變速器主要參數(shù)的選擇精

1、第三節(jié) 變速器主要參數(shù)的選擇一、擋數(shù)增加變速器的擋數(shù)能夠改善汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時(shí)操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換擋頻率也增高。在最低擋傳動(dòng)比不變的條件下，增加變速器的擋數(shù)會(huì)使變速器相鄰的低擋與高擋之間的傳動(dòng)比比值減小，使換擋工作容易進(jìn)行。要求相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值在18以下，該值越小換擋工作越容易進(jìn)行。要求高擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值要比低擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值小。近年來(lái)為了降低油耗，變速器的擋數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前，轎車(chē)一般用45個(gè)擋位的變速器，級(jí)別高的轎車(chē)變速器多用5個(gè)擋，貨車(chē)變速器采用45個(gè)擋或多擋。裝載質(zhì)量在23.5t的

2、貨車(chē)采用5擋變速器，裝載質(zhì)量在48t的貨車(chē)采用6擋變速器。多擋變速器多用于重型貨車(chē)和越野汽車(chē)。二、傳動(dòng)比范圍變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低擋傳動(dòng)比與最高擋傳動(dòng)比的比值。傳動(dòng)比范圍的確定與選定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽車(chē)的最高車(chē)速和使用條件(如要求的汽車(chē)爬坡能力)等因素有關(guān)。目前轎車(chē)的傳動(dòng)比范圍在34之間，輕型貨車(chē)在56之間，其它貨車(chē)則更大。三、中心距A對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱為變速器中心距A。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小，而且對(duì)拎齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度

3、來(lái)確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與方便和不影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一擋小齒輪齒數(shù)不能過(guò)少的限制，要求中心距也要取大些。初選中心距A時(shí)，可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算式中，A為變速器中心距(mm)；為中心距系數(shù)，轎車(chē)：=8.99.3，貨車(chē)：=8.69.6，多擋變速器：=9.511.O；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N·m)；為變速器一擋傳動(dòng)比；為變速器傳動(dòng)效率，取96。轎車(chē)變速器的中心距在6580mm范圍內(nèi)變化，而貨車(chē)的變速器中心距在80170mn范圍內(nèi)變化。原則上總質(zhì)量小的汽車(chē)，變速器中心距也小些。四、外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間

4、(過(guò)渡)齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布量初步確定。轎車(chē)四擋變速器殼體的軸向尺寸為(3.O3.4)A。貨車(chē)變速器殼體的軸向尺寸與擋數(shù)有關(guān)，可參考下列數(shù)據(jù)選用： 四擋 (2.22.7)A 五擋 (2.73.O)A 六擋 (3.23.5)A當(dāng)變速器選用的常嚙合齒輪對(duì)數(shù)和同步器多時(shí)，中心距系數(shù)K應(yīng)取給出范圍的上限。為了檢測(cè)方便，中心距A最好取為整數(shù)。五、軸的直徑變速器工作時(shí)，軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還承受來(lái)自齒輪作用的徑向力，如果是斜齒輪則還有軸向力。在這些力的作用下，變速器的軸必須有足夠的剛度和強(qiáng)度。軸的剛度不足會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，對(duì)齒輪的強(qiáng)度和耐磨性均產(chǎn)生不利影響，還會(huì)增加工作噪聲。中間軸式變速器的第

5、二軸和中間軸中部直徑dO45A，軸的最大直徑d和支承間距離L的比值，對(duì)中間軸，dL=O.16O.18，對(duì)第二軸，dL=O.18O.21。第一軸花鍵部分直徑d(mm)可按下式初選 式中，K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=4.O4.6；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N·m)。六、齒輪參數(shù) 1、模數(shù)的選取齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取因素又很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求等。應(yīng)該指出，選取齒輪模數(shù)時(shí)一般遵守的原則是：為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時(shí)減少齒寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。減少轎車(chē)齒輪工作噪

6、聲有較為 重要的意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng)選得小些；對(duì)貨車(chē)，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應(yīng)該選用大些的模數(shù)。變速器低擋齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)，其它擋位選用另一種模數(shù)。少數(shù)情況下汽車(chē)變速器各擋齒輪均選用相同的模數(shù)。變速器用齒輪模數(shù)范圍大致如下：微型和普通級(jí)轎車(chē)為2.252.75mm，中級(jí)轎車(chē)為2.753.00mm中型貨車(chē)為3.54.5 mm，重型貨車(chē)為4.56.0mm。所選模數(shù)值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB135778的規(guī)定。嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開(kāi)線齒形。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取用范圍是：轎車(chē)和輕、中型貨車(chē)為2.O3.5mm；重型貨車(chē)為3.55.0ram。選取較小的模

7、數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換擋。2、壓力角壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)于轎車(chē)，為加大重合度以降低噪聲，應(yīng)取用14.5º、1 5º、1 6º、16.5º等小些的壓力角；對(duì)貨車(chē)，為提高齒輪承載能力，應(yīng)選用22.5º或25º等大些的壓力角。實(shí)際上，因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20º，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20º。嚙合套或同步器的接合齒壓力角有20º、25º、30º等，但普遍采用30º壓力角。3、螺旋角斜齒輪在變

8、速器中得到廣泛的應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意到它對(duì)齒輪工作噪聲、輪齒的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪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。試驗(yàn)還證明：、隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，不過(guò)當(dāng)螺旋角大于30。時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生軸向力平衡，以減少軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上的不同擋位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。為使工藝簡(jiǎn)便，

9、在中間軸軸向力不大時(shí)，可將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。中間軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)一律取為右旋，則第一、第二軸上的斜齒輪應(yīng)取為左旋。軸向力經(jīng)軸承蓋作用到殼體上。一擋和倒擋設(shè)計(jì)為直齒時(shí)，在這些擋位上工作，中間軸上的軸向力不能抵消(但因?yàn)檫@些擋位使用得少，所以也是允許的)，而此時(shí)第二軸則沒(méi)有軸向力作用。根據(jù)圖3-12可知，欲使中間軸上兩個(gè)斜齒輪的軸向力平衡，須滿足下述條件 由于為使兩軸向力平衡，必須滿足 圖312 中間軸軸向力的平衡式中，、為作用在中間軸齒輪1、2上的軸向力；、為作用在中間軸上齒輪1、2上的圓周力；、為齒輪1、2的節(jié)圓半徑；T為中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩。最后可用調(diào)整螺旋角的方

10、法，使各對(duì)嚙合齒輪因模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因而造成的中心距不等現(xiàn)象得以消除。斜齒輪螺旋角可在下面提供的范圍內(nèi)選用：轎車(chē)變速器：兩軸式變速器為20º25º中間軸式變速器為22º34º貨車(chē)變速器：18º26º4、齒寬b在選擇齒寬時(shí)，應(yīng)該注意到齒寬對(duì)變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強(qiáng)度和齒輪工作時(shí)受力的均勻程度等均有影響?？紤]到盡可能縮短變速器的軸向尺寸和減小質(zhì)量，應(yīng)該選用較小的齒寬。另一方面，齒寬減少使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，此時(shí)雖然可以用增加齒輪螺旋角的方法給予補(bǔ)償，但這時(shí)軸承承受的軸向力增大，使之壽命降低；齒寬窄還會(huì)使齒輪的工

11、作應(yīng)力增加。選用寬些的齒寬，工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m()的大小來(lái)選定齒寬：直齒：b=m，為齒寬系數(shù)，取為4.58.O斜齒：b=，取為6.O8.5b為齒寬(mm)。采用嚙合套或同步器換擋時(shí)，其接合齒的工作寬度初選時(shí)可取為(24)m。第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)可取大些，使接觸線長(zhǎng)度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。5、齒輪變位系數(shù)的選擇原則齒輪的變位是齒輪設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生根切和配湊中心距以外，它還影響齒輪的強(qiáng)度，使用平穩(wěn)性，耐磨損、抗膠合能力及齒輪的嚙合噪聲。變位齒

12、輪主要有兩類(lèi)：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度相接近的程度。高度變位齒輪副的缺點(diǎn)是不能同時(shí)增加一對(duì)齒輪的強(qiáng)度，也很難降低噪聲。角度變位齒輪副的變位系數(shù)之和不等于零。角度變位既具有高度變位的優(yōu)點(diǎn)，又避免了其缺點(diǎn)。由幾對(duì)齒輪安裝在中間軸和第二軸上組合并構(gòu)成的變速器，會(huì)因保證各擋傳動(dòng)比的需要，使各相互嚙合齒輪副的齒數(shù)和不同。為保證各對(duì)齒輪有相同的中心距，此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行變位。當(dāng)齒數(shù)和多的齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)或高度變位時(shí)，則對(duì)齒數(shù)和少些的齒輪副應(yīng)采用正角度變位。由于角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故

13、采用得較多。對(duì)斜齒輪傳動(dòng)，還可通過(guò)選擇合適的螺旋角來(lái)達(dá)到中心距相同的要求。變速器齒輪是在承受循環(huán)負(fù)荷的條件下工作，有時(shí)還承受沖擊負(fù)荷。對(duì)于高擋齒輪，其主要損壞形式是齒面疲勞剝落，因此應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。為提高接觸強(qiáng)度，應(yīng)使總變位系數(shù)盡可能取大些，這樣兩齒輪的齒廓漸開(kāi)線離基圓較遠(yuǎn)，以增大齒廓曲率半徑，減小接觸應(yīng)力。對(duì)于低擋齒輪，由于小齒輪的齒根強(qiáng)度較低，加之傳遞載荷較大，小齒輪可能出現(xiàn)齒根彎曲斷裂的現(xiàn)象。為提高小齒輪的抗彎強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)選擇大、小齒輪的變位系數(shù)，此時(shí)小齒輪的變位系數(shù)大于零。由于工作需要，有時(shí)齒輪齒數(shù)取得少(如一擋主動(dòng)

14、齒輪)會(huì)造成輪齒根切，這不僅削弱了輪齒的抗彎強(qiáng)度，而且使重合度減小。此時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行正變位，以消除根切現(xiàn)象?？傋兾幌禂?shù)越小，一對(duì)齒輪齒根總的厚度越薄，齒根越弱，抗彎強(qiáng)度越低。但是由于輪齒的剛度減小，易于吸收沖擊振動(dòng)，故噪聲要小一些。另外，值越小，齒輪的齒形重合度越大，這不但對(duì)降噪有利，而且由于齒形重合度增大，單齒承受最大載荷時(shí)的著力點(diǎn)距齒根近，彎曲力矩減小，相當(dāng)于齒根強(qiáng)度提高，對(duì)由于齒根減薄而產(chǎn)生的削弱強(qiáng)度的因素有所抵消。 根據(jù)上述理由，為了降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二擋和倒擋以外的其它各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動(dòng)。一般情況下，最高擋和一軸齒輪副的可以選為-

15、O2O2。隨著擋位的降低，值應(yīng)該逐擋增大。一、二擋和倒擋齒輪，應(yīng)該選用較大的值，以便獲得高強(qiáng)度齒輪副。一擋齒輪的值可以選用1O以上。七、各擋齒輪齒數(shù)的分配在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)變速器的擋數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各擋齒輪的齒數(shù)。下面以圖313所示四擋變速器為例，說(shuō)明分配齒數(shù)的方法。應(yīng)該注意的是各擋齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡可能不是整數(shù)。圖313 四擋變速器傳動(dòng)方案1、 確定一擋齒輪的齒數(shù)一擋傳動(dòng)比 （3-1）如果和的齒數(shù)確定了，則與的傳動(dòng)比可求出。為了求、的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和直齒=2A/m斜齒= （3-2）計(jì)算后取為整數(shù)，然后進(jìn)行大、小齒輪齒數(shù)的分配。中間軸上的一擋小齒輪的齒數(shù)盡可

16、能取少些，以便使/的傳動(dòng)比大些，在已定的條件下，/的傳動(dòng)比可分配小些，使第一軸常嚙合齒輪的齒數(shù)多些，以便在其內(nèi)腔設(shè)置第二軸的前軸承并保證輪輻有足夠的厚度?？紤]到殼體上的第一軸軸承孔尺寸的限制和裝配的可能性，該齒輪齒數(shù)又不宜取多。中間軸上小齒輪的最少齒數(shù)，還受中間軸軸徑尺寸的限制，即受剛度的限制。在選定時(shí)，對(duì)軸的尺寸及齒輪齒數(shù)都要統(tǒng)一考慮。轎車(chē)中間軸式變速器一擋傳動(dòng)比=3.53.8時(shí)，中間軸上一擋齒輪齒數(shù)可在=1517之間選取，貨車(chē)可在1217之間選用。一擋大齒輪齒數(shù)用=-計(jì)算求得。2、對(duì)中心距A進(jìn)行修正因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距A

17、，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)齒輪副的齒數(shù)由式(3-1)求出常嚙合傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比 (3-3)而常嚙合傳動(dòng)齒輪中心距和一擋齒輪的中心距相等，即 (3-4)解方程式(3-3)和式(3-4)求與，求出的、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)即可；最后根據(jù)所確定的齒數(shù)，按式(3-4)算出精確的螺旋角值。4、確定其它各擋的齒數(shù)若二擋齒輪是直齒輪，模數(shù)與一擋齒輪相同時(shí)，則得 (3-5) (3-6)解兩方程式求出、。用取整數(shù)后的、計(jì)算中心距，若與中心距A有偏差，通過(guò)齒輪變位來(lái)調(diào)整。二擋齒輪是斜齒輪，螺旋角與常嚙合齒輪的不同時(shí)，由式(3-5)得 (3-7)而 (3-8)此外，從抵消或減少中間軸上的軸向力出發(fā)，還必須滿足下列關(guān)系式 (3-9)聯(lián)解上述三個(gè)方程式，可求出、和三個(gè)參數(shù)。但解此方程組比較麻煩，可采用比較方便的試湊法，即先選定螺旋角，解式(3-7)和式(3-8)，求出