微型汽車手動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)原理與型式分析

［摘 要］ 自從汽車采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力裝置開始，變速器就成為汽車重要的組成部分，現(xiàn)代汽車上廣泛采用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，故其性能與汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾，這對(duì)矛盾依靠?jī)?nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。因此，在汽車傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器和主減速器，以達(dá)到減速增矩的目的。

［關(guān)鍵詞］ 手動(dòng)變速器； 結(jié)構(gòu)原理； 主要模式； 分析

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2011 . 24. 071

［中圖分類號(hào)］ U466.212+.3；F273.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1673 - 0194（2011）24- 0122- 02

1 前 言

目前，國(guó)內(nèi)變速器主要采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力。齒輪是手動(dòng)變速器的主要傳動(dòng)部件，由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)、工作可靠和維修方便等特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞等方面得到了非常普遍的應(yīng)用，并且有關(guān)齒輪的設(shè)計(jì)方法也已經(jīng)有了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。然而隨著對(duì)汽車節(jié)能環(huán)保和輕量化要求的提高，希望變速器在尺寸和質(zhì)量盡量小的情況下，仍能夠可靠地進(jìn)行高速、重載的傳遞，同時(shí)具有更小的噪聲，這些都對(duì)變速器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。但是傳統(tǒng)的齒輪設(shè)計(jì)方法偏于安全，變速器內(nèi)的部件，無論是齒輪還是軸等都顯得過于笨重，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前變速器輕量化的發(fā)展需要，因此對(duì)手動(dòng)變速器進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)既具有足夠的可靠性，又具有最佳的使用性能，是值得進(jìn)一步研究的課題。

2 手動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)該微型汽車所配發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，其最大功率為５８．８ｋW ／６ ０００ｒｐｍ，最大轉(zhuǎn)矩１０８Ｎｍ／４ ４００ｒｐｍ，且希望其在高速時(shí)更充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低燃油消耗，故采用包含一個(gè)超速擋的五擋三軸式變速器，且為同步器換擋。考慮到在普通結(jié)構(gòu)的變速器中，同步器所受的轉(zhuǎn)矩一般約為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的 ２～２．５倍，為了使同步器所受的轉(zhuǎn)矩接近發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而減小輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，縮短換擋時(shí)間，故本手動(dòng)變速器采用常嚙齒輪副處于變速器后端的新型結(jié)構(gòu)。

圖１為所設(shè)計(jì)的該微型車手動(dòng)變速器的簡(jiǎn)圖。常嚙合齒輪位于變速器的后端（最右端），即中間軸和輸出軸上，其他各擋齒輪從左至右依次是一擋、倒擋、二擋、五擋和三擋齒輪。四擋為直接擋，同時(shí)與一、二、三、五擋均采用同步器換擋，倒擋齒輪直接通過與五擋同步器連接的撥叉進(jìn)行換擋，并且一、二擋位同步器位于中間軸上，三、四擋位及五擋同步器位于輸入軸上。輸入軸前軸承、中間軸前、后軸承以及輸出軸前軸承與變速器殼體支承，輸入軸與輸出軸之間也采用軸承連接。

3 手動(dòng)變速器主要零件的型式選擇

3.１ 齒輪型式

手動(dòng)變速器采用的傳動(dòng)齒輪主要分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。相對(duì)于直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪雖然在加工制造上較為復(fù)雜且工作時(shí)有軸向力，但仍以其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低及壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于變速器上。由于該變速器用于微型汽車上，因此傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)要求滿足高速大轉(zhuǎn)矩、低噪聲、傳動(dòng)平穩(wěn)、耐沖擊以及疲勞強(qiáng)度高的特點(diǎn)，因此五對(duì)前進(jìn)擋齒輪副全部選擇漸開線斜齒圓柱齒輪，僅倒擋齒輪副選用直齒圓柱齒輪。在高速擋時(shí)，要保證變速器平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、振動(dòng)小、噪聲低，選用斜齒輪為佳，其產(chǎn)生的軸向力可由軸承和變速器殼體抵消；而對(duì)于倒擋而言，其實(shí)際運(yùn)用工況轉(zhuǎn)速低，承受的轉(zhuǎn)矩小，使用頻率也較低，故選用直齒輪即可。

3.２ 軸的結(jié)構(gòu)與分析

變速器采用三軸式結(jié)構(gòu)，軸工作時(shí)要同時(shí)承受轉(zhuǎn)矩及彎矩的作用，其變形將影響軸上齒輪的正常嚙合，使得變速器不僅會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，也會(huì)降低軸及其裝配零件的使用壽命。變速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了要保證其自身的強(qiáng)度和剛度外，軸上齒輪、同步器以及軸承的安裝與固定也是需要重點(diǎn)考慮的，同時(shí)它與加工工藝也有著非常密切的關(guān)系。

3.３ 軸承型式

手動(dòng)變速器軸上支承多采用滾動(dòng)軸承，包括向心球軸承、滾針軸承和圓錐滾子軸承等。一般情況下，軸承的選取是根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)來確定，然后驗(yàn)算其壽命。輸入軸的前軸承安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的內(nèi)腔中，本變速器將采用向心球軸承；輸入軸與輸出軸的連接處將采用滾針軸承，使兩軸的定位精度更高，有利于齒輪的嚙合和傳動(dòng)效率的提高，但對(duì)其配合處的尺寸精度、表面粗糙度以及硬度等都有較高的要求，配合需適宜。

3.４ 換擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式與分析

手動(dòng)變速器的換擋機(jī)構(gòu)包括同步器、嚙合套和直齒滑動(dòng)齒輪等3種型式。雖然同步器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高以及同步環(huán)使用壽命短等問題，但由于其能夠輕便迅速且無沖擊無噪聲地?fù)Q擋，因此對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及行駛安全性的提高均有很大的幫助，同時(shí)也可以延長(zhǎng)傳動(dòng)齒輪的壽命。故在現(xiàn)代轎車上采用的大部分都是同步器換擋，本文中微型汽車手動(dòng)變速器5個(gè)擋位的換擋機(jī)構(gòu)均采用同步器的結(jié)構(gòu)型式。

4 結(jié) 論

本文較為詳細(xì)地闡述了手動(dòng)變速器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。結(jié)合該微型汽車手動(dòng)變速器的相關(guān)要求，對(duì)所設(shè)計(jì)的變速器進(jìn)行了分析并選用了一種新的結(jié)構(gòu)型式，同時(shí)對(duì)變速器的主要零件，如齒輪、軸、軸承以及換擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了選擇和分析。

主要參考文獻(xiàn)

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