第三章_讲义_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。
机械式变速器设计
名词解释固定轴式变速器分类？答：固定轴式变速器又分为两轴式、中间轴式、双中间轴式和多中间轴式变速器。
变速器换挡机构形式？答：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。
同步器同步时间t同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间；同步时间与车型有关，计算时可在下述范围选取：对轿车变速器高挡取0.15～O.30s，低挡取O.50～O.80s；对货车变速器高挡取O.30～O.80s，低挡取1.O0～1.50s。
直接操纵手动换挡变速器;当变速器布置在驾驶员座椅附近，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动换挡变速器，称为直接操纵变速器。
远距离操纵手动换挡变速器;平头式汽车或发动机后置后轮驱动汽车的变速器，受总体布置限制变速器距驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。
这种手动换挡变速器称为远距离操纵手动换挡变速器。
电控自动换挡变速器有级式机械变速器尽管应用广泛，但是它有换挡工作复杂、对驾驶员操作技术要求高、使驾驶员容易疲劳等缺点。
80年代以后，在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。
驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换挡时刻的判断，接着自动实现收油门、离合器分离、选挡、换挡、离合器接合和回油门等一系列动作，使汽车动力性、经济性有所提高。
电控自动换挡变速器：在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。
流体式无级变速器（AT）：液力变矩器和借助液体压能变化传动或变换能量的液压传动的无级变速器。
填空题变速器的作用用来改变发动机传到驱动轮上的______和______，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的_____和______，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。
机械式变速器设计
机械式变速器设计引言机械式变速器是一种常见的传动装置，用于改变机械系统的转速和扭矩。
它由多个齿轮和连杆组成，通过不同的齿轮组合实现不同的变速比。
本文将探讨机械式变速器的设计原理和步骤。
设计原理变速原理机械式变速器通过改变齿轮之间的传动比，实现不同的变速效果。
常见的机械式变速器有齿轮变速器和连杆变速器两种。
•齿轮变速器：通过改变不同齿轮之间的齿数，实现不同的变速比。
常见的齿轮变速器有平行轴齿轮变速器和斜齿轮变速器两种。
•连杆变速器：通过改变连杆的长度或位置，实现不同的变速效果。
连杆变速器可以采用曲柄连杆机构实现，也可以采用对数螺线机构实现。
设计步骤机械式变速器的设计过程可以分为以下几个步骤：1.确定设计参数：包括所需的变速范围、输入和输出转速、扭矩等。
2.选择变速器类型：根据设计参数，选择合适的变速器类型，例如齿轮变速器或连杆变速器。
3.设计齿轮传动：如果选择了齿轮变速器，需要根据传动比和所需的转速计算齿轮的齿数，然后进行齿轮的排列和组装设计。
4.设计连杆传动：如果选择了连杆变速器，需要根据所需的变速比和所需的连杆长度或位置，进行连杆的设计。
5.进行齿轮或连杆的强度计算：根据设计参数和材料的强度性能，进行齿轮或连杆的强度计算，以确保设计的可靠性。
6.进行齿轮或连杆的优化设计：根据强度计算的结果，进行齿轮或连杆的优化设计，以减小体积和重量，并提高变速器的效率。
7.进行变速器的装配和调试：对设计完成的齿轮或连杆进行装配，并进行变速器的调试和测试，以确保其正常运行。
设计案例以下是一个简单的机械式变速器设计案例：设计参数： - 输入转速：1000 RPM - 输出转速：5000 RPM - 变速比范围：10:1 - 20:1设计步骤： 1. 确定设计参数。
2. 选择齿轮变速器作为变速器类型。
3. 根据输出转速和变速比范围，选择合适的齿轮组合。
假设选择一个4齿和20齿的齿轮组合，变速比为5:1。
4. 根据输入转速和输出转速，计算所需的齿轮齿数。
变速器设计ppt课件
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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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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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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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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
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中间轴式变速器
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4档中间轴式变速器传动方案
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5档中间轴式变速器传动方案
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中间轴式变速器动力传递路线
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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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倒档布置方案
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齿数、中心距，β角等。
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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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第四节 变速器的设计与计算
齿轮 轴 壳体 润滑
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齿轮失效形式
弯曲强度：轮齿折断 接触强度：点蚀
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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
机械式变速器设计
机械式变速器设计机械式变速器是一种用于传动动力和调节车辆行驶速度的重要装置。
它由多个齿轮组成，通过齿轮的啮合和转动，将发动机的动力传递到驱动轮上。
机械式变速器的设计需要考虑多个因素，如变速器的结构、齿轮的设计和啮合性能等，下面将详细介绍机械式变速器设计的几个关键要点。
首先，机械式变速器的结构设计是影响其性能的重要因素之一、变速器通常由输入轴、输出轴、多个齿轮和选择器组成。
在设计过程中，需要确定输入轴和输出轴的位置和布局，并选择合适的齿轮数量和大小。
根据车辆的需求，可以设计多速比变速器，以满足不同速度和扭矩要求。
其次，齿轮的设计是机械式变速器设计的一个重要环节。
齿轮的设计需要考虑齿形、齿数、齿轮直径和齿隙等因素。
合适的齿形可以提高齿轮的强度和耐磨性，减小齿轮的噪声和振动。
齿轮的齿数和直径需要根据变速比和转速要求进行选择。
齿隙的设计需要考虑齿轮的热膨胀和变形，以保证齿轮之间的正常啮合。
第三，变速器的啮合性能是机械式变速器设计中需要关注的重点之一、啮合性能主要包括啮合的平稳性、可靠性和耐久性。
为了提高变速器的平稳性，可以设计合适的齿形和齿隙，并使用滑动啮合装置。
为了提高变速器的可靠性和耐久性，可以采用优质材料制造齿轮，对齿轮进行热处理和表面硬化处理，以增加齿轮的强度和耐磨性。
此外，机械式变速器的润滑和冷却系统也是需要重视的。
润滑系统可以有效地降低齿轮的摩擦和磨损，并降低齿轮的工作温度。
冷却系统可以帮助变速器快速散热，防止齿轮因高温而损坏。
因此，在设计过程中需要合理安排润滑和冷却系统的位置和管路布局，以保证变速器的正常运行。
最后，机械式变速器的制造和装配也是影响其性能的重要因素。
制造过程需要保证齿轮的精度和质量，确保其符合设计要求。
装配过程需要严格控制齿轮的啮合间隙，以保证齿轮的正常运转。
同时，需要进行严格的质量检查和测试，确保变速器的性能和可靠性。
综上所述，机械式变速器的设计涉及多个方面，如结构设计、齿轮设计、啮合性能、润滑和冷却系统以及制造和装配等。
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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。
传统的自动挡束缚，让驾驶者
也能享受手动换挡的乐趣。此 型车在其挡位上设有“+”、 “-”选择挡位。在D挡时，可 自由变换降挡（-）或加挡 （+），如同手动挡一样，其实 还是自动档。
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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 。
为了缩短变速器 轴向长度，倒挡传动 采用图3-5g所示方案 。缺点是一、倒挡各 用一根变速器拨叉轴 ，使变速器上盖中的 操纵机构复杂一些。
图3-5 倒挡布置方案
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图3-6为发动机纵置 时两轴式变速器结构图。其 特点是高挡同步器布置在输 入轴上，而低挡同步器布置 在输出轴上。为提高轴的刚 度，增加了中间支承。
精品
第三章__机械式变速器设计
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Transmission
无机变速器（CVT）
手动/自动变速器
• 相比于普通自动变速器，这种 变速器可更好地解决传动系和 发动机工况的匹配问题，以提 高整车的燃油经济性和动力性.
• 自动变速器是行星齿轮来变速 的，而无级变速器是链带和锥 形轮的距离来变速的。
• 由德国保时捷车厂在911车型 上首先推出，称为Tiptronic， 它可使高性能跑车不必受限于
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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ห้องสมุดไป่ตู้数
三挡变速器 四挡变速器 五挡变速器 多挡变速器
根据轴 的形式
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
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。
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
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倒挡布置方案
图3-5为常见的倒挡布置方案。图3-5b方案的优点是倒挡利用了一挡 齿轮，缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡 困难。图3-5c方案能获得较大的倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图 3-5d方案对3-5c的缺点做了修改。图3-5e所示方案是将一、倒挡齿轮做 成一体，将其齿宽加长。图3-5f所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的 齿轮，挡换更为轻便。
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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、工作时噪声低的优点； 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。
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。
图3-3 中间轴式五挡变速器传动方案
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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。
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
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中间轴式变速器的特点
图3-3为中间轴式五挡变速器传动方案 。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33b、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。
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。
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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。
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。
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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
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第一节 概述
变速器用来改变发动机传到驱轮上的转矩和转速，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。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。
图3-1 两轴式变速器传动方案
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中间轴式变速器的特点
中间轴式变速器传动方案的共同特点是：(1)设有直接挡； (2)一挡有较大的 传动比； (3)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； (4) 除一挡以外，其他挡位采用同步器或啮合套换 挡； (5)除直接挡以外，其他挡位工作时的传动效率略低。