小轎車(chē)機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)探析范文
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摘要：伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人們的生活水平得到了巨大的改善，朝著更好的方向發(fā)展，與此同時(shí)，我國(guó)的小轎車(chē)數(shù)量也與日俱增，逐漸成為汽車(chē)大國(guó)。小轎車(chē)有一個(gè)重要的零部件，即變速器系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)小轎車(chē)的變速器時(shí)，不僅需要滿足能隨意變換檔位提供動(dòng)力的需求，而且還要保證小轎車(chē)在行駛的過(guò)程中的安全性以及穩(wěn)定性能。本文針對(duì)小轎車(chē)機(jī)械式變速器進(jìn)行了研究，變速器既能改變汽車(chē)的行駛速度又會(huì)影響汽車(chē)的使用性能，著重描述了小轎車(chē)機(jī)械式變速器的關(guān)鍵部件，譬如齒輪、傳動(dòng)器等，實(shí)現(xiàn)了小轎車(chē)的機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)，使汽車(chē)機(jī)械式變速器的性能全面提高。
關(guān)鍵詞：機(jī)械性；變速器；設(shè)計(jì)研究
隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)小轎車(chē)的產(chǎn)量逐年增多，汽車(chē)行業(yè)也得到了快速的發(fā)展，進(jìn)入了一個(gè)全新的階段，產(chǎn)生了種類(lèi)更加繁多的小轎車(chē)變速器，主要有以下幾種類(lèi)型：手動(dòng)變速器、無(wú)級(jí)變速器、機(jī)械式變速器、自動(dòng)變速器以及帶有自動(dòng)變速功能的手動(dòng)變速器，其中最早使用的為機(jī)械式變速器，它的技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)最成熟，而現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法又將小轎車(chē)機(jī)械式變速器的性能做了一個(gè)整體的優(yōu)化。
1小轎車(chē)機(jī)械式變速器的定義
機(jī)械式變速器中有齒輪，各個(gè)檔位對(duì)應(yīng)固定不變的齒輪，因此各個(gè)檔位的變速比也是恒定的，譬如一檔的變速比為3.85，二檔為2.55，依此減少到五檔的時(shí)候?yàn)?.75，將變速比通過(guò)加減乘除運(yùn)算最終可得到傳動(dòng)比，按數(shù)值可分為五類(lèi)，所以也把它叫作有級(jí)變速器，現(xiàn)在的汽車(chē)上使用的是由液力變矩器和齒輪相互作用形成的自動(dòng)變速器技術(shù)，在主要的城市用車(chē)中普遍運(yùn)用了這一技術(shù)，但是客觀來(lái)說(shuō)，液力變矩器和齒輪存在一些不足：第一，傳動(dòng)比值間斷，僅僅只能在分段區(qū)間內(nèi)進(jìn)行沒(méi)有等級(jí)劃分的變速；第二，液力傳動(dòng)的效率低下，造成小轎車(chē)動(dòng)力不足的同時(shí)還增加了燃料成本；第三，變速器的檔位等級(jí)變多使得無(wú)級(jí)變速的范圍擴(kuò)大，這時(shí)需使用更多的元件控制齒輪組的動(dòng)力傳輸軌跡，增加自動(dòng)變速器零件數(shù)目，過(guò)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不利于后期的維修。汽車(chē)行業(yè)很早便開(kāi)始研究其他類(lèi)型的變速技術(shù)，像業(yè)界內(nèi)比較看好的無(wú)級(jí)變速技術(shù)，傳動(dòng)帶、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪之間相互配合提供了動(dòng)力，無(wú)級(jí)變速技術(shù)可以不斷改變傳動(dòng)比，使傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況保持在一個(gè)最佳的狀態(tài)，全面提升小轎車(chē)的動(dòng)力并節(jié)省燃油量，駕駛員操作起來(lái)更加方便快捷，因此它是一種較好的汽車(chē)傳動(dòng)裝置。通常人們?nèi)菀讓⒁毫ψ詣?dòng)變速器和無(wú)級(jí)變速器兩種裝置混淆，但事實(shí)上它們是完全不一樣的兩個(gè)東西，實(shí)現(xiàn)的功能也不盡相同。無(wú)級(jí)變速技術(shù)中需要液力變扭器、齒輪減速裝置以及電子自動(dòng)控制裝置，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)也逐漸趨于完備，在北美國(guó)家中有極高的市場(chǎng)占有率，其次是日本。液體本身具有一定的柔軟度，傳遞動(dòng)力時(shí)可以把沖擊的能量吸收并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變換轉(zhuǎn)速，所以也把它稱(chēng)為無(wú)級(jí)變速。
2小轎車(chē)機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)具有的特征
根據(jù)商用汽車(chē)的性質(zhì)，機(jī)械式變速器有其他變速器沒(méi)有的功能，具有不可替代性，譬如拉貨所用的汽車(chē)，通常它會(huì)裝載很重的貨物，這樣一來(lái)壓力就會(huì)很大，需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)有力的動(dòng)力并與變速器配合使用，提供足夠大的牽引力，這樣在上坡時(shí)才能帶得動(dòng)車(chē)，其余的變速器在這一方面存在劣勢(shì)，只能使操作更加簡(jiǎn)單；再次，老司機(jī)和男司機(jī)比較喜歡機(jī)械式變速器，在汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，幾乎都是使用機(jī)械式變速器，這已經(jīng)成了他們的習(xí)慣，他們喜歡那種超車(chē)時(shí)機(jī)械式變速器提供的快感，所以在小轎車(chē)上依然使用機(jī)械式變速器，駕校中使用的幾乎也都是它，只有它可以提高學(xué)員的駕車(chē)技能；最后，機(jī)械式變速器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，許多國(guó)內(nèi)的汽車(chē)生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)了這一類(lèi)型的小轎車(chē)，一經(jīng)推出便受到廣大人民群眾的喜愛(ài)。
3機(jī)械式變速器齒輪部位的設(shè)計(jì)
齒輪是變速器的一個(gè)基本組成元素，它的質(zhì)量關(guān)系到變速器系統(tǒng)的整體性能，因此設(shè)計(jì)齒輪時(shí)相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)把壓力角、齒輪數(shù)等元素考慮進(jìn)去，對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高齒輪的承載能力，除此之外還有齒輪螺旋角、齒輪間距、齒輪內(nèi)徑等因素，應(yīng)把它們?nèi)娴卣掀饋?lái)，選擇合適的參數(shù)值使機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)得更完美。
3.1齒輪數(shù)以及壓力角數(shù)值的選擇
齒輪數(shù)在決定齒輪尺寸的因素中占有主要的地位，通常情況下，齒輪的厚度會(huì)隨著齒輪數(shù)的變大而變大，所以齒輪在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)遵循一對(duì)齒輪有且僅有一個(gè)固定的齒輪數(shù)，這樣可以提高齒輪的性能，如果是從齒輪的成本以及性能方面考慮，技術(shù)人員應(yīng)確保齒輪數(shù)無(wú)誤，根據(jù)傳遞扭矩的數(shù)值以及制作齒輪的材料確定最小的中心距離，再確定齒輪的壓力角即齒輪受力的方向與運(yùn)動(dòng)方向所圍成的角，壓力角與點(diǎn)到圓的距離呈正相關(guān)，其中分度圓上的壓力角為20時(shí)，基圓上沒(méi)有壓力角，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)變速器的承載力以及結(jié)構(gòu)確定壓力角的大小，齒輪所受的重力、作用力會(huì)跟隨壓力角的大小而改變，超過(guò)一定的范圍會(huì)使齒輪震蕩引發(fā)巨大的噪音。
3.2齒輪的寬度以及螺旋角的選擇
齒輪的寬度也叫作齒輪的厚度，其數(shù)值等于齒輪的寬度系數(shù)乘以兩倍的分度圓半徑，在設(shè)計(jì)齒輪的寬度時(shí)首先應(yīng)該考慮維持齒輪正常工作以及降低變速器重量的條件，寬度太小使得負(fù)荷能力較弱，使傳動(dòng)穩(wěn)定性能降低，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)綜合考慮齒輪、變速器等因素，確保它們能穩(wěn)定運(yùn)行，將齒輪的寬度確定在一個(gè)科學(xué)的范圍內(nèi)，齒輪的螺旋角特指斜齒輪的螺旋角，實(shí)際的設(shè)計(jì)情況中，其螺旋角的數(shù)值大小取決于分度圓，承載能力越強(qiáng)對(duì)應(yīng)的齒輪優(yōu)勢(shì)越大，一旦確定好螺旋角的大小，那么齒輪工作時(shí)產(chǎn)生的噪音、齒輪的強(qiáng)度以及齒輪的軸向力都會(huì)進(jìn)一步得到改善。3.3齒輪的齒數(shù)以及變位系數(shù)的選擇齒輪的齒數(shù)指的是環(huán)繞圓一周的齒輪總數(shù)，決定齒輪齒數(shù)的因素有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、變速傳動(dòng)比和機(jī)械式變速器的檔級(jí)，可以通過(guò)變換齒輪的位置延長(zhǎng)齒輪的壽命，齒輪的變位系數(shù)決定了變速器的結(jié)構(gòu)特征、強(qiáng)度性能以及齒輪的咬合性能，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中技術(shù)人員使用變位齒輪時(shí)需保證齒輪尺寸正好合適，整體提高變速器強(qiáng)度，避免出現(xiàn)一些不好的現(xiàn)象。
3.4中齒輪的調(diào)整選擇
齒輪齒數(shù)的大小關(guān)乎齒輪性能的好壞，因此通過(guò)改變齒輪的形狀可以提高齒輪的性能，相反，如果齒輪的形狀修改得不規(guī)范則會(huì)影響齒輪的潛在特性，由此可知確定好完善的設(shè)計(jì)方案并落實(shí)修改齒輪的形狀的確切方案，可以保證齒輪的性能維持在最好的狀態(tài)，相關(guān)技術(shù)人員要設(shè)計(jì)出軸向與尺寸保持一致、傳動(dòng)能力擴(kuò)大一倍、噪音等級(jí)最低、性能最強(qiáng)的齒輪，設(shè)計(jì)方案中應(yīng)把齒輪的基本設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合齒輪形狀的更改，伴隨著對(duì)齒輪傳動(dòng)性能的深入研究，相關(guān)技術(shù)人員要驗(yàn)證齒輪具有的性能特征時(shí)，全面實(shí)行齒輪形狀更改技術(shù)，并大范圍地加以應(yīng)用，使齒輪間的負(fù)荷量科學(xué)地被分配，全面提高齒輪的承載能力并使震動(dòng)、噪音產(chǎn)生的頻率降低。
4變速器檔位等級(jí)的設(shè)計(jì)
伴隨著現(xiàn)在科技水平的提高，汽車(chē)行業(yè)也有了更廣闊的發(fā)展前景，各生產(chǎn)廠家制造出了不同種類(lèi)的汽車(chē)，汽車(chē)的使用途徑以及具體情況各有千秋，所以對(duì)不同的汽車(chē)提出了不同的性能要求，汽車(chē)是否穩(wěn)定、是否節(jié)省成本、是否有強(qiáng)勁的動(dòng)力支撐等因素都會(huì)對(duì)機(jī)械式變速器產(chǎn)生一定的影響，其中與變速器的性能密切相關(guān)的除了以上所說(shuō)的齒輪，還有變速器的檔位以及不同檔位等級(jí)的傳動(dòng)比這兩個(gè)因素。
4.1變速器檔位的選擇
變速器的檔位決定了汽車(chē)的動(dòng)力大小，檔位值越高汽車(chē)獲得的動(dòng)力就越足，供給發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也越大，節(jié)省了汽車(chē)的油耗量，但是它也存在一些短板，檔位設(shè)置的數(shù)量越多則換擋的頻率越高，操作的難度系數(shù)上升，所以應(yīng)合理設(shè)置機(jī)械式變速器的檔位，保證變速器穩(wěn)定運(yùn)行。
4.2檔位傳動(dòng)比的選擇
變速器檔位的傳動(dòng)比與最高檔位傳動(dòng)比數(shù)值相比可得傳動(dòng)比，傳動(dòng)比和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)、條件等有關(guān)聯(lián)，車(chē)輛自身的重力越大，傳動(dòng)比越高。小轎車(chē)的檔位可以提供不同大小的動(dòng)力，這時(shí)的傳動(dòng)比與坡度相關(guān)，汽車(chē)上坡時(shí)的牽引力受地面摩擦力的影響，因此速度很慢，在計(jì)算汽車(chē)檔位的傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)先計(jì)算汽車(chē)能通過(guò)的最大坡度值，相關(guān)技術(shù)人員將得到的檔的傳動(dòng)比進(jìn)行比較分析，最終可得到最高檔位的傳動(dòng)比。
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述，相關(guān)研究設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)小轎車(chē)機(jī)械式變速器的研究力度，使用有效的技術(shù)方法，針對(duì)小轎車(chē)機(jī)械式變速器的設(shè)計(jì)，應(yīng)全面了解什么是小轎車(chē)機(jī)械式變速器，它具有什么樣的特點(diǎn)，并從變速器的齒輪、檔位等級(jí)、傳動(dòng)軸等相關(guān)零部件入手，制定出一套全面綜合的實(shí)施方案，只有通過(guò)這樣的方式，充分分析機(jī)械式變速器，才能提高小轎車(chē)的動(dòng)力性能，使其保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，現(xiàn)階段我國(guó)采用機(jī)械式變速器的小轎車(chē)依然很多，所以需確保設(shè)計(jì)的變速器滿足市場(chǎng)的需求，確保其能安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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作者:郜振海 李麗艷 單位:新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院