小型轿车机械式手动变速器设计文献综述
2020-04-15 17:08:54
1 设计目的及意义
1.1 变速器的组成与功用
变速器包括两大组成机构:传动机构与操纵机构。传统操纵机构由变速杆、拨叉、拨叉轴及自锁、互锁装置组成,可以实现按照驾驶员意愿换挡,同时防止自动脱档或同时挂入两档。传动机构通常使用普通的齿轮啮合传动,也有部分采用行星齿轮传动。通过不同齿轮对的分别啮合,实现不同的传动比传动,进而改变输出的扭矩与转速,通过传动轴、减速器、半轴传递到车轮,以改变汽车行驶的速度以及传递到车轮上的扭矩,从而可以使汽车适应各种路况,更高效地利用发动机提供的能量[1]。除此之外,变速器还可以用于倒车、带档下坡,防止刹车失灵[2],以保证汽车的安全性以及功能性。
综上所述,变速器的功能可以归纳为:
改变传动比,从而扩大发动机输出的扭矩转速范围,使汽车能够适应各种复杂的路况,保证发动机在高效率、高动率区间运行[3]。
实现倒挡,使输出轴反转,汽车倒车
实现空挡,使汽车不熄火的情况下空挡滑行,停车及起步,提高经济性。
由此看来,变速器在整车结构中作用必不可少。
1.2 常见变速器的特点
当今汽车市场上使用率较高的变速器可以归为5个类别:手动变速器(MT,如东风雪铁龙 爱丽舍),液力自动变速器(AT,如宝马5系),电控机械式自动变速箱(AMT,代表为宝骏510),无极变速箱(CVT, 如日产 轩逸),双离合变速箱(DCT,如大众 迈腾)[4]。
上述变速器由于其构造性能的不同,适用的领域也往往不同。例如,液力自动变速器(Automatic Transmission)的传动比变化范围大,省去了机械式离合器部分,操纵轻便、简单,且结构紧凑[5],通常用于普通客车和重型车。电控机械式自动变速箱(Automated Mechanical Transmission)一方面不需要手动换挡,另一方面,保留了大部分传统手动变速箱的齿轮结构,制造工艺成熟,成本低廉,传动效率也高[6]。无极变速箱(Continuously Variable Transmission)将实现变速比的齿轮结构改换成了一对滑轮加钢带的结构 [7]。可以实现无级传动,消除了换挡时的顿挫感,驾驶平顺性好[8]。但其钢带承受力有限,故障率较高,目前的控制策略还不够完善,传动效率通常在70~95%[9]。双离合变速箱(Dual Clutch Transmission)则可以减少换挡时间,同时换挡时动力也不会停滞,或停滞的时间非常短,实现动力换挡[10]。这些较先进的变速器往往在舒适性,动力性等性能上有更高的追求,而不得不在燃油经济性,成本造价上有所妥协,因而一般装配于中高端车型。
手动变速器(ManualTransmission)在现在较流行的有三轴式或二轴式,包括换挡杆,同步器,输出轴,输入轴,中间轴,倒挡轴以及各档位的对应齿轮。小型轿车中较常见的有5档和6档[11],档位数越多,轿车在最佳经济转速转速区间工作的几率越高,但是同时操作更加繁琐,换挡也更加频繁。MT的发展时间长,工艺成熟,因而造价低且工作可靠,由于其依靠齿轮传动,传动效率往往也较高,一般用经济型轿车或者对操控体验有较高要求的赛车[12]。
所以,本设计中对于小型轿车的变速箱设计,在考虑了成本造价与可靠性后,选择三轴式5档的手动变速箱进行设计。