Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 變速箱,古魯伯公式

2007年6月8日 星期五

變速箱,古魯伯公式


我是B94611033劉德一

從以前開始就一直有這個疑問:究竟變速箱是如何能將一部車的速度變的如此多檔呢?剛好最近剛學完齒輪和齒列,就去找了這方面的資料,分析一下發現:變速箱之齒輪大部分為平行螺旋齒輪,為共軸機構,由兩組同軸齒輪構成,並以控制桿推動選擇不同轉速比之齒輪組來進行變速,以下是其原理概述:

一、變速箱的作用
發動機的物理特性決定了變速箱的存在。首先,任何發動機都有其峰值轉速; 其次,發動機最大功率及最大扭矩在一定的轉速區出現。比如,發動機最大功率出現在5500轉。變速箱可以在汽車行駛過程中在發動機和車輪之間產生不同的變 速比,換檔可以使得發動機工作在其最佳的動力性能狀態下。理想情況下,變速箱應具有靈活的變速比。無級變速箱(CVT)就具有這種特性,可以較好的發揮發 動機的動力性能。

二、CVT
無級變速箱有著連續的變速比。其一直因為價格、尺寸及可靠性的關係而沒有大量裝備汽車。現在,改進的設計使得CVT的使用已比較普遍。

國產AUDI 2.8 CVT


變速箱通過離合器與發動機相連,這樣,變速箱的輸入軸就可以和發動機達到同步轉速。
奔馳C級Sport Coupe 6速手動變速箱



一個5檔的變速箱提供5種不同的變速比,在輸入軸和輸出軸間產生轉速差。

三、簡單的變速箱模型

為了更好的理解變速箱的工作原理,下面讓我們先來看一個2檔變速箱的簡單模型,看看各部分之間是如何配合的:



輸入軸(綠色)通過離合器和發動機相連,軸和上面的齒輪是一個部件。

軸和齒輪(紅色)叫做中間軸。它們一起旋轉。軸(綠色)旋轉通過齧合的齒輪帶動中間軸的旋轉,這時,中間軸就可以傳輸發動機的動力了。

軸(黃色)是一個花鍵軸,直接和驅動軸相連,通過差速器來驅動汽車。車輪轉動會帶著花鍵軸一起轉動。

齒輪(藍色)在花鍵軸上自由轉動。在發動機停止,但車輛仍在運動中時,齒輪(藍色)和中間軸都在靜止狀態,而花鍵軸依然隨車輪轉動。

齒輪(藍色)和花鍵軸是由套筒來連接的,套筒可以隨著花鍵軸轉動,同時也可以在花鍵軸上左右自由滑動來齧合齒輪(藍色)。

1檔

掛進1檔時,套筒就和右邊的齒輪(藍色)齧合。見下圖:



如圖所示,輸入軸(綠色)帶動中間軸,中間軸帶動右邊的齒輪(藍色),齒輪通過套筒和花鍵軸相連,傳遞能量至驅動軸上。在這同時,左邊的齒輪(藍色)也在旋轉,但由於沒有和套筒齧合,所以它不對花鍵軸產生影響。

當套筒在兩個齒輪中間時(第一張圖所示),變速箱在空擋位置。兩個齒輪都在花鍵軸上自由轉動,速度是由中間軸上的齒輪和齒輪(藍色)間的變速比決定的。

四、真正的變速箱

如今,5檔手動變速箱應用已經很普遍了,以下是其模型。



換檔桿通過三個連桿連接著三個換檔叉,見下圖



在換擋桿的中間有個旋轉點,當你撥入1檔時,實際上是將連桿和換檔叉往反方向推。
你左右移動換檔桿時,實際上是在選擇不同的換檔叉(不同的套筒);前後移動時則是選擇不同的齒輪(藍色)。



倒檔 通過一個中間齒輪(紫色)來實現。如圖所示,齒輪(藍色)始終朝其他齒輪(藍色)相反的方向轉動。因此,在汽車前進的過程中,是不可能掛進倒檔的,套筒上的齒和齒輪(藍色)不能齧合,但是會產生很大的噪音。

同步裝置

同步是使得套筒上的齒和齒輪(藍色)齧合之前產生一個摩擦接觸,見下圖



齒輪(藍色)上的錐形凸出剛好卡進套筒的錐形缺口,兩者之間的摩擦力使得套筒和齒輪(藍色)同步,套筒的外部滑動,和齒輪齧合。


另外,我找到了有關古魯伯公式的詳細介紹:
http://www.eng.tau.ac.il/~shai/pdfs/graph%20theory%20representation%20of%20engineering%20systems.pdf
可以進去看看喔

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