第3章 手动变速器

第3章手动变速器3.1概述

3.1.1变速器的功用1．变速变矩。2．实现倒车。3．中断动力。

输入轴

接合套

中间轴

倒档轴

输出轴

变速齿轮

1．按传动比变化方式分类（1）有级变速器：应用最广。特点：齿轮传动，有若干定值传动比并成阶梯式变化。通常：前进档（3-6个）+倒档（1个），重型货车用组合式变速器（有更多档）。（2）无级变速器CVT-ContinuouslyVariableTransmission：其传动比在一定范围内可连续地变化。常见的有电力式和液力式两种，多用液力变矩器式。（3）综合式变速器：它是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其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化，目前的自动变速器多是这种类型，且目前应用较多。（1）手动操纵式变速器MT(ManualTransmission)：靠驾驶员直接操纵变速杆进行换档。（2）自动操纵式变速器AT(AutomaticTransmission)：其传动比的选择和换档是自动进行的。（3）半自动操纵式变速器。此种变速器有两种形式：一种是常用档自动，其余档驾驶员操纵；另一种是预选式的。2．按操纵方式不同分类

1．变速变矩原理

不同齿数的齿轮啮合传动实现转速和转矩改变的。主动轮1从动轮2n1z1=z2n2i12=n1/n2=z2/z1z1，n1为主动齿轮的参数。z2，n2

为从动齿轮的参数。i=主动齿轮齿数从动齿轮齿数传动比主动轮1从动轮2

根据能量守恒定律，齿轮传动中，输入轴功率P1应等于输出轴功率P2，即

P1=P2。因P1=M1n1/9550千瓦，P2=M2n2/9550千瓦，故M1n1=M2n2，传动比：i12=n1/n2=M2/M1。上式表明：若n2<n1

，则M2>M1，得到降速增扭目的，速度降低越多，扭矩增加越大。变速变矩原理（多级齿轮传动）组合齿轮传动中，其传动比为被动齿轮齿数的连乘积与主动齿轮齿数的连乘积之比。i=主动齿轮齿数的乘积从动齿轮齿数的乘积=各级齿轮传动比的连乘积

从上述公式可知：

当i>1时，为降速增扭传动，其档位称为降速档；

当i<1时，为增速降扭传动，其档位称为超速档；

当i=1时，为等速等扭传动，其档位称为直接档。

如捷达王五档变速器的档位情况如下：i1=3.455，i2=1.944，i3=1.370，i4=1.032，i5=0.850，iR=3.1672．换档原理

变速器的换档:接合套、滑移齿轮、同步器。1432将1与2脱开，3与4接合，则挡位改变；当1与2、3与4都不啮合时，空挡。

3.变向原理

由齿轮传动原理可知，一对相啮合的外齿轮旋向相反，每经过一传动副，其轴改变一次转向。

两轴式变速器在输入轴与输出轴之间加装了一倒挡轴和倒挡齿轮（此为惰轮）；

三轴式变速器则在中间轴与输出轴之间加装了一倒挡轴和倒挡齿轮，就可使输出轴与输入轴转向相反，从而可使汽车倒向行驶。

变速器变速传动机构-主体组成：齿轮副、支承轴、壳体功用：变速、变矩、变向按工作轴数三轴式两轴式换档操纵机构(不含倒档轴)特点：输入轴与输出轴平行，无中间轴。

组成：输入轴、输出轴、倒档轴、轴承、变速齿轮应用：FF型、RR型中、轻型轿车。布置方式：

纵向布置-如奥迪100、桑塔纳横向布置-宝来、捷达、东南菱帅、花冠、威驰区别：纵置时需要有一组锥齿轮来变向。二轴式变速器变速器包括变速传动机构和操纵机构两部分。特点：发动机旋转方向与车轮旋转方向垂直，主减速齿轮为一对圆锥齿轮；主减速器，差速器与变速器均装于同一壳体中。1．发动机前置纵向布置的二轴式变速传动机构纵向布置的奥迪100型轿车五档变速器结构图纵向布置的奥迪100型轿车五档变速器结构图变速器布置纵向布置的二轴式变速器结构图表4-1奥迪100型轿车变速器的动力传递路线及传动比

档位动力传递路线传动比空档操纵变速杆，使各档同步器接合套处于中间位置，此时动力不传给输出轴。一档操纵变速杆,将接合套18左移，动力由输入轴依次经齿轮3、齿轮19、同步器花键毂传给输出轴。39/11=3.545二档操纵变速杆，将接合套18右移，动力由输入轴依次经齿轮5、齿轮17、同步器花键毂传给输出轴。40/19=2.105三档操纵变速杆，将接合套7左移，动力由输入轴依次经同步器的花键毂、齿轮6、齿轮16传给输出轴。40/28=1.429四档操纵变速杆,将接合套7右移，动力由输入轴依次经同步器花键毂、齿轮8，齿轮14传给输出轴。35/34=1.029五档操纵变速杆,将接合套12左移，动力由输入轴依次经齿轮9、齿轮13、同步器花键毂传给输出轴。31/37=0.838倒档操纵变速杆,将接合套12右移，动力由输入轴依次经倒档齿轮10，倒档中间齿轮22，输出轴倒档齿轮11及同步器花键毂传给输出轴。反向输出动力。35/10=3.5发动机纵向布置的桑塔纳2000型轿车的五挡变速器发动机纵向布置的桑塔纳2000型轿车的五挡变速器桑塔纳轿车传动系发动机纵向布置的桑塔纳2000型轿车的五挡变速器特点：变速器的输出轴与驱动桥轴线平行；主减速器采用一对圆柱斜齿轮。

2．发动机前置横向布置的二轴式变速传动机构发动机前置横向布置的二轴式变速传动机构

一档传递路线：一档主动齿轮--一档从动齿轮--同步器接合套--花键毂传至输出轴；传动比：n1=33/10=3.3；特点：传动比大，减速增扭效果，有利于汽车起步。二档传递路线：二档主动齿轮--二档从动齿轮--同步器接合套--花键毂--输出轴。传动比：n2=

35/18=1.944；特点：减速增扭，车速较快，有利于汽车升速。传动比：n3=

34/26=1.308车速较快，有利于汽车升速。

传动比：n4=

35/34=1.029传动比接近1，所以近似直接档效果。传动比n5=

36/43=0.837传动比小于1，所以产生超速效果，输出转速增加，转矩减小。倒档：因为相对于其它前进档位多出一个传动齿轮，改变了转向，所以得到反向输出效果。应用：FR型汽车如丰田皇冠、日产公爵等轿车、各类皮卡、面包车及国产解放型和东风载货汽车等。特点：传动比范围较大，有直接档，传动效率高。三轴式变速器（为两级齿轮传动）

（1）基本结构它有五个不同传动比的前进挡和一个倒挡，变速器有互相平行的第一轴、第二轴、中间轴和倒挡轴，有数对相互啮合的齿轮和两个同步器。其中第一轴和第二轴轴线互相重合。图3.4丰田皇冠轿车W55型变速器

3.2.3变速器的换挡装置

变速器的换挡装置有三种：1.直齿滑动齿轮式换挡；2.接合套式换挡；3.同步器式换挡。

1）直齿滑动齿轮式换档装置特点：它是通过移动齿轮直接换档，齿轮为直齿，内孔有花键孔套在花键轴上，由拨叉移动齿轮与另一轴上的齿轮进入啮合或退出啮合，但结构简单。缺点：由于直齿轮强行啮合，传动冲击大，噪声大，易磨损。承载能力低，所以这种换档装置应用得越来越少。应用：使用率低,

一、倒挡。3.换挡机构型式：直齿滑动、接合套、同步器

直齿滑动齿轮式换档装置

2)接合套式换档这种换档装置

特点：用于常啮合斜齿轮传动的档位，它利用移动套在花键毂上的接合套与传动齿轮上的接合齿圈相啮合或退出来进行换档。该换档装置由于其接合齿短，换档时拨叉移动量小，故操作轻便，同时承受换挡冲击载荷的接合齿齿数增多，故换档元件承受冲击的工作面积增加，使换档冲击减小，换档元件中工作齿轮不参与换挡，故寿命增长，但不能消除冲击。应用：使用率低且要求不高，使用不多的挡位。如CA1091的一、倒挡。

3）同步器式换档装置

特点：它是在接合套式换档装置的基础上又加装了同步元件而构成的一种换档装置，可以保证在换档时使接合套与待啮合齿圈的圆周速度迅速达到同步，并防止二者同步前进入啮合，从而可消除换档时的冲击，并使换档操纵简单。

缺点：结构复杂、制造精度要求高，轴向尺寸增大，同步环寿命短。

应用：广泛

无同步器时变速器的换档过程：一般采用移动齿轮或接合套换档，为使换档平顺，应使待啮合的轮齿的圆周速度必须相等（同步）。五档速度V2，接合套速度V3，四档速度V4。踩离合器，脱空档，V3=V4(瞬时)。因为V2>V4，则V2>V3(不同步)。由于V3下降慢（转动惯量大），V2下降快（转动惯量小），等待一会时间，当V3=V2时，再踩离合器，挂档，此时挂档应平顺。1.从低速变高速—四档变五档踩离合器，脱空档，V3=V2(瞬时)。因为V2>V4,则V3>V4(不同步)，V3下降慢(转动惯量大),V4下降快(转动惯量小)，若不采取措施，V3与V4不同步差距会更大，此时，应抬起离合器，加油门，迅速提高V4，当V3=V4时，再踩离合器，挂档。2.从高速变低速—五档变四档

无同步器换档结论：低档换高档—两脚离合器，中间不加油门。高档换低档—两脚离合器，中间加油门。

由上述可见，采用上述无同步器的换档装置的变速器操纵起来相当复杂，不仅易使驾驶员产生疲劳，而且容易加速齿轮的损坏。因此，现代汽车齿轮式变速器越来越多地采用同步器换档装置。

同步器功用：使接合套与待接合的齿圈二者之间迅速达到同步，并阻止二者在同步前进入啮合；消除换档时的冲击，缩短换档时间；简化换档过程，使换档操作简捷而轻便，同时提高燃料经济性。同步器分类：有惯性式、常压式、自增力式等多种类型，常压式同步器结构虽然简单，但有不能保证啮合件在同步状态下(即角速度相等)换档的缺点，现已不用，得到广泛应用的是惯性式同步器。同步器结构：由同步装置（包括推动件和摩擦件）、锁止装置和接合装置三部分组成。

惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。惯性式同步器分类：锁环式惯性同步器、锁销式惯性同步器。

1）锁环式：结构紧凑、便于合理布置，多用于轿车和轻型货车上。

2）锁销式：结构形式合理，力矩较大，多适用于中型和大型货车上。

1、锁环式惯性同步器（1）组成：细牙螺旋槽滑块组成：花键毂、接合套、两个锁环（同步环）、三个滑块和滑块弹簧等。锁环式同步器锁环式惯性同步器(视频)锁环锁环接合套定位销花键毂滑块花键毂花键毂轴向固定；并与齿圈、锁环具有相同花键齿。接合套用来连动花键毂、同步环、啮合齿圈，并与齿圈、锁环具有相同花键齿。同步环（锁环）锁环的倒角与接合套倒角相同，锁环具有内锥面，其上有螺旋槽，以便与齿轮的两锥面接触后，破坏油膜，增加锥面间的摩擦。滑块装于花键毂三轴向槽内带定位销以便空挡定位,两端伸入两锁环的三缺口。卡环(滑块弹簧)在卡环的作用下，滑块压向接合套，使其凸起的端部球面正好嵌在接合套中部的凹槽中，起到空档定位作用。锁环0.5齿厚结合齿圈定位销、滑块结合套工作原理空挡位置滑块接触锁环状态锁止状态达到同步完成换挡

从上述分析我们可以将锁环式惯性同步器的工作原理表述如下：

将接合套轴向移动，同步器锁环便压紧在待啮合齿圈的锥面上，产生摩擦力矩M1，使锁环相对接合套转过一个角度，此时锁环齿端倒角便与接合套齿端倒角相抵触，阻止接合套在同步前进入啮合。只有达到同步后，由于惯性（摩擦）力矩消失，接合套齿端倒角斜面对锁环产生的拨环力矩M2拨动锁环相对接合套倒转一个角度，锁环与接合套不再抵触，接合套便在驾驶员所施加的轴向推力作用下进入啮合。

注：惯性力矩M1大小取决于摩擦锥面锥角的大小。拨环力矩M2大小取决于锁止角的大小。设计保证同步前始终有M1>M2。

锁销摩擦锥盘摩擦锥环定位销锁销式惯性同步器锁销式惯性同步器

锁销式惯性同步器工作原理

变速器操纵机构的功用是保证驾驶员根据使用条件，准确可靠地使变速器挂入所需要的档位工作，并可随时使之退入空档(即摘下某一档)，从而改变变速器的工作状态。1．变速器操纵机构的功用手动变速器的操纵机构

（1）挂档后应保证结合套于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。（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。

（3）为了防止在汽车前进时误挂倒档，导致零件损坏，在操纵机构中设有倒档锁装置。2．对变速器操纵机构的要求

3．变速器操纵机构的类型

直接操纵式变

速

器

操

纵

机

构

演

示（2）远距离操纵式：变速杆安装在驾驶室地板上的典型双钢索换档联动装置（捷达、宝来）变速杆横向拉杆纵向拉杆桑塔纳2000型轿车的五挡变速器

远距离操纵式桑塔纳2000型轿车五挡变速器远距离操纵机构远距离操纵式桑塔纳2000型轿车五挡变速器内换挡机构

CA1091型汽车六档变速器操纵机构组成与布置图五、六档拨叉三、四档拨叉一、二档拨叉倒档拨叉变速杆换档轴叉形拨杆倒档拨叉轴一、二档拨叉轴五、六档拨叉轴自锁钢球互锁销五、六档拨块

外操纵机构:变速杆、选档机构壳体、横向（选档）拉线、纵向（挂档）拉线等。一汽捷达、宝来型轿车变速器的操纵机构

拔叉轴自锁钢球自锁弹簧互锁钢球互锁销1．自锁装置

互锁装置的功用是阻止两个拨叉轴同时移动，防止同时挂入两个档位。如中间换档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球或锁销锁住。避免因同时啮合的两档齿轮其传动比不同而互相卡住，造成运动干涉甚至造成零件损坏，起到了互锁作用。互锁装置的结构型式很多，最常用的有锁球式和锁销式。2．互锁装置

拨叉轴互锁钢球互锁销互锁装置工作示意图（1）锁球式装置。BJ2020的自锁、互锁装置自锁、互锁装置统一的结构（2）锁销式互锁装置

功用：防误挂倒档而造成极大的冲击，使零件损坏，并防止在汽车起步时误挂倒档而造成安全事故。类型：弹簧锁销式倒档锁。组成：倒档锁销、倒档锁弹簧。原理：当驾驶员要挂倒档（或一档）时，必须有意识的用较大的力向侧面摆动变速杆（从图上看为向左侧摆动），使其下端球头右移，克服倒档锁弹簧的张力将锁销推入孔中，这样才能使变速杆下端球头进入拨块3的凹槽内，以拨动一、倒档拨叉轴进行挂档。3．倒档锁装置

倒档锁装置：当换档杆下端(红色的长方块部分)向倒档拨叉轴移动时，必须压缩弹簧才能进入倒档拨叉轴上的拨块槽中。防止了在汽车前进时误挂倒档，而导致零件损坏，起到了倒档锁的作用。当倒档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。

倒档锁装置

弹簧锁销式倒档锁结构变速杆倒挡锁弹簧倒挡锁销一、倒挡拨块作用：驾驶员在换倒挡时要克服倒挡锁弹簧弹力，变大的换挡阻力，可提醒驾驶员。变速器的常见故障诊断

变速器常见的故障为跳挡、换挡困难、乱挡、异响及漏油等。

一、变速器跳挡

1．故障现象

汽车在加速、减速或爬坡时，变速杆自动跳回空挡位置。2．故障原因

（1）变速杆没有调整好或变速杆弯曲，远程控制杆机构磨损或调整不良；（2）拨叉轴向自由行程过大或凹槽位置不正确，拨叉轴凹槽磨损及拨叉磨损、变形（3）自锁钢球磨损或破裂，自锁弹簧弹力不够或折断；（4）变速器轴、轴承磨损松旷或轴向间隙过大，造成轴转动时齿轮啮合不足而发生跳动和轴向窜动；（5）齿轮或接合套严重磨损，沿齿长方向磨成锥形；（6）同步器磨损或损坏；（7）变速器壳松动或与离合器壳没对准。

3、故障诊断与排除

（1）诊断方法使车辆行驶，反复加速、减速、检查在各挡位上变速杆是否容易脱出，如这种方法效果不明显时，可在爬陡坡等条件下以发动机制动进行检查。（2）排除方法①发现某挡跳挡时，仍将操纵杆挂入该挡，将发动机熄火。先检查操纵机构调整是否正确，然后再拆开变速器盖检查齿轮啮合情况和同步器啮合情况。如果啮合情况不好，应检查轴承是否磨损松旷，拨叉是否变形，拨叉与接合套上的叉槽间隙是否过大，否则应更换或校正拨叉；如果啮合情况良好，应检查操纵机构锁止情况。如锁止不良，须拆下拨叉轴检查自锁钢球、弹簧，弹簧过弱、折断或拨叉轴凹槽磨损应予以更换或修复。②齿轮啮合和操纵机构均良好，应检查齿轮是否磨成锥形，以及轴是否前后移动。如果齿轮磨成锥形应更换，轴的前后移动应调整适当。③对于变速器壳松动或与离合器壳没对准而引起的跳挡，须按规定拧紧固定螺栓。二、换挡困难

1．故障现象在进行正常变速操作时，变速杆不能挂入挡位，或者勉强挂上挡后又很难摘下来。2．故障原因

（1）变速杆下端磨损或控制杆弯曲；（2）拨叉或拨叉轴磨损、松旷、弯曲；（3）自锁或互锁弹簧过硬、钢球损伤；（4）控制连杆机构动作不良（远程控制式机构）；（5）同步器不良（磨损或损坏）；（6）变速器轴弯曲变形或花键损伤3、故障诊断与排除

（1）诊断方法首先应确认离合器分离状态正常，然后使发动机怠速运转，踏下离合器踏板，试进行各挡位变速动作。检查变速杆是否卡滞、沉重等。当用这种方法不易判断时，可进行实车行驶试验。（2）排除方法①汽车行驶时发生换挡困难现象，首先检查离合器能否分离彻底，操纵机构能否工作。②如上述情况良好，应拆开变速器盖，检查拨叉是否弯曲，如果弯曲应校正或更换。如果拨叉轴与导向孔锈蚀，可用较细的砂纸光磨。

③检查自锁和互锁装置是否良好，否则予以更换。④检查拨叉的固定螺栓松动，若松动应予以紧固。⑤检查变速器轴花键损伤情况或轴弯曲，酌情给予修复或更换。⑥检查同步器磨损或损坏情况，一般同步器可检查以下几个方面：a．同步环与锥体接触状态和制动作用：在锥体上涂齿轮油，再把同步环推上锥体并回转，如环与锥体可紧密接合即为良好。b．同步环油槽与锥体的磨损状态：测量同步环推到锥体上后的间隙，如该值与规定值相等即为良好。c．同步环与接合套安装面的位置关系是否正确。根据同步器损坏的部位酌情更换零件或整体更换。三、变速器乱挡

1．故障现象

在离合器技术状况正常情况下，变速器同时挂上两个挡或虽能挂上挡，但却不能挂入所需要的挡位，或者挂入后不能退出。2．故障原因

主要为变速操纵机构失效。（1）变速杆球头定位销磨损、折断或球孔、球头磨损、松旷；（2）变速杆下端工作面或拨叉轴上导块的导槽磨损过度；（3）拨叉槽互锁销、球磨损严重或漏装。3、故障诊断与排除（1）诊断方法使车辆行驶，操纵变速杆进行换挡试验。检查是否有同时挂上两个挡或挂上的挡位不是所需要的挡位时。（2）排除方法①挂需要挡位时，结果挂入别的挡位：检查变速杆摆转角度，若其能任意摆，且能打圈，则为定位销损坏或失效。需更换定位销，调整变速杆。②当变速杆摆转角正常，仍挂不上或摘不下挡，则多为变速杆下端工作面磨损或导槽磨损，使变速杆下端从导槽中脱去。应予以修复或更换。③若同时挂上两个挡，则为互锁装置磨损或漏装零件。应进行零件更换或装复。四、变速器异响

1．故障现象变速器工作时，发出不正常声响，如金属的干摩擦声，不均匀的碰撞声等。2．故障原因

（1）变速器操纵机构各连接处松动，拨叉变形或磨损松旷；（2）变速器与发动机安装时曲轴与变速器第一轴轴线不同心，或变速器壳体变形；（3）壳体轴承孔修复后，轴心发生变动或使两轴线不同心，变速器壳体前端面与第一、二轴轴心线垂直度或一、二轴与曲轴同轴度超差；（4）轴承缺油、磨损松旷、疲劳剥落或轴承滚动体破裂；（5）第二轴、中间轴弯曲或花键与滑动花键毂磨损松旷；（6）