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手动变速器简介技术开发部传动室手动变速器简介第2页共26页1传动系概要1.1传动装置将原动机（发动机）产生的扭矩传递给驱动车轮（轮胎）的装置。基本构成如下：⑴离合器⑵变速装置（变速器）⑶差速装置（差速器）⑷传动轴⑸半轴（驱动轴）离合器或液力变矩器离合器或液力变矩器变速器变速器前车轮发动机发动机半轴半轴半轴半轴前桥差速器差速器前桥图1FF车W-E、E-W型式2WD布置图发动机离合器或离合器或发动机液力变矩器变速器变速器液力变矩器中间差速器分动器分动器前半轴前差速器前差速器前半轴传动轴传动轴后半轴后半轴后桥后差速器后差速器后桥图2FF车W-E、E-W型式4WD布置图手动变速器简介第3页共26页1.2变速器的必要性对于一般的汽车，原动机使用发动机时：（a）发动机的旋转方向一定；（b）发动机的工作区域扭矩也基本上一定。与此相反，车辆的行驶条件需要对应从停止到起动、从低速到100km/h以上的高速行驶、暂时中断动力、后退行驶（倒车）等很多用途。因此为了使发动机的性能能够十分恰当地适应各种行驶工况，必须设有变速器。1.3变速器的分类（a）种类·手动变速器：MANUALTRANSMISSION（M/T）·自动变速器：AUTOMATICTRANSMISSION（A/T）（b）根据驱动方式分类·FR方式：是指发动机纵置在车辆的前方，变速器在发动机的后面，离合器介于二者之间，并且变速器与发动机曲轴在同一轴线上的布置方式。·FF方式：是指变速器与驱动轴一起布置在车辆的前方位置，为此离合器、变速器通常还要加上配置在变速器内的终减速器。一般将它们合称为传动系（TRANS-AXLE）。·4WD方式：以上述方式为基础，加上分动器就构成了4WD方式。手动变速器简介第4页共26页驱动方式具体用途前置发动机前轮驱动（FF）中·小型乘用车（大众车、商用车）跑车（SPORTYCAR）前置发动机后轮驱动（FR）中·小型乘用车运动型轿车（SPORTSCAR）商用车（大型、中型、小型）前置发动机四轮驱动（F4）多功能车（雪地用乘用车、RV）高功率车（赛车（SPORTSCAR））高扭矩车（越野车（OFFLOAD））后置发动机后轮驱动（RR）小型乘用车小型商用车运动型轿车（SPORTSCAR）后置发动机四轮驱动（R4）赛车（SPORTSCAR）小型乘用车中置发动机后轮驱动（MR）运动型轿车（SPORTSCAR）赛车（RACINGCAR）中置发动机四轮驱动（M4）运动型轿车（SPORTSCAR）拉力车Pick-Up：皮卡车2离合器2.1离合器的作用能够将发动机的动力传递到变速器、并且在换档时能够中断动力传递的传动装置。离合器的性能要满足以下要求：⑴能够中断从发动机到驱动系（变速器）的动力传递；⑵能够平稳地传递动力；⑶起动时和换档时，离合器都能够圆滑、平静地实现接合；⑷要有足够的耐久性（耐摩擦性、耐热性、高速旋转强度等）；⑸能够减轻发动机的转速变化（即能降低驱动系的振动、噪音）；⑹为了轻量化的目的，要容易布置。2.2离合器的分类(a)摩擦离合器干式—————单片——————膜片弹簧型———多片———螺旋弹簧型湿式·干式：摩擦片在干燥状态下使用。·湿式：摩擦片在油中使用。·单片：现代汽车使用最多的类型是离合器从动盘只有一个。·多片：离合器从动盘有二个以上。(b)离心离合器(c)流体离合器手动变速器简介第5页共26页(d)电磁离合器汽车用离合器要求构造简单、易于维护和检查、且安全性较高，所以普遍采用摩擦离合器。F5M41变速器离合器形式是干式、单片、膜片弹簧型的摩擦离合器，在高性能车中使用多片离合器。2.3离合器的构造和原理这里以手动变速器上广泛采用的干式、单片、膜片弹簧离合器为例进行说明。⑴离合器的构成零部件由以下部件构成：(a)离合器从动盘总成：主要由摩擦片、减振器盘、从动盘本体、从动盘毂、减振弹簧构成。(b)离合器压盘总成：主要由膜片弹簧、压盘、压盘盖构成。离合器压盘总成有拉式和推式两种。一般情况下用推式，但在发动机扭矩比较大、性能要求较高的车上，膜片弹簧的杠杆比比较大，所以采用拉式。⑵原理发动机的驱动力按照下列顺序传递到变速器：发动机—→飞轮—→压盘盖—→压盘—→从动盘—→变速器输入轴（主传动轴）对于切断动力，驱动力是踏在离合器踏板上的力，开始之后，离合器的动作如下：踏下离合器踏板—→离合器钢索—→拉—→分离轴承向飞轮侧移动—→离合器控制杆—→膜片弹簧带动压盘与从动盘分离—→切断动力压盘离合器钢索飞轮膜片弹簧分离指限位螺桩拉式拉推式推离合器踏板2.4离合器控制2.4.1离合器控制机构离合器控制机构有钢索式和油压式两种。手动变速器简介第6页共26页·索式构造简单、经济；使用钢索的原因是受布置空间的限制；不利于振动和噪音方面。·油压式包括主油缸、分离油缸等构成零部件，费用高；有利于振动和噪音方面。软钢索主油缸限位杆离合器踏板离合器液压软管离合器踏板离合器液压钢管离合器分离油缸[索式（软钢索）][油压式]2.4.2F5M41变速器的离合控制机构·采用易于维修保养构造的液压式离合器操纵装置。·该构造随着摩擦片的表面材料磨损，通过分离液压缸内的弹簧可以使分离轴承总是轻轻地与离合器压盘的膜片弹簧保持接触。·采用只要使离合器动作一次就能调整完了的自动调心式离合器分离轴承。·考虑轴承滑动部的耐磨损性，离合器分离轴承保持架采用与离合器壳体分离的板金制品。手动变速器简介第7页共26页3手动变速器概要3.1手动变速器的构造和原理⑴构造构成零部件包括以下部分：(a)齿轮——直齿轮、斜齿轮、伞齿轮；(b)轴——输入轴、输出轴等；(c)轴承——球轴承、滚针轴承等；(d)壳体——变速器壳体、离合器壳体等；(e)机能部件——同步器等。手动变速器简介第8页共26页F5M41变速器剖面图手动变速器简介第9页共26页输入轴倒档中间齿轮倒档中间齿轮采用直接滑动齿轮挂档的形式。输出轴倒档中间齿轮倒档换档杆3.2MMC手动变速器的情况（1）FF手动变速器型号档位型式发动机扭矩（kgf.m）5101520253035FF2WD4F4M1165F5M1165F5M1295F5M41155F5M42235F5M51334WD5W5M1165W5M1295W5M42235W5M5137（2）FR手动变速器型号档位型式发动机扭矩（kgf.m）5101520253035FR2WD5R5M115.65R5M21205R5M31335R5M41104WD5V5M115.65V5M21205V5M31335V5M41103.3基本构成零部件及工作原理3.3.1F5M41变速器的壳体·由铝合金压铸件的离合器壳体与变速器壳体两部分构成，构造简洁、轻便。（图3）·离合器壳体与变速器壳体两部分通过3个定位销保证良好的定位精度，密封垫采用液态密封胶，同时用16个M10螺栓连接起来，提高了接触面结合刚性。手动变速器简介第10页共26页·高速行驶时能降低油面、以减少油搅拌损失的储油箱与变速器做成一体成型。（图4）·设置吸附油中杂质的大型磁石。变速器壳体离合器壳体M10螺栓M10螺栓图3变速器壳体图4储油箱图10动力传递图（倒档）3.3.2齿轮3.3.2.1齿轮的分类手动变速器简介第11页共26页轴的相对位置齿轮的种类说明图平行轴齿轮（在平行的2轴之间传动的齿轮的统称）直齿轮斜齿轮人字齿轮齿向与轴线平行的圆柱齿轮齿向与轴线平行的圆柱齿轮由左右两个螺旋斜齿轮组合成一体的圆柱齿轮abc交叉轴齿轮（在交叉的2轴之间传动的齿轮的统称）伞(圆锥)齿轮直齿圆锥齿轮螺旋锥齿轮等径锥齿轮冕状齿轮在交叉的2轴之间传动分度面为圆锥的齿轮副或齿轮齿向与分度圆锥的母线一致的伞齿轮与之啮合的冕状齿轮的齿向为曲线的伞齿轮在正交的两个轴间传动的齿数相等的伞齿轮副分度圆锥角为90°的伞（圆锥）齿轮fg交错轴齿轮（在不交叉不平行的2轴之间传递运动的齿轮的统称）螺旋齿轮筒形蜗轮鼓形蜗杆准双曲面齿轮利用圆柱齿轮副在交错轴间传递运动的齿轮副包括筒形蜗轮蜗杆的齿轮副包括鼓形蜗轮蜗杆的齿轮副在交错轴间传递运动的圆锥或近似圆锥形状的齿轮或齿轮副Ijkl根据齿的形状分类外齿轮内齿轮齿条平面(半轴)齿轮齿顶曲面在齿底曲面的外侧的齿轮齿顶齿面在齿底齿面的内侧的齿轮在一个平面内包含一串相同形状等距离齿的平板或直棒直齿轮或斜齿轮与啮合的圆盘状齿轮或齿轮副，包括轴夹角为直角的交叉轴平面（半轴）齿轮和交错轴平面（半轴）齿轮abc等deh（a）直齿轮（b）斜齿轮（c）人字齿轮（d）内齿轮副（e）齿条及小齿轮（f）直齿圆锥齿轮（g）螺旋锥齿轮（h）交叉轴平面齿轮筒形蜗杆鼓形蜗杆筒形蜗轮鼓形蜗轮（i）螺旋齿轮（j）筒形蜗轮蜗杆（k）鼓形蜗轮蜗杆（l）准双曲面齿轮3.3.2.2手动变速器主要使用以下齿轮：1．直齿轮2．直齿锥齿轮斜齿轮3．直齿锥齿轮4．双曲线齿轮5．螺旋齿轮手动变速器简介第12页共26页直齿轮斜齿轮直齿锥齿轮双曲线齿轮螺旋锥齿轮内齿轮与外齿圈蜗轮蜗杆齿条螺旋齿轮3.3.3轴承3.3.3.1轴承分类：手动变速器使用的轴承主要有以下几种：⑴球轴承⑵滚子轴承①滚针轴承②圆柱滚子轴承③圆锥滚子轴承手动变速器简介第13页共26页手动变速器简介第14页共26页3.3.3.2轴承构造：手动变速器简介第15页共26页3.3.4同步装置（同步机构）在F5M41中，同步器没有滑块，同步环上有三个凸块，其宽度与转接套齿槽的宽度差为半个齿距（PITCH/2），作用是限制同步环的转角，环形弹簧的作用是，在换档初期与外齿圈的六个高齿产生轴向挤压力，使同步环与同步锥毂进行接触、摩擦后转过一个角度。二者共同代替了原来的滑块和弹簧的作用。同步装置是在换档时为了使齿轮的变换能够圆滑地进行，使转速不同的各部分（同步侧&被同步侧）的角速度达到一致的机构（见下图）。同步侧的惯性模量Ir（车体侧相关零部件的I）IrIf被同步侧的惯性模量If（离合器及与输入轴相关的齿轮等零件的I）同步器的构成零件主要包括以下六个：①接合齿②同步环③转接套齿④外齿圈⑤同步器弹簧⑥同步器滑块3.3.4.1同步器的作用·行驶过程中换档的时候，要接合的轴侧与齿轮侧的花键的转速不同，换档操作困难。·同步器是利用摩擦力使两个花键的回转速度达到一致，从而能够平滑地换档。3.3.4.2同步器的种类②同步环③转接套齿④外齿圈①接合齿⑤同步器弹簧⑥同步器滑块手动变速器简介第16页共26页惯性锁止型（滑块式）常压型①输出轴⑤滑块①输出轴⑦球②转接套齿⑥输入轴②输入齿轮⑧弹簧③外齿圈⑦驱动齿轮③驱动齿轮⑨同步环④弹簧⑧同步环④转接套齿⑩定位销（推销）惯性锁止型⑤外齿圈⑾锁销（导向销）⑥拨叉⑿同步环外环惯性锁止型（锁销式）①外齿圈②转接套齿③同步齿环锁④同步环⑤锁止块⑥支撑块⑦半月钢带⑧档环增力式（波尔舍Porsche式）⑨驱动齿轮手动变速器简介第17页共26页3.3.4.3同步器的工作原理（以F5M41变速器为例）3.4.4.1单锥面同步器的换档过程⑴空档·轴与齿轮的转速不同。S：外齿圈的花键Ws：外齿圈侧的转速R：同步环的花键Wc：接合齿侧的转速C：接合齿的花键（箭头长度不同，代表转速大小不同）空档换档结束手动变速器简介第18页共26页⑵同步环初期压力的产生·外齿圈向右移动，滑块也向右移动，将同步环推向齿轮的锥面·同步环与齿轮锥面上的摩擦力形成了同步力矩。·在同步力矩的作用下，同步环在滑块与同步环上滑块槽之间的间隙限定范围内进行回转，使外齿圈与同步环的花键倒角（锁止面）对正。消除间隙空档换档结束手动变速器简介第19页共26页⑶同步过程·外齿圈将滑块压下之后进一步向右移动，外齿圈与同步环的锁止面互相接触。·外齿圈的锁止面直接压在同步环的锁止面上，从而使更大的推力将同步环压紧在齿轮的锥面上，产生很大的同步力矩。这个阶段进行同步作用。·锁止面上产生的挤压分离同步环的力矩（拨环力矩TI）与互相对抗的同步力矩TC之间的关系为：TITC，在同步过程结束之前，后面的步骤不会进行——从而可确保同步作用。空档换档结束手动变速器简介第20页共26页⑷同步环挤压分离·同步过程结束，外齿圈