汽车构造课件：第十五章 变速器与分动器

1、第十五章第十五章 变速器与分动器变速器与分动器15.5 15.5 分动器分动器15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构15.3 15.3 同步器同步器15.4 15.4 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.1 15.1 变速器的功用和类型变速器的功用和类型15.1 15.1 变速器的功用和类型变速器的功用和类型15.1.1 15.1.1 变速器的功用变速器的功用变速器输入输出齿轮 改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围，改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围，以适应以适应经常变化的行驶工况（如起步、加速、上坡等），使发动机工经常变化的行驶工况（如起步、加速、上

2、坡等），使发动机工作在高效区（功率较高而耗油率低）作在高效区（功率较高而耗油率低）。实现倒车实现倒车（发动机曲轴旋转方向不变情况下）（发动机曲轴旋转方向不变情况下）；中断动力传递中断动力传递（空档）（空档）。15.1 15.1 变速器的功用和类型变速器的功用和类型15.1.1 15.1.1 变速器的功用变速器的功用活塞式发动机的输出转矩和转速变化范围较小，汽车的实际使用活塞式发动机的输出转矩和转速变化范围较小，汽车的实际使用情况非常复杂。情况非常复杂。按传动比的变化方式：有级式变速器：无级式变速器：综合式变速器： 应用最广泛，有若干个固定的传动比。可分应用最广泛，有若干个固定的传动比。可分为轴

3、线固定式、轴线旋转式（行星齿轮）。为轴线固定式、轴线旋转式（行星齿轮）。变速器的档位指前进档的位数。变速器的档位指前进档的位数。传动比在一定的范围内可以连续变化。可分传动比在一定的范围内可以连续变化。可分为电力式、液力式（动液式）。为电力式、液力式（动液式）。由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器。力机械式变速器。其传动比其传动比可在最大值与最可在最大值与最小值之间的几小值之间的几个间断的范围内连续变化。个间断的范围内连续变化。15.1.2 15.1.2 变速器的类型变速器的类型15.1 15.1 变速器的功用和类型变速器的功用和类型按操纵方

4、式分类：手动(强制)操纵式：自动操纵式：半自动操纵式：驾驶员直接操纵变速杆换档。驾驶员直接操纵变速杆换档。换档与传动比的选择是自动进行的。换档与传动比的选择是自动进行的。固定式：常用的几个档位自动，其余由驾固定式：常用的几个档位自动，其余由驾 驶员操纵。驶员操纵。预选式：先选取档位，换档过程自动。预选式：先选取档位，换档过程自动。15.1.2 15.1.2 变速器的类型变速器的类型15.1 15.1 变速器的功用和类型变速器的功用和类型主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。15.2.1 15.2.1 变速传动机构的组成变速传动机构的组成15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动

5、机构15.2.2 15.2.2 变速传动机构的工作原理变速传动机构的工作原理15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构（1）利用不同齿数的齿轮对相互啮合，以改变变速器的传动比；（2）通过增加齿轮传动的对数，以实现倒档。15.2.2 15.2.2 变速传动机构的工作原理变速传动机构的工作原理15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构前进档时，动力由第一轴直接传给第二轴，只经过一对齿轮传动，两轴转动方向相反。倒档时，动力由第一轴传给倒档轴、再由倒档轴传给第二轴，经过两对齿轮传动，第一轴与第二轴转动方向相同。（1）利用滑动齿轮换档）利用滑动齿轮换档15.2.3 1

6、5.2.3 常见的换档方式常见的换档方式15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构（2）利用接合套换档）利用接合套换档15.2.3 15.2.3 常见的换档方式常见的换档方式15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构（3）利用同步器换档）利用同步器换档15.2.3 15.2.3 常见的换档方式常见的换档方式15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构15.2.415.2.4 两轴式变速器两轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构汽车前进时，传递动力的轴只有第一轴（动力输入轴）和第二轴汽车前进时，传递动力的轴只有

7、第一轴（动力输入轴）和第二轴（动力输出轴）。（动力输出轴）。15.2.415.2.4 两轴式变速器两轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构二档、一档、倒档主动齿轮8、9、10直接加工在轴上。三、四、五档主动齿轮7、3、1上加工出接合齿圈，通过滚针轴承空套在输入轴上。15.2.415.2.4 两轴式变速器两轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构15.2.515.2.5 三轴式变速器三轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构汽车前进时，传递动力的轴有第一轴、中间轴和第二轴，直接档除外。三轴变速器的最

8、大优点是可以获得直接档，广泛用于轻、重型货车上。直接档：直接档：将输入轴和输出轴将输入轴和输出轴直接连接输出动力直接连接输出动力的档位，该档效率的档位，该档效率最高。最高。15.2.515.2.5 三轴式变速器三轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构15.2.515.2.5 三轴式变速器三轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构传动比计算传动比计算15.2.515.2.5 三轴式变速器三轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构一档传动比：一档传动比：I1=(Z38/ Z2) (Z22/ Z33)

9、=(43/22) (43/11) =7.640直接档传动比：直接档传动比：1 1。倒档传动比：倒档传动比：IR=(Z38/ Z2) (Z32/ Z29) (Z25/ Z32) =7.107输入轴齿轮2： Z2=22；中间轴齿轮38： Z38=43；中间轴1档齿轮33 ：Z33=11；中间轴2档齿轮34 ：Z34=19；中间轴3档齿轮35 ：Z35=26；中间轴4档齿轮36 ：Z36=33；中间轴5档齿轮37 ：Z37=38；中间轴倒档齿轮29 ：Z29=11； 输出轴1档齿轮22 ：Z22=43；输出轴2档齿轮17 ：Z17=47；输出轴3档齿轮16： Z16=38；输出轴4档齿轮9 ： Z9

10、=32； 输出轴5档齿轮8 ： Z37=26；输出轴倒档齿轮25 ：Z25=40； 倒档中间齿轮32： Z32=23。23833343736352925221798321615.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构15.2.515.2.5 三轴式变速器三轴式变速器 齿轮箱的布置齿轮箱的布置15.2.515.2.5 三轴式变速器三轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构工作过程工作过程 三轴变速器如果采用一根中间轴，啮合齿轮副产生的径向力将引三轴变速器如果采用一根中间轴，啮合齿轮副产生的径向力将引起输出轴的变形，这种变形引起输出轴的抖动，并引起传

11、动系统的工起输出轴的变形，这种变形引起输出轴的抖动，并引起传动系统的工作异常。在中型以上的汽车上这种变型更为明显，因此有时采用双中作异常。在中型以上的汽车上这种变型更为明显，因此有时采用双中间轴的方式来消除输出轴的变形间轴的方式来消除输出轴的变形 有些汽车设置了传动比小于有些汽车设置了传动比小于1的档位，称之为超速档，用于在良好的档位，称之为超速档，用于在良好路面或者轻载行驶，提高汽车的燃油经济性。路面或者轻载行驶，提高汽车的燃油经济性。 如果发动机的功率不高，超速档的应用率不高，节油效果不明显，如果发动机的功率不高，超速档的应用率不高，节油效果不明显，还导致在该档位汽车的驱动力不足，影响动力

12、性（加速、爬坡）。还导致在该档位汽车的驱动力不足，影响动力性（加速、爬坡）。 三轴变速箱在前进档时，输入轴与输出轴旋转方向一致；三轴变速箱在前进档时，输入轴与输出轴旋转方向一致； 输入轴的长度较短，强度较好、容易制造。输入轴的长度较短，强度较好、容易制造。15.2.515.2.5 三轴式变速器三轴式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构特点是由主变速器和副变速器组合（串联）而成。特点是由主变速器和副变速器组合（串联）而成。15.2.615.2.6 组合式变速器组合式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构15.2.615.2.6 组合式

13、变速器组合式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构主变速器在前，副变速器在后。15.2.615.2.6 组合式变速器组合式变速器 15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构副变速器在前，主变速器在后。15.2.715.2.7 防止自动跳档的措施防止自动跳档的措施15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构自动跳档：自动跳档：利用接合套换档的变速器，由于接合套与齿圈的接合长度较短，同时汽车行驶时需要经常换档，频繁拨动接合套将使齿端发生磨损，汽车行驶中可能会因振动等原因造成接合套与齿圈脱离啮合。典型的防止跳档的结构措施：典型的防止跳档

14、的结构措施：齿端制成倒斜面；齿端制成倒斜面；花键毂齿端的齿厚切薄；花键毂齿端的齿厚切薄；接合齿套齿端形成凸肩。接合齿套齿端形成凸肩。15.2.715.2.7 防止自动跳档的措施防止自动跳档的措施15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构1.1.齿端制成倒斜面齿端制成倒斜面接合齿圈和接合套齿端部为斜面接触，齿圈对接合套产生了垂直斜面的正压力N，其分力分别为F和Q，向左的分力Q为防止跳档的轴向力。15.2.715.2.7 防止自动跳档的措施防止自动跳档的措施15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构2.2.花键毂齿端的齿厚切薄花键毂齿端的齿厚切薄花键毂两端齿厚减

15、薄，各齿中部形成一凸台。在接合套和花键毂相互接触的斜面上作用有正压力N，其轴向分力Q为防止跳档的力。15.2.715.2.7 防止自动跳档的措施防止自动跳档的措施15.2 15.2 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构3.3.接合齿套齿端形成凸肩接合齿套齿端形成凸肩接合时，因接触部分挤压和磨损，会在接合套齿端部形成凸肩，以阻止接合套自动退出接合，从而防止自动跳档。n 两齿轮不同步时强制两齿轮不同步时强制挂档，将使两轮齿间发挂档，将使两轮齿间发生冲击和噪声，影响轮生冲击和噪声，影响轮齿工作寿命，甚至使轮齿工作寿命，甚至使轮齿折断：齿折断：固定齿轮的转速由固定齿轮的转速由离合器输出轴的转离合器

16、输出轴的转速决定，并跟随其速决定，并跟随其变化；变化；滑动齿轮的转速由滑动齿轮的转速由汽车行驶速度决定汽车行驶速度决定并跟随其变化。并跟随其变化。15.3.1 15.3.1 无同步器时变速器的换档过程无同步器时变速器的换档过程15.3 15.3 同步同步器器1.1.滑动齿轮换挡滑动齿轮换挡齿轮及其端部齿轮及其端部接合齿圈的转速接合齿圈的转速由离合器输出轴由离合器输出轴的转速决定，并的转速决定，并跟随其变化。跟随其变化。接合套及其端接合套及其端部接合花键的转部接合花键的转速由汽车行驶速速由汽车行驶速度决定并跟随其度决定并跟随其变化。变化。15.3.1 15.3.1 无同步器时变速器的换档过程无同

17、步器时变速器的换档过程15.3 15.3 同步同步器器2.2. 接合套换档接合套换档15.3.1 15.3.1 无同步器时变速器的换档过程无同步器时变速器的换档过程15.3 15.3 同步同步器器2.2. 接合套换档接合套换档15.3.1 15.3.1 无同步器时变速器的换档过程无同步器时变速器的换档过程15.3 15.3 同步同步器器2.2. 接合套换档接合套换档 无同步器的普通变速器的操纵复杂，换档过程中容易产生冲无同步器的普通变速器的操纵复杂，换档过程中容易产生冲击，对驾驶员的熟练程度要求高，击，对驾驶员的熟练程度要求高，换档需要在短时间内迅速而准换档需要在短时间内迅速而准确完成，确完成

18、，容易造成驾驶员的疲劳。容易造成驾驶员的疲劳。 为克服上述缺点，要求在普通变速器结构上采取措施为克服上述缺点，要求在普通变速器结构上采取措施采采用同步器，使换档时接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到用同步器，使换档时接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致，即实现同步。并保持一致，即实现同步。15.3.1 15.3.1 无同步器时变速器的换档过程无同步器时变速器的换档过程15.3 15.3 同步同步器器工作原理：工作原理：依据摩擦原理实现同步，换档时让不同步的一对齿轮先同步运转，然后才能挂上档位，做到不同步就挂不上档，避免齿间冲击和噪音。15.3.2 15.3.2 同步器的构造和工作

19、原理同步器的构造和工作原理15.3 15.3 同步同步器器结构组成：结构组成：接合套、花键毂、接合齿圈、使接合套与对应接合齿圈的圆周速度达到并迅速保持一致的同步机构，阻止两者在同步之前接合。分类：分类：常压同步器，常压同步器，工作不可靠，基本淘汰；惯性式同步器（锁环式、锁销式），惯性式同步器（锁环式、锁销式），可以从结构上保证待啮合的接合套与接合齿轮的花键齿在达到同步之前不可能接触，得到广泛采用。自行增力式同步器；自行增力式同步器；15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.

20、1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器以变速器由以变速器由5 5档换档换入入6 6档为例。档为例。1 1）. .变速器由变速器由5 5档退入空档档退入空档n n4 4=n=n7 7n n3 3nn7 7n n3 3nn4 415.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器工作过程：工作过程

21、：2).2).锁止锁止拨环力（矩）拨环力（矩）在同步环上作用着两个在同步环上作用着两个力矩：拨环力矩力矩：拨环力矩M2和和惯性力矩惯性力矩M1，由，由Fn的的分离产生。分离产生。15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器通过设置合理的锁止角通过设置合理的锁止角可以保证在未达到同步可以保证在未达到同步前，无论驾驶员施加多前，无论驾驶员施加多大的力，都保证大的力，都保证M2M1，而使结合套与同步环不而使结合套与同步环不能结合。因为这个锁止能结合。因为这个锁止作用是由惯性力矩造成作用是由惯性力矩造成的，因此称之为惯性同的，

22、因此称之为惯性同步器。步器。工作过程：工作过程：n n3 3=n=n4 4惯性力矩消失，惯性力矩消失，解除锁止。解除锁止。15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器工作过程：工作过程：3).3).同步并实现结合同步并实现结合在结构上保证了接在结构上保证了接合部位在未达到同合部位在未达到同步时不能接触，因步时不能接触，因此可以避免冲击和此可以避免冲击和产生噪音。产生噪音。15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器工作过程：工作过程：4).4)

23、.完成换档完成换档15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器特点：特点：u结构紧凑；结构紧凑；u径向尺寸小；径向尺寸小；u锥面间产生摩擦力不大；锥面间产生摩擦力不大；u结合齿端面作为锁止面，容易磨损而失效；结合齿端面作为锁止面，容易磨损而失效；u适用于转矩不大的高速档或者轿车和轻型车辆。适用于转矩不大的高速档或者轿车和轻型车辆。15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步

24、同步器器1.1.锁环式惯性锁环式惯性同步器同步器锁销式同步器在结构允许采用较大的摩擦面，摩擦锥面之间可以产生较大的摩擦力矩，并缩短同步时间，减少驾驶员的疲劳。15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器2.2.锁锁销销式惯性式惯性同步器同步器15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器2.2.锁锁销销式惯性式惯性同步器同步器同步环内的弹簧片的变形使得摩擦力矩成倍增长，使同步环内的弹簧片的变形使得摩擦力矩成倍增长，使得换档更省力、更迅速，提高了换档的效率。得换档更省力、更迅速，提高了换档的效率。15.3.2 15.3.2 同

25、步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器3.3.自行增力式同步器自行增力式同步器15.3.2 15.3.2 同步器分类同步器分类15.3 15.3 同步同步器器3.3.自行增力式同步器自行增力式同步器15.4 15.4 变速器的轴承、润滑和密封变速器的轴承、润滑和密封15.4 15.4 变速器的轴承、润滑和密封变速器的轴承、润滑和密封15.5.1 15.5.1 变速器操纵机构的功用和类型变速器操纵机构的功用和类型15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构功用：功用：让驾驶员根让驾驶员根据路面情况能准确地据路面情况能准确地将变速器挂上或者摘将变速器挂上或者摘下所需要的某个档位

26、，下所需要的某个档位，以保证汽车安全行驶。以保证汽车安全行驶。分类：分类： 直接操纵机构；直接操纵机构； 远距离操纵机构。远距离操纵机构。15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构1.1.选档换档机构选档换档机构组成：组成：变速杆、变速杆、拨块、拨叉轴拨块、拨叉轴和拨叉等；和拨叉等；作用：作用：完成换完成换档的基本动作。档的基本动作。15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构每一根拨叉轴最每一根拨叉轴最多实现多实现2个档位，个档位，档位越多换档操档位越多换档操纵机构越复杂

27、。纵机构越复杂。变速杆左右摆动，变速杆左右摆动，其下端可选择任其下端可选择任一个拨块，称之一个拨块，称之为选档。当变速为选档。当变速杆前后移动时，杆前后移动时，其下端可通过某其下端可通过某一个拨块带动某一个拨块带动某一叉轴及变速叉一叉轴及变速叉轴向移动，实现轴向移动，实现换档。换档。1.1.选档换档机构选档换档机构15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构作用：保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作。u自锁装置u互锁装置u倒档锁15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置15.3 15.3 变速器的操纵机构变速器的操纵机

28、构u自锁装置组成：组成：自锁钢自锁钢球、自球、自锁弹簧；锁弹簧；作用：作用：保证换保证换档到位档到位; 防止自防止自动脱档。动脱档。15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构u自锁装置15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置组成：组成：互锁互锁销、销、互锁互锁钢球；钢球；作用：作用：防止防止同时同时挂入挂入两档。两档。15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构u互锁装置15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构

29、2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置u倒档锁组成：组成：倒档锁倒档锁销，倒销，倒档锁弹档锁弹簧；簧；作用：作用：防止误防止误挂倒档。挂倒档。

30、15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构u倒档锁15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构u倒档锁15.5.2 15.5.2 直接操纵机构直接操纵机构2.2. 操纵机构的安全装置操纵机构的安全装置定义：定义： 变速器布置远离驾驶员座位，需要在变速杆与拨叉之间加装变速器布置远离驾驶员座位，需要在变速杆与拨叉之间加装辅助杠杆或者传动

31、机构，构成远距离操纵机构，操纵机构由外部辅助杠杆或者传动机构，构成远距离操纵机构，操纵机构由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成。操纵机构和内部操纵机构两部分构成。要求要求: 远距离操纵应该具有足够的刚性，而且连接件之间的间隙要远距离操纵应该具有足够的刚性，而且连接件之间的间隙要小，否则换档手感不明显。小，否则换档手感不明显。15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.3 15.5.3 远距离远距离操纵机构操纵机构1.1.外部操纵机构外部操纵机构组成：从变速杆到选档换档轴之间的所有传动件，包括变速杆、拉杆、摆臂、销轴等。作用：实现对变速器的远距离操纵。15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.3 15.5.3 远距离远距离操纵机构操纵机构组成：选档换档轴、拨叉轴、拨叉、自锁装置、互锁装置和倒档锁等。2.2.内部操纵机构内部操纵机构15.5 15.5 变速器的操纵机构变速器的操纵机构15.5.3 15.5.3 远距离远距离操纵机构操纵机构2.2.内部操纵