0第 2 章 變速器的方案論證2.1 變速器類型選擇及傳動方案設(shè)計變速器的種類很多，按其傳動比變化方式不同可以分為有級式、無級式和綜合式三種。有級式變速器根據(jù)前進擋數(shù)的不同，可以分為三、四、五擋和多擋變速器；而按其軸中心線的位置又分為固定軸線式、螺旋軸線（行星齒輪）式和綜合式。其中，固定式變速器應(yīng)用較廣泛，又可分為兩軸式，三軸式和多軸式變速器?，F(xiàn)代汽車大多都采用三軸式變速器。對發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的轎車，如變速器傳動比小，則常采用兩軸式變速器。以下是兩軸式和三軸式變速器的傳動方案。要采用哪一種方案，除了汽車總布置的要求外，主要考慮以下四個方面：2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性兩軸式變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，當發(fā)動機縱置時，主減速器可用螺旋圓錐齒輪或雙曲面齒輪，而發(fā)動機橫置時用圓柱齒輪，因而簡化了制造工藝。2.1.2 變速器的徑向尺寸兩軸式變速器的前進擋均為一對齒輪副，而三軸式變速器則有兩對齒輪副。因此，對于相同的傳動比要求，三軸式變速器的徑向尺寸可以比兩軸式變速器小得多。圖 2-1 二軸式變速器示意圖 圖 2-2 三軸式變速器示意圖2.1.3 變速器齒輪的壽命兩軸式變速器的低擋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，小齒輪工作壽命比大齒輪要短。三軸式變速器的各前進擋均為常嚙合齒輪傳動，大小齒輪的徑向尺寸相差較小，因此壽命比較接近。在直接擋時，齒輪只是空轉(zhuǎn)，不影響齒輪壽命。12.1.4 變速器的傳動效率兩軸式變速器，雖然可以有等于 1 的傳動比，但是仍要有一對齒輪傳動，因而有功率損失。而三軸式變速器，可以將輸入軸和輸出軸直接相連，得到直接擋，因而傳動效率高，磨損小，噪聲也較小。 轎車，尤其是微型汽車，采用兩軸式變速器比較多，這樣可將變速器和主傳動器組成一個整體，使傳動系的結(jié)構(gòu)緊湊，汽車得到較大的有效空間，便于汽車的總體布置。因此，近年來在歐洲的轎車中采用得比較多。而中、重型載貨汽車則多采用三軸式變速器。這次設(shè)計的變速器是中型貨車使用，所以采用三軸式變速器。2.2 變速器傳動機構(gòu)的分析根據(jù)第一節(jié)所述，采用中間軸式變速器，在各擋數(shù)相同的條件下，各變速器的差別主要在常嚙合齒輪對數(shù)，換擋方案和倒擋傳動方案。2.2.1 換擋結(jié)構(gòu)形式的選擇目前，汽車上的機械式變速器的換擋結(jié)構(gòu)形式有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋三種。1）滑動齒輪換擋通常是采用滑動直齒輪換擋，但也有采用滑動斜齒輪換擋的?；瑒又饼X輪換擋的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、容易制造。缺點是換擋時齒端面承受很大的沖擊會導致齒輪過早損壞，并且直齒輪工作噪聲大，所以這種換擋方式一般僅用在一擋和倒擋上。2）嚙合套換擋用嚙合套換擋，可以將結(jié)構(gòu)為某傳動比的一對齒輪，制造成常嚙合的斜齒輪。用嚙合套換擋，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，因此它們都不會過早損壞，但是不能消除換擋沖擊，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，使變速器的軸向尺寸和旋轉(zhuǎn)部分的總慣量增大。因此，這種換擋方法目前只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上使用。這是因為重型貨車擋位間的公比較小，要求換擋手感強，而且在這種車型上又不宜使用同步器（壽命太短，維修不便） 。3）同步器換擋現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器換擋。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換擋，與操作技術(shù)熟練程度無關(guān)，從而提高了汽車的加速性、經(jīng)濟性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法相比，雖然它有結(jié)構(gòu)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，但仍然得到廣泛應(yīng)用。近年來，由于同步器廣泛使用，壽命問題已得到基本解決。上述三種換擋方案，可同時用在同一變速器中的不同擋位上，一般倒擋和一擋采用結(jié)構(gòu)較簡單的滑動直齒輪或嚙合套的形式，對于常用的高擋位則采用同步器或嚙合套。本次設(shè)計方案四個前進擋和倒檔采用全同步器換擋。2.2.2 倒擋的形式及布置方案倒擋使用率不高，常采用直齒滑動齒輪方案換入倒擋。為實現(xiàn)傳動有些利2用在前進擋的傳動路線中，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。圖 2-3常見的倒擋結(jié)構(gòu)方案有以下幾種：方案 1.（如圖 2-3a 示）在前進擋的傳動路線中，加入一個傳動，使結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪處于正負交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。此方案廣泛用于轎車和輕型貨車的四擋全同步器式變速器中。方案 2.（如圖 2-3b 所示）此方案的優(yōu)點是可以利用中間軸上一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度，但換擋時兩對齒輪必須同時嚙合，致使換擋困難。某些輕型貨車四擋變速器采用此方案。方案 3.（如圖 2-3c 所示）此方案能獲得較大的倒擋傳動比，突出的缺點是換擋程序不合理。方案 4.（如圖 2-3d 所示）此方案針對前者的缺點作了修改，因而經(jīng)常在貨車變速器中使用。方案 5.（如圖 2-3e 所示）此方案中，將中間軸上一擋和倒擋齒輪做成一體其齒體、寬加大，因而縮短了一些長度。方案 6.（如圖 2-3f 所示）此方案中，采用了全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋方便。方案 7.（如圖 2-3g 所示）為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有些貨車采用此方案，其缺點是一擋和倒擋得各用一根變速器撥叉軸，使變速器上蓋中的操縱機構(gòu)復雜一些，一般 3、4、5、6、7 這五種方案用于五擋變速器。綜合考慮，本次設(shè)計采用一擋和倒擋共用一個同步器換擋。32.3 變速器操縱機構(gòu)方案分析2.3.1 變速器操縱機構(gòu)的功用變速器操縱機構(gòu)的功用是保證各擋齒輪、嚙合套或同步器移動規(guī)定的距離，以獲得要求的擋位，而且又不允許同時掛入兩個擋位。2.3.2 設(shè)計變速器操縱機構(gòu)時，應(yīng)該滿足的基本要求：1. 要有鎖止裝置，包括自鎖、互鎖和倒擋鎖；2. 要使換擋動作輕便、省力，以減輕駕駛員的疲勞強度；3. 應(yīng)使駕駛員得到必要的手感。2.3.3 換擋位置設(shè)計操縱機構(gòu)首先要確定換擋位置。換擋位置的確定主要從換擋方便考慮。為此應(yīng)該注意以下三點：1. 按換擋次序來排列 ；2. 將常用擋位放在中間位置，其它擋位放在兩邊；3. 為了避免誤掛倒擋，往往將倒擋安排在最靠邊的位置，有時于 1 擋組成一排。2.4 齒輪形式的分析確定斜齒圓柱齒輪雖然工作時有軸向力且加工復雜些，但仍以其運轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低壽命長的突出優(yōu)點得到變速器的普遍采用。本次設(shè)計一檔，倒擋采用直齒輪，其它各擋均采用斜齒輪。2.5 齒輪副安排的分析確定各齒輪副的相對安排位置，對于整個變速器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響。各擋位置的安排，應(yīng)考慮以下四個方面的要求：2.5.1 整車總布置根據(jù)整車的總布置，對變速器輸入軸與輸出軸的相對位置和變速器的輪廓形狀以及換擋機構(gòu)提出要求。比如說是該車是采用發(fā)動機前置前驅(qū)動還是發(fā)動機前置后驅(qū)動等等，這些問題都牽連著變速器的設(shè)計方案。2.5.2 駕駛員的使用習慣人們習慣于按擋的高低順序，由左到右或由右到左排列來換擋，如下圖 b和 c。值得注意的是倒擋，雖然它是平常換擋序列之外的一個特殊擋位，然而卻是決定序列組合方案的重要環(huán)節(jié)。例如在四擋變速器中采用的基本序列組合方案有三種，見圖 2.2。其中 b 和 c 是倒擋與序列不結(jié)合的方案，即掛擋時，需先換位再掛倒擋。倒擋與序列結(jié)合與不結(jié)合兩者比較，前者在結(jié)構(gòu)上可省去一個撥叉和一根變速滑桿，后者如布置適當，則可使變速器的軸向長度縮短。按習慣，倒擋最好與序列不結(jié)合。否則，從安全考慮，將倒擋與一擋放在一起較好。4圖 2-4根據(jù)以上的要求，本次設(shè)計的擋位布置方案如圖 2.5 所示：圖 2.52.5.3 提高平均傳動效率為提高平均傳動效率，在三軸式變速器中，普遍采用具有直接擋的傳動方案，并盡可能地將使用時間最多的擋位實際成直接擋。2.5.4 改善齒輪受載狀況各擋齒輪在變速器中的位置安排，應(yīng)考慮齒輪的受載狀況。承受載荷大的低擋齒輪，一般安置在離軸承較近的地方，以減小軸的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過多。變速器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過高而造成表面點蝕損壞，因此將高擋齒輪安排在離兩支承較遠處較好。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。本次設(shè)計傳動方案如圖 2.6 所示5傳動路線：Ⅰ擋：一軸→1→2→中間軸→10→9→9 和 11 間的同步器→二軸→輸出Ⅱ擋：一軸→1→2→中間軸→8→7→5 和 7 間的同步器→二軸→輸出Ⅲ擋：一軸→1→2→中間軸→6→5→5 和 7 間的同步器→二軸→輸出Ⅳ擋：一軸→1→2→中間軸→4→3→1 和 3 間的同步器→二軸→輸出Ⅴ擋：一軸→1 和 3 間的同步器→二軸→輸出R 擋：一軸→1→2→中間軸→12→14→13→11→9 和 11 間的同步器→二軸→輸出圖 2.6(注：第一軸后端為齒輪 1，第二軸從左往右依次為齒輪 3、5、7、9、11，中間軸從左往右依次為齒輪 2、4、6、8、10、12，倒擋軸上位齒輪 13,14)