輸出軸離合器式手動(dòng)變速箱工作原理分析

成起強(qiáng) 李江江 王新 房亮

摘要： 本文討論了一種手動(dòng)變速箱的新結(jié)構(gòu)，可以提高滑動(dòng)齒輪換擋和嚙合套換擋變速箱的換擋平順性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，可靠性高。

Abstract： This article introduces an new construction in sliding gear and collar shift transmission，which can improve the shift on the go and with simple construction， lower cost and high reliability.

關(guān)鍵詞： 變速箱；離合器；滑動(dòng)齒輪；嚙合套；同步器

Key words： transmission；clutch；sliding-gear；collar；synchronizer

中圖分類號(hào)：TH133.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0124-02

1 現(xiàn)有手動(dòng)變速箱介紹

目前車輛手動(dòng)換擋變速箱換擋采用的方式主要有滑動(dòng)齒輪換擋、嚙合套換擋和同步器換擋三種方式。三種方式的變速箱各有優(yōu)點(diǎn)，又都存在一些問(wèn)題?；瑒?dòng)齒輪換擋和嚙合套換擋方式的變速箱結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性高，但存在換擋困難的問(wèn)題。目前，這種問(wèn)題的解決這方法一是提高駕駛員的駕駛技能，使其能夠準(zhǔn)確掌握輸入軸、輸出軸在換檔時(shí)的速度，找到各檔位的換擋點(diǎn)，但該方法對(duì)駕駛員的駕駛技術(shù)要求較高，駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度大，掌握起來(lái)難度大；二是在變速箱中使用同步器，同步器的出現(xiàn)顯著提高了換擋平順性，但每個(gè)同步器最多只能保證兩個(gè)擋位的換擋操作，一個(gè)變速箱需要安裝多個(gè)同步器。同時(shí)，同步器換擋的變速箱結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、制造成本高。并且，同步器中的同步環(huán)采用銅質(zhì)材料制成，壽命及可靠性較低。

2 輸出軸式變速箱工作原理

基于上述手動(dòng)變速箱分析，車輛在行進(jìn)間換擋過(guò)程中，當(dāng)駕駛員先操縱傳動(dòng)離合器切斷從發(fā)動(dòng)機(jī)輸入到變速箱的動(dòng)力，再摘掉嚙合擋位后，變速箱輸入軸失去動(dòng)力。但此刻變速箱輸出軸仍然會(huì)從車輪反向獲得動(dòng)力，由于此時(shí)車輪變成主動(dòng)件，原來(lái)的減速齒輪副變成增速齒輪副，變速箱內(nèi)原來(lái)輸入軸、輸出軸接近的轉(zhuǎn)速瞬間轉(zhuǎn)速差變大，造成駕駛員掛接新的擋位過(guò)程中因?yàn)閮蓚€(gè)軸的轉(zhuǎn)速差過(guò)大而出現(xiàn)打齒現(xiàn)象，表現(xiàn)出掛擋困難。

鑒于目前手動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)的實(shí)際問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)一款新的變速箱結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)上述結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。將輸出軸設(shè)計(jì)成兩部分，以單向離合器相連接，輸出軸上的全部齒輪安裝在輸出軸的前部與輸入軸上各齒輪完成各種變速功能。當(dāng)動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)向車輪方向傳遞時(shí)，單向離合器結(jié)合；當(dāng)動(dòng)力從車輪反向傳遞時(shí)單向離合器分離。這種結(jié)構(gòu)可以有效避免掛擋過(guò)程中的打齒現(xiàn)象。

變速箱基本結(jié)構(gòu)：1-輸入軸離合器、2-輸入軸、3-輸入軸第一主動(dòng)齒輪、4-輸入軸第二主動(dòng)齒輪、5-輸出軸前段、6-輸入軸倒檔主動(dòng)齒輪、7-鎖止離合套驅(qū)動(dòng)軸、8-中間軸、9-鎖止離合套、10-輸出軸前段花鍵、11-輸出軸后段花鍵、12-輸出軸離合器、13-輸出軸后段、14-鎖止離合套回位彈簧、15-鎖止離合套撥動(dòng)軸、16-倒檔變速軸、17-倒檔滑動(dòng)齒輪、18-輸出軸第二滑動(dòng)齒輪、19-輸出軸第一滑動(dòng)齒輪、20-倒檔中間齒輪。

各工況變速箱的工作情況分述如下：

2.1 前進(jìn)擋階段

當(dāng)車輛處于前進(jìn)狀態(tài)時(shí)，輸入軸離合器及輸出軸離合器均結(jié)合，輸出軸第一滑動(dòng)齒輪嚙合在輸入軸第一主動(dòng)齒輪上，輸入軸驅(qū)動(dòng)輸出軸前段轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸前段驅(qū)動(dòng)輸出軸后段轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力能夠順利輸出到車輪（圖1）。

2.2 車輛換擋階段

當(dāng)車輛處于換擋狀態(tài)時(shí)，駕駛員分離輸入軸離合器變速箱輸入軸失去動(dòng)力；車輪變成主動(dòng)件，動(dòng)力會(huì)反向輸入給變速箱，這時(shí)由于輸出軸離合器單向傳動(dòng)的特點(diǎn)，反向驅(qū)動(dòng)的輸出軸離合器處于分離狀態(tài)，此時(shí)，變速箱輸入軸與變速箱輸出軸前段處于失去驅(qū)動(dòng)力的狀態(tài)，輸出軸滑動(dòng)齒輪通過(guò)撥叉實(shí)現(xiàn)與輸入軸上輸入軸第二主動(dòng)齒輪的嚙合，完成平順換擋操作（圖2）。

2.3 倒檔階段

當(dāng)車輛需要后退時(shí)，輸入軸離合器分離，倒檔滑動(dòng)齒輪通過(guò)撥叉與倒檔中間齒輪嚙合，倒檔中間齒輪與輸入軸倒檔主動(dòng)齒輪相嚙合，同時(shí)，倒檔變速軸與鎖止離合套撥動(dòng)軸相聯(lián)動(dòng)，使鎖止離合套通過(guò)其內(nèi)的鎖止離合套內(nèi)花鍵將輸出軸前段與輸出軸后段鎖止到一起，實(shí)現(xiàn)輸出軸后段的轉(zhuǎn)動(dòng)（圖3）。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)階段

當(dāng)車輛下坡，需要發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，駕駛員單獨(dú)操縱鎖止離合套，鎖止輸出軸前段和輸出軸后段，再掛接前進(jìn)一擋，車輛就具有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功能（圖4）。

3 結(jié)論

通過(guò)上述分析，輸出軸離合器的設(shè)計(jì)替代了傳統(tǒng)變速箱復(fù)雜的同步器部分，簡(jiǎn)化了手動(dòng)變速箱的結(jié)構(gòu)、降低了制造成本、提高了變速箱的可靠性；提高滑動(dòng)齒輪換檔和嚙合套換擋變速箱的操作平順性，實(shí)現(xiàn)行進(jìn)間換檔；減少變速箱中有色金屬的使用，提高了使用壽命及運(yùn)行的可靠性。

輸出軸離合器式變速箱，通過(guò)鎖止離合套驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，使鎖止離合套撥動(dòng)軸能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使其能夠在車輛的前進(jìn)狀態(tài)下依然能夠工作，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)功能，更增強(qiáng)了變速箱的實(shí)用性。

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