第三章机械式变速器设计
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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
第3章 机械式变速器设计
计成一样的； 中间轴上全部齿轮一律取为右旋，第一、第二轴上的斜 齿轮应取为左旋； 一、倒挡设计为直齿时，中间轴上的轴向力不能抵消 （使用很少），而此时第二轴没有轴向力作用。
32
3. 螺旋角β ——中间轴上轴向力的平衡 轴向力： Fa1 Fn1tg1
Fa 2 Fn 2 tg 2
根据
T Fn1r1 Fn 2 r2
17
3、防止自动脱挡的结构措施
由于接合齿磨损、变速器轴刚度不足、振动等原因都 会导致自动脱挡，这是变速器主要故障之一。 使接合齿端部超过被接合齿约1~3mm，挤压磨损形 成凸肩； 将啮合套齿座齿厚切薄，齿后端面被齿座前端面顶 住； 将接合齿工作面加工成斜面，形成倒锥角； 将接合齿的齿侧加工成台阶形状，也可以防止自动 脱挡。
7
2、中间轴式变速器——四挡 a、c方案： 第二轴为三点支承； 有四对常啮合齿轮； 倒挡用直齿滑动齿轮换挡；
a方案能提高中间轴和第二轴刚度。 b方案： 第二轴为两点支承。 高挡用常啮合齿轮传动； 一、倒挡用直齿滑动齿轮换挡； 倒挡齿轮是双联齿轮。
8
2、中间轴式变速器——五挡
5、换档迅速、省力、方便。
6、工作可靠，无跳档、乱档、换档冲击现象。 7、传动效率要高。 8、工作噪声低。 9、尺寸小，质量小，成本低，维修方便。
4
第二节
变速传动机构布置方案
一、传动机构布置方案分析
1、两轴式变速器（图3-9）
与中间轴式变速器相比较： 输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反。 轴和轴承数少，结构简单，轮廓尺寸小，容易布置； 中间挡位传动效率高，噪声低； 不能设置直接挡，高挡工作噪声大，易损坏； 受结构限制，一挡速比不可能设计得很大； 多用于FF布置形式。
机械变速器设计
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。 变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。
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 式中：K为经验系数，K=4.0～4.6；Temax为发动机最大转矩（N·m）。
1
图3-3 中间轴式五挡变速器传动方案
单击此处添加小标题
2
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。
PART ONE
中间轴式变速器的特点
1
2
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。
2．换挡机构形式
#2022
3．变速器轴承
添加标题
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添加标题
添加标题
添加标题
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。 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，轿车一般用4～5个挡位变速器， 货车变速器采用4～5个挡或多挡，多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。
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。 变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。
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 式中：K为经验系数，K=4.0～4.6；Temax为发动机最大转矩（N·m）。
1
图3-3 中间轴式五挡变速器传动方案
单击此处添加小标题
2
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。
PART ONE
中间轴式变速器的特点
1
2
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。
2．换挡机构形式
#2022
3．变速器轴承
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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。 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，轿车一般用4～5个挡位变速器， 货车变速器采用4～5个挡或多挡，多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。
汽车设计之机械变速器复习题
汽车设计之机械变速器复习题第三章机械式变速器设计一、学习目的和要求1、掌握机械式变速器结构，工作原理及功用；2、熟练掌握机械式变速器设计时的基本要求；3、熟练掌握两轴式变速器与中间轴式变速器的特点，特别是不能实现的方案形式。
3、熟练掌握变速器主要参数的概念，以及变速器各档位分配计算（传动比范围，各档位传动比分配，各档位齿轮齿数等）；4、熟练掌握变速器齿轮参数的确定原则与方法（不同车型、不同档位在应用时的不同要求）；5、掌握变速器换挡方式及其特点；6、熟练掌握中间轴式变速器的齿轮螺旋方向及螺旋角应满足的要求.二、课程内容和考核方法1、机械式变速器的结构、功用及设计要求（选择，简答）2、两轴式变速器与中间轴式变速器结构特点（选择）3、变速器参数选择原则及计算（术语，选择，判断改错，简答，综合计算应用）4、变速器换挡方式及特点（填空、判断改错，简答）5、齿轮参数选择的原则与方法（简答，选择，填空，判断改错，综合计算应用）6、中间轴式变速器中间轴齿轮螺旋角方向及大小的选择原则与方法（选择、简答、填空、判断改错）；7、机械式变速器与自动变速器比较，传动效率的高低.三、章节练习题1、教材练习题3-1,3-2,3-3.2、中间轴式变速器的中间轴上各齿轮的螺旋角与第一轴、第二轴的齿轮螺旋角方向与大小如何确定？中间轴上同时工作的两对齿轮的螺旋角满足什么关系才能保证中间轴上的轴向力平衡？3、给定一个变速器简图（见教材图3-1，图3-2，图3-3，图3-4），请指出其形式与特点？4、给定变速器简图（见教材图3-18），计算各档位传动比分配及各档位齿轮齿数？并根据不同简图举一反三。
5、齿轮模数与节圆直径、齿轮齿数的关系？调整哪些齿轮参数可以实现配凑中心距？如何调整？6、齿轮模数、压力角对齿轮的弯曲强度、接触强度以及啮合噪声有何影响？这些参数的选择条件和原则是什么？7、变速器的换挡形式及其特点是什么？四、历年试题（1）单选题1．两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，多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，【】在两轴式变速器中没有采用。
第三章M 机械式变速器设计 2019
4）齿数少，有根切时应选取正变位修正。
48
（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。
49
五、各挡齿轮齿数的分配
（ 2）变速器常用轴承形式
22
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。
45
（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
48
（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。
49
五、各挡齿轮齿数的分配
（ 2）变速器常用轴承形式
22
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
汽车设计 第三章 机械式变速器设计57页PPT
M Mc2Ms2Tn2
抗弯截面系数按下式计算
W πd3 32
• 3.3.6 齿轮参数的确定
• 1. 模数
要保证齿轮有足够的强度，同时兼顾对噪声和质量的影响。
24
《汽车设计》电子教案
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.6 齿轮参数的确定
(1) 直齿轮
Y14.5 0 .7 9 Y 20
1. 轮齿接触应力
j 0.418
FE( 1 1)
b z b
F 为齿面上的法向力(N)，表示为
FF 1 (coscos)
F 1为圆周力(N)，表示为
F1 2Tg d
19
《汽车设计》电子教案
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.3 中心距A
• 2. 中间轴式变速器中心距 A 的确定 可根据下述经验公式计算中心距
副变速器的传动比均匀地插入主变 速器各挡传动比之间，两者交替换 挡，共同组成一个单调变化的传动 比序列。
15
《汽车设计》电子教案
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3.2.3 组合变速器结构方案分析
（2) 分段式 主变速器挡位间公比较小，副变速器传动比范围较大
时，副变速器高、低挡传动比分别与主变速器各挡搭配， 组成高、低传动比两段范围。
• 3.3.6 齿轮参数的确定
• 4. 齿宽 齿宽的选择应满足既能减轻变速器质量，同时又能保
证齿轮工作平稳的要求。齿宽大，工作平稳，但变速器质 量大。齿宽太小会使轮齿的工作应力过大。
通常根据齿轮模数m来选定齿宽。对直齿：b kc m ，k c
为齿宽系数，取4.5-8.0；对斜齿：b kcmn，k c 取6.0-8.5。 • 5. 齿轮变位系数的选择
抗弯截面系数按下式计算
W πd3 32
• 3.3.6 齿轮参数的确定
• 1. 模数
要保证齿轮有足够的强度，同时兼顾对噪声和质量的影响。
24
《汽车设计》电子教案
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.6 齿轮参数的确定
(1) 直齿轮
Y14.5 0 .7 9 Y 20
1. 轮齿接触应力
j 0.418
FE( 1 1)
b z b
F 为齿面上的法向力(N)，表示为
FF 1 (coscos)
F 1为圆周力(N)，表示为
F1 2Tg d
19
《汽车设计》电子教案
3.3 变速器主要参数选择与计算
• 3.3.3 中心距A
• 2. 中间轴式变速器中心距 A 的确定 可根据下述经验公式计算中心距
副变速器的传动比均匀地插入主变 速器各挡传动比之间，两者交替换 挡，共同组成一个单调变化的传动 比序列。
15
《汽车设计》电子教案
3.2 变速传动机构布置方案分析
• 3.2.3 组合变速器结构方案分析
（2) 分段式 主变速器挡位间公比较小，副变速器传动比范围较大
时，副变速器高、低挡传动比分别与主变速器各挡搭配， 组成高、低传动比两段范围。
• 3.3.6 齿轮参数的确定
• 4. 齿宽 齿宽的选择应满足既能减轻变速器质量，同时又能保
证齿轮工作平稳的要求。齿宽大，工作平稳，但变速器质 量大。齿宽太小会使轮齿的工作应力过大。
通常根据齿轮模数m来选定齿宽。对直齿：b kc m ，k c
为齿宽系数，取4.5-8.0；对斜齿：b kcmn，k c 取6.0-8.5。 • 5. 齿轮变位系数的选择
机械式变速器设计
二、零、部件结构方案分析
3、自动脱档
1）将两接合齿的啮合位置错开，因磨损而形成 凸肩。 2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄，起阻挡 作用。 3）将结合齿的工作面设计成斜面，形成倒锥角。
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
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
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
第二节 变速器传动机构布置方案
应用： 固定轴式变速器 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。 旋转轴式变速器 主要用于液力机械式变速器。
概述 变速器传动机构布置方案 变速器主要参数的选择 变速器的设计与计算 同步器设计 变速器操纵机构 变速器结构元件 机械式无级变速器
第一节 概述
功用：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。
组成：变速器由变速传动机构和操纵机构组成。
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。
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： 1、相邻挡位之间的传动比比值在1.8以下。 2、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，轿车一般用4～5个挡位变速器， 货车变速器采用4～5 个挡或多挡，多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。
机械式变速器设计
固定轴式 根据轴 的形式 旋转轴式
两轴式变速器 固定轴式
中间轴式变速器
双中间轴式变速器 多中间轴式变速器
一、传动机构布置方案分析
1、固定轴式变速器 （1）两轴式变速器 两轴式变速器多用于发动机前前置前轮驱动汽车上。 与中间轴式变速器相比，两轴式变速器因轴和轴承数少， 所以有结构简单、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，所以 在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易 损坏。受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得 很大。 对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出 轴的转动方向相反；而中间轴式变速器的第一轴与输出轴的 转动方向相同。
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，有的挡位用同步器换挡，用的 挡位用啮合套换挡，那么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
2、倒挡布置方案
与前进挡位比较，倒档的使用率不高，而且都是在停车状态 下实现换倒档，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒挡 。为实现倒挡传动，有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿 轮传动路线中加入一个中间传动齿轮的方案，如图3-1a、 b、c和图3-2a、b所示；也有利用两个联体齿轮方案的，如 图3-2c和图3-3a、b所示。前者虽然结构简单，但是中间传 动齿轮的轮齿是在最不利的正负交替对称变化的弯曲应力状 态下工作；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下 工作，并使倒挡传动比略有增加。也有少数变速器采用结构 复杂和使成本增加的啮合套或是同步器方案换入倒挡，如图 3-1f所示。
3、其他问题
常用挡位的轮齿因接触力过高而易造成表面点蚀损坏。 将高挡布置在靠近轴的两端支承中部区域较为合理，在该区 域因轴的变形而引起的齿轮偏转角较小，齿轮可保持较好的 啮合状态，以减小偏载并提高齿轮寿命。 某些汽车变速器有仅在好路或空车行驶时才使用的超速 挡。使用传动比小于1的超速挡，能够更充分地利用发动机 功率，使汽车行驶1公里所需发动机曲轴的总转数减少，因 而有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接挡比 较，使用超速挡会使传动效率降低，工作噪声增加。 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、每分钟转速、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。
机械式变速器设计
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。 目前乘用车的传动比范围在3～4.5之间，总质量小 谢的商用车在5～8之间，其它商用车则更大。
确定最高挡： – 超速挡：传动比在0.7-0.8，有的还设置 两个超速挡 – 直接挡：传动比1
传动效率
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。
发动机横置时两轴式变速器
其特点是： • 前进档高挡全部采 用常啮合齿轮传动， • 换挡机构全部为同 步器，并装在输出轴上， 同步器布置在输出轴上； • 高挡常啮合齿轮布 置在附加变速器壳体内 承悬臂状输入输出的轴 上。
自动变速器(AT)
• 自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它 能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变 速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。 • 一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几 种类型：液力自动变速器、液压传动自动变速器、 电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和 无级式机械自动变速器等。 • 其中，最常见的是液力自动变速器。
图3-9 发动机横置时两轴式五挡变速器结构图
中间轴式变速器的特点 在采用发动机前置后轮驱动的汽车上， 广泛使用三轴式变速器。
它由第一轴（输入轴）、第二轴（输出轴）、 中间轴、齿轮变速机构、壳体等组成。
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
chap3 机械式变速器设计
结构
简单
轴向尺寸
短
制造成本
低
换档冲击
有
换档噪声
有
齿轮（啮合套）寿命
短
换档时间
长
汽车加速性
差
对换档技术要求 高（熟练）
啮合套换档
复杂 居中 较高
小 小 较短 长 较差 高
同步器换档
最复杂 长 高
没有 没有
长 短 好 低
第二节 变速器传动机构布置方案
二、零部件结构方案分析
3、自动脱档的原因及应对措施
原因： 接合齿磨损/变速器轴刚度不足/振动
要 求 m(mn)
全部相同 各档不同 减少 m(mn) 增加 m(mn)
备注
同时增加 b 同时减少 b
第三节 变速器主要参数的选择
五、齿轮参数
1. 模数——选取的一般原则：
对于轿车减少噪声有较大意义，应选用小模数； 对于货车减少质量有较大意义，应选用大模数； 低档齿轮用大模数，而高档选用小模数； 应符合国家标准（GB/T1357—1987）的规定。
3、倒挡布置方案
滑动二轴一档齿轮进行换挡，换档容易； 换档的方向不同。
第二节 变速器传动机构布置方案
一、传动机构布置方案分析
3、倒挡布置方案
中间轴上一、倒挡齿轮做成一体，齿宽加长 ； 全部齿轮副均为常啮合齿轮，换挡更轻便。
第二节 变速器传动机构布置方案
一、传动机构布置方案分析
3、倒挡布置方案——倒档轴位置与受力分析
倒挡齿轮位于一二轴中心线右侧，倒挡轴受力较小； 倒挡位置最好单独设置，便于挂倒挡。
第二节 变速器传动机构布置方案
一、传动机构布置方案分析
4、档位的布置方案
倒挡齿轮应布置在靠近轴的支承处；
《机械变速器设计》幻灯片
Ⅰ输出
Ⅱ挡输出
桑塔纳变速器Ⅲ、Ⅳ挡位置
Ⅲ挡输出
Ⅳ挡输出
桑塔纳变速器倒挡输出
图3-1 两轴式变速器传动方案
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。
变速器的根本设计要求： 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，需要时能进展功率输出。
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
高挡布置在靠近轴 的支承中部区域较为合 理，在该区域因轴的变 形而引起的齿轮偏转角 较小，齿轮保持较好的 啮合状态，能提高齿轮 寿命。
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。
图3-3 中间轴式五挡变速器传动方案
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。
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。
Ⅱ挡输出
桑塔纳变速器Ⅲ、Ⅳ挡位置
Ⅲ挡输出
Ⅳ挡输出
桑塔纳变速器倒挡输出
图3-1 两轴式变速器传动方案
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。
变速器的根本设计要求： 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，需要时能进展功率输出。
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
高挡布置在靠近轴 的支承中部区域较为合 理，在该区域因轴的变 形而引起的齿轮偏转角 较小，齿轮保持较好的 啮合状态，能提高齿轮 寿命。
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。
图3-3 中间轴式五挡变速器传动方案
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。
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。
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b。用变速器 转变发动机转矩、转速的必要性在于内燃机转矩—转 速变化特性的特点是具有相对小的对 外部载荷改变的适应性。发动机的适应
性系数是其最大转矩与最大功率下转矩之比，内 燃机的适应性系数为1．15—1．25。
c 。变速器使汽车能以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只 靠内燃机的最低稳定 转速是难以达到的。
第三章机械式变速器设计
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
第三章机械式变速器设计
第一节 概述
变速器的功能是：
a。改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，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。
16档变速箱 16 S 1650
35 %
150
Eaton
91档0.3箱- 0，.714档
30 %
121550
25 %
Antriebskraft am Rad in kN. 驱 F动ahr轮wi上der的st牵鋘 d引e力 [kN]
爬坡度
100
Fahrwiderstandslinien in konst. Steigung
20 %
100 75
15 %
50 75
25
0%
050 00
700 1/min
20 20
40
40 60
2000 1/min
1166. 档Ga变ng速E箱cosplit 99.档Ga变ng速E箱aton
10 % 5%
6080
10800 Gesch1w20ind1ig0k0eit in km/h 120
车速 [km/h]
同样的发动机，分别匹配9档变速箱和16档变
9档变速箱
速箱，同为65km/h车速在万有特性曲线上的
16档变速箱
工作点如上图所示
第三章机械式变速器设计
220g/kw.h 215g/kw.h
不同的使用条件对变速器结构的影响
使用要求:
欧洲
美国
地形
多山
平原、高速
交通密度 用途 使用条件
高密度
多次换档
城间运输
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对整车经济性的影响
增加档位数，减小速比级差，使发动机集中工作在经济转速范围内，提 高燃油经济性
发动机的经 济工作范围
档位数增加，发动机工作范围将更 加集中在经济转速周围
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对百公里油耗的影响
在同样车速下，发动机发出 的功率相同。
档位数多 ，可选择到更合适 速比的变速箱档位，可使发动 机的负荷率提高，燃油消耗率 降低，百公里油耗降低
换档次数多
城间、城际运输
短途和长途并存
使用环境较差， 维修保养不好
非同步器变速 器，档位较少
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
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
Achs黚ersetzung 3.8 Ecosplit bzw. 5.1 Eaton; Wirkungsgradverlust 2%
202000 175
1. Gang
ECOSPLIT
1156.档3 - 箱0.815档
chinesische Auslegung
9档变速箱11909A
40 %
175
1. Gang
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。
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对整车动力性的影响
Zugkraftkraft und Fahrwiderstandslinien 16档V变olv速o D箱H匹12配D 334.80速E3比1后70桥0N，m,总25传0k动W比(35480P.4S8); Ecosplit 16S 1650 (15,39 - 0,85); 9档变速器匹EA配TO5.N1速RT比SO后11桥90，9A总(1传0,动26比- 50,27.43)3; Fahrzeugmasse 49 Tonnen;
第三章
机械式变速器设计
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 。
本章将集中介绍机械式变速器的设计。这种变速器综合性 能相当好 ，也是自动换挡机械式变速器（AMT）和双离合器式 变速器（DSG）的基础。
短途为主
良好低密度换档次数少 Nhomakorabea洲际运输
长途为主
良好
由于路况的差异形成了欧洲、
美国变速器市场的不同。中
国市场上变速器的可靠性、
价格的要求远远高于舒适性、
燃油经济性要求。因此，法
士特的产品才能占据统治地
位 变速器类型
同，步多器档第变位三速章机器械式变速非，器同档设计步位器数变较速少器
中国 平原山路并存 高密度
25
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对加速时间的影响
9档箱连续换档 加速时间
16档箱连续换 档加速时间
此积分面积代表 由速度u1到速度
u2的加速时间
由于档位密布， 积分面积减小
实际操作中，由于驾驶员的因素无法保证理论分析的效果，但是对于AMT 变速箱，可以按照理论的换档点进行换档，从而减少加速时间。
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。
第三章机械式变速器设计
变速器传动机构的结构分析与型式选择
• 有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，具有 高的传动效率(o．96一 o．98)，因此在各种类型的汽车 上均得到了广泛的应用；
d 。变速器的倒档使汽车可以倒退行驶；其空档使汽车在起动发动 机停 车和滑行时能长时间将发动机与传动系分离。
变速器由变速传动机构和操纵机构组成。
第三章机械式变速器设计
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。
性系数是其最大转矩与最大功率下转矩之比，内 燃机的适应性系数为1．15—1．25。
c 。变速器使汽车能以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只 靠内燃机的最低稳定 转速是难以达到的。
第三章机械式变速器设计
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
第三章机械式变速器设计
第一节 概述
变速器的功能是：
a。改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，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。
16档变速箱 16 S 1650
35 %
150
Eaton
91档0.3箱- 0，.714档
30 %
121550
25 %
Antriebskraft am Rad in kN. 驱 F动ahr轮wi上der的st牵鋘 d引e力 [kN]
爬坡度
100
Fahrwiderstandslinien in konst. Steigung
20 %
100 75
15 %
50 75
25
0%
050 00
700 1/min
20 20
40
40 60
2000 1/min
1166. 档Ga变ng速E箱cosplit 99.档Ga变ng速E箱aton
10 % 5%
6080
10800 Gesch1w20ind1ig0k0eit in km/h 120
车速 [km/h]
同样的发动机，分别匹配9档变速箱和16档变
9档变速箱
速箱，同为65km/h车速在万有特性曲线上的
16档变速箱
工作点如上图所示
第三章机械式变速器设计
220g/kw.h 215g/kw.h
不同的使用条件对变速器结构的影响
使用要求:
欧洲
美国
地形
多山
平原、高速
交通密度 用途 使用条件
高密度
多次换档
城间运输
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对整车经济性的影响
增加档位数，减小速比级差，使发动机集中工作在经济转速范围内，提 高燃油经济性
发动机的经 济工作范围
档位数增加，发动机工作范围将更 加集中在经济转速周围
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对百公里油耗的影响
在同样车速下，发动机发出 的功率相同。
档位数多 ，可选择到更合适 速比的变速箱档位，可使发动 机的负荷率提高，燃油消耗率 降低，百公里油耗降低
换档次数多
城间、城际运输
短途和长途并存
使用环境较差， 维修保养不好
非同步器变速 器，档位较少
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
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
Achs黚ersetzung 3.8 Ecosplit bzw. 5.1 Eaton; Wirkungsgradverlust 2%
202000 175
1. Gang
ECOSPLIT
1156.档3 - 箱0.815档
chinesische Auslegung
9档变速箱11909A
40 %
175
1. Gang
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。
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对整车动力性的影响
Zugkraftkraft und Fahrwiderstandslinien 16档V变olv速o D箱H匹12配D 334.80速E3比1后70桥0N，m,总25传0k动W比(35480P.4S8); Ecosplit 16S 1650 (15,39 - 0,85); 9档变速器匹EA配TO5.N1速RT比SO后11桥90，9A总(1传0,动26比- 50,27.43)3; Fahrzeugmasse 49 Tonnen;
第三章
机械式变速器设计
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 。
本章将集中介绍机械式变速器的设计。这种变速器综合性 能相当好 ，也是自动换挡机械式变速器（AMT）和双离合器式 变速器（DSG）的基础。
短途为主
良好低密度换档次数少 Nhomakorabea洲际运输
长途为主
良好
由于路况的差异形成了欧洲、
美国变速器市场的不同。中
国市场上变速器的可靠性、
价格的要求远远高于舒适性、
燃油经济性要求。因此，法
士特的产品才能占据统治地
位 变速器类型
同，步多器档第变位三速章机器械式变速非，器同档设计步位器数变较速少器
中国 平原山路并存 高密度
25
第三章机械式变速器设计
变速器档位数对加速时间的影响
9档箱连续换档 加速时间
16档箱连续换 档加速时间
此积分面积代表 由速度u1到速度
u2的加速时间
由于档位密布， 积分面积减小
实际操作中，由于驾驶员的因素无法保证理论分析的效果，但是对于AMT 变速箱，可以按照理论的换档点进行换档，从而减少加速时间。
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。
第三章机械式变速器设计
变速器传动机构的结构分析与型式选择
• 有级变速器与无级的相比，其结构简单、造价低廉，具有 高的传动效率(o．96一 o．98)，因此在各种类型的汽车 上均得到了广泛的应用；
d 。变速器的倒档使汽车可以倒退行驶；其空档使汽车在起动发动 机停 车和滑行时能长时间将发动机与传动系分离。
变速器由变速传动机构和操纵机构组成。
第三章机械式变速器设计
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。