【正文】 礎(chǔ)上，達(dá)到增加變速器擋數(shù)的目的。近年來(lái)，變速器操縱機(jī)構(gòu)有向自動(dòng)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。 變速器基本參數(shù)選擇根據(jù)所要設(shè)計(jì)的變速器選擇汽車基本參數(shù)如下表21：表21 轎車基本參數(shù)類別參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)滿載質(zhì)量（kg）1860kg最高轉(zhuǎn)速(r/min)6000r/min最大扭矩（Nm/）185/3500最大功率（Kw）1526主減速比i0驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑rr（mm）3403 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 固定軸式變速器 有級(jí)變速器與無(wú)級(jí)的相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，因此在各種類型的汽車上均得到了廣泛的應(yīng)用。其中兩軸式和中間軸式變速器得到了最廣泛的應(yīng)用。中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車上。由于兩軸式變速器沒(méi)有直接擋，因此在高擋工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大，也增加了磨損，這是它的缺點(diǎn)。另外，低擋傳動(dòng)比取值的上限(ig1＝~)也受到較大限制，所以本設(shè)計(jì)選擇中間軸式變速器。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，第一軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。中間軸式變速器第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各擋齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪相嚙合，且第一、二軸同心。將第一、二軸直接連接起來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩則稱為直接擋。此時(shí)，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第一、二軸也僅傳遞轉(zhuǎn)矩．因此，直接擋的傳動(dòng)效率高，磨損及噪聲也最小，這是中間軸式變速器的主要優(yōu)點(diǎn)。其他前進(jìn)擋需依次經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。因此，在齒輪中心距(影響變速器尺寸的重要參數(shù))較小的情況下仍然可以獲得大的一擋傳動(dòng)比，這是中間軸式變速器的另一優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：除直接擋外其他各擋的傳動(dòng)效率有所降低。在擋數(shù)相同的條件下，各中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)、軸的支承方式、換擋方式和倒擋傳動(dòng)方案以及擋位布置順序上有差別。圖31所示為中間軸式五擋變速器傳動(dòng)方案示例。圖31a所示方案中，除一、倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋外，其余各擋為常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖31b、c、d所示方案的各前進(jìn)擋，均采用常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖31d所示方案中的倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高軸的剛度、減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速擋的條件下，很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)擋的變速器。圖31 中間軸式五擋變速器傳動(dòng)方案以上各方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來(lái)實(shí)現(xiàn)。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋。本設(shè)計(jì)采用圖31b的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，前進(jìn)擋均為常嚙合齒輪傳動(dòng)。 倒擋布置方案與前進(jìn)擋位比較，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒擋，故多數(shù)方案均采用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒擋。圖32為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖32b中所示方案的優(yōu)點(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸上的長(zhǎng)度；但換擋時(shí)要求有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖32c所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖32d所示方案針對(duì)前者的缺點(diǎn)作了修改。因而取代了圖32d的方案。圖32e所示方案是將一、倒擋齒輪做成一體，使其齒寬加長(zhǎng)。圖32f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖32g所示方案，；其缺點(diǎn)是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。本設(shè)計(jì)中綜上考慮采用圖32d的倒擋布置方案。圖32 倒擋布置方案變速器的一擋或倒擋因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力也增大，并導(dǎo)致變速器軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，最終表現(xiàn)出輪齒磨損加快和工作噪聲增加。為此，本次設(shè)計(jì)采用的中間軸式變速器的一擋和倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支承處，以便改善上述不良狀況，然后按照從低擋到高擋的順序布置各擋齒輪，這樣做既可以使軸具有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處，然后再布置倒擋。此時(shí)在倒擋工作時(shí)，輪齒磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，而在一擋工作時(shí)輪齒的磨損與噪聲有所減少。倒擋設(shè)置在變速器的左側(cè)或右側(cè)，在結(jié)構(gòu)上都能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒擋時(shí)駕駛員移動(dòng)變速桿的方向變了。除此之外，倒擋中間齒輪位于變速器的左側(cè)或右側(cè)對(duì)倒擋軸的受力狀況有影響，如圖33所示。圖33 倒擋軸位置與受力分析 其他問(wèn)題常用擋位的輪齒因接觸應(yīng)力過(guò)高而易造成表面點(diǎn)蝕損壞。本次設(shè)計(jì)將高擋布置在靠近軸的兩端支承中部區(qū)域較為合適，在該區(qū)域因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角較小，齒輪可保持較好的嚙合狀態(tài)，以減少偏載并提高危險(xiǎn)。某些汽車變速器有僅在好路或空車行駛時(shí)才使用的超速擋。使用傳動(dòng)比小于1的超速擋，能夠更好的利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，使汽車行駛1km所需發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的總轉(zhuǎn)速降低，因而有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較，使用超速擋會(huì)使傳動(dòng)效率降低，噪聲增大。機(jī)械式變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力時(shí)處于工作狀態(tài)的齒輪對(duì)數(shù)，每分鐘轉(zhuǎn)速，傳遞的功率，潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性，齒輪和殼體等零件的制造精度等。本次設(shè)計(jì)的變速器傳動(dòng)效率將達(dá)到95%。 零、部件結(jié)構(gòu)方案分析 齒輪形式變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。與直齒圓柱齒輪比較，斜齒與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這對(duì)軸承不利。本設(shè)計(jì)變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會(huì)使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。一擋和倒擋我均采用直齒齒輪。 換擋機(jī)構(gòu)形式變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。汽車行駛時(shí)，由于變速器內(nèi)各傳動(dòng)齒輪有不同的角速度，所以用軸向滑動(dòng)直齒齒輪換擋，會(huì)在輪齒斷面產(chǎn)生沖擊，并伴有噪聲，既使齒輪端部磨損加劇并過(guò)早損壞，同時(shí)使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員技術(shù)熟練才能使換擋無(wú)沖擊，但是換擋時(shí)駕駛員注意力分散，影響了行車安全。直齒滑動(dòng)齒輪換擋的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但由于換擋不輕便、換擋時(shí)齒端面受到很大沖擊、導(dǎo)致齒輪早期損壞、滑動(dòng)花鍵磨損后易造成脫擋、噪聲大等原因，除一擋、倒擋外很少采用。由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)，所以可用移動(dòng)嚙合套換擋。這時(shí)，因同時(shí)承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多。而輪齒又不參與換擋，它們都不會(huì)過(guò)早損壞，但不能消除換擋沖擊，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，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性矩增大。嚙合套換擋型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動(dòng)載荷，提高了齒輪的強(qiáng)度和壽命。嚙合套又分為內(nèi)齒嚙合套和外齒嚙合套，視結(jié)構(gòu)布置而選定，若齒輪副內(nèi)空間允許，采用內(nèi)齒結(jié)合式，以減小軸向尺寸。結(jié)合套換擋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但還不能完全消除換擋沖擊，目前在要求不高的擋位上常被使用。使用同步器能保證迅速、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲換擋，而與操作技術(shù)的熟練程度無(wú)關(guān)，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換擋，換擋行程比上述兩種都短。為了操縱方便，要求換入不同擋位的變速桿行程也應(yīng)盡可能一樣，如利用同步器換擋，就很容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，本設(shè)計(jì)除倒擋均采用同步器換擋。 自動(dòng)脫擋自動(dòng)脫擋是變速器的主要故障之一。由于接合齒磨損、變速器軸剛度不足以及振動(dòng)等原因，都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)脫擋。為解決這個(gè)問(wèn)題，除工藝上采取措施以外，目前在結(jié)構(gòu)上采取的有效措施有以下幾種：1）將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)，見(jiàn)圖34。這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超過(guò)被接合齒約1~3mm。使用中接觸部分受到擠壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，用來(lái)阻止接合齒自動(dòng)脫擋。圖34 防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)措施Ⅰ2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。▇），這樣，換擋后嚙合套后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動(dòng)脫擋。如圖35所示。圖35 防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)措施Ⅱ3）將接合齒的工作面設(shè)計(jì)并加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2。到3。），使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫擋的軸向力，如圖36所示。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。將接合齒的齒側(cè)設(shè)計(jì)成臺(tái)階形狀，也有阻止自動(dòng)脫擋的效果。圖36 防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)措施Ⅲ 變速器軸承變速器軸承通常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。本次設(shè)計(jì)擬采用圓錐滾子軸承，用于支承變速器第一軸第二軸以及中間軸，同時(shí)承受較大的軸向力，圓錐滾子因有直徑較小、寬度較寬，因而容量大，可承受高負(fù)荷和通過(guò)對(duì)軸承預(yù)緊能消除軸向間隙及軸向竄動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，故在一些變速器得到應(yīng)用。圓錐滾子軸承也有裝配后需要調(diào)整預(yù)緊，使裝配麻煩且磨損后軸易歪斜，從而影響齒輪正確嚙合等一些缺點(diǎn)。當(dāng)采用錐軸承時(shí)，要注意軸承的預(yù)緊，以免殼體受熱膨脹后軸承出現(xiàn)間隙而使中間軸歪斜，導(dǎo)致齒輪不能正確嚙合而損壞。因此，錐軸承不適合用在線脹系數(shù)較大的鋁合金殼體上。滾針軸承，滑動(dòng)軸套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。本設(shè)計(jì)在第二軸齒輪與軸的連接中采用滾針軸承，滾針軸承有滾動(dòng)摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，徑向配合間隙小，定位及運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，有利于齒輪嚙合等優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)軸套的徑向配合間隙大、易磨損，間隙增大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)精度并使工作噪聲增加?；瑒?dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易，成本低。4 變速器主要參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算 擋數(shù)變速器的擋數(shù)可在3~20范圍內(nèi)變化。通常變速器的擋數(shù)在6擋以下，增加變速器的擋數(shù)，能夠改善汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及平均車速。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)換擋頻率增高并增加了換擋難度。保證最低傳動(dòng)比不變的前提下，增加變速器的擋數(shù)會(huì)使相鄰擋位的傳動(dòng)比值減小，使換擋工作容易進(jìn)行。，該值越小換擋更容易進(jìn)行。由于高擋使用率較高，所以要求高擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比值，要比低擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比值小。近年來(lái)，為了降低油耗，變速器擋位有增加的趨勢(shì)。目前的乘用車一般用4~5擋的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個(gè)擋。本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)一款中高檔豪華轎車，排量較大，所以采用5個(gè)擋位的變 速器。 傳動(dòng)比范圍選擇最低擋傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。汽車爬陡坡時(shí)車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用