汽車機(jī)械式變速器現(xiàn)代設(shè)計(jì)與分析

聶真真 陳雷

泰安航天特種車有限公司 山東泰安 271000

近年來(lái)，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，汽車變速器的種類更是層出不窮，目前主要分為機(jī)械變速、自動(dòng)變速和無(wú)級(jí)變速等幾種方式。但無(wú)論技術(shù)如何發(fā)展，機(jī)械式變速永遠(yuǎn)是主要技術(shù)，變速器的設(shè)計(jì)主要包括變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械式變速齒輪的設(shè)計(jì)以及配套檔位的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。對(duì)以上關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究能夠有效改善汽車機(jī)械式變速器的設(shè)計(jì)水平，為汽車發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 汽車機(jī)械式變速器概述

汽車變速器的構(gòu)件主要采用的是齒輪組的方式，齒輪組是一種比較復(fù)雜，難度比較大的構(gòu)件，要保證齒輪數(shù)相等，使得變速比得到固定。變速器分為不同的檔，一共有五個(gè)檔，每一個(gè)檔的變速比都不同?，F(xiàn)代，汽車的制造和技術(shù)的水平的提升都是比較迅速的，變速器也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)變速，并且應(yīng)用比較廣泛，應(yīng)用效果比較良好。變速主要是通過(guò)將液力變速器與行星變速器結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，這樣的變速方式比較簡(jiǎn)單方便，具有異性的快速性，但同時(shí)也存在著一定的弊端。這種自動(dòng)變速方法不具有連續(xù)性，因此汽車在行駛的過(guò)程中就會(huì)不連貫，性能也大大降低，同時(shí)造成了燃料的耗費(fèi)。對(duì)此，變速器的設(shè)計(jì)必須要樹(shù)立新的設(shè)計(jì)理念，采用新的科學(xué)技術(shù)和研究成果，保證變速器的科學(xué)性以及合理性。汽車行業(yè)的發(fā)展是非常迅速的，技術(shù)也在不斷實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代，因此變速器的設(shè)計(jì)和使用要經(jīng)過(guò)不斷的研究與實(shí)踐，既保證性能，又要保證經(jīng)濟(jì)性。目前無(wú)級(jí)變速技術(shù)已經(jīng)研發(fā)出來(lái)，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較明顯，可以連續(xù)變速，燃油的消耗也大大降低，操作也更加簡(jiǎn)單快捷，這是變速器的一個(gè)有利改善。

2 現(xiàn)代機(jī)械式變速器檔位及變速器齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

2.1 對(duì)齒輪的模數(shù)和壓力角進(jìn)行控制

在齒輪設(shè)計(jì)過(guò)程中，厚度和齒輪模數(shù)據(jù)有很大關(guān)聯(lián)，如果齒輪的模數(shù)越多，自身厚度也會(huì)有所提升。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)模數(shù)進(jìn)行有效控制，保證每對(duì)齒輪之間均具備相匹配的模數(shù)，提升齒輪的實(shí)用性，為變速器的功能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造良好條件。為了將齒輪的生產(chǎn)加工成本降低，同時(shí)避免齒輪的生產(chǎn)難度增高，設(shè)計(jì)人員可以將齒輪模式設(shè)計(jì)為同種規(guī)格。齒輪模式的確定也可以通過(guò)計(jì)算得出，并與傳遞扭矩相結(jié)合，對(duì)制作材料進(jìn)行確定，再結(jié)合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將最小中心距確定出來(lái)。在壓力角選擇時(shí)，應(yīng)該與漸開(kāi)線運(yùn)動(dòng)方向相結(jié)合，以及受力分析，最終實(shí)現(xiàn)壓力角的有效確定，該項(xiàng)數(shù)值也與漸開(kāi)線和點(diǎn)離基圓之間的距離有關(guān)[1]。

2.2 對(duì)變速器檔數(shù)進(jìn)行有效控制

汽車的種類的不同導(dǎo)致汽車變速器具有多樣化特點(diǎn)。變速器檔數(shù)與汽車運(yùn)行存在很大聯(lián)系，如果能夠?qū)n數(shù)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，汽車的整體動(dòng)力性能將會(huì)得到改善。因此，設(shè)計(jì)人員可以適當(dāng)提升變速器的檔位設(shè)計(jì)數(shù)量，這樣一來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率便能得到發(fā)揮，為汽車提供充足動(dòng)力及變速能力，最終實(shí)現(xiàn)性能的良好優(yōu)化。但站在汽車駕駛角度來(lái)說(shuō)，變速器檔位增加也會(huì)帶來(lái)不利影響，如變速器自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、換擋頻率增加等，為汽車駕駛增加了很大難度。在變速器檔數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該與汽車的具體使用需求相結(jié)合，對(duì)檔數(shù)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。

2.3 對(duì)檔位傳動(dòng)比進(jìn)行有效計(jì)算

傳動(dòng)比與汽車使用條件和參數(shù)存在很大聯(lián)系，由于車型不同，傳動(dòng)比也會(huì)出現(xiàn)差異。例如，小轎車傳動(dòng)比一般會(huì)保持在2到5之間，小型貨車的傳動(dòng)比在6到8之間，載重量大的貨車傳動(dòng)比會(huì)更高。因此，在傳動(dòng)比設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)與汽車的具體使用情況相結(jié)合，對(duì)傳動(dòng)比數(shù)目進(jìn)行科學(xué)選擇，從而確保變速器基本性能保持不變。

2.4 合理控制齒輪的模數(shù)和壓力角，保證齒輪的尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)

齒輪的模數(shù)和壓力角也是進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)的一種重點(diǎn)內(nèi)容。齒輪模數(shù)越多，齒輪越厚，相反，齒輪模數(shù)越少，齒輪越薄。所以，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)就要綜合考慮齒輪的各方面參數(shù)，使其能夠與模數(shù)相匹配，有良好的使用效果。對(duì)于齒輪模數(shù)的確定，需要通過(guò)一系列的計(jì)算和推算才能最終得出，并且進(jìn)一步得出最小中心距離。其次壓力角與漸近線有著直接聯(lián)系，在選擇壓力角的過(guò)程中需要通過(guò)計(jì)算漸開(kāi)線的有關(guān)數(shù)據(jù)在可以最終得出。

2.5 保證齒輪的寬度和螺旋角符合標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化

齒輪寬度的計(jì)算需要應(yīng)用到齒輪寬度系數(shù)和分度圓直徑等的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)者需要保證的是齒輪的性能和平穩(wěn)性，因此就要進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，選擇合適的齒輪寬度，從而減小變速器的體積，減低變速器的重量。另外，齒輪的承載力也是需要注意的部分，如果齒輪體積太小，其承載力就會(huì)下降，變速器也就無(wú)法展開(kāi)正常的運(yùn)作。齒輪的螺旋角應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，螺旋角的傾斜度需要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的測(cè)量，將其控制在合理的范圍之內(nèi)，科學(xué)合理的傾斜程度可以大大提高齒輪的承載力。

2.6 變速器檔位的優(yōu)化設(shè)計(jì)

第一，變速器有著不同的檔數(shù)，不同的檔數(shù)會(huì)產(chǎn)生不同的動(dòng)力效果，對(duì)變速器性能的影響也有所不同，因此就需要保證變速器的檔數(shù)在合理范圍之內(nèi)。設(shè)計(jì)者可以通過(guò)增加檔位的方式來(lái)進(jìn)行檔數(shù)的設(shè)置，從而提高動(dòng)力，提高汽車行駛速度等，同時(shí)汽車的整體性能也會(huì)隨之提高。其次，增加檔位設(shè)置還能夠相應(yīng)的有效降低汽車能量的損耗，減少汽油的消耗量，達(dá)到節(jié)省能源、節(jié)約資源的環(huán)保效果，并且有效降低汽車燃油成本。但是另一方面，增加檔數(shù)也存在相應(yīng)的弊端，會(huì)加大變速器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，操作起來(lái)具有一定的不方便性，操作難度也大大增加。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)汽車的性能需求以及使用者的個(gè)人需求來(lái)進(jìn)行差別化設(shè)計(jì)和合理性選擇。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械式變速器仍然為大多數(shù)汽車所采用，機(jī)械式變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，具有較大的發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)勢(shì)，因此相關(guān)技術(shù)人員仍有必要對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行研究分析和改進(jìn)，確保我國(guó)汽車變速器的設(shè)計(jì)水平處于先進(jìn)行列。