第三章机械式变速器设计
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
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
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
（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
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（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。
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五、各挡齿轮齿数的分配
（ 2）变速器常用轴承形式
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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。
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（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