第三章 变速器设计

齿轮磨损和噪声。
中间轴式变速器的传动方案
变速箱第一轴和第二轴在同一直线上 直接档：直接档时齿轮与中间轴均不承载，效率
高，噪声低。发动机转矩经第一轴输入，第二
轴直接输出。 传动比大（两级齿轮变速） 高档采用常啮合齿轮 同步器多数放在第二轴上
相同档位时，主要差别在于常啮合齿轮的对数，换档方式 及倒档传动方案。
说明2：
三轴变速箱在前进档时，输入轴与输出轴旋转方 向一致；故 一般纵置。它的输入轴的长度较短，强度 较好、容易制造。
两轴变速器在前进档时，输入轴与输出轴旋转方 向相反；故一般横置。
说明1：
采用接合套或者同步器换档与移动齿轮换档的比较：
中间轴和输出轴上啮合齿轮副制成常啮合的斜齿轮，有利于提 高承载能力，同时降低工作时的噪音，提高齿轮的使用寿命；在 传递的动力相等的前提下还可以减小齿轮的尺寸，从而减小变速 向的尺寸。 接合齿圈的齿宽可以较窄，使得结合和脱离更迅速，驾驶员做 功减少；
一档、倒档各 用一根拨叉轴， 使上盖的操纵 机构复杂 同步器换档
倒档的布置方案
图3-6变速器换档位置与顺序
倒档操纵手柄位置的确定 3-6a、b合理 3-6c驾驶员挂一档时也需克服用来误 挂倒档的弹簧力，不合理
倒档中间齿轮的受力
图3-7倒档轴位置与受力分析图
零部件结构方案分析
齿轮：直齿轮（低档、倒档）斜齿轮（常啮合齿 轮） 换档机构的形式 直齿滑移齿轮（仅一档、倒档有时用） 啮合套 同步器 啮合套和同步器换档行程短
两轴式变速器
•结构特点：无中间轴，输入与输出轴平行，
结构简单，紧凑，易布置
传动效率高
传动比较小,无直接挡
•应用：前置前驱或后置后驱的普通级
和中级乘用车上
两轴式变速器
发动机横置
输入轴动力
输入轴齿轮/输出轴齿轮
输出轴动力
发动机纵置
发动机纵置
1、分析两轴变速器的简图 2、两轴变速器传动比的计算
两轴变速器特点：
变速器主要参数的选择
各档齿数和的分配 确定其它各档的齿数 若二档是直齿轮，模数 与一档相同时：
i2 Z5 Z2 Z 6 Z1
Z5 Z i2 1 Z6 Z2
2A Z5 Z6 m
若二档是斜齿轮，螺旋角6 与常啮合齿轮2不同时
Z5 Z i2 1 Z6 Z2
Z5 Z6
组合式变速器: 以1～2种变速器为主体，通过更换齿轮副或者
配备不同的副变速器，得到一组不同档数不同传动比 范围的变速器系列。
第二节
变速器传动机构布置方案
普通齿轮式变速器的分类：中间轴和两轴两种。 中间轴变速器：输入轴——输入轴齿轮 ——中 间轴齿轮——输出轴齿轮——输出轴 三根轴：输入轴、中间轴、输出轴 两轴变速器: 输入轴——输入轴齿轮/输出轴 齿轮——输出轴 两根轴：输入轴、输出轴
变速器主要参数的选择 各档齿数和的分配 已知参数：中心距A、模数m、 螺旋角,可根据传动比i、档 数、传动方案确定各档齿数 常啮合齿轮的齿数Z1、Z2
Z8 Z2 i1 Z1 Z7
2 A cos Z1 Z 2 mn
联立以上两式，求出Z1、Z2 取整数，再算i1,若相差太 大，调整Z1、Z2,然后计算
变速器主要参数的选择
传动比范围
i最低 i i最高
根据发动机参数、发动机最高转速、使用条 件（爬坡能力）选择 乘用车:i=3-4.5
商用车: i=对中间轴式变速器：中间轴与第二轴之间的距离。 对两轴式变速器：输入轴与输出轴之间的距离
选取原则：
1、根据轮齿的接触强度； 2、轴承的布置及一档小齿轮齿数选择；
变速器主要参数的选择
齿轮参数
螺旋角
图3-12 中间轴轴向力的平衡
变速器主要参数的选择
齿轮参数
螺旋角
T 圆周力 Fn1 r1
T Fn 2 r2
Fn1 r2 Fn 2 r1
轴向力 Fa1 Fn1tg1 Fa 2 Fn 2tg 2 Fa1 Fa 2
Fn1tg1 Fn 2tg 2
tg1 Fn 2 r1 tg 2 Fn1 r2
可用调整螺旋角的方法使各对 啮合齿轮因模数不同、齿数和 不同而造成中心距不等的现象 得以消除。
变速器主要参数的选择
齿轮参数
齿宽
齿宽增大轴向尺寸，质量；齿轮受力均匀
齿轮工作平稳性；齿轮强度；
根据模数选择齿宽：
b 直齿： K c m
零部件结构方案分析
防止自动脱档采取的措施： 啮合位置错开 啮合套齿圈上前齿圈的齿厚减薄 结合齿的接合面加工成斜面
零部件结构方案分析
轴承：圆柱滚子、圆锥滚子、球轴承、滚针轴承 、滑动轴承 选用原则：考虑结构限制、载荷情况
说明1：
有些汽车设置了传动比小于1的档位，称之为超 速档，用于在良好路面或者轻载行驶，提高汽车的燃油 经济性。 如果发动机的功率不高，超速档的应用率不高， 节油效果不明显，还导致在该档位汽车的驱动力不足， 影响动力性（加速、爬坡）。
降低噪音：m齿宽b
满足强度要求，各挡m不一样；考虑工艺性， m一 样
变速器主要参数的选择
齿轮参数
模数
轿车：降低噪声，m；货车：减小质量，m
低档齿轮m；高档齿轮m；少数情况同一模数
微型及普通级轿车，m＝2.25-2.75 ;中级轿车m＝2.75-3;
中型货车m＝3.5-4.5;重型货车m＝4.5-6mm。
3、影响变速器的尺寸、体积、重量。 变速器的中心距是个基本参数。
变速器主要参数的选择
经验公式：
KA：中心距系数
A K A 3 Te maxi1 g
轿车：KA＝8.9-9.3 货车：KA＝8.6-9.6 多档变速器：KA＝9.5-11 Temax：发动机的最大转矩
g ：变速器的传动效率
i1
山东大学
汽车设计
车辆工程教研室
汽车设计目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 汽车总体设计 离合器设计 机械式变速器设计 万向传动轴的设计 驱动桥的设计 悬架的设计 转向系设计 制动系设计
第一节 概述 变速器的功用: 1、改变传动比 2、实现倒退行驶：倒挡 3、中断动力传递：空挡
减少换档时的冲击，噪音小；
在接合齿圈与齿轮采用花键连接的结构中，接合齿圈和同步器 损坏后可以更换，避免了齿轮整体报废的情形，经济性好。 接合齿圈和同步器的寿命比移动齿轮短，需要经常更换。
第三节 变速器主要参数的选择
挡数
相邻档位之间的传动比<1.8
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的比值要小 乘用车:4-5挡 商用车: i=5-6挡
对变速器的设计要求
保证动力性及经济性
设置空挡（中断发动机动力向驱动轮的传输）
设置倒挡 设置动力输出装置，需要时进行功率输出 换档迅速、省力、方便。 汽车行驶时，不得有跳挡、乱挡及换挡冲击 工作效率高 噪声低
还应满足质量小、尺寸小、成本低、维修方便
变速器的类型
1）按传动比变化方式： a、有级式：有若干个定值传动比 b、无级式：传动比可无限多级变化 c、综合式：传动比在最大值与最小值间几个间 断的范围内无级变化
（ Kc 齿宽系数＝4.5-8）
斜齿 b Kc mn （mn法向模数，齿宽系数＝4.5-8）
变速器主要参数的选择
齿轮参数 变位系数 选择原则：1、凑中心距 2、避免根切 3、满足强度要求 4、平稳性 5、抗胶合能力 6、低噪音 7、耐磨损
变速器主要参数的选择 齿轮参数：高度变位、角度变位、 角度变位用于凑中心距的情况 齿数少，如一档小齿轮，为避免根切，采用正变位。 对于高档齿轮：齿面疲劳剥离，考虑最大接触强度， 抗胶合及耐磨损，变位系数和。 对于低档齿轮：齿根弯曲断裂，小齿轮抗弯强度， 应考虑危险断面齿厚相等的条件，选择大小齿轮的变位 系数，小齿轮的变位系数大于零。 变位系数和降低，齿厚，齿根减弱，抗弯强度，噪 声，重合度，单齿承受最大载荷时的受力点距齿根 近，弯曲力矩，齿根强度，抵抗由于齿厚变薄而产 生的削弱强度的影响。
无中间轴，输入轴和输出轴平行；
在传动中只有一对齿轮啮合，机械效率高，噪音小。
输入轴和输出轴旋转方向相反；
结构简单，紧凑、容易布置；
没有直接档，因此高速档的效率比三轴变速 器低；传动比较小
在FF或RR布置的汽车上广泛采用，一般将主减速 器和差速器也集成在变速箱内。
两轴式变速器的传动方案
输入输出同侧 变速器输出轴与主 减速器主动齿轮成一 体 a、b、c、d、e倒 档为滑移齿轮，f倒 档为常啮合齿轮，五 档全同步器式变速。 同步器多装在输出轴上a、b、c、f（一档小齿轮小，同步器装 在输入轴上有困难） 高档同步器装在输入轴上，如d、e。 d变速箱输入、输出轴上有辅助支承，增大了轴的刚性，降低了
变速器齿轮普遍采用20°压力角，啮合套及同步器的结合齿普 遍采用30°压力角
变速器主要参数的选择
齿轮参数 螺旋角 斜齿轮螺旋角的选取与齿轮的噪声、轮齿的强度 及轴向力有关。
随螺旋角的增大，齿轮啮合的重合度增加，工作平稳，噪声 降低。轮齿的强度增大，但当螺旋角大于30°时，弯曲强度骤然 下降，接触强度继续上升。并且在传递扭矩时，对轴承产生很大 的轴向力。设计时应使中间轴上的轴向力相互平衡，减小轴承负 荷，提高轴承寿命。
变速器的类型
1）按操纵方式分：
a) 强制操纵式： 驾驶员直接操纵变速杆换档 b) 自动操纵式： 人通过踏加速踏板控制车速， 机器自动选择传动比和换档 c) 半自动操纵式：常用的档式自动操纵的，其 余档直接操纵
第二节 变速器的变速传动机构
常用类型： 普通齿轮式变速器:
将轴线固定的有级变速器称为普通齿轮式变速 器。
中间轴式变速器的传动方案
图3-4中间轴式六档