第5章變速器設計

1、第一節(jié)概述第二節(jié)變速器結(jié)構方案的確定第三節(jié)變速器主要參數(shù)的選擇第四節(jié)同步器的設計第五節(jié)變速器齒輪的參數(shù)化設計第六節(jié)變速器操縱機構的設計第七節(jié)自動變速器第第5 5章變速器設計章變速器設計第一節(jié)概述1)保證汽車具有高的動力性和經(jīng)濟性指標。2)有空擋和倒擋。3)工作可靠。4)操縱迅速、輕便。5)傳動效率高。6)應有輸出功率的可能，以便于改裝車用。7)重量輕、體積小。8)噪聲小。第二節(jié)變速器結(jié)構方案的確定一、傳動機構的布置形式二、倒擋軸的布置三、齒輪形式四、換擋的結(jié)構形式五、防止自動脫擋的措施六、軸承的形式七、殼體的形式八、潤滑與密封一、傳動機構的布置形式圖5-1發(fā)動機前置前輪驅(qū)動乘用車的兩軸式變速器

2、一、傳動機構的布置形式圖5-2中間軸式四擋變速器傳動方案一、傳動機構的布置形式圖5-3中間軸式五擋變速器傳動方案二、倒擋軸的布置圖5-4倒擋軸布置方式五、防止自動脫擋的措施1)將兩接合齒的嚙合位置錯開(見圖5-5a)，這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒約13mm。2)將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄(切下0.30.6mm)，這樣換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫擋(見圖5-5b)。3)將接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角(一般傾斜23)，使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫擋的軸向力(見圖5-5c)。圖5-5防止自動脫擋的措施五、防止自動脫擋的措施第三節(jié)變速器主要參數(shù)的選擇一、中

3、心距二、齒輪參數(shù)二、齒輪參數(shù)1.模數(shù)2.壓力角3.螺旋角4.齒寬b5.齒數(shù)的選擇6.齒輪變位系數(shù)的選擇7.齒頂高8.齒形修整9.齒輪副的側(cè)隙3.螺旋角1)乘用車變速器：中間軸式變速器為2234，兩軸式變速器為2025。2)商用貨車變速器：1826。3.螺旋角圖5-6中間軸軸向力的平衡1，2斜齒輪5.齒數(shù)的選擇1)確定中間軸一擋齒輪的最小齒數(shù)。2)確定一軸齒輪的最小齒數(shù)。3)二軸超速擋齒輪最小齒數(shù)的確定。4)齒數(shù)選擇最好選成互為質(zhì)數(shù)的齒數(shù)。第四節(jié)同步器的設計一、慣性式同步器二、同步器的工作原理三、主要參數(shù)的確定四、同步器設計中的幾個問題五、同步器主要零件的材料一、慣性式同步器1.鎖銷式同步器2.

4、鎖環(huán)式同步器3.多錐式同步器4.慣性增力式同步器一、慣性式同步器圖5-7鎖銷式同步器1滑動齒套2同步環(huán)3齒輪4鎖銷5鋼球6定位銷7彈簧2.鎖環(huán)式同步器圖5-8鎖環(huán)式同步器1，4鎖環(huán)(同步錐環(huán))2滑塊3彈簧圈5、8齒輪6嚙合套座7嚙合套4.慣性增力式同步器圖5-9多錐式同步器二、同步器的工作原理1)換擋時變速叉撥動滑動齒套，滑動齒套通過滑塊推動同步環(huán)，使同步環(huán)的錐面壓向被同步齒輪的錐面，由于力F的作用和轉(zhuǎn)速差的存在，兩錐面一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦力矩，使同步環(huán)相對滑動齒套轉(zhuǎn)動一個角度。2)當換擋力F繼續(xù)增加時，滑動齒套克服壓緊滑塊的彈簧力繼續(xù)移動，由于同步環(huán)已相對滑動齒套轉(zhuǎn)動了一個角度，使滑動齒套的齒

5、端鎖止角正好在同步環(huán)鎖止角上。二、同步器的工作原理3)當換擋力F不斷增大時，錐面上的摩擦力矩不斷增加，當摩擦力矩等于輸入端的慣性力矩時，輸入、輸出端達到同步，=0，摩擦力矩消失，但此時軸向力F仍起作用，因而力Ft也起作用，在撥環(huán)力矩Tt的作用下，將同步環(huán)連同輸入端的零件反轉(zhuǎn)一個角度，使鎖止面脫開，滑動齒套即可自由地通過同步環(huán)與齒輪的接合齒嚙合。二、同步器的工作原理圖5-11同步器計算簡圖二、同步器的工作原理圖5-12滑塊同步器工作原理1待同步齒輪2同步環(huán)3彈簧4滑塊5嚙合套圖5-13鎖止面上的受力分析二、同步器的工作原理三、主要參數(shù)的確定1.錐面半錐角和摩擦系數(shù)2.排油槽3.錐面平均半徑和錐面

6、工作長度4.鎖止角5.同步時間和換擋力2.排油槽圖5-14同步環(huán)螺紋形式a)梯形槽b)鋸齒形槽四、同步器設計中的幾個問題1.接近尺寸2.分度尺寸3.同步器預行程4.同步器后備行程3.同步器預行程圖5-15同步器接近尺寸五、同步器主要零件的材料1.同步器錐環(huán)(錐盤)和滑動齒套2.同步環(huán)3.固定齒座第五節(jié)變速器齒輪的參數(shù)化設計一、斜齒輪的建模原理二、斜齒輪建模的主要步驟一、斜齒輪的建模原理1)在混合掃描時，既可以沿齒形線方向切除齒槽，也可沿齒形線方向生成輪齒。2)雖然齒輪在分度圓上有齒槽寬等于齒厚寬的特點，但是漸開線是由基圓出發(fā)的，因此建模時，對漸開線的旋轉(zhuǎn)復制是基于基圓的齒厚角。3)為得到等截面

7、的齒槽，而采用了“垂直軌跡”(Norm To Traj)進行混合掃描。4)為使在左旋斜齒輪模型中能生成右旋齒輪，需要在Relation里添加一個判斷語句。二、斜齒輪建模的主要步驟1.創(chuàng)建新的零件2.輸入齒輪參數(shù)3.畫漸開線4.端面齒輪輪廓5.齒形線的繪制6.端面齒廓的復制7.齒坯的生成8.單個齒槽的切制9.齒槽的復制與陣列10.旋向的變換11.齒輪參數(shù)化設計12.線、面的整理1.創(chuàng)建新的零件1)啟動Pro/E。2)輸入齒輪零件名稱：Helical-Gear。3)選擇mmns-part-solid模板，點擊OK進入三維建模環(huán)境。2.輸入齒輪參數(shù)圖5-17在Pro/ENGINEER中齒輪內(nèi)部關系表

8、3.畫漸開線1)畫齒根圓、基圓、分度圓、齒頂圓在曲線的草繪界面中(選Front平面為草繪面)，以兩基準線的交點為圓心，隨意畫出4個半徑大小不一的同心圓，以直徑方式標注四個同心圓(如圖5-18所示)，然后利用關系(Relation)將上一步輸入的基本參數(shù)分別賦值給四個同心圓的直徑；然后退出二維草繪界面完成曲線的繪制。2)畫漸開線利用曲線工具From Equation(用方程)，選擇系統(tǒng)默認坐標系PRT-CSYS-DEF，以笛卡爾坐標系方式創(chuàng)建漸開線。3.畫漸開線圖5-18齒根圓、基圓、分度圓、齒頂圓圖5-19在Pro/E中輸入漸開線方程3.畫漸開線4.端面齒輪輪廓1)創(chuàng)建Top及Right基準面

9、相交的基準軸線A1。2)創(chuàng)建通過基準軸線A1，并與Top面成Aw/2角的基準面DTM1。3)用鏡像復制前面步驟做出的漸開線。4.端面齒輪輪廓圖5-20漸開線5.齒形線的繪制1)創(chuàng)建分度圓柱面利用曲面拉伸工具，拉伸深度等于輪齒軸向厚度B。2)繪制齒形線利用投影曲線的功能，以Top基準面為草繪面，以尺寸參照的交點為起點草繪一左斜線與分度圓柱上表面線相交(如圖5-21所示)，并在關系中將傾角尺寸與螺旋角參數(shù)AA間建立等式關系。圖5-21齒形線在Top面的原始投影線5.齒形線的繪制6.端面齒廓的復制圖5-23斜齒輪兩端面的齒廓8.單個齒槽的切制1)為方便后面切出齒形時選擇邊界，以Front基準面為草繪

10、面草繪出一直徑d16=Da+m的同心圓曲線(參見圖5-25)。2)利用Swept Blend(混合掃掠)工具切制齒槽。圖5-24齒坯8.單個齒槽的切制圖5-26草繪法向軌跡8.單個齒槽的切制9.齒槽的復制與陣列1)旋轉(zhuǎn)復制單個齒槽。2)齒槽的圓周陣列。1)旋轉(zhuǎn)復制單個齒槽。圖5-28切制的單齒槽第六節(jié)變速器操縱機構的設計1.結(jié)構分類2.遠距離操作系統(tǒng)需滿足的條件3.設計時應注意的事項圖5-30兩種常見的互鎖機構a)互鎖銷式b)互鎖桿式第六節(jié)變速器操縱機構的設計圖5-31倒擋阻尼裝置a)彈簧式b)鋼球彈簧組合式第六節(jié)變速器操縱機構的設計圖5-32伸縮變速拉桿式操縱機構1套管2軸管3變速桿第六節(jié)變

11、速器操縱機構的設計1.結(jié)構分類(1)伸縮變速拉桿式可伸縮變速拉桿(見圖5-32)是由兩層或兩層以上的軸管套在一起，外層的套管1和內(nèi)部的軸管2由一套鎖止機構連在一起，保證換擋動作的實現(xiàn)。(2)單桿操縱式單桿操縱式(見圖5-33)將變速桿通過支座固定在車架或發(fā)動機上，由于變速桿等零件不隨駕駛室翻轉(zhuǎn)，所以必須在駕駛室地板上開一大孔，以保證駕駛室翻轉(zhuǎn)過程中，窗口不與變速桿發(fā)生干涉。(3)雙桿操縱式雙桿操縱(見圖5-34)是把變速桿的運動經(jīng)過一套機構將選擋和換擋動作分解成兩套桿件的推、拉運動，分別操縱變速器。圖5-33單桿操縱式操縱機構1.結(jié)構分類2.遠距離操作系統(tǒng)需滿足的條件1)保證變速器能準確地換擋

12、。2)操縱應輕便。3)手感好，以適當?shù)牧ζ椒€(wěn)地操作。4)有足夠的強度。5)系統(tǒng)剛性好。3.設計時應注意的事項1)盡量采用直的變速拉桿，使拉桿剛性好，換擋效率高，行程損失?。桓髁慵膭傂砸?，受力時變形小，以獲得良好的手感。2)盡可能減小換擋機構質(zhì)量，使換擋輕便。3)選擇適當?shù)膫鲃颖取?)布置合理。3.設計時應注意的事項5)變速桿的布置應從人體工程學考慮，確保各種駕駛員都能舒適地進行換擋，主要要求如下：向前不能碰儀表板或其他零件；駕駛員操作最遠的擋位時，肩膀不應離開靠背；駕駛員操作最近的擋位時，手不能碰到座椅或腿；要保證變速桿運動時不與駕駛室地板孔邊緣干涉；變速桿的彎曲形狀要考慮密封罩壽命的影響；密封罩應能防塵防水。第七節(jié)自動變速器一