变速箱的工作原理

变速箱的工作原理第1页，共44页。手动变速器结构与工作原理一、变速器在整车上的布局第2页，共44页。变速器通过离合器与发动机连接，因此，变速器的输入轴的转速与发动机相同。二、变速器的功用1、改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，使发动机尽量工作在有利的工况下，满足可能的行驶速度要求。2、实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要。3、中断动力传递，在发动机起动，怠速运转，汽车换档或需要停车进行动力输出时，中断向驱动轮的动力传递。

第3页，共44页。三、变速器的内部结构及原理第4页，共44页。变速器由传动机构和操纵机构组成。变速器的传动机构的主要作用是改变转矩、转速和旋转方向；变速器的操纵机构的主要作用是控制传动机构实现变速器的传动比的变换。

（一）三轴变速器（结合本公司选用变速器类型）三轴变速器的构成：主要由输入(第一)轴、中间轴和输出(第二)轴组成。

第5页，共44页。变速原理：一对啮合传动的齿轮，设小齿轮齿数Z1＝20，大齿轮齿数Z2＝40，在相同的时间内小齿轮转过一圈时，大齿轮转过半圈。显然，当小齿轮是主动齿轮时，它的转速经大齿轮输出时就降低了；如果大齿轮是主动齿轮时，它的转速经小齿轮输出时就提高了。这就是齿轮传动的变速原理。第6页，共44页。为了帮助了解标准变速器的基本原理，下图显示了处于空挡状态的简单两速变速器。

第7页，共44页。绿色轴将发动机与离合器连接起来。绿色轴和绿色齿轮连在一起，形成一个整体。

红色轴及红色齿轮称为副轴。它们也连为一个整体，因此副轴上的所有齿轮和副轴本身作为整体旋转。绿色轴与红色轴直接通过各自的啮合齿轮连接起来，所以当绿色轴转动时，红色轴也会转动。因此，一旦离合器接合，副轴就直接从发动机获得动力。

黄色轴是花键轴，通过连接到汽车驱动轮的差速器直接与驱动轴相连。

第8页，共44页。蓝色齿轮连在轴承上，轴环将两个蓝色齿轮中的一个连接到黄色驱动轴上。它通过齿槽直接与黄色轴相连，并与黄色轴一起转动。但轴环也可以沿着黄色轴左右滑动，从而选择性地接合两个蓝色齿轮中的一个。

第9页，共44页。下图显示了当轴环换到一挡时如何结合右边的蓝色齿轮：

第10页，共44页。图中，发动机的绿色轴转动副轴，副轴则转动右边的蓝色齿轮。齿轮通过轴环驱动黄色驱动轴。同时，左边的齿轮也在转动，但只是在其轴上空转，对黄色轴并不产生影响。

当轴环位于两个齿轮之间时（如第一图所示），变速器为空挡状态。黄色轴上以不同速率运转的两个蓝色齿轮都通过其与副轴的速比来控制。

第11页，共44页。五速手动变速器内部结构如下图所示：

第12页，共44页。构成：1、三轴五档变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。a、第一轴和第一轴常啮合齿轮为一个整体，是变速器的动力输入轴。第一轴前部花键插于离合器从动盘毂中。b、中间轴在中间轴上制有（或固装）有六个齿轮，作为一个整体而转动。最前面的齿轮与一轴常啮合齿轮相啮合，称为中间轴常啮合齿轮，从离合器输入一轴的动力经这一对常啮合齿轮传到中间轴各齿轮上。向后依次称各齿轮为中间轴三档、二档、倒档、一档和五档齿轮。

第13页，共44页。c、在第二轴上，通过花键固装有三个花键毂，通过轴承安装有二轴各档齿轮。其中从前向后，在第一和第二花键毂之间装有三档和二档齿轮，在第二和第三花键毂之间装有一档和五档齿轮，它们分别与中间轴上各相应档齿轮相啮合。在三个花键毂上分别套有带有内花键的接合套，并设有同步机构。通过接合套的前后移动，可以使花键毂与相邻齿轮上的接合齿圈连接在一起，将齿轮上的动力传给二轴。其中在第二个接合套上还制有倒档齿轮。第二轴前端插入一轴齿轮的中心孔内，两者之间设有滚针轴承。第二轴后端通过凸缘与万向传动装置相连。

d、倒档轴采用过盈配合压装在壳体相应的轴孔中。倒档齿轮通过轴承活套在倒档轴上。第14页，共44页。2、各档动力动力传递情况

a、一档：输入轴→第一轴常啮齿轮→中间轴→中间轴第一档齿轮→第二轴一档齿轮→一档同步器接合齿圈→接合套→第二轴→输出b、二档：输入轴→第一轴常啮齿轮→中间轴→中间轴第二档齿轮→第二轴二档齿轮→二档同步器接合齿圈→接合套→第二轴→输出

c、三档：输入轴→第一轴常啮齿轮→中间轴→中间轴第三档齿轮→第二轴三档齿轮→三档同步器接合齿圈→接合套→第二轴→输出d、四档：输入轴→一轴常啮齿轮→中间轴→中间轴第四档齿轮→第二轴四档齿轮→四档齿轮接合齿圈→三、四档同步器接合套→第二轴→输出（直接档）

第15页，共44页。e、五档：输入轴→第一轴常啮齿轮→中间轴→中间轴第五档齿轮→第二轴五档齿轮→五档同步器接合齿圈→接合套→第二轴→输出（超速档）

f、倒档：输入轴→第一轴常啮齿轮→中间轴→中间轴倒档齿轮→倒档轴上的倒档齿轮→第二轴上倒档齿轮→第二轴倒档齿轮接合齿圈→倒档同步器接合套→第二轴→输出

倒档齿轮由一个小惰性轮（紫色）来操控。该图中蓝色倒档齿轮总是与其它蓝色齿轮的转动方向相反。因此，当汽车前进时，不能将变速器切换到倒档。第16页，共44页。同步器：1、功用：使接合套与待接合齿圈两者之间能迅速同步；阻止在同步之前齿轮进行啮合；防止产生接合齿圈之间的冲击；缩短换档时间，迅速完成换档操作；延长齿轮寿命。2、同步器的组成及分类目前所使用的同步器几乎都是采用磨擦式同步装置，但其锁止装置不同，因此工作原理也有所不同。按工作原理可分为常压式，惯性式和自行增力式等种类。这里仅介绍目前广泛采用的惯性式同步器。

第17页，共44页。3、惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种锁环式同步器工作原理：花键毂与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。在花键毂两端与齿轮之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）。锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿轮及花键毂上的外花键齿均相同。在两个锁环上，花键齿对着接合套的一端都有倒角（称锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿轮上的摩擦面锥度相同的内锥面，内锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩擦。第18页，共44页。三个滑块分别嵌合在花键毂的三个轴向槽内，并可沿槽轴向滑动。在两个弹簧圈的作用下，滑块压向接合套，使滑块中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽中，起到空档定位作用。滑块的两端伸入锁环的三个缺口中。只有当滑块位于缺口的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。

第19页，共44页。蓝色齿轮上的锥体接合轴环中的锥形区域，锥体与轴环间的摩擦使轴环和齿轮同步。轴环的外部随之滑动，使犬齿接合齿轮。不同制造商生产的变速器和同步器的实现方式各不相同，但基本原理是一样的。

第20页，共44页。（二）变速操纵机构

1、档位分布及工作示意图第21页，共44页。注意：

换挡杆中部有一个旋转点。在将旋钮前推接合一挡齿轮时，实际上是在推动杆和拨叉，以便将一挡齿轮拉回来。

可以看到，左右移动变速杆也是在接合不同的拨叉（从而接合不同的轴环）。将旋钮前后移动也就移动了轴环，使它们接合一个齿轮。第22页，共44页。第23页，共44页。2、变速器操纵机构的组成：

主要包括：变速杆、拨叉、拨叉轴和锁止机构组成。第24页，共44页。变速器操纵机构能让驾驶员使变速器挂上或摘下某一档，从而改变变速器的工作状态。为了保证变速器的可靠工作，变速器操纵机构应能满足以下要求：

1、挂档后应保证结合套与结合齿圈的全部套合（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置，防止自动脱档。

2、为了防止同时挂上两个档而使变速器卡死或损坏，在操纵机构中设有互锁装置。

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自锁装置

l)结构：多数变速器的自锁装置由钢球l和弹簧2组成(图10-20)。在变速器盖6前端凸起部位钻有三个深孔，位于三根拨叉轴3的上方。每根拨叉轴对着钢球l的一面有三个凹槽(槽的深度小于钢球半径)，中间的凹槽为空档定位，中间凹槽至两侧凹槽的距离等于滑动齿轮(或接合套)由空档换入相应档(保证全齿长啮合)的距离。

2)工作：自锁钢球被自锁弹簧压入拨叉轴的相应凹槽内，起到锁止档位的作用，防止自动换档和自动脱档。换档时，驾驶员施加于拨叉轴上的轴向力克服弹簧与钢球的自锁力时，钢球便克服弹簧的预压力而升起，拨叉轴移动，当钢球与另一凹槽处对正时，钢球又被压入凹槽内，此动作传到操纵杆上，使驾驶员具有“手感”。

第26页，共44页。第27页，共44页。互锁装置l)锁球(销)式(l)结构：在三根拨叉轴所处的平面且垂直于拨叉轴的横向孔道内，装有互锁钢球5或互锁销5。互锁钢球(或互锁销)对着每根拨叉轴的侧面上都制有一个凹槽且深度相等。中间拨叉轴的两侧各有一个凹槽。任一拨叉轴处于空档位置时，其侧面凹槽正好对准互锁钢球(或互锁销)。两个钢球直径之和(或一个互锁销的长度)等于相邻两拨叉轴圆柱表面之间的距离加上一个凹槽的深度。中间拨叉轴上两个侧面之间有通孔，孔中有一根横向移动的顶销4，顶销的长度等于拨叉轴的直径减去一个凹槽的深度。第28页，共44页。(2)互锁原理：当变速器处于空档位置时，所有拨叉轴的侧面凹槽同钢球、顶销都在同一直线上。在移动中间拨叉轴2时，轴2两侧的钢球从其侧面凹槽中被挤出，两侧面外钢球4、6分别嵌入拨叉轴l和3的侧面凹槽中，将轴l和3锁止在空档位置。若要移动拨叉轴3，必须先将拨叉轴2退回至空档位置，拨叉轴3移动时钢球4从凹槽挤出，通过顶销5推动另一侧两个钢球移动，拨叉轴l、2均被锁止在空档位置上。

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2)自锁和互锁装置合二为一的互锁装置

有的三档变速器，操纵机构有两根拨叉轴，将自锁和互锁装置合二为一。两根空心锁销l内装有自锁弹簧2，在图示位置(空档)时，两锁销内端面的距离a等于槽深b，不可能同时拨动两根拨叉轴。自锁弹簧2的预压力和锁销l对拨叉轴起到自锁作用。

第30页，共44页。3)转动钳口式

转动钳口式互锁装置如图所示。变速杆下端球头置于钳口中，钳形板可绕a轴摆动。换档时，变速杆先拨动钳形板处于某一拨叉轴的拨叉凹槽中，然后换入需要的档位，其余两个换档拨叉凹槽被钳形爪挡住，起到互锁作用。

总之，不论哪类互锁装置，其工作原理是一致的，即每一次只能移动一根拨叉轴，其余拨叉轴均在空档位置不动。

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倒档锁

倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加较大的力，才能挂入倒档，起到提醒作用，防止误挂倒档，提高安全性。多数汽车变速器采用结构简单的弹簧锁销式倒档锁。它由一、倒档拨块(五档变速器)中的锁销l和弹簧2组成。锁销l杆部装有弹簧2，杆部右端的螺母可调整弹簧2的预压力和锁销的长度。欲换倒档(或一档)时，须用较大的力向一侧摆动变速杆4，推动倒档锁销l压缩弹簧后，变速杆4下端进入拨块3才能实现换档。只要换入倒档，其拨叉轴就接通装在变速器壳上的电开关，警告灯亮、报警器响(有的汽车仪表盘上有倒档指示灯)，有效地防止误挂倒档。

第32页，共44页。四、离合器的工作原理

一、离合器的组成

如图9-1所示，离合器由主动部分、从动部分、压紧装置、分离机构和操纵机构五部分组成。

1-曲轴；2-从动轴；3-从动盘；4-飞轮；5-压盘；6-离合器盖；7-分离杠杆；8-弹簧；9-分离轴承；10、15-回位弹簧；11-分离叉；12-踏板；13-拉杆；14-拉杆调节叉；16-压紧弹簧；17-从动盘摩擦片；18-轴承第33页，共44页。第34页，共44页。

1.主动部分：离合器、压盘

离合器盖6用螺钉固定于飞轮4上，压盘5沿圆周上的凸起伸入盖6的窗孔中，将分离轴承9可沿窗孔作轴向滑动。这样，曲轴旋转，便通过飞轮、离合器盖带动压盘一起转动，构成离合器的主动部分。

2.从动部分：从动盘、从动轴

双面带摩擦衬片的从动盘通过滑动花键套在从动轴(变速器输入轴)上。

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3.压紧装置：压紧弹簧

沿圆周均布的压紧弹簧16装在离合器盖和压盘之间，把压盘和从动盘压向飞轮。

4.分离机构：分离杠杆、分离轴承、分离套筒、分离叉

分离杠杆7外端和中部分别铰接于压盘和离合器盖上。分离轴承9和分离套筒压装成一体，松套在从动轴的轴套上。分离叉11是中部有支点的杠杆。

5.操纵机构：踏板、拉杆等。

第36页，共44页。二、离合器的工作原理

1.接合状态

离合器接合状态时，弹簧将压盘、飞轮及从动盘互相压紧。发动机的转矩经飞轮及压盘通过摩擦面的摩擦力矩传至从动盘，再经从动轴向传动系输出。

2.分离过程

踏下踏板时，拉杆拉动分离叉外端向右(后)移动，分离叉内端则通过分离轴承推动分离杠杆的内端向前移动，分离杠杆外端便拉动压盘向后移动，使其在进一步压缩压紧弹簧的同时，解除对从动盘的压力。于是离合器的主从动部分处于分离状态而中断动力的传递。第37页，共44页。

3.接合过程

当需要恢复动力的传递时，缓慢地抬起离合器踏板，分离轴承减小对分离杠杆内端的压力，压盘便在压紧弹簧作用下逐渐压紧从动盘，并使所传递的扭矩逐渐增大。当所能传递的扭矩小于汽车起步阻力时，汽车不动，从动盘不转，主、从动摩擦面间完全打滑；当所能传递的扭矩达到足以克服汽车开始起步的阻力时，从动盘开始旋转，汽车开始移动，但仍低于飞轮的转速，即摩擦面间仍存在着部分打滑的现象。再随着压力的不断增加和汽车的不断加速，主、从动部分的转速差逐渐减小，直到转速相等滑磨现象消失，离合器完全接合为止，接合过程即结束。第38页，共44页。

由上可知，汽车平稳起步是靠离合器逐渐接合过程中滑磨程度的变化来实现的。

接合