一種六檔手動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)探討

羅婷婷 鄧小梅

(格特拉克(江西)傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，江西 南昌 330029)

1 前言

手動(dòng)機(jī)械式變速器，也稱為手動(dòng)變速器。駕駛員通過(guò)換檔操縱桿帶動(dòng)換檔撥叉，撥叉通過(guò)改變變速器內(nèi)部不同傳動(dòng)比齒輪副的嚙合位置，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的目的，裝備有手動(dòng)機(jī)械式變速器的車(chē)輛換檔操作時(shí)需要離合器的配合完成[1]。

由于六速手動(dòng)變速器可以比同級(jí)別的五速手動(dòng)變速器獲得更小的減速比，從而達(dá)到更高的變速器輸出速度，所以在其他條件不變的情況下，配備六速手動(dòng)變速器的車(chē)輛可以達(dá)到更高的車(chē)速，相同的工況下具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。六速手動(dòng)變數(shù)器因其檔位分布更為精確，能夠更好地適應(yīng)各種路況，滿足駕駛者的使用需求。

2 六檔手動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)

該六檔手動(dòng)變速器為前輪驅(qū)動(dòng)，主要由殼體、齒輪軸、同步器組件、軸承、換檔裝置和其他的小零件組成，相比自動(dòng)變速器，手動(dòng)變速器的零件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率低，維護(hù)方便。設(shè)計(jì)最大輸入扭矩為250Nm，中心距71mm，總長(zhǎng)370mm，重量38Kg，齒輪速比見(jiàn)表1。

表1 各檔速比

2.1 確定齒輪布置方案

該六檔手動(dòng)變速器的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，包含一根輸入軸、一根輸出軸和倒檔軸。從發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)看，檔位從一檔到六檔依次按照從低檔到高檔的順序排列，倒檔齒輪布置于倒檔軸上，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過(guò)輸入軸傳遞到變速箱各個(gè)檔位齒輪，然后通過(guò)各檔位的齒輪傳遞到差速器，再通過(guò)半軸傳遞到車(chē)輪，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪完成車(chē)輛的各種動(dòng)作。

該變速箱中心距小，輸入扭矩大，所以齒輪軸要承受很大的載荷，齒輪軸通過(guò)強(qiáng)力拋丸提高齒輪表面強(qiáng)度和耐磨性。為了提高傳動(dòng)效率，提高齒輪的精度，所有的齒輪的精加工都采用強(qiáng)力珩。

圖1 六檔手動(dòng)變速器的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)

2.2 同步器系統(tǒng)布置

同步器是解決汽車(chē)在換擋操作中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變速箱轉(zhuǎn)速不一致的機(jī)械裝置，它可以有效地避免掛不上檔、消除換擋時(shí)的齒輪響聲等，如果沒(méi)有同步器，把一個(gè)慢速旋轉(zhuǎn)的齒輪強(qiáng)行塞入一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的齒輪中，肯定會(huì)發(fā)生打齒的現(xiàn)象。同步器由齒套、齒圈、齒轂、滑塊和同步環(huán)等組成。同步環(huán)的錐面分成單錐、雙錐和三錐，錐數(shù)越多，換檔越平順，同步器的價(jià)格也更高。

該六檔手動(dòng)變速器的1檔和2檔同步環(huán)采用三錐同步，粉末冶銅軸襯，增加換檔的摩擦系數(shù)，在低檔大扭矩的情況下更好的完成換檔；3檔、4檔、5檔、6檔和倒檔的同步器采用單錐同步，碳質(zhì)內(nèi)襯，可以滿足使用要求同時(shí)降低成本。三錐和單錐的定義如圖2。

圖2 三錐和單錐

2.3 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

該六檔手動(dòng)變速器的操縱機(jī)構(gòu)采用遠(yuǎn)距離操縱式，在變速桿與撥叉之間需用一套換檔機(jī)構(gòu)連接，換檔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成整體式，結(jié)構(gòu)緊湊，換檔效率高，換檔性能優(yōu)越。整車(chē)的換檔拉線安裝在換檔機(jī)構(gòu)的選檔球頭和換檔球頭上，選換檔機(jī)構(gòu)相互配合控制撥叉，撥叉作用在同步器上，完成變速器的換檔。換檔模式如圖3。

2.4 殼體設(shè)計(jì)

圖3 換檔模式

殼體是汽車(chē)變速器所有內(nèi)外部零件安裝的載體，并對(duì)變速器中的齒輪、齒輪軸等主要傳動(dòng)零件起著支撐的作用。為使整個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)能夠按照理想的設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行工作，其各零件在變速器殼體中的相互位置關(guān)系必須固定。該六檔手動(dòng)變速器分為變速器殼體和離合器殼體，如圖4。

殼體是變速器中最大的零件，也是最重的，殼體的設(shè)計(jì)在滿足強(qiáng)度的前提下盡量輕，殼體的未注壁厚盡量薄，現(xiàn)在鋁合金的壓鑄殼體一般做到3.3～4mm，太薄了殼體容易變形，太厚會(huì)出現(xiàn)壓鑄缺陷。如果局部出現(xiàn)強(qiáng)度不夠的情況采用增加加強(qiáng)筋的方式，這樣可以有效的提高殼體剛度，防止變形。

圖4 變速器殼體和離合器殼體

3 六檔變速箱殼體的受力分析

變速器所有的零件都是裝在殼體上，所以對(duì)殼體的受力分析非常關(guān)鍵。本文通過(guò)CAE分析建立有限元模型，見(jiàn)圖5，模型包含變殼、離殼、懸置、軸承外圈、軸承擋圈及所有相關(guān)螺栓。首先對(duì)殼體材料進(jìn)行設(shè)置，材料設(shè)置如表2[2]，然后定義約束和接觸位置的自由度，輸入懸置及軸承孔的工況，最后輸出計(jì)算結(jié)果。圖6所示殼體的最大拉應(yīng)力均小于評(píng)價(jià)指標(biāo)值(140MPa)。

表2 材料特性

圖5 模型

圖6 殼體

4 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車(chē)的普及，廣大消費(fèi)者對(duì)手動(dòng)變速器的要求越來(lái)越高，該六檔手動(dòng)變速器質(zhì)量輕，換檔性能優(yōu)越，傳動(dòng)效率高，燃油經(jīng)濟(jì)性能卓越。