汽车构造（下册） 第4版 课件 第15章 变速器与分动器

第15章

变速器与分动器现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源,其转矩和转速变化范围较小,而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾,在传动系统中设置了变速器。它的功用是:①改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适应经常变化的行驶条件,如起步、加速、上坡等,同时使发动机在有利的工况下工作;②在发动机旋转方向不变的前提下,使汽车能倒退行驶;③利用空档,中断动力传递,以使发动机能够起动、怠速,并便于变速器换档或进行动力输出。第15章

变速器与分动器变速器由变速传动机构和操纵机构组成,根据需要还可加装动力输出器。按传动比变化方式不同,变速器可分为有级式、无级式和综合式三种:第15章

变速器与分动器1)有级式变速器采用齿轮传动,具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同,有轴线固定式变速器(普通齿轮变速器)和轴线旋转式变速器(行星齿轮变速器)两种。轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有4~6个前进档和一个倒档;在重型货车用的组合式变速器中,则有更多档位。所谓变速器档数,均指前进档位数。2)无级式变速器的传动比在一定的范围内可按无限多级变化,常见的有机械式和液力式(动液式)两种。机械式变速器的传动部件为金属带,液力式变速器的传动部件是液力变矩器。3)综合式变速器是指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,其传动比可在最大值和最小值之间的几个间断范围内作无级变化,目前应用较多。变速器由变速传动机构和操纵机构组成,根据需要还可加装动力输出器。按操纵方式不同,变速器又可分为手动操纵式、自动操纵式两种:第15章

变速器与分动器1)手动操纵式变速器靠驾驶人直接操纵变速杆换档,为部分乘用车和大多数商用车所采用。典型的机械变速器(MT)就属于手动操纵式变速器。2)自动操纵式变速器的传动比选择(换档)是自动进行的。驾驶人只需操纵加速踏板,即可控制车速。在乘用车中应用广泛的自动液力变速器(AT)、机械无级变速器(CVT)和双离合器变速器(DCT)都属于自动操纵式变速器,机械式自动变速器(AMT)在使用中不需要驾驶人操纵手柄进行换档,因此也属于自动操纵式变速器,而手自一体式变速器则可以看作是两种方式的结合。在多轴驱动的汽车上,变速器之后还装有分动器,以便把转矩分别输送给各驱动桥。第一节

变速器的变速传动机构根据变速器前进档工作时传递动力需要的轴的数量,可以分为两轴式变速器和中间轴式(三轴式)变速器。在发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的轿车和微、轻型货车上,多采用两轴式变速器,其特点是主要依靠相互平行的输入轴和输出轴传递动力。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构下面以某轿车的两轴式变速器为例来说明其变速原理。它是具有5个前进档、一个倒档的两轴式全同步器变速器(图15-1)。输入轴2(第一轴)和输出轴19(第二轴)平行。输入轴的前端借离合器与发动机曲轴相连,它与输入轴一档齿轮5、输入轴二档齿轮7和输入轴倒档齿轮13制成一体。它是一根细长轴,由4个轴承支承,其前端支承在发动机曲轴后端孔内的滚针轴承上,中间用一球轴承和一滚子轴承支承在变速器前壳体上,后端以滚子轴承支承在变速器后壳体上。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构输入轴上还装有输入轴三档齿轮8和输入轴四档齿轮10,两个主动齿轮都通过滚针轴承空套在输入轴上,三、四档花键毂与该轴花键过盈配合,输入轴五档齿轮11与该轴是过盈配合,这种结构对轴的直线度、轴承处的轴颈和齿轮的同心度都有很高的要求。输出轴19与主减速器主动锥齿轮24制成一体,前端用大圆锥滚子轴承支承在变速器前壳体上,后端用小圆锥滚子轴承支承在变速器后壳体后端。输出轴上装有6个从动齿轮23、21、20、18、16、14,一档、二档和五档、倒档花键毂以其内花键与输出轴上的外花键过盈配合。三、四档从动齿轮20、18以花键与输出轴过盈配合,其他各档从动齿轮则通过滚针轴承空套在输出轴上。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-2所示为该变速器的传动示意图。当处于空档位置(图示状态)时,输入轴1转动将带动该轴上的一档、二档、五档、倒档主动齿轮2、3、12、13转动,而输出轴上相应的常啮合齿轮34、27、23、14却在轴上空转,因此输出轴不能被驱动;另外,由于三档、四档主动齿轮4、11空套在输入轴上,三档、四档的主从动齿轮都不转动,因此这时的输出轴25并不转动。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-21—输入轴2—输入轴一档齿轮3—输入轴二档齿轮4—输入轴三档齿轮5—三档齿轮接合齿圈6—三档同步器锁环7—三、四档接合套8—三、四档花键毂9—四档同步器锁环10—四档齿轮接合齿圈11—输入轴四档齿轮12—输入轴五档齿轮13—输入轴倒档齿轮14—输出轴倒档齿轮15—倒档轴16—倒档轴中间齿轮17—倒档齿轮接合齿圈18—倒档同步器锁环19—五、倒档接合套20—五、倒档花键毂21—五档同步器锁环22—五档齿轮接合齿圈23—输出轴五档齿轮24—输出轴四档齿轮25—输出轴26—输出轴三档齿轮27—输出轴二档齿轮28—二档齿轮接合齿圈29—二档同步器锁环30—一、二档接合套31—一、二档花键毂32—一档同步器锁环33—一档齿轮接合齿圈34—输出轴一档齿轮35—主减速器主动锥齿轮固定在输入轴上的花键毂8以及输出轴上的花键毂20和31的外圆表面上均制有与其相邻的接合齿圈齿形完全相同的外花键,分别与相应的具有内花键的各自接合套7、19和30(也称啮合套)相接合,接合套可沿花键毂轴向滑动。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-2该变速器各档均采用同步器换档。同步器是一种加装了一套同步装置的接合套换档机构。同步装置的作用是使变速器在汽车行进中换档时不发生接合齿的冲击,其结构和工作原理将在第二节中阐述。欲挂上一档,可操纵变速杆等操纵机构,通过拨叉使接合套30左移,穿过一档同步器锁环32的花键齿,与一档齿轮接合齿圈33接合后,动力便可从输入轴1依次经齿轮2、34、接合齿圈33、接合套30以及花键毂31,传给输出轴25输出。一档传动比为式中,z为齿轮齿数,其下标数字表示各齿轮在图中的标号,后同。该档位经过一对齿轮2、34传递动力,因此输出轴的旋转方向与输入轴的旋转方向相反,此时传动系统的布置可以保证汽车向前行驶。第一档指的是传动比最大的前进档,以下类推。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-2欲脱开一档,可通过拨叉使接合套30右移,与接合齿圈33脱离啮合,则变速器退回空档位置。欲挂上二档,可通过拨叉使接合套30右移,使之与二档同步器锁环29的接合齿圈和二档齿轮接合齿圈28接合后,变速器便从一档换入了二档。此时,动力从输入轴1依次经齿轮3、齿轮27、接合齿圈28、接合套30及花键毂31,最后传给输出轴25。其传动比为同理,使接合套7左移到与接合齿圈5接合,则可得到三档,传动比为一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-2若使接合套7右移到与接合齿圈10接合,则换入第四档,其传动比为挂五档时可操纵变速杆,通过拨叉使接合套19左移,使之与五档齿轮接合齿圈22接合,则换入五档,其传动比为为实现汽车的倒退行驶,在输入轴的一侧还设置了一根较短的倒档轴15(图中按惯例采用展开画法,将倒档轴画在输出轴25的下方)。倒档轴支承在变速器后壳体上,用内六角圆柱头螺钉固定,防止其转动和轴向移动。倒档轴中间齿轮16通过滚针轴承空套在该轴上,可以相对倒档轴自由转动,同时与输入轴倒档齿轮13及输出轴倒档齿轮14均为常啮合的斜齿轮。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-2欲挂倒档时,使接合套19右移,与倒档齿轮接合齿圈17接合,即得倒档。动力从输入轴1经齿轮13、16、14、接合齿圈17、接合套19、花键毂20传到输出轴25。由于增加了一个倒档中间齿轮,故输出轴的旋转方向与输入轴相同,与前述前进档位的输出轴旋转方向相反,汽车便倒退行驶。倒档传动比为在变速器中利用同步器和接合套换档,可把输入轴和输出轴上相啮合的传动齿轮制成常啮合的斜齿轮,从而减小变速器工作时的噪声,减小变速器尺寸并提高齿轮使用寿命。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构它的第五档也是超速档,但与前一款变速器不同的是它安装在变速器后壳体22中,后壳体用圆柱头螺栓30与变速器中壳体43连接。如果不需要超速档,可去掉后壳体和第五档齿轮等,则该变速器成为一个四档变速器。一、两轴式变速器15.1变速器的变速传动机构两轴式变速器从输入轴到输出轴只通过一对齿轮传动,倒档传动路线中也只有一个中间齿轮,因而机械效率高,噪声小。二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构商用货车一般采用传统的发动机前置后轮驱动布置形式,其变速器多为中间轴式变速器,其变速原理以某轻型载货汽车采用的五档变速器为例来说明。图15-4所示为该变速器的结构。它具有五个前进档、一个倒档。第一轴1的前端支承在发动机曲轴凸缘的滑套中,后端通过球轴承3支承在变速器前壳体的轴承孔中。齿轮2与第一轴制成一体,与齿轮42构成常啮合齿轮副。中间轴与倒档主动齿轮、一档主动齿轮制成一体,两端用圆锥滚子轴承支承在壳体上。中间轴上的二档主动齿轮与三档主动齿轮为双联齿轮37。五档主动齿轮39、常啮合齿轮42和双联齿轮37均压配在中间轴上。第二轴的前端用滚针轴承46支承在第一轴齿轮内孔中,二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构后端利用圆柱滚子轴承20支承在变速器后壳体31上。六个从动齿轮空套在第二轴上。花键毂29、38、41以其内花键与第二轴上的外花键过盈配合,并且不能做轴向移动(用卡环限位)。圆柱滚子轴承20外圈上有止动槽,槽内装有轴承挡圈,用以防止第二轴轴向窜动。该变速器壳体为前后对开式结构,其结合面应涂平面密封胶,以保证壳体的密封。图15-5所示为该轻型载货汽车变速器的传动示意图。当第一轴旋转时,通过齿轮2和33带动中间轴26及其上的齿轮32、31、30、29旋转,与它们常啮合的第二轴上的从动齿轮17、16、9、8随第一轴的旋转而在第二轴上空转,因此第二轴不能被驱动。在该变速器中,除倒档外,各档均采用同步器换档。二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-51—第一轴2—第一轴常啮合齿轮3—第一轴齿轮接合齿圈4—四档同步器锁环5、12、20—接合套6—五档同步器锁环7—五档齿轮接合齿圈8—第二轴五档齿轮9—第二轴三档齿轮10—三档齿轮接合齿圈11—三档同步器锁环13、24、35—花键毂14—二档同步器锁环15—二档齿轮接合齿圈16—第二轴二档齿轮17—第二轴一档齿轮18—一档齿轮接合齿圈19—一档同步器锁环21—倒档齿轮接合齿圈22—第二轴倒档齿轮23—第二轴25—中间轴倒档齿轮26—中间轴27—倒档轴28—倒档中间齿轮29—中间轴一档齿轮30—中间轴二档齿轮31—中间轴三档齿轮32—中间轴四档齿轮33—中间轴常啮合传动齿轮34—变速器壳体二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构欲挂上一档,可操纵变速杆,通过拨叉使接合套20左移,与一档同步器锁环19的接合齿圈和一档齿轮接合齿圈18接合后,动力便可从第一轴依次经齿轮2、33,中间轴26,齿轮29、17,接合齿圈18,接合套20以及花键毂24,传给第二轴23输出。由于经过了两对齿轮2、33和29、17传递动力,因此一档传动比为两对齿轮传动比的乘积,即同理,当移动某一个档位的接合套与空套在第二轴上的该档位齿轮的齿圈相接合时,则将动力传递给了第二轴使之转动,即挂入了这一档位。二、三档传动比分别是若使接合套5左移到与接合齿圈3接合,则换入第四档,此时动力从第一轴经齿轮2、接合齿圈3、接合套5和花键毂35直接传给第二轴,而不再经过中间齿轮传动,故这种档位称为直接档,其传动比为二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构欲挂上五档,可操纵变速杆,通过拨叉使接合套5右移,使之穿过五档同步器锁环6与五档齿轮接合齿圈7接合,动力便可以从第一轴依次经齿轮2、33,中间轴,齿轮32、8,接合齿圈7,接合套5及花键毂35,最后传给第二轴。五档传动比为可见,该档为超速档。欲挂倒档时,使接合套20右移,与倒档齿轮接合齿圈21接合,即得倒档。动力从第一轴经齿轮2、33,中间轴,齿轮25、28、22,接合齿圈21,接合套20,花键毂24传到第二轴。由于增加了一个倒档中间齿轮,故第二轴的旋转方向与第一轴相反,也就是与其他前进档位的第二轴旋转方向相反,汽车便倒退行驶。倒档传动比为二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构为了减少内摩擦引起的零件磨损及功率损耗,须在壳体内注入润滑油,采用飞溅润滑方式润滑各齿轮副、轴与轴承等零件的工作表面。因此,壳体一侧有加油口,底部有放油塞36(图15-4),油面高度由加油口位置控制。在第一轴常啮合齿轮和第二轴上的齿轮11、13、35上钻有径向油孔,齿轮28、33的轮毂端面开有径向油槽,以便润滑所在部位的滚针轴承。为防止润滑油从第一轴与轴承盖之间的间隙流入离合器而影响其摩擦性能,在轴承盖内安装了油封总成,轴承盖内孔中有回油槽,可以防止漏油。为防止润滑油从第二轴后端流出,在变速器后轴承盖内装有油封总成23。在各轴承盖、后盖、上盖、前后壳体等的结合面间装入密封垫片,并涂密封胶,以防止漏油。为防止变速器工作时由于油温、压力升高而造成润滑油渗漏现象,在变速机构座10及变速器后轴承盖21上装有通气塞9。二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-6所示为某中型载货汽车六档变速器结构。在该变速器中,一档、倒档采用接合套换档,二档使用锁销式同步器,三~六档使用锁环式同步器。图示位置为空档位置。用拨叉拨动五、六档同步器的接合套5,使之向左或向右移动,便可挂上六档或五档;向左或向右移动同步器的接合套12,即可挂入四档或三档;向左或向右移动同步器的接合套20,即可挂入二档或一档。向右拨动接合套23,便可得到倒档。各档传动比是二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构普通齿轮式变速器一般都采用接合套换档,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,频繁拨动接合套使齿端发生磨损。这样,在汽车行驶中因振动会造成接合套与齿圈脱离啮合,发生自动跳档。因此,变速器在结构上应采取措施,保证汽车在行驶中不出现自动跳档的现象。防止自动跳档的结构措施有多种形式,现简述如下两种:(1)齿端制成倒斜面图15-71、4—接合齿圈2—接合套3—花键毂F—圆周力FN—倒斜面正压力FQ—防止跳档的轴向力二、中间轴式变速器15.1变速器的变速传动机构普通齿轮式变速器一般都采用接合套换档,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,频繁拨动接合套使齿端发生磨损。这样,在汽车行驶中因振动会造成接合套与齿圈脱离啮合,发生自动跳档。因此,变速器在结构上应采取措施,保证汽车在行驶中不出现自动跳档的现象。防止自动跳档的结构措施有多种形式,现简述如下两种:(2)花键毂齿端的齿厚切薄图15-81、4—接合齿圈2—接合套3—花键毂F—圆周力(F=F')FN—凸台斜面上的正压力FQ—防止跳档的轴向力在某型汽车使用的五档变速器中,采用了这种减薄齿的结构来防止自动跳档(图15-8)。在花键毂3的两端,齿厚各减薄0.3~0.4mm,使齿的中部形成一凸台。当同步器的接合套左移与接合齿圈接合时(图示位置),接合齿圈1将转矩传到接合套2的一侧,再由接合套的另一侧传给花键毂。由于接合套齿的后端被凸台档住,在接触面上作用有正压力FN,其轴向分力FQ即为防止跳档的轴向力。三、组合式变速器15.1变速器的变速传动机构重型货车的装载质量大,使用条件复杂。欲保证重型货车有良好的动力性、经济性和加速性,则必须扩大传动比范围并增加档数。为避免变速器结构过于复杂和便于系列化生产,多采用组合式变速器,即以1~2种四档或五档变速器为主体,通过更换齿轮副和配置不同的副变速器(一般为两档),得到一组不同传动比范围的变速器系列。目前,组合式变速器已成为重型货车变速器的主要形式。三、组合式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-9所示为常见的一种组合式变速器传动机构示意图。它实质上是由四档主变速器Ⅰ和串联安装在主变速器之后的两档(高速档和低速档)副变速器Ⅱ组成(副变速器输入轴19同时也是主变速器输出轴),这样可得到8个前进档。图15-91—输入轴齿轮2—输入轴3—第一中间轴4—第一中间轴驱动齿轮5—第一中间轴一档齿轮6—倒档轴7—倒档传动齿轮8—倒档空套齿轮9、17—接合套10—第二中间轴一档齿轮11—第二中间轴低速档齿轮12—动力输出接合套13—动力输出轴14—第二中间轴15—输出轴16—输出轴齿轮18—副变速器输入轴齿轮19—副变速器输入轴三、组合式变速器15.1变速器的变速传动机构三、组合式变速器15.1变速器的变速传动机构这种由副变速器高、低速两档传动比分别与主变速器各档传动比搭配而组成高、低两段传动比范围的配合方式,称为分段式配档。它仅在四、五档间换档时,才需要操纵副变速器。当主变速器各档传动比间隔较大,而副变速器低档传动比又较小时,组合得到的传动比均匀地插入主变速器各档传动比之间,这称为插入式配档。它需要主、副变速器交替换档,故换档操作较分段式复杂。倒档轴6上有两个齿轮。其中,倒档传动齿轮7与第一中间轴一档齿轮5啮合,从而保证了倒档轴随输入轴2旋转。另一倒档空套齿轮8在倒档轴上,与副变速器输入轴齿轮18经常啮合。欲将组合式变速器挂入倒档,应先将主变速器置于空档,再将接合套9右移,使之与齿轮8的接合齿圈接合。于是,动力便可从输入轴2依次经齿轮1、4、5、7,倒档轴6,接合套9,齿轮8传到齿轮18。此时,若将接合套17右移,便得高速倒档,左移便得低速倒档。为了保证倒车安全,常用低速倒档。动力输出轴13与第二中间轴14的接合与分离,由动力输出接合套12操纵。三、组合式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-10所示为某重型汽车用变速器传动机构示意图。三、组合式变速器15.1变速器的变速传动机构图15-10a所示组合式变速器也是在主变速器(五档变速器)的后面串联安装了一个两档副变速器Ⅱ,这样可得到10个前进档。在主变速器Ⅰ中,除倒档采用直齿轮传动外,其余各档均采用斜齿轮传动。二~五档采用同步器换档,而一档和倒档是利用接合套11的移动完成换档的。副变速器Ⅱ中的高速档(直接档)和低速档的挂档也采用了同步器。当副变速器中的高、低档同步器接合套17左移并与固定外齿圈16接合时,行星齿轮内齿圈15被固定而不能转动,则副变速器挂入低速档。当接合套17右移并与副变速器高速档齿圈18接合时,行星齿轮轴14、输出轴19、行星齿轮内齿圈15与副变速器输入轴齿轮20固连在一起而同步旋转,则副变速器挂入高速档。三、组合式变速器15.1变速器的变速传动机构润滑油泵2由第一轴直接驱动,并通过第一轴和第二轴6的中心油道,润滑第二轴上的常啮齿轮5、7、9、10、12的内孔与第二轴的配合表面以及副变速器中的行星齿轮轴14。在组合式变速器中,除上述副速器在主变速器之后的布置形式外,当副变速器传动比较小时,也可布置在主变速器之前(图15-10b)。有的重型货车为了得到更多的档位,在主变速器的前、后都装有副变速器。目前,副变速器多与主变速器制成一体。单独布置的副变速器很少应用,因为两根变速杆进行操作很不方便。第二节

同步器一、无同步器时变速器的换档过程15.2同步器变速器在换档过程中,必须使所选档位的一对待啮合齿轮轮齿的圆周速度相等(即同步),才能使之平顺地进入啮合而挂上档。如两齿轮轮齿不同步时即强制挂档,势必因两轮齿间存在速度差而发生冲击和噪声。这样,不但不易挂档,而且影响轮齿寿命,使齿端部磨损加剧,甚至使轮齿折断。为使换档平顺,驾驶人应采取合理的换档操作步骤。现以图15-11所示无同步器的五档变速器中四、五档(四档为直接档,五档为超速档)互相转换的过程为例,说明其原理。图5-111—第一轴2—第一轴齿轮3—接合套4—第二轴五档齿轮5—第二轴6—中间轴五档齿轮7—中间轴常啮传动齿轮一、无同步器时变速器的换档过程15.2同步器第一轴1及其齿轮2直接与离合器从动盘连接,五档齿轮4则通过齿轮6、中间轴和齿轮7与齿轮2保持传动关系。接合套3借花键毂与第二轴5相连,而第二轴又依次通过万向传动装置、驱动桥和行驶系统与整个汽车保持传动关系,所以齿轮2和4的转速及其轮齿和花键齿的圆周速度都与离合器从动盘转速成正比;同理,接合套3的转速及其花键齿的圆周速度都与汽车速度成正比。图5-111—第一轴2—第一轴齿轮3—接合套4—第二轴五档齿轮5—第二轴6—中间轴五档齿轮7—中间轴常啮传动齿轮一、无同步器时变速器的换档过程15.2同步器图5-111—第一轴2—第一轴齿轮3—接合套4—第二轴五档齿轮5—第二轴6—中间轴五档齿轮7—中间轴常啮传动齿轮(1)从低速档(四档)换入高速档(五档)一、无同步器时变速器的换档过程15.2同步器图5-111—第一轴2—第一轴齿轮3—接合套4—第二轴五档齿轮5—第二轴6—中间轴五档齿轮7—中间轴常啮传动齿轮(1)从低速档(四档)换入高速档(五档)

一、无同步器时变速器的换档过程15.2同步器图5-111—第一轴2—第一轴齿轮3—接合套4—第二轴五档齿轮5—第二轴6—中间轴五档齿轮7—中间轴常啮传动齿轮(2)从高速档(五档)换入低速档(四档)一、无同步器时变速器的换档过程15.2同步器由此可见,欲使一般变速器换档时不产生轮齿或花键齿间的冲击,需要进行较复杂的操作,并应在短时间内迅速而准确地完成。这即使是对于技术很熟练的驾驶人,也易造成疲劳。因此,要求在变速器结构上采取措施,既保证挂档平顺,又使操作简化,减轻驾驶人劳动强度。同步器即是在这样的要求下产生的。二、同步器的构造及工作原理15.2同步器同步器是在接合套换档机构基础上发展起来的,其中除有前已述及的接合套、花键毂、对应齿轮上的接合齿圈外,还增设了使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致(同步)的机构,以及阻止两者在达到同步之前接合以防止冲击的结构。同步器有常压式、惯性式、自行增力式等类型,目前广泛采用的是惯性式同步器。1.常压式同步器图15-12所示为装有常压式同步器的变速器。第一轴齿轮2与空套在第二轴5上的齿轮4之间装有花键毂1。花键毂以其内、外花键分别与第二轴和接合套3滑动连接。向左或向右拨动接合套,其内花键齿圈可与齿轮2或齿轮4的接合齿圈接合,即挂上直接档或第二档。二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图5-12a)空档位置b)换档开始c)换上直接档位置d)变速器结构1—花键毂2—第一轴齿轮3—接合套4—第二轴齿轮5—第二轴6—定位销二、同步器的构造及工作原理15.2同步器在齿轮2与4接合齿圈相对的一侧均有一个外锥面,相应地在花键毂两侧加工出内锥面。在花键毂的径向孔内,装有定位销6,它借弹簧的压力嵌入在接合套3内车出的环形凹槽中。图15-12a~c所示为挂直接档过程中同步器的工作示意图。图15-12a所示为接合套在空档位置。挂直接档时,向左拨动接合套,通过定位销带动花键毂1一同左移。当花键毂的内锥面与齿轮2的外锥面接触时,花键毂即不能再继续左移。由于接合套与花键毂之间有弹簧顶住的定位销6,若驾驶人作用在接合套上的力不大,则定位销便阻止接合套在花键毂停止不动的情况下继续向左移动,此时的位置如图15-12b所示。两锥面在驾驶人通过操纵机构施加于接合套和花键毂上的力的作用下互相压紧。齿轮2与花键毂存在转速差,因而两锥面一经接触,便产生摩擦作用。这种摩擦作用促使第一轴齿轮的转速降低到与花键毂的转速(亦即接合套的转速)相等,因而两者花键齿的圆周速度相等(同步)。此时,驾驶人继续增大施加于接合套上的推力,使接合套克服弹簧力压下定位销6而相对花键毂继续左移,其内花键齿圈便与齿轮2的接合齿圈接合,即挂入直接档,如图15-12c所示。二、同步器的构造及工作原理15.2同步器由此可见,用常压式同步器换档与用接合套换档相比较,在工作过程上的区别主要在于前者的摩擦作用能使需接合的两花键齿圈迅速达到并保持同步,并且由于带弹簧的定位销6对接合套的阻力,使两齿圈在达到同步之前暂不接合。但在这种同步器中,对接合套的轴向阻力是由弹簧压力造成的,故其大小有限(“常压式”的名称即由此而得)。如果驾驶人用力过猛,则可能在未达到同步前,接合套便克服弹簧压力,压下定位销而与齿轮2的接合齿圈接触,此时齿间仍将产生冲击。因此,常压式同步器工作不是很可靠,目前较少采用。二、同步器的构造及工作原理15.2同步器惯性式同步器与常压式同步器一样,都是依靠摩擦作用实现同步的。但它可以从结构上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,以避免发生齿间冲击和噪声。2.惯性式同步器轿车和轻、中型货车广泛采用锁环式惯性同步器,其结构和工作原理可用某中型载货汽车六档变速器中的五、六档同步器为例来说明。该同步器构造如图15-13所示。二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-131—第一轴2、13—滚针轴承3—六档接合齿圈4、8—锁环(同步环)5—滑块6—定位销7—接合套9—五档接合齿圈10—第二轴五档齿轮11—衬套12、18、19—卡环14—第二轴15—花键毂16—弹簧17—中间轴五档齿轮20—挡圈二、同步器的构造及工作原理15.2同步器同步器花键毂15的内花键与轴上的外花键配合,用卡环18轴向固定。同步器接合套7的内花键齿与花键毂15的外花键齿滑动配合,接合套7可轴向移动。在花键毂两端与齿圈3和9之间,各有一个青铜制成的锁环(同步环)4和8,锁环上有断续的短花键齿圈(图15-13b),花键齿的断面齿廓、尺寸及齿数与齿圈3、9及花键毂的外花键齿均相同。两个锁环上的花键齿,在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。锁环具有与齿圈上的锥形面锥度相同的内锥面,锥面上制出细牙的螺旋槽,以便两锥面接触后能破坏油膜,增加锥面间的摩擦,缩短同步时间。三个滑块5分别嵌合在花键毂的三个轴向槽b内,并可沿轴向滑动。三个定位销6分别插入三个滑块的通孔中,在弹簧16的作用下,定位销压向接合套,使定位销端部的球面正好嵌在接合套中部的凹槽a中,起到空档定位作用。滑块5的两端伸入锁环的三个缺口c中。锁环的三个凸起部d分别伸入花键毂的三个通槽e中,只有当凸起部d位于通槽e的中央时,接合套与锁环的齿方能啮合。二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14所示为变速器由五档挂入六档(由低速档换入高速档)时,该同步器的工作过程。图15-141—第一轴2、13—滚针轴承3—六档接合齿圈4、8—锁环(同步环)5—滑块6—定位销7—接合套9—五档接合齿圈10—第二轴五档齿轮11—衬套12、18、19—卡环14—第二轴15—花键毂16—弹簧17—中间轴五档齿轮20—挡圈二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14所示为变速器由五档挂入六档(由低速档换入高速档)时,该同步器的工作过程。图15-141—第一轴2、13—滚针轴承3—六档接合齿圈4、8—锁环(同步环)5—滑块6—定位销7—接合套9—五档接合齿圈10—第二轴五档齿轮11—衬套12、18、19—卡环14—第二轴15—花键毂16—弹簧17—中间轴五档齿轮20—挡圈二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-13b二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14b二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14b二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14b二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14b二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14c二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14c二、同步器的构造及工作原理15.2同步器图15-14d二、同步器的构造及工作原理15.2同步器考虑结构布置上的合理性、紧凑性及锥面间产生的摩擦力矩大小等因素,锁环式同步器多用于轿车和轻型货车上;但近年来在中型货车变速器的中、高速档中也开始被采用(上述变速器即为此例)。在中型及大型载货汽车的变速器中,目前较多地采用锁销式惯性同步器。当变速器第二轴上的常啮齿轮及其接合齿圈直径较大时,装用锁销式同步器不仅使齿轮的结构形式合理,而且还可在摩擦锥面间产生较大的摩擦力矩,缩短同步时间。二、同步器的构造及工作原理15.2同步器现以某中型载货汽车五档变速器中采用锁销式同步器的四档、五档为例,说明其结构及工作原理(图15-15)。两个有内锥面的摩擦锥盘2分别固定在带有外花键齿圈的斜齿轮1和6上,随齿轮一同旋转。与之相配合的两个有外锥面的摩擦锥环3,通过三个锁销8和三个定位销4与接合套5连接。锁销8与定位销4在同一圆周上相互间隔地均匀分布。锁销8的两端固定在摩擦锥环3的孔中,其直径与接合套凸缘上相应的销孔的内径相等,中部直径则小于孔径。锁销8中部和接合套5上相应的销孔两端有角度相同的倒角——锁止角。只有在锁销和接合套孔对中时,锁止角才不相抵触,接合套方能沿锁销轴向移动进行挂档。在接合套上的定位销孔中部钻有斜孔,内装弹簧11,把钢球10顶向定位销中部的环槽(如A—A剖面图所示),以保证同步器处于正确的空档位置。定位销4两端深入锥环内侧面,但有间隙,故定位销可随接合套5轴向移动。图15-151—第一轴齿轮2—摩擦锥盘3—摩擦锥环4—定位销5—接合套6—第二轴四档齿轮7—第二轴8—锁销9—花键毂10—钢球11—弹簧二、同步器的构造及工作原理15.2同步器

图15-151—第一轴齿轮2—摩擦锥盘3—摩擦锥环4—定位销5—接合套6—第二轴四档齿轮7—第二轴8—锁销9—花键毂10—钢球11—弹簧二、同步器的构造及工作原理15.2同步器自行增力式同步器与常压式和惯性式同步器一样,也是利用摩擦原理实现同步,主要区别在于同步环产生的摩擦力矩由于同步环内的弹簧片作用而得到成倍增长,使换档更为省力、迅速,但由于其结构较复杂,因此使用得并不广泛。图15-151—第一轴齿轮2—摩擦锥盘3—摩擦锥环4—定位销5—接合套6—第二轴四档齿轮7—第二轴8—锁销9—花键毂10—钢球11—弹簧综上所述,由于同步器能消除或减轻齿轮间的冲击和噪声,并使换档轻便,故目前为各类汽车所采用。第三节

变速器操纵机构变速器操纵机构应保证驾驶人能准确而可靠地使变速器挂入所需要的任一档位工作,并可随时使之退到空档。一些汽车变速器布置在驾驶人座位附近,变速杆由驾驶室底板伸出,驾驶人可直接操纵。这种操纵机构称为直接操纵式变速器操纵机构。它一般由变速杆、拨块、拨叉、拨叉轴以及安全装置等组成,多集中装于上盖或侧盖内,结构简单,操纵方便。15.3变速器操纵机构图15-16所示为某中型载货汽车六档变速器操纵机构的组成与布置示意图。拨叉轴7、8、9、10的两端均支承于变速器盖的相应孔中,可以轴向滑动。所有的拨叉和拨块都以弹性销固定于相应的拨叉轴上。三、四档拨叉2的上端具有拨块。拨叉2和拨块3、4、14的顶部制有凹槽。变速器处于空档时,各凹槽在横向平面内对齐,叉形拨杆13下端的球头即伸入这些凹槽中。选档时可使变速杆绕其中部球形支点横向摆动,则其下端推动叉形拨杆13绕换档轴11的轴线摆动,从而使叉形拨杆下端球头对准与所选档位对应的拨块凹槽,然后使变速杆纵向摆动,通过叉形拨杆带动拨叉轴及拨叉向前或向后移动,即可实现挂档。例如,横向摆动变速杆使叉形拨杆下端的球头深入拨块3顶部的凹槽中,再纵向摆动变速杆使拨块3连同拨叉轴9和拨叉5沿纵向向前移动一定距离,便可挂入二档;若向后移动一段距离,则挂入一档。当使叉形拨杆下端的球头深入拨块14的凹槽中,并使其向前移动一段距离时,便挂入倒档。15.3变速器操纵机构图15-161—五、六档拨叉2—三、四档拨叉3—一、二档拨块4—五、六档拨块5—一、二档拨叉6—倒档拨叉7—五、六档拨叉轴8—三、四档拨叉轴9—一、二档拨叉轴10—倒档拨叉轴11—换档轴12—变速杆13—叉形拨杆14—倒档拨块15—自锁弹簧16—自锁钢球17—互锁柱销不同变速器的档数和操纵机构的结构与布置都有所不同,因而相应于各档位的变速杆上端手柄位置排列,即档位排列也不相同。因此,汽车驾驶室仪表板上(或操纵手柄上)应标有该车变速器档位排列图(如图15-16左上方的图)。15.3变速器操纵机构图15-161—五、六档拨叉2—三、四档拨叉3—一、二档拨块4—五、六档拨块5—一、二档拨叉6—倒档拨叉7—五、六档拨叉轴8—三、四档拨叉轴9—一、二档拨叉轴10—倒档拨叉轴11—换档轴12—变速杆13—叉形拨杆14—倒档拨块15—自锁弹簧16—自锁钢球17—互锁柱销在有些汽车上,由于变速器离驾驶人座位较远,则需要在变速杆与拨叉之间加装一些辅助杠杆或一套传动机构,进行远距离操纵。这种操纵机构称为间接操纵式变速器操纵机构。该操纵机构应有足够的刚度,且各连接件间隙不能过大,否则换档时手感不明显。由于布置上的原因,它多用在轿车和轻型汽车上。某型轿车由于其变速器安装在前驱动桥处,不在驾驶人的座位附近,不能直接操纵,因此采用间接操纵式变速器操纵机构。外部操纵机构,即变速器壳体以外的部分操纵机构(图15-17)由驾驶人座位附近的变速操纵杆(简称变速杆)总成27及手柄26、铰链(包括球壳25、球衬座33等)、中间连接杆件(拉杆总成16、后换档管焊接总成17等)等构成。这是一套双杆传动装置的远距离操纵机构,变速杆主要通过两根连接杆件操纵变速器的内部操纵机构,分别进行选档、换档动作。有的远距离操纵机构的外部操纵机构只有一根杆件,通过控制该杆件前后直线移动和左右摆动来实现选档和换档功能。各连接杆应具有足够的刚度,且连接点处间隙要小,否则将影响换档时的手感。15.3变速器操纵机构图15-171—变速器总成2—前拉杆焊接总成3—球衬4—限位螺钉5—换档前拉杆焊接总成6—换档摇臂总成7—球头衬套8—球头9、13—球碗总成10、12—螺母11—螺纹套14—换档连杆管夹15—螺栓16—拉杆总成17—后换档管焊接总成18—防尘套19—下支架20—上支架21—右缓冲块22—防护罩下支架23—防护罩上支架24—变速杆防护罩25—球壳26—变速杆手柄27—变速杆总成28—导套29—变速杆导向套30—压板31—左缓冲块32—隔块33—球衬座34—弹簧图15-18所示为该轿车变速器的内部操纵机构,由选档换档轴总成1、导块2、4及拨叉3、5、7、10和换档轴6、8、9组成。五、倒档换档轴6,三、四档换档拨叉3和一、二档导块2的延伸部分在选档换档轴总成1下方形成朝上的凹槽并沿其轴向排列,固定在选档换档轴上的拨头在三个槽中可以沿轴向滑动。选档时通过外部操纵机构使选档换档轴总成1做轴向移动,使其拨头在五、倒档换档轴6,三、四档换档拨叉3和一、二档导块2的凹槽中移动,实现选档动作;换档时转动选档换档轴,使其拨头推动所选凹槽的侧壁,带动相应的拨叉轴及其上固定的拨叉一起沿拨叉轴的轴线方向移动,拨叉推动同步器接合套轴向移动完成换档。虽然倒档和五档用的不是同一个拨叉,但它们连接在同一个换档轴上,因此操纵机构只用三根拨叉轴。15.3变速器操纵机构图15-181—选档换档轴总成2—一、二档导块3—三、四档换档拨叉4—倒档导块5—倒档换档拨叉总成6—五、倒档换档轴7—五档换档拨叉8—三、四档换档轴9—一、二档换档轴10—一、二档换档拨叉前述内部操纵机构采用了三根拨叉轴,属于多轨式操纵机构。单轨式操纵机构只采用了一根拨叉轴,使结构得到简化。图15-4所示变速器的内部操纵机构就是一种单轨式的结构,具体结构如图15-19所示。15.3变速器操纵机构前述内部操纵机构采用了三根拨叉轴,属于多轨式操纵机构。单轨式操纵机构只采用了一根拨叉轴,使结构得到简化。图15-4所示变速器的内部操纵机构就是一种单轨式的结构,具体结构如图15-19所示。15.3变速器操纵机构图15-191—拨叉轴2—限位板3—限位块4—定位销5—一、倒档拨叉6—二、三档拨叉7—四、五档拨叉8—拨块9—选档换档轴10—拨头拨叉轴1的两端支承在变速器壳体两端的孔里,可以沿轴向自由移动。拨叉轴上固定着拨块8,选档换档轴9下端的拨头10插入拨块的球形槽中,有间隙,可以在纵向和横向上做小幅度的运动。拨叉轴中部空套着限位板2。限位板被安装在壳体上的限位块3限制了轴向的移动,只能绕轴线转动。限位板沿半径方向开有缺口,固定在拨叉轴上的定位销4伸出到缺口处,二者之间有少量间隙以保证定位销可以随拨叉轴相对限位板做轴向运动。15.3变速器操纵机构图15-19一、倒档拨叉5,二、三档拨叉6和四、五档拨叉7都空套在拨叉轴上,它们沿着拨叉轴轴线方向伸出的延长杆在限位板处沿圆周排列,并制成朝内的圆弧凹槽,限位板及其缺口中的定位销卡在它们形成的凹槽中。定位销的直径基本等于一个凹槽的周向宽度。15.3变速器操纵机构图15-19换档时,外部操纵机构带动选档换档轴9轴向移动,其下面的拨头推动拨块使拨叉轴转动,定位销带动限位板转动。当定位销进入某一拨叉延长杆的凹槽时,限位板就会卡住另外两个拨叉的延长杆。这时选档换档轴9转动,其拨头推动拨块使拨叉轴做轴向移动,则定位销带动所选中的拨叉随拨叉轴一起移动,拨叉推动相应的接合套移动完成换档。此时另外两个拨叉由于延长杆的凹槽被限位板锁死,因此不能移动换档。单轨式换档机构要求各档的挂档行程是一样的。为保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作,对变速器操纵机构提出如下要求:①保证变速器不自行脱档或挂档,在操纵机构中应设有自锁装置;②保证变速器不同时挂入两个档位,在操纵机构内应设互锁装置;③防止误挂倒档,在变速器操纵机构中应设有倒档锁。15.3变速器操纵机构(1)自锁装置挂档过程中,若操纵变速杆推动拨叉前移或后移的距离不足时,齿轮将不能在全齿宽上啮合而影响齿轮的寿命。即使达到全齿宽啮合,也可能由于汽车振动等原因,齿轮产生轴向移动而减少了齿的啮合长度,甚至完全脱离啮合。为防止出现上述情况,应设置自锁装置。15.3变速器操纵机构(1)自锁装置图15-20所示为某型载货汽车变速器的自锁和互锁装置。自锁装置由自锁钢球1和自锁弹簧2组成。每根拨叉轴的上表面沿轴向分布三个凹槽。当任一根拨叉轴连同拨叉一起轴向移动到空档或某一工作档位置时,必有一个凹槽正好对准自锁钢球1。于是,钢球在弹簧压力下嵌入该凹槽内,拨叉轴的轴向位置即被固定,从而拨叉连同滑动齿轮(或接合套)也被固定在空档或工作档位置,不能自行脱出。当需要换档时,驾驶人必须通过变速杆对拨叉或拨叉轴施加一定的轴向力,克服弹簧的压力将钢球由拨叉轴的凹槽中挤出推回孔中,拨叉轴和拨叉方能再进行轴向移动。拨叉轴上表面相邻凹槽之间的距离,即等于为保证在全齿宽上啮合或完全退出啮合所必需的拨叉及其拨叉轴的移动距离。图15-201—自锁钢球2—自锁弹簧3—变速器盖(前端)4—互锁钢球5—互锁销6—拨叉轴15.3变速器操纵机构(2)互锁装置若变速杆能同时推动两个拨叉,即同时挂入两个档位,则必将造成齿轮间的机械干涉,变速器将无法工作甚至损坏。为此,应设置互锁装置。图15-201—自锁钢球2—自锁弹簧3—变速器盖(前端)4—互锁钢球5—互锁销6—拨叉轴图15-20所示的互锁装置是由互锁钢球4和互锁销5组成的。每根拨叉轴在朝向互锁钢球的侧表面上均制出一个深度相等的凹槽,任一拨叉轴处于空档位置时,其侧面凹槽都正好对准互锁钢球4。两个互锁钢球直径之和正好等于相邻两轴之间的距离减去轴的直径,再加上一个凹槽的深度。中间拨叉轴上两个侧面凹槽之间有孔相通,孔中有一根可以移动的互锁销5,销的长度等于拨叉轴的直径减去一个凹槽的深度。15.3变速器操纵机构(2)互锁装置互锁装置的工作情况如图15-21所示。当变速器处于空档位置时,所有拨叉轴的侧面凹槽同钢球、互锁销都在一条直线上。当移动中间拨叉轴6时(图15-21a),其两侧的内钢球从侧凹槽中被挤出,而两外互锁钢球2和4则分别嵌入拨叉轴1和5的侧面凹槽中,因而将拨叉轴1和5刚性地锁止在其空档位置。若欲移动拨叉轴5,则应先将拨叉轴6退回到空档位置(图15-21b)。于是,在移动拨叉轴5时,互锁钢球4便从拨叉轴5的凹槽中被挤出,同时通过互锁销3和其他钢球将拨叉轴6和1均锁止在空档位置。同理,当移动拨叉轴1时,拨叉轴6和5被锁止在空档位置(图15-21c)。由此可知,互锁装置的作用是当驾驶人用变速杆推动某一拨叉轴时,自动锁止其他所有拨叉轴。图15-211、5、6—拨叉轴2、4—互锁钢球3—互锁销15.3变速器操纵机构(3)倒档锁汽车行进中若误挂倒档,变速器轮齿间将发生极大冲击,导致零件损坏。汽车起步时若误挂倒档,则容易出现安全事故。为此,应设有倒档锁。图15-221—倒档锁销2—倒档锁弹簧3—倒档拨块4—变速杆图15-22所示为五档变速器中常用的倒档锁装置。它由一、倒档拨块中的倒档锁销1及倒档锁弹簧2组成。驾驶人要挂一档或倒档时,必须用较大的力使变速杆4的下端压缩倒档锁弹簧2,将倒档锁销1推向右方后,才能使变速杆下端进入倒档拨块3的凹槽内,以拨动一、倒档拨叉轴而挂入一档或倒档。由此可见,倒档锁的作用是使驾驶人必须对变速杆施加更大的力方能挂入倒档,起到提醒注意的作用,以防止误挂倒档。15.3变速器操纵机构(3)倒档锁为改善重型货车组合式变速器的操纵轻便性,副变速