乘用车两轴式机械变速器的设计
Technology&Economy in Areas of Communications
乘用车两轴式机械变速器的设计
刘法顺
(新疆克拉玛依安泰炼化工程有限责任公司，新疆克拉玛依834003)
交通科技与经济
2008年第4期(总第48期)
摘要：随着汽车工业的发展，轿车变速器的设计趋势为增大变速器传递功率与重量之比，并要求变速器具有较小
的尺寸和良好性能。在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，着重对变速器齿轮的结构参
数、轴的结构尺寸等进行设计计算。
关键词：变速器；齿轮；同步器；设计
中图分类号：U463．212 文献标识码：A 文章编号：1008—5696(2008)04—0075—03
The Design of Car's Two Axises Style Machinery Transmission
LIU Fa-shun
(Xinjiang kelamayi Antai Smelt Engineering Ltd．，Kelamayi 834003，Xijiang，China)
Abstract：Along with the development of the automobile industry，the trend of car transmission designing is
to increase its transmission power and decrese its weight，and hope have smaller size and excellent perform—
ance．In conditions that knowing the engine output torque，speed of engine and maximum speed of vehi—
cles，maximum degree，focus on the designing of transmission gear structural parameters，axis geometry
design computation；as well as the transmission and drive program structure design
Key words：transmission；gear；synchrotron；design
1 概 述
随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经
成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的
环节之一。它是用来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嗣内工作。因此它的
性能影响到汽车的动力性和经济性指标。
1．1汽车变速器的设计要求
变速器的基本设计要求：保证汽车有必要的动力性和经
济性；设置不同档位，满足用来调整与切断发动机动力向驱
动轮的传输并使汽车能倒退行驶；工作可靠，汽车行驶过程
中，变速器不得有跳档、乱档，以及换档冲击等现象出现；工
作效率高，噪声小；结构简单、方案合理；在满载及冲击载荷
条件下，使用寿命长。
1．2两轴式机械变速器传动方案分析
机械式变速器传动机构布置方案主要有2种：两轴式变
速器和中间轴式变速器。
其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车
上。与中间轴式变速器相比，它具有轴和轴承数少，结构简
单、轮廓尺寸小、易布置等优点。此外，各中间档因只经一对
齿轮传递动力，故传动效率高，同时噪声小。但两轴式变速
器不能设置直接档，所以在工作时齿轮和轴承均承载，工作
噪声增大且易损坏，受结构限制其一档的速比不能设计较
收稿日期：2007—03—29
作者简介：刘法顺(1972～)，男，工程师，研究方向：机械设计及焊接
大。其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一
体，发动机纵置时直接输出动力。
2 变速器操纵机构布置方案
2．1典型的操纵机构
变速器操纵机构通常装在顶盖或侧盖内，也有少数是分
开的。变速器操纵机构操纵第二轴上的滑动齿轮、啮合套或
同步器得到所需不同档位，如图l所示，用于机械式变速器
的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互
锁、自锁和倒档装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完
成选档、换档或推到空档工作，称为手动换档变速器。
图1典型的操纵机构
2．2定位装置
定位装置的作用是将被啮合件保持在一定位置上，并防
止自动啮合和分离，一般采用弹簧和钢球式机构。
·76· 交通科技与经济 第10卷
2．2．1互锁装置
互锁装置是保证移动某一变速叉轴时，其它变速叉轴互
被锁住，该机构的作用是防止同时挂入两档，而使挂档出现
重大故障。常见的互锁机构有：
1)-V锁销式。图2是汽车上用得最广泛的一种机构，互
锁销和顶销装在变速叉轴之间，用销子的长度和凹槽来保证
互锁。
图2(a)为空档位置，此时任一叉轴可自由移动。图
2(b)、(c)、(d)为某一叉轴在工作位置，而其它叉轴被锁住。
霍‘卺罾垦
(c)
图2互锁销式互锁机构
2)摆动锁块式。图3为摆动锁块式互锁机构工作示意
图，锁块用同心轴螺钉安装在壳体上，并可绕螺钉轴线自由
转动，操纵杆的拨头置于锁块槽内，此时，锁块的一个或两个
突起部分A档在其它两个变速又轴槽，保证换档时不能同时
挂入两档。
图3摆动锁块式互锁机构
3)转动钳口式。图4为与上述锁块机构原理相似的转
动钳口式互锁装置。操纵杆拨头置于钳口中，钳形板可绕A
轴转动。选档时操纵杆转动钳形板选人某一变速叉轴槽内，
此时钳形板的一个或两个钳爪抓住其它两个变速叉，保证互
锁作用。
图4转动钳口式互锁机构
操纵机构还应设有保证不能误挂倒档的机构。通常是
在倒档叉或叉头上装有弹簧机构，使司机在换档时因有弹簧
力作用，产生明显的手感。
2．2．2自锁、倒档锁
．自锁机构的作用是将滑杆锁定在一定位置，保证齿轮全
齿长参加啮合，并防止自动脱档和挂档。自锁机构有球形锁
定机构与杆形锁定机构两种类型。
倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，
方能挂入倒档，起到提醒注意的作用，以防误挂倒档，造成安
全事故。
(d)
3 变速器的设计
3．1主减速器传动比确定
发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为
地=0．377．黑． (1)
lgZ0
式中：地为汽车行驶速度(km／h)；竹为发动机转速(r／min)；r
为车轮滚动半径(m)；i。为变速器传动比；io为主减速器传
动比。
设定最高车速“。。=v一=169 km／h；最高档为超速档，
传动比0=0．75；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格为
185／60融4S，得到r一29 m；发动机转速，z=脚=2 500 r／min；
由公式(1)得到主减速器传动比计算公式
扣o．377孟吼377 X罂潦黑乒-4．49．g／,／aUZ ．，0^10V
3．2最抵档传动比计算
按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一档
通过要求的最大坡道角口一坡道时，驱动力应大于或等于此
时的滚动阻力和上坡阻力(加速阻力为零，空气阻力忽略不
、计)，用公式表示为
上型业≥Gfeos‰+Gsin‰． (2)
式中：G为车辆总重量(N)；f为坡道面滚动阻力系数(沥青
路面中／Y---0．01～o．02)；L一为发动机最大扭矩(N·m)；io
为主减速器传动比；i。为变速器传动比；挚为传动效率
(o．85～o．9)；尺为车轮滚动半径；口一为最大爬坡度(一般轿
车要求能爬上30 oA的坡，大约16．7D)。
由公式(2)得
瑶-≥堕鼍尝警业 (3)
且m=1 710 kg，，一0．015，arnax一16．7。，r一0．29 m，k=
170 N·m，io----4．49，g=9．8 m／s2，穆=0．88，把以上数据代
入(3)式得
i91≥2．18．
满足不产生滑转条件。即用一档发出最大驱动力时，驱
动轮不产生滑转现象，公式表示为
上逍韭吐≤R妒，
i。。≤—驾鼍． (4)
1e嬲00节‘
第4期 刘法顺：乘用车两轴式机械变速器的设计 · 77·
式中：E为驱动轮的地面法向反力，R—m。g；9为驱动轮与
地面间的附着系数；对混凝土或沥青路面妒取0．5～o．6。
已知：m1=1 300 kg；9取0．6，把数据代入(4)式得
． ，，1 300×9．8×0．6×0．29 。．
29l冬—1而叉百面万可■F一2 3·3。
所以，一档转动比的选择范围是2．18≤瑶，≤3．3，初选一档
传动比为3．05。
3．3变速器各档速比的配置
按等比级数分配其它各档传动比，即
县=旱=!．3--=粤一口，
z2 幻 Z4 z5
g=摆=撩乩tz。，
沪鲁一篙观Ⅲ，口 1．4二U
沪鲁=猕=1．512'
沪鲁=糍乩嘶．
3．4中心距的选择
初选中心距可根据经验公式计算为
A=KA∥L—i1啦．
式中：A为变速器中心距，mm；KA为中心距系数，乘用车KA
取值为8．9～9．3；L一为发动机最大输出转距，取170，(N·
m)；i，为变速器一档传动比，取3．05；璩为变速器传动效率，
取96％。
A一(8．9～9．3)×yⅣ而巧1可ij丽一(8．9--9．3)X
7．925=70．53～73．70 nfin。
轿车变速器的中心距在60～80 mm范围内变化，初始
取A=72 mm。
在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器
的档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。应该注
意的是，各档齿轮的齿数比应该尽量不是整数，以使齿面磨
损均匀。
3．5档位齿数及传动比的确定。
一档传动比为
i1=垒一3．05，
Z1蕊：幽，锄2———一=’
’打Zn
卢一22。，
7‰=2．75，锄：—2 X 72—cos22。一48．6．” 2．75
‘。
取整得49。轿车2l可在12～17之间选取，取13，则钇=40。
则一档传动比为
i。=詈=4013=3．077．Z1 上0
3．6对中心距A进行修正
A。恭，厶CU5DA=糌一78．614．
取整得Ao----80 mm，A。为标准中心矩。
4 同步器设计
目前。所有的同步器几乎都是摩擦同步器，它的功用是
使工作表面产生摩擦力矩，以克服被啮合零件的惯性力矩，
使之在最短的时间内达到同步状态。
惯性式同步器能做到换档时，在两换档元件之间的角速
度达到完全相等之前不允许换档，因而能很好地完成同步器
的功能和实现对同步器的基本要求。锁环式同步器主要尺
寸的确定。
1)接近尺寸b。同步器换档第一阶段中间，在摩擦锥环
侧面压在摩擦锥盘侧边的同时，且啮合套相对锁销作轴向移
动前，滑动齿套接合齿与锥环接合齿倒角之间的轴向距离b，
称为接近尺寸。尺寸b应大于零，取6—0．2～O．3 mm。本
设计取0．2。
2)分度尺寸口。锁销中部倒角与销孔的倒角互相抵触
时，滑动齿套接合齿与摩擦锥环接合齿中心线问的距离口，称
为分度尺寸。尺寸a应等于1／4接合齿齿距。尺寸n和b是
保证同步器处于正确啮合锁止位置的重要尺寸，应予以控
制。
3)锁销端隙乱。锁销端隙岛系指锁销端面与摩擦锥环
端面之间的间隙，同时，滑动齿套端面与摩擦锥环端面之间
的间隙为赴，要求赴>研。若赴<&，则换档时，在摩擦锥面
尚未接触时，滑动齿套接合齿的锁止面已位于接触位置，即
接近尺寸b
作用，致使同步器失去锁止作用。为保证b>O，应使赴>研，
通常取岛一0．5 mln左右。
5 结束语
汽车传动系是汽车的核心组成部分。其任务是调节变
换发动机的性能，将动力有效而经济地传至驱动车轮，以满
足汽车的使用要求。变速器是完成传动系任务的重要部件，
也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的结构对汽车
的动力性、燃料经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平
稳性与效率等都有直接的影响。
依据给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡
度等条件，设计出符合要求的变速器。着重对变速器齿轮的
结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算，同时对各结构件
进行分析设计、改进，合理布置各部分总成，以达到良好的性
能。 一
参考文献
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[责任编辑：王欣]
乘用车两轴式机械变速器的设计
作者： 刘法顺， LIU Fa-shun
作者单位： 新疆克拉玛依安泰炼化工程有限责任公司,新疆,克拉玛依,834003
刊名： 交通科技与经济
英文刊名： TECHNOLOGY & ECONOMY IN AREAS OF COMMUNICATIONS
年，卷(期)： 2008，10(4)
被引用次数： 0次
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_jtkjyjj200804034.aspx
授权使用：吉林大学珠海分校(jldxzhfx)，授权号：2c1ed526-2363-459a-b5b9-9e5d00b9a255
下载时间：2010年12月31日
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