汽車設(shè)計(jì)-3.第三章機(jī)械變速器new

變速器用來改變發(fā)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器由變。 構(gòu) 機(jī)構(gòu)組。變速器的基本設(shè)計(jì)要求保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性設(shè)置空擋，用來切斷 的動(dòng)力傳輸設(shè)置倒擋，使汽車 行駛設(shè)置動(dòng)力輸出裝置換擋迅速、省力、方便工作可靠。變速器不得有跳擋、亂擋及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)變速器應(yīng)有高的工作效率變速器的工作噪聲低要求。根據(jù)進(jìn)擋

多擋變速固定軸根軸形 旋轉(zhuǎn)軸

第二節(jié)變速器第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方兩者相比較，斜齒圓柱齒輪有使用長、工同步換擋機(jī)構(gòu)形可以采用斜齒輪潤滑空轉(zhuǎn)的齒輪換擋機(jī)構(gòu)形土機(jī)形式。直齒滑動(dòng)齒輪(僅在1嚙合套（ 缺點(diǎn)高，軸向尺寸有所增加。第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分1、兩軸式變速第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分d圖方案有輔助支承，可提高軸的剛度，減少齒輪磨損和噪聲倒擋傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，f圖為常嚙合齒輪因?yàn)橐粨踔鲃?dòng)齒輪尺寸小，同步器多裝在輸出軸上，高擋的步器可以裝在輸入軸后端（圖d、第二節(jié)變速器 一、 構(gòu)布置方案分使用直接擋動(dòng)效率高，噪聲低，磨損少 提高第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分第二軸為三點(diǎn)支承有四對(duì)常嚙合齒輪倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋a方案能提高中間軸和第二軸剛度第二軸為兩點(diǎn)支承高擋用常嚙合齒輪傳動(dòng)一、倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋倒擋齒輪是雙聯(lián)齒輪第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分第二節(jié)第二節(jié)變速器 一、 構(gòu)布置方案分齒輪應(yīng)力狀態(tài)齒輪應(yīng)力狀態(tài)得到改能夠獲得較大的倒擋傳動(dòng)比但兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換 第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、一、構(gòu)布置方案3第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、一、構(gòu)布置方案3圖3-5倒擋布置方第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 構(gòu)布置方案分第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方一、 4倒擋齒輪應(yīng)布置在靠近軸的支承處高擋齒輪布置在支承中部區(qū)域較為合理超速擋的傳動(dòng)比小于1，僅在好路或空載時(shí)使用充分利用 功率，減少 轉(zhuǎn)數(shù)，磨損小 消耗低第二節(jié)第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方用使汽車行駛曲磨消第二節(jié)第二節(jié)變速器 一、 構(gòu)布置方案分6傳遞的功潤滑系統(tǒng)的有效齒輪和殼體等零件的制造精如右圖所示發(fā)橫

乘用車和車（掛前進(jìn)檔時(shí) 相反（掛前進(jìn)擋時(shí)第二節(jié)變速器 第二節(jié)變速器 特形斜齒直齒備注重合大小工作噪小大接觸應(yīng)低高齒輪長短軸向有沒影響軸承應(yīng)用二檔以上各低檔、）第二節(jié)）第二節(jié)變速器 二、零部件結(jié)構(gòu)方案分2形特直齒滑動(dòng)齒嚙合套同步器 簡復(fù)最復(fù)軸向尺短居長制造成低較高換檔沖有小沒換檔噪有小沒（嚙合套短較長換檔時(shí)長長短汽車加差較好對(duì)換檔技術(shù)要高（熟練高低二、零部件結(jié)構(gòu)方案分中兩齒接觸部分?jǐn)D壓和磨損,端部形成凸肩，脫開（圖3-13）將嚙合齒座上前齒圈的齒厚切薄（切下0.3～0.6mm），換檔后，嚙合的后端面被后齒圈的前端面頂住，減少了自動(dòng)脫檔（圖3-接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2o~3o），使接合齒產(chǎn)生自動(dòng)脫檔的軸向力,應(yīng)用較多（圖3—第二節(jié)第二節(jié)變速器 二、零部件結(jié)構(gòu)方案分要求：結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，否則布置時(shí)間長，要能承受高負(fù)荷，而且容量足夠大；有些軸承還要能承受軸向力。第二節(jié)變速器第二節(jié)變速器 構(gòu)布置方二、零部件結(jié)構(gòu)方案分不適合 膨脹系數(shù)較大的鋁合金殼體上第三節(jié)變速器主要參數(shù)的選擇第三節(jié)變速器主要參數(shù)的選擇一、擋相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值在1.8目前，乘用車一般用4～54～5 初選中心距A時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)AKA

式中，KA為中心距系數(shù)，乘用車：KA=8.9～9.3，貨車KA=8.6～9.6，多擋變速器：KA=9.5～11.0乘用車變速器的中心距在65～80mm范圍內(nèi)變化，而貨車變速器中心距在80～170mm范圍內(nèi)變化車五、軸的直比值，對(duì)中間軸，d/L≈0.16五、軸的直0.21dK

最大轉(zhuǎn)模數(shù)的選齒輪模數(shù)選取的一般原則為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)對(duì)于乘用車，減少工作噪聲較為重要，因此模數(shù)應(yīng)選得小些；對(duì)于貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，因此模數(shù)應(yīng)選得大些合 變速器齒輪模數(shù)范圍大致如下微型、普通級(jí)乘用 中級(jí)乘用 中型貨 重型貨 壓力角壓力角α多取乘用車取α<20°，降低噪聲貨車α>20°，承載強(qiáng)螺旋角和軸向力有影響。選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。中間軸式變速器22°～34°兩軸式變速器20°～25°1Fn1用二次投影法分解

11

nβ

F'F

01

1111βFo11

r1指向

與

'

Ft

dFF'n11β1011

同

tann

cos

Fa

左/ 左/由于，為使兩軸向力平衡，必須滿

斜齒輪螺旋角選用范圍乘用車變速器兩軸式為tan

r1

圖3-7m（m）b：bKm，K為齒寬系數(shù)，取為～bKm，K取為～嚙合套或同步器接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為2～4mm第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)Kc可取大些，使接觸線長度增加、接觸應(yīng)降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒 使 ；3）降低齒輪的嚙合噪聲乘用車變速器的中心距在65～80mm范圍內(nèi)變化，而貨車的變速器中心距80～170mm范圍內(nèi)變化一般情況下，最高檔和一檔齒輪副齒輪變位系數(shù)為-0.2～0.2。隨著檔位的低,齒輪變位系數(shù)應(yīng)該逐檔增大①、必須通過計(jì)算保證齒頂厚度不得小于 、和螺旋角以后，配各擋齒輪的齒數(shù)。下面以4圖-8所示四擋變速器為例，說明分配齒數(shù)的方法。1

乘用車中間軸式變速器一擋傳動(dòng) z1i 1

（3-z1如果z7和z8的齒數(shù)確定了，則z2與z1的動(dòng)比可求出。為了求z7、z8的齒數(shù)，先求其數(shù)和

2A直齒Zhm

2Acos

（3- 計(jì)算后取zh為整數(shù)，然后進(jìn)行大、小齒圖3-18齒數(shù)的圖3-18zz和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距A作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。3．確定常嚙合傳動(dòng)齒輪副的齒由式（3-1）求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)ZZZ8ZZZZ8Z

（3-常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一擋齒輪的中心距相等，Amn(z1z22cos

解方程式（3-3）和式（3-4）求z與z，求出的z、z都應(yīng)取整數(shù)；然后核算一擋傳動(dòng)比與原傳動(dòng)比相差多少，如相差較大，只要調(diào)整一下齒數(shù)即（3-4）螺旋角值。44

z2

tan2

(1z5

zz zz

tan6

z1 zA 6 麻煩，可采用比較方便的試湊法。2z5 2z6 z2Amn(z5z6

初選z10后，可計(jì)算出中間軸與倒擋軸的中心距A

1

z10 2

0.5

2

（3-

2ADe81齒輪的損壞形輪齒強(qiáng)度計(jì)軸的強(qiáng)度計(jì)（二）第四節(jié)變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算第四節(jié)變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算一、齒輪的損壞形二、

速器的設(shè)計(jì)與計(jì)不同用途汽車的變速器齒輪使用條件相似熱處理方法，加工方法，精度級(jí)別，支承方式也基本一致齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)直齒輪彎曲應(yīng)

2TgKKc m3zKc斜齒輪彎曲應(yīng)力

2Tgcoswcwc

3yKF1——圓周力，F(xiàn)1=2Tg/d（Tg—計(jì)算載荷，d節(jié)圓直徑）Kf——摩擦力影響系數(shù)，Kf=1.1（主動(dòng)）或=0.9（從動(dòng)b——齒寬t——端面齒距，t=πm，m為模數(shù)y——齒形系輪齒接觸應(yīng)力計(jì)F——齒面上的法向

j

FE(FE(11bzρz、ρb——主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處曲率半徑曲率半徑ρrsinα（直齒輪）ρ=(rsinα)/cos2β（斜齒輪要想↑ρz、ρb以 ，只有↑A（∵rz+rb=A）才可以表3—3變速器齒輪許用接觸應(yīng)齒j／(N·mm-滲碳齒液體碳氮共滲齒一擋和倒1900--950--常嚙合齒輪和高1300--650--國內(nèi)汽車變速器齒輪材料主要用20nTi、20Mn2TiB、16MnCr5、20MnCr、25MnCr5。滲碳齒輪表面硬度為58-63HRC，芯部硬度為3-48HRC。軸的剛度不足會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，影響齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和工作噪聲。1、初選軸的直第二軸和中間軸中部（最大）直徑中間軸：d/L=0.16~0.18第二軸：d/L=0.18~0.21。（L是支承間距離第一軸花鍵部分直徑d（mm）可按經(jīng)驗(yàn)公式初選ddK3Te經(jīng)驗(yàn)系數(shù)K=4.0~4.6，Temax的單位是Nm對(duì)齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。前者使齒輪中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，如圖所示，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。（1）求取支點(diǎn)反力，確定計(jì)算∵不同檔位的圓周力、徑向的轉(zhuǎn)矩為Temax計(jì)算以不必計(jì)算。變速器齒輪在軸上的位置如圖所若軸在垂直面內(nèi)撓度為fc ，則可分別用下式計(jì)算，在水面內(nèi)撓度為f 和轉(zhuǎn)角為Fa2b2

Fa2b2

F1——徑向力，F(xiàn)2——圓周力軸在垂直面內(nèi)撓度的允許值軸在水平面撓度齒輪所在平面的轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過0.002軸的全撓f2ff2fcs軸的強(qiáng)度計(jì)作用在齒輪上的徑向力和軸向力而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力和s之后，計(jì)算相應(yīng)的彎矩、s。軸在轉(zhuǎn)矩Tn和彎W

dM2MM2M2TCSn

(N·mm)；d為軸的直徑(mm)，花鍵取內(nèi)徑；W為抗彎截面系數(shù) 在低擋工作時(shí)，[σ]≤400N／mm2為什么采用同步器換擋慣性式同步器的型式及其特工作原理（三個(gè)階段1為什么采用同步器換擋無同步器時(shí)變速器的換擋過自自低自高速擋換入低速自高速擋換入低速同步器的作無同步器的普通變速器的復(fù)同步器的構(gòu)造同步器的種類①常壓式：結(jié)構(gòu)慣性式常③慣性增靠摩擦原理工作，在結(jié)構(gòu)上保證了接合部位在未達(dá)到同步時(shí)不能接觸，因此可以避免沖擊和發(fā)生的噪音。分為：鎖環(huán)式、鎖銷式、滑塊式、多片式和多錐式幾種。廣泛應(yīng)用于乘用車和輕型、中型2慣性式同步器的型式及其慣性式同步摩擦元件、鎖止元件：滑動(dòng)齒套11－滑動(dòng)齒1－滑動(dòng)齒套2－同步環(huán)3－齒4－鎖銷5－鋼6－銷7－彈11－滑動(dòng)齒套2－同步環(huán)3－齒4－鎖銷5－鋼6－銷7－彈鎖銷式同步器的優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量擦錐面平均半徑較大，使轉(zhuǎn)矩容量。多用于中、重型貨車的變速器

觸，了滑動(dòng)齒套向換擋方向移第三階段：Δω=0223鎖環(huán)式同步器工作過1.變速器由51.變速器由5退入3過換檔時(shí)，沿軸向作用在嚙合套上度差△ω，致使錐面上作用有摩擦②換檔力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上③角速度相等后，摩擦力矩隨之有有有Δω≠0經(jīng)后有（換擋鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)緊湊徑向尺寸小錐面間產(chǎn)生摩擦力不結(jié)合齒端面作為鎖止面，容易磨損而失適用于轉(zhuǎn)矩不大的高速擋或者乘用車和輕型車輛多錐式同步器和慣性增力式同步器（4主要參數(shù)的確同步時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)

同步器的計(jì)算同步器的計(jì)算(1)摩擦系數(shù)4主要參(1)摩擦系數(shù)體，用低碳合金鋼制成。能保證具有足夠高的強(qiáng)取為0.1。摩擦系數(shù)對(duì)換擋齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到相同有重要作用。摩擦系數(shù)大，換擋省力或縮短同步時(shí)間；摩擦系數(shù)小則反之，甚至失去同步作用。為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細(xì)牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄油槽，用來保證摩擦面之間有足夠的摩擦系數(shù)。同步環(huán)主要尺寸的確定同步環(huán)同步環(huán)主要尺寸的確定摩擦錐面半錐角摩擦錐面平均半徑同步環(huán)徑向厚鎖止角選取的正素主要有摩擦系數(shù)f,摩擦已有結(jié)構(gòu)的鎖止角26?~42?范圍內(nèi)變化同步器工作時(shí)，要連接的兩個(gè)部分達(dá)到同步的時(shí)越短越好影響因素：同步器的結(jié)構(gòu)尺寸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作用在同步器摩擦錐面上的軸向力軸向力大，同步時(shí)間減少。而軸向力與作用在變換擋過不依靠同步器改變轉(zhuǎn)速的零件統(tǒng)稱為輸上的齒輪，與中間軸上齒輪相嚙合的第二軸上的常嚙合齒輪。5同步器的計(jì)同同步器必需的摩擦力矩Mm的計(jì)算公式為Mm

Jrt

J

a)t

J

1(

e

Jre

(

1

ik

ik 的角速度；ωa為在第Kωb為第k+lik,ik+1為變速器第k和k+lF g

（3-式中：η-換檔機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率igs-手柄到嚙合套的傳動(dòng)比Mm

（3-

Jret

11ik

1 1ik

（3-tJresin

11ik

1 1ikF1

（3-式中F1為由摩擦力矩MmF2F1

M r

（3-式中，γFM鎖止鎖止條件的計(jì)算

鎖止面鎖止角摩擦系數(shù)鎖止面平均摩擦系數(shù)要想保證同步時(shí)換擋，必須正確選取αβ使之滿足上式條件

摩擦錐面半錐角摩擦錐面平均半徑第六節(jié)第六節(jié)變速 機(jī)根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用變速器 機(jī)構(gòu)完成選 擋或退到空擋的工作依靠駕駛員手力完成選擋、換擋或退到空擋工作，稱為手動(dòng)換擋變速器變速 機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足如下主要要求換擋時(shí)只能掛入一個(gè)擋位換擋后應(yīng)使齒輪在全齒長上嚙合防止自動(dòng)脫擋或自動(dòng)掛擋防止誤掛倒擋換擋輕便機(jī)械式變速器的 機(jī)構(gòu)一般是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖自鎖和倒擋鎖裝置等主要件組成。第六節(jié)變速 當(dāng)變速器布置在駕駛員功能動(dòng)換擋變速器，稱為直接變速器。這種 遠(yuǎn)距離手動(dòng)換擋變速顯，并增加了變速桿顫動(dòng)可能性

圖3-9遠(yuǎn)距離手動(dòng)換變速器工作原理簡第八節(jié)自動(dòng)變速器第八節(jié)自動(dòng)變速器技 完美無一、CVTC- V- T- 名稱:Audi名稱:AudiVL-項(xiàng)換檔控變速比檔位手動(dòng)變速人工手有自動(dòng)變速變速箱控制單元自動(dòng)控有變速箱控制單元自動(dòng)控?zé)o電控自動(dòng)換擋變速器

圖3-10電控自動(dòng)換擋變速器AudiA6

5 0–100km/h加速AudiA6

5 Vmax,AudiA6 5檔手 總的燃油消耗(93/116/EGl/