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文獻綜述 題 目：汽車機械式變速器的設計 前言 現在，每當人們觀看F1大賽，總會被那種極速的感覺所折服。此刻，大家似乎談論得最多的就是發(fā)動機的性能以及車手的駕駛技術。而且，不忘在自己駕車的時候體會一下極速感覺或是在買車的時候關注一下發(fā)動機的性能，這似乎成為了衡量汽車品質優(yōu)劣的一個標準。的確，擁有一顆“健康的心”是非常重要的，因為它是動力的締造者。但是，掌控速度快慢的，卻是它身后的變速器。 汽車的實際使用情況非常復雜，如起步、怠速停車、低速 或高速行駛、加速、減速、爬坡和倒車等，這就要求汽車的驅動力和車速能在相當大的范圍內變化，而目前廣泛采用的活塞式發(fā)動機的輸出轉矩和轉速變化范圍較小。為了適應經常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機在有利的工況下(功率較高、油耗較低)工作，在傳動系統(tǒng)中設置了變速器。 變速器的發(fā)展史 距1894年，一個法國工程師給一輛汽車裝上世界上第一個變速器至今，汽車變速器已經經過了一百多年的發(fā)展。變速器為汽車重要的組成部分，是承擔放大發(fā)動機扭矩，配合引擎功扭特性，實現理想動力傳遞，從而適應各種路況實現汽車行駛的主要裝置。 使用最早的是手動變速器，國內最早的東風解放全是是手動變速器，但手動變速器也并非一成不變，早期有這樣一種說法，中國的駕駛員是世界上技術最好的（當然21世紀中國的駕駛員又都變成了馬路殺手），技術最好一部分是由于中國早期的路況實在是太爛，另一部分就是依賴于早期的變速器，那時國內還在實用不帶同步器的變速器，換擋要依據經驗來判斷發(fā)動機轉速和汽車速度是否同步才能進行，并且升檔和降檔要求的油離配合還不一樣。這樣的駕駛員技術當然世界最牛了。 后來為了方便駕駛，在領個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速了。目前手動變速器依然在汽車界應用非常廣泛，自動變速器是個趨勢，但手動變速器確是駕駛樂趣的極大體現者。 傳統(tǒng)的變速器利用不同的齒輪搭配實現了換擋変扭的目的，而齒輪搭配的變換就只有靠腳踩離合手拉擋桿來實現，這就是所謂的手動變速器。為實現輕松換擋，取消離合腳踏和手動掛擋的AT(AutomaticTransmission)變速器出現了，它主要利用液力變扭器配合傳統(tǒng)機械齒輪箱實現換擋功能。其實早在1948年的通用的奧茲莫比爾汽車上就已經出現了如今自動變速器的雛形，不過那時的自動變速器僅僅是加了液力耦合器的手動變速器而已。 因為AT使用得較早，所以英文定名就叫“自動變速器”。然而，AT并不等同于自動變速器。只要能實現自動換擋變速的便可叫自動變速器，要達到此目的其實途徑很多：除AT外，還包括了無級變速器等其它形式。但以前的命名也無法推翻，所以我們姑且這樣認為：自動變速器（AT）包括：液力變速（AT）,電控變速（ECT）,無極變速（CVT）。 隨著城市車輛密度的加大，自動變速器已逐漸成為汽車的必備裝備，而不僅僅是豪華的標志。因為有了自動變速器，改變車速變得輕松自如，且不必頻繁地踩踏板。如今，幾乎所有的現代汽車廠家都生產配備自動變速器的汽車，原因之一是自動變速器可以幫助發(fā)動機降低對環(huán)境的污染。自動變速器可實現最佳轉速比，即使發(fā)動機低速運轉，也能保障車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型車最早采用一種兩個速比的自動變速器。其構造是采用多組齒輪，并且分成中央齒輪和周邊齒輪，最外邊則是一個轉輪，隨著中央齒輪從發(fā)動機引入的扭矩不同，齒輪組相機行事，從而得到高低不一的轉速，包括倒車檔的反向旋轉。 從那以后，自動變速器的構造原理并無大的改變，但材料技術的進步與潤滑油性能的提高，使這種變速器的速比更為豐富。ZF公司于1999年推出了首臺6個速比的變速器，與此同時，液壓控制技術的發(fā)展，還可使駕車者通過制動踏板直接改變車速。 美國在第二次世界大戰(zhàn)之前就生產過一種3個速比的自動變速器，只要把變速桿推至D的位置上，便可由油門踏板隨意地改變車速。傳統(tǒng)的離合器由一個渦輪轉換器所取代。每當制動踏板被踩下或抬起時，由一個液壓泵干預速度的變化。這套簡單的系統(tǒng)后來回增加了“Kickdown”，使性能更加完善。后來，又有人發(fā)明了渦流轉換器的鎖止機構，消除了加速時打滑的感覺，從而大大地降低了油耗。轉輪式自動變速器存在一個缺點，即起步加速時令人有一種車輪打滑的感覺，于是駕車人會猛加油門，但車速又并不隨即增高。目前已有一些廠家，如日產和菲亞特，求助于電子裝置來設法消除這一缺點，日產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果。駕車者根本無需扳動手柄，便可以輕松自如地改變車速。 雖然自動變速器不斷地演變進步，但始終有缺點，即車速的反應與踏板的動作之間總有一定的差距，駕駛中缺乏直覺的印象。1969年出現的電子控制系統(tǒng)及1982年出現的數字技術對此作了改進。 隨著發(fā)動機燃油噴射與點火裝置的不斷完善，自動變速器也有新的花樣，如設置了“運動式’或“雪地行駛”等不同的操控方式，有的在儀表盤上設有一個印有S字母的按鈕，可以在加速時變得格外迅捷；或者印有雪花圖案代表雪地行駛的按鈕，可避免在起步時打滑。更有甚者，新一代“隨機應變式”變速器還可以順應駕車者不同的習慣、相應的反應、使駕駛變得更加得心應手。 近年，保時捷公司又發(fā)明了一種“手控／自動變速器”，憑靠一組復雜的電子裝置，可以使駕車者在自動與手動變速之間任意選擇。例如，在市內行駛時，由于需要頻繁地變換速度，使用自動變速器便顯得非常方便；而一旦來到高速公路或其它開闊的地方，則又可將自動變速的功能關掉，轉為由手控制，以此來領略駕車中的多種樂趣。這一點已逐漸成為高檔車的特性。 將自動變速器智能化，并且普及到大眾化的汽車上，這是法國人的功勞。1997年標致206與雷諾Clio率先采用了最先進的電腦控制技術及被稱為“fuzzylogie”的原理，即“模糊邏輯”。這樣的汽車可以依據駕車者的性情、路面的狀況、車身的負荷乃至周邊環(huán)境等多種因素，在9種程式中挑選最適合的功能，實現智能化駕駛，以充分發(fā)揮車輛的性能，降低油耗，確保安全。 機械式變速器的現狀 手動變速器（Manual Transmission）采用齒輪組，每檔的齒輪組的齒數是固定的，所以各檔的變速比是個定值(也就是所謂的“級” )。比如，一檔變速比是3.85,二檔是2.55,再到五檔的0.75,這些數字再乘上主減速比就是總的傳動比，總共只有5個值(即有5級)，所以說它是有級變速器。 曾有人斷言，繁瑣的駕駛操作等缺點，阻礙了汽車高速發(fā)展的步伐，手動變速器會在不久“下課”，從事物發(fā)展的角度來說，這話確實有道理。但是從目前市場的需求和適用角度來看，筆者認為手動變速器不會過早的離開。 首先，從商用車的特性上來說，手動變速器的功用是其他變速器所不能替代的。以卡車為例，卡車用來運輸，通常要裝載數噸的貨品，面對如此高的“壓力”，除了發(fā)動機需要強勁的動力之外，還需要變速器的全力協(xié)助。我們都知道一檔有“勁”，這樣在起步的時候有足夠的牽引力量將車帶動。特別是面對爬坡路段，它的特點顯露的非常明顯。而對于其他新型的變速器，雖然具有操作簡便等特性，但這些特點尚不具備。 其次，對于老司機和大部分男士司機來說，他們的最愛還是手動變速器。從我國的具體情況來看，手動變速器幾乎貫穿了整個中國的汽車發(fā)展歷史，資歷較深的司機都是“手動”駕車的，他們對手動變速器的認識程度是非常深刻的，如果讓他們改變常規(guī)的做法，這是不現實的。雖然自動變速器以及無級變速器已非常的普遍，但是大多數年輕的司機還是崇尚手動，尤其是喜歡超車時手動變速帶來的那種快感，所以一些中高檔的汽車（尤其是轎車）也不敢輕易放棄手動變速器。另外，現在在我國的汽車駕駛學校中，教練車都是手動變速器的，除了經濟適用之外，關鍵是能夠讓學員打好扎實的基本功以及鍛煉駕駛協(xié)調性。 第三，隨著生活水平的不斷提高現在轎車已經進入了家庭，對于普通工薪階級的老百姓來說，經濟型轎車最為合適，手動變速器以其自身的性價比配套于經濟型轎車廠家，而且經濟適用型轎車的銷量一直在車市名列前茅。例如，夏利、奇瑞、吉利等國內廠家的經濟型轎車都是手動變速的車，它們的各款車型基本上都是5檔手動變速。 設計思路 汽車變速器是汽車上的重要部件,為保證汽車必要的動力性和經濟性指標,必須合理選擇和配置變速器檔位及各檔速比。通過對變速器等比級數速比配置、偏置等比級數速比配置的理論分析,從經濟性和加速性兩方面分析對比兩種速比配置,在總檔位數和一檔速比確定后,合理的分配變速器各檔速比。1　總檔數及壹檔傳動比的選擇，就動力性而言,檔位數多,增加了發(fā)動機發(fā)揮最大功率附近高功率的機會,提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經濟性而言,檔位數多,增加了發(fā)動機在低燃油消耗率區(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比，2種方法將介紹英國馬丁博士提出的汽車變速器偏置等比級數分配方法。 變速箱的設計需要哪些參數：齒輪參數、軸參數、同步器參數的確定，并進行防脫檔技術等設計。齒輪，1 檔數及傳動比的選擇，2 齒形參數的確定，2.1 中心距A的選擇，2.2 模數M的確定，.3壓力角2.4 螺旋角：5 齒寬b .6 變位系數.7 傳動的質量指標計算.8 齒厚及側隙。軸，.1 軸的設計2 軸的受力分析3 軸的撓度和偏轉角計算4 軸的校核。同步器1 錐面半錐角和摩擦系數.2 錐面平均直徑和錐面工作長度.3 鎖止角4 同步時間5 轉動慣量。 防脫檔和降噪1 防脫檔設計.2 降噪。 參考文獻 《汽車構造》 （第五版） 陳家瑞，人民交通出版社 《汽車技術實訓》 歐陽愛國，北京理工大學出版社 《汽車底盤構造》 成大先，化學工業(yè)出版社 《汽車設計》 王豐元 馬明星 中國電力出版社 林紹義，一種汽車變速器設計，機電技術，2004年第1期 蔡炳炎,徐　勇,林　寧，機械式汽車變速器的速比配置分析，機械研究與應用，2005年4月第18卷　第2期。