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文獻(xiàn)綜述
題 目：汽車機(jī)械式變速器的設(shè)計
前言
現(xiàn)在，每當(dāng)人們觀看F1大賽，總會被那種極速的感覺所折服。此刻，大家似乎談?wù)摰米疃嗟木褪前l(fā)動機(jī)的性能以及車手的駕駛技術(shù)。而且，不忘在自己駕車的時候體會一下極速感覺或是在買車的時候關(guān)注一下發(fā)動機(jī)的性能，這似乎成為了衡量汽車品質(zhì)優(yōu)劣的一個標(biāo)準(zhǔn)。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的，因?yàn)樗莿恿Φ木喸煺?。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。
汽車的實(shí)際使用情況非常復(fù)雜，如起步、怠速停車、低速
或高速行駛、加速、減速、爬坡和倒車等，這就要求汽車的驅(qū)動力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，而目前廣泛采用的活塞式發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小。為了適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機(jī)在有利的工況下(功率較高、油耗較低)工作，在傳動系統(tǒng)中設(shè)置了變速器。
變速器的發(fā)展史
距1894年，一個法國工程師給一輛汽車裝上世界上第一個變速器至今，汽車變速器已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展。變速器為汽車重要的組成部分，是承擔(dān)放大發(fā)動機(jī)扭矩，配合引擎功扭特性，實(shí)現(xiàn)理想動力傳遞，從而適應(yīng)各種路況實(shí)現(xiàn)汽車行駛的主要裝置。
使用最早的是手動變速器，國內(nèi)最早的東風(fēng)解放全是是手動變速器，但手動變速器也并非一成不變，早期有這樣一種說法，中國的駕駛員是世界上技術(shù)最好的（當(dāng)然21世紀(jì)中國的駕駛員又都變成了馬路殺手），技術(shù)最好一部分是由于中國早期的路況實(shí)在是太爛，另一部分就是依賴于早期的變速器，那時國內(nèi)還在實(shí)用不帶同步器的變速器，換擋要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車速度是否同步才能進(jìn)行，并且升檔和降檔要求的油離配合還不一樣。這樣的駕駛員技術(shù)當(dāng)然世界最牛了。
后來為了方便駕駛，在領(lǐng)個相鄰齒輪間裝上了同步器，依靠同步器的作用，我們換擋就不需要去判斷車速了。目前手動變速器依然在汽車界應(yīng)用非常廣泛，自動變速器是個趨勢，但手動變速器確是駕駛樂趣的極大體現(xiàn)者。
傳統(tǒng)的變速器利用不同的齒輪搭配實(shí)現(xiàn)了換擋変扭的目的，而齒輪搭配的變換就只有靠腳踩離合手拉擋桿來實(shí)現(xiàn)，這就是所謂的手動變速器。為實(shí)現(xiàn)輕松換擋，取消離合腳踏和手動掛擋的AT(AutomaticTransmission)變速器出現(xiàn)了，它主要利用液力變扭器配合傳統(tǒng)機(jī)械齒輪箱實(shí)現(xiàn)換擋功能。其實(shí)早在1948年的通用的奧茲莫比爾汽車上就已經(jīng)出現(xiàn)了如今自動變速器的雛形，不過那時的自動變速器僅僅是加了液力耦合器的手動變速器而已。
因?yàn)锳T使用得較早，所以英文定名就叫“自動變速器”。然而，AT并不等同于自動變速器。只要能實(shí)現(xiàn)自動換擋變速的便可叫自動變速器，要達(dá)到此目的其實(shí)途徑很多：除AT外，還包括了無級變速器等其它形式。但以前的命名也無法推翻，所以我們姑且這樣認(rèn)為：自動變速器（AT）包括：液力變速（AT）,電控變速（ECT）,無極變速（CVT）。
隨著城市車輛密度的加大，自動變速器已逐漸成為汽車的必備裝備，而不僅僅是豪華的標(biāo)志。因?yàn)橛辛俗詣幼兯倨?，改變車速變得輕松自如，且不必頻繁地踩踏板。如今，幾乎所有的現(xiàn)代汽車廠家都生產(chǎn)配備自動變速器的汽車，原因之一是自動變速器可以幫助發(fā)動機(jī)降低對環(huán)境的污染。自動變速器可實(shí)現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)速比，即使發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，也能保障車輛隨駕駛者的意愿正常行駛，油耗降低了，污染也就受到控制。
1908年，福特T型車最早采用一種兩個速比的自動變速器。其構(gòu)造是采用多組齒輪，并且分成中央齒輪和周邊齒輪，最外邊則是一個轉(zhuǎn)輪，隨著中央齒輪從發(fā)動機(jī)引入的扭矩不同，齒輪組相機(jī)行事，從而得到高低不一的轉(zhuǎn)速，包括倒車檔的反向旋轉(zhuǎn)。
從那以后，自動變速器的構(gòu)造原理并無大的改變，但材料技術(shù)的進(jìn)步與潤滑油性能的提高，使這種變速器的速比更為豐富。ZF公司于1999年推出了首臺6個速比的變速器，與此同時，液壓控制技術(shù)的發(fā)展，還可使駕車者通過制動踏板直接改變車速。
美國在第二次世界大戰(zhàn)之前就生產(chǎn)過一種3個速比的自動變速器，只要把變速桿推至D的位置上，便可由油門踏板隨意地改變車速。傳統(tǒng)的離合器由一個渦輪轉(zhuǎn)換器所取代。每當(dāng)制動踏板被踩下或抬起時，由一個液壓泵干預(yù)速度的變化。這套簡單的系統(tǒng)后來回增加了“Kickdown”，使性能更加完善。后來，又有人發(fā)明了渦流轉(zhuǎn)換器的鎖止機(jī)構(gòu)，消除了加速時打滑的感覺，從而大大地降低了油耗。轉(zhuǎn)輪式自動變速器存在一個缺點(diǎn)，即起步加速時令人有一種車輪打滑的感覺，于是駕車人會猛加油門，但車速又并不隨即增高。目前已有一些廠家，如日產(chǎn)和菲亞特，求助于電子裝置來設(shè)法消除這一缺點(diǎn)，日產(chǎn)Primera的6速變速器與菲亞特Punto的7速變速器便是這番努力的結(jié)果。駕車者根本無需扳動手柄，便可以輕松自如地改變車速。
雖然自動變速器不斷地演變進(jìn)步，但始終有缺點(diǎn)，即車速的反應(yīng)與踏板的動作之間總有一定的差距，駕駛中缺乏直覺的印象。1969年出現(xiàn)的電子控制系統(tǒng)及1982年出現(xiàn)的數(shù)字技術(shù)對此作了改進(jìn)。
隨著發(fā)動機(jī)燃油噴射與點(diǎn)火裝置的不斷完善，自動變速器也有新的花樣，如設(shè)置了“運(yùn)動式’或“雪地行駛”等不同的操控方式，有的在儀表盤上設(shè)有一個印有S字母的按鈕，可以在加速時變得格外迅捷；或者印有雪花圖案代表雪地行駛的按鈕，可避免在起步時打滑。更有甚者，新一代“隨機(jī)應(yīng)變式”變速器還可以順應(yīng)駕車者不同的習(xí)慣、相應(yīng)的反應(yīng)、使駕駛變得更加得心應(yīng)手。
近年，保時捷公司又發(fā)明了一種“手控／自動變速器”，憑靠一組復(fù)雜的電子裝置，可以使駕車者在自動與手動變速之間任意選擇。例如，在市內(nèi)行駛時，由于需要頻繁地變換速度，使用自動變速器便顯得非常方便；而一旦來到高速公路或其它開闊的地方，則又可將自動變速的功能關(guān)掉，轉(zhuǎn)為由手控制，以此來領(lǐng)略駕車中的多種樂趣。這一點(diǎn)已逐漸成為高檔車的特性。
將自動變速器智能化，并且普及到大眾化的汽車上，這是法國人的功勞。1997年標(biāo)致206與雷諾Clio率先采用了最先進(jìn)的電腦控制技術(shù)及被稱為“fuzzylogie”的原理，即“模糊邏輯”。這樣的汽車可以依據(jù)駕車者的性情、路面的狀況、車身的負(fù)荷乃至周邊環(huán)境等多種因素，在9種程式中挑選最適合的功能，實(shí)現(xiàn)智能化駕駛，以充分發(fā)揮車輛的性能，降低油耗，確保安全。
機(jī)械式變速器的現(xiàn)狀
手動變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各檔的變速比是個定值(也就是所謂的“級” )。比如，一檔變速比是3.85,二檔是2.55,再到五檔的0.75,這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動比，總共只有5個值(即有5級)，所以說它是有級變速器。
曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動變速器會在不久“下課”，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實(shí)有道理。但是從目前市場的需求和適用角度來看，筆者認(rèn)為手動變速器不會過早的離開。
首先，從商用車的特性上來說，手動變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例，卡車用來運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對如此高的“壓力”，除了發(fā)動機(jī)需要強(qiáng)勁的動力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時候有足夠的牽引力量將車帶動。特別是面對爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對于其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。
其次，對于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來說，他們的最愛還是手動變速器。從我國的具體情況來看，手動變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史，資歷較深的司機(jī)都是“手動”駕車的，他們對手動變速器的認(rèn)識程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動變速器以及無級變速器已非常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動，尤其是喜歡超車時手動變速帶來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動變速器。另外，現(xiàn)在在我國的汽車駕駛學(xué)校中，教練車都是手動變速器的，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)的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。
第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對于普通工薪階級的老百姓來說，經(jīng)濟(jì)型轎車最為合適，手動變速器以其自身的性價比配套于經(jīng)濟(jì)型轎車廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等國內(nèi)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車都是手動變速的車，它們的各款車型基本上都是5檔手動變速。
設(shè)計思路
汽車變速器是汽車上的重要部件,為保證汽車必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),必須合理選擇和配置變速器檔位及各檔速比。通過對變速器等比級數(shù)速比配置、偏置等比級數(shù)速比配置的理論分析,從經(jīng)濟(jì)性和加速性兩方面分析對比兩種速比配置,在總檔位數(shù)和一檔速比確定后,合理的分配變速器各檔速比。1 總檔數(shù)及壹檔傳動比的選擇，就動力性而言,檔位數(shù)多,增加了發(fā)動機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會,提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言,檔位數(shù)多,增加了發(fā)動機(jī)在低燃油消耗率區(qū)工作的能力,降低了油耗。2 變速器各檔速比的配置，1種方法是按等公比原則分配傳動比，2種方法將介紹英國馬丁博士提出的汽車變速器偏置等比級數(shù)分配方法。 變速箱的設(shè)計需要哪些參數(shù)：齒輪參數(shù)、軸參數(shù)、同步器參數(shù)的確定，并進(jìn)行防脫檔技術(shù)等設(shè)計。齒輪，1 檔數(shù)及傳動比的選擇，2 齒形參數(shù)的確定，2.1 中心距A的選擇，2.2 模數(shù)M的確定，.3壓力角2.4 螺旋角：5 齒寬b .6 變位系數(shù).7 傳動的質(zhì)量指標(biāo)計算.8 齒厚及側(cè)隙。軸，.1 軸的設(shè)計2 軸的受力分析3 軸的撓度和偏轉(zhuǎn)角計算4 軸的校核。同步器1 錐面半錐角和摩擦系數(shù).2 錐面平均直徑和錐面工作長度.3 鎖止角4 同步時間5 轉(zhuǎn)動慣量。 防脫檔和降噪1 防脫檔設(shè)計.2 降噪。
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