手动变速器课件

汽车底盘构造与维修第3章手动变速器3.1概述3.1.1变速器的功用1．实现变速变矩。2．实现倒车。3．实现中断动力传递。4．实现动力输出，驱动其他机构，如自卸车的液压举升装置等。汽车底盘构造与维修输入轴接合套中间轴倒档轴输出轴变速齿轮汽车底盘构造与维修3.1.2变速器的分类1．按传动比变化方式分有：（1）有级变速器（2）无级变速器（3）综合式变速器2．按操纵方式不同分有：（1）手动换挡式变速器（2）自动操纵式变速器（3）半自动式变速器汽车底盘构造与维修3.1.3普通齿轮变速器的工作原理1．变速变矩原理普通齿轮式变速器是利用不同齿数的齿轮啮合传动实现转速和转矩改变的。12212,1zznni多级齿轮传动的传动比：积各级齿轮传动比的连乘积所有主动齿轮齿数的乘积所有从动齿轮齿数的乘212,1nni齿轮传动的传动比i——输入轴转速与输出轴转速之比值。单级齿轮传动的传动比：汽车底盘构造与维修主动轮1从动轮2汽车底盘构造与维修n1,z1n2,z2主动轮从动轮n1*z1=n2*z2传动比i=n1/n2=z2/z1i=n1/n2=M2/M1变矩比可见传动比既是变速比又是变矩比，降速则增矩，增速则降矩。汽车底盘构造与维修两级齿轮传动i1、4=n1/n4=Z2Z4/（Z1Z3）n1Z1n4Z4n2Z2n3Z3汽车底盘构造与维修即降速则增扭，增速则降扭。齿轮式变速器在改变转速的同时也改变了输出转矩，传动比既是变速比也是变矩比，汽车变速器就是利用这一原理，通过改变各挡传动比来改变输出转速，从而改变其输出转矩，以适应汽车行驶阻力的变化。汽车底盘构造与维修从前述可知：当i1时，为降速增扭传动，其挡位称为降速挡；当i1时，为增速降扭传动，其挡位称为超速挡；当i=1时，为等速等扭传动，其挡位称为直接挡。习惯上把变速器传动比值较小的挡位称为高挡，传动比值较大的挡位称为低挡；变速器挡位的变换称为换挡，由低挡向高挡变换称为加挡（或升挡），反之称为减挡（或降挡）。变速器就是通过挡位变换来改变传动比，从而实现多级变速的。2．换挡原理汽车底盘构造与维修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。汽车底盘构造与维修汽车底盘构造与维修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。汽车底盘构造与维修1432将齿轮4向右移与6啮合，则动力经齿轮5、6和4传递后，方向将改变，即倒档。56倒档齿轮汽车底盘构造与维修汽车底盘构造与维修3.2普通齿轮变速器的变速传动机构变速器包括变速传动机构和操纵机构两部分。3.2.1三轴式变速器（为两级齿轮传动）1.丰田皇冠轿车W55型变速器（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。（见图3.4）汽车底盘构造与维修图3.4丰田皇冠轿车W55型变速器汽车底盘构造与维修（2）各挡齿轮传动过程图3.5所示为丰田皇冠轿车W55型变速器传动机构简图，各挡的动力传递路线见表3.1。2.东风EQ1090E型汽车的变速器（1）基本构造参见图3.6。（2）各挡传动路线及传动比参图3.7和表3.2。汽车底盘构造与维修图3.5丰田皇冠轿车W55型变速器传动机构简图汽车底盘构造与维修图3.6东风EQ1090E型汽车变速器汽车底盘构造与维修汽车底盘构造与维修3.2.2两轴式变速器（为单级齿轮传动）1.发动机前置纵向布置的两轴式变速传动机构当发动机前置纵向布置时，发动机旋转方向与车轮旋转方向垂直，所以主减速齿轮为一对圆锥齿轮。图3.8所示为奥迪100型轿车变速器及主减器和差速器总成的构造。它有五个前进挡和一个倒挡，全部采用同步器换挡；主减速器，差速器与变速器均装于同一壳体中。其各挡齿轮的传动路线及传动比见图3.9及表3.3。汽车底盘构造与维修图3.8奥迪100型轿车变速器汽车底盘构造与维修图3.9奥迪100型轿车变速器传动示意图汽车底盘构造与维修桑塔纳轿车变速器结构简图汽车底盘构造与维修2.发动机前置横向布置的两轴式变速传动机构当发动机横置时，由于变速器的输出轴与驱动桥轴线平行，故主减速器采用一对圆柱斜齿轮，如夏利轿车、捷达型轿车的变速器均为该种形式。图3.11为捷达轿车五挡变速器传动机构的结构图。它有五个前进挡和一个倒挡，全部采用同步器换挡。其动力传递路线及传动比见图3.12和表3.4。汽车底盘构造与维修图3.11捷达轿车5挡变速器汽车底盘构造与维修图3.12捷达轿车5挡变速器传动示意图汽车底盘构造与维修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。汽车底盘构造与维修3.2.4变速器的润滑与密封普通齿轮变速器大都采用飞溅润滑，只有少数重型汽车采用压力润滑。为了防止润滑油泄漏，变速器盖与壳体以及各轴承盖与壳体的结合面装有密封垫或用密封胶密封；第一轴和第二轴与轴承盖之间则用自紧油封或回油螺纹密封。在轴承盖下部一般制有回油凹槽，在壳体的相应部位开有回油孔，使润滑油流回壳体内。装配时应使凹槽与油孔对准，为了防止变速器工作时由于油温升高，使气压过大而造成润滑油渗漏，在变速器盖上装有通气螺塞。汽车底盘构造与维修3.3同步器3.3.1无同步器的换挡过程1．由低速挡换入高速挡（1）操作过程：①驾驶员应先踩下离合器使离合器分离；②随即拨动变速杆将变速器拨入空挡位置，等到接合套与待接合齿圈同步后即可挂入高速挡。有经验的驾驶员为缩短换挡时间，会在进入空挡后，再做如下操作：立即抬起离合器踏板使离合器重新接合，利用发动机的怠速迫使变速器第一轴及齿轮等迅速减速，在达到同步后再次踩下离合器踏板，将变速器由空挡挂入高速挡。汽车底盘构造与维修图3.13无同步器变速器的换挡机构汽车底盘构造与维修接合齿圈花键毂四档齿轮中间轴接合套五档齿轮汽车底盘构造与维修接合齿圈花键毂四档齿轮中间轴接合套五档齿轮汽车底盘构造与维修汽车底盘构造与维修（2）换挡原理当变速器在低速挡工作时，有v3=v4，且v4v2；刚拨入空挡瞬时，v3=v4，故有v3v2，为了避免产生冲击，这时不能立即挂高速挡，而应在空挡位置稍停片刻。由于空挡位置时，v2和v3都将会逐渐地下降，但v2下降得较快,v3下降较慢，因此，必然会出现两直线相交于一点（同步点）。即此时两者达到同步状态，如果驾驶员恰好在此时将变速器挂入高速挡，即将接合套3左移与齿轮2上的齿圈接合，就会使两者平顺地进入啮合而不会产生冲击。汽车底盘构造与维修2．由高速挡换入低速挡（1）操作过程：①驾驶员应先踩下离合器使离合器分离；②随即拨动变速杆将变速器拨入空挡位置；③立即抬起离合器踏板使离合器重新接合，同时踩下加速踏板，待转速上升后，再踩下离合器踏板，达到同步点时挂入低挡。汽车底盘构造与维修（2）换挡原理当变速器在高速挡工作时，有v3=v2，并且v2v4，因而v3v4。变速器在退入空挡后,v4比v3比下降快，v4与v3相差得愈来愈远，因而不会自然地出现两者相交的同步点。故驾驶员须在变速器由高速挡退入空挡时随即抬起离合器踏板，使离合器重新接合，同时踩一下加速踏板使发动机加速，待加速到v4v3后，再踏下离合器踏板，使离合器分离并稍等片刻，待到v3与v4出现相交的同步点时即可挂入低速挡。汽车底盘构造与维修结论：由上述可见，采用上述无同步器的换挡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挡装置。汽车底盘构造与维修3.3.2同步器的构造与工作原理同步器的功用：是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。从而可消除换挡时的冲击，缩短换挡时间，简化换挡过程，使换挡操作简捷而轻便。同步器的组成：均是由同步装置（包括推动件和摩擦件）、锁止装置和接合装置三部分组成。汽车底盘构造与维修1、锁环式惯性同步器（1）构造如图3.15所示，为北京BJ2020型汽车三挡变速器中的二、三挡同步器，它主要由花键毂7、接合套8、两个锁环（也称同步环）5、9、三个滑块2和弹簧圈6等组成。（2）工作原理参见图3.16。汽车底盘构造与维修图3.15锁环式惯性同步器汽车底盘构造与维修图3.16锁环式惯性同步器工作过程示意图汽车底盘构造与维修（一）锁环式惯性同步器细牙螺旋槽滑块汽车底盘构造与维修锁环结合齿圈滑块汽车底盘构造与维修3、原理锁环定位销、滑块结合齿圈0.5齿厚汽车底盘构造与维修锁环(同步环)滑块花键毂接合套弹簧圈汽车底盘构造与维修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M1M2。汽车底盘构造与维修2．锁销式惯性同步器（1）构造图3.17所示为东风EQ1090E型汽车变速器的四、五挡同步器。该同步器主要由两个摩擦锥环、三个均布的锁销和定位销、接合套及花键毂等组成。（2）工作原理参见图3.17。汽车底盘构造与维修图3.17锁销式惯性同步器汽车底盘构造与维修锥盘锥环接合套花键毂定位销锁销汽车底盘构造与维修锥盘锥环接合套锁销销位定花键毂汽车底盘构造与维修结合套摩擦锥盘定位销钢球定位销锁销摩擦锥环汽车底盘构造与维修锁销受力锁止角汽车底盘构造与维修同样我们可以将惯性同步器的工作原理表述如下：将接合套轴向移动，同步器摩擦锥环压紧在待啮合齿圈上的摩擦锥盘锥面上，产生摩擦力矩M1，使锥环连同锁销一起相对接合套转过一个角度，此时锁销中部的环槽倒角便与接合套销孔端面倒角相抵触，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，拨环力矩M2拨动锁销及锥环、锥盘和齿圈等一起相对接合套倒转一个角度，锁销与接合套不再抵触，接合套便在驾驶员所施加的轴向推力作用下进入啮合。汽车底盘构造与维修3.4变速器的操纵机构3.4.1变速器操纵机构的功用、要求与类型1．变速器操纵机构的功用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挡位工作，并可随时使之退入空挡。汽车底盘构造与维修2．对变速器操纵机构的要求要使变速器操纵机构准确可靠地工作，应满足以下要求：（1）能防止变速器自动换挡和自动脱挡，为此，在操纵机构中应设有自锁装置。（2）能保证变速器不会同时挂入两个挡位，为此，在操纵机构中应设有互锁装置。（3）能防止误挂倒挡，为此，在操纵机构中应设有倒挡锁装置汽车底盘构造与维修汽车底盘构造与维修3．变速器操纵机构的类型（1）直接操纵式变速器的变速杆及所有换挡操纵装置都设置在变速器盖上，驾驶员可直接操纵变速杆来拨动变速器盖内的换挡操纵装置进行换挡（图3.18）。（2）远距离操纵式当变速器的安装位置离驾驶员座位较远时，变速杆不能直接布置在变速器盖上，为此在变速杆与变速器之间加装了一套传动杆件构成远距离操纵的型式（图3.19）。汽车底盘构造与维修图3.18直接操纵式换挡机构汽车底盘构造与维修图3.19桑塔纳2000型轿车五挡变速器远距离操纵式换挡机构汽车底盘构造与维修3.4.2变速器操纵机构的构造变速器操纵机构通常由换挡拨叉机构和定位锁止装置两部分组成。1．换挡拨叉机构换挡拨叉机构主要由变速杆、叉形拨杆、换挡轴、各挡拨块、拨叉轴及拨叉等组成。各种变速器由于挡位及挡位排列位置不同。其拨叉