汽车设计(全套课件305P).ppt

1、汽车设计汽车设计 ( (第二版第二版) )1.11.1汽车设计的特点汽车设计的特点1.21.2汽车的产品开发过程及要求汽车的产品开发过程及要求1.31.3汽车总体设计的内容汽车总体设计的内容第第1 1章总体设计章总体设计主要内容本章首先介绍汽车设计的特点，汽车产品的开发过程。 然后介绍在汽车整车总体设计时总成类型的选择、主要参数及性能参数的确定和汽车总布置设计等内容。本章要求:1.了解汽车设计的特点；2.了解汽车的产品开发过程及要求；3.了解汽车总体设计的内容。第第1 1章总体设计章总体设计1.11.1汽车设计的特点汽车设计的特点()汽车运行的工作环境和使用条件多变，要求汽车有良好的适应性，并

2、能保证可靠地工作。()汽车品种多、产量大且零部件数量多，要求采用零部件专业化生产和实行“三化”，即产品系列化、零部件通用化、零件设计标准化，以达到提高设计效率、便于组织生产、提高生产率和产品质量、降低成本的目的。()汽车使用过程中要消耗大量的物质，并排出大量污染物，汽车应该具有良好的燃油经济性和低的排放。()作为道路运输工具，汽车必须具有更好的安全性。()汽车与人类社会及人民生活的密切联系性要求汽车外部造型美观、色彩协调。1.21.2汽车的产品开发过程及要求汽车的产品开发过程及要求1.2.1 1.2.1 决策阶段决策阶段1.进行市场调研，提出市场预测报告和技术调研报告。)市场调研)技术调研)可

3、行性分析报告)对可行性分析报告进行评审2.开发决策1）根据市场预测报告、技术调研报告、可行性分析报告和评审的结论，进行高层决策。决策通过，批准立项，制定企业产品开发计划。2）根据批准的产品开发计划，组织有关部门编制产品“设计任务书”或“产品开发项目建议书”。1.2.2 1.2.2 设计阶段设计阶段1.概念设计 一般是指总体方案设计和计算机辅助造型设计，其内容是根据产品设计任务书或产品开发项目建议书的要求，对产品开发的技术路线、结构布局、关键技术的解决途径及满足标准化综合要求的措施等提出完整的技术方案(包括必备的各种总布置图造型方案图)。总体设计方案完成后，应对其进行评审，确认该方案是否能够满足

4、产品设计任务书或产品开发建议书所提出的全部要求。2.技术设计 是根据总体技术方案和计算机辅助造型方案，对整车、各大系统和具体的零部件进行设计计算、制图、计算机仿真并进行必要的试验，以验证其功能、性能是否满足总体方案的要求。1.2.3 1.2.3 试制阶段试制阶段1.样机试制 样机试制是指根据产品图样、工艺文件和必要的工装，试制样机，其数量应根据产品的类型确定，然后按要求(如产品标准)进行型式试验，主要考核产品结构、性能和设计的工艺性，同时考核产品图样和设计文件的质量。2.小批试制 小批试制是在样机试制的基础上进行的，它的主要目的是考核产品工艺性，验证正式生产全部工艺文件及工艺装备质量，并进一步

5、验证产品的性能、结构和经设计改进修改后的产品设计文件及图样正确性、合理性。1.2.4 1.2.4 定型投产阶段定型投产阶段 定型投产阶段是完成正式投产的准备工作,定型投产是在小批试制的基础上进行的，它的主要目的是进一步完善产品工艺文件改进、完善并定型工艺装备，配置必要的生产和试验设备，确保达到正式生产的条件和具备持续稳定批量生产合格产品的生产能力。该阶段的主要工作内容有以下六个方面： ()编制批量生产工艺方案。 ()确定工艺文件。 ()工艺装备定型。 ()设备的配置与调试。 ()测量仪器的配置与标定。 ()外协单位的选定与控制。1.2.5 1.2.5 持续改进阶段持续改进阶段 持续改进阶段是指

6、在产品生命周期内对产品、过程或体系的不断改进。持续改进是产品设计和开发十分关键的环节，该阶段的主要工作内容有以下五个方面： ()收集各种有关产品质量的反馈信息。 ()综合分析产品的质量信息，提出改进方案。 ()评审改进方案并进行必要的验证。 ()实施改进设计。 ()评价改进效果，提高改进的有效性和效率。 汽车设计是一个讲究程序，内容十分丰富的技术工程。对于整车设计来说，开发过程和内容可以归纳出汽车设计程序。汽车设计程序图1.31.3汽车总体设计的内容汽车总体设计的内容1.3.1 1.3.1 汽车的类型与结构选择汽车的类型与结构选择1.1.汽车的分类汽车的分类 经国家质量监督检验检疫总局批准,汽

7、车分类的两个新国家标准GB/T 3730.1-2001汽车和挂车类型的术语和定义和GB/15089-2001机动车辆及挂车分类于2001年7月3日对外发布，2002 年3月1日正式实施。2. 2. 汽车的结构型式汽车的结构型式) )轴数轴数) )驱动形式驱动形式) )汽车的布置型式汽车的布置型式()前置发动机前轮驱动轿车。()前置发动机后轮驱动轿车。()后置发动机后轮驱动轿车。()四轮驱动轿车。()前置发动机、后轮驱动客车。()中置发动机、后轮驱动客车。()后置发动机、后轮驱动客车。()发动机位于前轴之上、驾驶室之前货车。()发动机位于前轴之上、驾驶室之下货车。轿车的布置类型载货汽车发动机、前

8、轴与驾驶室的相对布置方案1.3.2 1.3.2 汽车主要尺寸的确定汽车主要尺寸的确定1.1.外廓尺寸外廓尺寸 2.2.轴距轴距L L3.3.前轮距前轮距B1B1和后轮距和后轮距B2 B2 4.4.前悬前悬LFLF和后悬和后悬LRLR5.5.货车车头长度货车车头长度6.6.货车车箱尺寸货车车箱尺寸1.3.3 1.3.3 汽车质量参数的确定汽车质量参数的确定1.1.整车整备质量整车整备质量2.2.汽车的载客量和装载质量汽车的载客量和装载质量( (简称装载量简称装载量) )汽车的载客量)汽车的装载质量)质量系数)汽车的总质量)轴荷分配1.3.4 1.3.4 汽车性能参数的确定汽车性能参数的确定1.1

9、.动力性参数动力性参数)最高车速)加速时间)爬坡能力)汽车比功率和比转矩2.2.燃油经济性参数燃油经济性参数3.3.通过性的几何参数通过性的几何参数. .操纵稳定性参数操纵稳定性参数. .制动性参数制动性参数6.6.平顺性参数平顺性参数1.3.5 1.3.5 汽车总布置设计汽车总布置设计.发动机和轮胎的选择)发动机的选择)轮胎的选择.传动系统匹配)整车性能)传动系统能力.总布置图)图面要求()坐标系总布置图的坐标系( () )总布置图格式总布置图格式( () )校对图校对图总布置设计图驾驶区及乘员区布置驾驶区仪表板视野换挡舒适性分析驾驶区按键触及性评价) )主要总成的布置主要总成的布置()发动

10、机和传动系统布置()转向系统、制动系统、悬架的布置)车身总布置)质量计算)运动校核乘员进出方便性校核2.12.1概述概述2.22.2离合器结构方案的确定离合器结构方案的确定2.32.3离合器基本参数的设计计算离合器基本参数的设计计算2.42.4压紧弹簧的设计压紧弹簧的设计2.52.5扭转减振器的设计扭转减振器的设计2.6 2.6 离合器操纵机构的设计离合器操纵机构的设计习题习题第第2 2章章 离合器设计离合器设计主要内容本章介绍汽车传动系统中主要部件离合器的结构形式及设计计算方法。本章要求:1.了解离合器结构方案的确定；2.掌握离合器基本参数的设计计算；3.掌握压紧弹簧的设计；4.掌握扭转减振

11、器的设计；5.了解离合器操纵机构的设计。第第2 2章章 离合器设计离合器设计2.12.1概述概述 离合器的功能是将发动机的动力从飞轮传递到变速器。此外，它还必须具备以下功用：在汽车起步时将发动机与传动系统平顺地接合，使汽车平稳起步，在换挡时将发动机与传动系统分离，减少变速器中齿轮之间的冲击，便于换挡，在工作中受到大的动载荷时，能通过打滑来保护传动系统，防止其受过大的载荷。离合器由主动件、从动件、操纵机构三部分组成。()主动件:离合器压盘、压紧弹簧及盖总成。()从动件:从动盘总成。()操纵机构:离合器踏板、传动部件及助力装置、分离叉、分离轴承。2.1.1 2.1.1 离合器设计的基本要求离合器设

12、计的基本要求()在汽车规定的工况下能可靠地传递发动机的最大转矩,且传递转矩的能力有适当的储备。()分离时要彻底迅速。()接合时要平顺柔和，以保证汽车起步平稳，没有抖动和冲击。()离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时齿轮间的冲击，并便于换挡。()应使汽车传动系统避免危险的扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击和减少噪声的能力。()离合器压盘应有足够的热容量，并且散热通风良好，以防止工作温度过高。()操纵轻便，以减轻驾驶人的疲劳。()在离合器使用过程中，作用在摩擦片上的正压力和摩擦系数变化要小，力求使离合器工作性能保持稳定、可靠，工作寿命长。2.1.2 2.1.2 离合器设计的一般步骤离合器设计的

13、一般步骤1.1.获取或确定与计算相关的参数获取或确定与计算相关的参数2.2.获取及确定前后连接件的接口参数获取及确定前后连接件的接口参数3.3.结构方案确定结构方案确定4.4.设计计算设计计算5.5.其他机构设计其他机构设计2.2.1 2.2.1 从动盘数选择从动盘数选择盘式离合器按从动盘数目可分为单片式、双片式和多片式三种。2.22.2离合器结构方案的确定离合器结构方案的确定单片式离合器双片式离合器2.2.2 2.2.2 压紧弹簧型式选取压紧弹簧型式选取离合器压紧弹簧有螺旋弹簧和膜片弹簧等型式。推式膜片弹簧离合器拉式膜片弹簧离合器2.2.3 2.2.3 压盘的驱动方式压盘的驱动方式 压盘的驱

14、动方式有凸块窗孔式、销钉式、键块式和钢带式多种，可根据压盘结构和压紧弹簧形式选取。2.2.4 2.2.4 压盘和中间压盘压盘和中间压盘 压盘和中间压盘一般做成圆环形的盘状，压盘的外径应略大于或等于摩擦片的外径，内径略小于或等于摩擦片的内径。2.2.5 2.2.5 从动盘从动盘 从动盘由摩擦片、从动钢片、扭转减振器和从动盘毂等零件组成。离合器从动盘摩擦片 从动钢片 扭转减振器 从动盘毂带扭转减振器的从动盘零件分解图2.2.6 2.2.6 分离杠杆分离杠杆 膜片弹簧离合器的分离杠杆就是与碟形弹簧一体的分离指。分离杠杆的支撑常采用滚针轴承、滚销和刀口支撑等型式。2.2.7 2.2.7 离合器的通风散

15、热离合器的通风散热 ()在压盘上设散热筋或鼓风筋。 ()在离合器盖上开较大的通风，在离合器外壳上设通风窗。 ()在双盘式离合器的中间压盘内铸出通风槽。 ()将离合器盖和分离杠杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风。2.3.1 2.3.1 静摩擦力矩的计算静摩擦力矩的计算 摩擦式离合器在接合状态时是靠离合器的摩擦面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。摩擦面间的静摩擦力矩可按下列方法计算，设压盘施加在摩擦面上的压力是均匀分布，摩擦面上的总压力为，则有:2.32.3离合器基本参数的设计计算离合器基本参数的设计计算式中:P0单位面积上的压力，MPa。 A摩擦面的面积，mm。 D摩擦片的外径，mm。 d摩擦片的内径

16、，m。(2-1)(2-1) 在摩擦面上取一微元面积d，则在微元面积上所受的正压力d，则离合器摩擦面上总的静摩擦力矩为:式中: 摩擦面数。单盘式离合器=，双盘式离合器=。 摩擦面间的静摩擦系数。计算时一般取0.25 0.35。 内外径之比。=/。摩擦片受力计算简图(2-2)(2-2)2.3.2 2.3.2 滑动摩擦力矩计算滑动摩擦力矩计算滑动摩擦力矩c可用下式计算:式中:滑动摩擦系数。(2-3)(2-3)2.3.3 2.3.3 滑动摩擦力矩计算滑动摩擦力矩计算1.1.后备系数后备系数 后备系数是离合器的一个重要参数,它反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度,离合器的静摩擦力矩c应大于发动机的最大

17、输出转矩e max ，即:式中:离合器的后备系数，须大于。在选择离合器后备系数时，应考虑以下几点:()摩擦片在使用中磨损后，确保离合器仍能传递发动机的最大转矩。()应能避免离合器在车辆起步过程出现过量的滑磨。()应能防止传动系统过载。(2-4)2.2.单位压力单位压力 单位压力P0对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时， P0应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷， P0应取小些；后备系数较大时，可适当增大P0 。2.3.4 2.3.4 摩擦片主要

18、尺寸的确定摩擦片主要尺寸的确定 摩擦片的主要尺寸有两个：摩擦片的外径 和内径。 在离合器结构形式及摩擦片材料选定、其他参数已知或选取后，结合前面公式即可估算出摩擦片尺寸。摩擦片外径D（mm）也可根据如下经验公式选用： 式中：KD为直径系数。Dd)7 . 053. 0(maxeDTKD 内径：式中:摩擦片的外径。(2-6)(2-6)(2-7)(2-7)2.4.1 2.4.1 周置弹簧离合器的圆柱螺旋压紧弹簧设计周置弹簧离合器的圆柱螺旋压紧弹簧设计.弹簧数2.42.4压紧弹簧的设计压紧弹簧的设计 周布弹簧离合器所需要的弹簧数与离合器摩擦片外径和选取的弹簧刚度及钢丝直径有关，弹簧数可参照下表选取。2

19、.2.确定单个弹簧的工作点载荷确定单个弹簧的工作点载荷3.3.选择弹簧钢丝直径和材料、旋绕比选择弹簧钢丝直径和材料、旋绕比式中:旋绕比。=2/，为弹簧中径2与钢丝直径之比。 弹簧钢丝材料许用剪切应力。 考虑剪力和簧圈曲率影响的曲度系数(2-8)(2-9)4. 4. 弹簧的工作弹簧的工作( (有效有效) )圈数圈数5.5.弹簧在离合器工作点状态的剪切应力弹簧在离合器工作点状态的剪切应力 校核校核式中:2弹簧圈平均直径(即中径)。 弹簧钢丝直径。 弹簧旋绕比。 弹簧曲度系数。式中:弹簧材料的切变模量。 弹簧刚度。(2-11)(2-13)2.4.2 2.4.2 膜片弹簧的设计膜片弹簧的设计. .膜片

20、弹簧的载荷与变形的关系膜片弹簧的载荷与变形的关系式中:弹性模量。泊松比。膜片弹簧的厚度。膜片弹簧在自由状态下，碟簧部分的内截锥高度。、膜片弹簧在自由状态下，碟簧部分的大端和小端半径。、压盘加载点和支撑环加载点半径。膜片弹簧子午断面绕中性点的转动(2-14)根据式(2-14)，可作出膜片弹簧的1-1曲线，既载荷特性曲线。膜片弹簧在不同工作状态时的变形式中:f膜片弹簧分离指与分离轴承接触圆的半径。(2-15)(2-16) 在分离与压紧两种加载情况下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，即其碟簧部分的子午断面从自由状态的初始位置转过相同的转角，便有如下的对应关系:. .膜片弹簧的应力计算膜片弹簧的应力计算

21、式中:2弹簧圈平均直径(即中径)。 弹簧钢丝直径。 弹簧旋绕比。 弹簧曲度系数。式中: 碟簧部分子午断面的转角(从自由状态初始位置算起)。碟簧部分自由状态的圆锥底角。碟簧部分子午断面内中性点的半径。可求出tc达到极大值时的转角,即:切向应力在碟簧子午断面的分布(2-17)(2-17)(2-18)(2-19)3. 3. 膜片弹簧主要参数的选择及有关设计问题的考虑膜片弹簧主要参数的选择及有关设计问题的考虑()高厚比/的选择。()膜片弹簧工作点位置的选择。()外内径比/。()膜片弹簧在自由状态时圆锥底角一般在1013.5。/对膜片弹簧的特性影响膜片弹簧的载荷特性曲线4.4.膜片弹簧的设计计算要点膜片

22、弹簧的设计计算要点()初选相关尺寸和参数:膜片弹簧高厚比/、外内径比/和、工作点位置比、压盘加载点半径1，支撑环加载点半径1。()确定膜片弹簧的工作载荷。式中:c摩擦片上摩擦合力作用半径。()计算膜片弹簧的厚度。式中:高厚比。 工作点位置比。(2-20)(2-21)()按式(2-14)求得载荷特性曲线1 1，并求取凸点、拐点、凹点和工作点、磨损点、分离点等各点的载荷1和位移1值。()通过式(2-15)和式(2-16) 可求得分离特性曲线2-1，并求取工作点和分离点的载荷2和位移1值。 膜片弹簧离合器在摩擦片磨损后，分离力达到最大，将1M点的1值代入式(2-16)，可得到磨损后的分离力2最大值。

23、()按式(2-17)校核各个角点的应力，计算值不得大于许用值。. .膜片弹簧的材料和制造工艺关键膜片弹簧的材料和制造工艺关键 膜片弹簧应采用合金弹簧钢板制造 其碟簧部分的尺寸精度要高，国内、外常用的膜片弹簧材料为50CrVA。2.52.5扭转减振器的设计扭转减振器的设计 扭转减振器是现代汽车离合器从动盘的必备部件。它主要由弹性元件和阻尼元件组成。2.5.1 2.5.1 弹簧扭转减振器参数设计弹簧扭转减振器参数设计. .极限转矩极限转矩limlim(2-22)式中:系数对轿车取2,对货车取1.5。 e max 发动机的最大输出转矩。减振器尺寸简图2.2.极限转角极限转角 limlim对应于极限转

24、矩,从动片相对从动盘毂的极限转角lim 取312。式中:单个减振器弹簧的线刚度。 减振弹簧的数目。 0减振弹簧分布半径。. .扭转角刚度扭转角刚度 减振器的扭转角刚度取决于减振弹簧的线刚度及结构尺寸。(2-23)(2-24)如将极限转矩lim 和极限转角lim 代入上式,可反求出弹簧的线刚度,依此决定弹簧的尺寸。(2-25)4.4.阻尼摩擦转矩阻尼摩擦转矩 . .预紧转矩预紧转矩(2-26)(2-27)(2-28)单级线性减振器的扭转特性. .减振弹簧的分布半径减振弹簧的分布半径0 0式中:离合器摩擦片内径。. .减振弹簧的个数减振弹簧的个数2.5.2 2.5.2 减振弹簧的材料减振弹簧的材料

25、 减振弹簧的疲劳寿命可按106循环次数考虑，材料宜选用硅锰类、铬硅或铬钒类油淬火回火弹簧钢丝,减振弹簧须经强化抛丸和强压，减振弹簧的载荷和应力计算与压盘圆柱螺旋弹簧相同,其计算的剪切应力可按经验控制在760MPa 内。2.62.6离合器操纵机构的设计离合器操纵机构的设计 离合器的操纵机构由离合器踏板、传动部件、分离拨叉、分离轴承组成。2.6.1 2.6.1 对操纵机构的要求对操纵机构的要求()踏板力要小。()踏板行程应在80150mm,最大不超过180mm。()应具有踏板自由行程调整机构。()应具有踏板行程限位器。()不因发动机的振动以及车架和驾驶室的变形而引起操纵机构的运动干涉。2.6.2

26、2.6.2 分离轴承分离轴承 在汽车离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适用于高转速、低轴向负荷的情况，后者则适用于低转速、高轴向负荷的情况。2.6.3 2.6.3 离合器操纵机构型式的选择离合器操纵机构型式的选择. .机械式操纵机构机械式操纵机构. .液压式操纵机构液压式操纵机构. .机械和液压操纵的助力器机械和液压操纵的助力器. .气压式操纵机构气压式操纵机构2.6.4 2.6.4 离合器操纵机构的计算离合器操纵机构的计算. .踏板行程踏板行程踏板行程由自由行程0和工作行程g两部分组成,即:(2-29)式中:0f分离轴承自由行程。 摩擦面数。单盘：Z，双盘：。 离合

27、器分离时，对偶摩擦面间的间隙。 、杠杆尺寸。 1、2操纵机构主缸和工作缸直径。离合器液压操纵机构示意图分离轴承应有的总行程Tf为:(2-30)式中:分离轴承的有效工作行程。 系数。可取1.25左右。. .踏板力踏板力式中:离合器分离时,压紧弹簧对压盘的总压力。 机械效率。 操纵机构总传动比 克服复位弹簧1、2的拉力所需踏板力。习题习题.离合器设计应满足哪些基本要求？.什么是离合器的后备系数？影响该值大小的因素有哪些？.膜片弹簧离合器有何优缺点？ 影响其弹性特性的主要因素有哪些？3.13.1概述概述3.23.2变速器结构方案的确定变速器结构方案的确定3.33.3变速器总体尺寸和参数的确定变速器总

28、体尺寸和参数的确定3.43.4变速器齿轮零件的设计计算变速器齿轮零件的设计计算3.53.5变速器轴、轴承等零件的设计计算变速器轴、轴承等零件的设计计算3.6 3.6 同步器设计同步器设计3.7 3.7 操纵机构设计操纵机构设计习题习题第第3 3章章 变速器设计变速器设计 主要内容主要内容 本章介绍汽车传动系统中主要部件本章介绍汽车传动系统中主要部件变速器的设计要求、主要结构形式以及变速器的设计要求、主要结构形式以及设计计算方法。设计计算方法。本章要求本章要求: :1.1.了解变速器结构方案的确定；了解变速器结构方案的确定；2.2.掌握变速器总体尺寸和参数的确定；掌握变速器总体尺寸和参数的确定；

29、3.3.掌握变速器齿轮零件的设计计算；掌握变速器齿轮零件的设计计算；4.4.掌握变速器轴、轴承等零件的设计计算；掌握变速器轴、轴承等零件的设计计算；5.5.掌握同步器设计；掌握同步器设计；6.6.了解操纵机构设计。了解操纵机构设计。第第3 3章章 变速器设计变速器设计3.13.1概述概述 变速器在发动机和驱动轮之间起着匹配作用 通过改变变速器的传动比，可以使汽车在不同的使用条件下得到所需的驱动力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。()根据传动机构的传动比变化是有级还是无级。变速器分为有级式、无级式和分段无级式。 ()根据轴的不同类型，分为固定轴式和旋转轴式两大类。()根据操纵方式的不

30、同，分为手动操纵式、自动操纵式和半自动操纵式三种。3.1.1 3.1.1 变速器的类型变速器的类型变速器组成3.1.2 3.1.2 变速器的要求变速器的要求()合理地选择变速器的挡数和传动比，使汽车具有良好的动力性和经济性。()设置空挡，使发动机和驱动轮之间的动力能暂时中断，如在滑行或停车时让发动机和传动系统能保持分离。()设置倒挡，在不改变发动机旋转方向的情况下使汽车能倒退行驶。()工作可靠，在使用过程中不应有自动跳挡、脱挡和换挡冲击现象发生。此外，还不允许出现误挂倒挡的现象。()操纵应轻便，以减轻驾驶人的劳动强度，这对重型汽车、公共汽车和长途汽车尤为重要。()传动效率高、噪声小，齿轮式变速

31、器为减小齿轮的啮合损失。最好有直接挡。此外，合理地选择齿轮型式及结构参数，提高其制造和安装精度，都是提高效率和减小噪声的有效措施。()结构紧凑，尽量做到质量轻、体积小、制造成本低。()应设动力输出接口，能进行动力输出。3.2.1 3.2.1 概述概述 现代汽车大多数都采用三轴式变速器，对发动机前置前轮驱动的轿车，如变速器传动比小，则常采用两轴式变速器。3.23.2变速器结构方案的确定变速器结构方案的确定. .结构工艺性结构工艺性. .变速器的径向尺寸变速器的径向尺寸. .变速器齿轮的寿命变速器齿轮的寿命. .变速器的传动效率变速器的传动效率3.2.2 3.2.2 变速器的总体结构方案变速器的总

32、体结构方案1.1.两轴式方案两轴式方案 轿车，特别是中级以下的轿车多采用前置前驱，两轴式变速器被广泛使用。两轴式五挡变速器2.2.三轴式方案三轴式方案 三轴式变速器除有输入轴(第一轴)、输出轴(第二轴)外，还有中间轴。三轴式六挡变速器3.3.多中间轴方案多中间轴方案 近年来，国内外一些重型汽车在装备转矩高于12001300Nm的大功率的柴油机时,采用多中间轴的结构变速器,这种变速器具有23根中间轴。双中间轴变速器简图4.4.组合式方案组合式方案 由于商用汽车的发动机功率和吨位不断加大,用途也呈多样化,要求变速器的传动比加大,即增加挡位数,七挡、八挡、十挡甚至十六挡的变速器被越来越多地装备于各种

33、重型商用汽车,以保证整车良好的动力性和经济性。组合式变速器简图3.2.3 3.2.3 倒挡的型式及布置方案倒挡的型式及布置方案倒挡布置方案3.2.4 3.2.4 齿轮型式齿轮型式 变速器用斜齿圆柱轮和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮虽然制造时稍复杂，工作时有轴向力，但因其使用寿命长，噪声小而仍得到广泛使用。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。3.2.5 3.2.5 换挡的结构型式换挡的结构型式1.1.滑动齿轮换挡滑动齿轮换挡. .啮合套换挡啮合套换挡. .同步器换挡同步器换挡3.2.6 3.2.6 轴承型式轴承型式 过去，变速器轴的支撑广泛采用滚珠轴承、滚柱轴承和滚针轴承。近年来，变速器的设计趋势是增大其

34、传递功率与质量之比，并要求它有更大的容量和更好的性能，而上述轴承型式已不能满足对变速器可靠性和寿命提出的要求，故使用圆锥滚柱轴承的增多。3.3.1 3.3.1 中心距中心距 变速器齿轮的中心距是变速器的重要参数，它对变速器整体尺寸，体积及质量有很大影响。通常根据经验公式初选中心距:3.33.3变速器总体尺寸和参数的确定变速器总体尺寸和参数的确定(3-1)(3-1)式中:中心距系数。 iemax变速器在一挡时,第二轴输出的转矩:式中: 1变速器一挡传动比。 g变速器传动效率，取0.96。3.3.2 3.3.2 变速器的轴向尺寸变速器的轴向尺寸货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可参照下列数据选用

35、:四挡:(2.2 2.7)。五挡:(2.7 3.0)。六挡:(3.2 3.5)。轿车四挡变速器壳体轴向尺寸为(3.0 3.4)。3.3.3 3.3.3 挡数及各挡传动比挡数及各挡传动比. .根据最大爬坡度确定一挡传动比根据最大爬坡度确定一挡传动比 汽车在最大上坡路面上行驶时，最大驱动力应能克服轮胎与路面间滚动阻力及上坡阻力，由于汽车上坡行驶时，车速不高，故忽略空气阻力，由汽车行驶方程得:(3-2)(3-2)式中:1变速器一挡传动比。 0主减速器传动比。 汽车传动系统总效率。 a汽车总质量。 重力加速度。 道路最大阻力系数。 驱动轮滚动半径。 max道路最大坡度角。2.2.根据驱动轮与路面的附着

36、力确定一挡传动比根据驱动轮与路面的附着力确定一挡传动比 汽车行驶时，为了使驱动轮不打滑，必须使驱动力等于或小于驱动轮与路面间的附着力。由此得:(3-3)式中: 道路附着系数。 驱动轮垂直反力。式中：x、S 的值，当后轮驱动时，=1，=+；前轮驱动时，=2，=-1；全轮驱动时=，=0。为路面坡度角，、 分别为汽车质心距前后轴的距离，为汽车轴距，为汽车满载时质心高度。3. 3. 根据最低稳定车速确定一挡传动比根据最低稳定车速确定一挡传动比 对于越野汽车，为了避免在松软路面上行驶时，由于土壤受冲击剪切破坏而损失地面附着力， imax应保证汽车能在极低车速下稳定行驶。设最低稳定车速为va min ,则

37、(3-4)式中: nmin发动机最低转速。 分动器低挡传动比。3.4.1 3.4.1 齿轮参数的确定齿轮参数的确定. .模数模数3.43.4变速器齿轮零件的设计计算变速器齿轮零件的设计计算(3-5)(3-5)直齿轮模数与弯曲应力之间有如下关系:(3-6)(3-6)斜齿轮法面模数mn与弯曲应力之间有如下关系:式中: 计算载荷；摩擦力影响系数；应力集中系数；齿轮齿数；齿形系数；弯曲应力；斜齿轮螺旋角；齿宽系数；s重合度系数。2.2.压力角压力角 国家规定的齿轮标准压力角为20。故变速器齿轮普遍采用的压力角为20。也有采用其他的压力角的。压力角增大，则根圆齿厚及节圆处渐开线曲率半径都增大，使弯曲强度

38、及接触强度都提高，并且不根切的最少齿数也减小。压力角增大的缺点有:转矩相同时，齿面载荷增大，重合度减小，轮齿刚度增大，噪声随之增大。载货汽车因装载质量大，要求齿轮强度高，往往选用较大的压力角。而轿车要求噪声小，常选用较小的压力角。对同一变速器，往往低挡齿轮用大压力角，高挡齿轮用小压力角。3.3.齿轮螺旋角齿轮螺旋角 变速器斜齿轮螺旋角的大小对变速器工作噪声和轮齿强度有影响。螺旋角增大使齿轮啮合的重合系数增加、工作平稳、噪声降低，另外齿轮的强度也有所提高。在选取斜齿轮螺旋角时，应力求使中间轴上的轴向力平衡。(3-7)(3-7)式中: 、齿轮1、2的轴向力。1、2齿轮1、2的节圆半径。中间轴传递的

39、转矩。中间轴轴向力平衡计算图4.4.齿宽齿宽 齿宽应能满足既减轻变速器质量，同时又保证齿轮工作平稳的要求。通常根据齿轮模数m的大小来选定齿宽:()直齿轮: (4.5 7.5)()斜齿轮: (6.5 8.5). .各挡齿轮齿数的分配各挡齿轮齿数的分配()尽量符合动力性、经济性等对各挡传动比的要求。()最少齿数不应产生根切。()互相啮合的齿轮，齿数间不应有公因数，速度高的齿轮更应注意这一点。()齿数多，可降低齿轮的传动噪声。6.6.齿宽齿宽 齿宽应能满足既减轻变速器质量，同时又保证齿轮工作平稳的要求。通常根据齿轮模数m的大小来选定齿宽:()直齿轮: (4.5 7.5)()斜齿轮: (6.5 8.5

40、). .确定一挡齿轮的齿数确定一挡齿轮的齿数一挡传动比为:(3-8)四挡变速器传动方案如果z7和z8的齿数确定了,则z2 与z1的传动比可求出。为了求z7、z8的齿数,先求其齿数和zh:()直齿:()斜齿:(3-10)(3-9)2.2.中心距的修正中心距的修正 在确定一挡齿轮齿数时，当计算出的zh不是整数时,要将其取为整数。. .确定常啮合传动齿轮副的齿数确定常啮合传动齿轮副的齿数常啮合传动齿轮的传动比:而常啮合传动齿轮中心距和一挡齿轮的中心距相等，即:(3-11)(3-12)4.4.确定其他各挡齿轮的齿数确定其他各挡齿轮的齿数若二挡齿轮是直齿轮,模数与一挡齿轮相同时,则有:(3-13)(3-

41、14)二挡齿轮是斜齿轮。螺旋角6与常啮合齿轮的2不同时，有:(3-15)(3-16)从抵消或减少中间轴的轴向力出发，齿数还必须满足下列关系式:(3-17)5. 5. 确定倒挡齿轮齿数确定倒挡齿轮齿数 一挡、倒挡齿轮常选用相同的模数。倒挡齿轮z10的齿数，一般在21 33，初选z10后可计算中间轴与倒挡轴的中心距: 为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮8和9的齿顶圆之间应保持0.5mm以上间隙,则齿轮9的齿顶圆直径e9应为:(3-18)3.4.3 3.4.3 圆柱齿轮强度的计算圆柱齿轮强度的计算( () )当计算转矩当计算转矩 时时, ,变速器齿轮接触强度的许用应力为变速器齿轮接触强度的许

42、用应力为: :常啮合齿轮:j13001400MPa。一挡及倒挡齿轮:j19002000MPa。( () )弯曲强度的许用应力为弯曲强度的许用应力为: :直齿轮:400850MPa。轿车斜齿轮:180350MPa。货车斜齿轮:100250MPa。3.5.1 3.5.1 轴的设计轴的设计. .轴尺寸初选轴尺寸初选3.53.5变速器轴、轴承等零件的设计计算变速器轴、轴承等零件的设计计算第一轴及中间轴:(3-19)轴直径与轴传递转矩有关，因而与变速器中心距有一定关系，可按以下式初选轴直径:式中: 变速器中心距。 第一轴花键部分直径1可按下式初选:第二轴:(3-20)2.2.轴的结构形状轴的结构形状 轴

43、的结构形状应保证齿轮、同步器及轴承等的安装、固定，并与工艺要求有密切关系。除前置发动机前轮驱动、后置发动机后轮驱动的汽车变速器采用两轴式外，绝大多数汽车变速器都是三轴式。 变速器中间轴有旋转式和固定式两种。3.3.轴的受力分析轴的受力分析 计算轴的强度、刚度及选择轴承都要首先分析轴的受力和各支撑反力，这些力取决于齿轮轮齿上的作用力。轴承反力作用点示意图4.4.轴的强度计算轴的强度计算 由变速器结构布置并考虑到加工和装配而确定的轴的尺寸，一般来说强度是足够的，仅对其危险断面进行验算。. .轴的刚度计算轴的刚度计算 变速器轴的刚度用轴的挠度和转角来评价，轴的刚度比其强度更重要。(3-21)式中:f

44、h轴在水平面内的挠度。 fv轴在垂直面内的挠度。. .轴上花键的设计轴上花键的设计 变速器轴与齿轮及其他传递转矩的部件一般通过键和花键连接。普遍采用的是矩形花键和渐开线花键。3.5.2 3.5.2 轴承的选择与计算轴承的选择与计算. .变速器轴承形式的选择变速器轴承形式的选择 变速器轴承多采用滚动轴承向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承、滚针轴承，变速器轴承通常根据结构选定，再验算其寿命。. .变速器轴承的寿命计算变速器轴承的寿命计算 在计算轴承寿命时，必须结合实际使用经验参考目前同类产品中同部位的轴承使用寿命加以调整。3.6.1 3.6.1 同步器的工作原理同步器的工作原理 目前所有的同步器均采用

45、摩擦原理，即在工作表面产生摩擦力矩，克服被啮合件的惯性力矩，使之升速、降速以在最短的时间内达到同步状态。3.63.6同步器设计同步器设计(3-22)(3-22)(3-23)(3-23)滑块式同步器工作过程锁止面上的受力示意图(3-25)(3-24)式中:锁止角。锁止倒角斜面间的静摩擦系数。力F在摩擦锥面上形成正压力，进而在摩擦锥面上产生摩擦力矩Tm：式中:工作锥面间的摩擦系数。锥面半锥角。锥面平均半径。设计上保证只有在同步后才能换挡的锁止条件是:假定B=0，则可得:(3-26)待同步的齿轮是靠同步环与之接触的锥面之间的摩擦力矩来升速或降速的,根据动量矩定理可列出同步器工作的基本方程式:(3-2

46、7)式中: 同步器输入端零件的转动惯量。同步器输入端零件的角速度。同步时间。同步器可分为常压式、惯性式和惯性增力式三种类型。多锥式同步器锁环式同步器波尔舍同步器3.6.3 3.6.3 主要参数的确定主要参数的确定. .锥面半锥角和摩擦系数锥面半锥角和摩擦系数同步环螺纹槽型式. .锥面平均半径和锥面工作长度锥面平均半径和锥面工作长度(3-28)式中:摩擦面上的许用压力。3.3.锁止角锁止角 在确定了、和后，根据满足锁止条件的方程式式(3-26)，就可求出锁止角，通常=2642。4.4.同步时间和轴向推力同步时间和轴向推力 从同步器的基本方程式式(3-27)可知，和是一对矛盾的可变参数。应从最短的

47、时间内达到同步状态出发来考虑轴向推力的大小。5.5.转动惯量的计算转动惯量的计算(3-29)式中: zz转换轴上的齿轮齿数。zb被转换轴上的齿轮齿数。换直接挡时输入端总的转动惯量为:式中:J1第一轴及离合器从动片的转动惯量。Jzn1转换到第一轴上的中间轴的转动惯量之和:(3-30)换其他挡时输入端总的转动惯量为:(3-31)式中:Jt第二轴上某挡齿轮的转动惯量,Jzn2转换到第二轴上的中间轴转动惯量和。3.7.1 3.7.1 换挡位置图换挡位置图设计操纵机构首先要确定换挡位置图。()按换挡次序来排列。()将常用挡放在中间位置，其他挡放在两边。()为了避免误挂倒挡，往往将倒挡安排在最靠边的位置，

48、有时与挡组成一排。3.73.7操纵机构设计操纵机构设计换挡位置图3.7.2 3.7.2 直接操纵和远距离操纵直接操纵和远距离操纵. .直接操纵直接操纵 多数汽车采用传统的直接操纵方案。即变速杆由驾驶室底板伸出，布置在驾驶室座位旁。直接操纵机构2.2.远距离操纵远距离操纵 某些轿车、大客车和具有平头、短头驾驶室的货车，由于总布置的关系，变速器布置在离驾驶室座椅较远的位置，因此需要采用远距离操纵方案，即通过一套换挡传动机构操纵变速器。这种机构应有足够的刚性，且各连接件间隙不能过大，否则换挡手感不明显。远距离操纵机构3.7.3 3.7.3 锁止装置锁止装置. .互锁装置互锁装置 互锁装置是保证移动某

49、一变速换挡拨叉轴时，其他拨叉轴被锁住，互锁装置的结构。)互锁销式)摆动锁块式)转动钳口式转动钳口式互锁装置摆动锁块式互锁装置图互锁销式互锁装置2.2.自锁装置自锁装置 自锁装置的作用是防止正处于啮合的汽车变速器齿轮因振动或有小的轴向力作用而导致脱挡，保证啮合齿轮在全齿长上进行啮合，并使驾驶人有换入挡位的感觉。. .倒挡锁倒挡锁 在汽车行驶过程中，为了防止误挂倒挡而造成安全事故和损坏传动系统，在操纵机构中都设有倒挡锁。倒挡锁装置.设计八挡以上的变速器通常选用何种结构方案？为什么？.为何中间轴式变速器的中间轴上齿轮的螺旋方向应一律做成右旋，而第一、二轴上的齿轮做成左旋？.车总质量为1300kg，车

50、轮滚动半径R=0.235m，发动机最大转矩为146Nm，主传动比为4，传动系统机械效率为0.9道路阻力系数为0.37。 若采用五挡变速器，超速挡传动比选0.75，试问该变速器各前进挡的传动比是多少？4.14.1概述概述4.24.2万向节的结构型式万向节的结构型式4.34.3万向节传动的运动分析和受力分析万向节传动的运动分析和受力分析4.44.4万向节的设计计算万向节的设计计算4.54.5传动轴的设计传动轴的设计4.6 4.6 中间支撑设计中间支撑设计习题习题第第4 4章章 万向节与传动轴设计万向节与传动轴设计 主要内容主要内容 本章介绍汽车传动系统中万向节、传本章介绍汽车传动系统中万向节、传动