第二節變速器傳動機構布置方案機械變速器因其結構簡單、傳動效率高、制造成本低、工作可靠等優點而廣泛應用于各類汽車中。 1、傳動機構布置方案分析 傳動機構有兩種分類方法。 根據前進檔的數量，有三速、四速、五速和多速變速器。 根據軸的形式不同，分為固定軸式和旋轉軸式（常與行星齒輪傳動配套）兩種。 定軸變速器分為兩軸變速器、副軸變速器、雙副軸變速器和多副軸變速器。 定軸變速器應用廣泛，其中兩軸變速器多用于前置前輪驅動的汽車，副軸變速器多用于前置后輪驅動的汽車。 轉軸式主要用于流體機械傳動裝置。 與中間軸傳動相比，兩軸傳動具有結構簡單、外形尺寸小、布置方便、中間齒輪傳動效率高、噪聲低等優點。 由于兩軸變速器不能配備直接齒輪，因此在高速檔工作時齒輪和軸承受到負荷，不僅增加了運轉噪音，而且容易損壞。 另外，由于結構的限制，兩軸變速器的第一傳動比不能設計得很大。 所示為前置發動機前輪驅動汽車中使用的兩軸傳動方案。 其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪為一體。 當發動機垂直安裝時，主減速器采用螺旋錐齒輪或準雙曲面齒輪。 發動機橫向安裝時，采用圓柱齒輪； 大多數方案都有倒檔。 傳動常用滑動齒輪，其他齒輪采用常嚙合齒輪。
圖3-1f中的倒檔為常嚙合齒輪，通過同步器換檔； 大多數同步器安裝在輸出軸上。 這是因為一檔主動齒輪尺寸較小，很難將同步器安裝在輸入軸上。 高檔同步器可安裝在輸入軸后端，見圖3-1d、e； 圖3-1d所示的傳動方案有輔助支撐，以提高軸的剛性，減少齒輪磨損，降低運轉噪音。 圖 3-lf 所示的解決方案是五速完全同步變速器。 以此為基礎，只要將五檔齒輪更換為同等尺寸的墊片，即可改為四檔變速器，從而形成系列產品。 分別示出了幾種副軸四速、五速和六速傳動方案。 它們的共同特點是變速器的第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，并通過嚙合套連接以獲得直接齒輪。 使用直接齒輪時，變速器的齒輪、軸承和中間軸不承受負載。 發動機扭矩通過變速器的第一軸和第二軸直接輸出。 此時變速器的傳動效率高，可達90%以上，噪音低，齒輪和軸承的磨損減少。 由于直接齒輪的利用率比其他齒輪高，因此增加了變速器的使用壽命； 當工作在其他前進檔時，變速器傳遞的動力需要經過設置在第一軸、中間軸和第二軸上的兩個齒輪。 對于齒輪傳動來說，所以在傳動中間軸與第二軸的距離（中心距）不大的情況下，第一檔仍然有較大的傳動比：檔位較高的齒輪采用常嚙合驅動齒輪。 下檔（一檔）可以采用常嚙合齒輪傳動，也可以不采用常嚙合齒輪傳動； 大多數變速器方案中，除一檔外的其他檔位的換檔機構均采用同步器或嚙合套進行換檔，少數結構的一檔也采用同步器或嚙合套進行換檔，各檔位的同步器或嚙合套進行換檔。大多數情況下，齒輪安裝在第二軸上。
當以直接檔以外的檔位工作時，副軸傳動的傳動效率略有降低，這是它的缺點。 在齒輪數相同的情況下，各種中間軸變速器的區別主要在于常嚙合齒輪對數、換檔方式和倒檔傳動方案。 與圖3-2所示的中間軸四速變速器示例傳動方案的區別在于：圖3-2a和b所示的方案有四對常嚙合齒輪，倒檔齒輪通過正齒輪換檔。齒滑動齒輪。 ; 圖3-2c所示傳動方案的第二、第三和第四檔由常嚙合齒輪驅動，而第一和倒檔由直齒滑動齒輪換檔。 3-2 中間軸四速變速器的傳動方案如圖3-3a所示。 除第一檔和倒檔由直齒滑動齒輪換檔外，其余檔位均由常嚙合齒輪驅動。 圖3-3b、c、d所示方案中各前進檔均由常嚙合齒輪驅動； 圖3-3d所示方案中的倒檔齒輪和超速齒輪安裝在變速器后部的副箱內，這樣布置除了提高軸的剛性、減少齒輪磨損、降低運轉噪音外，它還可以輕松地組成只有四個前進檔的變速器，而不需要超速檔。 圖3-4a所示方案中的第一檔和倒檔以及圖3-4b所示方案中的倒檔采用直齒滑動齒輪進行換檔，其余齒輪均具有均勻的常嚙合齒。 上述方案中，當采用恒嚙合時，齒輪傳動的換檔可以采用同步器或嚙合套來實現。 在同一變速器中，有的齒輪是通過同步器換擋的，有的齒輪是通過嚙合套換擋的。 那么較高檔位必須由同步器換檔，較低檔位必須由嚙合套換檔。
中間軸六速變速器傳動方案：前置后輪驅動的汽車采用中間軸變速器。 為了縮短傳動軸的長度，可加長傳動后端，如圖3-2a、b所示。 細長的第二軸有時安裝在三個支撐件上，最后一個支撐件位于細長的附加殼體上。 如果倒檔變速齒輪和變速機構布置在附加殼體內，則還可以減小變速器主要部分的總體尺寸。 該變速器采用圖3-3c所示的多支撐結構方案，可以提高軸的剛性。 這時，如果采用在軸平面上可分離的殼體，則可以更好地解決軸、齒輪等零件裝配困難的問題。 圖3-3c所示方案的高速從動齒輪處于懸臂狀態。 同時，一檔和倒檔齒輪布置在變速器殼體的中跨內，中間齒輪的同步器布置在中間軸上。 這就是解決方案的特點。 與前進檔相比，倒檔的使用率并不高，停車時才換倒檔。 因此，大多數解決方案使用直齒滑動齒輪來改變倒檔。 為了實現倒檔傳動，有的方案采用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線上增加中間傳動齒輪的方案，見圖等； 也有采用兩個連體齒輪的方案，見圖3-2c3—3a、b等。前者雖然結構簡單，但中間傳動齒輪的齒在最不利的正負交變對稱彎曲應力狀態下工作，而后者工作在更有利的單向循環彎曲應力狀態下，使得反向傳動比略有增加。 這是一種常見的倒檔裝置。
圖3-5b所示方案的優點是，換倒檔時使用中間軸上的第一個齒輪，從而縮短了中間軸的長度。 然而，在換檔時，兩對齒輪同時嚙合，導致換檔困難。 所示方案可以獲得較大的反向傳動比。 缺點是換檔程序不合理。 針對之前的缺陷，對圖3-5d所示的方案進行了修改，從而取代了圖3-5c所示的方案。 圖3-5e所示的解決方案是將一檔和倒檔齒輪集成在中間軸上，并加長其齒寬。 圖3-5f所示的方案適用于所有齒輪副常嚙合的齒輪，使換檔更容易。 為了充分利用空間，縮短變速器的軸向長度，有的卡車采用如圖3-5g所示的方案進行倒檔變速器。 其缺點是：首先，每個倒檔都必須使用一根變速器撥叉軸，這使得變速器上蓋內的控制機構更加復雜。 由于變速器工作在一擋和倒擋時受力較大，因此無論是兩軸變速器還是中間軸變速器的低擋和倒擋都應布置在靠近軸的支撐處，以減少軸的變形。 ，確保齒輪重疊度不要下降太多，然后按照從低檔到高檔的順序排列齒輪。 這樣不僅可以使軸具有足夠的剛性，而且可以保證組裝方便。 雖然倒檔的傳動比接近一檔的傳動比，但由于使用倒檔的時間很短，從這一點來看，有一些計劃將一檔布置在靠近支撐的位置。軸，如3-2b、圖3-3b、圖3-4a等，然后布置倒檔齒輪。 此時，倒檔工作時，輪齒磨損和噪聲在短時間內略有增加。 同時，第一齒輪工作時，輪齒磨損和噪音減小。
在結構上可以將倒檔齒輪設置在變速器的左側或右側。 不同之處在于，當掛入倒檔時，駕駛員移動變速桿的方向會發生變化。 為了防止車輛意外掛入倒檔，掛倒檔時通常需要克服彈簧產生的力，以提醒駕駛員注意。 由此看來，圖3-6a、b的換擋方案比圖3-6c更為合理。 圖3-6c所示的方案還需要克服所產生的力，以防止在換入一檔時意外地換入倒檔，這對于不熟練換檔的駕駛員來說是不利的。 此外，倒檔中間齒輪位于變速器左側或右側的位置也會影響倒檔軸上的應力，見圖3-7。 如齒輪位置及應力分析圖所示，輪齒使用頻繁，其輪齒因接觸應力過大而造成表面點蝕損傷。 將高檔齒輪布置在靠近軸的支架中部區域更為合理。 在此區域內，由軸變形引起的齒輪偏轉角較小，齒輪保持較好的嚙合狀態，偏心載荷的減少可提高齒輪壽命。 一些汽車變速箱具有超速檔，僅在良好的道路上或空車行駛時使用。 使用傳動比小于1（0.7至0.8）的超速齒輪可以更充分地利用發動機功率，減少汽車行駛公里數所需的發動機曲軸總轉數斜面機構傳動效率，從而有助于減少發動機磨損和燃油消耗。 。 但與直接齒輪相比，使用超速齒輪會降低傳動效率并增加噪音。 機械變速器的傳動效率與所選擇的傳動方案有關，包括傳遞動力時處于工作狀態的齒輪副的數量、每分鐘的轉數、傳動速度等。 發動機縱向安裝時的兩軸變速器結構圖顯示了潤滑系統的功率、有效性以及齒輪、殼體等零件的制造精度。
其特點是高速檔同步器布置在輸入軸上，低檔同步器布置在輸出軸上。 為了提高軸的剛性，增加了中間支撐。 這是發動機橫置時兩軸四速變速器的結構圖。 圖中，輸入軸上的所有齒輪都與軸為一體。 由于主減速器齒輪為斜齒圓柱齒輪，因此變速器殼體與主減速器殼體為一體連接，可用同一種潤滑油對齒輪進行潤滑。 二、零部件結構方案分析 1、與正齒輪相比，斜齒圓柱齒輪具有使用壽命長、運轉時噪音低的優點； 缺點是制造稍復雜，工作時有軸向力。 變速器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這會增加常嚙合齒輪的數量并增加變速器的轉動慣量。 正齒輪僅用于低速檔和倒檔。 2、變速機構型式 變速器變速機構有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器變速三種類型。 汽車行駛時斜面機構傳動效率，每個檔位都有不同的角速度。 因此，通過軸向滑動的正齒輪換檔會對輪齒端面產生沖擊，并伴有噪聲。 這會增加齒輪端部磨損和過早損壞，同時使駕駛員緊張，并且換檔產生的噪音降低了乘坐舒適度。 上述缺點只有駕駛員運用熟練的操作技術（如兩腳離合器）保證換檔時不產生沖擊才能克服。 但此時駕駛員注意力分散，會影響行車安全。 因此，這種換檔方式雖然結構簡單，但除一檔和倒檔外很少使用。
由于變速器第二軸齒輪與副軸齒輪處于常嚙合狀態，因此可以利用移動嚙合套進行換檔。 此時，由于有多個嚙合齒同時承受換檔沖擊載荷，且輪齒不參與換檔，因此不會過早損壞，但無法消除換檔沖擊，因此駕駛員還是需要有熟練的操作技能。 。 另外，由于增加了嚙合套和常嚙合齒輪，變速器轉動部分的總慣性矩增大。 因此，這種換檔方式目前只用在一些要求不高的檔位和重卡變速箱上。 這是因為重型卡車齒輪之間的公比較小，換檔機構各連接部件之間的角速度差也較小。 因此，采用嚙合套進行換檔，還可以降低制造成本，減少變速器的長度。 使用同步器，無論操作技術熟練程度如何，都可以保證快速、無沖擊、無噪音的換檔，從而提高汽車的加速性、經濟性和行駛安全性。 與上述兩種變速方式相比，雖然具有結構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點，但仍得到廣泛應用。 當使用同步器或嚙合套換檔時，換檔行程小于滑動齒輪換檔行程。 當滑動齒輪特別寬時，這種差異更加明顯。 為了方便操作，不同檔位的變速桿行程要求應盡可能一致。 自動脫離是主要的傳動故障之一。 為了解決這一問題，除技術措施外，目前最有效的結構措施有： 1）錯開兩嚙合齒的嚙合位置，見圖3-9。
這樣，嚙合時，嚙合齒的端部超出被嚙合齒約1～3mm。 使用過程中，接觸部分受到擠壓磨損，從而在嚙合齒的端部形成臺肩，以防止嚙合齒自動脫離。 2）將嚙合套齒輪座上前齒圈的齒厚切薄（切去0.3~O.6mm），使嚙合套后端面由后齒圈前端面支撐。齒圈在變速后，從而減少自動脫開，見圖3-10。 3）將嚙合齒工作面加工成斜面，形成倒錐角（一般傾斜2～3°），使嚙合齒面產生防止自動脫離的軸向力，見圖3-11。 這種解決方案更加有效并且有很多應用。 3、傳動軸承傳動軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動套等，至于在哪里使用哪種軸承，則受結構限制，并隨其載荷特性而變化。熊。 汽車變速器結構緊湊、體積小，使用較大的軸承受到結構限制，往往造成布置困難。 例如，變速器的第二軸的前端支撐在第一軸常嚙合齒輪的內腔中。 如果內腔尺寸足夠，可配置圓柱滾子軸承。 如果空間不足，可以使用滾針軸承。 變速器第一軸的前端支撐在飛輪的內腔中。 由于有足夠的空間，常采用球軸承來承受徑向力。 作用在第一軸常嚙合齒輪上的軸向力通過第一軸后部的軸承傳遞到變速器殼體。 這里通常使用軸承外圈上帶有擋圈的球軸承。 第二軸后端常采用球軸承，承受軸向力和徑向力。中間軸上的齒輪工作時產生的軸向力原則上由前軸承或后軸承支撐。