重型汽車變速器的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

重型汽車變速器是指與重型商用車和大型客車匹配的變速器，盡管在行業(yè)中對(duì)變速器的容量劃分沒有明確的界限，但我們通常將標(biāo)定輸入扭矩在900Nm以上的汽車變速器稱為重型汽車變速器。

1 國外重型汽車變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在國外，變速器專業(yè)化生產(chǎn)廠家很注重產(chǎn)品系列化，為主機(jī)廠選擇最滿意的變速器提供了極大的方便和靈活性。例如德國ZF(采埃孚)公司有中心距8.0、95、 105、115、120、143、154mm7種基型變速器，適應(yīng)輸入扭矩為130—1900Nm，檔位數(shù)從3—17個(gè)，有各種操縱方式的變速器適應(yīng)不同匹配要求的車輛。日本豐田汽車公司愛信精機(jī)公司備有中心距72、78、88、98、135mm5種基型組合，286種變速器供用戶選擇。而我國眾多的汽車變速器生產(chǎn)企業(yè)，尚沒有形成本企業(yè)的變速器系列化產(chǎn)品。

德國ZF公司生產(chǎn)的9S109同步器型倍檔9檔組合式變速器，主變速器有5個(gè)前進(jìn)檔，副變速器為行星齒輪系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)副變速器中的同步器接合套與固定外齒圈接合時(shí)，行星齒輪內(nèi)齒圈被固定而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，則副變速器掛入低檔，此時(shí)將主變速器分別掛入5個(gè)不同檔位可得到組合式變速器5個(gè)較大的傳動(dòng)比。當(dāng)使接合套與副變速器高檔齒圈接合時(shí)，行星齒輪軸、輸出軸、行星齒輪內(nèi)齒圈和副變速器輸入軸齒輪固定在一起而同步旋轉(zhuǎn)，則副變速器掛入高檔(直接檔)，主變速器的5個(gè)檔位傳動(dòng)比即分別等于組合式變速器。

個(gè)較小的傳動(dòng)比。由于有兩個(gè)傳動(dòng)比數(shù)值很接近，故省掉一個(gè)傳動(dòng)比，組成9檔變速器。變速器最大輸入扭矩1250Nm，總質(zhì)量310kg，與發(fā)動(dòng)機(jī)直接連接或獨(dú)立安裝，左臥式或右臥式。變速器的操縱系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)距離操縱或直接操縱，雙XH型換檔排列，副變速器由壓縮空氣自動(dòng)換檔，爬行檔和倒檔用嚙合套換檔，其他檔用同步器換檔。

美國伊頓公司富勒系列雙副軸變速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

美國伊頓公司生產(chǎn)的BT-11509C雙中間軸倍檔9檔組合式機(jī)械變速器，主副變速器皆采用雙中間軸結(jié)構(gòu)。主變速器有5個(gè)前進(jìn)檔。副變速器為2檔(高檔和低檔)齒輪傳動(dòng)，由于有2個(gè)傳動(dòng)比很接近，故省掉一個(gè)，組成9檔變速器。

雙中間軸倍檔組合式變速器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)由于一軸和二軸上各檔齒輪同時(shí)與兩根中間軸上對(duì)應(yīng)的齒輪相嚙合，功率分流，從理論上講，每對(duì)齒輪上傳遞的扭矩為1/2，這就使每對(duì)齒輪傳遞的扭矩減少50%，使變速器的中心距、齒輪模數(shù)和寬度可以減小，從而減小變速器的質(zhì)量和尺寸，特別是長(zhǎng)度尺寸。

(2)由于二軸從動(dòng)齒輪在軸上處于徑向浮動(dòng)狀態(tài)，兩根中間軸的軸心線均勻分布在以二軸理論軸心為圓心、以中心距為半徑的圓柱面上，所以二軸上各檔齒輪及一軸齒輪在與兩根中間軸上的對(duì)應(yīng)齒輪相嚙合產(chǎn)生的徑向力達(dá)到平衡，即互相抵消。二軸不承受徑向力，只傳遞扭矩，這樣二軸可以設(shè)計(jì)得細(xì)一些，結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單一些，其后軸承可以選擇較小的規(guī)格，這也有助于減小變速器的質(zhì)量和尺寸。

(3)由于二軸齒輪的徑向浮動(dòng)和二軸的鉸接式

浮動(dòng)的結(jié)果，使得齒輪在嚙合時(shí)能自動(dòng)抵消一部分制造和裝配誤差，嚙合質(zhì)量?jī)?yōu)于單中間軸。嚙合區(qū)容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)際使用情況也證實(shí)了這點(diǎn)。這就有利于降低嚙合噪聲和提高耐用度。

(4)由于雙中間軸倍檔組合式變速器可以明顯地減小變速器的質(zhì)量和軸向尺寸，利用這種優(yōu)點(diǎn)，可提高變速器的最大傳遞功率和扭矩，擴(kuò)大使用范圍。

這是短軸距大功率重型汽車和特種車輛最理想的變速器。RT-11509C型變速器最大輸入扭矩1500Nm，最大輸入功率265kW，總長(zhǎng)度735mm，XXH或單H操縱，可左操縱亦可右操縱，總質(zhì)量270kg。

2 國內(nèi)機(jī)械式重型汽車變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

國內(nèi)重型車變速器產(chǎn)品的技術(shù)多源于美國、德國、日本幾個(gè)國家，引進(jìn)技術(shù)多為國外上世紀(jì)80—90年代的產(chǎn)品。作為汽車高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域的重型汽車變速器在國內(nèi)漫長(zhǎng)的引進(jìn)消化過程中，如今已有長(zhǎng)足的進(jìn)步，能夠在原有技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，通過改型自行開發(fā)出符合配套要求的新產(chǎn)品，每年重型車變速器行業(yè)都能有十幾個(gè)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。但從當(dāng)今重型車變速器的發(fā)展情況來看，在新產(chǎn)品開發(fā)上國內(nèi)重型車變速器仍然走的是一般性的開發(fā)過程，沒有真正的核心技術(shù)產(chǎn)品;從國內(nèi)重型汽車變速器市場(chǎng)容量來看，有三分之一的產(chǎn)品來自進(jìn)口，而另外三分之二的產(chǎn)品中有80%以上源自國外技術(shù)，國內(nèi)自主開發(fā)的重型汽車變速器產(chǎn)品銷量很小，從而說明國內(nèi)重型汽車變速器廠家的自主開發(fā)能力仍然很薄弱，應(yīng)對(duì)整車新車型配套產(chǎn)品的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。我國城市車輛將重點(diǎn)發(fā)展的13.8m客車上使用的變速器，目前只有ZF一家能向國內(nèi)企業(yè)供應(yīng)，就足以說明國內(nèi)的重型車變速器企業(yè)仍然很渺小，在技術(shù)方面仍然有很長(zhǎng)的路要走。

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國內(nèi)重型汽車變速器幾乎由陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司、綦江齒輪傳動(dòng)有限公司、山西大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司、一汽哈爾濱變速器廠等幾大家包攬。這些企業(yè)生產(chǎn)的變速器產(chǎn)品針對(duì)的市場(chǎng)各有側(cè)重，像陜西法士特在8t以上重型車市場(chǎng)占有率達(dá)到40%以上，并且在15t以上重型車市場(chǎng)占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，擁有85%以上的市場(chǎng)份額;綦江齒輪傳動(dòng)有限公司主要為安凱、西沃、亞星奔馳、桂林大宇及廈門金龍等企業(yè)的7～12m高檔大、中型客車以及總質(zhì)量在14～50t重型載貨車、鞍式牽引車、自卸車及各種專用車、特種車配套;山西大同齒輪集團(tuán)配套市場(chǎng)主要在8～10t級(jí)的低噸位重型載貨車。

3　機(jī)械式重型汽車變速器的技術(shù)特點(diǎn)

重型汽車的裝載質(zhì)量大，使用條件復(fù)雜。欲保證重型汽車具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，必須擴(kuò)大變速器傳動(dòng)比的范圍并增加檔位數(shù)。為避免變速器的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜和便于系列化生產(chǎn)，多采用組合式機(jī)械變速器。即以一二種4～6檔變速器為主體，通過更換系列齒輪副和配置不同的副變速器，得到一組不同檔位數(shù)、不同傳動(dòng)比范圍的變速器系列。目前，組合式機(jī)械變速器已成為重型汽車采用的主要型式。組合式機(jī)械變速器一般分為倍檔(分段式配檔)組合式機(jī)械變速器和半檔 (插入式配檔)組合式機(jī)械變速器。

3.1　倍檔組合式機(jī)械變速器

倍檔組合式機(jī)械變速器是在主變速器后部串聯(lián)安裝一個(gè)2檔 (高檔和低檔)副變速器，將主變速器的檔位數(shù)增加1倍，所增加的檔位傳動(dòng)比數(shù)值等于主變速器傳動(dòng)比和副變速器傳動(dòng)比的乘積，而且齒輪對(duì)數(shù)少于檔位數(shù)，因此箱體尺寸縮短，軸的長(zhǎng)度減短，剛度增大，所以增大了變速器的容量。例如在一個(gè)5檔主變速器后端，串聯(lián)安裝一個(gè)具有高、低2檔的副變速器，即可組成10檔 (或9檔)倍檔組合式機(jī)械變速器。增加倍檔組合式變速器最大輸入扭矩和最低檔傳動(dòng)比的技術(shù)難點(diǎn)是副變速器低檔齒輪的強(qiáng)度容量不足，超出齒輪輪齒的承載能力。解決的辦法是將由一個(gè)輪齒承受的載荷分流給幾個(gè)輪齒來承擔(dān)。這樣一來，輸入齒輪扭矩不變，每個(gè)輪齒的負(fù)荷將等于同時(shí)接觸齒數(shù)的平均數(shù)值。