 中 级 以 上
车型 车
轿车
中型货车
模数 2.25~2.75 2.75~3.0 3.5~4.5
四挡 (2.2~2.7)A 五挡 (2.7~3.0)A 六挡 (3.2~3.5)A 当变速器选用的常啮合齿轮对数和同步器多时,应取 给出范围的上限。
变速器前端面到后端面的距离L,对传动轴 的夹角、传动轴的长度、质量有影响,与挡 数、换挡方式有关系,同步器长则轴向尺寸 长。
货车 轿车
四挡 五挡 六挡 四挡
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。
目前轿车的传动比范围在3~4之间,轻型货车在5~6 之间,其它货车则更大。
轿车 货、大客
ig 3.0~4.5 5.0~8.0
超速档 0.7~0.8
优点:结构简单
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。
第一节 概述
复习: 变速器的结构?功用?《汽车构造》
变速器功用:
(1)改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适 应经常变化的行驶条件,同时使发动机在有利(功率较高而油耗 较低)的工况下工作;
(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:
(2.2~2.7)A (2.7~3.0)A (3.2~3.5)A (3.0~3.4)A
五、轴的直径 中间轴式变速器的第二轴和中间轴中部直径
d≈0.45A,轴的最大直径d和支承间距离L的比值,对
中间轴,d/L≈ 0.16~0.18,对第二轴,d/L≈
0.18~0.21。 第一轴花键直径d(mm)可按下式初选
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