【正文】 中國地質大學長城學院 2021 屆畢業(yè)論文 1 緒 論 當今 市場上不同車型所配置的變速器主要分為：手動變速器（ MT）、自動變速器（ AT）、手動 /自動變速器（ AMT）、無級變速器（ CVT） 。 一、手動變速器 (MT) 手動變速器（ Manual Transmission，簡稱 MT），也叫手動擋，即必須用手撥動變速桿（俗稱 “ 擋把 ” ）才能改變變速器內的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。手動變速在操縱時必須踩下離合，方可撥得動變速桿。 一般來說，如果駕駛者技術好，手動變速的汽車在加速、超車時比自動變速車快，也省油。 二、自動變速器（ AT） 自動變速器 （ Automatic Transmission，簡稱 AT），利用行星齒輪機構進行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動地進行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。 雖說自動變速汽車沒有離合器，但自動變速器中有很多離合器，這些離合器能隨車速變化而自動分離或合閉，從而達到自動變速的目的 。 三 、 無極 變速器 無級變速器（ CVT）最早由荷蘭人 Van Doorne39。s 發(fā)明。 無級變速 系統(tǒng) 不像手動變速器或自動變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個 滑輪 和一個鋼帶來變速，其傳動比可以隨意變化，沒有換擋的突跳感覺。 無級變速器屬于自動變速器的一種，但它能克服普通自動變速器 “ 突然換擋 ” 、油門反應慢、油耗高等缺點。 1 手動變速器的原理概述 及方案確定 手動 變速器 的變速原理 因為發(fā)動機直接輸出的轉矩變化范圍是比較小的，而汽車起步、上坡卻需要大的轉矩，高速行駛時，只需 要較小的轉矩，如直接把發(fā)動機的動力來驅動汽車的話，就很難實現(xiàn)汽車的起步、上坡或高速行駛。另外，汽車需要倒車，也必須要用到變速器來實現(xiàn)。 變速箱為什么可以調整發(fā)動機輸出的轉矩和轉速呢？其實這里蘊含了齒輪和杠桿的原理。變速箱內有多個不同的齒輪，通過不同大小的齒輪組合一起，就能實現(xiàn)對發(fā)動機轉矩和轉速的調整。用低轉矩可以換來高轉速，用低轉速則可以換來高轉矩。 中國地質大學長城學院 2021 屆畢業(yè)論文 2 變速器的作用主要表現(xiàn)在三方面：第一，改變傳動比，擴大驅動輪的轉矩和轉速的變化范圍；第二，在發(fā)動機轉向不變的情況下，實現(xiàn)汽車倒退行駛；第三，利用空檔，可以中斷發(fā)動機動力傳遞，使得發(fā)動機可以起動、怠速。 手動變速器的工作原理，就是通過撥動變速桿，切換中間軸上的主動齒輪，通過大小不同的齒輪組合與動力輸出軸結合，從而改變驅動輪的轉矩和轉速。下面先看一下簡化的手動變速器（ 2檔）的構造圖。 發(fā)動機的動力輸入軸是通過一根中間軸，間接與動力輸出軸連接的。如上圖所示，中間軸的兩個齒輪（紅色）與動力輸出軸上的兩個齒輪（藍色）是隨著發(fā)動機輸出一起轉動的。但是如果沒有同步器（紫色）的接合，兩個齒輪（藍色）只能在動力輸出軸上空轉（即不會帶動輸出軸轉動）。圖中同步器位于中間狀態(tài)，相當于變速器掛了空檔。 中國地質大學長城學院 2021 屆畢業(yè)論文 3 當變速桿向左移動，使同步器向右移動與齒輪（如上圖所示）接合，發(fā)動機動力通過中間軸的齒輪，將動力傳遞給動力輸出軸。 中國地質大學長城學院 2021 屆畢業(yè)論文 4 一般的手動變速器都有好幾個檔位（如 上圖的 5檔手動變速器），可以理解為在原來的基礎上添加了幾組齒輪，其實原理都是一樣的。如當掛上 1擋時，實際上是將（ 2 擋同步器）向左移動使同步器與 1 擋從動齒輪（圖中 ① ）接合，將動力傳遞到輸出軸。細心的朋友會發(fā)現(xiàn)， R 檔（倒車檔）的主動齒輪和從動齒輪中夾了一個中間齒輪，就是通過這個齒輪實現(xiàn)汽車的倒退行駛。 變速器結構方案的確定 變速器由傳動機構與操縱機構組成。 有級變速器與無級變速器相比，其結構簡單、制造低廉，具有高的傳動效率（ η =~），因此在各類汽車上均得到廣泛的應用。 設 計時首先應根據(jù)汽車的使用條件及要求確定變速器的傳動比范圍、檔位數(shù)及各檔的傳動比，因為它們對汽車的動力性與燃料經(jīng)濟性都有重要的直接影響。 傳動比范圍是變速器低檔傳動比與高檔傳動比的比值。汽車行駛的道路狀況愈多樣，發(fā)動機的功率與汽車質量之比愈小，則變速器的傳動比范圍應愈大。目前，轎車變速器的傳動比范圍為 ~；一般用途的貨車和輕型以上的客車為 ~；越野車與牽引車為 ~。 通常，有級變速器具有 5 個前進檔；重型載貨汽車和重型越野汽車則采用多檔變速器，其前進檔位數(shù)多達 6~16 個 甚至 20個。 變速器檔位數(shù)的增多可提高發(fā)動機的功率利用效率、汽車的燃料經(jīng)濟性及平均車速，從而可提高汽車的運輸效率，降低運輸成本。但采用手動的機械式操縱機構時，要實現(xiàn)迅速、無聲換檔，對于多于 5個前進檔的變速器來說是困難的。因此，直接操縱式變速器檔中國地質大學長城學院 2021 屆畢業(yè)論文 5 位數(shù)的上限為 5檔。多于 5個前進檔將使操縱機構復雜化，或者需要加裝具有獨立操縱機構的副變速器，后者僅用于一定行駛工況。 某些轎車和貨車的變速器，采用僅在好路和空載行駛時才使用的超速檔。采用傳動比小于 1（ ~）的超速檔，可以更充分地利用發(fā)動機功率，降低單位行駛里 程的發(fā)動機曲軸總轉數(shù)，因而會減少發(fā)動機的磨損，降低燃料消耗。但與傳動比為 1 的直接檔比較，采用超速檔會降低傳動效率。 有級變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力的齒輪副數(shù)目、轉速、傳遞的功率、潤滑系統(tǒng)的有效性、齒輪及軸以及殼體等零件的制造精度、剛度等。 三軸式和兩軸式變速器得到的最廣泛的應用。 三軸式變速器如圖 11 所示，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應齒輪相嚙合，且第一、第二軸同心。將第一、第二軸直接連接起來傳遞扭矩則稱為直接檔。此時，齒輪、軸承及中間軸均不承載，而第 一、第二軸也傳遞轉矩。因此，直接檔的傳遞效率高，磨損及噪音也最小，這是三軸式變速器的主要優(yōu)點。其他前進檔需依次經(jīng)過兩對齒輪傳遞轉矩。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檔傳動比，這是三軸式變速器的另一優(yōu)點。其缺點是：處直接檔外其他各檔的傳動效率有所下降。 圖 11 轎車中間軸式四檔變速器 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 中間軸 兩軸式變速器如圖 12所示。與三軸式變速器相比，其結構簡單、緊湊且除最到檔外其他各檔的傳動效率高、噪聲低。轎車多采用前置發(fā)動機前輪驅動的布置，因為這種布置使汽車的動力 傳動系統(tǒng)緊湊、操縱性好且可使汽車質量降低 6%~10%。兩軸式變速器則方便于這種布置且傳動系的結構簡單。如圖所示，兩軸式變速器的第二軸（即輸出軸）與主減速器主動齒輪做成一體，當發(fā)動機縱置時，主減速器可用螺旋錐齒輪或雙面齒輪；當發(fā)動機橫置時則可用圓柱齒輪，從而簡 化了制造工藝，降低了成本。除倒檔常用滑動齒輪（直齒圓柱齒輪）外，其他檔均采用常嚙合斜齒輪傳動；個檔的同步器多裝在第二軸上，這是因為一檔的主動齒輪尺寸小，裝同步器有困難；而高檔的同步器也可以裝在第一軸的后端，中國地質大學長城學院 2021 屆畢業(yè)論文 6 如圖示。 兩軸式變速器沒有直接檔，因此在高檔工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲比較大，也增加了磨損，這是它的缺點。另外，低檔傳動比取值的上限（ igⅠ =~）也受到較大限制 ,但這一缺點可通過減小各檔傳動比同時增大主減速比來取消。 圖 12 兩軸式變速器 1— 第一軸； 2— 第二軸； 3— 同步器 有級變速器結構的發(fā)展趨勢是增多常嚙合齒輪副的數(shù)目，從而可采用斜齒輪。后者比直齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造稍復雜些且在工作中有軸向力。因此，在變速器中，除低檔及倒檔外，直齒圓柱齒輪已經(jīng)被斜齒圓柱齒輪所代替。但是在本設計中，由于倒檔齒輪采用的是常嚙式，因此也采用斜齒輪。 變速器主要零件結構的方案分析 變速器的設計方案必需滿足使用性能、制造條件、維護方便及三化等要求。在確定變速器結構方案時，也要考慮齒輪型式、換檔結構型式、軸承型式、潤滑和密封等因 素。 齒輪型式 與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，工作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時稍復雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導致變速器的轉動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。但是，在本設計中由于倒檔采用的是常嚙合方案，因此倒檔也采用斜齒輪傳動方案，即除一檔外，均采用斜齒輪傳動。 換檔結構分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器三種。 直齒滑動齒輪換檔的特點是結構簡單、緊湊，但由于換檔不輕便、換檔時齒端面受到中國地質大學長城學院 2021 屆畢業(yè)論文 7 很 大沖擊、導致齒輪早期損壞、滑動花鍵磨損后易造成脫檔、噪聲大等原因，初一檔、倒檔外很少采用。 嚙合套換檔型式一般是配合斜齒輪傳動使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動載荷，提高了齒輪的強度和壽命。嚙合套有分為內齒嚙合套和外齒嚙合套，視結構布置而選定，若齒輪副內空間允許，采用內齒結合式，以減小軸向尺寸。結合套換檔結構簡單，但還不能完全消除換檔沖擊，目前在要求不高的檔位上常被使用。 采用同步器換檔可保證齒輪在換檔時不受沖擊，使齒輪強度得以充分發(fā)揮，同時操縱輕便，縮短了換檔時間，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟性和 行駛安全性，此外，該種型式還有利于實現(xiàn)操縱自動化。其缺點是結構復雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質同步環(huán)的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應用于各式變速器中。 自動脫檔