变速箱原理.doc

这次我们继续对变速箱进行分析和探讨,不过这次助教其智能化程度相对来说要高一些,因此你需要仔细地阅读了.众所周知,汽车发动机曲轴的转速通常可以高达7500rpm甚至更高,我们不能简单地将这种转速直接传递到车轮上,因为那样会使轮速过高、扭矩过小,无法克服摩擦力驱动汽车.因此,在这一前提条件下,人们发明了机械闭锁机构用来按不同比例降低输出转速增大扭矩,这也就是通常我们所说的变速箱.在变速箱中配备的齿轮一般可分为直齿轮和斜齿轮两种.由于斜齿轮轮齿具有一定的角度,更容易分级挂档,并且切换档位的比直齿轮更为平顺安静,所以汽车和摩托车基本都采用斜齿轮式变速箱.斜齿轮作为变速箱还具有另外一个优点,那便是更利于改变啮合齿轮的运动方向,因为轮齿角度为45,那么两个同样结构的斜齿轮便可以垂直啮合.在变速箱中,各级齿轮间的齿比由齿轮的齿数决定.例如,啮合的两个齿轮轮齿数分别为20和10,那么前者输入端转一圈就会带动后者输出端转两圈,变数比即为2:1.实际上,这也就达到了通常意义上所说的家当的目的了.同理,减挡时就是传递端为齿数较少的齿轮,而接受端为齿数较多的齿轮,当传递端齿轮转动一周,接受端齿轮转动半周,因此其速比为1:2将几组不同规格的齿轮啮合在一起,便可以构建一个机构来快速地升降挡了.以此类推,假设一套齿轮机构传递端齿轮为20齿,二级齿轮为40齿,接受端齿轮为50齿,那么第一级变速比为1:2,第二级4:5,最终的变速比为两级变速比之积,即2:5.因此,变速箱中的一套斜齿轮机构是用来将发动机曲轴转速换为变速箱输出轴的传递./通过变速箱的变速比可以计算出发动机某一转速下的车速/值得注意的是,几乎所有车辆的变速箱都具有一套差速器齿轮,它可以产生终传比.差速器齿轮由一个小齿轮和一个大齿圈构成,前面提到的斯巴鲁5速手动变速箱的终转比为4.444:1,这就是变速箱输出轴到车轮驱动半轴的最终变速比.我们可以看到,当发动机转速在3000rpm时,变速箱处于5挡,那么变速箱输出轴的转速就为4065rpm,然后通过终传比为4.444:1的差速器,最后传到驱动半轴的转速则为914rpm.毫不夸张地说,如果知道车轮尺寸,利用上面的比例关系求出这款翼豹在发动机某一转速下的最高车速也不是不可能的事.例如已知翼豹的车轮尺寸为205/55R16,整个车轮的半径r为258mm,那么车轮的周长就为2r乘以圆周率3.14,为1620.24mm;已知5挡时的变速箱输出转速为4065rpm,那么每分钟行驶距离就用1620.24mm乘以4065rpm即为6586275.6mm,换算成m即为6586.2756m,然后得出发动机在3000rpm时车速为109.7km/h.在普通变速箱的内部构造中,你能看到不同规格的斜齿轮啮合在一起.靠下方的轴称为动力输出轴,用来和离合器相连,而离合器则直接与发动机飞轮相连.靠上方的齿轮轴即为变速箱的输出轴,其中包括5个斜齿轮和前,中,后3套变速拔叉.当离合器于飞轮结合时,动力输出轴转动,固结在动力输出轴上的斜齿轮也随之转动,它们与输出轴上一系列可以绕其空转的斜齿轮啮合,同时我们可以看到变速拔叉可以带动一系列具有内花键的结合套滑动,结合套通过花键与输出轴相连,并且可以轴向滑动.当我们推动换挡杆换挡时,换挡机构带动变速拔叉轴向推动结合套./变速箱的工作原理比想象中的要简单,一下从4个方面分别说明/换挡平顺性还是以翼豹的5速手动变速箱为例.当换挡杆推向4挡时,变速拔叉随之轴向后移,同时推动接合套后移,内花键与4挡斜齿轮前端的外花键接合,通过花键的接合将接合套与输出轴锁止.当离合器接合时,发动机曲轴便驱动动力输出轴转动,变速箱输出轴上的其他系齿轮空转.刚才被锁止的4挡斜齿轮即刻起便与动力输出轴上的齿轮接合,输出动力至半轴最后到车轮.综上所述,为了挂上4挡,接合套从3挡斜齿轮滑向4挡斜齿轮,这就是为什么我们需要离合器的原因.同时这也是当我们推动换挡杆换挡时,变速箱摩擦噪声产生的原因.在通常情况下,人们会产生一个误区换挡噪音来自齿轮间啮合时的摩擦.诚然,这实际上是由接合套花键与斜齿轮花键接合不当时产生的,这种情况通常发生在换挡时离合器接合过快的情况下.所以过去技术陈旧的汽车通常需要踩两脚离合才能实现平顺换挡.所谓将接合套滑动至与下一级斜齿轮啮合.而现在的汽车都加入了同步器,加、减挡都只需要一脚离合即可.齿轮同步啮合同步器(同步器齿轮机构)可以达到同步啮合的效果,其原理是当与下一级斜齿轮啮合之前,将接合套的转速提升到一个适宜啮合的值.倒挡原理倒挡的原理其实就是上述变速器换挡原理的一种延伸,不同之处就是多了一个变向的齿轮而已.倒挡功能一般由三个上、中、下啮合在一起的齿轮实现,而非前进挡中的两个齿轮啮合.同样的,上齿轮在变速箱输出轴上,下齿轮在中间轴上,而在它们之间啮合着一个用与变向的齿轮.变速箱的搭档离合器看到这里,或许你已经对变速箱的工作原理有了个大致的了解从速比到各挡位工作关系,再到变速的原理.接下来还有一个汽车变速时起重要作用的机构需要了解,他就是离合器.简言之,离合器的作用就是使你能够在汽车行驶时变换挡位,火灾红灯时停车而不用关闭发动机.因为发动机一旦起动,就会带动曲轴始终运转,曲轴又与动力输出轴相连,所以此时就需要一个能够在发动机曲轴和变速箱中间轴之间可以切断动力机构,自然离合器就充当了这个角色.离合器由压盘、飞轮和从动盘三个基本部分构成.其中飞轮与发动机曲轴相联,而从动盘通过花键与变速箱中间轴相联.顺序式手动变速箱-SMG如果你是个不折不扣的赛车迷,就不难发现车手在比赛时操纵的变速箱挡位布置大多数非传统的“H”式,取而代之的是前进、后退,或者”藏”在方向的拔片式换挡方式,即顺序式变速箱.拔片式换挡其实与通常的变速杆换挡在功能上大同小异,只是它采用电子而非机械地传递换挡信号.所以顺序式变速箱仍旧属于手动变速箱范畴,只是它的变速箱内部变速(换挡)拔叉与传统手动变速箱的变速拔叉有区别-传统手动变速箱的每个变速拔叉位置相对自由,而顺序式变速箱的每个变速拔叉由一根带有螺旋槽的变速轴联结在一起.当变速杆或者变速拔片向前、向后移动时,联结变速拔叉的变速轴也随之转动相应的角度,这种扭转促使轴上的螺旋槽带动变速拔叉向前或向后移动.因此,每一次换挡就会使变速轴旋转一定的角度,并带动所有的变速拔叉同时动作.固然,操作顺序式变速箱时你不能从一挡直接升三挡,而是必须一挡一挡向上衔接.赛车手靠双击方向盘后的拔片来实现空挡并切断动力换入下一挡,这样的换挡方式比普通的变速杆换挡更加迅速.所以目前越来越多的普通轿车也采用这一设计,如三菱Outlander、雪铁龙C3、雷克萨斯IS300、宝马6系等等.自动变速箱-AT相对于手动变速箱来说,自动变速箱在操作和基本构造上有很大的差别.例如在起动汽车时,你不用踩离合器踏板在转动电门,因为自动变速箱根本不需要传统意义上的脚踩式离合器,取而代之的是液力变矩器.液力变矩器主要由泵轮、涡轮以及固定不动的导轮组成.变矩器正常工作时,转动的泵轮通过油腔内的循环油将转矩传递到涡轮上.变矩器不仅能传递转矩,在泵轮转矩不变的情况下,随着涡轮转速的不同(具体表现为汽车的行驶速度)而改变涡轮输出的转矩值,在循环油流动的过程中,固定不动的导轮给涡轮一个作用力矩,使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩.液力变矩器虽然能在一定范围内自动地、无级地改变转矩比和转动比,但却存在这变矩能力与效率之间的矛盾,这很难满足汽车的使用要求,故目前的自动变速箱广泛采用液力变矩器与齿轮相结合的形式.如果将自动变速箱拆开,你会发现一套烦琐而复杂的机构”挤”在一个狭小的箱体力,而机构的中心就是一套行星齿轮系.在自动变速箱中,仅通过一套行星齿轮系便能提供所有的变速比-这听起来似乎有些神奇,不过自动变速箱的复杂程度的确是手动变速箱无法比拟的-因为齿轮太多了!任何行星齿轮系都是由三个主要部分构成,即太阳轮、行星轮以及环形齿圈.它们都能在适当的位置被锁止,同时更为重要的是其中任何一部分也能作为动力的输入或者输出端.如果将其中的任意两部分锁止,它就会产生1:1的速比,不过自动变速箱究竟是怎样实现一套齿轮机构所需要的各级变速比的呢?这里我们通过一套行星齿轮系来说明,其中最外边的环形齿圈齿数为75,最里面的太阳轮齿数为25.半自动变速箱-AMT半自动变速箱实际是由普通手动变速箱派生出的一种形式.其实将它称为非离合手动变速箱更为确切.半自动变速箱没有行星齿轮和变矩器,和普通手动变速箱结构一样,它有中间轴、输出轴、离合器和变速拔叉等.郑重变速箱通常有三种换挡方式,其中两种采用拔片式换挡,第三种则采用传统换挡杆的形式(回顾前面提到的顺序式变速箱,这就是为什么你并不能从换挡杆或者换挡拔片来判断它是什么形式的变速箱),SMG和AMT一样都没有离合器踏板.那么半自动变速箱是怎样工作的呢?以第一种和第二种拔片换挡形式为例,当你拔动换挡拔片时,一套液力装置用来分离离合器,在其接合之前推动变速拔叉选取下一级挡位齿轮.由于系统采用诸如节气门位置传感器、发动机转速传感器等设备来采集换挡信号,通过ECU直接控制其换挡动作,所以它比普通手动变速箱的人为换挡迅速且平顺.第三种变速杆形式,除了同样采用液力装置外,还增设了与换挡杆连接的”霍尔”传感器.通过这种方式,人为的换挡动作可以由此传感器来采集.且通过与电脑配合来控制离合器“离合”.因此除了不用踩离合器踏板外,我们还能像普通的”手动换挡”一样来驾驶我们的车辆.目前隶属于意大利菲亚特集团的玛涅蒂-马瑞利公司就是世界上先进的AMT供应商,像自主品牌奇瑞QQ3就装备了它供应的AMT变速箱.无级变速箱-CVT无级变速箱这一理念最早由荷兰达夫(DAF)卡车公司于1958年首先提出.起初,CVT只是应用在一些小排量的两冲程机动车上,知道2005年当日产汽车公司在旗下的轿车和SUV上推出”无冲击变速”这一概念的变速箱时,无级变速箱即CVT才得以真正在量产车上采用.除了结构上的简单外,无级变速箱还有一个最大的优势在于:它可以通过不间断地连续变速来获得发动机的最大扭矩.因此,无级变速箱能使发动机总是处于最佳工作状态.在此插句题外话-1994年国际汽联禁止在F1比赛中采用无级变速箱,原因很简单，就是因为它能让赛车太过于“疯狂”！所谓无级变速,简而言之就是力矩传递无顿挫感的变速.无级变速箱的原理其实比想像的要简单,没有互相啮合的齿轮,没有离合器,没有摩擦盘等等,取而代之的是“两轮一带”机构。“两轮一带”结构传递着动力,不过结构其实很简单无级变速箱究竟是如何工作的呢？绝大多数CVT是由两个可变半径滑轮和一条钢芯橡胶带组成。其中一个滑轮与发动机飞轮相连，而另一个则与输出轴相联,它们之间通过皮带联结。两个滑轮通过转动力大小的变化来改变几何半径.发动机端旋转的越快,它的半径就越大。在它们自动运转的过程中,滑轮的半径由一套ECU控制的液压活塞来改变.滑轮本身由一根带有第一队圆锥楔结构的花键轴构成。当这对圆锥楔越接近，缠绕在它们上面的皮带旋