0 引言
变速器能使汽车的行驶速度和扭矩有较大的变化范围,以适应不同工况,具有切断动力传输,实现倒车等功能。传统手动变速器的发展已经当成熟,它结构简单,传递效率高,给驾驶人带来驾驶乐趣,博得更多人的喜爱,在国内市场占有相当大的比例。然而传统变速器存在着计算繁琐,准确性低,且变速器体积大等缺点。本文在对变速器齿轮、轴等设计计算分析的基础上,并运用CATIA软件对齿轮、轴、同步器、轴承等进行建模,虚拟装配。简化变速器设计流程,优化变速器结构,提高变速器数据准确可靠性,提高工作效率。
1 变速器的总体研究
1.1 变速器设计参数
传统手动变速器的发展已经相当成熟,为了便于研究,选取上海通用别克一英朗2016款15N手动豪华型轿车为研究对象,主要设计参数见表1。
表1 上海通用别克——英朗2016款设计参数
1.2 变速器结构方案的确定
基于传统手动变速器的优点,以两轴式变速器为基础进行研究。两轴式变速器被广泛使用在发动机前置前驱的乘用车上,它有布局紧凑,体积小,制造工艺简单化,成本较低且传动效率比中间轴式变速器的直接挡以外的其他挡位高等优点。
根据各类齿轮的特点,一挡和倒挡(低速挡)采用直齿圆柱齿轮,其他各挡均采用斜齿圆柱轮。同步器换挡使得换挡迅速、没有冲击、没有噪声,提高汽车的动力性、燃油经济性能和行驶安全性能。采用啮合套换挡,换挡行程短,承受冲击的结合齿数比较多,且齿轮不直接参与换挡,使得齿轮不会过早损坏。故变速器传动方案如图1所示。
图1 变速器传动方案图
1.3 传动比的确定
根据汽车运行时的最高车速和功率平衡图,并考虑到燃油经济性,在确定最小传动比时即最高挡五挡,确定其为超速挡,大小为ig5=0.8。
在最低挡传动比确定时,考虑到汽车的最大爬坡度、附着率和最低稳定车速。
初步计算结果见表2。
表2 各挡位传动比(初选)
2 齿轮的设计及校核
2.1 齿轮参数的确定
考虑汽车噪声低,舒适性等初步确定中心距、齿轮模数和螺旋角,结合前面已经确定的变速器的结构方案图1进而确定变速器齿轮齿数。初步确定齿轮参数见表3。
表3 齿轮参数
2.2 齿轮变位系数确定
变位齿轮的采用主要是由于径向变位齿轮与标准齿轮相比,正变位时分度圆齿厚增大,齿根圆和齿顶圆也相应增大。因此,小齿轮正变位,可以避免根切、提高轮齿抗弯强度、齿面接触应力等;负变位时分度圆齿厚减小,齿根圆和齿顶圆也相应地减小。