352履带拖拉机－滑动齿轮变速箱设计

PAGEPAGE44摘要履带式拖拉机行驶速度很低，每次切断动力换挡都会导致拖拉机停车。所以变速器采用直齿滑动齿轮换挡，成本低廉，工作可靠，维修方便。由于拖拉机工作环境变化较大，要求其变速器传动比范围也较大，可采用两对齿轮相啮合的三轴式变速器，有利于扩大传动比。同时，拖拉机要求有动力输出装置，可采用中间轴上置兼做动力输出轴，输入轴和输出轴下置。这样可以省去一根轴，在输入轴常啮合齿轮下侧布置一常啮合齿轮用作溅油齿轮。在拖拉机停车工作时溅油润滑。操纵机构采用传统的手动直接换挡，省去长距离换挡机构。换挡齿轮布置在上方的中间轴上，有利于缩短换挡拔长度，同时在换挡滑轨上设置自锁、互锁装置，以避免变速器工作时脱挡和同时挂上两个挡等操纵失误。一挡、二挡及倒挡扭矩较大，布置在两端靠近支承点处。一挡、倒挡共用一个滑动齿轮。换挡滑动齿轮做成双联齿轮有利于换挡。该变速器所有齿轮均采用模数为4的标准直齿齿轮，有利于生产制造。齿轮与轴联接均采用花键联接，由于不受轴向力，采用成本低廉的深沟球轴承。输出轴受到主减速器小锥齿轮轴向力影响采用一对圆锥滚子轴承支承。该变速器大量采用传统成熟技术，成本低廉，工作可靠同时又能满足设计要求。关键词：履带式，拖拉机，变速器，滑动直齿ABSTRACTThetracktypetractordrivingverylow,andcuttingoffthemotivetochangetoblockandwillcausetractorparkingeachtime.Sothetransmissionsadoptionglidethewheelgearchangestoblock,thecostischeap,workdependable,maintaintheconvenience.Becausethetractorworkenvironmentvarietycomparegreatly,requestitthespreadstomovetocomparethescopetoalsocomparegreatly,canadopttworightnessesofwheelgearstospreaddynamicthreestalktypetransmission,beadvantageoustoextensiontospreadtomovetheratio.Atthesametime,thetractorrequeststhepoweroutputdevice,canadoptinthecenterthestalkplacesanddoesthepoweroutputstalkup,inputtingthestalkandoutputtingthestalkdescendplace.Cangotoastalkwiththeprovincethus,thesidearrangesawheelgeartousedtosplashtheoilwheelgearwhileinputthestalk.Atthetractorparkingtheworksplashtheoillubrication.Manipulatethetraditionalhandoftheorganizationadoptionmovestochangetoblockdirectly,theprovincegoestothelongpulltochangetoblocktheorganization.Changetoblockthewheelgeartoarrangeataboveofmiddlestalkup,beadvantageoustoshortentochangetoblocktopulloutthelength,theconstitutionlocksthedevicefromthelockandwitheachotherinchangingtoblocktheslipperytrackatthesametime,takingofftoblockwhiletoingavoidthetransmissionworkandpinupatthesametimetwoblocketc.tomanipulatetheerror.Whileblock,twoblockandpourtoblocktoiscomparebydintgreatly,arrangetoclosetopaytoacceptsomeplaceinthebothends.Blockwhileblock,pouringtotaluseaglidewheelgear.Changetoblocktoglidethewheelgeartomakeintoapairofwheelgearsestobeadvantageoustochangetoblock.Allwheelgearsofthattransmissionalladoptthestandardwheelgearthatmoldcountsto4,beingadvantageoustoproducingthemanufacturing.Thewheelgearandthestalkconjunctionsalladopttheslipperykeyconjunction,becauseofbefreefromthestalktowarddint,adoptiondeepditchballbearingsthatcostischeap.Outputthestalkundertheinfluenceoflorddeceleratethemachinedenticleaxletowarddintadoptarightnessofrollthesub-bearingstopaytoaccept.Traditionalmaturetechniqueofagreatdealofadoptionofthattransmission,thecostischeap,workcredibilityatthesametimeagainsatisfythedesignrequest.KEYWORD:Thetracktype,tractor,transmission,theglidewheelgear目录第一章前言1第二章传动系概述2§2.1传动系方案2§2.2变速器概述3第三章变速器传动机构布置方案4§3.1传动机构布置方案分析4§3.2倒挡的布置方案5第四章变速器主要参数的确定6§4.1齿轮形式6§4.2换挡机构形式6§4.3变速器轴承7§4.4具体参数确定8第五章变速器校核12§5.1齿轮校核12§5.2轴的校核15第六章结论21致谢22参考文献23第一章前言拖拉机作为一种重要的农用工具，在农业的发展中扮演者重要的角色，它已经成为农业发展不可缺少的支撑力量，包括拖拉机在内的汽车工业发展成为一个国家科学技术发展的在标志之一。按照获得牵引力及自身推进的方法，拖拉机可分为：1、轮式拖拉机2、履带式拖拉机轮式拖拉机：轮式拖拉机是主要的拖拉机类型，特别是在农用方面。现在制造的轮式拖拉机有三轮和四轮的。通常的配置是两个后驱动论及一个或两个前导向轮。履带式拖拉机：履带式拖拉机的牵引机构实质上由两条称为履带的重型封闭金属链条装置构成。按用途分可分为通用型和万能型，通用型轮式拖拉机最常用，它仅用于来完成一般的拖拉机作业，包括田间作业和皮带作业，例如耕地、耙地、平路、联合收获、饲料粉碎等等。拖拉机通常由发动机，底盘、车身组成。1、发动机发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。大多数拖拉机都采用往复式活塞内燃机，它一般是由机体、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火系、起动系等部分组成。2、底盘 底盘接受发动机的动力，使拖拉机产生运动，并保证拖拉机驾驶员的操纵正常行驶。其中变速箱是最主要的组成部分之一。3、车身车身是驾驶员的工作场所，也是载货的场所，车身应为驾驶员提供方便的操作场所，典型的拖拉机包括前板制件、驾驶室、等部件。我这次毕业设计的题目是35马力履带式拖拉机的变速箱部分，我主要参考了东方红－75拖拉机，并在此基础上进行了调整和改进。第二章传动系概述§2.1传动系方案传动系使拖拉机底盘的重要组成部分。它的具体任务是：增扭减速、变扭变速、切断动力和平顺接合动力、改变动力旋转方向、改变动力旋转平面等。拖拉机的传动系由机械式和液压式两大类，目前普遍采用机械式传动系。轮式拖拉机的传动系组成，它包括离合器、变速箱、中央传动、最终传动四个部分。通常将中央传动、最终传动和位于同一壳体内的差速器合称为后桥。离合器接合时，发动机动力便从离合器经变速箱的挂档齿轮副传给中央传动，然后由中央传动大锥齿轮将动力经差速器分配给两边的最终传动，最后传给驱动轮。离合器分离时，动力就切断。履带拖拉机的传动系组成，其传动线路与轮式拖拉机基本相同。主要差别在于后桥中没有差速器，而在中央传动与最终传动之间装有左、右两个转向机构。如图2-1所示。图2-1传动系简图根据传动系的功用、生产和使用等方面的情况，对它提出下列基本要求：零件要有足够的强度和刚度；零件工作表面要有足够的耐磨性，需要润滑的表面要保证良好润滑；要有较高的传动效率，尽可能减小传动损失；结构尽可能简单，操作、装拆和维修要方便。§2.2变速器概述变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使车辆获得不同的牵引力和速度，同时使发动机再最有利工况范围内工作。变速器设有空挡和倒挡。需要时变速器还有动力输出功能。变速器由变速传动机构和操纵机构组成。对变速器如下基本要求.1）保证车辆有必要的动力性和经济性。2）设置空挡，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3）设置倒档，使汽车能倒退行驶。4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。5）换挡迅速，省力，方便。6）工作可靠。车辆行驶过程中，变速器不得有跳挡，乱挡以及换挡冲击等现象发生。7）变速器应当有高的工作效率。8）变速器的工作噪声低。除此以外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小，制造成本低，维修方便等要求。满足车辆有必要的动力性和经济性指标，这与变速器的档数，传动比范围和各挡传动比有关。车辆工作的道路条件越复杂，比功率越小，变速器的传动比范围越大。在原变速传动机构基础上，再附加一个副箱体，这就在结构变化不大的基础上，达到增加变速器挡数的目的。近年来，变速器操纵机构有向自动操纵方向发展的趋势。第三章变速器传动机构布置方案机械式变速器因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，故在不同形式的车辆上得到广泛应用§3.1传动机构布置方案分析中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速器第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端花键与万向节连接。根据本次设计的要求我选择了中间轴式传动机构布置方案。图3-1中间轴式五挡变速器传动方案图3-1所示为中间轴式五挡变速器传动方示例。图3-1a所示方案中，除一、倒挡用直齿滑动齿轮换档外，其余各挡为常啮合齿轮传动。图3－1b、c、d所示方案的各前进挡，均采用常啮合齿轮传动。根据本次设计的要求，由于拖拉机要求有动力输出装置，故中间轴布置在上方，同时做为动力输出轴使用，这样可以省下一根轴。输入轴和输出轴设在下方。根据设计要求采用直齿滑动齿轮换挡，滑动齿轮设在上方的中间轴上，这样可以缩短拨叉的长度，有利于换挡。同时在输入轴常啮合齿轮下方设一溅油常啮合齿轮，用于溅油润滑。§3.2倒挡的布置方案因为变速器在一挡和倒挡传动比大，工作时在齿轮上作用的力也增大，并导致变速器产生较大的挠度和转角，使工作齿轮啮合状态变坏，最终表现出齿轮摩擦加快和工作噪声增加。所以，无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的低档与倒挡，都应当布置在靠近轴的支承处，然后按照从低档到高挡顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然于一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发本次设计方案把一挡布置在靠近轴的支撑处，然后再布置倒挡。倒挡设置在变速器的左侧或右侧，在结构上均能实现，不同之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止意外挂入倒挡，一般在挂倒挡时设有一个挂倒挡时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。综合考虑这些情况本设计采用的方案如图3－2所示。图3－2变速箱结构简图第四章变速器主要参数的确定§4.1齿轮形式变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮有时采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。直齿圆柱齿轮仅用于低档和倒挡。本次设计全部采用直齿齿轮，以满足设计要求。§4.2换档机构形式变速器换挡机构有直齿滑动齿轮，啮合套和同步器换挡三种形式。车辆行驶时各挡齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动直齿齿轮的方式换挡，会在轮齿端面产生冲击，并伴随有噪声。这使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张，而换挡产生的噪声又使乘坐舒适性降低。只有驾驶员用熟练的操作技术（如两脚离合器），时齿轮换挡时无冲击，才能克服上述缺点。但是该瞬间驾驶员注意力被分散，会影响行驶安全性。因此，尽管这种换挡方式结构简单，但除一挡，倒挡外已很少使用，但出于成本考虑，拖拉机上应用较多。由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态，所以可用移动啮合套换挡。这时，因同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多。而轮齿又不参与换挡，它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总惯性矩增大。因此，目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。采用啮合套换挡，与同步器换挡比较有结构简单、制造容易、能够降低制造成本及及减小变速器长度等优点。使用同步器能保证迅速、冲击、噪声换挡，而与操作技术熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、油经济性和行驶安全性。同上述两种换挡方法比较，虽然它有结构复杂、制造曾成本要求高、向尺寸大等缺点，但仍然等到广泛应用。本次设计全部使用直齿滑动齿轮换挡。使用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。在滑动齿轮特别宽的情况下，这种差别就更为明显。为了操纵方便，换入不同挡位的变速杆行程要求尽可能一样，利用同步器或啮合套换挡，就能很容易实现这一点。自动脱档是变速器的主要故障之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，目前在结构上采取措施比较有效的方案有以下几种：图4-1方案一图4-2方案二图4-3方案三1）将两接合齿的啮合位置错开，见图4-1。这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿约1～3mm。接触部分挤压和磨损，因而在接合齿端部形成凸肩，用来阻止接合齿自动脱档。2）将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄（切下0.3～0.6mm），这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而减少自动脱档，见图4-2。3）将接合齿的工作面加工成斜面，形成倒锥角（一般倾斜2°～3°），使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力，见图4-3。这种方案比较有效，应用较多。§4.3变速器轴承变速器轴承常采用圆柱滚子轴承，球轴承，滚针轴承，圆锥滚子轴承，滑动轴套等。至于何处应当采用何种轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。汽车变速器结构紧凑，尺寸小，采用尺寸大些的轴承结构受限制，常在布置上有困难。如变速器的输出轴前端支承在输入轴常啮合齿轮的内腔中，由于本次设计空间不足则采用滚针轴承。变速器输入轴前端支承在飞轮的内腔里，因有足够大的空间常采用球轴承来承受向力。作用在输入轴常啮合齿轮上的轴向力，经输入轴后部轴承传给变速器壳体，此处常用轴承外圈有挡圈的球轴承。输出轴后端常采用圆锥轴承，以承受轴向力和径向力。中间轴上齿轮工作时不产生轴向力，原则上由前或后轴承来承受都可以；但当在壳体前端面布置轴承盖有困难的时候，必须由后端轴承承受轴向力，前端采用深沟球轴承来承受径向力，而后端采用外圈有挡圈的球轴承或圆柱滚子轴承。圆锥滚子轴承因有直径小、宽度较宽，因而容量大，可承受高负荷和通过对轴承预紧能消除轴向间隙及轴向窜动等优点。变速器输入轴，输出轴的后部轴承以及中间轴前，后轴承，按直径系列一般选用中系列轴承。轴承的直径根据变速器中心距确定，并要保证壳体后壁两轴承孔之间的距离不小于6～20mm。滚针轴承，滑动轴套主要用在齿轮与轴不是固定连接，并要求两者有相对运动的地方。滚针轴承有滚动摩擦损失小，传动效率高，径向配合间隙小，定位及运转精度高，有利于齿轮啮合等优点。滑动轴套的径向配合间隙大，易磨损，间隙增大后影响齿轮的定位和运转精度并使工作噪声增加。滑动轴套的优点是制造容易，成本低。本次设计全部采用滚针轴承。§4.4具体参数确定根据设计任务书，挡数可确定为5前进挡，1倒挡。根据总传动比变速器确定一挡传动比为i1＝6.741，i5＝1.333。按等比级数分配q＝＝1.5计算各挡传动比：i1=6.741i2=4.494i3=2.996i4=1.995i5=1.333iR=6.741齿轮选用直齿圆柱齿轮，模数m＝4。齿宽系数kc=6,齿宽b＝mkc=4×6=24mm.各挡齿数分配根据图2－2所示：1挡：初定齿轮1齿数为19，齿轮2为49。中心距A＝=136mm.＝＝2.579齿轮11、12传动比为＝2.614所以齿轮11齿数＝18.816；取19，则齿轮12齿数为49。i1＝＝6.6512挡：i3、4＝=1.743所以齿轮3齿数＝24.790取25则齿轮4齿数为43i2＝＝4.4363挡：i5、6＝＝1.162齿轮6齿数为＝31.452取31。则齿轮5齿数为37。i3＝＝3.0784挡：i7、8＝＝0.775齿轮7齿数为＝38.309取39。则齿轮8齿数为29。i4＝＝1.9185挡：i9、10＝＝0.517齿轮10齿数＝44.825取45则齿轮9齿数为23i5＝＝1.318R挡：确定齿轮13、14齿数为19iR＝＝6.651溅油齿轮15取齿数19，仅用于溅油润滑。各挡齿数确定后实际传动比如下：i1=6.651i2=4.436i3=3.078i4=1.918i5=1.318iR=6.651变速器各齿轮参数如表4-1所示。表4-1各齿轮参数参参数齿轮模数齿数分度圆直径压力角变位系数齿宽141976200242449196200243425100200244443172200245437148200246431124200247439156200248429116200249423922002410445180200241141976200241244919620024134197620024144197620024154197620024第五章变速器校核§5.1齿轮校核常啮合齿轮1、2校核：齿轮1：查«汽车设计»p17图3－19y＝0.124弯曲应力σ1＝＝＝157.4MPa<850MPa所以满足要求。齿轮2：弯曲应力σ2＝＝＝103MPa<850MPa所以满足要求。接触应力：σj1、2＝＝＝＝732.99MPa<1400MPa所以满足要求。齿轮3、4校核：齿轮3：弯曲应力：σ3＝＝＝283.381MPa<850MPa所以满足要求。齿轮4：弯曲应力：σ4＝＝＝208.678MPa<850MPa所以满足要求。接触应力：σj3、4＝＝＝＝951.546MPa<1400MPa所以齿轮3、4满足要求。齿轮5、6：齿轮5：弯曲应力：σ5＝＝＝171.709MPa<850MPa所以满足要求。齿轮6：弯曲应力：σ6＝＝＝218.808MPa<850MPa所以满足要求。接触应力：σj5、6＝＝＝=830.969MPa<1400MPa所以齿轮5、6满足要求。齿轮7、8：弯曲应力：===164.586<850===146.998<850接触应力：====740.855<1400齿轮7、8满足要求。齿轮9、10：弯曲应力：===131.721<850===139.826<850接触应力：====724.495<1400齿轮9、10满足要求。§5.2轴的校核第一轴常啮合齿轮副，因距离支承点近，负荷又小，通常挠度不大，故可以不必计算。如图5－1所示。图5－1轴受力简图轴在垂直面内挠度：轴在水平面内挠度转角圆周力径向力：小齿轮传递的转矩。单位为Nmm：小齿轮的节圆直径。单位mm：啮合角，标准齿轮＝所以：：齿轮齿宽中间平面上的径向力N：齿轮齿宽中间平面上的圆周力NE：弹性模量,I:惯性矩，对于实心轴d为轴的直径mm,花键处按平均直径计算。a、b为齿轮上的作用力距支座A、B的距离mmL为支座间的距离mm轴的全挠度[]=0.05—0.10mm[]=0.10—0.15mm[]0.002rad一挡时：中间轴刚度：d=40mma＝360mmb＝55mmL＝415mm＝0.0998<[]=0.036<[]转角：==0.00056<0.002rad中间轴强度：垂直面：＝＝3042.85N＝＝403.27N2639.58N水平面：＝8360.168N＝1107.97N＝＝92.83<[]=400所以中间轴满足要求。输出轴刚度：＝0.0278<[]=0.029<0.2mm=0.00017<0.002rad输出轴强度：＝1179.88N＝3241.69N＝＝96.48<[]=400所以输出轴满足要求。第六章结论在本次设计中，我设计的是变速器。变速器要有适当范围的传动比，以满足不同使用工况。同时保证拖拉机的动力性和经济性。齿轮要具有较高的支承刚度，以保证在全齿宽上较好的啮合。另外动力输出装置也满足要求。通过认真准确的计算，本次设计的变速器符合任务书的要求，满足工作条件，同时达到强度要求。变速器有多种方案可供选择，本次选用传统的三轴式变速器。在以后的设计和运用中将要广泛的应用新技术新知识。这次设计到现在基本是结束了，但是对于拖拉机传动系统的认识还有待提高，由于过去的理论中缺乏这方面知识的培养，所以对于很多机构的原理认识不是很透彻，这就给设计本身带来了困难，所以设计的变速器系统可能在某些方面有漏洞和不足，但是它是对我自身能力的一种锻炼，从中得到理论知识以外的实践经验，觉得毕业设计收获颇丰。致谢十几周的毕业设计在紧张而忙碌的气氛中很快就过去了，回想这一段时间的生活我颇有感慨。毕业设计任务是相当艰巨的，我们在设计的过程中也付出了很大努力。作为一个将要毕业的大学生，忙点累点没关系。只要能将四年所学的知识应用于实际，我们也就知足了。细想一下我们就会发现，毕业设计是非常重要的，经过这样一次练兵，我们会发现自己自身存在的许多不足之处以及相互合作在工作中的重要性。在此我要特别提到我的指导老师陈凤涛老师。陈老师在整个设计过程中，孜孜不倦地为我们答疑解惑，耐心地辅导我们，纠正我们设计中的错误。他对我们要求都很严格，这是我们毕业设计能够顺利完成的保证。他治学严谨的做风令我终身难忘。同时我还感谢同组的同学，多谢他们的积极配合。还要感谢那些给予我帮助和关心的老师和同学。设计结束了，但由于经验不足，加之能力有限，设计中一定存在很多不足之处，恳请各位指导老师给予指正。参考文献王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社,2004.8臧杰,阎岩.汽车构造.北京：机械工业出版社,2005.8张文春.汽车理论.北京：机械工业出版社,2005.7甘永立.几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版社,2004.7张龙勋.机械制造工艺学课程设计指导书及习题.北京：机械工业出版社,1999.11王昆,何小柏.机械设计课程设计.北京：高等教育出版社,1996吉林工业大学拖拉机考研室.拖拉机构造.北京：机械工业出版社,1972.10［苏］李沃夫斯基.拖拉机传动装置.北京：中国农业机械出版社,1979.3濮良贵,纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社,2001孙桓,陈作模.机械原理.北京：高等教育出版社,2000.8第一机械工业部机械研究院农业机械研究所.农业机械设计手册.北京：机械工业出版,1972.2文九巴.机械工程材料.北京：机械工业出版社,2002.7侯洪生.机械工程图学.北京：科学出版社,2001刘鸿义.简明材料力学.北京：高等教育出版社,1997徐清富.国外汽车最新构造图册.北京：机械工业出版社,1996［日］小田沛浩三.汽车设计.北京：机械工业出版社,1990汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册～设计篇.北京：人民交通出版社,2001《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册～基础篇北京：人民交通出版社,2001徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社,1991[20]［美］JackErjavec著.司利增等编译.汽车底盘及其诊断维修.北京电子工业出版社,2006更快、更顺畅的变速器变速箱通常不得不在舒适性和效率之间做出选择，但一种新型的“犬牙啮合式”（dogengagement）变速箱可以同时改善这两种性能随着排放法规的日趋严格，汽车制造商为降低排放的努力已不再局限于改善燃烧过程和后期处理。许多公司认为，现代发动机技术已经发展到这样一个阶段：与投入巨额开发成本相比，技术进步带来的收效却很小。因此为了改善排放,最重要的是要着眼于整车的性能。作为车上第二昂贵的部件，变速箱理所当然地成为第二步改善的目标。所有变速箱技术中，手动变速箱的效率最高，输出功率可达输入功率的96％。但并不是所有人都能驾驭手动变速箱，也不是所有人都愿意用它。因为用手动变速箱需要踩离合器，这在交通繁忙的时候很不舒服。驾驶员容易疲劳。而由扭矩中断导致的“点头”效应也会使乘客很难受。由于驾驶员操纵离合器而产生的扭矩中断是手动变速箱的主要缺点。在换档加速时，每升高一档，驾驶员都必须通过松开油门并踩下离合器来使扭矩暂时中断。完成整个过程大概只需一秒钟，但在这段时间里车辆会暂时停止加速，速度也会降低。与此截然相反的是传统的自动变速箱。由于采用了变矩器，这种变速箱的换档质量不错但效率相对较差——即使最近有所改进。因此，最近进行了许多研究，试图发现传统自动变速箱的有效替代方案。主要的技术仍是无级变速（CVT）、双离合器变速（DCT）和手自一体（AMT）变速器。它们在不同的方面优于传统的行星齿轮式自动变速器。无级变速器采用带链或锥盘滚轮来产生无限多种变速比。与传统自动变速器相比，其效率和成本都有所改善。之所以有这些优点，是因为它结构简单。这种变速器的零部件很少，通常只有一根橡胶或金属传动带、一个液压作用的驱动带轮、一个机械扭矩感应式驱动带轮、一些微处理器和传感器等。这种变速器的工作原理是改变两个带轮表面之间的距离。带轮上挂传动带的地方开了V形的槽。一侧的带轮沿轴向固定，另一侧的带轮可在液压的作用下移动。在驱动后，液压缸可增加或减少带轮两侧之间的距离。这样会使传动带在带轮侧壁上的位置上下变动，变动的方式取决于驾驶情况。这样会使变速比发生变化。锥盘滚轮型变速箱的工作原理与此类似但用的是驱动盘和动力滚轮。CVT变速器“无级”的特点对技术人员最有吸引力。因为没有档位，CVT可以使发动机保持在最佳的功率范围内，这样可以使效率提高并在相同的油耗下增加行驶里程。CVT可将发动机工作曲线上的每一点转换为其本身工作曲线上相应的点。这种变速器最受日本汽车制造商的青睐，并且日本变速器生产商JATCO是主要的生产者。但在欧美国家，情况有所不同。尽管奥迪和其他一些制造商在一些车型上推出了CVT，但在这方面他们追赶的步伐仍然很缓慢。DCT实际上是将两台手动变速箱合在一起。换档过程是通过在两台变速箱的离合器之间相互切换实现的。这种变速器的换档质量和传统自动变速箱相同，但由于系统会发生滑动、流体阻力和液压损失，其效率和加速性能只比传统行星齿轮自动变速器稍有提高。开发控制系统的成本也很高。“最近在传统自动变速器技术上取得的进展，使开发和生产CVT或DCT的呼声有所降低。”变速箱生产企业Zeroshift公司的执行总裁BillMartin说。“由于成本过高，有些汽车厂已经取消了DCT项目。”AMT是成本最低的自动变速器技术。AMT用执行器来代替传统的离合器跳板和换档杆。这种变速器保留了手动变速器的高效率和加速性能，但某些型号的变速器的换档质量不高。扭矩中断和“点头”效应仍是主要的缺点。那么什么是最好的替代方案？变速器方面的新技术是曾出不穷的，但Zeroshift公司声称其变速器的效率优于手动变速器，能提高市区驾驶的燃油经济性。同时，其换档效率可以和改进后的自动变速器相媲美。Zerosift公司采用的是一种改进版的AMT技术。这种技术用先进的犬牙啮合（dogengagement）系统代替同步器。犬牙啮合技术许多年前就已在赛车运动中采用，目的是为了加快换档速度。传统的犬牙式变速箱并不适合用在公路上，因为驱动环或犬牙之间的空间很大，会产生后坐——由扭矩突然变向而产生的一种不舒适的窜动。Zeroshift公司通过增加第二套驱动犬牙来解决这一问题。这种技术还使每组犬牙只能传递两种相反方向扭矩中的一种。“通过对两套犬牙的啮合和分离，可在上一个档位没有分离的情况下换入新的档位。”Martin说。“换档质量超过采用现代化的6档变速器的豪华轿车。”换档可在瞬间完成，而扭矩不会发生中断。而且这种方法既可用于升档也可用于降档。“在使用传统的AMT变速器时，由于需要关闭并重新打开油门，换档过程中排放会达到高峰，而通过这种无过渡的换档方式则可以消除这种现象。”Martin说，“这样还能降低燃油消耗。”尽管该技术在变速器领域还比较新，但该公司称已经引起了欧美各大汽车制造商的注意。最大的吸引力在于其成本比DCT低，Martin说。由于可以保留大部分手动变速箱的结构，这种变速箱的成本和复杂性都不会高于传统的AMT变速箱。控制系统的开发成本也会大大降低。这对试图减少排放和削减成本的工程师来说是个好消息。“大部分汽车制造商都来参观过。”Martin说。“有些公司马上就和我们签合同，另一些未作决定，拒绝的一个都没有。”这再清楚不过地表明了汽车制造商现在正在将动力系统开发的重点转移到变速箱上。Zeroshift变速系统的工作原理硬件部分包括两套犬牙，安装在两个独立的犬牙环上并受其驱动。两套犬牙有一个共同的毂盖，毂盖和一个带花键的轴相连。每个犬牙具有特殊的轮廓。在一侧是用于啮合的直角面。这些直角面是沿对角线相对的，这样犬牙在对某一个档位具有驱动功能的同时，对另一个档位具有超越传动（overrun)功能。啮合面有轻微的后向锥度，以保证犬牙能在加载时锁定在啮合的齿轮上。相对角上有一个斜坡，可在新档位接合后将犬牙从前一个档位上推离。在空档时，两个犬牙环处于变速比的中间位置。选一档时，犬牙会发生移动并和犬牙啮合面发生啮合。犬牙通过与换档执行器相边的换档拔叉驱动。驱动犬牙将一档齿轮与输出轴锁定在一起，将扭矩从齿轮传递到输出轴。一档的超越传动犬牙也会移动并将齿轮以相反的方向和输出轴锁定。这样可在油门关闭且发动机倒拖时将扭矩从齿轮传递到输出轴。这样就消除了犬牙啮合式变速箱常见的后坐现象。在加大油门换高档时，一档齿轮的超越传动犬牙卸载后和二档齿轮啮合。然后在换入二档时，前一个驱动环卸载。如果犬牙之间不能完全啮合，即实现两个犬牙面之间的啮合，由于相对速度差的存在，二档啮合会打开一个啮合缺口。在犬牙抵住犬牙啮合面后，在拨叉和执行器的共同作用下，储存的能量会将犬牙送入缺口内。此时一档超载传动犬牙成为二档的驱动犬牙。在换入二档后，一档的驱动犬牙随即卸载。这时候，这些犬牙不再受其固定面的固定，可以被执行器或犬牙上的斜面推离档位。然后一档齿轮的驱动犬牙会移动到和二档齿轮发生啮合的位置。在二档时，犬牙的作用正好相反。中文译文：奥迪Roadjet在2006年1月的底特律车展上首次亮相的Roadjet概念车向我们展示了奥迪公司下一年的技术方向。该公司把重点放在内饰设计、动力系统、底盘、电子系统和安全系统方面的技术创新上。这些新的发展方向将进一步巩固奥迪公司在准豪华车市场的地位。为了在美国市场吸引新的消费者，奥迪公司采取了两种市场战术。一方面，该公司正在努力进入运动型多用途车辆（SUV）和紧凑型多用途车辆（CUV）的市场。另一方面，该公司在美国市场引进了新的豪华车和生活用车，以巩固其在美国的市场地位。目前，该公司在美国的销售额仍落后于BMW、Lexus和Mercedes-Benz；不久前刚推出的豪华型越野车Q7也未能赶上SUV潮流。在欧洲，奥迪公司在铝制车身、四轮驱动和新型动力系统方面的技术创新相当成功。然而，如果它想要在美国增加市场份额，就必须在美国顾客所重视的领域有所创新，那就是：舒适性、豪华性和实用性。奥迪公司的设计师在进行内饰设计时对这些方面予以了重视。他们发明了新型环绕式仪表板来代替现有车型偏于功能化的设计。他们对用于巡航控制、悬挂、环境控制和娱乐设施设定的多媒体界面（MMI）控制系统进行了改进，使乘客和驾驶员可以分别进行控制。将这种技术与改进的环境控制系统相结合，乘员可以各自进行个性化的设定。Roadjet采用柔和的暖色调－－土黄色作为内饰的基色，以制造一种舒适的氛围。该概念车采用了优质的功能性材料；内饰采用优质的真皮，地板则采用氯丁橡胶材料。后座之间可安装各种行装设备：比如参展车上附带的“espresso”咖啡机，或更实际一些的储藏箱、婴儿摇篮等。为了增加实用性，后座椅的前后移动是斜向的，这样可以增加肩部、腰部、腿部的空间和后部的载货空间。当后排座椅被推至最前方位置时，就可以使用斜放在后面的婴儿座椅。Roadjet的货箱带有电动伸缩的货箱板，使装载更方便、上面还有许多系结点，可用来固定行李。这种滑动的座椅和可伸出的货箱板很可能将在奥迪Q5和A4车上采用。为了增加豪华感，该概念车上还采用了昂贵的14喇叭Bang&Olufsen音响系统，功率高达1000W。音响系统还加入了“数字语音支持”功能，即用麦克风和车上的扬声器记录并放大乘客的说话声，以保证即使是在高速行驶时也能清楚地进行交谈。为了改善道路安全性、便利性和交通管理，汽车制造商正在制定统一的标准，以开发新型的、能与其它车辆和路边的本地无线通信网络建立联系的车内系统。这种车辆能在发生交通堵塞、或遭遇恶劣天气和事故等情况时向紧急服务部门、其它车辆或交通电脑发出信号。在Roadjet概念车上，你可以看到这种先进系统的雏形。各种新电子设备和豪华装备的增加使车体重量不断增大，再加上顾客对功率的要求不断增加，这些都给豪华车排放和燃油消耗控制带来了负面的影响。奥迪正在研究更先进的技术，以实现豪华性和排放性的平衡。Roadjet车的3.2升汽油直喷发动机基本上沿用了已有的寻机，不过为了增加功率输出，采用了新型的、带整体式真空罐的固定进气歧管。这种进气管设计结合了两级凸轮作用的可变气门升程技术，增大了发动机的功率。尽管具有运动型轿车的性能，Roadjet的总体燃油消耗比现有的A4Quattro车上的3.2升FSI发动机略低一些，这种将于2006年下半年投入生产的气门机构技术能使发动机在正常驾驶情况下满足省油和平顺性的要求，并能按照驾驶员的要求自动切换为高反应速度和大功率状态。Roadjet概念车是第一款安装了受车速控制的可变转向比动态转向系统。该系统既可实现高速公路驾驶的平顺性，又能增加在野外弯道行驶时的操纵性。电子控制的可变弹性减震器可自动将转向系统由柔软舒适型转变为运动型，以增加安全性和操纵性。奥迪的工程师将所有这些系统通过电子技术连接在一起，为驾驶员提供了3种可选择的模式：动态、舒适和运动。每种模式都对减震器、转向系、变速箱和发动机的电子装置进行调整，以提供不同的驾驶体验。Roadjet车的车身造型体现了奥迪公司新的设计方向。这款高1.55米、轴距4.7米、宽2.85米的概念车的车内空间相当宽敞。该公司采用棱角分明的轮廓线和精心设计的下陷的车门来掩盖车身的高度。概念车上标志性的LED尾灯很可能会保持原样，而LED大灯可能在正式生产时换成可旋转的氙气放电灯。大约在2007年底，奥迪公司将在下一代A4平台的基础上推出Q5型CUV。该车比Q7更轻更小，在利润很高的美国CUV市场上将很有竞争力。Roadjet体现了该车的一些内饰和外部造型方面的特点。Q5必须更为结实，以符合CUV类车的室外生活方式的形象。同时，对于欧洲市场，Roadjet醒目的造型为下一代A4系列车型提供了样板，该系列将于2007年推出一款新的两箱轿车，以加入传统轿车和Avant车系的市场。仪表板和其它内饰方面的改进将在24个月内推广到奥迪公司的其它车型系列。Faster,smoothertransmissionsTransmissionshavetocompromiseoneitherridecomfortorefficiency,butanewapproachtothedogengagementgearboxcouldimproveboth.Withtighteningemissionsregulations,carmakersarenotjustconfiningtheireffortstoimprovingcombustionandafter-treatment.Manyarefindingthatmodernenginesaresoadvancedthatthebenefitsofsomeenginetechnologiesaresmallcomparedtothehugedevelopmentcostsinvolved.It'simportanttolookatthewholevehicleinordertoimproveemissions.Asthesecondmostexpensivepieceofkitinthecar,thetransmissionisthelogicalnextplacetolook.Ofalltransmissiontechnologies,themanualgearboxisthemostefficient;around96percentoftheenergythatisputincomesoutoftheotherend.Butnoteveryonecandriveoneorwantsto.Becauseyouhavetodiptheclutchpedal,it'slesscomfortabletodriveinheavytraffic.Itmakesthedrivertiredandthetorqueinterruptions'head-nodeffectonpassengerscanbewearing.Thedriver'sclutchcontrolandcorrespondingtorqueinterruptionsarealsothemanual'sweakpoint.Whenacceleratingupthroughthegearbox,eachup-shiftrequiresthedrivertocutthetorquemomentarilybyliftingthegaspedalanddippingtheclutch.Itmayjusttakeasecondtocompletetheoperation,butduringthistimethevehicleislosingspeedandacceleration.Attheoppositeandofthespectrumisthetraditionalautomatic.Itsshiftqualityisgoodthankstoitstorqueconverter,butefficiencyisrelativelypoordespiterecentadvances.Becauseofthis,alotofthecurrentresearchistryingtofindanefficientalternativetotheconventionalautomatic.Themaintechnologiesarecontinuouslyvariabletransmissions(CVTs);dualclutchtransmissions(DCTs)andautomatedmanualtransmissions(AMTs).Theyallofferdifferentbenefitsovertheconventionalplanetaryautomatic.TheCVTusesabeltchainortoroidalshapeddishdrivetovaryaninfinitenumberofgearratios.Ithasimprovedefficiencyandcostwhencomparedtoconventionalautomatics.Itsadvantagecomesfromitssimplicitu.Itconsistsofveryfewcomponents;usuallyarubberormetal-linkbelt;ahydraulicallyoperateddrivingpulley,amechanicaltorque-sensingdrivingpulley,microprocessorsandsomesensors.Thetransmissionsworksbyvaryingthedistancebetweenthefacesofthetwomainpulleys.ThepulleyshaveV-shapedgroovesinwhichtheconnectingbeltrides.Onesideofthepulleyisfixedaxially;theothersidemoves,actuatedbyhydraulics.Whenactuatec,thecylindercanincreaseorreducetheamountofspacebetweenthetwosidesofthepulley.Thisallowsthebelttoridelowerorhigheralongthewallsofthepulley,dependingondrivingconditions.Thischangesthegearratio.Atorodial-typedesignworksinasimilarwaybutrunsondiscsandpower-rollers.The"stepless"natureofitsdesignisCVT'sbiggestdrawforautomotiveengineers.Becauseofthis,aCVTcanworktokeeptheengineinitsoptimumpowerrange,therebyincreasingefficiencyandmileage.ACVTcanconverteverypointontheengine'soperatingcurvetoacorrespondingpointonitsownoperatingcurve.ThetransmissionismostpopularwithJapanesecarmakersandJapanesesupplierJATCOisamajorproducer.ButintheUSandEuropedrivingstylesaredifferent.UptakehasbeenslowdespiteAudiandothermanufacturershavingofferedCVTotionsontheirranges.TheDCTis,ineffect,twomanualgearboxescoupledtogether.Gearshiftsaremadebyswitchingfromoneclutchononegearboxtoanotherclutchontheother.Theshiftqualityisequaltoaconventionalautomatic,butslip,fluiddragandlydrauliclossesinthesystemresultinonlyslightlyimprovedefficiencyandaccelerationovertheconventionalplanetaryautomatic.Developingthecontrolstrategyiscostlytoo."RecentadvancesinconventionalautomatictechnologyhaveweakenedtheargumenttodevelopandsetupproductionforCVTorDCT."saysBillMartin,managingdirectoroftransmissionfirmzeroshift."SomecarmakershavecancelledDCTprojectsbecauseofthecost."ThecheapestwaytobuildanautomaticiswithanAMT.AMTsuseactuatorstoreplacetheclutchpedalandgearstickofaconventionalmanual.Theykeepthehighefficiencyandaccelerationofamanualgearbox,buttheshiftqualityonsomemodelsislacking.Torqueinterruptionsandthehead-nodeffectarethemostcommoncomplaint.sowhatisthealternative?Therearealwaysnewideasintransmissions,butZeroshiftsaysthatitstechnologyhasefficiencybenefitsoveramanual,deliveringfueleconomyimprovementstocitydriving.Shiftqualitycanalsobeequaltothatofarefinedautomatic.Zeroshift'sapproachisanupgradetotheAMT.Thesynchromeshisreplacedwithanadvanceddogenqaqementsystem.Dogengagementhasbeenusedformanyyearsinmotorsporttoallowfastshifts.Conventionaldogboxesareunsuitableforroaduseasthelargespacesbetweenthedrivelugsor"dogs"createbacklash,anuncomfortableshuntcausedbythesuddenchangeintorquedirection.Zeroshift'stechnologysolvesthisproblembyaddingasecondsetofdrivedogs.Ithasalsomadeeachofthetwosetsofdogsonlycapableoftransmittingtorqueinoneorotheropposingdirections."Bycontrollingtheengagementanddisengagementofthetwosetsyoucanshiftintothenewgearbefordisengagingthepreviousgear,"saysMartin."Theshiftqualityissmootherthanatypicalmodernsix-speedautomaticluxurycar."Theshiftisinstantandthetorqueisnotinterrupted.Thisphilosophyisusedforbothupanddownshifts."InconventionalAMTthereisanemissionsspikeduringashiftduetotheneedtobackoffandreintroducethrottle,thisiseliminatedbygoingseamless,"saysMartin."Thisalsoreducesfuelconsumption."Itisarelativenewcomertothetransmissionsector,butthefirmsaysthatitisalreadyattractingtheattentionofmajorEuropeanandUScarmakers.Thebigdrawisasalow-costalternativetoDCT,saysMartin.Becausethemanualgearboxarchitectureislargelymaintained,productioncostsandcomplexityarenotgreaterthanforaconventionalAMT.Developmentofthecontrolssideisalsoconsiderablycheaper.Musictotheearsofengineerstryingtocutemissionsandcosts."Mostofthecarmakershaveseenthesystematleastonce,"saysMartion."Somesignedusimmediately.Somehavesaidnotyet.Nonehavesaidno."Thatmaybetheclearestsignyetthatwhenitcomestopowertraindevelopments,carmakersarestartingtofocusonthetransmission.HOWZWROSHIFTWORKSThehardwareconsistsoftwosetsofbullets.mountedandactuatedontwoindependentbulletrings.bothsetsofbulletsrunonthecommonhub,whichisattachedtotheshaftwithsplines.Eachbullethasaspecialprofile.Ononesidetheyhaveanangledfaceforengagement.Thesearediagonallyopposed,allowingthebullettohaveadrivefunctionforonegearandanoverrunfunctionfortheothergear.Theengagementfacestaperbackwardsslightlytoensurethebulletlatchesontotheengagedgearunderload.theoppositecornershavearamp,whichpushesthebulletoutofthepreviousgearoncethenewgearhasbeenengaged.Inneutralbothbulletringsarepositionedmidwaybetweentheratios.Toselectfirstgear,thebulletsaremovedintomeshwiththeengagementdogs.Thebulletsareactuatedviashiftforksconectedtotheshiftactuators.Thedrivingbulletslockfirstgeartotheoutputshaftandtransfertorquefromthegearwheelontotheoutputshaft.Thefirstgearoverrunbulletsarealsomovedintogeartolockthewheeltotheoutputshaftintheoppositedirection.Thistransfrstorquefromthegearwheelontotheoutputshaftwhenthethrottleclosesandtheengineoverruns.Thiseliminatesthebacklashyou'dexpectfromadogengagementgearbox.Toshiftupwithanopenthrottle,firstgear'soverrunbulletsareunloadedandmoveintoengagesecondgear.Thisisfollowedbythepreviousdrivingringwhichbecomesunloadedwhensecondgearistakenup.Ifthebulletisstoppedfromengagingfully-dog-facetodog-face-thesecondgearwheelopensanengagementwindowduetotherelativespeeddifference.Withthebulletpushedagainsttheengagementdogcompliancebetweentheforkandactuatorallowsthestoredenergytofirethebulletintothewindow.Thefirstgearoverrunbulletshavenowbecomethesecondgeardrivebullets.Assecondgeartakesover,theloadisremovedfromthefirstgeardrivebullets.Thesebulletsarenownolongerheldbytheirretentionangieandcanbeeithermovedoutofgearbyactuatorsorpushedouto