第五章定軸式動力換擋變速器設計5.1概述與機械式變速器相比，相同之處是所有支承齒輪的軸是不動的；不同的是換擋形式采用動力換擋，也就是說，齒輪通過軸承支承在軸上，它與軸的分離和接合通過離合器來實現，而這個離合器的接合和分離是用油壓操縱的，見圖7-2。另外定軸式動力換擋變速器中軸的個數一般要比機械式變速器中軸的個數多。干涉是主要問題。2/1/20232/1/20232/1/2023定軸式動力換擋變速器構造圖2/1/20235.2傳動簡圖設計2/1/2023一、形式選擇1、按自由度定軸式動力換擋變速器是以操縱液壓離合器來獲得擋位傳動比。若只需接合一個離合器，就能得到一個擋位，則稱為二自由度變速器；若要得到一個擋位，必須同時接合兩個離合器，則稱為三自由度變速器，它由兩個二自由度機構串聯組成。以此類推，四自由度變速器要得到一個擋位，就必須同時接合三個離合器，它由三個二自由度機構串聯組成。用相同個數的離合器組成不同自由度的傳動方案，最多能得到的擋位數亦不同。例如，用六個離合器組成二自由度三自由度四自由度可得最多檔位數6

8～9

8掛某個擋時空轉離合器數5

4

32/1/20232/1/2023，由用戶要求而定。3、換檔離合器布置位置

4、變速器軸的形式長軸式一根軸上裝兩個或以上離合器；可以減少軸的數目和變速器的徑向尺寸，但軸向尺寸較大，軸的結構復雜。一根軸上裝三個離合器的很少見。短軸式一根軸上只裝一個離合器。2/1/2023二、二自由度變速器中空轉離合器片間相對轉速換檔離合器可以裝在主動齒輪軸上，也能裝在被動齒輪軸上。在變速箱傳動比確定的條件下，由于換檔離合器的位置不同，其閉合時的工作轉矩不同，分離時的空轉轉速也不同。2/1/2023

在二自由度變速器中，所有離合器的主動部分都通過齒輪或直接和輸入軸相連，所有離合器的從動部分都通過齒輪或直接和輸出軸相連。圖

a）中，已知接合離合器，求另一個空轉離合器主、從片間的相對轉速。

設和分別代表離合器中主、從動部分的轉速，，離合器的相對轉速為：則接合離合器2/1/2023令輸入軸到離合器

主動部分的傳動比為

輸出軸到離合器從動部分的傳動比為

接合離合器，變速器的傳動比為

若接合離合器，變速器的傳動比為所以

或

2/1/2023

上式中，當，同為前進或倒退擋離合器時，和同號，；當，一為前進擋，一為倒退擋離合器時，和異號，。故上式又可寫為：

上式中，當，同號則取“－”號，，異號則取“+”號。從上式可知：的大小與有關，即與離合器的安裝位置有關，越大值越小，故從降低值出發(fā)，離合器應安裝在低速軸上；當各離合器位置已定，當（掛最高擋），（計算最低擋）時，值最大，即變速器在最高擋工作，最低擋位離合器的相對轉速最大。特別是最低擋的傳動比與最高擋的傳動比異號時，值更大。2/1/20232/1/2023例：解：當檔處離合器的最大。三、離合器的工作轉矩Mc

二自由度變速器中離合器所需傳遞的轉矩由右圖可知式中――輸入軸至φ離合器的安裝軸的傳動比

――變速器的輸入轉矩?？梢娝c離合器的安裝位置有關，從縮小離合器體積即減小的目的出發(fā)，離合器應安裝在高速軸上。2/1/2023將離合器的空轉相對轉速和工作轉矩相乘得，耗功（換檔時，從XФ）由上式可知：對于二自由度變速器當輸入轉矩和輸入轉速一定，各擋傳動比一定時，各離合器在各擋工作時的是常數，與傳動簡圖無關，即通過改變離合器的位置雖能降低（或增大）值，但同時必然使值相應地增大（或減小）。要同時減小和值是不可能的。

2/1/2023設計中希望盡量減少離合器的規(guī)格（多數采用一種或兩種），就須盡量使各離合器所需傳遞的轉矩相差小。如果能做到各離合器所需傳遞的轉矩，則可以采用一種規(guī)格離合器，而其傳遞轉矩的差異可以通過增減摩擦片數或改變離合器油缸的油壓來調整，也有不作任何更動就都采用一種規(guī)格的離合器，而使各離合器的儲備系數不同。設計時，要控制空轉離合器摩擦片的線速度：主從摩擦片同向旋轉時，[V]≤50～60m/s，主從摩擦片反向旋轉時，[V]≤40～50m/s。

2/1/2023四、二自由度變速器中的最大值

當時，值最大。定義變速箱的變速范圍D

通常應滿足以下條件：

則此變速器的變速范圍只能達到某一數值

，對含倒順變速器（

異號）取“—”號，對不含倒順變速器（

同號）取“+”號。當設計所要求的變速范圍時，則不能采用二自由度傳動方案（因為不可能同時滿足的條件）。一般，取C1＝1.5，C2＝3，由此可得，對于變速機構Dmax=5.5，換向機構Dmax=3.52/1/2023五、多檔位、大變速范圍時的處理方法

1）當變速范圍較大時，可采用多級二自由度變速箱串聯成多自由度變速箱的辦法解決。通常鏟土運輸機械在相同檔位時，倒退檔速度比前進檔快，這時換向機構應該在前面。2）如果換向機構的變速范圍還比較大，可以將其設計為兩個自由度變速箱的串聯系統(tǒng)。3）在對操作方便性影響不大的條件下，可采用混合換檔方案。即采用嚙合套與離合器混合換檔的辦法。嚙合套可以傳遞較大扭矩，也可以有較高的相對空轉轉速。2/1/2023

降低的措施——串聯

對于前進檔位數和倒退檔位數相同的變速器，可把換向和變速分別各用一個二自由度機構，然后再串聯起來，組成三自由度變速器。圖中FR為換向機構，C為變速機構。

如果整個變速器的傳動比可表示為：

圖7-4串聯方案那么，令：變速器變速范圍，

換向機構變速范圍

變速機構變速范圍

2/1/20231、采用二自由度傳動方案，則2、采用圖a）三自由度傳動方案，對于前變速器有：因為所以

對于后變速器有：顯然

2/1/20233、采用圖

b）三自由度傳動方案，對于前變速器有：但是對后變速器，則有：

由此可見，對由換向機構和變速機構串聯而成的變速器，換向機構應放在前面。且令，

即，解得：

2/1/20234、對變速范圍大的變速器，僅把換向部分分出來，還不足以降低其片間相對轉速，此時可將變速部分再分成兩部分串聯起來，如圖

c）所示四自由度的變速器。式中——分別為A，B的變速范圍；

——A機構中的最大和最小傳動比；

——B機構中的最大和最小傳動比。那么由于2/1/2023為使整個變速器得到最小的值，應使最后得

2/1/20235.3換檔離合器、制動器設計一、換檔離合器的結構類型1、組成選擇單離合器：短軸。雙離合器：長軸，外鼓連成一體，裝在同一根軸上。2/1/20232/1/20232/1/20232、連接形式齒輪連內鼓，軸連外鼓；齒輪連外鼓，軸連內鼓。3、壓緊方式活塞壓緊，（油缸缸筒固定）；油缸缸筒壓緊，（活塞固定）。4、分離方式中央彈簧式周緣彈簧式碟形彈簧式

a）用一個中心螺旋彈簧，該方案徑向尺寸最??；b）用若干個布置在摩擦片內孔的螺旋彈簧，可得較大的回位力，工作較可靠；c）用若干個布置在摩擦片外周的螺旋彈簧；d）采用碟形彈簧；而e），f）中的碟形彈簧在壓緊時還起杠桿作用。2/1/2023二、油缸旋轉離心力壓力及措施

離合器液壓缸中的液壓油由于旋轉會產生離心壓力pc。在半徑R處取環(huán)形微元，其質量dm為：

由于dm的離心力產生的壓力增量dp為2/1/2023對上式積分得離心壓力pc與半徑的關系

由于pc的作用，在活塞上產生的附加作用力為

2/1/20232/1/2023離心壓力影響的消除方法：

l．增大分離彈簧的壓力

2．在液壓缸或活塞上開泄油小孔

3．減小活塞面積與分布圓直徑

4.采用液壓缸筒移動的雙離合器2/1/2023

5．自動排油球閥

離心力F始終通過球心沿徑向作用。支座反力N通過球心，垂直于支承面。作用在球上的總的液壓油壓力P1)球閥在關閉時，液壓油的壓力P通過球心，沿泄油孔中心方向。2/1/20232)球在打開位置時，油經球和孔之間月牙形通道A排出，由于狹小的通道產生節(jié)流作用，使液壓缸中建立一定的油壓。在略去球體背壓的條件下，液壓油的壓力P在通過球心，沿平行泄油孔的中心方向。3)離合器的操縱壓力解除后，球閥打開前，作用于球體上的油壓力P3

2/1/2023

球的離心力使閥打開，油壓力使閥關閉。球閥是開還是關，取決于兩個力的大小。

球閥在打開狀態(tài)時，離合器接通壓力油要使其自動關閉的條件：P2cosα

＞Fsinα球閥在打開狀態(tài)下保持關閉的條件為：P1cosα

＞Fsinα離合器的操縱壓力解除后，要使球閥打開的條件為：P3cosα

＜Fsinα2/1/2023三、結構設計

2/1/2023

5.4動力換檔變速箱的液壓控制系統(tǒng)

一、對變速箱換檔操縱系統(tǒng)的要求

1.離合器結合平順性對換檔操縱系統(tǒng)的要求換檔平順性的要求，是指從一個檔位換到另一個檔位時，在傳動系中僅發(fā)生最小的轉矩擾動。采用階梯油缸的換檔離合器

2/1/20232.離合器工作可靠性對換檔操縱系統(tǒng)的要求

1）輪式車輛行走制動器與換檔離合器操縱上應實現聯鎖。這樣既可避免損壞傳動系機件，又可提高車輛制動效能和減少制動器磨損。2）換檔操縱油路中具有變矩器自動閉鎖油路的脫開系統(tǒng)。當變矩器過渡到偶合器下換檔時，應保證變矩器的閉鎖離合器能自動脫開，否則發(fā)動機的巨大慣性力矩將使換檔離合器嚴重磨損。換檔后還應保證變矩器閉鎖離合器可以平穩(wěn)地重新結合。3）換檔操縱系統(tǒng)最好采用一根變速桿換檔，前進、后退分列在空檔位置的兩側，且分別依次從低速檔過渡到高速檔，從而保證車輛起步后平