紧凑型SUV机械式手动变速器设计外文翻译资料

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汽车底盘

卷1：组件设计

9 手动齿轮箱

9.1手动齿轮箱分类

齿轮箱通常根据在给定速度下运动传递中涉及的齿轮对（级）的数量而分类; 在手动车辆变速器的情况下，要考虑的数量仅为前进速度，而不考虑最终齿轮，即使包括在齿轮箱中。因此有：

bull;单级齿轮箱

bull;双级或中间轴齿轮箱

bull;多级齿轮箱

图9.1显示了四速齿轮箱的三种配置。

评论这些计划的普遍采用的规则是有用的。 每个轮由其长度与齿轮的节圆直径成比例的节段表示; 该段以水平行程结束，表示齿宽。 如果在与轴相交的部分中断，则齿轮空转; 如果段没有中断地穿过轴的线，则发生相反的情况。 然后轮与轴一起旋转。 集线器根据相同的规则表示，而袖子由一对水平笔画表示。 箭头显示输入和输出轴。

单级齿轮箱主要应用于前轮驱动车辆，因为在这些中，输入和输出轴被设置是有用的; 另一方面，输入轴和输出轴是对齐的。

图9.1。四个变速箱的方案以三种不同的配置显示：a：单级，b：双级，c：三级。

这就是为什么后轮驱动车辆通常采用双级齿轮箱的原因。在具有横向发动机的前轮驱动车辆上有时采用多级配置，因为可以缩短齿轮箱的横向长度;它用于速度的数量或齿轮的宽度不允许使用单级传输。

应当注意，在具有横向发动机的前轮驱动车辆上，由于决定了前履带的值和轮胎的尺寸，齿轮箱的长度对车轮的最大转向角具有直接影响，因此最小转弯半径。

多级齿轮箱的横向尺寸的积极结果是由于更多的啮合齿轮而导致更高的机械损失。

应该注意的是，在图中所示的三级齿轮箱中，三个轴的轴线不位于同一平面中，如该方案看起来示出的。在侧视图中，三个轴的轮廓应该被表示为三角形的顶点;这种布局减小了齿轮箱的横向尺寸。在这种情况下和其他情况下，如下文所示，通过在输出轴和输出轴的平面上转动输入轴和中间轴的平面来表示附图。

反向速度中使用的齿轮组分别分类。速度的反转通过使用附加齿轮来实现。事实上，在三个齿轮的列中，输出速度具有与输入速度相同的方向，而两个齿轮的其它列仅具有相反方向的输出速度;增加的齿轮通常称为惰轮。

主要配置如图1所示。 9.2。

在方案a中，附加的中间轴示出滑动惰轮，其可以匹配不接触的两个接近的齿轮，例如第一速度的输入齿轮和第二速度的输出齿轮。应当注意，在该方案中，附图不保留部件的实际尺寸。

图9.2。 用于反向速度的方案; 这样的方案适合每种类型的变速箱布局。

方案b示出了两个滑动惰轮，一起旋转;这种布置在获得给定的传动比方面具有额外的自由。中间轴从图纸平面设置;箭头表示当接合倒档速度时匹配的齿轮。

方案c类似于关于惰轮的方案;当其处于空转位置时，其将输出轴上的附加的特定轮与在第一和第二速度的切换套筒上切割的齿轮配对。

配置d示出了专用的一对齿轮，具有固定的惰轮和移位套筒。

以下是图中所示配置的优点和缺点。

bull;方案a，b和c更简单，但排除了同步器的应用（因为对偶不总是啮合），也不允许使用螺旋齿轮（因为轮子必须通过滑动移动）。

bull;方案d更复杂，但可以包括同步器并且可以采用螺旋齿轮。

方案a，b和c不增加齿轮箱长度。

9.2机械效率

与执行相同功能的其他机构相比，汽车齿轮传动装置的机械效率高;实际上，在计算动态性能和燃料消耗时不应忽略该效率的价值。限制燃料消耗的连续性正是传动设计师关注减少机械损失的原因。

总传输损耗通过依赖和独立于处理功率的项来传达;主要术语是：

bull;齿轮损耗;这些通过接合齿之间的摩擦（取决于功率）和通过在空气和油中旋转的轮的摩擦（功率无关）而产生。

bull;轴承损失;这些通过滚动体的接触区域的延伸和它们的变形（部分地依赖于且部分地独立于动力）并且通过它们在空气和油中的旋转（与动力无关）而产生。

bull;密封损失;它们由密封件和旋转轴之间的摩擦产生并且是动力独立的。

bull;润滑损失;这些由润滑泵（如果存在）产生，并且是功率独立的。

所有这些损失取决于接触部件的转速，因此取决于发动机转速和所选择的传动比。

表9.1报告了在考虑节气门全开条件的计算中采用的机械效率值;这些值考虑了一对齿轮或具有飞溅润滑的完整变速器;在同一表中，我们还可以看到完整的动力换档外摆线自动变速器和钢带无级变速器的效率。对于最后两个变速器，变矩器必须被视为锁定。

表9.1。 不同传动机构的机械效率。

机制类型	效率 (%)
完全手动变速箱
与飞溅润滑	92–97
完全自动变速箱
(齿轮)	90–95
完整的自动变速箱
(钢带;无压机对照.)	70–80
完整的自动变速箱
(钢带;与压机对照.)	80–86
一对圆齿轮	99.0–99.5
一对锥齿轮	90–93

图9.3。 单级齿轮箱的总摩擦损失的贡献，设计为300Nm作为输入速度的函数。

将功率损耗测量作为旋转输入速度的函数而不是效率参考是更正确的。图9.3显示了在最大功率下在第四速度下的双级变速器的示例;显示了对总数的不同贡献。

这种测量是通过一步一步拆卸齿轮箱来实现的，从而消除了相关的损失。

在第一步中，移除所有同步器环，仅留下同步器毂;因此，非接合同步器的机械损耗是可测量的。损失是由于非接合的润滑锥形表面的相对速度;该损耗的值显然取决于速度和所选择的传动比。

在第二步骤中，移除所有旋转密封件。

在第三步中，润滑油被去除，因此消除了大量的润滑损失;一些油必须保留以便留下齿之间的接触。

通过去除不参与动力传递的那些齿轮，它们的机械损失现在是可测量的。其余的损失是由于轴承;以前的部件移除可以影响这个值。更详尽的方法在于测量完整的效率图;效率可以表示为表面的第三坐标，其中另外两个坐标是输入速度和发动机扭矩。可以通过比较工作传动的输入和输出转矩来进行效率计算。

这种映射可以显示在输入转矩的适度值下效率如何达到几乎恒定的值;不能忘记标准燃料消耗评估循环包括相当适度的扭矩值，因此意味着传递效率值随扭矩而变化。

图9.4示出了在恒定发动机速度下切割的上述图的定性横截面。应当注意，在输入处的效率也为零

图9.4。机械ecirc;效率图，如在恒定的发动机转速的输入扭矩的函数;虚线表示该曲线的一合理的近似值，在数学模型被用于的性能和燃料消耗的预测。

扭矩值略大于零; 事实上，摩擦意味着输入转矩的某一最小值，低于该最小值时运动是不可能的。可以使用点划线作为实际曲线的内插来进行表示机械效率的良好近似。

9.3手动汽车齿轮箱

9.3.1通过的方案

手动变速箱中，仅通过驾驶员力执行改变速度以及接合和分离离合器。这种齿轮箱由斜齿轮制成，每个速度都有一个同步器;一些齿轮箱不使用显示同步器的倒档速度，特别是那些在经济型微型车。

我们先前讨论了第一个分类;附加信息是速度数，通常在4到6之间。

单级齿轮箱用于横轴;除了一些例外，它们被应用于具有前发动机的前轮驱动的汽车和具有后发动机的后驱动汽车;这对于纵向和横向发动机是正确的。

在所有这些情况下，最终传动装置包括在齿轮箱中，因此也称为传动装置。

中间轴双级齿轮箱用于常规驱动的汽车中，其中发动机纵向地安装在前面，驱动轴是后轴。如果齿轮箱安装在后轴上，为了改善重量分布，最终驱动器可以包括在齿轮箱中。

通过多级变速器，一些齿轮可用于不同的速度。齿轮轮的数量可以以一些速度增加;这通常在低速下发生，因为这些速度的较少频率使用降低了较低机械效率对燃料消耗的惩罚。

成本和重量的增加是通过传输长度减少来证明的，有时需要在具有大排量和多于四个气缸的横向发动机上。

在所有这些齿轮箱中，同步器联接到相邻的速度（例如：首先具有第二，第三和第四等），以便减小总长度并且利用相同的选择杆换档两个齿轮。

我们将杠杆旋钮必须在其上移动的平面定义为换挡杆的选择平面（几乎平行于车辆地板上的换挡杆的xz坐标体参考系平面），以便选择两个接近的速度对。例如，对于遵循许多现有方案的手动变速箱，第一，第二，第三，第四和第五速度被组织在三个不同的选择平面上;倒车速度可以具有专用平面或与第五速度共享其平面。

图9.5显示了五速单级齿轮箱的典型示例。第一速轮接近轴承，以便限制轴的偏转。在该齿轮箱中，齿轮对的总数与图1所示的双级变速器的相同。 图9.6虽然在第一齿轮箱中对于每个速度仅有两个传动轮，在第二个中，对于前四个速度存在三个传动轮，而对于第五个不存在三个传动轮。该性质通过存在使所述前四个速度的输入轮运动的所谓恒定齿轮（左侧的第一齿轮对）而产生;第五速度是直接驱动，因为上轴的两个部分连接在一起。

图9.5。 方案五速单级变速箱，适用于带有横向发动机的前轮驱动

图9.6。 用于常规布局的在线双级齿轮箱的方案。

图1中的单级齿轮箱图9.5示出了位于轴承之外的第五速轮对，见现有四速变速器的升级;在这种情况下，第五速度具有专用选择平面。

图1中的双级齿轮箱9.6以完全不同的方式组织，但也显示靠近轴承的一对轮子。直接驱动专用于最高速度;第五速度表示专用选择平面。

六速双级齿轮箱与前面的示例相比没有显示出概念上的变化;同步器被组织成在同一选择平面上留下第一和第二，第三和第四，第五和第六速度。

如已经看到的， 9.6允许合理地减小齿轮箱的长度。在该方案中，仅第一和第二速度受益于第二中间轴;动力通过恒定的齿轮对进入副轴，并以降低的速度流到输出轴。第三，第四和第五速度具有单级布置。使用传统的空转轮获得反向速度。

9.3.2实际案例

四速变速箱是欧洲最广泛分布的解决方案，直到20世纪70年代，一些经济型车只有三种速度

图9.7。 三级五速变速箱方案，适用于带有横向发动机的前轮驱动车。

随着装机功率的增加，空气动力性能的提高和对燃料消耗的日益关注，必须增加最后速度的传动

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