汽车变速器综述

汽车变速器综述Summary of the Automotive Transmission

汽车变速器综述

摘要：随着汽车行业的迅猛发展，汽车在现代社会中已经跟人们的生活息息相关了。变速箱是汽车传动系统结构中最重要的部分之一。汽车的前进、后退、增速、减速都要靠变速器传动来实现。而且变速器在汽车的动力性和燃油经济性商也有很重要的影响。

关键词：变速器；档位；齿轮传动；

引言

现代汽车的动力装置，几乎都采用柱复活塞式内燃机。它具有体积小，质量轻，工作可靠，使用方便等优点。但其性能与汽车的动力性和经济性之间存在着较大的矛盾。

大家知道，汽车需要克服作用在它上面的阻力，才能起步和正常的行驶。即使在平坦的柏油路上，汽车以低速等速直线行驶，也需要克服约占汽车总质量1．5％的滚动阻力。若发动机和车轮直接相连，则对应于该转速所换算的汽车速度很高，是不能达到的。为此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器。即可使驱动车轮的扭矩增大为发动机把短的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的若干分之一。

此外，汽车的使用条件颇为复杂，变化很大。如汽车酌载贷量、道路坡度、路面好坏以及交通情况等。这就要求汽车的牵引力和车速具有较大的变化范围，以适应使用的需要。当汽车在平坦的道路上，以高速行驶时，可挂入变速器的高速檄而在不平的路上成爬较大的坡道时，则应挂入变速器的低速档。根据汽车的使用条件，选择合适的变速器档位，不仅是汽车动力性的要求，而且也是汽车燃料经济性的要求。例如汽车在同样的载货量、道路、车速等条件下行驶，往往可挂入较高的变速器档位，也可挂入较低的档位工作。此时只是发动机的节气门开度和转速或大或小而已，可是发动机在不同的工况下，燃料的消耗量是不一样的。一般变速器具有四个或更多的档位，驾驶员可根据情况选择合适的档位，使发动机燃料消耗量减小。

汽车在某些情况下，如进出停车场或车库，或在较窄的路上撑头等，需要例向行驶。然而，汽车发动机不能倒转工作，因此在变速器内设有例档。此外，变速器还没有空挡，可中断动力传递，以满足汽车暂时停驶和对发动机检查调整的需要。

汽车变速器具有这样几个功用：

①改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的工况下工作；

②在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；

③利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。

变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。在分类上有两种方式：按传动比变化方式和按操纵方式的不同来分。

一、汽车变速器的一般结构

1.简单式变速器的基本结构

简单式变速器由壳体、传动部分和操纵部分组成。

1)壳体：壳体是基础件，用以安装支承变速器全部零件及存放润滑油。其上有安装轴承的精确镗孔。变速器承受变载荷，所以壳体应有足够的刚度，内壁有加强，形状复杂，多为铸件(材料为灰铸铁，常用HT200)。

2)为便于安装，传动部分和操纵部分常做成剖分式，箱盖与壳体用螺栓联接并可靠定位。壳体上有加油、放油口，油面检查尺口，还应考虑散热。

3)传动部分：是指齿轮、轴、轴承等传动件。轴的几何尺寸通过强度、刚度计算确定。因主要决定于刚度，而碳钢与合金钢弹性模量近乎相等，所以一般用碳钢(常用45钢)。只有齿轮与轴制成一体或轴载荷严重才用合金钢。轴与齿轮多为花键联接(对中性好，能可靠传递动力，挤压应力小等)。轴的花键部分和放轴承处经表面淬火处理。轴多用滚动轴承支承，润滑简单，效率高、径向间隙小，轴向定位应可靠。润滑方式多用飞溅(υ>25m/s，只要粘度适宜可甩到壁上)。

4)操纵部分：主要零件位于变速器盖内。

2.组成式变速器结构特点

简单式变速器有效率高、构造简单使用方便钧优点矿但档数少，i变化范围小(牵引力、速度范围小)，只宜在档数不多的某些车工采用。若增加i的范围，则使变速器尺寸加大，轴跨度增加，为了既增加档数又不使轴跨度过大，可采用组成式变速器。所谓组成式变速器，通常由两个简单式变速器组合而成，其中档数较多的称为主变速器，较少的称为副变速器。

组成式变速器的优点

1)可以减少齿轮个数，而且档数越多减少齿轮个数的优点愈明显。同简单式变速器相比，它可缩短轴的长度，减少整个变速器的外部尺寸和重量，并且能方便地得到不止一个倒档。所以当前进档数超过六个档时，几乎都用组成式变速器。

2)传动比变化率Ω大：若主变速器传动比变化率Ωzu=3，副变速器Ωfu=4则Ω=12；若使简单式变速器Ω=12，结构往往很难合理。

组成式变速器的缺点

1)档组间传动比有对应关系，不易使每档的2，(速度及牵引力)都很理想。

2)换档操纵麻烦，有时要操纵两个变速部分，若为插花换档还不便记忆。

为了减少操纵动作，最好能顺序换档。为此要求重视档次编排十使第灭档组传动比全部大于第11档组，达到多数相领排档的变换只需操纵主变速的目的，这样才最为方便。

二、汽车变速器的分类

1．手动变速器（MT）

手动变速器（Manual Transmission，简称MT），也叫手动挡，即必须用手拨动变速杆（俗称“挡把”）才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。手动变速在操纵时必须踩下离合，方可拨得动变速杆。一般来说，如果驾驶者技术好，手动变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。手动变速器是最常见的变速器．其换档操作遵从驾驶者的意志、结构简单、故障率相对较低，价廉枋美。近年来．随着汽车工业的发展、车辆设备性能、结构变化导致车辆传动部的润滑条件较过去更为苛刻：

1、齿轮箱体积更小。由于使用者对燃油经济性要求提高、汽车制造商提高了后桥及变速器传动功率密度、使齿轮箱内润滑油容量变小．齿轮温度和负荷提高。

2、空气动力学设计改进。采用空气动力学设计可以有效握高燃油经济性．但同时使后桥爱变速器周围的空气溘速降低。有OEM报道．采用空气动力学设计可能使重负荷卡车手动变速器的工作温度提高25–30℃。

因为本次毕业设计是设计机械式变速器，则后面将会对手动变速器进行详细描述。

2．自动变速器（AT）

自动变速器（Automatic Transmission，简称AT），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但自动变速器中有很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。自动变速器能自动进行反复的加速，减速、换档等功能．具有变速平滑驾驶轻便等优点，但其在油耗方面比手动变速器高5％～15％。

3．手动/自动变速器（AMT）

手动/自动变速器由德国保时捷车厂在911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动挡束缚，让驾驶者也能享受手动换挡种类的乐趣。此型车在其挡位上设有“+”、“-”选择挡位。在D挡时，可自由变换降挡（-）或加挡（+），如同手动挡一样。驾驶者可以在入弯前像手动挡般地强迫降挡减速，出弯时可以低中挡加油出弯。现在的自动挡车的方向盘上又增加了“+”、“-”换挡按钮，驾驶者就能手不离开方向盘加减挡。自动变速的手动变速器比自动变速器和手动变速器节能，但由于其是基于手动变速器发展起来的，具有不可逾越的技术阻碍，即动力中断现象，一般应用在紧凑型车和商用车上。

4．无级变速器（CVT）

无级变速器（CVT）最早由荷兰人范·多尼斯（Van Doorne's）发明。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换挡的突跳感觉。无级变速器属于自动变速器的一种，但它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点。无级变速器虽然具有变速柔和、舒适等特点，但变速器内能量损失过大，并不节油，承载扭矩具有局限性，成本较高。

5．双离合变速器（DSG）

DSG变速器是目前世界上很先进的变速器系统，DSG变速箱最大的特点在于它采用了双离合器。DSG有别于一般的半自动变速箱系统，它是基于手动变速箱而不是自动变速箱，因此，它也是AMT（机械式自动变速器）的一员。DSG变速器旨在满足消费者对驾驶运动感和车辆节油的双重要求，为那些酷爱手动变速器的驾驶者们提供了最佳选择。DSG带来低油耗的同时，车辆性能方面没有任何损失，同样具有出色的加速性和最高时速，并且与传统自动变速器一样可以实现顺畅换档，不影响牵引力。

三、手动变速器的内部结构

1.传动轴

传动轴的布置形式通常有两轴式和三轴式两种。通常后轮驱动的汽车会采用三轴式变速器，即输入轴，输出轴和中间轴。输入轴前端借离合器与发动机相联，输出轴后端通过凸缘与万向传动装置相联。输入轴与输出轴置于同一条水平线上，中间轴则与它们平行布置。动力通过齿轮从输入轴传至中间轴再传至输出轴。在许多变速器中输入轴和输出轴能接合在一起，因此动力不必经过中间轴，这时的档位称为直接档。直接档通过单轴传动，传动比为1:1，具有最高的传动效率。即使在不能提供直接档的变速器中，把输入轴与输出轴布置在一条直线上也有利于降低工作时变速器所需承受的扭矩。

2.倒档装置

为了因应停车或其它特殊需求(如"狭路让路"...等)，所设置的倒车档位，且仅有一个档位为了因应停车或其它特殊需求(如"狭路让路"...等)，一般来说，倒档的齿轮比都会跟一档的差不多。

3.同步器

在同步啮合变速式中则有同步器的设置，可使两个齿轮在接合前速度先达到一致，此种同步器在所有的手动排档汽车的变速器中都已使用。

4.离合器

离合器是可以使两个齿轮分开跟结合的一个机械部分，两个齿轮结合的时候可以传输动力，却没办法变速，所以要靠离合器先把两个齿轮分开，改换齿轮比，再把两个齿轮结合，再继续传输动力。

四、与自动变速器的比较

此处的自动变速器是指传统的液力式自动变速器，即通过液力变矩器及行星齿轮传递动力的自动变速器。

优点

与自动变速器相比较可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。传输效率比自动变速箱为高，当然理论上会比较省油。维修保养上会比自动变速箱便宜。如果愿意以较高成本使用自动手排，则可以兼顾自排的方便性及手排的高效率。

引擎煞车的效能较强。

缺点

有人会觉得开车的时候还要控制离合器换档非常的麻烦。新手会常常在马路上熄火，特别是上坡，操作不当的话有几率把引擎跟变速箱弄坏。

总结

手动变速器MT由于价格合理、燃料消耗低，估计今后手动变速器一定还会继续获得广泛的应用。为改进手动变速器(MT)的性能，汽车工业的主要精力集中在下列方面：提高换档的舒适性；用轻金属降低变速器的重量；减少内损耗，例如使用低粘度润滑油；以合乎环境保护标准的生产工艺等有效生态方案补偿成本膨胀；发展能用现有设备和零部件相兼容的双离台器变速器的生产平台。

上述提到的情况，同时适用于前轮和后轮驱动车辆的变速器。

为适应城市越来越多的汽车增长量和繁忙的交通情况，自动变速器将被广泛开发和应用已达到提高效率，降低油耗的效果。其发展趋势是：提高传动效率，以提高油经济性，强化驾驶性能；复杂精密的电子控制；提高驾驶的舒适性；保障行车安全。

机械式变速器发展至今技术已经成熟，单对于我们学生来说，其中的设计理念和研究方法等仍需我们去学习和探讨。

参考文献

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