【導(dǎo)讀】近年來功能強大的SUV越來越受到關(guān)注。在SUV車上都設(shè)有分動器。功用是將變速器輸出的動力分配到各驅(qū)動橋，并且進一步增大扭矩。系統(tǒng)，其輸入軸直接或通過萬向傳動裝置與變速器的第二軸相聯(lián)，輸出軸則有若干，分別經(jīng)萬向傳動裝置與各驅(qū)動橋連接。的設(shè)計過程，選擇結(jié)構(gòu)方案、主要參數(shù)、齒輪設(shè)計、軸設(shè)計。計算部分分為中心距，根據(jù)獅跑轎車車型，結(jié)合上述參數(shù)，再結(jié)合汽車理。論、汽車設(shè)計、機械設(shè)計等相關(guān)知識，計算出相關(guān)的分動器參數(shù)并論證設(shè)計的合理性。最終，用AutoCAD軟件完成分動器二維裝配圖和零件圖的繪制，并進行裝配。

　　

【正文】 同步器的設(shè)計及計算 該 分動器 的 低 擋和 高 擋采用同步器進行換擋。同步器雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高，精度要求嚴，軸向尺寸大以及存在同步環(huán)的使用壽命有待提高等問題，但由于它能保證輕便、迅速、無沖擊、無噪聲換擋，且對操作技術(shù)無需求，從而有利于提高汽車的加速性、燃料經(jīng)濟性與行駛安全性，也可延長齒輪壽命，故在現(xiàn)代轎車上得到了最普遍的應(yīng)用。 鎖環(huán)式同步器有工作可靠，零件耐用等優(yōu)點，但因為結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不 大，而且由于鎖止面在鎖環(huán)的接合齒上，會因齒端磨損而失效，因而主要用于乘用車和總質(zhì)量不大的貨車變速器中 ??14 。 慣性式同步器 的選擇 慣性式同步器能做到換擋時，在兩換擋元件之間的角速度達到完全相等之前不允許換擋，因而能很好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、多片式和多錐片式幾種。雖然它們 結(jié)構(gòu) 不同 ，但 它們 都有摩擦原件、鎖止原件和彈性原件。 本設(shè)計采用鎖環(huán)式同步器又稱鎖止式、齒環(huán)式或滑塊式，其工作可靠 、耐用，因摩擦半面受限，轉(zhuǎn)矩容量不大，適于輕型以下汽車，廣泛用于轎車及輕型客、貨車。 鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu) 如圖 所示，鎖環(huán)示同步器的結(jié)構(gòu)特點是同步器的摩擦元件位于鎖環(huán) 1 或 4 和齒輪 5 或 8 凸肩部分的錐形斜面上。作為鎖止元件是在鎖環(huán) 1 或 4 上的齒和做在嚙合套 7 上的齒的端部，且端部均為斜面稱為鎖止面。彈性元件是位于嚙合套座兩側(cè)的彈簧圈。彈簧圈將置于嚙合套座花鍵上中部呈凸起狀的滑快壓向嚙合套。在不換擋的中間位置，滑快凸起部分嵌入嚙合套中部的內(nèi)環(huán)槽中，使同步器用來換擋的零件保持在中立位置上?；靸啥松烊腈i環(huán)缺口內(nèi) ，而缺口的尺寸要比滑快寬一個接合齒。 鎖環(huán)式同步器的工作原理 換檔時，沿軸向作用在嚙合套上的換檔力，推嚙合套并帶動滑快和鎖環(huán)移動，直至鎖環(huán)錐面與被接合齒輪上的錐面接觸為止。之后，因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度差 △ ? ，致使在錐面上有摩擦力矩，它使鎖環(huán)相對嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過一個角度，并由滑快予以定位。接下來，嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸， 26 使嚙合套的移動受阻，同步器處在鎖止狀態(tài)，換檔的第一階段工作至此已完成。換檔哪個力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上，并使摩 擦力矩增大，與此同時在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸接近，在角速度相等的瞬間，同步過程結(jié)束，完成了換檔過程的第二階段工作。之后，摩擦力矩隨之消失，而撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位，兩鎖止面分開，同步器解除鎖止狀態(tài)，嚙合套上的接合齒在換檔力的作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合，完成換檔 ??15 。 鎖環(huán)式同步器有工作可靠、零件耐用等優(yōu)點，但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于鎖止面在鎖環(huán)的接合齒上，會因齒端磨損而失效，因而主要用于乘用車和總 質(zhì)量不大的貨車變速器中。 4鎖環(huán)； 2滑塊； 3彈簧圈； 8齒輪； 6嚙合套座； 7嚙合套 圖 鎖環(huán)式同步器 鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 接近尺寸 b，同步器換擋第一階段中間，在滑塊側(cè)面壓在鎖環(huán)缺口側(cè)邊的同時，且嚙合套相對滑塊作軸向移動前，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒倒角之間的軸向距離 b，稱為接近尺寸。尺寸 b 應(yīng)大于零，取 b=～ 。 分度尺寸 a，滑塊側(cè)面與鎖環(huán)缺口側(cè)邊接觸時，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒中心線間的距離 a，稱為分度尺寸。尺寸 a 應(yīng)等于 1/4 接合齒齒距。 尺寸 a 和 b 是保證同步器處于正確嚙合鎖止位置的重要尺寸，應(yīng)予以控制。 滑塊轉(zhuǎn)動距離 c，滑塊在鎖環(huán)缺口內(nèi)的轉(zhuǎn)動距離 c 影響分度尺寸 a?；瑝K寬度 d、滑塊轉(zhuǎn)動距離 c 與缺口寬度尺寸 E 之間的關(guān)系如下 cdE 2?? （ ） 滑塊轉(zhuǎn)動距離 c 與接合齒齒距 t 的關(guān)系如下 27 214RtRc? ( ) 式中 1R — 滑塊軸向移動后的外半徑（即鎖環(huán)缺口外半徑）； 2R — 接合齒分度圓半徑。 滑塊端隙 1? ，滑塊端隙 1? 系指滑塊端面與鎖環(huán)缺口端面之間的間隙，同時，嚙合套端面與鎖環(huán)端面之間的間隙為 2? ，要求 2? ＞ 1? 。若 2? ＜ 1? ，則換擋時，在摩擦錐面尚未接觸時，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒的鎖止面已位于接觸位置，即接近尺寸 b ＜0，此刻因鎖環(huán)浮動，摩擦面處無摩擦力矩作用，致使嚙合套可以通過同步環(huán)，而使同步器失去鎖止作用。為保證 b ＞ 0， 應(yīng)使 2? ＞ 1? ，通常取 1? =。 鎖環(huán)端面與齒輪接合齒端面應(yīng)留有間隙 3? ，并可稱之為后備行程 ??16 。 預(yù)留后備行程 3? 的原因是鎖環(huán)的摩擦錐面會因摩擦而磨損，并在下來的換擋時，鎖環(huán)要向齒輪方向增加少量移動。隨著磨損的增加，這種移動量也逐漸增多， 導(dǎo)致間隙 3? 逐漸減少，直至為零；此后，兩摩擦錐面間會在這種狀態(tài)下出現(xiàn)間隙和失去摩擦力矩。而此刻，若鎖環(huán)上的摩擦錐面還未達到許用磨損的范圍，同步器也會因失去摩擦力矩而不能實現(xiàn)鎖環(huán)等零件與齒輪同步后換擋，故屬于因設(shè)計不當而影響同步器壽命。一般應(yīng)去 3? =～ 。 在空擋位置，鎖環(huán)錐面的軸向間隙應(yīng)保持在 ～ 。 主要參數(shù)的確定 汽車在行駛過程中換檔，特別是在高檔區(qū)換檔次數(shù)較多，意味著同步器工作頻繁。同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差的條件下工作，要求同步環(huán)有足夠的使用壽命，應(yīng)當選用耐磨性能良好的材料。為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因數(shù)大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，這就為設(shè)計工作帶來困難。 摩擦因數(shù)除與選用的材料有關(guān)外，還與工作面的表面粗糙度、潤滑油種類和溫度等因數(shù)有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪上的錐面部分與齒輪做成一體，用低碳合金鋼制成。對錐面的表面粗糙度要求較高，用來保證在使用過程中摩擦因數(shù)變化小。若錐面的表面粗糙度值大，則在使用初期容易 損害同步環(huán)錐面。 同步環(huán)常選用能保證具有足夠高的強度和硬度、耐磨性能良好的黃銅合金制造，如錳黃銅、鋁黃銅和錫黃銅等。早期用青銅合金制造的同步環(huán)，因使用壽命短已遭淘汰 ??17 。 28 由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副，在油中工作的摩擦因數(shù) f 取為 。 摩擦因數(shù) f 對換擋齒輪和軸的角速度能迅速達到相同有重要作用。摩擦因數(shù)大，則換擋省力或縮短同步時間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用。為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細牙螺紋槽及與 螺紋槽垂直的泄油槽，用來保證摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)。 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計得窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過窄會影響接觸面壓強，使磨損加快。實驗還證明：螺紋的齒頂寬對 f 的影響很大， f 隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費力，故齒頂寬不易過大。螺紋槽設(shè)計得大些，可使被刮下來的油存在于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會使接觸面減少，增加磨損速度。通常軸向泄油槽為 6～ 12 個，槽寬 3～ 4mm??18 。 錐面半錐角 ? 摩擦錐面半錐角 ? 越小，摩擦力矩越大。但 ? 過小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是 f??tan 。一般取 ? = ?? 8~6 。 ? =6176。 時，摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴時，則有粘著和咬住的傾向；在 ? =7176。 時就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。 摩擦錐面平均半徑 R R 設(shè)計得越大，則摩擦力矩越大。 R 往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及 R 取大以后還會影響同步器徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將 R 取大些。 錐面工作 長度 b 縮短錐面長度 b ， 可使變速器的軸向長度縮短，但同時也減小了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計時可根據(jù)下式計算確定 b 22 dfRMb m?? （ ） 式中 p —— 摩擦面的許用壓力，對黃銅與鋼的摩擦副， p =～ ； Mm—— 摩擦 力矩； f —— 摩擦因數(shù)； R —— 摩擦錐面的平均半徑。 上式中面積是假定在沒有螺紋槽的條件下進行計算的。 同步環(huán)徑向厚度 29 與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度受結(jié)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑 R 和布置上的限制，不易取得很厚，但必須保證同步環(huán)有足夠的強度 ??19 。 乘用車同步環(huán)厚度比貨車小些 ，應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，這能提高材料的屈服強度和疲勞壽命。鍛造時選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強度、高耐磨性的鋼與鉬配合的摩擦副，即在鋼質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚約～ ），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金的摩擦副范圍內(nèi)，而耐磨性和強度有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐孔表面噴上厚 ～ 的鉬制成。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的 2～ 3倍。以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅，還可以提高同步環(huán)的強度。 鎖止角 ? 鎖止角 ? 選取得正確，可以保證只有在換擋的兩個部分之間角速度差達到零值才能進行換擋。影響鎖止角 ? 選取的因素，主要有摩擦因數(shù) f 、摩擦錐面平均半徑 R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角 ? 。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在 ?? 42~26 范圍內(nèi)變化 。 同步時間 同步器工作時，要連接的兩個部分達到同步的時間越短越好。除去同步器的結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn) 動慣量對同步時間有影響 以外，變速器輸入軸、輸出軸的角度差及作用在同步器摩擦錐面上的軸向力，均對同步時間有影響 。軸向力大、則同步時間減少。而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)，不同車型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時間與車型有關(guān)，計算時可在下述范圍選?。簩Τ擞密囎兯倨?，高檔取 ～，低檔取 ～ ；對貨車變速器，高檔取 ～ ，低檔取 ～ 。 轉(zhuǎn)動慣量的計算 換擋過程中依據(jù)同步器改變轉(zhuǎn)速的零件，統(tǒng)稱為輸入端零件，它包括第一軸及離合器的從動盤、中間軸及其上的齒輪、與中間軸上齒輪向嚙合的第二軸上的常嚙合齒輪。其轉(zhuǎn)動慣量的計算是：首先求得各零件的轉(zhuǎn)動慣量，然后按不同擋位轉(zhuǎn)換到被同步的零件上。對已有的零件，其轉(zhuǎn)動慣量值通常用扭擺法測出；若零件未制成，可將這些零件分解為標準的幾何體，并按數(shù)學(xué)公式合成求出轉(zhuǎn)動慣量值 ??20 。 分動器操縱機構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用分動器的操縱機構(gòu)完成選檔和實現(xiàn)換擋或退檔到空擋。 分動器操縱機構(gòu)應(yīng)滿足如下主要要求：換擋時只能掛入一個檔位，換擋 后應(yīng)使齒輪在全齒長上嚙合，防止自動脫檔或自動掛斷，換擋輕便。 30 用于機械式分動器的操縱機構(gòu)，常見的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒檔裝置等主要零件組成，并依靠駕駛員手力完成選檔、換擋或退檔到空擋工作，稱為手動換擋變速器。 分動器換擋的形式 直接操縱手動換擋分動器 當變速器布置在駕駛員座椅附近時，可將變速桿直接安裝在分動器上，并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換擋功能的手動換擋分動器，稱為直接操縱分動器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡單，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。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，格擋同用一組自鎖裝置，因而使操縱機構(gòu)簡化，但它要求換擋行程相等。 遠距離操縱手動換擋分動器 平頭式汽車或發(fā)動機后置后輪驅(qū)動汽車的變速器，受總體布置限制，變速器距駕駛員座位較遠，這時需要在分動桿和撥叉之間布置若干傳動件。這種手動換擋分動器，稱為遠距離操縱手動換擋變速器。這時要求整套系統(tǒng)有足夠的剛性，且各連接件之間間隙不能過大，否則換擋時手感不明顯，并增加了分動桿 顫動的可能性。 分動器換擋形式的選擇 越野汽車在良好道路行駛時，為減小功率消耗及傳動系機件和輪胎摩擦，一般均切斷通 前橋動力。在越野行駛時，若需低速檔動力，則為了防止后橋及中橋超載，應(yīng)使低速檔動力由所有驅(qū)動橋分擔。為此，對分動器操縱機構(gòu)有如下特殊要求：非先接上前橋，不得掛上低速檔；非先退出低速檔，不得摘下前橋。 本次設(shè)計為越野車分動器，由于總布置關(guān)系，分動器布置在離駕駛室座椅較遠的位置，因此，就需要采用遠距離操縱。這種機構(gòu)應(yīng)有足夠的剛度，且各連接件的間隙不能過大，以保證足夠的剛度。 分動器箱體的設(shè)計 機箱的種類 分動器殼體是用來支承其他零件承受工作載荷、定位其他零件持相對位置、密封其他零件、提高工作性能等 。按照其構(gòu)造形式不同，可以分為四大類：機座類、機架類、基板類、箱殼類。按照結(jié)構(gòu)又分為整體式和裝配式兩種類型。按照方法又分為鑄造、焊接、拼焊和其他制造方法，如粘接或沖壓等。 本次設(shè)計選用 箱殼類、并采用裝配式。 材料的選擇 對于固定式機械，尤其是固定式重型機械的機架，通常采用鑄造方法制造。鑄造 31 材料常用鑄鐵，只需要強度較高時才選用鑄鋼?？傊膳a(chǎn)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件以鑄造為宜，單件或少量生產(chǎn)且生產(chǎn)期限較短的零件用焊接。 箱體的基本 參數(shù) 壁厚 壁厚直接影響機架，機箱的強度與剛度。一般先按經(jīng)驗 或類比法確定壁厚和其他結(jié)構(gòu)尺寸，再選用有限元法等計算其強度和剛度，經(jīng)過不斷修整，