文獻(xiàn)綜述摘要：車輛的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、駕乘舒適性不僅僅取決于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，而且在很大程度上依賴于變速器，以及變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配。而且變速器是用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。本設(shè)計(jì)其主要設(shè)計(jì)過(guò)程包括：變速器總體結(jié)構(gòu)方案的確定；變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置；變速器主要參數(shù)的選擇，其中有擋數(shù)、傳動(dòng)比、齒輪參數(shù)、各擋齒輪齒數(shù)的分配；輪齒強(qiáng)度計(jì)算、軸的強(qiáng)度計(jì)算；同步器的選擇等。關(guān)鍵詞：變速器； 傳動(dòng)比； 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)； 同步器 1 引言汽車的發(fā)展經(jīng)歷了三大革命：動(dòng)力革命、傳動(dòng)革命與控制革命。先進(jìn)國(guó)家目前正處于控制革命階段，即自動(dòng)控制階段。從各總成的單獨(dú)控制向動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)一體化綜合控制；從一般控制向智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制發(fā)展。我國(guó)目前使用的汽車絕大多數(shù)仍為手動(dòng)變速，手動(dòng)變速汽車由于頻繁換擋的操作，易使駕駛員疲勞，影響行駛安全；而不同的駕駛技術(shù)水平對(duì)車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、乘坐 舒適性造成極大差異，所以自動(dòng)變速是人們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，是車輛向高級(jí)階段發(fā)展的重要標(biāo)志。 變速器是汽車非常重要的一個(gè)配置，對(duì)汽車的操縱性、舒適性以及燃油經(jīng)濟(jì)性都起到了很重要的作用，其占汽車制造成本的 7%。隨著我國(guó)汽車消費(fèi)者對(duì)汽車認(rèn)識(shí)的不斷提升，變速器已經(jīng)開始影響消費(fèi)者的行為。在過(guò)去的 10 年我國(guó)主要致力于研究開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，而變速器很可能是未來(lái) 10 年的研發(fā)熱點(diǎn)。而變速器的發(fā)展趨勢(shì)也就成了大家關(guān)注的熱點(diǎn)。2 發(fā)展現(xiàn)狀在中國(guó)，手動(dòng)變速器仍然是車用變速器的主流。國(guó)內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人們對(duì)汽車駕乘的舒適性越來(lái)越重視。在歐洲市場(chǎng)，原本是手動(dòng)變速器的市場(chǎng)，不斷被自動(dòng)變速器占領(lǐng)。如在英國(guó).現(xiàn)在裝配自動(dòng)變速器的汽車占汽車總量的 15%。而 5 年前，這個(gè)數(shù)字是 13.5%。預(yù)計(jì)到 2012 年，北美市場(chǎng)出售的汽車中將只有 6%是手動(dòng)擋；2013 年歐洲變速器市場(chǎng)上，配備手動(dòng)自動(dòng)一體的變速器將占 20%。而在中國(guó)市場(chǎng)上，自動(dòng)變速器的份額也在迅速增加，可以預(yù)見(jiàn)，帶有自動(dòng)變速器的汽車是未來(lái)市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，發(fā)展和掌握自動(dòng)變速器制造技術(shù)是追趕世界變速器制造潮流的方向。而優(yōu)先開發(fā)手動(dòng)自動(dòng)一體變速器具有技術(shù)上的延續(xù)性，對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)具有更大的優(yōu)勢(shì)。 近十年以來(lái)，我國(guó)變速器產(chǎn)業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)方面特別重視，無(wú)論是從資金的投入，還是人力物力的投入，都是空前巨大的。十幾年前，我們開發(fā)的大部分變速器產(chǎn)品都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是這些新產(chǎn)品的開發(fā)流程是不完整的，而隨著我國(guó)這些年的高速發(fā)展，我國(guó)變速器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)流程也逐漸與國(guó)外接軌。 3 變速器的分類： 1) 按傳動(dòng)比變化方式來(lái)分： a. 有級(jí)式變速器是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器(行星齒輪變速器)兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動(dòng)比通常有 3-5 個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多檔位。所謂變速器檔數(shù)即指其前進(jìn)檔位數(shù)。 b. 無(wú)級(jí)式變速器其的傳動(dòng)比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無(wú)限多級(jí)變化，常見(jiàn)的有電力式和液力式(動(dòng)液式)兩種。電力式無(wú)級(jí)變速器的變速傳動(dòng)部件為直流串激電動(dòng)機(jī)，除在無(wú)軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動(dòng)系中也有廣泛采用的趨勢(shì)。動(dòng)液式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)部件為液力變矩器。 c. 綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪式有級(jí)變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動(dòng)比可在最大指與最小值之間的幾個(gè)間斷的范圍內(nèi)作無(wú)級(jí)變化，目前應(yīng)用較多。 2) 按操縱方式來(lái)分： a. 強(qiáng)制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換檔。 b. 自動(dòng)操縱式變速器其傳動(dòng)比選擇和換檔是自動(dòng)進(jìn)行的，所謂“自動(dòng)” ，是指機(jī)械變速器每個(gè)檔位的變換是借助反映發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速的信號(hào)系統(tǒng)來(lái)控制換檔系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實(shí)現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。 c. 半自動(dòng)操縱式變速器有兩種型式：一種是常用的幾個(gè)檔位自動(dòng)操縱，其余檔位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時(shí)，接通一個(gè)電磁裝置或液壓裝置來(lái)進(jìn)行換檔。 4 變速器的一般結(jié)構(gòu)： 1、簡(jiǎn)單式變速器的基本結(jié)構(gòu)：由殼體、傳動(dòng)部分和操縱部分組成。 (1)殼體：殼體是基礎(chǔ)件，用以安裝支承變速器全部零件及存放潤(rùn)滑油。其上有安裝軸承的精確鏜孔。變速器承受變載荷，所以殼體應(yīng)有足夠的剛度，內(nèi)壁有加強(qiáng)，形狀復(fù)雜，多為鑄件(材料為灰鑄鐵，常用 HT200)。 為便于安裝，傳動(dòng)部分和操縱部分常做成剖分式，箱蓋與殼體用螺栓聯(lián)接并可靠定位。殼體上有加油、放油口，油面檢查尺口，還應(yīng)考慮散熱。 (2)傳動(dòng)部分：是指齒輪、軸、軸承等傳動(dòng)件。軸的幾何尺寸通過(guò)強(qiáng)度、剛度計(jì)算確定。因主要決定于剛度，而碳鋼與合金鋼彈性模量近乎相等，所以一般用碳鋼(常用 45 鋼)。只有齒輪與軸制成一體或軸載荷嚴(yán)重才用合金鋼。軸與齒輪多為花鍵聯(lián)接(對(duì)中性好，能可靠傳遞動(dòng)力，擠壓應(yīng)力小等)。軸的花鍵部分和放軸承處經(jīng)表面淬火處理。軸多用滾動(dòng)軸承支承，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，效率高、徑向間隙小，軸向定位應(yīng)可靠。潤(rùn)滑方式多用飛濺(υ25m/s） ，只要粘度適宜可甩到壁上)。 (3)操縱部分：主要零件位于變速器蓋內(nèi)。 2、組成式變速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單式變速器有效率高、構(gòu)造簡(jiǎn)單使用方便鈞優(yōu)點(diǎn)礦但檔數(shù)少，i 變化范圍小(牽引力、速度范圍小)，只宜在檔數(shù)不多的某些車工采用。若增加 i 的范圍，則使變速器尺寸加大，軸跨度增加，為了既增加檔數(shù)又不使軸跨度過(guò)大，可采用組成式變速器。所謂組成式變速器，通常由兩個(gè)簡(jiǎn)單式變速器組合而成，其中檔數(shù)較多的稱為主變速器，較少的稱為副變速器。 3、組成式變速器的優(yōu)點(diǎn)： (1)可以減少齒輪個(gè)數(shù)，而且檔數(shù)越多減少齒輪個(gè)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)愈明顯。同簡(jiǎn)單式變速器相 比，它可縮短軸的長(zhǎng)度，減少整個(gè)變速器的外部尺寸和重量，并且能方便地得到不止一個(gè)倒檔。所以當(dāng)前進(jìn)檔數(shù)超過(guò)六個(gè)檔時(shí)，幾乎都用組成式變速器。 (2)傳動(dòng)：比變化率 Ω 大：若主變速器傳動(dòng)比變化率 Ωzu=3，副變速器 Ωfu=4 則Ω=12；若使簡(jiǎn)單式變速器 Ω=12，結(jié)構(gòu)往往很難合理。 4、組成式變速器的缺點(diǎn)： （1）檔組間傳動(dòng)比有對(duì)應(yīng)關(guān)系，不易使每檔的 2，(速度及牽引力)都很理想。 （2）換檔操縱麻煩，有時(shí)要操縱兩個(gè)變速部分，若為插花換檔還不便記憶。 為了減少操縱動(dòng)作，最好能順序換檔。為此要求重視檔次編排十使第滅檔組傳動(dòng)比全部大于第 11 檔組，達(dá)到多數(shù)相領(lǐng)排檔的變換只需操縱主變速的目的，這樣才最為方便。 5 變速器的比較： 從全球范圍來(lái)看，主要的幾種自動(dòng)變速器是 AMT(手自動(dòng)一體)、AT(自動(dòng))、CVT(無(wú)極變速)和 DCT(雙離合變速器),它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。AT 節(jié)能效果差一些，但是舒適性好，元器件可靠性高，其生產(chǎn)歷史長(zhǎng)，使用范圍大。CVT 適合小型車，AMT 在換擋時(shí)有短暫的中斷，舒適性差一些。DCT 結(jié)合了手動(dòng)變速器的燃油經(jīng)濟(jì)性和自動(dòng)變速其的舒適性，它是從傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器演變而來(lái)，目前代表變速器的最高技術(shù)。 6 變速器發(fā)展趨勢(shì)： 世界最大的手動(dòng)變速器制造商德國(guó) ZF 公司預(yù)測(cè)說(shuō)，到 2012 年北美市場(chǎng)出售的汽車中將只有 6%是手動(dòng)擋。歐洲與美國(guó)有很大的不同。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到 2013 年，歐洲有 52%的還是手動(dòng)擋，配備手制動(dòng)變速器的將占 10%，配備無(wú)極變速器的將占 2%，配備雙離合器變速器的將占 16%。歐洲人崇尚節(jié)能、環(huán)保，喜歡開小型車，更青睞手動(dòng)變速器的經(jīng)濟(jì)燃油 性。而在日本變速器市場(chǎng)，CVT 的市場(chǎng)份額占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 在我國(guó)，據(jù)調(diào)查 2007 年手動(dòng)變速器的市場(chǎng)比重為 74%,占據(jù)較大的市場(chǎng)份額。從2002 年到 2007 年間自動(dòng)擋變速器占有率從 9%增長(zhǎng)到 26%，Global Insight 公司預(yù)計(jì)到2012 年自動(dòng)擋變速器將占據(jù) 33%的份額，而乘用車市場(chǎng)自動(dòng)擋所占的比例可能達(dá)到 44%。從 2002 年到 2006 間，女性用戶從 20.3%增長(zhǎng)到 30.9%，而自動(dòng)擋變速器使用方便特點(diǎn)深受女性用戶群的喜愛(ài)。另外在消費(fèi)者調(diào)查中最受關(guān)注的汽車配件中，第一名是安全氣囊，第二就是自動(dòng)檔的變速器，在中國(guó)自動(dòng)擋的變速器的市場(chǎng)是十分樂(lè)觀的。同時(shí)手動(dòng)擋變速器的節(jié)能性，經(jīng)濟(jì)性以及駕駛娛樂(lè)性也決定了其不可替代性。 目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)變速器的這幾種技術(shù)都有不同程度的研發(fā)，其中，CVT 的產(chǎn)業(yè)化和科研水平走在最前面，AMT 正在加速產(chǎn)業(yè)化。近日，在國(guó)家發(fā)改委的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi) 10 家以上整車企業(yè)已經(jīng)和美國(guó)博格華納公司成立了一家名為“中聯(lián)發(fā)實(shí)業(yè)有限公司”的合資企業(yè)，共同研發(fā)雙離合器變速器的關(guān)鍵技術(shù)。7 總結(jié)： 針對(duì)中國(guó)變速器市場(chǎng)闡述了幾點(diǎn)自己的見(jiàn)解： 1、在短期內(nèi)，手動(dòng)擋變速器仍占據(jù)主要份額，而自動(dòng)檔變速器將有更大的增長(zhǎng)空間。2、鑒于中國(guó)市場(chǎng)情況的復(fù)雜性，長(zhǎng)期來(lái)看變速器不是單一的發(fā)展趨勢(shì)，沒(méi)有哪種形式變速器會(huì)成為最后的贏家。 3、在中國(guó)市場(chǎng)，從技術(shù)支持，目前的市場(chǎng)份額，以及設(shè)備提供這幾個(gè)方面來(lái)看，AMT 和 LPG，AUTOE 和汽油，CVTE 和混合動(dòng)力，以及 DCT 和柴油都具有相似性。 4、從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，中國(guó)本土的企業(yè)應(yīng)該更加關(guān)注 DCT 這個(gè)產(chǎn)品，因?yàn)樗鼘⒂蟹浅：玫那熬啊? 主要參考文獻(xiàn)[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[A].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[2] 倪桂榮.汽車構(gòu)造[A].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.[3] 編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(1-5 卷)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[4] 張一民.汽車零部件可靠性設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.[5] 劉鴻文.材料力學(xué)[A].北京：高等教育出版社，2011.[6] 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