第二节变速器传动机构布置方案机械变速器因其结构简单、传动效率高、制造成本低、工作可靠等优点而广泛应用于各类汽车中。 1、传动机构布置方案分析 传动机构有两种分类方法。 根据前进档的数量，有三速、四速、五速和多速变速器。 根据轴的形式不同，分为固定轴式和旋转轴式（常与行星齿轮传动配套）两种。 定轴变速器分为两轴变速器、副轴变速器、双副轴变速器和多副轴变速器。 定轴变速器应用广泛，其中两轴变速器多用于前置前轮驱动的汽车，副轴变速器多用于前置后轮驱动的汽车。 转轴式主要用于流体机械传动装置。 与中间轴传动相比，两轴传动具有结构简单、外形尺寸小、布置方便、中间齿轮传动效率高、噪声低等优点。 由于两轴变速器不能配备直接齿轮，因此在高速档工作时齿轮和轴承受到负荷，不仅增加了运转噪音，而且容易损坏。 另外，由于结构的限制，两轴变速器的第一传动比不能设计得很大。 所示为前置发动机前轮驱动汽车中使用的两轴传动方案。 其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮为一体。 当发动机垂直安装时，主减速器采用螺旋锥齿轮或准双曲面齿轮。 发动机横向安装时，采用圆柱齿轮； 大多数方案都有倒档。 传动常用滑动齿轮，其他齿轮采用常啮合齿轮。
图3-1f中的倒档为常啮合齿轮，通过同步器换档； 大多数同步器安装在输出轴上。 这是因为一档主动齿轮尺寸较小，很难将同步器安装在输入轴上。 高档同步器可安装在输入轴后端，见图3-1d、e； 图3-1d所示的传动方案有辅助支撑，以提高轴的刚性，减少齿轮磨损，降低运转噪音。 图 3-lf 所示的解决方案是五速完全同步变速器。 以此为基础，只要将五档齿轮更换为同等尺寸的垫片，即可改为四档变速器，从而形成系列产品。 分别示出了几种副轴四速、五速和六速传动方案。 它们的共同特点是变速器的第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，并通过啮合套连接以获得直接齿轮。 使用直接齿轮时，变速器的齿轮、轴承和中间轴不承受负载。 发动机扭矩通过变速器的第一轴和第二轴直接输出。 此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪音低，齿轮和轴承的磨损减少。 由于直接齿轮的利用率比其他齿轮高，因此增加了变速器的使用寿命； 当工作在其他前进档时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴上的两个齿轮。 对于齿轮传动来说，所以在传动中间轴与第二轴的距离（中心距）不大的情况下，第一档仍然有较大的传动比：档位较高的齿轮采用常啮合驱动齿轮。 下档（一档）可以采用常啮合齿轮传动，也可以不采用常啮合齿轮传动； 大多数变速器方案中，除一档外的其他档位的换档机构均采用同步器或啮合套进行换档，少数结构的一档也采用同步器或啮合套进行换档，各档位的同步器或啮合套进行换档。大多数情况下，齿轮安装在第二轴上。
当以直接档以外的档位工作时，副轴传动的传动效率略有降低，这是它的缺点。 在齿轮数相同的情况下，各种中间轴变速器的区别主要在于常啮合齿轮对数、换档方式和倒档传动方案。 与图3-2所示的中间轴四速变速器示例传动方案的区别在于：图3-2a和b所示的方案有四对常啮合齿轮，倒档齿轮通过正齿轮换档。齿滑动齿轮。 ; 图3-2c所示传动方案的第二、第三和第四档由常啮合齿轮驱动，而第一和倒档由直齿滑动齿轮换档。 3-2 中间轴四速变速器的传动方案如图3-3a所示。 除第一档和倒档由直齿滑动齿轮换档外，其余档位均由常啮合齿轮驱动。 图3-3b、c、d所示方案中各前进档均由常啮合齿轮驱动； 图3-3d所示方案中的倒档齿轮和超速齿轮安装在变速器后部的副箱内，这样布置除了提高轴的刚性、减少齿轮磨损、降低运转噪音外，它还可以轻松地组成只有四个前进档的变速器，而不需要超速档。 图3-4a所示方案中的第一档和倒档以及图3-4b所示方案中的倒档采用直齿滑动齿轮进行换档，其余齿轮均具有均匀的常啮合齿。 上述方案中，当采用恒啮合时，齿轮传动的换档可以采用同步器或啮合套来实现。 在同一变速器中，有的齿轮是通过同步器换挡的，有的齿轮是通过啮合套换挡的。 那么较高档位必须由同步器换档，较低档位必须由啮合套换档。
中间轴六速变速器传动方案：前置后轮驱动的汽车采用中间轴变速器。 为了缩短传动轴的长度，可加长传动后端，如图3-2a、b所示。 细长的第二轴有时安装在三个支撑件上，最后一个支撑件位于细长的附加壳体上。 如果倒档变速齿轮和变速机构布置在附加壳体内，则还可以减小变速器主要部分的总体尺寸。 该变速器采用图3-3c所示的多支撑结构方案，可以提高轴的刚性。 这时，如果采用在轴平面上可分离的壳体，则可以更好地解决轴、齿轮等零件装配困难的问题。 图3-3c所示方案的高速从动齿轮处于悬臂状态。 同时，一档和倒档齿轮布置在变速器壳体的中跨内，中间齿轮的同步器布置在中间轴上。 这就是解决方案的特点。 与前进档相比，倒档的使用率并不高，停车时才换倒档。 因此，大多数解决方案使用直齿滑动齿轮来改变倒档。 为了实现倒档传动，有的方案采用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线上增加中间传动齿轮的方案，见图等； 也有采用两个连体齿轮的方案，见图3-2c3—3a、b等。前者虽然结构简单，但中间传动齿轮的齿在最不利的正负交变对称弯曲应力状态下工作，而后者工作在更有利的单向循环弯曲应力状态下，使得反向传动比略有增加。 这是一种常见的倒档装置。
图3-5b所示方案的优点是，换倒档时使用中间轴上的第一个齿轮，从而缩短了中间轴的长度。 然而，在换档时，两对齿轮同时啮合，导致换档困难。 所示方案可以获得较大的反向传动比。 缺点是换档程序不合理。 针对之前的缺陷，对图3-5d所示的方案进行了修改，从而取代了图3-5c所示的方案。 图3-5e所示的解决方案是将一档和倒档齿轮集成在中间轴上，并加长其齿宽。 图3-5f所示的方案适用于所有齿轮副常啮合的齿轮，使换档更容易。 为了充分利用空间，缩短变速器的轴向长度，有的卡车采用如图3-5g所示的方案进行倒档变速器。 其缺点是：首先，每个倒档都必须使用一根变速器拨叉轴，这使得变速器上盖内的控制机构更加复杂。 由于变速器工作在一挡和倒挡时受力较大，因此无论是两轴变速器还是中间轴变速器的低挡和倒挡都应布置在靠近轴的支撑处，以减少轴的变形。 ，确保齿轮重叠度不要下降太多，然后按照从低档到高档的顺序排列齿轮。 这样不仅可以使轴具有足够的刚性，而且可以保证组装方便。 虽然倒档的传动比接近一档的传动比，但由于使用倒档的时间很短，从这一点来看，有一些计划将一档布置在靠近支撑的位置。轴，如3-2b、图3-3b、图3-4a等，然后布置倒档齿轮。 此时，倒档工作时，轮齿磨损和噪声在短时间内略有增加。 同时，第一齿轮工作时，轮齿磨损和噪音减小。
在结构上可以将倒档齿轮设置在变速器的左侧或右侧。 不同之处在于，当挂入倒档时，驾驶员移动变速杆的方向会发生变化。 为了防止车辆意外挂入倒档，挂倒档时通常需要克服弹簧产生的力，以提醒驾驶员注意。 由此看来，图3-6a、b的换挡方案比图3-6c更为合理。 图3-6c所示的方案还需要克服所产生的力，以防止在换入一档时意外地换入倒档，这对于不熟练换档的驾驶员来说是不利的。 此外，倒档中间齿轮位于变速器左侧或右侧的位置也会影响倒档轴上的应力，见图3-7。 如齿轮位置及应力分析图所示，轮齿使用频繁，其轮齿因接触应力过大而造成表面点蚀损伤。 将高档齿轮布置在靠近轴的支架中部区域更为合理。 在此区域内，由轴变形引起的齿轮偏转角较小，齿轮保持较好的啮合状态，偏心载荷的减少可提高齿轮寿命。 一些汽车变速箱具有超速档，仅在良好的道路上或空车行驶时使用。 使用传动比小于1（0.7至0.8）的超速齿轮可以更充分地利用发动机功率，减少汽车行驶公里数所需的发动机曲轴总转数斜面机构传动效率，从而有助于减少发动机磨损和燃油消耗。 。 但与直接齿轮相比，使用超速齿轮会降低传动效率并增加噪音。 机械变速器的传动效率与所选择的传动方案有关，包括传递动力时处于工作状态的齿轮副的数量、每分钟的转数、传动速度等。 发动机纵向安装时的两轴变速器结构图显示了润滑系统的功率、有效性以及齿轮、壳体等零件的制造精度。
其特点是高速档同步器布置在输入轴上，低档同步器布置在输出轴上。 为了提高轴的刚性，增加了中间支撑。 这是发动机横置时两轴四速变速器的结构图。 图中，输入轴上的所有齿轮都与轴为一体。 由于主减速器齿轮为斜齿圆柱齿轮，因此变速器壳体与主减速器壳体为一体连接，可用同一种润滑油对齿轮进行润滑。 二、零部件结构方案分析 1、与正齿轮相比，斜齿圆柱齿轮具有使用寿命长、运转时噪音低的优点； 缺点是制造稍复杂，工作时有轴向力。 变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这会增加常啮合齿轮的数量并增加变速器的转动惯量。 正齿轮仅用于低速档和倒档。 2、变速机构型式 变速器变速机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器变速三种类型。 汽车行驶时斜面机构传动效率，每个档位都有不同的角速度。 因此，通过轴向滑动的正齿轮换档会对轮齿端面产生冲击，并伴有噪声。 这会增加齿轮端部磨损和过早损坏，同时使驾驶员紧张，并且换档产生的噪音降低了乘坐舒适度。 上述缺点只有驾驶员运用熟练的操作技术（如两脚离合器）保证换档时不产生冲击才能克服。 但此时驾驶员注意力分散，会影响行车安全。 因此，这种换档方式虽然结构简单，但除一档和倒档外很少使用。
由于变速器第二轴齿轮与副轴齿轮处于常啮合状态，因此可以利用移动啮合套进行换档。 此时，由于有多个啮合齿同时承受换档冲击载荷，且轮齿不参与换档，因此不会过早损坏，但无法消除换档冲击，因此驾驶员还是需要有熟练的操作技能。 。 另外，由于增加了啮合套和常啮合齿轮，变速器转动部分的总惯性矩增大。 因此，这种换档方式目前只用在一些要求不高的档位和重卡变速箱上。 这是因为重型卡车齿轮之间的公比较小，换档机构各连接部件之间的角速度差也较小。 因此，采用啮合套进行换档，还可以降低制造成本，减少变速器的长度。 使用同步器，无论操作技术熟练程度如何，都可以保证快速、无冲击、无噪音的换档，从而提高汽车的加速性、经济性和行驶安全性。 与上述两种变速方式相比，虽然具有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍得到广泛应用。 当使用同步器或啮合套换档时，换档行程小于滑动齿轮换档行程。 当滑动齿轮特别宽时，这种差异更加明显。 为了方便操作，不同档位的变速杆行程要求应尽可能一致。 自动脱离是主要的传动故障之一。 为了解决这一问题，除技术措施外，目前最有效的结构措施有： 1）错开两啮合齿的啮合位置，见图3-9。
这样，啮合时，啮合齿的端部超出被啮合齿约1～3mm。 使用过程中，接触部分受到挤压磨损，从而在啮合齿的端部形成台肩，以防止啮合齿自动脱离。 2）将啮合套齿轮座上前齿圈的齿厚切薄（切去0.3~O.6mm），使啮合套后端面由后齿圈前端面支撑。齿圈在变速后，从而减少自动脱开，见图3-10。 3）将啮合齿工作面加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜2～3°），使啮合齿面产生防止自动脱离的轴向力，见图3-11。 这种解决方案更加有效并且有很多应用。 3、传动轴承传动轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动套等，至于在哪里使用哪种轴承，则受结构限制，并随其载荷特性而变化。熊。 汽车变速器结构紧凑、体积小，使用较大的轴承受到结构限制，往往造成布置困难。 例如，变速器的第二轴的前端支撑在第一轴常啮合齿轮的内腔中。 如果内腔尺寸足够，可配置圆柱滚子轴承。 如果空间不足，可以使用滚针轴承。 变速器第一轴的前端支撑在飞轮的内腔中。 由于有足够的空间，常采用球轴承来承受径向力。 作用在第一轴常啮合齿轮上的轴向力通过第一轴后部的轴承传递到变速器壳体。 这里通常使用轴承外圈上带有挡圈的球轴承。 第二轴后端常采用球轴承，承受轴向力和径向力。中间轴上的齿轮工作时产生的轴向力原则上由前轴承或后轴承支撑。