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第十五章变速器与分动器第十五章变速器与分动器一、主要内容1.变速器的功用和类型；2.变速器的变速传动机构；3.同步器；4.变速器的操纵；5.分动器；第1节变速器的功用与类型1.1变速器的功用：(1)改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的范围，以适应经常变化的行驶工况，使发动机工作在高效区。(2)实现倒车；(3)利用空档，中断动力传递。1.2变速器的组成：（1）变速传动机构；（2）变速操纵机构。第1节变速器的功用与类型1.3变速器的类型：按传动比的变化范围：有级式变速器：无级式变速器：综合式变速器：应用最广泛，由若干个固定的传动比。可分为轴线固定式、轴线旋转式（行星齿轮）。变速器的档位指前进档的数目。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）。由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械变速箱。其传动比可在几个间断的内连续变化。按操纵方式分类：强制操纵式：自动操纵式：半自动操纵式：1.3变速器的类型：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。固定式：几个常用的档位自动，其余由驾驶员操纵。预选式：先选取档位，换档过程自动。第2节变速器的变速传动机构2.3三轴变速器2.1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2.2两轴式变速器2.4防止跳档的结构和措施1．变速传动机构的组成变速传动机构主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。2.1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2．变速传动机构的工作原理（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。1．变速传动机构的组成变速传动机构主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。2.3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2．变速传动机构的工作原理（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。3．常见的换档方式（1）利用滑动齿轮换档3．常见的换档方式（1）利用滑动齿轮换档（2）利用接合套换档3．常见的换档方式（1）利用滑动齿轮换档（2）利用接合套换档（3）利用同步器换档变速传动机构主要作用是改变转速和转矩的大小，方向。按工作轴的数量（不包括倒档轴）可以分为：两轴和三轴两种类型。两轴变速器输入轴动力——输入轴齿轮/输出轴齿轮——输出轴动力有两种类型的轴：输入轴、输出轴三轴变速器：输入轴动力——输入轴齿轮/中间轴齿轮——输出轴齿轮——输出轴动力有三种类型的轴：输入轴、中间轴、输出轴两轴式变速器变速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。大部分轿车都采用两轴式变速器。2.2两轴式变速器2.2两轴式变速器输出轴动力输入轴齿轮/输出轴齿轮输入轴动力球轴承14151312R111滚针轴承输入轴滚子轴承21222324输出轴25球轴承a.传动链b.支撑方式c.操纵方式d.润滑方式与密封2.2两轴式变速器a.传动链：输入轴动力——输入轴齿轮/输出轴齿轮——输出轴动力。并通过改变不同输入轴齿轮/输出轴齿轮啮合，实现不同的档位。b.支撑方式：采用圆柱滚子轴承、滚针轴承、向心球轴承作为支撑。滚针轴承具有可承受较大的径向刚度大；径向尺寸小，可以不安装内圈和外圈，因此便于安装在狭小空间内。c.操纵方式：通过各档拨叉，推动同步器（或者结合套）实现换档操作。d.润滑方式与密封：变速箱壳体内注入齿轮油，采用飞溅方式润滑齿轮副、轴、轴承等，同时也通过在齿轮上钻径向孔，或者在齿轮轮毂上开径向油槽的方式，来润滑所在部位的轴承；变速器的润滑油应避免流入到前端的离合器和后端的万向节。直接档的定义：将输入轴和输出轴直接连接输出动力的档位，该档效率最高。小结两轴变速器特点：无中间轴，输入轴和输出轴平行；没有直接档，因此高速档的效率比三轴变速器低；在传动线路中只有一对齿轮啮合，机械效率高，噪音小。输入轴和输出轴旋转方向相反；结构简单，紧凑、容易布置；在FF或RR布置的汽车上广泛采用，一般将主减速器和差速器也集成在变速箱内。2.3三轴变速器输入轴中间轴输出轴1档2档3档4档5档6档a.传动链b.支撑方式c.操纵方式d.润滑方式与密封a.传动链：输入轴动力——输入轴齿轮/中间轴齿轮——中间轴齿轮/输出轴齿轮——输出轴动力。并通过改变不同中间轴齿轮/输出轴齿轮啮合，实现不同的档位。b.支撑方式：采用圆柱滚子轴承、滚针轴承、向心球轴承作为支撑。滚针轴承具有可承受较大的径向刚度大；径向尺寸小，可以不安装内圈和外圈，因此便于安装在狭小空间内。c.操纵方式：通过各档拨叉，推动同步器（或者结合套）实现换档操作。d.润滑方式与密封：变速箱壳体内注入齿轮油，采用飞溅方式润滑齿轮副、轴、轴承等，同时也通过在齿轮上钻径向孔，或者在齿轮轮毂上开径向油槽的方式，来润滑所在部位的轴承；变速器的润滑油应避免流入到前端的离合器和后端的万向节。直接档的定义：将输入轴和输出轴直接连接输出动力的档位，该档效率最高。小结2.3三轴变速器100050403020123222124250RR2R42352.3.2三轴变速器各档位传动比的计算输入轴齿轮1：Z01=22；中间轴齿轮00：Z00=43；中间轴1档齿轮01：Z01=11；中间轴2档齿轮02：Z02=19；中间轴3档齿轮03：Z03=26；中间轴4档齿轮04：Z04=33；中间轴5档齿轮05：Z05=38；中间轴倒档齿轮0R：Z0R=11；输出轴1档齿轮21：Z21=43；输出轴2档齿轮21：Z21=47；输出轴3档齿轮23：Z23=38；输出轴4档齿轮24：Z24=32；输出轴5档齿轮25：Z25=26；输出轴倒档齿轮2R：Z2R=40；倒档中间齿轮R：ZR=231档传动比：I1=(Z00/Z1)×(Z21/Z01)=(43/22)×(43/11)=7.640直接档传动比：为1。倒档传动比：IR=(Z00/Z1)×(ZR/Z0R)×(Z2R/ZR)=7.107说明1：采用接合套或者同步器换档与移动齿轮换档的比较：中间轴和输出轴上啮合齿轮副可制成常啮合的斜齿轮，有利于提高承载能力，同时降低工作时的噪音，提高齿轮的使用寿命；在传递的动力相等的前提下还可以减小齿轮的尺寸，从而减小变速向的尺寸。因为接合齿圈的齿宽可以较窄，使得结合和脱离更迅速，驾驶员做功减少；减少换档时的冲击，噪音小；在接合齿圈与齿轮采用花键连接的结构中，接合齿圈和同步器损坏后可以更换，避免了齿轮整体报废的情形，经济性好。接合齿圈和同步器的寿命比移动齿轮短，需要经常更换。说明2：三轴变速箱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，因此有时采用双中间轴的方式来消除输出轴的变形说明3：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，还导致在该档位汽车的驱动力不足，影响动力性（加速、爬坡）。说明4：三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。2.4防止跳档的结构和措施原因：接合套与接合齿圈的结合长度短；经常换档引起接合套的齿端磨损等原因，使汽车在正常行驶时因振动造成接合套与接合脱离，发生自动跳档。2.3.3防止跳档的结构措施典型的防止跳档的结构措施：齿端制成倒斜面；花键毂齿端的齿厚切薄；接合齿套齿端形成凸肩。（1）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（3）接合套的齿端制成凸肩第3节同步器3.1无同步器时变速器的换档过程齿轮2、齿轮4及其端部接合齿圈的转速由离合器输出轴的转速决定，并跟随其变化。接合套及其端部接合花键的转速由汽车行驶速度决定，并跟随其变化采用滑动齿轮或接合套换档时，必须使待啮合的轮齿(或接合套与接合齿圈花键齿)的圆周速度一致（同步），才能顺利进入啮合而完成挂档。第3节同步器3.1无同步器时变速器的换档过程3.1.1自低速档换入高速档3.1.2自高速档换入低速档高档换低档和低档换高档实现同步的方法还有所不同。3.1.1自低速档换入高速档4档接合时：V3=V2；V4V2分离瞬间：V3=V2；V4V3分离一段时间：V4下降较快V3下降较慢使得V4=V3换档的最佳时机3.1.2自高速档换入低速档5档接合时：V3=V4；V4V2分离瞬间：V3=V4；V3V2分离一段时间：V2下降较快V3下降较慢使得V2=V3不可能出现无换档的最佳时机接离合器，加速V2V33.1.3同步器的作用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，容易造成驾驶员的疲劳。为克服上述缺点，在普通变速箱上采用同步器，使换档时即将啮合齿轮的接合部位与接合套的速度相等，即实现同步。3.2同步器的构造和原理3.2.1同步器的分类常压同步器；惯性式同步器；锁环式、锁销式自行增力式同步器；3.2同步器的构造和原理3.2.2惯性式同步器的的构造和原理特点：惯性同步器靠摩擦原理工作，其特点是:在结构上保证了接合部位在未达到同步时不能接触，因此可以避免冲击和噪音发生。分为：锁环式和锁销式。广泛应用于轿车和轻型、中型车辆。惯性式同步器的构造惯性式同步器的构造惯性式同步器的构造：组成：同步环、结合套、花键毂、滑块、定位销与弹簧；惯性式同步器的工作原理惯性式同步器工作过程以变速器由5档换入6档为例。1.变速器由5档退入空档。n4=n7n3n7n3n4花键毂6挡接合齿圈接合套锁环滑块2.锁止。惯性式同步器工作过程拨环力（矩）在同步环上作用着两个力矩：拨环力矩M2和惯性力矩M1，只有当M2M1,才能作到结合。M1正比于F1；M2正比于F2。二者均是Fn的分力，相对关系取决于锁止角。通过设置合理的锁止角可以保证在未达到同步前，无论驾驶员施加多大的力，都保证M2M1，而使结合套与同步环不能结合。因为这个锁止作用是由惯性力矩造成的，因此称之为惯性同步器。3.同步并实现结合惯性式同步器的工作过程n3=n4惯性力矩消失，解除锁止。4.完成换档惯性式同步器的工作过程在结构上保证了接合部位在未达到同时不能接触，因此可以避免冲击和发生的噪音。惯性式同步器的换挡工作过程3.2.4锁环式同步器的特点结构紧凑；径向尺寸小；锥面间产生摩擦力不大；结合齿端面作为锁止面，容易磨损而失效；适用于转矩不大的高速档或者轿车和轻型车辆。3.2.5锁销式同步器的特点3.2.6锁销式同步器的工作原理3.2.6锁销式同步器的工作原理锁销式同步器在结构上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。3.2同步器的构造和原理3.2.6自行增力式同步器的构造和原理3.2同步器的构造和原理3.2.6自行增力式同步器的构造和原理弹簧片的变形使得摩擦力矩大大提高，使得换档更省力、更迅速，提高了换档的效率。第4节变速器的操纵机构4.1变速器操纵机构的功用和类型功用：让驾驶员根据路面情况能准确地将变速器挂上或者摘下所需要的某个档位，以保证汽车安全行驶。分类：直接操纵机构；远距离操纵直接操纵机构变速器布置在驾驶员作为附近，变速杆由驾驶室地板伸出，驾驶员可以直接操纵换档。组成：变速杆、拨块、拨叉、拨叉轴、安全装置。安装位置：安装在变速器的上盖或者侧盖内；特点：结构紧凑、简单、操纵方便。注意：每一根拨叉轴最多实现2个档位，档位越多换档操纵机构越复杂。对于不同的变速箱，其档位排列不同，因此在仪表板上或者操纵手柄上应该有变速箱档位排列图。2．操纵机构的安全装置作用：保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作。1）自锁装置组成：自锁钢球和自锁弹簧；作用：保证换档到位;防止自动脱档。2）互锁装置组成：互锁销，互锁钢球；作用：防止同时挂入两档。作用：驾驶员用变速杆推动某