机械式四档变速器设计【毕业论文】【汽车专业】

目录 摘要 3 Abstract 3 变速器的简介 4 1.变速器传动机构的方案分析 6 2.变速器零、部件结构方案分析 7 3.变速器操纵机构 8 1.变速器的参数选择 8 1.1 一档齿轮齿数的确定 8 1.2 中心距 A的选择 9 1.3 确定齿轮参数 10 1.3.1 齿宽选择 10 1.3.2 压力角 11 1.3.3 齿轮螺旋角 11 1.3.4 校验齿轮的接触强度 11 1.4 变速器轴向尺寸 13 1.5 轴的直径 13 1.6 各档齿轮齿数的分配 14 1.6.1 确定常啮合传动齿轮副的齿数 14 1.6.2 确定其他各档的齿数 15 2.变速器传动 16 2.1 传动简图 16 2.2 同步器（简介） 16 2.2.1 惯性式同步机 18 2.2.2 同步器工作原理 18 2.2.3 齿轮材料 19 2.2.4 齿轮材料、热处理 20 2.2.5 齿轮精度等级 20 3.故障诊断与检修 21 3.1 常见故障与检修 21 3.1.1 变速器的异常声响 21 3.1.2 变速器跳档 22 3.1.3 挂档困难 22 3.1.4 变速器乱档 23 3.1.5 变速器发热 23 3.1.6 变速器漏油 24 3.2 变速器零件的检修 24 3.2.1 齿轮与花键的检修 24 3.2.2 轴的检修 24 3.2.3 锁环式变 速器的检修 24 4.变速器的润滑 25 4.1 润滑的基本知识 25 4.2 变速器润滑油 25 4.3 变速器润滑系统 25 4.4 变速器零件的清洗 26 5.变速器的装配 26 5.1 变速器装配注意事项 26 5.2 变速器总成的装配 27 5.3 中间轴后轴承间隙调整方法 28 英文说明 29 参考文献 30 致 谢 31 摘要 变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。变速箱由变速 传动机构 和变速 操纵机构 两部分组成。变 速传动机构的主要作用是改变转距和转速的数值和方向；操纵机构的主要作用是控制传动机构，实现变速器传动比的交换，即实现换档，以达到变速变距。 关键字 ： 变速 传动机构 、变速 操纵机构 、 齿轮 Abstract Become soon box form become to spread to move the organization and become soon to manipulate the organization two parts to constitute soon. Main function that becomes to spread to move the organization soon is the change turns the and turn soon of the number and the direction； The main function that manipulates the organization is a control to spread to move the organization, carry out the transformation that the gearbox spreads to move the ration, then the realization shift gear, to attain to become to change the soon. Keywords: Variable-speed control mechanism， speed change control Mechanism,gear. 变速器简介 我们知道，汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态，此时发出的功率比较大，燃油经济性也比较好。因此，我们希望发动机总是在最好的状态下工作。但是，汽车在使用的时候需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。这个矛盾要通过变速器来解决。 汽车变速器的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。为什么减速可以增扭，而增速又要减扭呢？设发动机输出的功 率不变，功率可以表示为 N=Wt,其中 w是转动的角速度， T是扭矩。当 N固定的时候，w 与 T是反比的。所以增速必减扭，减速必增扭。汽车变速器齿轮传动就是根据变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。 一般的手动变速器内设置输入轴、中间轴和输出轴，又称三轴式，另外还有倒档轴。三轴式是变速器的主体结构，输入轴的转速也就是发动机的转速，输出轴转速则是中间轴与输出轴之间不同齿轮啮合所产生的转速。不同的齿轮啮合就有不同的传动比，也就有了不同的转速。我们设计的手动变速器，它的传动比分别是： 1 档 3.545： 1； 2 档 2.105： 1； 3 档 1.429： 1； 4档 1： 1。 如图所示 ： 当汽车启动司机选择 1 档时，拔插将 1/2 档同步器向后结合 1 档齿轮并将它锁定输出轴上，动力经输入轴、中间轴和输出轴上的 1 档齿轮， 1 档齿轮带动输出轴，输出轴将动力传递到传动轴上，。典型 1 档变速器齿轮传动轴是 3.545： 1，也就是说输入轴转动 3.5 圈，输出轴转 1 圈。 当汽车增速司机选择 2 档时，拔叉将 1/2 档同步器与 1 档分离后接合 2档齿轮并锁定输出轴上，动力传递路线相似，所不同的是输出轴上的 1 档齿轮换成 2档齿轮带动输出轴。典型 2档变 速齿轮传动比是 2.105： 1，输入轴转 2 圈，输出轴转 1 圈，比 1档转速增加，扭矩降低。 当汽车增速司机选择 3 档时，拔叉将 1/2 档同步器回到空档位置，又使3/4 档同步器移动直至将 3 档齿轮锁定在输出轴上，使动力可以从输入轴 -中间轴 -输出轴上的 3 档变速齿轮，通过 3 档变速齿轮带动输出轴。典型 3档传动比是 1.5： 1，输入轴转 1.5 圈，输出轴转 1 圈是进一步的增速。 如图所示： 当汽车加油增速司机选择 4档时，拔叉将 3/4 档同步器脱离 3 档齿轮直接与输入轴主动齿轮接合，动力直接从输入轴传递 到输出轴，此时传动比 1：1，即输出轴与输入轴转速一样。由于动力不经中间轴，又称直接档，该档传动比的传动效率最高。汽车多数运行时间都用直接档以达到最好的燃料经济性。 换档时要先进入空档，变速器处于空档时变速齿轮没有锁定在输出轴上，它们不能带动输出轴转动，没有动力输出。 一般汽车手动变速器传动比主要分上述 1-4 档，通常设计者首先确定最低（ 1档）与最高（ 4 档）传动比后，中间各档传动比一般按等比级数分配。 倒档时输出轴要向相反的方向旋转。如果一对齿轮啮合时大家反向旋转，中间加上一个齿轮就会变成同向旋转。利用这个原理 ，倒档就要添加一个齿轮做“媒介”，将轴的转动方向掉转，因此就有了一根倒档轴。倒档轴独立装在变速器壳内，与中间轴平行，当轴上齿轮分别与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合时，输出轴转向会相反。 通常倒档用的同步器也控制 1 档的接合，所以 1档与倒档位置是在同一侧的。由于有中间齿轮，一般变速器倒档传动相近与 1档传动比。 从驾驶平顺性考虑，变速器档位越多越好，档位多相邻档间的传动比的比值就变化小，换档容易而且平顺。但档位多的缺点就是变速器结构复杂，体积大，现在轻型汽车变速器一般是 4-5 档。同时，变速器传动比都不是整数，而且都是 带小数点的，这是因为啮合齿轮的齿数不是整倍数所致，轮齿数是整倍数就会导致两齿轮啮合面磨损不均匀，使得轮齿表面质量产生较大的差异。 变速器的功用是在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转距和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。此外，应保证汽车能倒退行使或停车时使发动机和传动系保持分离。需要时还应有动力输出的功能。 为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出如下基本要求： 1） 应正确选择变速器的档数和传动比，保证汽车有必要的动力性和经济性指标； 2） 设置空档和倒档，保证发动 机与驱动轮能长期分离，使汽车能进行倒退行使； 3） 换档迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性能；目前有发展自动、半自动和电子操纵机构的趋势； 4） 工作可靠。汽车行使过程中，变速器不得有跳档、乱档冲击等现象发生； 此外，变速器还应当满足效率高、噪音低、体小质轻、制造容易、成本低等要求。 变速器由变速传动机构和操纵机构组成。 1.变速器传动机构的方案分析 根据前进挡数的不同，变速器有三、四、五和多档几种。根据轴的形式不同分为固定轴式和旋转轴式两大类。而前者分为两轴式、中间轴式、两中间轴式和多中间轴式变速器。 固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器 多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。与中间轴式变速器比较，两轴式变速器有结构简单，轮廓尺寸小，布置方便，中间挡位传动效率高和噪声低等优点。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。此外，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。 发动机前置前轮驱动轿车的两轴式变速器传动方案，其特点是：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置 时，主减速器采用弧齿锥齿轮或双曲面齿轮，发动机横置时则采用圆柱齿轮；多数方案的倒档传动常用滑动齿轮，其他挡位均用常啮合齿轮传动；各档的同步器多数装在输入轴的后端。 中间轴式四，五，六挡变速器传动方案。它们的共同特点是：变速器第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，经啮合套将它们连接得到直接挡。使用直接挡，变速器的齿轮和轴承及中间轴均不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达 90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接挡的利用率高于其它挡位，因而提高了变速器的使用寿命；在其 它前进挡位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴，中间轴和第二轴上的两对齿轮传递，因此在变速器中间轴与第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮（一挡）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。再除直接挡以外的其他挡位工作时，中间轴式变速器的传动效率略有降低，这是它的缺点。在挡数相同的条件下 ，各种中间轴式变速器主要在常啮合齿轮对数，换挡方式和到档传动方案上有差别。 2 .变速器零、部件结构方案分析 1.齿轮型式 变速器分斜齿和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮虽然制造时复杂、工作时有轴向力，但因其使用寿命长、噪音小而仍然得到广泛的使用。直齿圆柱齿轮用于低档和倒档。 2.换档结构型式 变速器换档结构型式有直齿滑动齿轮、啮合套、同步器等三种。 汽车行驶时各档齿轮有不同的角速度，因此用轴向滑动齿轮方法换档，会在齿轮端面产生冲击，并伴有噪音。这使齿轮端面磨损加剧并过早损坏。同时使驾驶员精神 紧张，而换档时的噪音又使汽车的舒适度减低。只有驾驶员用熟练的技术，使齿轮换档时无冲击，才能克服上述缺点。但是，该瞬间驾驶员注意力被分散，影响行使安全性。因此尽管这种换档方法结构简单。除一档、倒档外已很少使用。 由于变速器第二轴齿轮与中间轴齿轮啮合状态，所以可用啮合套换档。这时，因同时承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换档。它们都不会过早损坏，但不能消除换挡冲击，所以仍要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的惯性力矩增大。因此，这种换档方法，目前只在 某些要求不高的档位大货车变速器上使用。 使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，而与操作技术熟练程度无关，从而提高汽车的加速性、经济性、和行驶安全性。同上述两种换档方法比较，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大、同步环使用寿命较短等缺点，但仍然得到广泛的应用。 轴承形式 过去，变速器轴的支撑广泛用滚珠轴承。近来，变速器的设计趋势是增大其转递功率与质量之比，并要求它有更大的容量和更好的性能，而上述轴承型式已不能满足对变速器可靠性和寿命提出的要求，故使用圆锥滚柱轴承的增多。 3.其他问题 因 为变速器在低档工作时有较大的力，所以典型的中间轴式变速器的低档，布置在靠近后支撑处，然后按照从低档到高档顺序不止各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性，有能保证容易装配。多数情况下，中间轴和第二轴及凄伤的零部件是通过变速器壳体上方孔口设计在变速器壳替下方或者侧面。第一轴上的齿轮外径，应该比壳体前壁轴承孔的尺寸小，因为它要经过该孔装。 变速器整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。对于典型的中间轴式变速器，通过控制轴的长度既控制档数，可以作到有足够的刚性。通常壳体是整体的，有些地方设计有加强筋。壳体前或后 壁轴承孔之间的连接部分应当留有足够的尺寸。内装操纵机构的变速器盖，用螺栓固定到壳体上，装配后的变速器结构刚度，还与该螺栓的扭紧程度有关。 3.变速器操纵机构 变速器的操作结构，应满足如下主要要求：换档时只能挂入一个档；防止误挂倒档；换档后应使齿轮在全齿长啮合，并防止自动脱档。 直接操纵 依靠手力换档的变速器成为手动变速器称为手动变速器。是最简单的换档方案，已得到广泛的应用。其优点是减少了变速叉轴，各档同一组用一组自锁装置，因而使操作机构简化。 2）远距离操纵 受总布置限制，有些车辆 变速器距驾驶员坐椅较远，此外，换档时力需通过转换机构才能完成换档功能，这种手动换档称为远距离操纵变速器。这种结构复杂，且在撞车时直接驾驶员的安全，故新车设计中这种结构已不多见。 1 变速器主要参数选择 1.1一档齿轮齿数的确定 设计轿车四档变速器，已知：发动机输出功率 p=80 千瓦，转速n=4800r/min，载荷平稳，可靠性一般。 确定一档齿轮齿数： 一档传动比 i = 2718ZZZZ 取中间轴一档的齿数 轿车中间轴式变速器一档传动比 i=3.5 3.8 时，货车在 12 17 个齿之间选用。由于所设计为一般轻形轿车，载荷平稳、可靠性要求一般。所以选择一档齿轮传动比 i=3.6、一档主齿轮齿数 Z8=15。 取变速器模数 m 选取齿轮模数，要保证齿轮有足够的强度，同时兼顾它对噪声和质量的影响。减少模数，增加齿宽会使噪音减低，反之则能减轻变速器质量。 减低噪音对轿车有较大意义，减轻质量对货车比较重要。 直齿轮模数 m与弯曲应力 之间有如下关系： m=3 2 gfcT k kZk y =631 8 02 9 . 5 5 1 0 1 . 1 1 . 6 52 4 8 0 03 . 1 4 1 5 1 1 4 0 0 =2.48 （取 k=1） gT =max12Te maxeT =9.55 610 pn 式中 gT 计算载荷，为 N mm； fK 摩擦力影响系数，主动齿轮和被动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同，对弯曲应力影响也不同；主动齿轮 fK =1.1，被动齿轮 fK =0.9； K 应力集中系数，可以近似取 K =1.65； Z 齿轮系数； cK 齿宽系数； Y 齿形系数； 弯曲应力，当计算载荷 gT 取作发动机最大转； 一档倒直齿轮许用弯曲应力在 400 850N/ 2mm ，货车可取下数。 所取模数值应符合 JB111-60 规定的值，所以取模数 m=2.5 1.2中心距 A 的选择 要选中心距（ A 为 mm）时，可根据下式计算： A=k3 1maxT =9.0 3 1maxT =73.6mm 1maxT =9.55pn 3.6 0.96 =9.55 380 104800 3.6 0.96 =547.2N m maxeT =9.55pn 式中 k 中心系数。对轿车 k=8.9 9.3，对多档主变速 k=9.5 11； 1maxT 变速器器在一档，第二轴输出的转矩，其值为 1maxT = maxeT 1i g maxeT 发动机最大转矩； i 变速器一档传动比； g 变速器转动效率，取 0.96 轿车变速器的中心距在 65 80mm 范围内变化。 计算一档从动齿轮齿数 2h AZ m =2 752.5 =60 hZ 必须取为整数， hZ =60 78hZ Z Z =60-15 =45 1.3确定齿轮参数 1.3.1 齿宽选择 齿宽应满足既能减轻变速器质量，同时又能保证齿轮工作平稳的要求。齿宽太小，会使齿轮的工作应力过大。为了使工作应力不过大，必须增加中心距，结果又使变速器的质量增加。而且斜齿轮传动平稳的优点，也会因齿宽的减小，但这又使轴承承受的轴向力增加。齿宽也不宜大因为这会增加变速器的轴向尺寸。如果保持相同的用材量就必须减小中心距，结果会增大作用在轴承上的载荷，减低轴的刚度和减小轴承外座圈尺寸。 通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽： 直 齿 b= cK m , cK 可取为 4.5 8.0 斜齿 b= cK nm ， cK 可取为 6.0 8.5 第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数可取大些，使接触长度增加，接触应力减低，以提高传动的平稳性和齿轮寿命。 8b =5m =5 2.5 =12.5 1.3.2压力角 工作时要求轿车变速器齿轮有较小的噪音，因此高档齿轮采用 14.5、15、 16、 16.5等较小压力角才更合理。为提高中、重型汽车倒档齿轮的承载能力，应采用 22.5或 25压力角齿轮。实际上因国家规定 的齿轮标准压力角为 20，所以变速器齿轮普遍的压力角为 20， =20。 1.3.3齿轮螺旋角 为减小工作噪音和提高强度，汽车变速器齿轮多数用斜齿轮，只有倒档齿轮以及货车的一档齿轮才用直齿齿轮。 选择时应注意下列问题： 首先，增大 时、使齿轮啮合的重合系数增加、工作平稳、噪声减低。 随着 的增大，齿轮的强度也相应的提高，不过当螺旋角大于 30时，其弯 曲强度骤然下降，而接触强度仍然继续上升，因此从提高低档齿轮的弯曲强度出发，并不希望 过大，而从提高高档齿轮的接触强度着眼，可选取较大的 值。 其次，斜齿轮传递时要产生轴向力。设计时应力与中间轴上的轴向力平衡，故中间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律做成右旋，而第一、第二轴上的斜齿轮取左旋，其轴向力经轴承盖由壳体承受。 斜齿轮螺旋角可在下面提供的范围选用： 轿车变速器： 中间轴变速器 22 34 两轴变速器 20 25 货车变速器 18 26 1.3.4校验齿轮的接触强度 轮齿的接触应力按下式算： j=0.148 / (1 / 1 / )F E bzb =980（ N/ 2mm ） 1F =2 /gTd = 42 7 . 9 6 1 0 / 3 7 . 5 =4245N d mz =2.5 15 =37.5mm gT =1/2 maxeT =1/2 9.55 610 80/4800 =7.96 410 N mm F = 1 / c o s c o sF =4245/cos20o cos20o =4807N a = sinar =1/2 60 sin20 =10.5mm b = sinbr =1/2 2.5 45 sin20 =19.2mm 式中j 齿轮的接触应力； F 齿面上的法向力， F = 1 / c o s c o sF ； 1F 圆周力， 1F =2 /gTd； gT 刀具载荷； d 节圆直径； 节点处压力角； 螺旋角； E 齿轮材料的弹性模量； b 齿轮接触的实际宽度； 主被动齿轮节点处的曲率半径，对直齿轮 : a= sinar ,b = sinbr ； 2r 主动齿轮的节圆半径； br 被动齿轮的节圆半径。 齿轮 21 /N mm 渗碳齿轮 氰化齿轮 一档和倒档 1900 2000 950 1000 常啮合和高档 1300 1400 650 700 1.4变速器轴向尺寸 货车变速器壳体的轴向尺寸与档数有关，可参照下列数据选用： 四档 （ 2 2 2 7） A 五档 （ 2 7 3 0） A 六档 （ 3 2 3 5） A 轿车四档变速器轴向尺寸为（ 3 0 3 4） A。 1 5 轴的直径 变速器的轴必须有足够的刚度和强度。工作时它们除传递转矩外，还承受来自齿轮作用的径向力，如果是斜齿轮还有轴向力。在这些力的作用下，轴的刚度不足会产生弯曲变形，结果破坏了齿轮的正确啮合，对 齿轮的强度和耐磨性均有不利影响。还会增加工作噪声。 中间轴是变速器的第二轴和中间轴中部直径 d 0.45A； 第一轴花键部分直径按 d=k3maxeT选 d=k3maxeT = 3 34 9 . 5 5 8 0 1 0 / 4 8 0 0 =21.7mm 式中 k 经验 系数 k=4 4.6； maxeT -发电机最大转矩。 第二轴和中间轴中部直径 d 0.45A 0.45 75 33.8mm 1.6各档齿轮齿数的分配 （图一） 1.6.1确定常啮合传动齿轮副的齿数 82 117ZZ iZZ 常啮合传动齿轮中心距和一档齿轮的中心距相等， A = 122 cosnm Z Z ( o取 20 ) 解得：1z=25 2z=28 1.6.2 确定其他各档的齿数 二档齿轮是斜齿轮，螺旋角 与常啮合齿轮的不同：取 =22， =2 105； 23314ZZZZi 3462 c o snm Z ZA 解得： 12=35=19ZZ 三档齿轮的齿数：取3 1.5i 23314i ZZZZ 3462 c o snm Z ZA 解得： 34 Z =30 Z =24 确定倒档齿轮齿数： 一档、倒档齿轮常选用相同的模数。倒档齿轮10Z的齿数，一般在 2117之间，可选倒档齿轮齿数10Z=22 可计算出中间轴与倒档轴的中心距 A ： 8 1 01212A = 1 72 . 5 1 5()() m z z =40 为了保证倒档齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮 8 和 9 的齿顶圆之间应保持 0.5mm 以上的面间隙。 2 变 速 器 传 动 2.1 变速器传动简图 2.2 同步器简介 同步器能实现迅速和无噪音声换档，换档时又能避免啮合套端部受到损坏，并使操纵轻便，所以近代的汽车变速器，除轿车的倒档和货车的一档、倒档以外，其它档位多数都装用同步器。 同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类。 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。 如下图所示： 1、 4-齿轮 2-滑块 3-拨差 5、 9-锁环 6-弹簧圈 7-花键毂 8-接合套 10-凹槽 11-轴向槽 12-缺口 花键毂与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。在花键毂两端与齿轮之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）。锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿轮及花键毂上的外花键齿均相同。在两个锁环上，花键齿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。锁环具有与齿轮上的摩擦面锥度相同的内锥面，内锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩擦。三个滑块分别嵌合在花键毂的三个轴向槽内，并可沿槽轴向滑动。在两个弹簧圈的作用下，滑块压向接合套，使滑块 中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽内，起到空档定位作用。滑块的两端伸入锁环的三个缺口中，只有当滑块位于缺口的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。 常压式同步器虽然结构简单，但又不能保证被啮合件在同步状态（即角速度相等）下换档的缺点，故仅在少数重型汽车上得到应用，而在大多数变速器中得到广泛应用的是惯性式同步器。同步器作为一种换档装置，是在接合套换档的基础上发展起来的，起功用是使接合套与待接合的齿轮二者之间迅速达到同步，并阻止二者在同步前进入啮合，从而可消除换档时的冲击，缩短换档时间，简化换档过程，使换档操 纵作简捷而轻便。 2.2.1惯性式同步器 按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们结构不同，但是它们都有摩擦元件和锁止元件。 摩擦元件是同步缓和齿轮上的凸出部分 ，分别在他们的内圈和外圈设计有相互接触的锥形摩擦面，锁至元件是在换动齿套的圆盘部分的中间做出与同步环刚性连接专用弹簧下面的钢球和销使滑动齿套和头脑干部环弹性连接。图表二所示摩擦元件是用滑动齿套上的锥面来实现的。作为锁止元件是锁环的内齿和做在齿轮上的接合齿端部。齿轮和锁环之间是弹性连接。 在惯性式同步器中，弹性 元件的重要性仅次于摩擦元件和锁止元件。 它用来使用有关部分保持在中立位置的同时，又不妨碍锁止，解除锁止和换档。 锁档式同步器优点是零件数量少，并且摩擦锥面平均半径教大，使其转距容量得到提高，故多用于中，重型货车变速器，它工作可靠，零件耐用，但因结构布置上的限制，转距容量不大，而且由于锁止面在同步锥环的结合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用语轿车和轻型货车变速器中。 锁环式同步器的锁止面在同步锥环和啮合套的倒锥面上，省去了同步锥环的结合齿，且轴向尺寸较小，多用于中，重型货车变速器中。 多锥式同步器的锁止面仍 在同步环的接合齿上，只是在原有的两个锥面之间再插入两个辅助同步锥。由于锥表面的有效摩擦面积成倍的增加，同步转距也相应的增加，因而具有较大的转距容量和低的热负荷。这不但改善了同步的效能，增加了可靠性，而且可使换档力大为减小。若保持换档力不变，则可缩短同步时间，多锥式同步器多用与重型货车得主、副变速器以及分动器中。 惯性增力式同步器又称为波舍式同步器。它能可靠的保证旨在同步状态下实现换档。只要啮合套和换档齿轮之间存在转速差，弹簧片的支承力就阻止同步缩小，从而也就阻止了啮合套移动。只有在转速差为零时，弹簧片卸除载 荷，于是对同步环直径的缩小失去阻力，这样才能实现换档。该同步器的特点是，由于同步环内部的弹簧片作用，同步环产生的摩控力矩得到成倍增长，增长的程度随两啮合件的转差而变化，转差愈大，增力作用愈强，因此，用不大的换档力冰可以在很短的时间内完成换档。在完成换档后，同步环处于啮合套的屋顶状凹槽里，被可靠的固定住，帮在挂 档位置无需采用自锁装置，此外，波舍同步器还有结构简单、工作可靠、轴向尺寸短（与一般啮合套换档部件的轴向尺寸相近）等明显的优点，因此适用于货车变速器，且采用愈来愈多。 2.2.2同步器工作原理 同步器换 档过程由三个阶段组成，第一阶段，同步器离开中间位置，做轴向移动并靠近在摩擦面上。摩擦面相互接触瞬间，由于齿轮 3 的角速度和滑动齿套的角速度不同，在摩 擦力矩作用下锁销 4 相对滑动齿套 1 转动一个不大的角度，并占据图上所示的位置。此时锁止面接触，结果阻止滑动套向换档方向移动。 第二阶段，来自手柄传至档并作用在滑动齿套上的力 F，经过锁止元件又作用到摩擦面上。由于 1 和 3 的转速逐渐接近，其角速度差减小了。在角速度差等于 0 的瞬间同步过程结束。 第三阶段，角速度等于 0，摩擦力矩消失，而轴向力仍作用在锁止元件上，使之解除锁止 状态，届时滑动齿套和锁销上的斜面相对移动。从而使滑动齿套占据了换档位置。 2.2.3齿轮材料 制造齿轮的材料主要是锻钢，其次是铸铁，球墨铸铁、灰铸铁和非金属材料。 1 锻钢 制造齿轮的锻钢按照热处理方式和齿面硬度的不同他为两类： 1） 正火或调质钢 这种齿轮用经火或调质处理后的锻钢切齿而成。其齿面硬度不超过350HBS，这种齿轮称为软齿面齿轮，常用的材料为 45 号钢、 50 号钢等作正火处理或 45 钢、 40Cr、 35SiMn38SiMnMo 等作为笛质处理，由于啮合过程中，小齿轮的啮合的寿命接近相等，推荐小齿轮的齿面硬度 比大齿轮高 30 50HBS。软齿面齿轮常用与对齿轮尺寸和精度要求不高的转动中。 2） 表面硬化钢和氮化钢 齿轮一般用锻钢切齿后经表面硬化处理，淬火后，因热处理变形大，一般都要求经过磨齿等加工，以保证齿轮所需的精度。氮化齿轮变形小，在精度低于 7 级时，一般不需磨齿。氮化齿轮因硬化层深度很小，不宜用于有冲击或有磨料磨损的场合。硬齿面齿轮常用的材料为 20Cr 20CrMnTi38CrMoAlA 等。这类齿轮由于齿面硬度高，承载能力高于一般软齿面齿轮，软齿面齿轮将有可能被硬齿面齿轮所取代。 3） 铸钢 铸钢的耐磨性及强度均较好，其 承载能力稍低于锻钢，常有于尺寸较大不宜锻造的场合。 4） 铸铁 铸铁的抗弯及冲击性能较差，主要用于低速、工作平稳、传递功率不大和尺寸与重量无严格要求的开式齿轮，常用的材料有灰铸铁HT300HT350，球墨铸铁 QT500-7 等。 2.非金属材料 非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）的弹性模量小，在承受同样的载荷作用下，其接触应力小，但它的硬度、接触强度和抗弯曲强度低。因此，它常用于高速、小功率、精度不高或要求噪声低的齿轮传动中。 常用的齿轮材料及其机械性能见表 3 3： 材料牌号 热 处理方式 限强度极 屈服 极限 硬度 MPab B MPa HBS HRC （齿面） 45 正火 588 294 169217 调质 647 373 229286 表面淬火 4050 2.2.4齿轮材料、热处理方法 选择齿轮材料时，应使轮芯具有足够的强度和韧性，以抵抗轮齿折断；齿面具有较高的硬度和耐磨性，以抵抗齿面的点蚀、胶合、磨损和塑性变形。另外，还应考虑齿轮加工和热处理 的工艺及经济性等要求，通常，对于重载、高速或体积、重量受到限制的重要场合，应选用较好的材料和热处理方式反之，可选用性能较次但经济的材料和热处理方式。 2.2.5齿轮精度等级 齿轮精度等级，应根据齿轮传动的用途、工作备件、传动功率和圆周速度的大小及其技术要求等来选择。一般，在伟递功率大、圆周速度高、要求传动平稳、噪声小等场合应选用较高的精度等级，反之，为了降低制造的成本，精度等级可选得低些。 表 3 5 齿轮传动精度等级适用的速度范围 齿 的 种 类 传动 种类 齿面度HBS 齿 轮 精 度 等 级 3.4.5 6 7 8 9 齿 直 圆柱齿轮 350 12 18 12 6 4 350 10 15 10 5 4 圆锥齿轮 350 7 10 7 4 3 3 故障诊断与检修 3.1变速器常见故障与诊断 汽车变速器随着行使里程的增加，以及不正常 的操作，使其零件的磨损、变形随之增加，这样会出现异常响声、挂档困难、跳档、发热、漏油等变速器常见的故障。 3.1.1变速器的异常声响 变速器的 异常声响主要是由于轴承的磨损松和齿轮间不正常的捏合而引起的噪声。大致表现在空档 发响和挂档后发响。 1. 空档发响 现象： 发动机怠速运转，变速器处于空档位置有异响，踏下板时响声消失。 原因： 1） 变速器与发动机安装时曲轴与变速器第一轴中心线不同心，或变速器壳变形； 2） 第二轴前轴承磨损、无垢、起毛； 3） 变速器常啮合齿轮摩损，齿侧间隙过大，或个别齿轮牙齿破裂； 4） 常啮齿轮未成对更换，啮合不良； 5） 轴承松旷、损坏、齿轮轴向间隙大； 6） 拨叉玉结合套间隙过大； 2. 挂档后发响 现象： 1） 变速器挂入档位后发响； 2） 当汽车以 40KM/h 以上车速行使时，发出一种不正常声响，且车速愈高，声响愈大，而当滑行或低速时响声减小或消失； 原因： 1） 轴的弯曲变形，轴的花键与滑动齿轮配合松动； 2） 齿轮啮合不当，或轴承松旷； 3） 操纵机构各联接处松动，变速叉变形； 4） 主从动齿轮配合间隙过大； 3. 诊断： 4. 变速器产生响声，是由齿轮或轴的振动及其它生源开始，然后扩散到变速器壳壁产生共振而形成的，诊断步骤为： 1） 发动机怠速运转，变速器空档有异响，踩下离合器踏板后声响消失，多为常啮齿轮啮合不良； 2） 变速器各档均有响声，多为基础件、轴、齿轮、花键磨损使行位误差超限； 3） 挂 入某档、声响严重，则说明该档齿轮磨损严重； 4） 启动后稍微挂档就发响，且在汽车运行中车速变化时声响严重，说 明输出前后轴承响； 3.1.2变速器跳档 1.现象： 汽车行驶中，变速杆自动跳入空档位置（一般多在中、高速负荷时突然变化或汽车剧烈振动时发生）； 2.原因： 由于磨损成锥形，啮合时产生轴向力，加之工作过程振抖、转速变化，近使啮合齿轮沿变速器轴向脱开。具体表现为： 1） 变速器齿轮或齿套磨损过量，沿齿长方向磨成锥形； 2） 变速叉轴凹槽及定位球磨损，以及定位弹簧过软或使自锁装置失效； 3） 变速器轴、轴承磨损松旷，使跪 轮在齿度位置啮合不足； 3.诊断 1）发现某档跳档时，仍将变速杆挂入该档，然后拆下变速器盖察看齿轮啮合情况， 如啮合良好，应检查换档机构； 2）用手推动变速杆，如无阻力或阻力甚小，说明自锁装置失效，应检查自锁钢球和变速叉轴上的凹槽是否磨损过甚，自锁钢球弹簧是否过软、折断。如是应更换； 3）如齿轮未完全啮合，应检查拨叉是否磨损或变形，如石弯曲应校正； 如换档机构良好，应检查齿轮是否成锥形，轴承是否松旷，必要时应拆下修理后更换； 3.1.3挂档困难 1.现象：挂档时，不能顺利挂入档位，常发生齿轮撞击声； 2.原因： 1）变速器叉轴弯曲变形； 2）自锁或互锁钢环破裂、毛糙卡滞； 3）变速器联接杆调整不当或损坏； 4）同步 七耗损有缺陷； 5）变速器轴弯曲变形或花键磨损； 除了变速器故障外，离合器分离不彻底，齿轮油规格不符，也会造成挂档困难； 3.诊断： 1）发现某档跳档时，仍将变速杆挂 入该档，然后拆下变速器盖查看后勤部轮啮合情况，如啮合良好，应查看换档机构； 2）用手推动变速杆，如无阻力或阻力很小，说明自锁失效，应检查自锁钢球和变速叉轴上的凹槽是否磨损成锥形，轴承 是否松旷，必要是应换下修理或换档； 3）如齿轮未完全啮合，应检查齿轮是否磨损成锥形，轴承是否松旷，必要时应换下修理或换档； 3.1.4变速器乱档 1.现象： 汽车起步扗档或行使中换档，所挂档与需要档位不符，或虽然挂入所需档位但不能退回空档，或一次挂入两个档位； 2.原因： 1）换档杆与换档杆拨动端松旷、损坏或换档拨动内孔磨损过大；、 2）变速控制器弹簧压缩量达不到规定的要求； 3）换档滑杆互锁销与小互锁销磨损过大，失去互锁作用； 3.诊断： 1）变速换档杆如能任意摆动，且能打圈，则为夹箍销钉折数据或失落所致； 2）挂档时，变速换档杆稍偏一点位置，就会挂上不需要的档位，这是换档杆拨动端工作面磨损过大导致； 3）如同时能挂上两个档位，这是互锁机构失效所 致 ； 3.1.5变速器发热 1.现象： 汽车行驶一段时间路程后，用手摸变速器时，亦烫手的感觉； 2.原因： 1）轴承装配过紧； 2）齿轮啮合间隙过小； 3）缺少齿轮油或齿轮油粘度太小； 3.诊断：应结合发热部位，逐项检查予以排除。 3.1.6变速器漏油 1.现象： 变速器内的齿轮油从轴承盖或结合部位渗漏出来； 2.原因： 1）变速器各部密封不良、油封损坏、或紧固螺栓松动； 2）变速器壳破； 3）齿轮油过多； 4）变速器放油螺栓或通气孔堵塞。 3.2变速器零件的检修 3.2.1齿轮与花键的检修 齿轮损伤表现为：齿面、齿顶、齿轮中心孔、花键齿磨损、齿面疲劳脱落、斑点、严重时会出现轮齿断裂、破碎等现象。 1）齿轮的表面上出现明显的疲劳的斑点、划痕或阶梯形磨损，应更换；斑点小时可用油石修磨后继续使用。 2）齿轮断面的磨损长度不允许超过齿长的 15%，否则更换。 3）齿轮的啮合面应在尺高的中部，接触面积不得小于齿轮工作面的60%。 4）齿轮与齿轮、齿轮与轴及花键的啮合间隙要符合原厂的规定。 3.2.2轴的检修 轴的损伤通常表现 为：轴颈、花键齿的磨损，轴的变形，轴的破裂。 1） 轴的弯曲用变形百分表来测量，超过标准时应校正或更换。 2） 轴齿、花键齿损伤达到规定时应更换。 3） 用千分尺来检修轴径的磨损程度，其磨损达到规定时，可堆焊后修磨、镀修复或更换。 4） 检查轴上定位凹槽的磨损，超过更换。 5） 轴出现任何形式的裂纹和破碎时，应更换。 3.2.3锁环式变速器的检修 锁环式同步器的损伤表现在锁环、滑块、接合套、花键和花键齿的损伤。锁环内锥面和滑块凸台的磨损都会破坏换档过程中的同步作用；锁环、接合套锁止角的磨损，会使同步器失去锁止作用，这都会出现换档困难， 发出机械撞击噪声。 同步器滑块顶部凸抬磨损出现够草，必须更换。否则，也会使同步作用减弱。 锁环上滑块的磨损、滑块支承弹簧断裂或弹力不足以及接合套和花键毂的磨损都会使换档困难。 4.变速器的润滑 4.1润滑的基本知识 在相互接触、相对运动的两固体摩擦表面间，引入润滑剂，将摩擦表面分开的方法称为润滑。 润滑剂能够牢固地吸附在机器零件的摩擦面上，形成一定厚度的润滑膜。当摩擦副被润滑膜隔开时，它们在作相对运动时就不会直接接触，使两摩擦副之间的摩擦转变成润滑剂本身的内摩擦。这样，摩擦系数大大减少，达到减少摩擦、磨 损的目的。 根据润滑膜在摩擦副便面的润滑状态分有：干摩擦、流体润滑、边界润滑和混合润滑。 根据摩擦表面间所产生压力膜的条件分有：液体或气体动力润滑和液体或气体静压润滑。 根据润滑剂的物质形态分有：气体润滑、液体润滑、固体润滑和半流体润滑。 4.2变速器润滑油 在循环过程中，润滑油的有效成分会不断被消耗，同时还会有一些外来物质如水分、燃油、沙尘杂质等混入，润滑油的使用性能就会下降，甚至失去对发动机的保护性。 如果润滑油中含有过量水分，润滑油的使用性能就会下降。在一定条件下，过量的水分会使润滑油中部分添加剂的 使用性能降低甚至失效，破坏润滑油的黏度，无法在运动摩擦副上形成良好的润滑油膜，从而使机械产生异常磨损，甚至导致机械故障。通常，当润滑油中含有过量水分的时候，润滑油会呈现出一种乳白色泡沫状态。遇到这种情况，就需要立刻 更换。 4.3变速器润滑系统 变速器的润滑系统采用飞溅润滑，变速器只要有一个浸入油池的齿轮的圆周速度 1 .5 2 /u m s : ，即可采用飞溅润滑来润滑轴承。当圆周速度较大时，飞溅的油可形成油雾，直接溅入轴承室。有时由于圆周速度尚不够大或油的粘度较大，而不易形成油雾，此 时为了润滑可靠起见，常在箱座结合面上制出输油沟，让溅到箱盖内壁上的油汇集在油沟内，而后流入轴承进行润滑。 变速箱的密封 润滑的主要目的是减少摩擦与磨损，而密封的目的是防止外部灰尘、水分等进去轴承，也阻止润滑剂的流失。 为了保证机盖与机座联接处的密封可靠，应使联接出凸缘有足够的宽度，联接表面应精刨，其表面粗糙精度不大于 6.3aR 。也可以在机座凸缘上铣出回油沟，使渗入联接面的 油重新流回箱底。此外，凸缘联接螺栓之间的间距一般为 150 200mm，且均称布置，以保证剖分 面的密封性。 4.4变速器零件的清洗 由于零部件被脏油和淤泥所覆盖，所以清洗是强制性的。适用的清洗方法包括蒸汽清洗、压力清洗、轻油清洗、酸或碱性溶液清洗、中性介质清洗、三氯乙烯蒸汽清洗、马格纳斯溶液清洗等。由于在清洗的过程中能露出零件损伤，因此在清洗过程中应密切注意检查。 金属零件 :轻油、与某些其它溶液不同，轻油没有渗透或溶解污泥的能力。因此除精加工表面外，应用金属丝刷子或其它工具除去污泥，并用上述方法刷 洗两遍。碱性溶液：如果部件为合金制品，请不要使用碱性溶液清洗。碱性溶液清洗钢和铸铁是相当 好的。注意：如果使用碱性溶液清洗，应准备好中和介质如硼酸溶液，一旦皮肤或眼睛与碱性溶液相接触，应立即用中和介质清洗掉碱性溶液。橡胶部件 不要用矿物油清洗。用酒精或干净的擦布抹掉油泥。润滑油道 将一根金属丝穿过油道，并确保油道畅通，用压力喷嘴将清洗溶液喷入油道加以清洗。防腐蚀在零件的表面除掉旧的油脂之后，应涂上一层清洁的油脂加以保护，防止锈蚀。 5.变速器的装配 5.1变速器装配注意事项 进行装配前，必须彻底清洁所有要装配的零部件，不能让灰尘和杂物进入变速器内，否则会造成不必要的损坏。装配过程中，要遵守 下列注意事项： 1.变速箱装配时，首先为立式装配，待基本装配完成后，再翻转为卧式，装配顶盖、电器线束等零部件。 2.变速箱大量采用圆柱滚锥轴承，都是成对使用的。装配过程中，必须进行间隙测量，选择合适厚度的垫片来调整锥轴承的轴向间隙（测量方法见变速箱总成装配）。 3.变速箱采用强制润滑，装配时需要安装油泵、滤芯，同时保证油道畅通。 4.当进行零件装配时，应确保齿轮止推垫圈，滚针轴承和隔套的方向正确。 5.所有的运转表面应涂上干净的齿轮润滑油。 6.根据修理规程，要更换所有的自锁螺母、油封和 O 形圈。 7.重 新装配同步环和同步器锥环时，注意它们的位置和方向，保证安装的位置和方向不改变。 8.当重新装配时，要保证加注润滑油孔无阻塞，每个齿轮工作表面无锈蚀、沙眼和裂纹，清理干净同步器锥环，在同步器锥环、同步环、油封和轴承的工作表面涂上干净的润滑油。衬垫重新装配变速器时，要全部使用新的衬垫并涂上密封胶，不能漏装任何一个衬垫，否则会造成漏油或轴承盖定位失准。紧固螺栓为了防止漏油，所有的紧固螺栓在装配前必须涂上螺纹密封胶。 9.O 形圈所用的 O形圈在装配前必须用硅脂润滑剂润滑。 10.装配重新装配时，请参考本手册提供的装配 关系图进行。 11.初始润滑装配过程中，所有的止推垫圈和轴上的花键都必须涂抹润滑脂作初始润滑之用，以避免刮伤和干磨擦。 12.轴向间隙重新装配时，要保证二轴齿轮轴向间隙符合规定。 13.轴承安装轴承时推荐使用带突缘的轴承装拆器，使用这种装拆器可以向轴承的内外圈同时加力，不仅能防止损坏钢球和轴承内外圈，还能保证轴承与轴和孔的同心度。最好不要使用套管式拆装器，套管式拆装器只能向轴承内外圈中的一个部位加力，可能造成轴承损坏。 14.输出轴法兰盘在安装输出轴法兰盘之前，要确保里程表驱动齿轮已安装到位，然后用规定的拧 紧力矩拧紧锁紧螺母。 5.2变速器总成的装配 1、变速箱装配时，首先必须是立式装配 2、紧固二轴锁紧螺母时，注意旋向为左旋， 紧固后凿紧，紧固扭矩410-470N.m。 3、将一轴总成放在轴类合装支架上。 4、将二轴总成用吊具（ T492-150.028）吊装到一轴上 ,注意不要损坏一轴内孔油封。 5、倒档轴的安装：用螺丝刀或木片等，少许上提倒档滑动齿套，这样容易固定倒档拔叉的位置。 6、将二轴总成、中间轴总成、一轴总成及叉类合件总成合装到一起，放置在轴类合装支架上； 7、将轴、叉类合件用吊具吊装放入前壳 体上。 8、将中间壳体竖直吊入到前壳体上，注意：吊入中壳体时，保证竖直，不要倾斜。 9、中间轴的各轴承装配时，必须调整轴承间隙。 10、在装配二轴后轴承外圈时，使用专用的工具打入。 11、二轴锁紧螺母止动垫圈需要放进副高档齿轮槽中，由于螺母的位置会有变化，为了使止动垫圈能完全卡住锁紧螺母，需要将螺母继续紧固，旋转一定角度后，放进止动垫圈。 5.3中间轴后轴承间隙调整方法： 1、将外圆磨小 0.1mm的轴承外圈（工装）放入轴承内圈上，再放两枚厚度为 2mm（共 4mm）的中间轴后轴承调整垫（ DC12J150T-662）放置在中间轴后轴承上。 2、将油泵装上后，将带“”标志的三点紧固，紧固扭矩为 29.41.5N.m。这一步为预紧固，紧固扭矩必须在规定的范围。 3、松开螺栓