第三章 机械式变速器设计

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第三章 机械式变速器设计

Ž        变速器布置方案的选择
Ž        变速器主要参数的选择
Ž        变速器的设计计算
Ž        同步器的设计计算
Ž        变速器操纵机构的设计

汽车汽车变速器的使用条件和设计要求

汽车变速器的类型
1．        机械式齿轮变速器
尽管传统的齿轮变速器并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。

2．        摩擦传动CVT
　　金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道： 6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ，能传动142kw（193bhp）功率，280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。
　　另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330Nm/194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。
　　从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：
（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。
（2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。
（3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的。
3. 液力传动
　　液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是, 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。
　　无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。
4．电控机械式自动变速器
　　电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称"AMT")和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。
5．齿轮无级变速器
　　齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。
　　据最新消息：一种"齿轮无级变速装置"(Gear Continuously Variable Transmission简称"G-CVT")已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。"齿轮无级变速装置"结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。
　　齿轮无级变速器的优势表现为：
（1）传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的；
（2）传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的；
（3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10；
（4）对汽车而言，提高传动效率，节油20%；
（5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。

机械式变速器类型
按挡数：三挡、四挡、五挡、多挡
按轴的形式：固定轴、旋转轴
固定轴：两轴式、中间轴式

第一节        变速器布置方案的选择
传动机构布置方案
两轴式：

三轴式：



第二节        变速器主要参数的选择
Ž        挡数-
Ž        传动比
Ž        中心距
Ž        外形尺寸
Ž        齿轮参数
Ž        各挡齿轮齿数的分配

第三节        变速器的设计计算
传动比分配的优化
轿车、轻型或中型货车、客车等当采用机械式手动变速器时有3～6个前进档，且大多有直接档。变速器的档位数及传动比和传动系的总传动比对汽车动力性与燃油经济性影响很大。以往在设计汽车传动系动力参数时，倾向于将变速器的各档速比按等比级数进行分配，目前已很少采用。现使用较多的是偏置等比级数的速比分配办法，即所选择的变速器速比值与等级比数相比，高档速比值间隔要比低档小。表1是国内外一些变速器的速比设置，可以发现，多数变速器的各档速比值符合偏置等比级数。

我国对于传动比的优化设计已做了很多研究,目标函数有原地起步加速时间、汽车驱动力损失率、多工况油耗和等速工况油耗等。
设计变量
    主传动比和变速器一档速比确定以后，变速器除一档和直接档之外的各档速比即为优化的设计变量，可表示为:
X= [x1 x2 …xm]T= [ig2  ig3 …ign-1]T (最高档为直接档时)
X= [x1 x2 …xm]T= [ig2  ig3 …ign-2  ign]T (次高档为直接档时)
式中: n为变速器的档位数; m为传动比优化的设计变量个数，m=n- 2
目标函数
    为反映不同速度下发动机传到汽车驱动轮上的极限功率，图1画出了一个带超速档的五档变速器汽车各档工作时的最大驱动功率一车速曲线。
    变速器速比优化的目标函数采用驱动功率极限发挥率Pdlim，它反映了发动机输出的最大功率Pemax在驱动轮上得到发挥的极限程度，其定义如式(3)所示。优化时取Pdlim的最大值。与汽车驱动力损失率相比，驱动功率极限发挥率Pdlim,考虑了各档使用率的不同，从而能够反映不同实际使用条件对速比的要求。

参照图1，对式(3)中各变量作如下说明:
    (1)上式右边分母所代表的面积表示各种车速下发动机的最大功率Pemax;全部传到了驱动轮上的理想状况，而分子则代表驱动功率实际的可能极限。
    (2)用v。表示车速，vmin为一档时，发动机最大扭矩点所对应发动机转速下的车速km/h; vmax为汽车的最高车速km/h。
      (3) Ai 图1中各档阴影部分的面积.由下而的才子袖.·
  
式中:i0为主传动比;ηTi为第i档工作时传动系的传动效率;vi1,vi2为第i档对应的车速积分上、下限，为图I中该档驱动轮最大功率一车速曲线与相邻档曲线的交点(没有交点时取相邻两个档位中较低一档的最高车速)对应的车速(例外的是第一档的积分下限和最高档
的积分上限分别为Vmin和Vmax); rr为驱动轮的滚动半径。
(4) wi是第i档的利用率系数。考虑了汽车各档利用率ui的不同，并在对大量变速器的速比进行分析的基础上，发现采用式(6)反映wi和ui的关系时可得到较好的速比优化结果:

约束条件
    1反映相邻档位间速比大小关系的约束条件:
      
    2防止动力传递中断的约束条件:
   
式中: nT为发动机最大扭矩点所对应的转速(r/min); nemax为发动机最高转速(r/min)



齿轮参数的优化
1、常啮合齿轮和I档齿轮的优化
设计变量
变速器的档数和传动比作为输入参数
①变速器的中心距A：变速器的中心距A是对变速器结构尺寸影响最大的设计变量，在一般情况下应使其尽量小。
    ②齿轮副有效齿宽b：齿宽b是对变速器结构尺寸影响较大的又一设计变量，所以在满足应力强度的情况下应使其尽量小。
    ③斜齿轮的螺旋角β
    ④齿轮模数m
    ⑤主、从动齿轮的齿数Z1，Z2
目标函数
进行变速器参数优化设保证齿轮结构的强度和保证工艺要求的条件下，最大限度地使变速器的结构尺寸变小，减轻变速器的质量。
采用下面的无因次参数F作为目标函数：

b一齿轮副有效齿宽
A—变速器的中心距
σ—齿轮副的许用弯曲应力
M—齿轮副的输入扭矩
β—斜齿轮螺旋角
i—        齿轮副的传动比
约束条件
    ①中间轴上两斜齿轮轴向力的基本平衡：由于要做到中间轴上两斜齿轮的完全平衡，不得不以牺牲其他很多性能来保证，所以在一般设计中我们并不要求轴向力完全平衡，而只要求两轴向力之差控制在一定的范围之内。

②各档齿轮齿数和及齿数分配。







第四节        同步器的设计计算


第五节        变速器操纵机构的设计

lirongxuan086

楼主后面两章没贴啊~我要看操纵机构~

sdjw20

没有怎么计算啊？

lst2008

可不可以传个详细文档呢，这个看着很不方便呢

zhongzhuangren

可不可以传个详细文档呢，这个看着很不方便呢

junzhangku

楼主有资料吗？上传点啊``谢谢

星云的天空1

能再详细点就好了，楼主能再上传点就更好了

king2005wh

怎么都没有详细具体的资料？

zhero9043

怎么没有具体介绍设计方面的内容呢？

691158391

正在做课程设计，学习一下