机械结构及机械设计_变速器及分动器详解

1、第十五章第十五章 变速器与分动器变速器与分动器本章内容：本章内容：普通齿轮式变速器、组合式变速器和分动器。普通齿轮式变速器、组合式变速器和分动器。本章重点：本章重点：变速原理，动力传递路线，二轴式与三轴式变速原理，动力传递路线，二轴式与三轴式 变速器的结构特点，同步器的构造和原理。变速器的结构特点，同步器的构造和原理。本章难点：本章难点：同步器的构造和工作原理。同步器的构造和工作原理。第一节第一节 概述概述一、变速器的功用一、变速器的功用 1. 改变传动比改变传动比 2. 倒档倒档 3. 空档空档 4. 取力取力二、变速器的组成二、变速器的组成 由变速传动机构和操纵机构组成由变速传动机构和操纵

2、机构组成第十二章第十二章 变速器与分动器变速器与分动器 普通齿轮式 轴线固定式n有级式 组合式（主、副变速） 轴线旋转式 （行星齿轮） 液力式(动液式)n无级式 电力式n综合式（液力机械式） 2. 按操纵方式分按操纵方式分 手动操纵式、自动操纵式、半自动操纵式三、变速器的分类三、变速器的分类 1. 按传动比变化方式分按传动比变化方式分变速器档数（？）变速器档数（？）本章介绍的是手动操纵式有级变速器，本章介绍的是手动操纵式有级变速器，以普通齿轮式变速器为主以普通齿轮式变速器为主四、普通齿轮变速器的基四、普通齿轮变速器的基本工作原理本工作原理 1. 变速原理变速原理 多级齿轮传动，传动比i1，减速

3、 因功率平衡，增矩 2. 换档原理换档原理 通过改变使用不同的啮合齿轮副，改变传动比。 3. 变向原理（倒档）变向原理（倒档） 安装惰轮，增加一级传动副。主动轮1从动轮2i12=n1/n2= z2/z1i=主动齿轮齿数主动齿轮齿数从动齿轮齿数从动齿轮齿数第二节第二节 变速器的变速传动机构变速器的变速传动机构一、有级式变速器变速传动机构的组成、工作原理一、有级式变速器变速传动机构的组成、工作原理和常见的换档方式和常见的换档方式1变速传动机构的组成变速传动机构的组成 主要由齿轮、轴主要由齿轮、轴(两种两种)及变速器壳体等零部件组成及变速器壳体等零部件组成。2变速传动机构的工作原理变速传动机构的工作

4、原理 （1）利用不同齿数的）利用不同齿数的齿轮对相互啮合，齿轮对相互啮合，以改变变速器的以改变变速器的传动比；（动画）传动比；（动画）（2）通过增加齿轮传动）通过增加齿轮传动的对数，以实现倒档。的对数，以实现倒档。（动画）（动画）3常见的换档方式常见的换档方式（1）利用直齿滑动齿轮换档（动画演示）利用直齿滑动齿轮换档（动画演示） （2）利用接合套换档（动画演示）利用接合套换档（动画演示） （3）利用同步器换档）利用同步器换档 （动画演示）（动画演示） 二、两轴式变速器二、两轴式变速器（大部分轿车都采用两轴式变速器。大部分轿车都采用两轴式变速器。） 变速传动机构主要由第一轴（即动力输入轴）、变速

5、传动机构主要由第一轴（即动力输入轴）、第二轴（即动力输出轴）、倒档轴、各档齿轮及第二轴（即动力输出轴）、倒档轴、各档齿轮及变速器壳体所构成。变速器壳体所构成。两轴是指汽车前进时，传递动力的轴只有第一轴和第二轴。两轴是指汽车前进时，传递动力的轴只有第一轴和第二轴。2 1 4 31、两轴式四档轿车变速器、两轴式四档轿车变速器: 无中间轴，无中间轴，用于发动机横置前驱。用于发动机横置前驱。 输入轴固连输入轴固连各档齿轮，输出各档齿轮，输出轴空套各档啮合轴空套各档啮合齿轮。齿轮。结构分析：结构分析：输入轴：一、二档齿轮与轴一体；三、四档齿轮与轴输入轴：一、二档齿轮与轴一体；三、四档齿轮与轴通过轴承连接

6、。通过轴承连接。输出轴：一、二档齿轮与通过轴承连接；三、四档齿输出轴：一、二档齿轮与通过轴承连接；三、四档齿轮与轴一体。轮与轴一体。2、两轴式五档轿车变速器、两轴式五档轿车变速器。（动画）（动画） 奥迪奥迪100型轿车变速器简图型轿车变速器简图1三轴式+倒档轴的四档变速器 （轻型汽车）（轻型汽车） 1. 组成组成n第一轴第一轴(primary shaft)，输入，常啮合齿轮(constant-mash gear)三、三轴式变速器三、三轴式变速器（中、轻型货车上广泛采用）（中、轻型货车上广泛采用） 三轴是指汽车前进时，传递动力的轴有第一轴、三轴是指汽车前进时，传递动力的轴有第一轴、中间轴和第二轴

7、，直接档除外。中间轴和第二轴，直接档除外。 n中间轴中间轴(lay shaft)，常啮合齿轮及各档齿轮n第二轴第二轴(main shaft) ，输出轴，各档齿轮n倒档轴倒档轴(Reverse shaft)倒档齿轮2. 四档变速器工作原理和各档传动路线 3.五档变速器结构和工作原理各轴和齿轮 5档4档，3档2档：接合套 倒档1档：滑动齿轮东风EQ1090E汽车变速器换档简图：空档一档二档三档四档五档倒档4、换档原理、换档原理4.东风EQ1141G和东风EQ1091E型汽车五档变速器结构41倒倒5.解放解放 CA1091六档变速器传动示意图六档变速器传动示意图(动画动画)四、四、 防止自动跳档的结

8、构措施防止自动跳档的结构措施 （1）接合套和接合齿圈的齿端制成倒斜面）接合套和接合齿圈的齿端制成倒斜面（2）花键毂齿端的齿厚切薄）花键毂齿端的齿厚切薄（3）接合套的齿端制成凸肩）接合套的齿端制成凸肩 四、组合式变速器四、组合式变速器 由主、副变速器串联而成。由主、副变速器串联而成。 主变速器有主变速器有45档档+倒档，倒档， 副变速器有副变速器有2档档 (低、高低、高) 目的：增加档位数，适用于重型货车。目的：增加档位数，适用于重型货车。分段式配档：副低分段式配档：副低+主主14=14档档 副高副高+主主14=58档档插入式配档：主插入式配档：主1+副低、高副低、高=12档档 主主2+副低、高

9、副低、高=34档，档， 主主4+副低、高副低、高=78档档 5 4 3 2 1 R装有后置副变速器装有后置副变速器装有前置副变速器装有前置副变速器第三节第三节 同步器同步器一、无同步器时的换档过程一、无同步器时的换档过程 用滑动齿轮或接合套换档时，必须待啮合用滑动齿轮或接合套换档时，必须待啮合的轮齿的圆周速度须相等，方可平顺挂档的轮齿的圆周速度须相等，方可平顺挂档依赖驾驶员的操作。依赖驾驶员的操作。 以以CA141为例：为例： 直接档为直接档为4档（左档（左齿轮），右齿轮为齿轮），右齿轮为5档。档。低档换高档（低档换高档（4 5） 高档换低档（高档换低档（5 4）中间轴中间轴（1 1）自低速档

10、换入高速档）自低速档换入高速档4档接合时：n3=n2； n4n2分离瞬间：n3=n2； n4n3分离一段时间：n4下降较快 n3下降较慢在某一时刻： n4=n3换档的最佳时刻惯性越惯性越小，下小，下降越快降越快（2 2）自高速档换入低速档）自高速档换入低速档5档接合时：档接合时：n3=n4； n4n2分离瞬间：分离瞬间：n3=n4； n3n2分离一段时间：分离一段时间：n2下降较快下降较快 n3下降较慢下降较慢使得使得 n2=n3不可能出现不可能出现无换档的最佳时刻无换档的最佳时刻需接合离合器，踩一脚油门，使n2n3二、同步器作用、组成和分类二、同步器作用、组成和分类 1. 作用作用 使接合套

11、与待接合齿圈之间迅速同步，并阻使接合套与待接合齿圈之间迅速同步，并阻止在同步前接合。缩短换档时间，防止冲击。止在同步前接合。缩短换档时间，防止冲击。 2. 组成组成 同步装置（推动件、摩擦件）同步装置（推动件、摩擦件） 锁止装置、锁止装置、 接合装置接合装置 3. 分类分类 按工作原理：常压式、自动增力式、按工作原理：常压式、自动增力式、 惯性式惯性式(广泛采用广泛采用)按摩擦锁止元件不同惯性式分为：琐环式和锁销式按摩擦锁止元件不同惯性式分为：琐环式和锁销式1.锁环式惯性同步器锁环式惯性同步器 （1）组成）组成锁环：带锁环：带锁止角锁止角的的外花键齿外花键齿（锁止装置）（锁止装置） ，缺口，缺

12、口c，凸起，凸起d，带带螺纹槽螺纹槽的的内锥面内锥面（摩擦件）（摩擦件）Cd三、同步器构造和工作原理三、同步器构造和工作原理 断续的短断续的短花键齿花键齿花键毂：外花键齿，花键毂：外花键齿，滑块、定位销、弹簧滑块、定位销、弹簧（推动件）（推动件）滑块滑块定位销定位销接合套（接合装置）接合套（接合装置） ：带内花键齿，有：带内花键齿，有凹槽凹槽a（空档定位）（空档定位）a接合齿圈：外锥面，外花键齿接合齿圈：外锥面，外花键齿同步器装配图（剖视图）同步器装配图（剖视图）琐环式惯性同步器的工作过程琐环式惯性同步器的工作过程琐环式惯性同步器适用于琐环式惯性同步器适用于轿车和轻型货车轿车和轻型货车（2）工

13、作原理）工作原理（5档挂档挂6档）档） a）5档进入档进入空档，空档，n3n4=n7 锁环凸起接锁环凸起接触花键毂通槽后触花键毂通槽后端端6 档 5档b）接合套左移，接合套左移，锁环左移，摩擦锁环左移，摩擦产生，接触花键产生，接触花键毂通槽前端，接毂通槽前端，接合套与锁环错开合套与锁环错开半个齿，齿尖接半个齿，齿尖接触但不啮合，锁触但不啮合，锁止作用产生。止作用产生。拨环力（矩）拨环力（矩）锁环上作用着两个力矩：拨环力矩锁环上作用着两个力矩：拨环力矩M M2 2和惯性力矩和惯性力矩M M1 1，只有，只有M M2 2MM1 1, ,才能结合。才能结合。M M2 2正比于正比于F F2 2，取决

14、于锁止角。，取决于锁止角。M M1 1正比正比于摩擦锥角。通过设置合理的锁止于摩擦锥角。通过设置合理的锁止角和锥角，可以保证在未达到同步角和锥角，可以保证在未达到同步前，无论驾驶员施加多大的力，均前，无论驾驶员施加多大的力，均为为M M2 2Mn3=n5 b）接合套左移，钢球、销带锥环左移，摩擦面接合套左移，钢球、销带锥环左移，摩擦面接触。接触。c）摩擦作用，锥环、锁销向前转一角度，倒角相）摩擦作用，锥环、锁销向前转一角度，倒角相抵，锁止作用产生：抵，锁止作用产生： 锁止面上作锁止面上作用力用力F1，推销向，推销向后；传递惯性力，后；传递惯性力，使销向前，阻止使销向前，阻止套左移。力套左移。力

15、F2压压锥环，二者摩擦锥环，二者摩擦使套、圈同步。使套、圈同步。 同步时，惯同步时，惯性力矩消失，销性力矩消失，销向后，套可左移。向后，套可左移。 (动画动画)3自行增力式同步器（摩擦同步）自行增力式同步器（摩擦同步） 其特点：同步环内有弹簧片，使其产生的摩擦其特点：同步环内有弹簧片，使其产生的摩擦力得到成倍的增长力得到成倍的增长第四节第四节 变速器变速器操纵机构操纵机构一、功用：安全行驶一、功用：安全行驶(准确可靠准确可靠)二、要求二、要求 1. 防止自动跳档（自锁）防止自动跳档（自锁） 2. 防止同时挂两档（互锁）防止同时挂两档（互锁） 3. 防止误挂倒档（倒档锁）防止误挂倒档（倒档锁）三

16、、类型三、类型 直接操纵机构和远距离（间接）操纵机构直接操纵机构和远距离（间接）操纵机构四、直接操纵机构四、直接操纵机构(?) 1. 选档换档机构选档换档机构作用：作用：完成换档的基本动作。完成换档的基本动作。组成：组成：变速杆、拨块、变速杆、拨块、 拨叉轴和拨叉等。拨叉轴和拨叉等。2、操纵机构的安全装置、操纵机构的安全装置 作用：保证变速器在任作用：保证变速器在任何情况下都能准确、何情况下都能准确、安全、可靠地工作。安全、可靠地工作。 （1）自锁）自锁（动画）（动画）组成：自锁钢球和自锁组成：自锁钢球和自锁 弹簧；拨叉轴上弹簧；拨叉轴上 三个凹槽。三个凹槽。作用：保证换档到位；作用：保证换档

17、到位； 防止自动脱档。防止自动脱档。 特点：只能移动一根拨叉轴特点：只能移动一根拨叉轴要移动另一拨叉轴，须将已移要移动另一拨叉轴，须将已移动的拨叉轴退回原位。动的拨叉轴退回原位。（2）互锁）互锁（动画）（动画）组成：互锁销，互锁钢球；组成：互锁销，互锁钢球；作用：防止同时挂入两档。作用：防止同时挂入两档。 （3）倒档锁）倒档锁（动画）（动画） 用更大的力方能挂入档位用更大的力方能挂入档位。组成：倒档锁销，倒档锁弹簧；组成：倒档锁销，倒档锁弹簧；作用：防止误挂倒档。作用：防止误挂倒档。倒档拨叉轴倒档拨叉轴 需要加装一套传动机构或辅助杠杆，需要加装一套传动机构或辅助杠杆，要求其要有足够要求其要有足

18、够的刚度。的刚度。由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成五、远距离操纵机构五、远距离操纵机构组成：从变组成：从变速杆到选档换档速杆到选档换档轴之间的所有传轴之间的所有传动件。动件。作用：实现作用：实现对变速器的远距对变速器的远距离操纵。离操纵。 1外部操纵机构外部操纵机构2内部操纵机构内部操纵机构组成：选档换档轴、拨叉轴、拨叉、自锁装置、组成：选档换档轴、拨叉轴、拨叉、自锁装置、 互锁装置和倒档锁装置等。互锁装置和倒档锁装置等。 六、其它操纵机构六、其它操纵机构 1、预选气动式操纵机构、预选气动式操纵机构 副变速器多采用预选气动式操纵机构，副变速器多采用预选气动式操纵机构，常见的有机械式和电控式常见的有机械式和电控式机械式机械式2、变速器的电控操纵机构、变速器的电控操纵机构 优点：优点：换档换档 加速、功率加速、功率 动力性、经济性动力性、经济性 远距离操纵远距离操纵电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器第四节第四节 分动器分动器一、作用一、作用 将变速器输出的动力分配到各驱动桥，同将变速器输出的动力分配到各驱动桥，同时起副变速器作用（时起副变速器作用（有高低两个档）有高低两个档）。二、分动器的构造二、分动器的构造 分动器的输入轴