汽車變速器的設(shè)計

汽車變速器的設(shè)計

1速器設(shè)計的概念隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的多樣性和定制已成為汽車發(fā)展的趨勢。而變速器設(shè)計是汽車設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,目的是在各種行駛工況下,使汽車獲得不同的牽引力和速度,同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)。1.1汽車行駛檢驗方案變速器的基本設(shè)計要求:保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性;設(shè)置不同檔位,滿足用來調(diào)整與切斷發(fā)動機動力向驅(qū)動輪的傳輸并使汽車能倒退行駛;工作可靠,汽車行駛過程中,變速器不得有跳檔、亂檔,以及換檔沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn);工作效率高,噪聲小;結(jié)構(gòu)簡單、方案合理;在滿載及沖擊載荷條件下,使用壽命長。1.2軸、軸承傳動特點機械式變速器傳動機構(gòu)布置方案主要有2種:兩軸式變速器和中間軸式變速器。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車上。與中間軸式變速器相比,它具有軸和軸承數(shù)少,結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點。此外,各中間檔因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力,故傳動效率高,同時噪聲小。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔,所以在工作時齒輪和軸承均承載,工作噪聲增大且易損壞,受結(jié)構(gòu)限制其一檔的速比不能設(shè)計較大。其特點是:變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體,發(fā)動機縱置時直接輸出動力。2配置自動控制單元的方案2.1機械織物的操縱機構(gòu)變速器操縱機構(gòu)通常裝在頂蓋或側(cè)蓋內(nèi),也有少數(shù)是分開的。變速器操縱機構(gòu)操縱第二軸上的滑動齒輪、嚙合套或同步器得到所需不同檔位,如圖1所示,用于機械式變速器的操縱機構(gòu),常見的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒檔裝置等主要零件組成,并依靠駕駛員手力完成選檔、換檔或推到空檔工作,稱為手動換檔變速器。2.2定位設(shè)備定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上,并防止自動嚙合和分離,一般采用彈簧和鋼球式機構(gòu)。2.2.1擺動鎖塊式、轉(zhuǎn)動鉗口式互鎖裝置是保證移動某一變速叉軸時,其它變速叉軸互被鎖住,該機構(gòu)的作用是防止同時掛入兩檔,而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機構(gòu)有:1)互鎖銷式。圖2是汽車上用得最廣泛的一種機構(gòu),互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間,用銷子的長度和凹槽來保證互鎖。圖2(a)為空檔位置,此時任一叉軸可自由移動。圖2(b)、(c)、(d)為某一叉軸在工作位置,而其它叉軸被鎖住。2)擺動鎖塊式。圖3為擺動鎖塊式互鎖機構(gòu)工作示意圖,鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上,并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動,操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi),此時,鎖塊的一個或兩個突起部分A檔在其它兩個變速叉軸槽,保證換檔時不能同時掛入兩檔。3)轉(zhuǎn)動鉗口式。圖4為與上述鎖塊機構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動鉗口式互鎖裝置。操縱桿撥頭置于鉗口中,鉗形板可繞A軸轉(zhuǎn)動。選檔時操縱桿轉(zhuǎn)動鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi),此時鉗形板的一個或兩個鉗爪抓住其它兩個變速叉,保證互鎖作用。操縱機構(gòu)還應(yīng)設(shè)有保證不能誤掛倒檔的機構(gòu)。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機構(gòu),使司機在換檔時因有彈簧力作用,產(chǎn)生明顯的手感。2.2.2防止自動脫檔和掛檔自鎖機構(gòu)的作用是將滑桿鎖定在一定位置,保證齒輪全齒長參加嚙合,并防止自動脫檔和掛檔。自鎖機構(gòu)有球形鎖定機構(gòu)與桿形鎖定機構(gòu)兩種類型。倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對變速桿施加更大的力,方能掛入倒檔,起到提醒注意的作用,以防誤掛倒檔,造成安全事故。3稱重設(shè)計中的噴射設(shè)計3.1u3000車輪滾動軸承發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為ua=0.377rnigi0.(1)ua=0.377rnigi0.(1)式中:ua為汽車行駛速度(km/h);n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min);r為車輪滾動半徑(m);ig為變速器傳動比;i0為主減速器傳動比。設(shè)定最高車速uamax=vamax=169km/h;最高檔為超速檔,傳動比ig=0.75;車輪滾動半徑由所選用的輪胎規(guī)格為185/60R14S,得到r=29mm;發(fā)動機轉(zhuǎn)速n=np=2500r/min;由公式(1)得到主減速器傳動比計算公式i0=0.377nrigua=0.377×5200×29×10-20.75×169=4.49.i0=0.377nrigua=0.377×5200×29×10?20.75×169=4.49.3.2驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)的條件按最大爬坡度設(shè)計,滿足最大通過能力條件,即用一檔通過要求的最大坡道角αmax坡道時,驅(qū)動力應(yīng)大于或等于此時的滾動阻力和上坡阻力(加速阻力為零,空氣阻力忽略不計),用公式表示為Τemaxi0igηtr≥Gfcosαmax+Gsinαmax.(2)Temaxi0igηtr≥Gfcosαmax+Gsinαmax.(2)式中:G為車輛總重量(N);f為坡道面滾動阻力系數(shù)(瀝青路面中μ=0.01～0.02);Temax為發(fā)動機最大扭矩(N·m);i0為主減速器傳動比;ig為變速器傳動比;ηt為傳動效率(0.85～0.9);R為車輪滾動半徑;αmax為最大爬坡度(一般轎車要求能爬上30%的坡,大約16.7°)。由公式(2)得ig1≥(Gμcosαmax+Gsinαmax)rΤemaxi0ηt.(3)ig1≥(Gμcosαmax+Gsinαmax)rTemaxi0ηt.(3)且m=1710kg,f=0.015,αmax=16.7°,r=0.29m,Temax=170N·m,i0=4.49,g=9.8m/s2,ηt=0.88,把以上數(shù)據(jù)代入(3)式得ig1≥2.18.ig1≥2.18.滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。即用一檔發(fā)出最大驅(qū)動力時,驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象,公式表示為Τemaxi0ig1ηtr≤Fnφ,ig1≤FnφrΤemaxi0ηt.(4)Temaxi0ig1ηtr≤Fnφ,ig1≤FnφrTemaxi0ηt.(4)式中:Fn為驅(qū)動輪的地面法向反力,Fn=m1g;φ為驅(qū)動輪與地面間的附著系數(shù);對混凝土或瀝青路面φ取0.5～0.6。已知:m1=1300kg;φ取0.6,把數(shù)據(jù)代入(4)式得ig1≤1300×9.8×0.6×0.29170×4.49×0.88=3.3.ig1≤1300×9.8×0.6×0.29170×4.49×0.88=3.3.所以,一檔轉(zhuǎn)動比的選擇范圍是2.18≤ig1≤3.3,初選一檔傳動比為3.05。3.3i2、i1q、i4、i31.5.4.5.4.5.4.5.4.5.4.5.4.5.4.5.5.4.5.3.5.3.5.3.5.3.5.3.5.3.5%5.5.5.5%5.5.5.5%5.5.5.5.5.5.5%5.5.5.5.5.5.5.5%5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5%5.5%5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.按等比級數(shù)分配其它各檔傳動比,即i1i2=i2i3=i3i4=i4i5=q,q=4√i1i5=4√3.050.75=1.420,i2=i1q=3.051.420=2.147,i3=i2q=2.1471.420=1.512,i4=i3q=1.5121.420=1.065.i1i2=i2i3=i3i4=i4i5=q,q=i1i5??√4=3.050.75???√4=1.420,i2=i1q=3.051.420=2.147,i3=i2q=2.1471.420=1.512,i4=i3q=1.5121.420=1.065.3.4變壓器傳動效率計算初選中心距可根據(jù)經(jīng)驗公式計算為A=ΚA3√Τemaxi1ηg.A=KATemaxi1ηg????????√3.式中:A為變速器中心距,mm;KA為中心距系數(shù),乘用車KA取值為8.9～9.3;Temax為發(fā)動機最大輸出轉(zhuǎn)距,取170,(N·m);i1為變速器一檔傳動比,取3.05;ηg為變速器傳動效率,取96%。A=(8.9~9.3)×3√170×3.05×0.96=(8.9-9.3)×7.925=70.53~73.70mm。轎車變速器的中心距在60～80mm范圍內(nèi)變化,初始取A=72mm。在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后,可根據(jù)變速器的檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。應(yīng)該注意的是,各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該盡量不是整數(shù),以使齒面磨損均勻。3.5車載z1的選取一檔傳動比為i1=z2z1=3.05,zh=2Acosβmn,β=22°,mn=2.75,zh=2×72cos22°2.75=48.6.取整得49。轎車z1可在12～17之間選取,取13,則z2=40。則一檔傳動比為i1=z2z1=4013=3.077.3.6修改中心距離aA=mnzh2cosβ,A=2.75×532×cos22°=78.614.取整得A0=80mm,A0為標(biāo)準(zhǔn)中心矩。4步器主要尺寸的確定目前,所有的同步器幾乎都是摩擦同步器,它的功用是使工作表面產(chǎn)生摩擦力矩,以克服被嚙合零件的慣性力矩,使之在最短的時間內(nèi)達到同步狀態(tài)。慣性式同步器能做到換檔時,在兩換檔元件之間的角速度達到完全相等之前不允許換檔,因而能很好地完成同步器的功能和實現(xiàn)對同步器的基本要求。鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定。1)接近尺寸b。同步器換檔第一階段中間,在摩擦錐環(huán)側(cè)面壓在摩擦錐盤側(cè)邊的同時,且嚙合套相對鎖銷作軸向移動前,滑動齒套接合齒與錐環(huán)接合齒倒角之間的軸向距離b,稱為接近尺寸。尺寸b應(yīng)大于零,取b=0.2～0.3mm。本設(shè)計取0.2。2)分度尺寸a。鎖銷中部倒角與銷孔的倒角互相抵觸時,滑動齒套接合齒與摩擦錐環(huán)接合齒中心線間的距離a,稱為分度尺寸。尺寸a應(yīng)等于1/4接合齒齒距。尺寸a和b是保證同步器處于正確嚙合鎖止位置的重要尺寸,應(yīng)予以控制。3)鎖銷端隙δ1。鎖銷端隙δ1系指鎖銷端面與摩擦錐環(huán)端面之間的間隙,同時,滑動齒套端面與摩擦錐環(huán)端面之間的間隙為δ2,要求δ2>δ1。若δ2<δ1,則換檔時,在摩擦錐面尚未接觸時,滑動齒套接合齒的鎖止面已位于接觸位置,即接近尺寸b<0,此刻因摩擦錐環(huán)浮動,摩擦面處無摩擦力矩作用,致使同步器失去鎖止作用。為保證b>0,應(yīng)使δ2>δ1,通常取δ1=0.5mm左右。5變壓器的結(jié)構(gòu)汽車傳動系是汽車的核心