【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖21a所示方案的變速器有輔助支承，用來(lái)提高軸的剛度。圖21 兩軸式變速器傳動(dòng)方案 中間軸式變速器特點(diǎn)分析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(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的客車(chē)上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承支承在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上，第一軸上的花鍵用來(lái)裝設(shè)離合器的從動(dòng)盤(pán)，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬(wàn)向節(jié)連接。如圖22所示為中間軸式變速器的傳動(dòng)方案，其中(a)～(b)為中間軸式五擋變速器，(c)～(d)為中間軸式六擋變速器的傳動(dòng)方案。中間軸式變速器的共同特點(diǎn)為：變速器第一軸后端與常嚙合主動(dòng)齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支承在第一軸后端的孔內(nèi)，且保證兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接擋。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá)到90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。因?yàn)橹苯訐醯睦寐室哂谄渌麚跷唬蚨岣吡俗兯倨鞯氖褂脡蹐D22 中間軸式變速器傳動(dòng)方案命；在其他前進(jìn)擋位工作時(shí)，變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩對(duì)齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動(dòng)比；擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪可以不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多數(shù)傳動(dòng)方案件中除一擋以外的其他擋位的換擋機(jī)構(gòu)，均采用同步器或接合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或接合套換擋，各擋同步器或接合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。在除直接擋以外的其他擋位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。以上各方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其換擋形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 倒擋布置方案分析 如圖23所示為常見(jiàn)的倒擋布置方案。圖23(b)方案的優(yōu)點(diǎn)是倒擋利用了一擋齒輪，縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖23(c)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23(d)方案對(duì)23(c)的缺點(diǎn)做了修改。圖23(e)所示方案是將一、倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長(zhǎng)。圖23(f)的方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，擋換更為輕便。為了縮短變速器軸向長(zhǎng)度，有的貨車(chē)倒擋傳動(dòng)采用圖23(g)所示方案；其缺點(diǎn)是一、倒擋各用一根變速器撥叉軸，使變速器上蓋中的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜一些。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，無(wú)論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的一擋與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在靠近軸的支撐處，以便改善上述不良情況，然后按照從低擋到高擋的順序布置各擋齒輪，這樣做既能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圖23 倒擋布置方案承處，然后再布置倒擋。為防止意外掛入倒擋，一般在掛倒擋時(shí)設(shè)有一個(gè)掛倒擋時(shí)需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來(lái)提醒駕駛員注意。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的其他問(wèn)題常用擋位的齒輪因接觸應(yīng)力過(guò)高而易造成表面點(diǎn)蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的兩端支承中部區(qū)域較為合理，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)，以減少偏載并提高齒輪壽命[7]。某些汽車(chē)的變速器有僅在好路或空車(chē)行駛時(shí)才使用的超速擋。使用傳動(dòng)比小于1的超速擋，能夠更充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，使汽車(chē)行駛1Km所需發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的總轉(zhuǎn)數(shù)減少，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、工作噪聲增加。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[8]。 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，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍有復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這對(duì)軸承不利。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。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。 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(chē)行駛時(shí)，因變速器內(nèi)各轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪有不同的角度，所以用軸向滑動(dòng)直齒齒輪方式換擋，會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨噪聲。這不僅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。只有駕駛員用熟練的操作技術(shù)（如兩腳離合器）才能使換擋時(shí)齒輪無(wú)沖擊，并克服上述缺點(diǎn)；但換擋瞬間駕駛員注意力被分散，又影響行駛安全。除此之外，采用直齒換擋時(shí)，換擋行程長(zhǎng)也是它的缺點(diǎn)。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、拆裝與維修工作皆容易，并能減小變速器旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩，但除一擋、倒擋已很少使用。當(dāng)變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時(shí)，可以用移動(dòng)嚙合套換擋。這時(shí)，不僅換擋行程短，同時(shí)因承受換擋沖擊載荷的接合齒數(shù)多，而輪齒又不參與換擋，所以它們都不會(huì)過(guò)早損壞；但因不能消除換擋沖擊，仍然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)部分的總慣性力矩增大。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車(chē)變速器上應(yīng)用。這是因?yàn)橹匦拓涇?chē)擋位間的公比較小，則換擋機(jī)構(gòu)連接件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋，并且與同步器比較還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、能夠減低制造成本及減小變速器長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)。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(chē)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。利用同步器換擋，其換擋行程要比滑動(dòng)齒輪換擋行程短。在滑動(dòng)齒輪特別寬的情況下，這種差別就更為明顯。為了操縱方便發(fā)，要求換入不同擋位的變速桿行程應(yīng)盡可能一樣，如利用同步器或嚙合套換擋，就很容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)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)上采取措施且行之有效的方案有以下幾種：1. 將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開(kāi)，如圖24(a)所示。這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超過(guò)被接合齒的1～3mm。使用中兩齒接觸部分受到擠壓同時(shí)磨損，并在接合齒端部形成凸肩，可用來(lái)阻止接合齒自動(dòng)脫擋。2. 將嚙合齒套齒座上前齒圈的齒厚切薄(～)，這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而阻止自動(dòng)脫擋，如圖24(b)所示。3. 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?！?。)，使接合齒面產(chǎn)生阻止自動(dòng)脫擋的軸向力，如圖24(c)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)并加工成臺(tái)階形狀，也具有相同的阻止自動(dòng)脫擋的效果。圖24 防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)措施 變速器軸承變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時(shí)可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。第二軸后端常采用球軸承，用來(lái)承受軸向力和徑向力。變速器第一軸、第二軸的后部軸承，以及中間軸前、后軸承，按直徑系列一般選用中系列球軸承或圓柱滾子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于6～20mm[9]。 本設(shè)計(jì)所采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案在本次設(shè)計(jì)中采用5+1擋中間軸式變速器。采用如圖25所示的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案。其中齒輪結(jié)構(gòu)形式斜齒圓柱齒輪；換擋機(jī)構(gòu)形式為環(huán)式同步器的方案。圖25 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 本章小結(jié)本章主要依據(jù)變速器幾種常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，對(duì)兩軸式和中間軸式的變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，同時(shí)介紹了幾種常見(jiàn)的倒擋機(jī)構(gòu)布置方案，并比較了各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。在零部件的選擇部分，對(duì)變速器齒輪、換擋機(jī)構(gòu)的形式和變速器防止自動(dòng)脫擋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和說(shuō)明。最后結(jié)合本次設(shè)計(jì)所依據(jù)車(chē)輛的主要技術(shù)參數(shù)，選擇了本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案和零、部件的結(jié)構(gòu)形式，作為以后各章節(jié)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。第3章 變速器主要參數(shù)的選擇和齒數(shù)分配 變速器各擋傳動(dòng)比的確定 變速器最低擋傳動(dòng)比的確定在選擇最低擋傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪和地面的附著力、汽車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。汽車(chē)爬坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力[10]。故有則由最大爬坡度要求的變速器1擋傳動(dòng)比為 (31)式中 ——汽車(chē)總質(zhì)量， kg；——重力加速度， m/s2；——道路附著系數(shù)，；——驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑， mm；——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， Nm——主減速比，；——汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。將各數(shù)據(jù)代入式(31)中得根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件可求得變速器一擋傳動(dòng)比為 (32)式中 ——汽車(chē)滿(mǎn)載靜止與水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，Kg；——道路的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取～；其他參數(shù)同式(31)。將各數(shù)據(jù)代入式(32)得＜＜，在本設(shè)計(jì)中，取。 變速器其他各擋傳動(dòng)比的確定變速器的四擋為直接擋，中間擋的傳動(dòng)比理論上按公比(其中n為擋位數(shù))的幾何級(jí)數(shù)排列，實(shí)際上與理論值略有出入。將各數(shù)代入式中得則變速器其他各擋的傳動(dòng)比為 中心距的確定對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸之間的距離稱(chēng)為變速器中心距；對(duì)兩軸式變速器，將變速器輸入軸與輸出軸軸線之間的距離稱(chēng)為變速器的中心距。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置變速器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。還有，變速器中心取得過(guò)小，會(huì)使變速器長(zhǎng)度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞[11]。中間軸式變速器的中心距(mm)可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初選，經(jīng)驗(yàn)公式為 (33)式中 ——中心距系數(shù)，乘用車(chē)：，商用車(chē)：；——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(Nm)；——變速器一擋傳動(dòng)比；——變速器的傳動(dòng)效率，取96%。將各數(shù)代入式(33)中得 =~故可初選中心距mm。 變速器外形尺寸的初選變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的有變速器的擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。實(shí)際初可根據(jù)中心距離的尺寸參照下列關(guān)系初選。乘用車(chē)變速器殼體的軸向尺寸為。商用車(chē)變速器的軸向尺寸為： 四擋：五擋；六擋 所以本設(shè)計(jì)變速器的軸向尺寸可初選為mm，取整mm。變速器殼體的軸向尺寸最后應(yīng)由變速器總圖的結(jié)構(gòu)尺寸鏈確定。 變速器齒輪參數(shù)的選擇 模數(shù)齒輪模數(shù)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所確定。選擇模數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時(shí)將降低變速器的噪聲，而為了減小變速器的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心距。降低噪聲水平對(duì)乘用車(chē)很重要，而對(duì)商用車(chē)則更應(yīng)重視減小其質(zhì)量。變速器用齒輪模數(shù)的范圍如表31。所選模數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1357—1987的規(guī)定。同步器的接合齒和嚙合套多采用漸開(kāi)線齒形。由于工藝上的考慮，同一變速器中的結(jié)合齒采用同一模數(shù)。其選取的范圍是：轎車(chē)及輕、中型貨車(chē)為2～；～5。選取較小模數(shù)并增多齒數(shù)有利于換擋。所選模數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[12]。表31 汽車(chē)變速器齒輪的法向模數(shù)車(chē) 型乘用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L貨車(chē)的最大總質(zhì)量/t＞V≤ ＜V≤ ＜≤≥模 數(shù)/mm～～～～ 齒形、壓力角及螺旋角汽車(chē)變速器的齒形、。表32 汽車(chē)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項(xiàng)目車(chē)型齒形 壓力角α 螺旋角β轎 車(chē)高齒并修形的齒形，，～一般貨車(chē)GB135678規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形～重型車(chē)GB135678規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形低擋、倒擋齒輪，小螺旋角斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對(duì)齒輪工作噪聲、齒輪的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。實(shí)驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過(guò)當(dāng)螺旋角大于 時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角，以 15176?！?5176。為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)力求使中間軸上同時(shí)工作的兩對(duì)齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡，以減小軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。因此，中間軸上不同擋位齒輪的螺旋角應(yīng)該是不一樣的。為使工藝簡(jiǎn)便，在中間軸軸向力不大時(shí)，可將螺旋角設(shè)計(jì)成一樣的，或者僅取為兩種螺旋角。壓力角初選 齒寬 齒寬的選擇既要考慮變速器的質(zhì)量小、軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強(qiáng)度及工作平穩(wěn)性的要求。通?？梢愿鶕?jù)齒輪模數(shù)來(lái)選