【正文】 ) 變速箱 的工作噪聲低。 8) 變速箱還應(yīng)當(dāng) 滿(mǎn)足輪廓尺寸和質(zhì)量小 。選用 優(yōu)質(zhì) 鋼材，采用合理的熱處理 工藝 技術(shù)，設(shè)計(jì)適合的齒形，提高齒輪 設(shè)計(jì) 和制造精度 以及 選用圓錐 滾柱 或滾針 軸承 可以減小中心距 。 變速箱 的分類(lèi) 從 市場(chǎng)上 不同 車(chē)型所配置的變速 箱 來(lái)看，主要分為： 手動(dòng)變速箱 （ MT） 、 自動(dòng)變速箱 （ AT） 、 手動(dòng) /自動(dòng)變速 箱 （ AMT） 、無(wú)極變速箱 （ CVT） 。顧名思義 ， 它 是通過(guò)駕駛員用手操縱變速桿來(lái)選定 擋位 ，并直接操縱變速 箱 的換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行擋位變化 。 手動(dòng) 變速 箱 的工作原理就是更換不同大小的被動(dòng)齒輪來(lái)與動(dòng)力輸出軸接合 ，當(dāng)將擋時(shí)，實(shí)際上是將被動(dòng)齒輪換成了更大的齒輪，根據(jù)杠杠原理，此時(shí) 變速箱 輸出的轉(zhuǎn)速就會(huì)相對(duì)降低 ， 但轉(zhuǎn)矩增大 ； 反之，如果是升 擋 ，則實(shí)際上是被動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)換為小齒輪 ， 此時(shí)變速 箱 輸出轉(zhuǎn)速就會(huì)提高， 但 轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。 （如圖 12）最常見(jiàn) 的 手動(dòng)變 速 箱多為 5擋位 （ 5個(gè) 前進(jìn)擋、 1個(gè)倒擋） ， 運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)上也有 6 擋位變速箱 。 圖 12 手動(dòng) 變速箱 工作原理示意圖 自動(dòng)變速箱 （ AT） 自動(dòng)變速箱（ Automatic Transmission） 。駕駛員 只需要 操縱加速踏板即可控制車(chē)速。 一是和 發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪 連接 的夜里變矩器，它和手動(dòng) 變速箱 車(chē)上的離合器位置差不多，其作用也和離合器差不多，它負(fù)責(zé)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞給后面的變速機(jī)構(gòu)?？刂茩C(jī)構(gòu) 按照 設(shè)計(jì)師們的設(shè)定，可以根據(jù)行駛情況對(duì)多片式離合器發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各 個(gè)擋 位上多片離合器進(jìn)行接合或分離。 手動(dòng)自動(dòng) 變速 箱（ AMT） 手動(dòng) 自動(dòng)變速箱 （ Automatic Manual Transmission） 。實(shí)際 上它是 由 普通手動(dòng)變速箱派生出的一 種形式 。 AMT 沒(méi)有 行星齒輪和變矩器，和普通手動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)一樣，它有中間軸、輸出軸、離合器和變速撥叉等。比較典型的如奧迪 A6的 Tiptronic，上海帕薩特 也 裝有手動(dòng)自動(dòng)變速 箱 。其 傳動(dòng)比在一定數(shù)值范圍內(nèi)可 連續(xù)無(wú)限 多 級(jí) 變化 ， 常見(jiàn)的有流體式和機(jī)械式兩種。工作輪組合 中的主動(dòng)輪相當(dāng)于 手動(dòng)變速箱中 的主動(dòng)齒輪 ； 另一個(gè)是從動(dòng)輪，相當(dāng)于 手動(dòng)變速箱 中的從動(dòng)齒輪。當(dāng) 主動(dòng) 輪的直徑變大而同時(shí)從動(dòng)輪的直徑變小時(shí)，或?qū)⒅鲃?dòng)輪的直徑變小，從動(dòng)輪的直徑變大時(shí)，傳動(dòng)比就會(huì)隨著改變。當(dāng) 工作輪 的兩個(gè)錐形盤(pán)之間的距離變化時(shí)，鋼帶就會(huì)沿錐面上下移動(dòng)，這就相當(dāng)于改變了工作輪的直徑。 固定 軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速箱多用于前置前驅(qū)（ Front engine Front wheel drive，簡(jiǎn)稱(chēng) FF） 的 汽車(chē)上，中間軸式變速 箱 多用于 FR 的 汽車(chē)上。近年來(lái) ， 變速箱操縱機(jī)構(gòu)有向自動(dòng)操縱方向發(fā)展的趨勢(shì)。目前 ，無(wú)論 是商用車(chē)還是其他形式的汽車(chē)，自動(dòng)變速箱 越來(lái) 越成為標(biāo)配。 由于 它們 各自 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理各不相同，技術(shù)成熟程度也 不盡 相同，因此 從目前 發(fā)展現(xiàn)狀上 看 ， 在 制造成本、燃油經(jīng)濟(jì)性 、 換擋舒適性以及使用壽命 等 多個(gè)方面 也存在 差異，各具優(yōu)劣 。然而 ，衡量 一臺(tái)汽車(chē) 的好壞，很大程度上決定于變速箱的質(zhì)量 ， 而變速箱的質(zhì)量取決于齒輪的設(shè)計(jì)與制造。 在 變速箱的設(shè)計(jì) 和 制造中， CAD、 CAM、 CAE 等 計(jì)算機(jī) 技術(shù)的優(yōu)勢(shì) ， 體現(xiàn) 得淋漓盡致。 它 通過(guò) 并行工作的方式縮短設(shè)計(jì)周期，也通過(guò)仿真的方式降低試驗(yàn)成本 。 同樣 ，對(duì)于變速箱的 齒輪 零部件，可以通過(guò) UG 與 ANSYS 的 聯(lián)合模擬， 進(jìn)行 有限元分析，得出極速工況下的變形規(guī)律和應(yīng)力分布規(guī)律， 進(jìn)而 對(duì)齒輪的壽命校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供 可靠依據(jù)。 了解 、認(rèn)知 手動(dòng)變速箱 的必要性 看過(guò) 一些言論，說(shuō) 手動(dòng)變速箱 繁瑣的駕駛操作 等 不足，阻礙了汽車(chē)高速發(fā)展的腳 步。但是 ，手動(dòng)變速箱轎車(chē)從目前的市場(chǎng)需求和適用角度來(lái)說(shuō)，還不會(huì)過(guò)早的離開(kāi)我們的 視野 。以卡車(chē)為例，卡車(chē)用來(lái)運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對(duì)如此高的“壓力”，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速箱的全力協(xié)助。特別是面對(duì)爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。 其次，從我國(guó)的具體 情況來(lái)看，手動(dòng)變速箱幾乎貫穿了整個(gè)中國(guó)的汽車(chē)發(fā)展歷史，資歷較深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車(chē)的，他們對(duì)手動(dòng)變速箱的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。另外， 目前在 我國(guó)的 汽車(chē)駕駛學(xué)校中，教練車(chē)都是手動(dòng)變速箱的，除了經(jīng)濟(jì)適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉?cǎi){駛協(xié)調(diào)性。 繼而 ，開(kāi)展 對(duì) 手動(dòng)變速 箱 的 了解 、學(xué)習(xí)與研究 和 分析有一定必要 。 第二 章 變速箱 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案的確定 機(jī)械式 變速箱因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在不同形式的汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。 擋位 越多，油耗越低，無(wú)級(jí)變速箱 最 理 想 。 變速箱傳動(dòng)比與最小燃油消耗特性曲線的關(guān)系： i? =， n—車(chē)速（ ua）一定時(shí)，燃油消耗率最低（ bmin）時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速。汽車(chē)行駛的道路狀況愈多樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車(chē)質(zhì)量之比也愈小，則變速箱的傳動(dòng)比范圍應(yīng)愈大。 【 本 設(shè)計(jì)傳動(dòng)比范圍 約為 】 圖 21發(fā)動(dòng)機(jī) 外特性和最小燃油消耗特性 曲 線 通常，有級(jí)變速箱具有 5 個(gè)前進(jìn)擋 ；重型載貨汽車(chē)和重型越野汽車(chē)則采用多擋變速箱，其前進(jìn)擋位數(shù)多達(dá) 6～ 16 個(gè)甚至20 個(gè)。但采用手動(dòng)的機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)迅速、無(wú)聲換擋，對(duì)于多于 5 個(gè)前進(jìn)擋的變速箱來(lái)說(shuō)是困難的。多于 5 個(gè)前進(jìn)擋，將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，或者需要加裝具有獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)的副變速箱，后者僅用于一定行駛工況。采用傳動(dòng)比小于 1（ ～ ）的超速擋，可以更充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低單位行駛里程的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)， 因而會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，降低燃料消耗。 有級(jí) 變速箱 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)力的齒輪副數(shù)目、轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、潤(rùn)滑系統(tǒng)的有效性、齒輪、軸，以及殼體等零件的制造精度、剛度等。 其 特點(diǎn)是 ：變速 箱 輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí) 圖 22 兩軸式 變速箱傳動(dòng)方案主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒擋傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其它擋位均采用常嚙合齒輪傳動(dòng) 。 變速箱第一軸 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。 第二軸 為三點(diǎn)支承， 前端支承在第一軸的末端 孔 內(nèi)，軸的中部 和 后端分別支承在變速箱殼體和附加殼體上。 圖 24所示 為中間軸式五 擋 變速箱傳動(dòng)方案示例。圖 24b、 c、 d 所示 方案 的各 前進(jìn) 擋 ，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)。圖 25a 所示 方案中的一 擋 、倒擋和圖 25b 所示方案中的倒擋用直齒 滑動(dòng) 齒輪換擋，其 余各擋均為常嚙合齒輪。各 傳動(dòng)方案 的共同特點(diǎn)是：變速箱的第一軸后端與常嚙合齒輪做成一體 。使用 直接擋 ，變速箱的齒輪 和軸承及中間軸 均不 圖 23 中間軸式 四擋變速 箱 傳動(dòng)方案 承載 ， 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速箱 第一軸 和第二軸直接輸出，此時(shí)變速箱的傳動(dòng)效率高，可達(dá) 16 90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減 少 。 【本設(shè)計(jì) 采用中間軸式 五 擋 傳動(dòng)方案 ， 具體 結(jié)構(gòu) 見(jiàn) 相關(guān) 圖紙 】 圖 24 中間軸式 五 擋 變速箱傳動(dòng)方案 圖 25 中間軸式 六擋變速箱傳動(dòng)方案 以上各 方案中 ， 凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其它換擋方式可以用同步器或嚙合套來(lái)實(shí)現(xiàn)。 17 FR 乘用車(chē) 采用中間軸式變速箱，為 縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，將第二軸加長(zhǎng)， 如圖 23a、 b所示 。 變速箱 用如圖 24c 所示的多 支承 結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。圖 24c 所示方案的高 擋 從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)一擋和倒擋齒輪布置在變速 箱 殼體的中間跨距里 ， 而中間 擋 的同步器布置在中間軸上是這個(gè)方案的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn) 倒擋傳動(dòng) ，有些方案利用 在 中間軸和第二軸上的齒輪傳動(dòng)路線中加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪方案， 如圖 22a、 b、 c 和圖 23a、 b 所示；也有利用兩個(gè)連體齒輪方案的，如圖 23c 和圖 24a、 b 所示。也有 少數(shù) 變速箱采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜和是成本增加的嚙合套 或 同步器方案換入倒擋，如圖 22f 所示。 圖 26b 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 26d 所示 方案 針對(duì) 前者的缺點(diǎn)進(jìn)行了修改，取代了圖 26c所示方案。圖 26f 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。 【本設(shè)計(jì) 采用圖 36f所示方案 ， 具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)相關(guān)圖紙】 18 圖 26 倒擋布置 方案 變速箱 的一 擋 或倒擋因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用得 力 也增大，并導(dǎo)致變速箱軸產(chǎn)生較大 的 擾度和轉(zhuǎn)角，使 工作齒輪嚙合 狀態(tài)破壞，最終表現(xiàn)出輪齒磨損加快和工作 圖 27 變速桿 換擋位置與順序 圖 28 換擋 軸位置與受力分析 19 噪聲增加。然后 按照 從低擋到 高 擋 的順序布置各擋齒輪，這樣既能使軸 有足夠 大 的剛 性 ，又能保證容易裝配。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 箱 的左側(cè)和右側(cè)， 在 結(jié)構(gòu) 上均 能實(shí)現(xiàn)，不同之處是掛倒擋是駕駛員移動(dòng)變速桿的方向 改 變了 。從這一點(diǎn) 考慮 ，圖 27a、 b 的換擋方案比圖 27c 的方案更合理。 除此 之外，倒擋的中間齒輪位于變速 箱 的左側(cè)或右側(cè)對(duì)倒擋 軸 的 受力 狀況有影響，如 圖 28 所示 。在確定變速箱結(jié)構(gòu)方案時(shí)，也要考慮齒輪型式、換 擋 結(jié)構(gòu)型式、軸承型式、潤(rùn)滑和密封等因素。變速箱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)致變速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。【本設(shè)計(jì)中由于倒擋采用常嚙合 方案，故 倒 擋 采用斜齒輪傳動(dòng)方式，即除一 擋 外，均采用斜齒輪傳動(dòng)】 換擋 機(jī)構(gòu)型式 變速箱換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器三種形式。 嚙合套換 擋 型式一般是配合斜齒輪傳動(dòng)使用的。嚙合套有分為內(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。 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)， 提高了汽車(chē)的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。 【本設(shè)計(jì) 采用同步器 換擋 】 自動(dòng)脫擋 自動(dòng)脫 擋 是變速箱的主要障礙之一。這種結(jié)構(gòu)方案比較有效，采用較多。使用中因接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，以阻止自動(dòng)脫 擋 。 21 此段 切薄 a b 圖 210 防止自動(dòng)脫 擋 的結(jié)構(gòu)措施 Ⅱ 圖 211 防止自動(dòng)脫 擋 的結(jié)構(gòu)措施 Ⅲ 在本設(shè)計(jì)中所采用的是鎖環(huán)式同步器，如 圖 212 所示?；ㄦI轂 7 兩端 與齒輪 1 和 4 之間 各有一個(gè)青銅制成 的鎖環(huán) （即同步環(huán) ） 5 和 9。 兩個(gè)齒輪 和鎖環(huán)上的花鍵齒 ， 靠近 接 合套 8 的 一 端 都有倒角（ 鎖止角 ） ，且 與結(jié)合套齒端的倒角相同。在鎖環(huán) 內(nèi)錐面 上有細(xì)密的螺紋（ 或 直槽） ，當(dāng) 錐面接觸后，它能及時(shí)破壞油膜，增加錐面間的摩擦力。 3個(gè) 滑塊 2分別 裝在花鍵轂 7 上 3 個(gè) 均布的軸向槽 11 內(nèi) ，沿槽可以軸向移動(dòng)?；瑝K 和 彈簧是推動(dòng) 件 。鎖環(huán) 相對(duì)于 滑塊 順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)都只能轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)齒寬，且只有當(dāng)滑塊位于鎖環(huán)缺口的中央 時(shí)， 接合套與鎖環(huán)才能接合。 變速箱 軸承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。 如 變速箱 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 圓錐滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。變速箱 第一軸 前端支承在飛輪的內(nèi)腔里，因有足夠大的空間， 常 采用一端有密封圈的球軸承 來(lái)承受徑向力。由于 變速箱向輕量化 方向發(fā)展的需要，要 23 求減小變速 箱 中心距，這就 影響 到軸承外徑的尺寸。中間軸 上 齒輪工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力，原則上 由前 或 后軸承 來(lái) 承受都可以，但當(dāng)在殼體前端面布置軸承蓋有困難時(shí)，必須由后端軸承 承受 軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來(lái)承受徑向力，而后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓柱滾子軸承。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)。因此 ， 錐軸承不適合用在線脹系數(shù)較大的鋁合金殼體上。軸承 的 直徑根據(jù)變速箱中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于 6～ 20cm。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