汽車(chē)變速器設(shè)計(jì)理論與方法

1、4.3 汽車(chē)變速箱設(shè)計(jì)理論與方法現(xiàn)代汽車(chē)的動(dòng)力裝置，幾乎都采用往復(fù)活塞 式內(nèi)燃機(jī)。它具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，如體積小，質(zhì) 量輕，工作可靠，使用方便等。但其性能與汽車(chē) 的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。如在 坡道上行駛時(shí)，所需的牽引力往往是發(fā)動(dòng)機(jī)所能 提供的牽引力的數(shù)倍。而且一般發(fā)動(dòng)機(jī)如果直接 與車(chē)輪相連，其輸出轉(zhuǎn)速換算到對(duì)應(yīng)的汽車(chē)車(chē)速 上，將達(dá)到現(xiàn)代汽車(chē)極限速度的數(shù)倍。上述發(fā)動(dòng) 機(jī)牽引力、轉(zhuǎn)速與汽車(chē)牽引力、車(chē)速要求之間的 矛盾，單靠現(xiàn)代汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)本身是無(wú)法解決的。 因此就出現(xiàn)了車(chē)用變速箱和主減速器。它們的共 同努力使驅(qū)動(dòng)輪的扭矩增大到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的若干 倍，同時(shí)又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的幾分

2、之一。另外，現(xiàn)代汽車(chē)的使用條件極為復(fù)雜，在不 同場(chǎng)合下有不同的要求。往往要受到如載運(yùn)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(chē)的牽引力和車(chē)速能在較大范圍 內(nèi)變化，以適應(yīng)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(shí)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(dòng)機(jī)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(jù)具 體情況，選擇變速箱的某一檔位，來(lái)減少燃油的 消耗。在某些情況下，汽車(chē)還需要能倒向行駛。 發(fā)動(dòng)機(jī)本身是不可能倒轉(zhuǎn)的，只有靠變速箱的倒 檔齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。在車(chē)輛中途暫停行駛或 變速箱是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)

3、構(gòu)組成。根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)的不同，變速箱有三、四、五和多 檔幾種。根據(jù)軸的不同類型，分為固定軸式和旋 轉(zhuǎn)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(xiàn)代汽車(chē)大多數(shù)都采用三軸式變速箱， 而發(fā)動(dòng) 機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)， 若變速箱傳動(dòng)比小， 則 常采用兩軸式變速箱。 在設(shè)計(jì)時(shí)，究竟采用哪一 種方案，除了汽車(chē)總布置的要求外，主要考慮以 下四個(gè)方面：1. 結(jié)構(gòu)工藝性：兩軸式變速箱輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做 成一體且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)， 主減速器可用螺旋圓 錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪， 而發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)用圓柱 齒輪，因而簡(jiǎn)化了制造工藝。2. 變速箱的徑向尺寸：兩軸式變速箱的前進(jìn)檔均為

4、一對(duì)齒輪副， 而三 軸式變速箱則有兩對(duì)齒輪副。因此，對(duì)于相同的 傳動(dòng)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(shù)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(jìn) 檔，均為常嚙合斜齒輪傳動(dòng)，大小齒輪徑向尺寸 相差較小，因此壽命較接近。在直接檔時(shí)，齒輪 只是空轉(zhuǎn)，不影響齒輪的壽命。4. 變速箱的傳動(dòng)效率：兩軸式變速箱，雖然可以有等于 1 的傳動(dòng)比， 但仍要有一對(duì)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，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(dòng)效率較高，磨損小，噪聲也

5、較小。轎車(chē)，尤其是微型汽車(chē)， 采用兩軸式變速箱比 較多，而中、重型載貨汽車(chē)則多采用三軸式變速 箱。多中間軸結(jié)構(gòu)：在通常的三軸式變速箱中， 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩由第 一軸傳至第二軸， 只經(jīng)過(guò)一根中間軸。 這種變速 箱在裝上轉(zhuǎn)矩高于 1200-1300Nm 的大功率的柴 油機(jī)時(shí)，其齒輪、軸和軸承都要承受很大的載荷， 這會(huì)導(dǎo)致過(guò)早被損壞。所以對(duì)于一些重型汽車(chē)， 一般采用多中間軸的結(jié)構(gòu)。這種變速箱具有 2-3 根中間軸， 在傳遞同樣轉(zhuǎn)矩的情況下， 變速箱齒 輪的寬度和質(zhì)量可分別減少 40%和 20%，變速箱 的整體質(zhì)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(dòng)齒 輪方

6、案換入倒檔。 為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，有些利用在 前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中， 加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的 方案， 也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪的方案。 前者雖然 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 但是中間傳動(dòng)齒輪的輪齒， 是在最不 利的正、負(fù)交替對(duì)稱變化的彎曲應(yīng)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(yīng)力狀 態(tài)下工作，并且使倒檔傳動(dòng)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(shí)稍為復(fù)雜， 且工作時(shí)會(huì)有 軸向力，但因其使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)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(shù)的變速箱都采用同步器換檔。 使用 同步器能保證迅速

7、、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲換檔，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、經(jīng)濟(jì)性和行車(chē)安全性。但是它也有結(jié)構(gòu)復(fù) 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(diǎn)。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(xiàn)在變速箱的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是增大其 傳遞功率與質(zhì)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(duì)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(diǎn)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(fù)荷； 其錐體、外圈和滾子間基本的幾何關(guān) 系使?jié)L子能正確對(duì)中， 確保軸承的可靠性

8、，使用 壽命長(zhǎng)；圓錐滾柱軸承的接觸線長(zhǎng)，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(dòng)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(shè)計(jì)成沿縱向平面分開(kāi)或沿中心線所在 平面分開(kāi)，這樣可使裝拆和調(diào)整軸承方便。4.3.7 其它設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：因?yàn)樽兯傧湓诘蜋n工作時(shí)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(jié)構(gòu)剛性與軸和殼體的結(jié)構(gòu)有關(guān) 系。一般通過(guò)控制軸的長(zhǎng)度即控制檔數(shù)， 來(lái)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(shù)，A它對(duì)變速箱的整體尺寸、體積和質(zhì)量有很大的影 響。通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選中心距 A（單位m）: 式中：k 中心距系數(shù)，對(duì)轎車(chē)，k=8.9 9.3, 對(duì)貨車(chē)，k=8.6 9.6；Miemax 變速箱在一檔時(shí)，第二軸輸 出的轉(zhuǎn)矩，Miemax = Memax - i1 g,單位 Nm;Memax 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，單位Nm;i1 變速箱一檔傳動(dòng)比；g 變速箱傳動(dòng)效率，取0.96。 此外，變速箱的中心距還要