變速器傳動機構(gòu)布置方案

第二節(jié)變速器傳動機構(gòu)布置方案機械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，制造成本低和工作可靠等優(yōu)點，在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。_?傳動機構(gòu)布置方案分析變速器傳動機構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進擋數(shù)的不同，有三，四，五和多擋變速器。根據(jù)軸的形式不同，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式（常配合行星齒輪傳動）兩類。固定軸式又分為兩軸式，中間軸式，雙中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機械式變速器。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結(jié)構(gòu)簡單，輪廓尺寸小，布置方便，中間擋位傳動效率高和噪聲低等優(yōu)點。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋,所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增人，且易損壞。此外，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設(shè)計得很人。圖3-1示出用在發(fā)動機前置前輪驅(qū)動轎車的兩軸式變速器傳動方案。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪，發(fā)動機橫置時則采用圓柱齒輪：多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他擋位均用常嚙合齒輪傳動。圖3-1F中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換擋；同步器多數(shù)裝在輸出軸上，這是因為一擋主動齒輪尺寸小，同步器裝在輸入軸上有困難，而高檔同步器可以裝在輸入軸的后端，見圖3-1D,E：圖3-1D所示方案的變速器有輔助支承,用來提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲。圖3-1F所示方案為五擋全同步器式變速器，以此為基礎(chǔ)，只要將五擋齒輪用尺寸相當(dāng)?shù)母籼滋娲纯筛淖優(yōu)樗膿踝兯倨?，從而形成一個系列產(chǎn)品。b),【一就Le)3-L兩軸式變速閹僭圖3-2,圖3-3,圖34分別示出了幾種中間軸式四，五，六擋變速器傳動方案。它們的共同特點是:變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接得到直接扌當(dāng)。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器的傳動效率高，可達90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因為直接擋的利用率高于其它扌當(dāng)位，因而提高了變速器的使用壽命;在其它前進擋位工作時，變速器傳遞的動力需要經(jīng)過設(shè)置在第一軸，中河軸和第二軸上的兩對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離（中心距）不大的條件卞，一擋仍然有較人的傳動比：擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，扌當(dāng)位低的齒輪（一擋）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動：多數(shù)傳動方案中除一擋以外的其他擋位的換擋機構(gòu)，均采用同步器或嚙合套換擋，少數(shù)結(jié)構(gòu)的一擋也采用同步器或嚙合套換扌當(dāng)，還有各擋同步器或嚙合套多數(shù)情況下裝在第二軸上。再除直接擋以外的其他擋位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。在擋數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換擋方式和到檔傳動方案上有差別。團3-2巾間軸式四片變麹如圖3-2中的中間軸式四擋變速器傳動方案示例的區(qū)別：圖3-2A,B所示方案有四對常嚙合齒輪，倒擋用直齒滑動齒輪換擋；圖3-2C所示傳動方案的二，三，四擋用常嚙合齒輪傳動，而一，倒擋用直齒滑動齒輪換擋。圖3-3A所示方案，除一，倒擋用直齒滑動齒輪換擋外，其余各扌當(dāng)為常嚙合齒輪傳動。圖3-3B,C,D所示方案的各前進擋，均用常嚙合齒輪傳動；圖3-3D所示方案中的倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除町以提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速擋的條件下，很容易形成一個只有四個前進擋的變速器。圖3NA所示方案中的一擋，倒扌當(dāng)和圖3-4B所示方案中的倒扌當(dāng)用直齒滑動齒輪換擋，其余各擋均用常嚙合齒輪。

a}b)c)圖3-3中間軸式五井變速器傳功方案a}b)c)圖3-3中間軸式五井變速器傳功方案a)b)S3-4中間軸式六擋憲速識傳動方秦以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋。發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的轎車采用中河軸式變速器，為縮短傳動軸長度，可將變速器后端加長，如圖3-2A,B所示。伸長后的第二軸有時裝在三個支承上，其最后一個支承位于加長的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒擋傳動齒輪和換擋機構(gòu)，還能減少變速器主體部分的外形尺寸。變速器用圖3-3C所示的多支承結(jié)構(gòu)方案，能提高軸的剛度。這時，如用在軸平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。圖3-3C所示方案的高擋從動齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時一擋和倒擋齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里，而中間擋的同步器布置在中間軸上是這個方案的特點。與前進扌當(dāng)位比較，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(xiàn)換倒擋，故多數(shù)方案采用直齒滑動齒輪方式換倒擋。為實現(xiàn)倒擋傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案，見圖3-1A,E,C和圖3-2A,E等；也有利用兩個聯(lián)體齒輪方案的，見圖3-2C和圖3-3A,B等。前者雖然結(jié)構(gòu)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(yīng)力狀態(tài)卞工作，而后者是在較為有利的單向循壞彎曲應(yīng)力狀態(tài)卞工作，并使倒擋傳動比略有增加。圖3-5為常見的倒擋布置方案。圖3-5B所示方案的優(yōu)點是換倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換擋困難。圖3-5C所示方案能獲得較人的倒擋傳動比，缺點是換擋程序不合理。圖3-5D所示方案針對前者的缺點做了修改，因而取代了圖3-5C所示方案。圖3-5E所示方案是將中間軸上的一，倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖3-5F所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖3-5G所示方案。其缺點是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復(fù)雜一些。因為變速器在一擋和倒擋工作時有較犬的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低檔與倒擋，都應(yīng)當(dāng)布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低檔到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠人的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因為使用倒擋的時間非常短，從這點出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處，如圖3-2E,圖3-3B?圖3-4A等所示，然后再布置倒擋。此時在倒擋工作時，齒輪磨損與噪聲在短時間內(nèi)略有増加，與此同時在一擋工作時齒輪的磨損與噪聲冇所減少。倒擋設(shè)置在變速器的左側(cè)或右側(cè)在結(jié)構(gòu)上均能實現(xiàn),不同之處是掛倒擋時駕駛員移動變速桿的方向改變了。為防止意外掛入倒擋，一般在掛倒擋時設(shè)有一個掛倒擋時需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來提醒駕駛員注意。從這一點來考慮，圖3-6A,B的換擋方案比圖3-6C更合理。圖3-6C所示方案在掛一擋時也需克服用來防止誤掛倒擋所產(chǎn)生的力，這對換擋技術(shù)不熟練的駕駛員是不利的。除此以外，倒擋的中間齒輪位于變速器的左側(cè)或右側(cè)對倒擋軸的受力狀況有影響，見圖3-7。經(jīng)常使用的擋位，其齒輪因接觸應(yīng)力過高而造成表面電蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的支承中部區(qū)域較為合理，在該區(qū)因軸的變形而引起的齒輪偏轉(zhuǎn)角較小，齒輪保持較好的嚙合狀態(tài)，偏載減少能提高齒輪壽命。某些汽車變速器有僅在好路或空車行駛時才使用的超速擋。使用傳動比小于1（為0.7?0.8）的超速擋，能夠充分地利用發(fā)動機功率，使汽車行駛1KM所需發(fā)動機曲軸的總轉(zhuǎn)速降低，因而有助于減少發(fā)動機磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較，使用超速擋會使傳動效率降低，噪聲增大。機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案冇關(guān)，包括傳遞動力時處于工作狀態(tài)的齒

輪對數(shù)，每分鐘轉(zhuǎn)速，傳遞的功率，潤滑系統(tǒng)的有效性，齒輪和殼體等零件的制造精度等。圖3-8為發(fā)動機縱置時兩軸式變速器結(jié)構(gòu)圖。其特點是高擋同步器布置在輸入軸上，而低檔同步器北部制在輸出軸上。為提高軸的剛度，增加了中間支承。圖3R發(fā)動機紙盟時図圖5-5為發(fā)動機橫置時兩軸式四擋變速器的結(jié)構(gòu)圖。圖中輸入軸上的全部齒輪與軸制成一體。因主減速器齒輪為斜齒圓柱齒輪，變速器殼體與主減速器殼體連為一體并相通，可用同一種潤滑油來潤滑齒輪。二?零，部件結(jié)構(gòu)方案分析1?齒輪形式與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長，工作時噪聲低等優(yōu)點；缺點是制造時稍復(fù)雜，工作時有軸向力。變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動慣量增人。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。換擋機構(gòu)形式變速器換擋機構(gòu)有直齒滑動齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。汽車行駛時各擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動直齒齒輪的方式換擋，會在輪齒端面產(chǎn)生沖擊，并伴隨有噪聲。這使齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時使駕駛員精神緊張，而換擋產(chǎn)生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術(shù)（如兩腳離合器），時齒輪換擋時無沖擊，才能克服上述缺點。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會影響行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結(jié)構(gòu)簡單，但除一擋，倒擋外已很少使用。由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)，所以可用移動嚙合套換擋。這時,因同時承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多。而輪齒又不參與換擋，它們都不會過早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍要求駕駛員有熟練的操作技術(shù)。此外，因增設(shè)了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉(zhuǎn)部分的總慣性矩増人。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應(yīng)用。這是因為重型貨車擋位間的公比較小，則換擋機構(gòu)連件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋,并且還能降低制造成本及減小變速器長度。使用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程小。在滑動齒輪特別寬的情況下，這種差別就更為明顯。為了操縱方便，換入不同擋位的變速桿行程要求盡可能一樣。自動脫檔是變速器的主要故障之一。為解決這個問題，除工藝上采取措施外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施比較有效的方案有以卜?幾種:a39防片白前脫擋的結(jié)構(gòu)揩施1國a39防片白前脫擋的結(jié)構(gòu)揩施1國J10防止自功脫命結(jié)構(gòu)措施n1）將兩接合齒的嚙合位置錯開，見圖3-9o這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒約1~3MM。使用中接觸部分?jǐn)D壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，用來阻止接合齒自動脫檔。2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?.3?0.6mm）,這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫檔，見圖3-10。3）將接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2°~3°）,使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力，見圖3-llo這種方案比較有效，應(yīng)用較多。變速器軸承變速器軸承常釆用圓柱滾子軸承，球軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，滑動軸套等。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點不同而不同。汽車變速器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，采用尺寸大些的軸承結(jié)構(gòu)受限制，常在布置上有困難。如變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內(nèi)腔中，內(nèi)腔尺寸足夠時可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。變速器第一軸前端支承在飛輪的內(nèi)腔里，因有足夠犬的空間長采用球軸承來承受向力。作用在第一軸常嚙合齒輪上的軸向力，經(jīng)第一軸后部軸承傳給變速器殼體，此處常用軸承外圈有擋圈的球軸承。第二軸后端常采用球軸承，以軸向力和徑向力。中間軸上齒輪工作時產(chǎn)生的軸向力，原則上由前或后軸承來承受都可以：但當(dāng)在殼體前端面布置軸承蓋有困難的時候，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力。變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑小，寬度較寬因而容量人，可承受高負荷等優(yōu)點,但也有需要調(diào)整預(yù)緊，裝配麻煩，磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點，所以不適用于線膨脹系數(shù)較人