1、第二節 變速器傳動機構布置方案機械式變速器因具有結構簡單、傳動效率高、制造成本低和工作可靠等優點，在不同形式的汽車上得到廣泛應用。一、傳動機構布置方案分析變速器傳動機構有兩種分類方法。根據前進擋數的不同，有三、四、五和多擋變速器。根據軸的形式不同，分為固定軸式和旋轉軸式(常配合行星齒輪傳動)兩類。固定軸式又分為兩軸式、中間軸式、雙中間軸式和多中間軸式變速器。固定軸式應用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發動機前置前輪驅動的汽車上，中間軸式變速器多用于發動機前置后輪驅動的汽車上。旋轉軸式主要用于液力機械式變速器。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器有結構簡單、輪廓尺寸小、布置方便、中間擋位傳動效率高和噪

2、聲低等優點。因兩軸式變速器不能設置直接擋，所以在高擋工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。此外，受結構限制，兩軸式變速器的一擋速比不可能設計得很大。圖31示出用在發動機前置前輪驅動轎車的兩軸式變速器傳動方案。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發動機縱置時，主減速器采用弧齒錐齒輪或準雙曲面齒輪，發動機橫置時則采用圓柱齒輪；多數方案的倒擋傳動常用滑動齒輪，其它擋位均用常嚙合齒輪傳動。圖31f中的倒擋齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換擋；同步器多數裝在輸出軸上，這是因為一擋主動齒輪尺寸小，同步器裝在輸入軸上有困難，而高擋同步器可以裝在輸入軸的后端，見圖31d、e；圖31d所

3、示方案的變速器有輔助支承，用來提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲。圖3-lf所示方案為五擋全同步器式變速器，以此為基礎，只要將五擋齒輪用尺寸相當的隔套替代，即可改變為四擋變速器，從而形成一個系列產品。a)b)d)e) f)圖31兩軸式變速器傳動方案圖32、圖33、圖34分別示出了幾種中間軸式四、五、六擋變速器傳動方案。它們的共同特點是：變速器第一軸和第二軸的軸線在同一直線上，經嚙合套將它們連接得到直接擋。使用直接擋，變速器的齒輪和軸承及中間軸均不承載，發動機轉矩經變速器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，噪聲低，齒輪和軸承的磨損減少。因為直接擋的利用率要高于其它

4、擋位，因而提高了變速器的使用壽命；在其它前進擋位工作時，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對齒輪傳遞，因此在變速器中間軸與第二軸之間的距離(中心距)不大的條件下，一擋仍然有較大的傳動比：擋位高的齒輪采用常嚙合齒輪傳動，擋位低的齒輪(一擋)可以采用或不采用常嚙合齒輪傳動；多數傳動方案中除一擋以外的其它擋位的換擋機構，均采用同步器或嚙合套換擋，少數結構的一擋也采用同步器或嚙合套換擋，還有各擋同步器或嚙合套多數情況下裝在第二軸上。在除直接擋以外的其它擋位工作時，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。在擋數相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數、換擋方式

5、和倒擋傳動方案上有差別。如圖3-2中的中間軸式四擋變速器傳動方案示例的區別為：圖3-2a、b所示方案有四對常嚙合齒輪，倒擋用直齒滑動齒輪換擋。；圖3-2c所示傳動方案的二、三、四擋用常嚙合齒輪傳動，而一、倒擋用直齒滑動齒輪換擋。3-2 中間軸式四擋變速器傳動方案圖3-3a所示方案，除一、倒擋用直齒滑動齒輪換擋外，其余各擋為常嚙合齒輪傳動。圖3-3b、c、d所示方案的各前進擋，均用常嚙合齒輪傳動；圖3-3d所示方案中的倒擋和超速擋安裝在位于變速器后部的副箱體內，這樣布置除可以提高軸的剛度、減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速擋的條件下，很容易形成一個只有四個前進擋的變速器。圖3-4a

6、所示方案中的一擋、倒擋和圖3-4b所示方案中的倒擋用直齒滑動齒輪換擋，其余各擋均勻常嚙合齒輪。以上各方案中，凡采用常嚙合齒輪傳動的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來實現。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋。圖33 中間軸式五擋變速器傳動方案圖34 中間軸式六擋變速器傳動方案發動機前置后輪驅動的轎車采用中間軸式變速器，為縮短傳動軸長度，可將變速器后端加長，如圖32a、b所示。伸長后的第二軸有時裝在三個支承上，其最后一個支承位于加長的附加殼體上。如果在附加殼體內，布置倒擋傳動齒輪和換擋機構，還能減少變速器主體部分的外形

7、尺寸。變速器用圖33c所示的多支承結構方案，能提高軸的剛度。這時，如用在軸平面上可分開的殼體，就能較好地解決軸和齒輪等零部件裝配困難的問題。圖33c所示方案的高擋從動齒輪處于懸臂狀態，同時一擋和倒擋齒輪布置在變速器殼體的中間跨距里，而中間擋的同步器布置在中間軸上是這個方案的特點。與前進擋位比較，倒擋使用率不高，而且都是在停車狀態下實現換倒擋，故多數方案采用直齒滑動齒輪方式換倒擋。為實現倒擋傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中，加入一個中間傳動齒輪的方案，見圖31a、b、c和圖32a、b等；也有利用兩個聯體齒輪方案的，見圖32c和圖33a、b等。前者雖然結構簡單，但是中間傳動齒輪

8、的輪齒，是在最不利的正、負交替對稱變化的彎曲應力狀態下工作，而后者是在較為有利的單向循環彎曲應力狀態下工作，并使倒擋傳動比略有增加。圖35為常見的倒擋布置方案。圖35b所示方案的優點是換倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換擋困難。圖35c所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點是換擋程序不合理。圖35d所示方案針對前者的缺點做了修改，因而取代了圖35c所示方案。圖35e所示方案是將中間軸上的一、倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖35f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動

9、采用圖3-5g所示方案。其缺點是一、倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機構復雜一些。因為變速器在一擋和倒擋工作時有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低擋與倒擋，都應當布置在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低擋到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因為使用倒擋的時間非常短，從這點出發有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處，如圖32b、圖33b、圖34a等所示，然后再布置倒擋。此時在倒擋工作時，輪齒磨損與噪聲在短時間內略有增加，與此同時在一擋工作時輪齒的磨損與噪聲

10、有所減少。倒擋設置在變速器的左側或右側在結構上均能實現，不同之處是掛倒擋時駕駛員移動變速桿的方向改變了。為防止意外掛人倒擋，一般在掛倒擋時設有一個掛倒擋時需克服彈簧所產生的力，用來提醒駕駛員注意。從這一點來考慮，圖36a、b的換擋方案比圖36c更合理。圖3-6c所示方案在掛一擋時也需克服用來防止誤掛倒擋所產生的力，這對換擋技術不熟練的駕駛員是不利的。除此之外，倒擋的中間齒輪位于變速器的左側或右側對倒擋軸的受力狀況有影響，見圖3-7。圖35 倒擋布置方案 圖36 變速桿換擋位置與順序 圖37 倒擋軸位置與受力分析圖經常使用的擋位，其輪齒因接觸應力過高而造成表面點蝕損壞。將高擋布置在靠近軸的支承中

11、部區域較為合理，在該區域因軸的變形而引起的齒輪偏轉角較小，齒輪保持較好的嚙合狀態，偏載減少能提高齒輪壽命。某些汽車變速器有僅在好路或空車行駛時才使用的超速擋。使用傳動比小于1(為0.7O.8)的超速擋，能夠更充分地利用發動機功率，使汽車行駛1 km所需發動機曲軸的總轉數降低，因而有助于減少發動機磨損和降低燃料消耗。但是與直接擋比較，使用超速擋會使傳動效率降低，噪聲增大。機械式變速器的傳動效率與所選用的傳動方案有關，包括傳遞動力時處于工作狀態的齒輪對數、每分鐘轉數、傳遞的功率、潤滑系統的有效性、齒輪和殼體等零件的制造精度等。圖38為發動機縱置時兩軸式變速器結構圖。其特點是高擋同步器布置在輸入軸上

12、，而低擋同步器布置在輸出軸上。為提高軸的剛度，增加了中間支承。圖38 發動機縱置時兩軸式變速器結構圖圖55為發動機橫置時兩軸式四擋變速器的結構圖。圖中輸入軸上的全部齒輪與軸制成一體。因主減速器齒輪為斜齒圓柱齒輪，變速器殼體與主減速器殼體連為一體并相通，可用同一種潤滑油來潤滑齒輪。二、零、部件結構方案分析1、齒輪形式與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、工作時噪聲低等優點；缺點是制造時稍復雜，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，盡管這樣會使常嚙合齒輪數增加，并導致變速器的轉動慣量增大。直齒圓柱齒輪僅用于低擋和倒擋。 2、換擋機構形式變速器換擋機構有直齒滑動齒輪、嚙合套

13、和同步器換擋三種形式。汽車行駛時各擋齒輪有不同的角速度，因此用軸向滑動直齒齒輪的方式換擋，會在輪齒端面產生沖擊，并伴隨有噪聲。這使齒輪端部磨損加劇并過早損壞，同時使駕駛員精神緊張，而換擋產生的噪聲又使乘坐舒適性降低。只有駕駛員用熟練的操作技術(如兩腳離合器)，使齒輪換擋時無沖擊，才能克服上述缺點。但是該瞬間駕駛員注意力被分散，會影響行駛安全性。因此，盡管這種換擋方式結構簡單，但除一擋、倒擋外已很少使用。由于變速器第二軸齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態，所以可用移動嚙合套換擋。這時，因同時承受換擋沖擊載荷的接合齒齒數多，而輪齒又不參與換擋，它們都不會過早損壞，但不能消除換擋沖擊，所以仍要求駕駛員有

14、熟練的操作技術。此外，因增設了嚙合套和常嚙合齒輪，使變速器旋轉部分的總慣性矩增大。因此，目前這種換擋方法只在某些要求不高的擋位及重型貨車變速器上應用。這是因為重型貨車擋位間的公比較小，則換擋機構連接件之間的角速度差也小，因此采用嚙合套換擋，并且還能降低制造成本及減小變速器長度。使用同步器能保證訊速、無沖擊、無噪聲換擋，而與操作技術的熟練程度無關，從而提高汽車的加速性、經濟性和行駛安全性。同上述兩種換擋方法比較，雖然它有結構復雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點，但仍然得到廣泛應用。利用同步器或嚙合套換擋，其換擋行程要比滑動齒輪換擋行程小。在滑動齒輪特別寬的情況下，這種差別就更為明顯。為了操縱方

15、便，換人不同擋位的變速桿行程要求盡可能一樣。自動脫擋是變速器的主要故障之一。為解決這個問題，除工藝上采取措施外，目前在結構上采取措施比較有效的方案有以下幾種：1)將兩接合齒的嚙合位置錯開，見圖39。這樣在嚙合時，使接合齒端部超過被接合齒約13mm。使用中接觸部分擠壓和磨損，因而在接合齒端部形成凸肩，用來阻止接合齒自動脫擋。2)將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄(切下O.3O.6mm)，這樣，換擋后嚙合套的后端面被后齒圈的前端面頂住，從而減少自動脫擋，見圖310。3)將接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角(一般傾斜2º3º)，使接合齒面產生阻止自動脫擋的軸向力，見圖311。這種方

16、案比較有效，應用較多。3、變速器軸承 變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動軸套等。至于何處應當采用何種軸承，是受結構限制并隨所承受的載荷特點不同而不同。汽車變速器結構緊湊、尺寸小、采用尺寸大些的軸承受結構限制，常在布置上有困難。如變速器的第二軸前端支承在第一軸常嚙合齒輪的內腔中，內腔尺寸足夠時可布置圓柱滾子軸承，若空間不足則采用滾針軸承。變速器第一軸前端支承在飛輪的內腔里，因有足夠大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，經第一軸后部軸承傳給變速器殼體，此處常用軸承外圈有擋圈的球軸承。第二軸后端常采用球軸承，以承受軸向力和徑向力。中間軸上齒輪工作時產生的軸向力，原則上由前或后軸承來承受都可以；但當在殼體前端面布置軸承蓋有困難的時候，必須由后端軸承承受軸向力，前端采用圓柱滾子軸承來承受徑向力。變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較寬因而容量大、可承受高負荷等優點，但也有需要調整預緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點，所以不適合用于線膨