汽车用三轴五速变速箱的设计(编辑修改稿)

汽车用三轴五速变速箱的设计(编辑修改稿)内容摘要：

其 特点是 ：变速 箱 输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时 图 22 两轴式 变速箱传动方案主减速器采用弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时则采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其它挡位均采用常啮合齿轮传动。 图 22 两轴式变速箱 传动方案 2） 中间轴 式变速箱 中间 轴式变速 箱 多用于 FR和 RR(发动机 后置后轮驱动， rear engine rear wheel drive，简称为 RR)的 汽车和客车上。 变速箱第一轴 的前端经 轴承支承 在发动机飞轮上，第一轴的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。 15 图 23中 的中间轴式四挡变速箱传动方案示例的区别为图 23a、b 所示 方案有四对常啮合齿轮，倒挡 用 直齿 滑动 齿轮变挡。 第二轴 为三点支承， 前端支承在第一轴的末端 孔 内，轴的中部 和 后端分别支承在变速箱壳体和附加壳体上。 图23a 所示 传动方案又能达到提高中间轴和第二轴刚度的目的；图23c所示 传动 方案 的 二 、三、四挡用常啮 合齿轮传动，而一 、 倒挡用直齿 滑动 齿轮换挡，第二轴为两点支承。 图 24所示 为中间轴式五 挡 变速箱传动方案示例。 图 24a 所示方案中，除一、倒挡用直齿 滑动齿轮 换挡外，其余各挡为常啮合齿轮传动。 图 24b、 c、 d 所示 方案 的各 前进 挡 ，均用常啮合齿轮传动。 图 24d 所示 方案中的 倒挡 和超速挡 安装 在位于变速 箱 后 部 的副箱体内，这样 布置 可以提高轴的 刚度、减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以 在 不需要超速挡的条件下，很容易形成一个只有四个前进挡的变速箱。 图 25a 所示 方案中的一 挡 、倒挡和图 25b 所示方案中的倒挡用直齿 滑动 齿轮换挡，其 余各挡均为常啮合齿轮。 图 2图 2 图 25分别 示出了 几种 中间轴式四 、 五 、 六 挡 变速箱传动 方案。 各 传动方案 的共同特点是：变速箱的第一轴后端与常啮合齿轮做成一体。 绝大多数 方案的 第二轴前端经轴承支撑 在 第一轴后端的孔内，且保持两 轴 轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接后 可 得到 直 接 挡。 使用 直接挡 ，变速箱的齿轮 和轴承及中间轴 均不 图 23 中间轴式 四挡变速 箱 传动方案 承载 ， 发动机转矩经变速箱 第一轴 和第二轴直接输出，此时变速箱的传动效率高，可达 16 90%以上，噪声低、齿轮和轴承的磨损减 少。 因为 直接挡的利用率要高于其他挡位，因而提高了变速箱的使用 寿命； 在其他前进挡位工作 时 ，变速箱 传递 的动力需要经过第一轴、中间轴和第二轴上的 两对 啮合齿轮 传递 ， 因此 在变速箱中间轴与第二轴之间的距离（ 中心距 ） 不大 的情况下 ， 一 挡 仍有较大的传动比；挡位高的齿轮采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中 除一 挡 以外的其 它 挡位 的 换挡机构 ， 均采用同步器或啮合套换挡，少数结构 的 一 挡 也采用 同步器 或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装置第二轴上。 【本设计 采用中间轴式 五 挡 传动方案 ， 具体 结构 见 相关 图纸 】 图 24 中间轴式 五 挡 变速箱传动方案 图 25 中间轴式 六挡变速箱传动方案 以上各 方案中 ， 凡采用常啮合齿轮传动的挡位，其它换挡方式可以用同步器或啮合套来实现。 同一 变速箱 中，有的挡位用同步器换挡，有的挡位用啮合套换挡，那么一定是挡位高的用同步器换挡，挡位低的用啮合套换挡。 17 FR 乘用车 采用中间轴式变速箱，为 缩短传动轴长度，将第二轴加长， 如图 23a、 b所示。 如果 在 附加壳体 内 布置倒挡传动齿轮和换挡机构，还能减小变速箱主体部分的外形尺寸及提高中间轴和输出轴的刚度，如图 24c 所示。 变速箱 用如图 24c 所示的多 支承 结构方案，能提高轴的刚度。 这时 ， 如果在轴平面上可分开的壳体，就能较好地解决轴荷齿轮等零部件装配困难的问题。 图 24c 所示方案的高 挡 从动齿轮处于悬臂状态，同时一挡和倒挡齿轮布置在变速 箱 壳体的中间跨距里 ， 而中间 挡 的同步器布置在中间轴上是这个方案的特点。 倒挡 方案布置方案 与 前进挡比较， 倒挡 使用 率不高，而且都是在停车状态下实现换倒挡，故多数方案均采用直齿滑动齿轮方式倒挡。 为实现 倒挡传动 ，有些方案利用 在 中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中加入一个中间传动齿轮方案， 如图 22a、 b、 c 和图 23a、 b 所示；也有利用两个连体齿轮方案的，如图 23c 和图 24a、 b 所示。 前者 虽然 结构简单，但是中间传 动 的齿轮式在最不利的正、负交变弯曲应力 状态下 工作的；而后者是在较为有利的单向循环弯曲应力状态下工作， 并使 倒挡传动比略有增加。 也有 少数 变速箱采用结构复杂和是成本增加的啮合套 或 同步器方案换入倒挡，如图 22f 所示。 图 26 为 常见的倒挡布置 挡 案。 图 26b 所示方案的 优点是 换倒 挡时 利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度；但换挡时要求有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。 图 26c所示 方案能获得 较大 的倒挡传动比，缺点是 换挡 程序不合理。 图 26d 所示 方案 针对 前者的缺点进行了修改，取代了图 26c所示方案。 图 36e所示方案是将中间轴上的一、倒 挡 齿轮做成一体，将其齿宽加长。 图 26f 所示方案适用于全部齿轮副均为常啮合的齿轮，换挡更为轻便。 为了 充分 利用，缩短变速 箱的 轴 向 长度 ， 有的 货车 倒挡传动采用图 26g 所示方案；其缺点是 一、倒挡须 各用 一根变速箱拨叉轴，致使变速箱上盖中的操纵机构 复 杂 一 些。 【本设计 采用图 36f所示方案 ， 具体结构见相关图纸】 18 图 26 倒挡布置 方案 变速箱 的一 挡 或倒挡因传动比大，工作时在齿轮上作用得 力 也增大，并导致变速箱轴产生较大 的 扰度和转角，使 工作齿轮啮合 状态破坏，最终表现出轮齿磨损加快和工作 图 27 变速杆 换挡位置与顺序 图 28 换挡 轴位置与受力分析 19 噪声增加。 为此 ， 无论是两轴式变速箱还是中间轴式变 速箱的一挡与倒挡，都应当布置在靠近 轴 的 支承 处 ，一边改善上述不 良 状况。 然后 按照 从低挡到 高 挡 的顺序布置各挡齿轮，这样既能使轴 有足够 大 的刚 性 ，又能保证容易装配。 倒挡的 传动比虽然与一 挡 的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，考虑到 这点 ，有些方案将一挡布置在靠近轴的支承 处 ， 如图23b、图 23b、图 25a 等所示，然后在 布置 倒挡。 此时在倒挡 工作时，轮齿磨损与 噪声在短时间内略有增加，而在一挡工作时轮齿的磨损与噪声有所减少。 图 22c 将倒挡齿轮布置在附加壳体内，并紧靠轴的支承处，而一挡布置在 变速箱 壳体右侧紧靠支撑处，这个方案能 很好 得 解决 两个传动比大的挡位都布置在靠近支承的地方的这一问题。 倒挡 设置在变速 箱 的左侧和右侧， 在 结构 上均 能实现，不同之处是挂倒挡是驾驶员移动变速杆的方向 改 变了。 为了 防止 意外挂入倒挡，一般在挂倒挡是设有一个挂 倒挡 时需要克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。 从这一点 考虑 ，图 27a、 b 的换挡方案比图 27c 的方案更合理。 图 27c 所示方案在挂一 挡 时也需要克服用来防止 误挂 倒挡所产生的力，这对换挡技术不熟练的驾驶员是不利的。 除此 之外，倒挡的中间齿轮位于变速 箱 的左侧或右侧对倒挡 轴 的 受力 状况有影响，如 图 28 所示。 部件 结构 方案 分析 变速箱的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。 在确定变速箱结构方案时，也要考虑齿轮型式、换 挡 结构型式、轴承型式、润滑和密封等因素。 齿轮 型式 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，运转 平稳、 工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力， 这对轴承不利。 变速箱中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速箱的转动惯量增大。 20 直齿圆柱齿轮仅用于低 挡 和倒挡。 【本设计中由于倒挡采用常啮合 方案，故 倒 挡 采用斜齿轮传动方式，即除一 挡 外，均采用斜齿轮传动】 换挡 机构型式 变速箱换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种形式。 直齿滑动齿轮换 挡 的特点是结构简单、紧凑，但由于换 挡 不轻便、换 挡 时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后易造成脱 挡 、噪声大等原因，除一 挡 、倒 挡 外很少采用。 啮合套换 挡 型式一般是配合斜齿轮传动使用的。 由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。 啮合套有分为内齿啮合套和外齿啮合套，视结构布置而选定，若齿轮副内空间允许，采用内齿 结合式，以减小轴向尺寸。 结合套换 挡 结构简单，但还不能完全消除换 挡 冲击，目前在要求不高的 挡 位上常被使用。 同步器能 保证迅速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术的 熟练 程度无关， 提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。 同 上述 两种换挡方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。 【本设计 采用同步器 换挡 】 自动脱挡 自动脱 挡 是变速箱的主要障碍之一。 为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在结构上，目前比较有效的方案有以下几种： 1）将接合齿的工作面 设计 加工成斜齿面，形成倒锥 角（一般倾斜 20～ 30），使接合齿面产生阻止自动脱 挡 的轴向力（图 29）。 这种结构方案比较有效，采用较多。 图 29 防止自动脱 挡 的结构措施 Ⅰ 2） 将啮合套做得长一些（如图 210a）或者两接合齿的啮合位置错开（图 210b），这样在啮合时使接合齿端部超过被接合齿约 1～ 3mm。 使用中因接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，以阻止自动脱 挡。 3）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（ ～ ），这样，换 挡 后啮合套的后端面便被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱 挡 （图 211）。 21 此段 切薄 a b 图 210 防止自动脱 挡 的结构措施 Ⅱ 图 211 防止自动脱 挡 的结构措施 Ⅲ 在本设计中所采用的是锁环式同步器，如 图 212 所示。 花键毂 7 用内 花键套装在二轴外花键上，用垫圈、卡环轴向定位。 花键毂 7 两端 与齿轮 1 和 4 之间 各有一个青铜制成 的锁环 （即同步环 ） 5 和 9。 锁环 上有短花键齿圈，其花键的尺寸和 齿数 与花键毂齿轮 1 和 4 的 外花键齿 相同。 两个齿轮 和锁环上的花键齿 ， 靠近 接 合套 8 的 一 端 都有倒角（ 锁止角 ） ，且 与结合套齿端的倒角相同。 锁环 有 内锥面，与齿轮 4 的 外锥面倒角相同。 在锁环 内锥面 上有细密的螺纹（ 或 直槽） ，当 锥面接触后，它能及时破坏油膜，增加锥面间的摩擦力。 锁环内 锥面 摩擦副成为摩擦件，外沿带倒角的齿圈是锁止件，锁环上还有 3 个 均布的缺口 12。 3个 滑块 2分别 装在花键毂 7 上 3 个 均布的轴向槽 11 内 ，沿槽可以轴向移动。 滑块 被 两个弹簧 6的 径向力压 向接 合套，滑块中部的凸起部位压嵌在接合套 中部 的 环槽 10内。 滑块 和 弹簧是推动 件。 滑块两端伸入锁环 5的 缺口 12 中 ，滑块窄而缺口宽，两者只差等于锁环的花键齿宽。 锁环 相对于 滑块 顺转和逆转都只能转动半个齿宽，且只有当滑块位于锁环缺口的中央 时， 接合套与锁环才能接合。 22 图 212 锁环式 惯性同步器 1一轴常啮合齿轮； 2滑块 ； 3拨叉； 4二轴齿轮； 9锁环 （ 同步环 ） ； 6弹簧圈 ； 7花键毂； 8接合套； 10环槽； 113个 轴向槽； 12缺口 变速箱 轴承 做旋转 运动的变速 箱 轴支承在壳体或其他部位的地方以及齿轮与轴不做固定连接处应安置轴承。 变速箱 轴承常采用圆柱滚子轴承 、 球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。 汽车 变速箱结构紧凑、尺寸较小的特点，采用尺寸大 些 的轴承 受 结构限制。 如 变速箱 的第二轴前端支承在第一轴常啮合齿轮的内腔中，内腔尺寸足够时可 布置 圆锥滚子轴承，若空间不足则采用滚针轴承。 第二轴 后端 常采用球轴承，用来承受轴向力和径向力。 变速箱。