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文獻(xiàn)綜述 題 目：汽車(chē)機(jī)械式變速器的設(shè)計(jì) 前言 現(xiàn)在，每當(dāng)人們觀看F1大賽，總會(huì)被那種極速的感覺(jué)所折服。此刻，大家似乎談?wù)摰米疃嗟木褪前l(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及車(chē)手的駕駛技術(shù)。而且，不忘在自己駕車(chē)的時(shí)候體會(huì)一下極速感覺(jué)或是在買(mǎi)車(chē)的時(shí)候關(guān)注一下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這似乎成為了衡量汽車(chē)品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的，因?yàn)樗莿?dòng)力的締造者。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。 汽車(chē)的實(shí)際使用情況非常復(fù)雜，如起步、怠速停車(chē)、低速 或高速行駛、加速、減速、爬坡和倒車(chē)等，這就要求汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力和車(chē)速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，而目前廣泛采用的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小。為了適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下(功率較高、油耗較低)工作，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置了變速器。 變速器的發(fā)展史 距1894年，一個(gè)法國(guó)工程師給一輛汽車(chē)裝上世界上第一個(gè)變速器至今，汽車(chē)變速器已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展。變速器為汽車(chē)重要的組成部分，是承擔(dān)放大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，配合引擎功扭特性，實(shí)現(xiàn)理想動(dòng)力傳遞，從而適應(yīng)各種路況實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行駛的主要裝置。 使用最早的是手動(dòng)變速器，國(guó)內(nèi)最早的東風(fēng)解放全是是手動(dòng)變速器，但手動(dòng)變速器也并非一成不變，早期有這樣一種說(shuō)法，中國(guó)的駕駛員是世界上技術(shù)最好的（當(dāng)然21世紀(jì)中國(guó)的駕駛員又都變成了馬路殺手），技術(shù)最好一部分是由于中國(guó)早期的路況實(shí)在是太爛，另一部分就是依賴(lài)于早期的變速器，那時(shí)國(guó)內(nèi)還在實(shí)用不帶同步器的變速器，換擋要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車(chē)速度是否同步才能進(jìn)行，并且升檔和降檔要求的油離配合還不一樣。這樣的駕駛員技術(shù)當(dāng)然世界最牛了。 后來(lái)為了方便駕駛，在領(lǐng)個(gè)相鄰齒輪間裝上了同步器，依靠同步器的作用，我們換擋就不需要去判斷車(chē)速了。目前手動(dòng)變速器依然在汽車(chē)界應(yīng)用非常廣泛，自動(dòng)變速器是個(gè)趨勢(shì)，但手動(dòng)變速器確是駕駛樂(lè)趣的極大體現(xiàn)者。 傳統(tǒng)的變速器利用不同的齒輪搭配實(shí)現(xiàn)了換擋変扭的目的，而齒輪搭配的變換就只有靠腳踩離合手拉擋桿來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就是所謂的手動(dòng)變速器。為實(shí)現(xiàn)輕松換擋，取消離合腳踏和手動(dòng)掛擋的AT(AutomaticTransmission)變速器出現(xiàn)了，它主要利用液力變扭器配合傳統(tǒng)機(jī)械齒輪箱實(shí)現(xiàn)換擋功能。其實(shí)早在1948年的通用的奧茲莫比爾汽車(chē)上就已經(jīng)出現(xiàn)了如今自動(dòng)變速器的雛形，不過(guò)那時(shí)的自動(dòng)變速器僅僅是加了液力耦合器的手動(dòng)變速器而已。 因?yàn)锳T使用得較早，所以英文定名就叫“自動(dòng)變速器”。然而，AT并不等同于自動(dòng)變速器。只要能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋變速的便可叫自動(dòng)變速器，要達(dá)到此目的其實(shí)途徑很多：除AT外，還包括了無(wú)級(jí)變速器等其它形式。但以前的命名也無(wú)法推翻，所以我們姑且這樣認(rèn)為：自動(dòng)變速器（AT）包括：液力變速（AT）,電控變速（ECT）,無(wú)極變速（CVT）。 隨著城市車(chē)輛密度的加大，自動(dòng)變速器已逐漸成為汽車(chē)的必備裝備，而不僅僅是豪華的標(biāo)志。因?yàn)橛辛俗詣?dòng)變速器，改變車(chē)速變得輕松自如，且不必頻繁地踩踏板。如今，幾乎所有的現(xiàn)代汽車(chē)廠家都生產(chǎn)配備自動(dòng)變速器的汽車(chē)，原因之一是自動(dòng)變速器可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)降低對(duì)環(huán)境的污染。自動(dòng)變速器可實(shí)現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)速比，即使發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，也能保障車(chē)輛隨駕駛者的意愿正常行駛，油耗降低了，污染也就受到控制。 1908年，福特T型車(chē)最早采用一種兩個(gè)速比的自動(dòng)變速器。其構(gòu)造是采用多組齒輪，并且分成中央齒輪和周邊齒輪，最外邊則是一個(gè)轉(zhuǎn)輪，隨著中央齒輪從發(fā)動(dòng)機(jī)引入的扭矩不同，齒輪組相機(jī)行事，從而得到高低不一的轉(zhuǎn)速，包括倒車(chē)檔的反向旋轉(zhuǎn)。 從那以后，自動(dòng)變速器的構(gòu)造原理并無(wú)大的改變，但材料技術(shù)的進(jìn)步與潤(rùn)滑油性能的提高，使這種變速器的速比更為豐富。ZF公司于1999年推出了首臺(tái)6個(gè)速比的變速器，與此同時(shí)，液壓控制技術(shù)的發(fā)展，還可使駕車(chē)者通過(guò)制動(dòng)踏板直接改變車(chē)速。 美國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)之前就生產(chǎn)過(guò)一種3個(gè)速比的自動(dòng)變速器，只要把變速桿推至D的位置上，便可由油門(mén)踏板隨意地改變車(chē)速。傳統(tǒng)的離合器由一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)換器所取代。每當(dāng)制動(dòng)踏板被踩下或抬起時(shí)，由一個(gè)液壓泵干預(yù)速度的變化。這套簡(jiǎn)單的系統(tǒng)后來(lái)回增加了“Kickdown”，使性能更加完善。后來(lái)，又有人發(fā)明了渦流轉(zhuǎn)換器的鎖止機(jī)構(gòu)，消除了加速時(shí)打滑的感覺(jué)，從而大大地降低了油耗。轉(zhuǎn)輪式自動(dòng)變速器存在一個(gè)缺點(diǎn)，即起步加速時(shí)令人有一種車(chē)輪打滑的感覺(jué)，于是駕車(chē)人會(huì)猛加油門(mén)，但車(chē)速又并不隨即增高。目前已有一些廠家，如日產(chǎn)和菲亞特，求助于電子裝置來(lái)設(shè)法消除這一缺點(diǎn)，日產(chǎn)Primera的6速變速器與菲亞特Punto的7速變速器便是這番努力的結(jié)果。駕車(chē)者根本無(wú)需扳動(dòng)手柄，便可以輕松自如地改變車(chē)速。 雖然自動(dòng)變速器不斷地演變進(jìn)步，但始終有缺點(diǎn)，即車(chē)速的反應(yīng)與踏板的動(dòng)作之間總有一定的差距，駕駛中缺乏直覺(jué)的印象。1969年出現(xiàn)的電子控制系統(tǒng)及1982年出現(xiàn)的數(shù)字技術(shù)對(duì)此作了改進(jìn)。 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射與點(diǎn)火裝置的不斷完善，自動(dòng)變速器也有新的花樣，如設(shè)置了“運(yùn)動(dòng)式’或“雪地行駛”等不同的操控方式，有的在儀表盤(pán)上設(shè)有一個(gè)印有S字母的按鈕，可以在加速時(shí)變得格外迅捷；或者印有雪花圖案代表雪地行駛的按鈕，可避免在起步時(shí)打滑。更有甚者，新一代“隨機(jī)應(yīng)變式”變速器還可以順應(yīng)駕車(chē)者不同的習(xí)慣、相應(yīng)的反應(yīng)、使駕駛變得更加得心應(yīng)手。 近年，保時(shí)捷公司又發(fā)明了一種“手控／自動(dòng)變速器”，憑靠一組復(fù)雜的電子裝置，可以使駕車(chē)者在自動(dòng)與手動(dòng)變速之間任意選擇。例如，在市內(nèi)行駛時(shí)，由于需要頻繁地變換速度，使用自動(dòng)變速器便顯得非常方便；而一旦來(lái)到高速公路或其它開(kāi)闊的地方，則又可將自動(dòng)變速的功能關(guān)掉，轉(zhuǎn)為由手控制，以此來(lái)領(lǐng)略駕車(chē)中的多種樂(lè)趣。這一點(diǎn)已逐漸成為高檔車(chē)的特性。 將自動(dòng)變速器智能化，并且普及到大眾化的汽車(chē)上，這是法國(guó)人的功勞。1997年標(biāo)致206與雷諾Clio率先采用了最先進(jìn)的電腦控制技術(shù)及被稱(chēng)為“fuzzylogie”的原理，即“模糊邏輯”。這樣的汽車(chē)可以依據(jù)駕車(chē)者的性情、路面的狀況、車(chē)身的負(fù)荷乃至周邊環(huán)境等多種因素，在9種程式中挑選最適合的功能，實(shí)現(xiàn)智能化駕駛，以充分發(fā)揮車(chē)輛的性能，降低油耗，確保安全。 機(jī)械式變速器的現(xiàn)狀 手動(dòng)變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各檔的變速比是個(gè)定值(也就是所謂的“級(jí)” )。比如，一檔變速比是3.85,二檔是2.55,再到五檔的0.75,這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動(dòng)比，總共只有5個(gè)值(即有5級(jí))，所以說(shuō)它是有級(jí)變速器。 曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點(diǎn)，阻礙了汽車(chē)高速發(fā)展的步伐，手動(dòng)變速器會(huì)在不久“下課”，從事物發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，這話確實(shí)有道理。但是從目前市場(chǎng)的需求和適用角度來(lái)看，筆者認(rèn)為手動(dòng)變速器不會(huì)過(guò)早的離開(kāi)。 首先，從商用車(chē)的特性上來(lái)說(shuō)，手動(dòng)變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車(chē)為例，卡車(chē)用來(lái)運(yùn)輸，通常要裝載數(shù)噸的貨品，面對(duì)如此高的“壓力”，除了發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)勁的動(dòng)力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時(shí)候有足夠的牽引力量將車(chē)帶動(dòng)。特別是面對(duì)爬坡路段，它的特點(diǎn)顯露的非常明顯。而對(duì)于其他新型的變速器，雖然具有操作簡(jiǎn)便等特性，但這些特點(diǎn)尚不具備。 其次，對(duì)于老司機(jī)和大部分男士司機(jī)來(lái)說(shuō)，他們的最?lèi)?ài)還是手動(dòng)變速器。從我國(guó)的具體情況來(lái)看，手動(dòng)變速器幾乎貫穿了整個(gè)中國(guó)的汽車(chē)發(fā)展歷史，資歷較深的司機(jī)都是“手動(dòng)”駕車(chē)的，他們對(duì)手動(dòng)變速器的認(rèn)識(shí)程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現(xiàn)實(shí)的。雖然自動(dòng)變速器以及無(wú)級(jí)變速器已非常的普遍，但是大多數(shù)年輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng)，尤其是喜歡超車(chē)時(shí)手動(dòng)變速帶來(lái)的那種快感，所以一些中高檔的汽車(chē)（尤其是轎車(chē)）也不敢輕易放棄手動(dòng)變速器。另外，現(xiàn)在在我國(guó)的汽車(chē)駕駛學(xué)校中，教練車(chē)都是手動(dòng)變速器的，除了經(jīng)濟(jì)適用之外，關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好扎實(shí)的基本功以及鍛煉?cǎi){駛協(xié)調(diào)性。 第三，隨著生活水平的不斷提高現(xiàn)在轎車(chē)已經(jīng)進(jìn)入了家庭，對(duì)于普通工薪階級(jí)的老百姓來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)最為合適，手動(dòng)變速器以其自身的性?xún)r(jià)比配套于經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)廠家，而且經(jīng)濟(jì)適用型轎車(chē)的銷(xiāo)量一直在車(chē)市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等國(guó)內(nèi)廠家的經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)都是手動(dòng)變速的車(chē)，它們的各款車(chē)型基本上都是5檔手動(dòng)變速。 設(shè)計(jì)思路 汽車(chē)變速器是汽車(chē)上的重要部件,為保證汽車(chē)必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),必須合理選擇和配置變速器檔位及各檔速比。通過(guò)對(duì)變速器等比級(jí)數(shù)速比配置、偏置等比級(jí)數(shù)速比配置的理論分析,從經(jīng)濟(jì)性和加速性?xún)煞矫娣治鰧?duì)比兩種速比配置,在總檔位數(shù)和一檔速比確定后,合理的分配變速器各檔速比。1　總檔數(shù)及壹檔傳動(dòng)比的選擇，就動(dòng)力性而言,檔位數(shù)多,增加了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì),提高了汽車(chē)的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言,檔位數(shù)多,增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低燃油消耗率區(qū)工作的能力,降低了油耗。2　變速器各檔速比的配置，1種方法是按等公比原則分配傳動(dòng)比，2種方法將介紹英國(guó)馬丁博士提出的汽車(chē)變速器偏置等比級(jí)數(shù)分配方法。 變速箱的設(shè)計(jì)需要哪些參數(shù)：齒輪參數(shù)、軸參數(shù)、同步器參數(shù)的確定，并進(jìn)行防脫檔技術(shù)等設(shè)計(jì)。齒輪，1 檔數(shù)及傳動(dòng)比的選擇，2 齒形參數(shù)的確定，2.1 中心距A的選擇，2.2 模數(shù)M的確定，.3壓力角2.4 螺旋角：5 齒寬b .6 變位系數(shù).7 傳動(dòng)的質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算.8 齒厚及側(cè)隙。軸，.1 軸的設(shè)計(jì)2 軸的受力分析3 軸的撓度和偏轉(zhuǎn)角計(jì)算4 軸的校核。同步器1 錐面半錐角和摩擦系數(shù).2 錐面平均直徑和錐面工作長(zhǎng)度.3 鎖止角4 同步時(shí)間5 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 防脫檔和降噪1 防脫檔設(shè)計(jì).2 降噪。 參考文獻(xiàn) 《汽車(chē)構(gòu)造》 （第五版） 陳家瑞，人民交通出版社 《汽車(chē)技術(shù)實(shí)訓(xùn)》 歐陽(yáng)愛(ài)國(guó)，北京理工大學(xué)出版社 《汽車(chē)底盤(pán)構(gòu)造》 成大先，化學(xué)工業(yè)出版社 《汽車(chē)設(shè)計(jì)》 王豐元 馬明星 中國(guó)電力出版社 林紹義，一種汽車(chē)變速器設(shè)計(jì)，機(jī)電技術(shù)，2004年第1期 蔡炳炎,徐　勇,林　寧，機(jī)械式汽車(chē)變速器的速比配置分析，機(jī)械研究與應(yīng)用，2005年4月第18卷　第2期。