汽車變速器設計理論與方法

1、4.3 汽車變速箱設計理論與方法現代汽車的動力裝置，幾乎都采用往復活塞 式內燃機。它具有相當多的優(yōu)點，如體積小，質 量輕，工作可靠，使用方便等。但其性能與汽車 的動力性和經濟性之間存在著較大的矛盾。如在 坡道上行駛時，所需的牽引力往往是發(fā)動機所能 提供的牽引力的數倍。而且一般發(fā)動機如果直接 與車輪相連，其輸出轉速換算到對應的汽車車速 上，將達到現代汽車極限速度的數倍。上述發(fā)動 機牽引力、轉速與汽車牽引力、車速要求之間的 矛盾，單靠現代汽車內燃機本身是無法解決的。 因此就出現了車用變速箱和主減速器。它們的共 同努力使驅動輪的扭矩增大到發(fā)動機扭矩的若干 倍，同時又可使其轉速減小到發(fā)動機轉速的幾分

2、之一。另外，現代汽車的使用條件極為復雜，在不 同場合下有不同的要求。往往要受到如載運量、 道路坡度、路面好壞及交通是否通暢等條件的影 響。這就要求汽車的牽引力和車速能在較大范圍 內變化，以適應使用的要求。在條件良好的平直 路面上要能以高速行駛，而在路面不平和有較大 坡度時能提供較大的扭矩。變速箱的多檔位選擇 就能滿足這些需求。 此外，發(fā)動機在不同工況下， 燃油的消耗量也是不一樣的。駕駛員可以根據具 體情況，選擇變速箱的某一檔位，來減少燃油的 消耗。在某些情況下，汽車還需要能倒向行駛。 發(fā)動機本身是不可能倒轉的，只有靠變速箱的倒 檔齒輪來實現。在車輛中途暫停行駛或 變速箱是由變速傳動機構和操縱機

3、構組成。根據前進檔數的不同，變速箱有三、四、五和多 檔幾種。根據軸的不同類型，分為固定軸式和旋 轉軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、中間軸式 和多中間軸式變速箱。兩軸式和三軸式變速箱：現代汽車大多數都采用三軸式變速箱， 而發(fā)動 機前置前輪驅動的轎車， 若變速箱傳動比小， 則 常采用兩軸式變速箱。 在設計時，究竟采用哪一 種方案，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以 下四個方面：1. 結構工藝性：兩軸式變速箱輸出軸與主減速器主動齒輪做 成一體且當發(fā)動機縱置時， 主減速器可用螺旋圓 錐齒輪或準雙曲面齒輪， 而發(fā)動機橫置時用圓柱 齒輪，因而簡化了制造工藝。2. 變速箱的徑向尺寸：兩軸式變速箱的前進檔均為

4、一對齒輪副， 而三 軸式變速箱則有兩對齒輪副。因此，對于相同的 傳動比要求，三軸式變速箱的徑向尺寸可以比兩 軸式變速箱小得多。3. 變速箱齒輪的壽命：兩軸式變速箱的低檔齒輪副，大小相差懸殊， 小齒輪工作循環(huán)次數比大齒輪要高得多， 因此小 齒輪壽命比大齒輪短。三軸式變速箱的各前進 檔，均為常嚙合斜齒輪傳動，大小齒輪徑向尺寸 相差較小，因此壽命較接近。在直接檔時，齒輪 只是空轉，不影響齒輪的壽命。4. 變速箱的傳動效率：兩軸式變速箱，雖然可以有等于 1 的傳動比， 但仍要有一對齒輪進行傳動，因而有功率損失。 而三軸式變速箱，可將輸入軸和輸出軸直接相 連，得到直接檔，因而傳動效率較高，磨損小，噪聲也

5、較小。轎車，尤其是微型汽車， 采用兩軸式變速箱比 較多，而中、重型載貨汽車則多采用三軸式變速 箱。多中間軸結構：在通常的三軸式變速箱中， 發(fā)動機的轉矩由第 一軸傳至第二軸， 只經過一根中間軸。 這種變速 箱在裝上轉矩高于 1200-1300Nm 的大功率的柴 油機時，其齒輪、軸和軸承都要承受很大的載荷， 這會導致過早被損壞。所以對于一些重型汽車， 一般采用多中間軸的結構。這種變速箱具有 2-3 根中間軸， 在傳遞同樣轉矩的情況下， 變速箱齒 輪的寬度和質量可分別減少 40%和 20%，變速箱 的整體質量和軸向尺寸也減少很多。4.3.3 倒檔型式：由于倒檔使用率不高， 一般常采用直齒滑動齒 輪方

6、案換入倒檔。 為實現倒檔傳動，有些利用在 前進檔的傳動路線中， 加入一個中間傳動齒輪的 方案， 也有利用兩個聯(lián)體齒輪的方案。 前者雖然 結構簡單， 但是中間傳動齒輪的輪齒， 是在最不 利的正、負交替對稱變化的彎曲應力狀態(tài)下工作，而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應力狀 態(tài)下工作，并且使倒檔傳動比略有增加。4.3.4 齒輪型式：變速箱使用斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪。 斜 齒圓柱齒輪雖然制造時稍為復雜， 且工作時會有 軸向力，但因其使用壽命長，傳動平穩(wěn)和噪聲小 而得到廣泛使用， 直齒圓柱齒輪多用于低檔和倒 檔。4.3.5 同步器換檔型式： 目前大多數的變速箱都采用同步器換檔。 使用 同步器能保證迅速

7、、無沖擊、無噪聲換檔，而與 操作技術的熟練程度無關， 從而提高了汽車的加 速性、經濟性和行車安全性。但是它也有結構復 雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用 壽命短等缺點。4.3.6 軸承型式： 以前變速箱的支承廣泛采用滾珠軸承、 滾柱軸承和滾針軸承。 現在變速箱的設計趨勢是增大其 傳遞功率與質量之比， 并要求它有更大的容量和 更好的性能，而上述軸承型式已不能滿足對變速 箱可靠性和壽命所提出的要求， 故使用圓錐滾柱 軸承的在逐漸增多。 其主要優(yōu)點如下： 圓錐滾柱 軸承的直徑較小，寬度較大，因而容量大，可承 受高負荷； 其錐體、外圈和滾子間基本的幾何關 系使?jié)L子能正確對中， 確保軸承的可靠性

8、，使用 壽命長；圓錐滾柱軸承的接觸線長，如果錐角和 配合選擇合適， 可提高軸和齒輪的剛度， 降低齒 輪噪聲，減少自動脫檔的可能，并大幅度提高其 壽命；采用圓錐滾柱軸承的變速箱，一般將變速 箱殼體設計成沿縱向平面分開或沿中心線所在 平面分開，這樣可使裝拆和調整軸承方便。4.3.7 其它設計經驗：因為變速箱在低檔工作時作用有較大的力， 所 以一般變速箱的低檔都布置在靠近軸的后支承 處，然后按照從低檔到高檔順序布置各檔位齒 輪。這樣做既能使軸有足夠大的剛性， 又能保證 裝配容易。變速箱整體結構剛性與軸和殼體的結構有關 系。一般通過控制軸的長度即控制檔數， 來保證 變速箱有足夠的剛性。變速箱總體尺寸的確定：1 變速箱齒輪中心距的確定：變速箱齒輪的中心距是變速箱很重要的參數，A它對變速箱的整體尺寸、體積和質量有很大的影 響。通常根據經驗公式初選中心距 A（單位m）: 式中：k 中心距系數，對轎車，k=8.9 9.3, 對貨車，k=8.6 9.6；Miemax 變速箱在一檔時，第二軸輸 出的轉矩，Miemax = Memax - i1 g,單位 Nm;Memax 發(fā)動機的最大輸出轉矩，單位Nm;i1 變速箱一檔傳動比；g 變速箱傳動效率，取0.96。 此外，變速箱的中心距還要