变速机设计要点分析

【摘 要】变速机是现代机械的重要零部件之一，它的性能设计直接影响着机械运行的好坏。设计者首先要了解变速机的基本原理，其次要着重注意变速机中液力变矩机、离合器、制动器等部件的设计，从而使变速机发挥最大作用。本文主要分析了变速机的几个设计要点，在实际设计过程中，应当根据不同机械对变速机的工作要求，来确定变速机的设计方式。

【关键词】变速机；设计；要点

变速机，又称变速箱，是用来改变或者调节机器设备或者能量变化的机器设备，现在已经被广泛运用于生产、加工、制造、机械等各个领域。它主要由压紧的主动轮装置、摩檫传动机构和调速控制机构组成，能够固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置。虽然各种变速机的外部形状和内部结构有所不同，但它们的基本组成是相同的，即都是由液力变矩机和齿轮式自动变速机组合而成，常见的组成部分有液力变矩机、行星齿轮机构、离合器、制动机、油泵、滤清机、管道、控制阀体、速度调压机等，按照这些部件的功能，又可以把它们概括为液力变矩机、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五个部分。

一、变速机的工作原理

自动变速机是目前汽车装置中较为常见的一种，下面以此为例分析一下它的工作原理。自动变速机中的液力变矩机处于最前端，一般安装在发动机的飞轮上，它的作用和手动挡汽车中的离合器极为相似，也就是利用油液循环流动过程中动能的变化，把发动机的动力传送到自动变速机的输入轴，并且根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比与扭矩比，在一定程度上具有减速增扭的功能。

自动变速机中的变速齿轮机构通常采用的型式有两种，一种是普通齿轮式，另一种是行星齿轮式。普通齿轮式因为尺寸较大，最大传动比较小，因此采用的车型较少。绝大部分轿车自动变速机中的齿轮变速机采用的是后者。行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的，在速比改变的过程中，整个行星齿轮组还存在运动，动力传递也没有中断，从而实现了动力换挡。

二、液力变矩机的设计

液力变矩机是一种较为复杂的叶轮机械，是变速机的重要组成部分之一，在设计过程中应当注意变矩机的循环圆形状和叶轮形式的选择，还要突破传统设计的局限，注重提高产品性能、降低综合成本。

（一）循环圆形状的选择

1、圆形循环圆。这种形状是利用冲压焊接铸造，导轮置于内径处，便于安装离合器，比较适合用在综合式液力变矩机上，因为轴向尺寸的限制，目前汽车变矩机基本改良为椭圆形。

2、蛋形循环圆。这种循环圆的宽度和直径都较小，泵轮和涡轮呈扁平状，在设计时，叶片形状可以设计成流线型，这样便于铸造时用叶片作为模具制作，从而提高生产效率。

3、长方形循环圆。这种循环圆的导轮和涡轮通常布置在循环园的直线段上，这样便于采用铣削加工叶片工作轮，比较适用于离心式涡轮单级和多级液力变矩机。

（二）叶轮形式的设计

因在循环圆中的排列位置不一，变矩机有下面几种形式的工作轮：

1、轴流式。即液流向叶片内轴方向流动。

2、径流式。这是使液流沿着叶片半径方向流动的方式。

3、混流式。也即是说液流在工作轮道内有轴流也有径流，其叶片是空间扭曲叶片。

在实际设计过程中，要综合考量各方面的条件，根据不同类型的机械选择不同的变矩机叶轮形式。

三、离合器和制动器

（一）离合器的设计

离合器位于发动机和变速机之间的飞轮壳内，利用螺钉将离合器固定在飞轮的后平面上，它的输出轴就是变速机的输入轴。它的主要作用是连接，在变速机中表现为将行星齿轮机构中的输入轴和行星排中的某个元件连接，或者将行星排的某两个元件连接在一起，从而形成一个整体，实现直接传动的目的。

按照离合器从动盘的数目，可以将离合器划分为以下几类：

1、单片离合器。它结构简单，散热较好，方便调整，从动部分转动惯量较小，在使用时可以保证分离彻底，结合平稳顺畅。

2、双片离合器。它传递转矩的能力较强，径向尺寸小，结合平稳顺畅，不足之处就是散热不好，分离不彻底。

3、多片离合器。主要用于行星齿轮变速机换挡机构中，具有摩擦表面温度小，磨损少，寿命长等优势。

（二）制动器的设计

制动器是具有使运动机械减速、停止或保持停止状态等功能的装置。是将行星齿轮机构中的某个元件与变速机的壳体相互连接，使元件被固定不动，通过离合器与制动器的配合完成该机构中不同元件的连接，实现变速机不同档位的输出。在制动器设计过程中应当注意以下几个方面：

1、制动驱动机构的设计。目前应用广泛的是液压式驱动机构，它具有安全性高，制动力能得到保证和不需要、调整等优点。

2、制动盘的设计。不同种类的制动盘在盘片、盘径及片间间隙尺寸上存在一些差异，盘毂的高度与厚度也不尽相同。因此在设计变速机时应当根据不同的用途设计来制动盘。

3、制动器的尺寸设计。考虑到现在人们追求变速机的稳定性，因此尺寸通常选择较小的，同时为了保证所要求的制动力矩和安装方便，因此应当选择尺寸小且效能高的制动器。

四、变速机的传动机构

当前，自动变速机主要分为无级变速机、电液控制自动变速机、机械式自动变速机以及双离合器变速机等。下面主要介绍前两种：

（一）无级变速机。这里指的是机械式的无级变速机，其中又可分为盘式无级变速机与带式无级变速机两种。因盘式无级变速机传力的接触点产生的应力大，不容易形成油膜，寿命以及可靠性也不能得到保证，因此在实际生活中使用较少。另一种带式无级变速机采用金属带连接主动轮和被动轮，当主动轮和被动轮轴向移动时，相应地改变驱、从动轮传动带的接触半径就可以改变传动比。但是它也有缺点，就是燃油经济性低，零件加工难度大，使用磨损大，寿命短，应用不是十分广泛。

（二）电液控制自动变速机。这种变速机是通过液力变矩器的液体动量矩变化来改变转矩的一种变速机构，它具有离合、连续变速、减少传扭转振动等作用，但是它结构复杂、制造不易、传动效率低、制造维修成本高。在设计中应该注意参照各种类型的优缺点。

五、结束语

近几年，国家实施了积极的财政政策和货币政策，极大地拉动了内需，固定资产投资力度也进一步加大，各行各业迅速发展。尤其是国家对基础建设的投资，使得冶金、机械、能源等行业得到了长足的发展。也因此，对变速机的需求也逐步扩大。随着国家对机械制造业的重视、重大装备国产化进程的加快以及城市建设等工程项目的开展，变速机的市场前景十分光明，许多专家学者也希望研究者抓紧研发制造新型的变速机，设计更多适合社会需要的产品，以不断满足机械市场的需求。

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