輸出軸離合器式手動變速箱工作原理分析

成起強 李江江 王新 房亮

摘要： 本文討論了一種手動變速箱的新結(jié)構(gòu)，可以提高滑動齒輪換擋和嚙合套換擋變速箱的換擋平順性，結(jié)構(gòu)簡單，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；滑動齒輪；嚙合套；同步器

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

中圖分類號：TH133.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0124-02

1 現(xiàn)有手動變速箱介紹

目前車輛手動換擋變速箱換擋采用的方式主要有滑動齒輪換擋、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，又都存在一些問題。滑動齒輪換擋和嚙合套換擋方式的變速箱結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性高，但存在換擋困難的問題。目前，這種問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、輸出軸在換檔時的速度，找到各檔位的換擋點，但該方法對駕駛員的駕駛技術(shù)要求較高，駕駛員勞動強度大，掌握起來難度大；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，但每個同步器最多只能保證兩個擋位的換擋操作，一個變速箱需要安裝多個同步器。同時，同步器換擋的變速箱結(jié)構(gòu)相對復(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

基于上述手動變速箱分析，車輛在行進間換擋過程中，當(dāng)駕駛員先操縱傳動離合器切斷從發(fā)動機輸入到變速箱的動力，再摘掉嚙合擋位后，變速箱輸入軸失去動力。但此刻變速箱輸出軸仍然會從車輪反向獲得動力，由于此時車輪變成主動件，原來的減速齒輪副變成增速齒輪副，變速箱內(nèi)原來輸入軸、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程中因為兩個軸的轉(zhuǎn)速差過大而出現(xiàn)打齒現(xiàn)象，表現(xiàn)出掛擋困難。

鑒于目前手動變速箱結(jié)構(gòu)的實際問題，筆者設(shè)計一款新的變速箱結(jié)構(gòu)，彌補上述結(jié)構(gòu)的缺點。將輸出軸設(shè)計成兩部分，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)動力從發(fā)動機向車輪方向傳遞時，單向離合器結(jié)合；當(dāng)動力從車輪反向傳遞時單向離合器分離。這種結(jié)構(gòu)可以有效避免掛擋過程中的打齒現(xiàn)象。

變速箱基本結(jié)構(gòu)：1-輸入軸離合器、2-輸入軸、3-輸入軸第一主動齒輪、4-輸入軸第二主動齒輪、5-輸出軸前段、6-輸入軸倒檔主動齒輪、7-鎖止離合套驅(qū)動軸、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-鎖止離合套撥動軸、16-倒檔變速軸、17-倒檔滑動齒輪、18-輸出軸第二滑動齒輪、19-輸出軸第一滑動齒輪、20-倒檔中間齒輪。

各工況變速箱的工作情況分述如下：

2.1 前進擋階段

當(dāng)車輛處于前進狀態(tài)時，輸入軸離合器及輸出軸離合器均結(jié)合，輸出軸第一滑動齒輪嚙合在輸入軸第一主動齒輪上，輸入軸驅(qū)動輸出軸前段轉(zhuǎn)動，輸出軸前段驅(qū)動輸出軸后段轉(zhuǎn)動，發(fā)動機動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，駕駛員分離輸入軸離合器變速箱輸入軸失去動力；車輪變成主動件，動力會反向輸入給變速箱，這時由于輸出軸離合器單向傳動的特點，反向驅(qū)動的輸出軸離合器處于分離狀態(tài)，此時，變速箱輸入軸與變速箱輸出軸前段處于失去驅(qū)動力的狀態(tài)，輸出軸滑動齒輪通過撥叉實現(xiàn)與輸入軸上輸入軸第二主動齒輪的嚙合，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，輸入軸離合器分離，倒檔滑動齒輪通過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齒輪相嚙合，同時，倒檔變速軸與鎖止離合套撥動軸相聯(lián)動，使鎖止離合套通過其內(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，實現(xiàn)輸出軸后段的轉(zhuǎn)動（圖3）。

2.4 發(fā)動機制動階段

當(dāng)車輛下坡，需要發(fā)動機制動時，駕駛員單獨操縱鎖止離合套，鎖止輸出軸前段和輸出軸后段，再掛接前進一擋，車輛就具有發(fā)動機制動功能（圖4）。

3 結(jié)論

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

輸出軸離合器式變速箱，通過鎖止離合套驅(qū)動軸的設(shè)計，使鎖止離合套撥動軸能夠單獨驅(qū)動，使其能夠在車輛的前進狀態(tài)下依然能夠工作，實現(xiàn)了發(fā)動機的制動功能，更增強了變速箱的實用性。

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