汽車設(shè)計(jì) 全系列傳動(dòng)

汽車設(shè)計(jì) 全系列傳動(dòng),汽車設(shè)計(jì),全系列傳動(dòng),汽車,設(shè)計(jì),系列,傳動(dòng) 機(jī)械CAD收集整理: 汽車技朮聯(lián)盟：johns_01 E-mail:johns_01@ 本資料來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供參考使用，有涉及版權(quán)請(qǐng)來(lái)信告知?jiǎng)h除處理! 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 機(jī)械式變速器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在不同形 式的汽車上得到 廣泛應(yīng)用。 一. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進(jìn)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(dòng)）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(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，中間軸式變速器 多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。旋轉(zhuǎn) 軸式主要用于液力機(jī)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(jiǎn)單，輪廓 尺寸小，布置方便，中間擋位傳動(dòng)效率高和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接擋， 所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，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(jì)得很大。 圖 3-1 示出用在發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車的兩軸式變速器傳動(dòng)方案。其特點(diǎn)是：變速器 輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，主減速器采用弧齒錐齒輪或雙曲面齒 輪，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)則采用圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動(dòng)常用滑動(dòng)齒輪，其他擋位均用常嚙 合齒輪傳動(dòng)。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?yàn)橐粨踔鲃?dòng)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(lái)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?，即可改變?yōu)樗膿踝兯倨?，從而形成一個(gè)系列產(chǎn)品。 圖 3-2，圖 3-3，圖 3-4 分別示出了幾種中間軸式四，五，六擋變速器傳動(dòng)方案。它們的 共同特點(diǎn)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擋。 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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器第一軸和第二軸 直接輸出，此時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高，可達(dá) 90%以上，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。 因?yàn)橹苯訐醯睦寐矢哂谄渌鼡跷?，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進(jìn)擋位工作時(shí)， 變速器傳遞的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)設(shè)置在第一軸，中間軸和第二軸上的兩對(duì)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）不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動(dòng)比；擋位高 的齒輪采用常嚙合齒輪傳動(dòng)，擋位低的齒輪（一擋）可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動(dòng)；多 數(shù)傳動(dòng)方案中除一擋以外的其他擋位的換擋機(jī)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擋，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(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。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(duì)數(shù)，換擋方式和到檔傳動(dòng)方案上 有差別。 如圖 3-2 中的中間軸式四擋變速器傳動(dòng)方案示例的區(qū)別：圖 3-2A，B 所示方案有四對(duì) 常嚙合齒輪，倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋；圖 3-2C 所示傳動(dòng)方案的二，三，四擋用常嚙合齒 輪傳動(dòng)，而一，倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋。 圖 3-3A 所示方案，除一，倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋外，其余各擋為常嚙合齒輪傳動(dòng)。 圖 3-3B，C ，D 所示方案的各前進(jìn)擋，均用常嚙合齒輪傳動(dòng)；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)，這樣布置除可以提高軸的剛度，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(gè)只有四個(gè)前進(jìn)擋的變速 器。圖 3-4A 所示方案中的一擋，倒擋和圖 3-4B 所示方案中的倒擋用直齒滑動(dòng)齒輪換擋， 其余各擋均用常嚙合齒輪。 以上各種方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動(dòng)的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來(lái) 實(shí)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(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，可將變速器后端 加長(zhǎng)，如圖 3-2A，B 所示。伸長(zhǎng)后的第二軸有時(shí)裝在三個(gè)支承上，其最后一個(gè)支承位于加 長(zhǎng)的附加殼體上。如果在附加殼體內(nèi)，布置倒擋傳動(dòng)齒輪和換擋機(jī)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(shí)，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(wèn)題。圖 3-3C 所示方案的高擋 從動(dòng)齒輪處于懸臂狀態(tài)，同時(shí)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(gè)方案的特點(diǎn)。 與前進(jìn)擋位比較，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒擋，故多數(shù)方案采 用直齒滑動(dòng)齒輪方式換倒擋。為實(shí)現(xiàn)倒擋傳動(dòng)，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳 動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，見圖 3-1A，B ，C 和圖 3-2A，B 等；也有利用 兩個(gè)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(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，并使倒擋傳動(dòng)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(diǎn)是換倒擋時(shí)利用了中間軸上的 一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長(zhǎng)度。但換擋時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合，使換擋困難。圖 3-5C 所示方案能獲得較大的倒擋傳動(dòng)比，缺點(diǎn)是換擋程序不合理。圖 3-5D 所示方案針對(duì)前 者的缺點(diǎn)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(zhǎng)。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(zhǎng)度，有的貨車倒擋傳動(dòng)采用圖 3-5G 所 示方案。其缺點(diǎn)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(jī)構(gòu)復(fù)雜一 些。 因?yàn)樽兯倨髟谝粨鹾偷箵豕ぷ鲿r(shí)有較大的力，所以無(wú)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大的剛性，又能 保證容易裝配。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從 這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處，如圖 3-2B，圖 3-3B，圖 3-4A 等所示， 然后再布置倒擋。此時(shí)在倒擋工作時(shí)，齒輪磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，與此同時(shí)在一 擋工作時(shí)齒輪的磨損與噪聲有所減少。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(shí)現(xiàn)， 不同之處是掛倒擋時(shí)駕駛員移動(dòng)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(shí)設(shè)有一個(gè)掛倒擋時(shí)需克服彈簧所產(chǎn)生的力，用來(lái)提醒駕駛員注意。從這一點(diǎn)來(lái)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(shí)也需克服用來(lái)防止誤掛 倒擋所產(chǎn)生的力，這對(duì)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(duì)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(guò)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(shí)才使用的超速擋。使用傳動(dòng)比小于 1（為 0.7~0.8）的超速擋，能夠充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，使汽車行駛 1KM 所需發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的總轉(zhuǎn) 速降低，因而有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較，使用超速擋會(huì)使 傳動(dòng)效率降低，噪聲增大。 機(jī)械式變速器的傳動(dòng)效率與所選用的傳動(dòng)方案有關(guān)，包括傳遞動(dòng)力時(shí)處于工作狀態(tài)的齒 輪對(duì)數(shù)，每分鐘轉(zhuǎn)速，傳遞的功率，潤(rùn)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(dòng)機(jī)縱置時(shí)兩軸式變速器結(jié)構(gòu)圖。其特點(diǎn)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 5-5 為發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)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(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)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(zhǎng)，工作時(shí)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造 時(shí)稍復(fù)雜，工作時(shí)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(huì)使常 嚙合齒輪數(shù)增加，并導(dǎo)致變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低檔和倒擋。 2.換擋機(jī)構(gòu)形式 變速器換擋機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。汽車行駛時(shí)各擋齒輪 有不同的角速度，因此用軸向滑動(dòng)直齒齒輪的方式換擋，會(huì)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(guò)早損壞，同時(shí)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(shí)齒輪換擋時(shí)無(wú)沖擊， 才能克服上述缺點(diǎn)。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會(huì)影響行駛安全性。因此，盡管這種 換擋方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)嚙合套換擋。這時(shí)， 因同時(shí)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(huì)過(guò)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)部分的總慣性矩增大。 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?yàn)?重型貨車擋位間的公比較小，則換擋機(jī)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(zhǎng)度。 使用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動(dòng)齒輪換擋行程小。在滑動(dòng)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(dòng)脫檔是變速器的主要故障之一。為解決這個(gè)問(wèn)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下幾種： 1）將兩接合齒的嚙合位置錯(cuò)開，見圖 3-9。這樣在嚙合時(shí)，使接合齒端部超過(guò)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(lái)阻止接合齒 自動(dòng)脫檔。 2）將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切?。ㄇ邢?0.3~0.6mm），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(dòng)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(dòng)脫檔的軸向力，見圖 3-11。這種方案比較有效，應(yīng)用較多。 3.變速器軸承 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承，球軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，滑動(dòng)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(diǎn)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(shí)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，因有足夠大的 空間長(zhǎng)采用球軸承來(lái)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(shí)產(chǎn)生的軸向力，原則上由前或后軸承來(lái)承受都可以；但當(dāng)在殼 體前端面布置軸承蓋有困難的時(shí)候，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來(lái) 承受徑向力。 變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑小，寬度較寬因而容量大，可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)， 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(diǎn)，所以不適用 于線膨脹系數(shù)較大的鋁合金殼體。 變速器第一軸，第二軸的后部軸承以及中間軸前，后軸承，按直徑系列一般選用中系列 球軸承或圓柱滾子軸承。軸承的直徑根據(jù)變速器中心距確定，并要保證殼體后壁兩軸承孔之 間的距離不小于 6~20mm，下限適用于輕型車和轎車。 滾針軸承，滑動(dòng)軸套主要用在齒輪與軸不是固定連接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方。滾針 軸承有滾動(dòng)摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，徑向配合間隙小，定位及運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，有利于齒輪嚙 合等優(yōu)點(diǎn)。滑動(dòng)軸套的徑向配合間隙大，易磨損，間隙增大后影響齒輪的定位和運(yùn)轉(zhuǎn)精度并 使工作噪聲增加?；瑒?dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易，成本低。