【正文】 變速器的種類很多， 按其傳動比的改變方式可以分為有級、無級和綜合式的。有級變速器 根據(jù)前進(jìn) 檔 檔數(shù)的不同，可以分為三、四、五檔和多檔變速器 ；而按其軸中心線的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線（行星齒輪）式和綜合式的。 其中，固定式變速器應(yīng)用較廣泛，又可分為兩軸式， 三 軸式和多軸式變速器。 現(xiàn)代汽車大多都采用三軸式變速器。 對發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的轎車，如變速器傳動比小， 則常采用兩軸式變速器。 以下是兩軸式和三軸式變速器的傳動方案。要采用哪一種方案，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以下四個方面： 結(jié)構(gòu)工藝性 兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，當(dāng)發(fā)動機縱置時，主減速 器 可 7 用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而發(fā)動機橫置時用圓柱齒輪，因而簡化了制造工藝。 變速器的徑向尺寸 兩軸式變速器的前進(jìn)檔均為一對齒輪副，而三軸式變速器則有兩對齒輪副。因此，對于相同的傳動比要求，三軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。 變速器齒輪的壽命 兩軸式變速器的低 檔齒輪副大小相差懸殊，小齒輪工作循環(huán)次數(shù)比大齒輪要高得多，因此，小齒輪工作壽命比大齒輪要短。三軸式變速器的各前進(jìn)檔均為常嚙合齒輪傳動，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命比較接近。在直接檔時，齒輪只是空轉(zhuǎn)，不影響齒輪壽命。 變速器的傳動效率 兩軸式變速器，雖然可以有等于 1 的傳動比，但是仍要有一對齒輪傳動，因而有功率損失。而三軸式變速器，可以將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接檔，因而傳動效率高，磨損小，噪聲也 較小。 轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，這樣可將變速器和主傳動器組成一個整 體，使傳動系的結(jié)構(gòu)緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的總體布置。因此，近年來在歐洲的轎車中采用得比較多。而中、重型載貨汽車則多采用三軸式變速器。 這次設(shè)計的變速器是輕型貨車使用，所以采用三軸式變速器。 變速器傳動機構(gòu)的分析 根據(jù) 第一節(jié) 所述，采用中間軸式變速器，在各檔數(shù)相同的條件下，各變速器的差別主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換檔方案和倒檔傳動方案。 換檔結(jié)構(gòu)形式的選擇 目前，汽車上的機械式變速器的換檔結(jié)構(gòu)形式有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔三種。 1 滑動齒輪換檔 通常是采用滑動直齒輪換檔，但 也有采用滑動斜齒輪換檔的。滑動直齒輪換檔的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、容易制造。缺點是換檔時齒端面承受很大的沖擊會導(dǎo)致齒輪過早損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種換檔方式一般僅用在一檔和倒檔上。 2 嚙合套換檔 用嚙合套換檔，可以將結(jié)構(gòu)為某傳動比的一對齒輪，制造成常嚙合的斜齒輪。用嚙合套換檔，因同時承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多，而輪齒又不參與換檔，因此它們都不會過早損壞，但是不能消除換檔沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器的軸向尺寸和旋轉(zhuǎn)部分的總慣量增大。因此，這種換 檔方法目前只在某些要求不高的檔位及重型貨車變速器上使用。這是因為重型貨車檔位間的公比較小，要求換檔手感強，而且在這種車型上又不宜使用同步器（壽命太短，維修不便）。 3 同步器換檔 現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器換檔。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，與操作技術(shù)熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。 8 同上述兩種換檔方法相比，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命短等缺點，但仍然得到廣泛應(yīng)用。近年來，由于同步器廣泛使用，壽命問題已得到基本解決。 上述三種換檔方案 ，可同時用在同一變速器中的不同檔位上，一般倒檔和一檔采用結(jié)構(gòu)較簡單的滑動直齒輪或嚙合套的形式，對于常用的高檔位則采用同步器或嚙合套 . 本次設(shè)計方案一、二檔和三、四檔采用同步器換檔，倒檔使用倒檔軸上滑動直齒輪換檔。 倒檔的形式及布置方案 倒檔使用率不高，常采用直齒滑動齒輪方案換入倒檔。為實現(xiàn)傳動有些利用在前進(jìn)檔的傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案，也有利用兩個聯(lián)體齒輪的方案。 圖 21 常見的倒檔結(jié)構(gòu)方案 常見的倒檔結(jié)構(gòu)方案有以下幾種： 方案 1.（如圖 ）所示） 在前進(jìn)檔的傳動路線中 ，加入一個傳動，使結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪處于正負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四檔全同步器式變速器中。 方案 2.（如圖 ）所示） 此方案的優(yōu)點是可以利用中間軸上一檔齒輪，因而縮短了中間軸的長度，但換檔時兩對齒輪必須同時嚙合，致使換檔困難。某些輕型貨車四檔變速器采用此方案。 方案 3.（如圖 ）所示） 此方案能獲得較大的倒檔傳動比，突出的缺點是換檔程序不合理。 方案 4.（如圖 ）所示） 此方案針對前者的缺點作了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。 方案 5.（如圖 ）所示） 此方案中，將中間軸上一檔和倒檔齒輪做成一體其齒體、寬加大，因而縮短了一些長度。 9 方案 6.（如圖 ）所示） 此方案中，采用了全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換檔方便。 方案 7.（如圖 ）所示） 為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有些貨車采用此方案，其缺點是一檔和倒檔得各用一根變速器撥叉軸，使變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復(fù)雜一些，一般 7 五種方案用于五檔變速器。 綜合考慮，本次設(shè)計采用輸出軸上直齒滑動換入倒檔換檔方式。其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，直齒輪加工要求不太高，無軸向力，成本低。但換 檔時容易發(fā)生沖擊，產(chǎn)生噪聲大壽命短。 變速器操縱機構(gòu)方案分析 變速器操縱機構(gòu)的功用 變速器操縱機構(gòu)的功用是保證各檔齒輪、嚙合套或同步器移動規(guī)定的距離，以獲得要求的檔位，而且又不允許同時掛 入 兩個檔位。 設(shè)計變速器操縱機構(gòu)時，應(yīng)該滿足的基本要求 要有鎖止裝置，包括自鎖、互鎖和倒檔鎖 。 要使換檔動作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強度 。 應(yīng)使駕駛員得到必要的手感。 換檔位置 設(shè)計操縱機構(gòu)首先要確定換檔位置。換檔位置的確定主要從換檔方便考慮。為此應(yīng)該注意以下三點： 按換檔次序來排 列 ； 將常用檔放在中間位置，其它檔放在兩邊； 為了避免誤掛倒檔，往往將倒檔安排在最靠邊的位置，有時于 1 檔組成一排。 本次設(shè)計傳動方案如圖 22 所示 結(jié)構(gòu) 原理圖和 傳動路線 10 Ⅰ 檔：一軸 →1→2→ 中間軸 →12→11→ 二軸 →9 、 11 齒輪間的同步器 → 輸出 Ⅱ 檔：一軸 →1→2→ 中間軸 →10→9→9 、 11 齒輪間的同步器 → 二軸 → 輸出 Ⅲ 檔：一軸 →1→2→ 中間軸 →8→7→5 、 7 齒輪間同步器 → 二軸 → 輸出 Ⅳ 檔：一軸 →1→2→ 中間軸 →6→5→5 、 7 齒輪間同步器 → 二軸 → 輸出 Ⅴ 檔：一軸 →1 、 3 齒輪間同步器 → 二軸 → 輸出 Ⅵ 檔：一軸 →1→2→ 中間軸 →4→3→1 、 3 齒輪間同步器 → 二軸 → 輸出 R 檔：一軸 →1→2→ 中間軸 →14→15→13→ 二軸 → 輸出 具體零部件方案確定 下面就同步器的具體形式、軸承的選擇、變速器殼體的形式及擋位的設(shè)置問題分別討論： 同步器的選擇 同步器是在接合套換擋機構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其中除有前面已述及的接合套、花鍵轂、對應(yīng)齒輪上的接合齒圈外，還增設(shè)了使接合套與對應(yīng)接合齒圈的圓周速度迅速達(dá)到并保持一致的機構(gòu)，以及阻止二者在達(dá)到同步之前接合以防止沖擊的結(jié)構(gòu)。 同步器一般有常壓式、慣性 式、和自行增力式幾種，其中慣性式同步器較為常用。 應(yīng)用常壓式同步器換擋與用接合套換擋相比較，在工作過程上的區(qū)別，主要在于前者的摩擦作用能使需接合的兩花鍵齒圈迅速達(dá)到并保持同步，并且由于帶彈簧的定位銷對接合套的阻力，使兩齒圈在達(dá)到同步之前暫不接合。但是，在這種同步器，對接合套的軸向阻力是由彈簧壓力造成的，故其大小有限。如果駕駛員用力過猛，則可能在未達(dá)到同步前，接合套便克服彈簧壓力，壓下定位銷而與齒輪的接合齒圈接觸，此時齒間仍將產(chǎn)生沖擊。因此，常壓式同步器工作不可靠，目前較少采用。 同步器 慣性式同步器與常壓式同步器一樣，都是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的。但是它可以從結(jié)構(gòu)上保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以避免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。 慣性式同步器又分為：鎖銷式、鎖環(huán)式、滑塊式、多片式、多錐式等幾種： 慣性式同步器能做到換擋時兩換擋元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前，不允許換擋，因而能完善地完成同步器的功能和實現(xiàn)對同步器的基本要求。 按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖銷式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式和多錐式幾種。雖然圖 傳動方案 11 它們的結(jié)構(gòu)不同，但都有摩擦元件、鎖止元件和彈性元件。 滑塊式同步器 其 本質(zhì)上是鎖環(huán)式同步器，它工作可靠，零件耐用，但因結(jié)構(gòu)布置上的限制轉(zhuǎn)矩容量不大。而且鎖止面在同步錐環(huán)的接合齒上。齒面磨損大，易失效。它主要用于轎車和輕型的變速器上，故而從汽車安全性方面考慮不宜采用。 鎖環(huán)式同步器 這種同步器的鎖止面在同步錐環(huán)和嚙合套的倒錐面上，省去了同步錐環(huán)的接合齒。這樣可使軸向尺寸變小。目前這種形式的同步器達(dá)到了廣泛的應(yīng)用?？紤]到結(jié)構(gòu)布置上的合理性、緊湊性及錐面產(chǎn)生的摩擦力矩的大小等因素，本次設(shè)計中各檔換擋機構(gòu)均采用這種結(jié)構(gòu)形式。 鎖銷式同步器 此種形式的同步器優(yōu)點是零件數(shù)量少，摩擦錐 面平均半徑大，轉(zhuǎn)矩容量得到提高，多用于中、重型汽車的變速器中。 軸承形式 變速器要求增長傳遞功率與質(zhì)量之比，而且要求工作軸承的可靠性高，容量大，性能好、壽命長，故軸承的選擇比較重要。 一軸和二軸由于轉(zhuǎn)速較高，承受載荷中等，且多為徑向載荷，只有很小的軸向載荷，但要求支撐剛度高，故從以上方面考慮，選用深溝球軸承，二軸前端通過滾針軸承支撐在一軸后段內(nèi)腔中。中間軸由于跨度大，直徑大，質(zhì)量大，而且有相當(dāng)大的軸向力， 同時考慮到軸承蓋的布置問題 ， 必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力，而后 端采用外圈有擋圈的圓柱滾子軸承。 二軸齒輪通過滾針軸承空套在二軸上，倒擋齒輪由于利用率低，且轉(zhuǎn)速也不高，可直接套在倒擋軸上。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 變速器中的軸在工作時承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，軸的明顯變形將影響齒輪正常嚙合，產(chǎn)生較大的噪聲、降低使用壽命。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強度與剛 度外，還應(yīng)考慮齒輪、同步器及軸承等的安裝，固定它與加工工藝也有密切關(guān)系。 第一軸通常與齒輪作成一體，其長度決定于離合器總成的軸向尺寸。第一軸的花鍵尺寸與離合器從動盤轂的內(nèi)花鍵統(tǒng)一考慮，本次設(shè)計采用矩形花鍵。 第二軸制成階梯式，以便于各 齒輪的安裝，從受力及合理利用材料來看也是必須的。各截面尺寸不應(yīng)相差懸殊，軸上供磨削用的砂輪越程槽處的應(yīng)力集中會引起軸的斷裂。第二軸安裝同步器齒座的花鍵采用矩形花鍵且以小徑定心更為合理。因為矩形花鍵定心精度易從工藝上得到保證，定心精度高。 固定式中間軸為 齒輪軸。 變速器的操縱機構(gòu) 變速器的操縱機構(gòu)由變速桿、撥叉軸、撥叉、自鎖與互鎖裝置、倒擋安全裝置等組合與變速器蓋上。 變速器的操縱機構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：安全可靠（每次只能掛入一個擋，不誤掛倒擋、不自動脫擋），掛擋準(zhǔn)確（換擋后應(yīng)使齒輪在全齒長嚙合）、結(jié)構(gòu)簡 單、操縱輕便、擋位清晰、變速桿的換擋位置合理等。 按動作原理，變速器操縱機構(gòu)有機械式、液壓式、氣動式、電控式，以及它們之間的組合，其中最常用的是機械式。按變速桿相對于變速器的位置，機械式又可分為直接操縱與遠(yuǎn)距離操縱。 直接操縱是最簡單的操縱方案，在各類汽車上得到廣泛應(yīng)用。依靠手力換擋的變速器稱為手動變速器。而駕駛員手力只通過變速器外部一根杠桿直接完成換擋功能的手動 12 變速器，又稱為直接換擋變速器。近年來單軌式操縱機構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)點是減少了變速叉軸且各擋用同一組自鎖裝置，因而使操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡化，但它要求換擋行程 相等。 遠(yuǎn)距離操縱，受布局限制，有些車輛變速器距駕駛員座椅較遠(yuǎn)，此時換擋手力需要通過轉(zhuǎn)化機構(gòu)才能完成換擋的功能，這種手動換擋變速器稱為遠(yuǎn)距離操縱變速器。這時整套機構(gòu)應(yīng)有足夠的剛度，且各連接件間隙不能過大，否則換擋手感不明顯，并增加了變速桿顫動的可能性。 本次設(shè)計中，采用手動換擋直接操縱變速器。 3 變速器設(shè)計計算 變速器主要參數(shù)的選擇 軸的直徑 軸的功用及設(shè)計要求 變速器軸在工作時承受轉(zhuǎn)矩，彎矩，因此應(yīng)具備足夠的強度和剛度。軸的剛度不足，在負(fù)荷作用下，軸會產(chǎn)生過大的變形，影響齒輪 的正常嚙合，產(chǎn)生過大的噪聲，并會降低齒輪的使用壽命。 設(shè)計變速器軸時主要考慮以下幾個問題：軸的結(jié)構(gòu)形狀、軸的直徑、長度、軸的強度和剛度、軸上花鍵型式和尺寸等。 軸的結(jié)構(gòu)主要依據(jù)變速器結(jié)構(gòu)布置的要求，并考慮加工工藝、裝配工藝而最后確定。 在變速器結(jié)構(gòu)方案確定以后，變數(shù)器軸的長度可以初步確定。軸的長度對軸的剛度影響很大。為滿足剛度要求，軸的長度須和直徑保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。軸的直徑 d 與支承跨度長度 l 之間關(guān)系可按下式選?。? 第一軸及中間軸： Ld =~ 第二軸： Ld =~ 軸直徑與軸 傳遞轉(zhuǎn)矩有關(guān)，因而與變速器中心距有一定關(guān)系，可按以下公式初選軸直徑： 中間軸式變速器的第二軸和中間軸最大軸徑： d =（ ~） A （ mm）