【正文】 動軸倒轉(zhuǎn)后汽車不會后溜車，但是，這樣一來，汽車的倒車運動也將隨之無法實現(xiàn)，即使為其添加控制機構(gòu)，使其在倒車時不工作也是非常不便的，不但增加了操控難度，也干擾了汽車正常工作，不是一個很好的辦法。主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。也不能達到預期的目的。（4）在變速器內(nèi)添加控制機構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，汽車無論是前進、加速還是倒車，變速器都起到相當重要的作用，并且加速器中間軸在這一系列的工作中始終保持相同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。并且，由于其轉(zhuǎn)向不與汽車運動狀態(tài)有關(guān)，無論汽車進行何種操作都不會受到影響。通過對各種想法方案的分析比較，發(fā)現(xiàn)方案（4）最具合理性和可行性。并且，在各個動作過程中，2中間軸始終保持勻速同轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動。這樣如果控制了中間軸的轉(zhuǎn)向，使其不能進行倒轉(zhuǎn)，則可避免汽車后溜車現(xiàn)象發(fā)生。 汽車五擋三軸變速器傳動示意圖3 汽車坡路防溜車機構(gòu)設(shè)計構(gòu)思和總體設(shè)計發(fā)生坡路溜車的汽車均為手動擋汽車，這是由手動變速箱的結(jié)構(gòu)特點所決定的。踩下離合器時，方可撥得動變速桿。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。下面先來了解一下汽車手動變速器的工作原理。 變速箱簡易模型輸入軸通過離合器和發(fā)動機相連，軸和上面的齒輪是一個部件。花鍵軸，直接和驅(qū)動軸相連，通過差速器來驅(qū)動汽車。齒輪在花鍵軸上自由轉(zhuǎn)動。 變速箱簡易模型掛進一擋時，套筒就和花鍵軸上右邊的齒輪嚙合.，輸入軸帶動中間軸，中間軸帶動花鍵軸上右邊的齒輪，齒輪通過套筒和花鍵軸相連，傳遞能量至驅(qū)動軸上。當套筒在兩個齒輪中間時，變速箱在空擋位置。注意，倒擋是通過增加一個小齒輪簡單實現(xiàn)的。在換擋桿的中間有個旋轉(zhuǎn)點，當撥入一擋時，實際上是將連桿和換擋叉往反方向推；左右移動換擋桿時，實際上是在選擇不同的換擋叉（不同的套筒）；前后移動時則是選擇不同的齒輪（藍色）。 手動五擋變速箱簡易模型倒擋是通過一個中間齒輪來實現(xiàn)。因此，在汽車前進的過程中，是不可能掛進倒擋的，套筒上的齒和倒擋齒輪不能嚙合，但是會產(chǎn)生很大的噪音。輸出軸齒輪上的錐形凸出剛好卡進套筒的錐形缺口，兩者之間的摩擦力使得套筒和輸出軸齒輪同步，套筒的外部滑動，和齒輪嚙合。而汽車在坡路起車時，如果發(fā)生溜車現(xiàn)象即為變速器處于一擋位時中間軸發(fā)生了倒轉(zhuǎn)。棘輪機構(gòu)是由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構(gòu)，主動搖桿作連續(xù)的往復擺動，從動棘輪作單向間歇運動，止動棘爪可阻止棘輪的逆向轉(zhuǎn)動。為了確保棘輪不反轉(zhuǎn)，常在固定構(gòu)件上加裝止逆棘爪。棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度稱為動程。如果希望調(diào)節(jié)的精度高于一個棘齒所對應(yīng)的角度，可應(yīng)用多棘爪棘輪機構(gòu)。齒式棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運動可靠；主從動關(guān)系可互換，動程可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，動與停的時間比可通過選擇合適的驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)。摩擦式棘輪機構(gòu)是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機構(gòu)中的棘爪，以無齒摩擦代替棘輪。但因靠摩擦力傳動，會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，雖然可起到安全保護作用，但是傳動精度不高。按嚙合方式分外嚙合棘輪機構(gòu)和內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu)。外嚙合式棘輪機構(gòu)由于加工、安裝和維修方便，應(yīng)用較廣，其缺點是占用空間較大。棘輪機構(gòu)工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高。在自行車中棘輪機構(gòu)用于單向驅(qū)動，在手動絞車中棘輪機構(gòu)常用以防止逆轉(zhuǎn)?；ㄦI聯(lián)接由內(nèi)花鍵和外花鍵組成。顯然，花鍵聯(lián)接是平鍵聯(lián)接在數(shù)目上的發(fā)展?；ㄦI適用于定心精度要求高、傳遞轉(zhuǎn)矩大或經(jīng)?；频穆?lián)接。矩形花鍵　　 按齒高的不同，矩形花鍵的齒形尺寸在標準中規(guī)定兩個系列，即輕系列和中系列。　　矩形花鍵的定心方式為小徑定心，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑為配合面。矩形花鍵聯(lián)接是應(yīng)用最為廣泛的花鍵聯(lián)接。 漸開線花鍵 　 漸開線花鍵的齒廓為漸開線，分度圓壓力角α有30176。兩種。漸開線花鍵可以用制造齒輪的方法來加工，工藝性較好，易獲得較高的制造精度和互換性。受載時齒上有徑向力，能起自動定心作用，有利于各齒受力均勻，強度高，壽命長。壓力角45176。首先，在變速箱內(nèi)利用棘輪結(jié)構(gòu)的話，要保證棘輪或棘爪有一方是固定不動的。但方案（一）存在一定的不足之處：當棘爪與棘輪脫離接觸，棘輪盤沿軸往回徑向運動時。但此時，汽車在行駛過程中，中間軸不停止旋轉(zhuǎn)，則棘爪盤也隨軸同步軸向轉(zhuǎn)動，棘爪盤內(nèi)由彈簧連接的棘爪在離心力的作用下，在棘輪盤圓孔內(nèi)做伸縮運動，難免會碰到棘輪盤，引起振動和噪聲，同時也對棘爪造成一定的磨損。具體結(jié)構(gòu)如下： 安裝于箱體上的棘爪盤，中間可添加軸承以支撐和固定中間軸。棘爪位于圓孔內(nèi)，由彈簧與棘爪盤相連，可在孔內(nèi)伸縮運動。當棘輪盤軸向運動至棘爪盤處，棘爪在棘爪盤內(nèi)彈簧作用下沿棘輪齒曲面運動，由于彈簧力作用，棘爪滑至棘輪齒根。棘輪盤隨軸旋轉(zhuǎn)，當軸一擋順時針旋轉(zhuǎn)時，隨軸重復運動。 ，圓頭狀處為棘爪與棘輪齒相結(jié)合處，設(shè)計成球面是因為棘爪與棘輪齒相結(jié)合時，棘輪盤不但隨中間軸同步轉(zhuǎn)動同時還進行軸向運動，棘爪圓頭狀處可沿棘輪齒斜面滑動，球面設(shè)計可減少摩擦阻力和磨損，便于棘爪盡快到位。 彈簧，中間軸的轉(zhuǎn)動帶動棘輪盤轉(zhuǎn)動，同時棘輪盤的運動對中間軸也有控制作用，它們之間通過花鍵相聯(lián)接，并且棘輪盤可通過花鍵軸向移動，從而控制棘爪與棘輪齒的結(jié)合與分離。該機構(gòu)只是在中間軸上添加了花鍵，為了機構(gòu)的添加改變了中間軸的一部分尺寸，其余中間軸上的結(jié)構(gòu)于一般變速器內(nèi)中間軸相同。（a）（b）圖3. 14 裝配總圖(a)、（b），各零件按裝配配合安裝。由于變速箱中結(jié)構(gòu)復雜，各結(jié)構(gòu)的位置一定要緊湊，避免變速箱出現(xiàn)較大的改動。該結(jié)構(gòu)滿足了對中間軸轉(zhuǎn)動方向的控制，有效抑制了中間軸倒轉(zhuǎn)的情況出現(xiàn)，達到了預期目的。實現(xiàn)該機構(gòu)的控制也有多種方式，比如用人為的控制，通過開關(guān)控制機構(gòu)的運行與否，但這樣做的話，不但增加了汽車操縱的步驟，也沒有實現(xiàn)機構(gòu)的自動控制。下面先來看一下汽車變速器操控機構(gòu)的工作原理：變速器的操縱機構(gòu)應(yīng)保證駕駛員能準確可靠地使變速器掛入所需要的任一擋位工作，并可隨之退到空擋。這種機構(gòu)稱為直接操縱式變速器操縱機構(gòu)。下圖所示為解放CA1091型汽車六擋變速器操縱機構(gòu)的組成與布置示意圖。所有的撥叉和撥塊都以彈性銷固定于相應(yīng)的撥叉軸上。三四擋撥叉和一二擋撥塊，五六擋撥塊，倒擋撥塊的頂部有凹槽。選擋時可使變速桿繞其中部球形支點橫向擺動，則其下端推動叉形撥桿繞換檔軸的軸線擺動，從而使叉形撥桿下端球頭對準與所選擋位對應(yīng)的撥塊凹槽，然后使變速桿縱向擺動，帶動撥叉軸及撥叉向前或向后移動，即可實現(xiàn)掛擋。當使叉形撥桿下端球頭深入倒擋撥塊的凹槽中，并使其向前移動一段距離時，便掛入倒擋。因此，汽車駕駛室儀表板上應(yīng)標有該車變速器擋位排列圖。這種遠距離操縱機構(gòu)稱為間接操縱式變速器操縱機構(gòu)。由于布置上的原因，它多用在轎車和輕型汽車上。2）每根撥叉軸的上表面沿軸向分布有三個凹槽，當任何一根撥叉軸連同撥叉軸向移動到空檔或某一工作檔位的位置時，必有一個凹槽正好對準自鎖鋼球。3）換擋時，駕駛員對撥叉軸施加一定軸向力，克服自鎖彈簧2的壓力將鋼球由撥叉軸的凹槽中擠出推回孔中，撥叉軸和撥叉軸向移動?；ユi銷裝在中間撥叉軸的孔中，其長度相當于撥叉軸直徑減去互鎖鋼球的半徑，互鎖鋼球裝于變速器蓋的橫向孔中。3）這種互鎖裝置可以保證變速器只有在空檔位置時，駕駛員才可以移動任一個撥叉軸掛擋。（3）倒擋鎖1）倒擋鎖的作用是駕駛員掛倒擋時，必須對變速桿施加較大的力，才可換上倒擋，起提醒作用，以防誤掛倒擋。2）倒擋鎖一般由倒擋鎖銷和倒擋鎖彈簧組成。3）駕駛員要掛倒擋時，必須用較大的力使變速桿的下端壓縮倒擋彈簧，將倒擋鎖銷推向右方后，才能使變速桿下端進入倒擋撥塊的凹槽內(nèi)，以撥動一、倒擋撥叉軸而推入倒擋。，它與棘爪盤始終保持相連，以達到時刻對棘爪盤的同步控制，連接面與棘爪盤上的槽之間始終保持高度潤滑，以減少摩擦阻力和磨損?？刂茡軛U與控制撥叉由螺母固定，并且控制撥桿設(shè)計成階梯狀，則控制撥叉被嚴格固定，使其不能在桿上竄動，只能隨桿的移動而移動。這樣汽車在進行一擋掛擋動作時，會同步帶動機構(gòu)控制桿的運動，控制桿又會帶動控制撥叉的運動，最后將運動傳給棘輪盤，使其沿軸運動靠近棘爪盤，機構(gòu)開始工作。從而達到了同步控制機構(gòu)的目的。汽車要進行坡路起步時，松開手剎，掛入一擋，此時，由于控制撥桿與一擋控制撥叉相連，一擋動作時該機構(gòu)也隨之同步開始工作，控制撥桿帶動控制撥叉左移，移動量由機構(gòu)與一擋撥叉同時控制，并且，此時處于一擋擋位的中間軸是勻速順時針轉(zhuǎn)動的，由于棘輪盤與中間軸之間由花鍵固定連接，所以棘輪盤也是勻速順時針轉(zhuǎn)動的。棘輪盤上的棘輪齒設(shè)計成了斜坡形式，并且棘爪與棘爪盤之間連有彈簧，則棘爪可沿著斜坡移動，直至棘爪卡入棘輪齒槽內(nèi)。因此，就限制了車體下滑，不會向后溜車。此時，由于一二擋撥叉的回位變化，帶動控制撥桿右移，控制撥桿又帶動控制撥叉右移，這樣，棘輪盤也右移，退出與棘爪盤的結(jié)合，這時棘爪或沿棘輪齒斜面退出，或直接從齒槽中退出。棘輪盤除了與軸同步轉(zhuǎn)動外再沒有其他動作，從而避免了機構(gòu)對汽車行駛的影響，也減少了棘爪、棘輪不必要的磨損，提高了機構(gòu)的使用壽命。此外，該機構(gòu)最大的優(yōu)點還在于其自動控制方面，純機械控制方式，巧妙地利用了汽車原有結(jié)構(gòu)，免去了駕駛員對機構(gòu)的主觀控制，起步動作可與普通手動擋汽車起步的操縱一樣。本章通過對變速器操縱機構(gòu)的學習理解，設(shè)計出了通過變速器操縱機構(gòu)控制坡路防溜車機構(gòu)，通過比較簡單的控制機構(gòu)，實現(xiàn)了防溜車機構(gòu)的同步自動控制，滿足了要求，達到了預期目的。：1—箱體 2—螺栓 3—軸承端蓋 4—軸承 5—棘爪盤 6—棘爪 7—彈簧 8—花鍵 9—螺母 10—控制撥叉 11—控制撥桿 12—棘輪盤 13—中間軸，裝置工作時通過6棘爪與12棘輪盤上棘輪齒的結(jié)合來控制棘輪盤的轉(zhuǎn)向。10為控制撥叉，它與11控制撥桿通過螺母9連接。，5棘爪盤與其過盈配合，以起到將棘爪盤固定在箱體上的作用。下面通過各零件圖，對各零件進行簡要說明： 棘輪盤，圖中棘輪齒在棘輪上成圓周分布，設(shè)計成六齒形式，并且每個齒上均有斜坡，便于棘爪與棘輪齒的結(jié)合,及時起到防溜車作用。 棘輪二維圖 棘爪盤，棘爪盤圓周內(nèi)均勻分布六個與棘爪結(jié)合的部位，棘爪通過彈簧與棘爪盤相連，圓周內(nèi)為了減重挖掉了部分材料，但能保持應(yīng)有強度。本章通過各二維圖對裝置的裝配以及各零件的具體設(shè)計進行更加具體的說明。6 構(gòu)件的材料選擇與設(shè)計計算由于機構(gòu)是安裝在汽車減速器內(nèi)的，中間軸、箱體、相關(guān)軸承都是變速器本身的部件，添加的部件有棘輪盤、棘爪盤、棘爪、彈簧、和控制機構(gòu)?？裳娱L其使用壽命，增大使用安全性。鑄造高錳鋼（如Mn13）是耐磨鋼,它的熱處理方法是進行水韌處理（淬火）,之后不進行回火。只有在有沖擊或高壓力作用下才能引起強烈的加工硬化而使硬度提高到450～550HB,從而具備好的耐磨性能。其余各種標準件均可根據(jù)國家標準選取。首先，對汽車發(fā)動機進行選取，舉例選擇的是國產(chǎn)東安465型發(fā)動機， kW /5200rpm，最大扭矩83 Nm /3000～3500 rpm。1） 中間軸式變速器中心距A的確定初選中心距，經(jīng)驗公式： 式（）其中，為變速器中心距(mm)；為中心距系數(shù)，乘用車：～，商用車：～，多擋變速器：～；；為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩(N 則： 式（） 2）乘用車變速器中心距的確定乘用車變速器中心距在60～80范圍內(nèi)變化，商用車的變速器中心距在80～170范圍內(nèi)變化，原則上，總質(zhì)量小的汽車變速器中心距也小些。它也可以牽引一輛掛車。本設(shè)計對象為乘用車中的普通乘用車、小型乘用車。（2）.初選軸的直徑中間軸式變速器的第二軸和中間軸中部直徑，軸的最大直徑d和支承間距離L的比值，對中間軸，對第二軸。則軸長中間軸前端直徑可取25.中間軸前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力，而后端采用外圈有擋圈的球軸承或圓柱滾子軸承。棘爪在機構(gòu)運動過程中不同時刻所受力不同，簡單可分為三種情況，棘爪質(zhì)量，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為。則： 式（）即： 式（）（2）.棘爪與棘輪接觸但未開始工作時；此時棘爪上所受的反作用力離心力與彈簧拉力平衡（忽略重力）。則： 式（） 即： 式（） 式（）且由于結(jié)構(gòu)限制取。軸承、花鍵和相關(guān)螺栓螺母均為標準件，可在《中華人民共和國機械行業(yè)標準》即JB中查詢選擇。輪齒折斷發(fā)生在下述情況：輪齒受到足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒在重復載荷作用下，齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。機構(gòu)工作時，棘爪與棘輪嚙合，接觸面相互擠壓，導致細小裂縫擴展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點，稱之為齒面點蝕。1）校核棘輪輪齒a輪齒彎曲強度計算類似于斜齒輪的強度計算彎曲應(yīng)力： 式（）式中，為圓周力，； 為計算載荷；為節(jié)圓直徑，為法向模數(shù)，為齒數(shù)，為輪齒螺旋角（）；為應(yīng)力集中數(shù)，；為齒面寬；為法向齒距，；為齒形系數(shù)，可按當量齒數(shù)查得； 重合度影響系數(shù)，當取作用在變速器第一軸上的最大轉(zhuǎn)矩時，；；；；； 故， ， 式（） b輪齒接觸應(yīng)力計算 應(yīng)校核棘輪的彎曲應(yīng)力 式（） 式中，為輪齒的接觸應(yīng)力；為齒面上的法向力，為圓周力，為計算載荷；為節(jié)圓直徑；為節(jié)點處壓力角；棘輪螺旋角；材料的彈性模量；棘輪接觸的實