小轿车机械式变速器设计探析范文

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摘要：伴随着经济的快速增长，人们的生活水平得到了巨大的改善，朝着更好的方向发展，与此同时，我国的小轿车数量也与日俱增，逐渐成为汽车大国。小轿车有一个重要的零部件，即变速器系统，在设计小轿车的变速器时，不仅需要满足能随意变换档位提供动力的需求，而且还要保证小轿车在行驶的过程中的安全性以及稳定性能。本文针对小轿车机械式变速器进行了研究，变速器既能改变汽车的行驶速度又会影响汽车的使用性能，着重描述了小轿车机械式变速器的关键部件，譬如齿轮、传动器等，实现了小轿车的机械式变速器设计，使汽车机械式变速器的性能全面提高。

关键词：机械性；变速器；设计研究

随着科技的进步，我国小轿车的产量逐年增多，汽车行业也得到了快速的发展，进入了一个全新的阶段，产生了种类更加繁多的小轿车变速器，主要有以下几种类型：手动变速器、无级变速器、机械式变速器、自动变速器以及带有自动变速功能的手动变速器，其中最早使用的为机械式变速器，它的技术相对来说最成熟，而现代的设计方法又将小轿车机械式变速器的性能做了一个整体的优化。

1小轿车机械式变速器的定义

机械式变速器中有齿轮，各个档位对应固定不变的齿轮，因此各个档位的变速比也是恒定的，譬如一档的变速比为3.85，二档为2.55，依此减少到五档的时候为0.75，将变速比通过加减乘除运算最终可得到传动比，按数值可分为五类，所以也把它叫作有级变速器，现在的汽车上使用的是由液力变矩器和齿轮相互作用形成的自动变速器技术，在主要的城市用车中普遍运用了这一技术，但是客观来说，液力变矩器和齿轮存在一些不足：第一，传动比值间断，仅仅只能在分段区间内进行没有等级划分的变速；第二，液力传动的效率低下，造成小轿车动力不足的同时还增加了燃料成本；第三，变速器的档位等级变多使得无级变速的范围扩大，这时需使用更多的元件控制齿轮组的动力传输轨迹，增加自动变速器零件数目，过于复杂的结构不利于后期的维修。汽车行业很早便开始研究其他类型的变速技术，像业界内比较看好的无级变速技术，传动带、主动轮、从动轮之间相互配合提供了动力，无级变速技术可以不断改变传动比，使传动系统和发动机的工作情况保持在一个最佳的状态，全面提升小轿车的动力并节省燃油量，驾驶员操作起来更加方便快捷，因此它是一种较好的汽车传动装置。通常人们容易将液力自动变速器和无级变速器两种装置混淆，但事实上它们是完全不一样的两个东西，实现的功能也不尽相同。无级变速技术中需要液力变扭器、齿轮减速装置以及电子自动控制装置，随着科学技术的发展，这一技术也逐渐趋于完备，在北美国家中有极高的市场占有率，其次是日本。液体本身具有一定的柔软度，传递动力时可以把冲击的能量吸收并实现自动变换转速，所以也把它称为无级变速。

2小轿车机械式变速器设计具有的特征

根据商用汽车的性质，机械式变速器有其他变速器没有的功能，具有不可替代性，譬如拉货所用的汽车，通常它会装载很重的货物，这样一来压力就会很大，需要发动机提供强有力的动力并与变速器配合使用，提供足够大的牵引力，这样在上坡时才能带得动车，其余的变速器在这一方面存在劣势，只能使操作更加简单；再次，老司机和男司机比较喜欢机械式变速器，在汽车行业发展的很长一段时间里，几乎都是使用机械式变速器，这已经成了他们的习惯，他们喜欢那种超车时机械式变速器提供的快感，所以在小轿车上依然使用机械式变速器，驾校中使用的几乎也都是它，只有它可以提高学员的驾车技能；最后，机械式变速器经济实用，许多国内的汽车生产厂家都生产了这一类型的小轿车，一经推出便受到广大人民群众的喜爱。

3机械式变速器齿轮部位的设计

齿轮是变速器的一个基本组成元素，它的质量关系到变速器系统的整体性能，因此设计齿轮时相关技术人员应把压力角、齿轮数等元素考虑进去，对参数进行优化，提高齿轮的承载能力，除此之外还有齿轮螺旋角、齿轮间距、齿轮内径等因素，应把它们全面地整合起来，选择合适的参数值使机械式变速器设计得更完美。

3.1齿轮数以及压力角数值的选择

齿轮数在决定齿轮尺寸的因素中占有主要的地位，通常情况下，齿轮的厚度会随着齿轮数的变大而变大，所以齿轮在设计的过程中应遵循一对齿轮有且仅有一个固定的齿轮数，这样可以提高齿轮的性能，如果是从齿轮的成本以及性能方面考虑，技术人员应确保齿轮数无误，根据传递扭矩的数值以及制作齿轮的材料确定最小的中心距离，再确定齿轮的压力角即齿轮受力的方向与运动方向所围成的角，压力角与点到圆的距离呈正相关，其中分度圆上的压力角为20时，基圆上没有压力角，技术人员应根据变速器的承载力以及结构确定压力角的大小，齿轮所受的重力、作用力会跟随压力角的大小而改变，超过一定的范围会使齿轮震荡引发巨大的噪音。

3.2齿轮的宽度以及螺旋角的选择

齿轮的宽度也叫作齿轮的厚度，其数值等于齿轮的宽度系数乘以两倍的分度圆半径，在设计齿轮的宽度时首先应该考虑维持齿轮正常工作以及降低变速器重量的条件，宽度太小使得负荷能力较弱，使传动稳定性能降低，相关技术人员应综合考虑齿轮、变速器等因素，确保它们能稳定运行，将齿轮的宽度确定在一个科学的范围内，齿轮的螺旋角特指斜齿轮的螺旋角，实际的设计情况中，其螺旋角的数值大小取决于分度圆，承载能力越强对应的齿轮优势越大，一旦确定好螺旋角的大小，那么齿轮工作时产生的噪音、齿轮的强度以及齿轮的轴向力都会进一步得到改善。3.3齿轮的齿数以及变位系数的选择齿轮的齿数指的是环绕圆一周的齿轮总数，决定齿轮齿数的因素有设计结构、变速传动比和机械式变速器的档级，可以通过变换齿轮的位置延长齿轮的寿命，齿轮的变位系数决定了变速器的结构特征、强度性能以及齿轮的咬合性能，在实际的设计过程中技术人员使用变位齿轮时需保证齿轮尺寸正好合适，整体提高变速器强度，避免出现一些不好的现象。

3.4中齿轮的调整选择

齿轮齿数的大小关乎齿轮性能的好坏，因此通过改变齿轮的形状可以提高齿轮的性能，相反，如果齿轮的形状修改得不规范则会影响齿轮的潜在特性，由此可知确定好完善的设计方案并落实修改齿轮的形状的确切方案，可以保证齿轮的性能维持在最好的状态，相关技术人员要设计出轴向与尺寸保持一致、传动能力扩大一倍、噪音等级最低、性能最强的齿轮，设计方案中应把齿轮的基本设计参数结合齿轮形状的更改，伴随着对齿轮传动性能的深入研究，相关技术人员要验证齿轮具有的性能特征时，全面实行齿轮形状更改技术，并大范围地加以应用，使齿轮间的负荷量科学地被分配，全面提高齿轮的承载能力并使震动、噪音产生的频率降低。

4变速器档位等级的设计

伴随着现在科技水平的提高，汽车行业也有了更广阔的发展前景，各生产厂家制造出了不同种类的汽车，汽车的使用途径以及具体情况各有千秋，所以对不同的汽车提出了不同的性能要求，汽车是否稳定、是否节省成本、是否有强劲的动力支撑等因素都会对机械式变速器产生一定的影响，其中与变速器的性能密切相关的除了以上所说的齿轮，还有变速器的档位以及不同档位等级的传动比这两个因素。

4.1变速器档位的选择

变速器的档位决定了汽车的动力大小，档位值越高汽车获得的动力就越足，供给发动机的功率也越大，节省了汽车的油耗量，但是它也存在一些短板，档位设置的数量越多则换挡的频率越高，操作的难度系数上升，所以应合理设置机械式变速器的档位，保证变速器稳定运行。

4.2档位传动比的选择

变速器档位的传动比与最高档位传动比数值相比可得传动比，传动比和汽车发动机的参数、条件等有关联，车辆自身的重力越大，传动比越高。小轿车的档位可以提供不同大小的动力，这时的传动比与坡度相关，汽车上坡时的牵引力受地面摩擦力的影响，因此速度很慢，在计算汽车档位的传动比时应先计算汽车能通过的最大坡度值，相关技术人员将得到的档的传动比进行比较分析，最终可得到最高档位的传动比。

5结语

综上所述，相关研究设计人员应加强对小轿车机械式变速器的研究力度，使用有效的技术方法，针对小轿车机械式变速器的设计，应全面了解什么是小轿车机械式变速器，它具有什么样的特点，并从变速器的齿轮、档位等级、传动轴等相关零部件入手，制定出一套全面综合的实施方案，只有通过这样的方式，充分分析机械式变速器，才能提高小轿车的动力性能，使其保持在一个稳定的状态，现阶段我国采用机械式变速器的小轿车依然很多，所以需确保设计的变速器满足市场的需求，确保其能安全稳定运行。

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作者:郜振海 李丽艳 单位:新乡职业技术学院