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第十五章变速器与分动器 华南农业大学车辆工程系 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 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 传动比 输入轴转速与输出轴转速的比值 实现倒车 利用空档 中断动力传递 1 2变速器的类型 按传动比的变化范围分 有级式变速器 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 无级式变速器 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 综合式变速器 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区间内连续变化 按操纵方式分类 强制操纵式 驾驶员直接操纵变速杆换档 自动操纵式 换档与传动比的选择是自动进行的 半自动操纵式固定式 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 传动基本原理 主动轮1 从动轮2 i 主动齿轮齿数 从动齿轮齿数 i12 n1 n2 z2 z1 M2 M1z1 n1 M1为主动齿轮的参数 z2 n2 M2为从动齿轮的参数 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 前进档时 动力由第一轴直接传给第二轴 只经过一对齿轮传动 两轴转动方向相反 倒档时 动力由第一轴传给倒档轴 再由倒档轴传给第二轴 经过两对齿轮传动 第一轴与第二轴转动方向相同 变速传动机构的工作原理 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 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 2 1普通齿轮式变速器 一般将轴线固定的有级变速器称为普通齿轮式变速器 按变速器传动齿轮轴的数目可分为 两轴式和三轴式两种类型 两轴式 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 输出轴三轴式 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 2 1 2两轴式变速器 组成 输入轴 输出轴 倒档轴 轴承 变速齿轮和壳体应用 FF RR轿车特点 输入轴与输出轴平行 无中间轴没有直接档 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 接合套或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 注意 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 直接档 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 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 小结 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 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 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 接合套和接合齿圈的齿端制成倒斜面 花键毂齿端的齿厚切薄 接合套的齿端制成凸肩 第3节同步器 第3节同步器 3 1无同步器时变速器的换档过程自低速档换入高速档自高速档换入低速档同步器的必要性3 2同步器构造及工作原理同步器分类惯性式同步器 齿轮2 齿轮4及其端部接合齿圈的转速与离合器从动盘转速成正比 并跟随其变化 接合套及其端部接合花键的转速与汽车行驶速度成正比 并跟随其变化 3 1 3同步器的作用 欲使普通变速器换档时不产生轮齿或花键齿间的冲击 需要进行复杂的操作 并应在短时间内迅速而准确的完成 这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 即同步 3 2 1同步器的分类常压同步器 惯性式同步器 锁环式和锁销式自行增力式同步器 特点 惯性同步器也靠摩擦原理工作 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 应用场合 广泛应用于轿车和轻型 中型车辆 3 2同步器的构造和工作原理 惯性式同步器的构造 锁环接合套花键毂滑块定位销弹簧 3 2 2锁环式惯性同步器 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 n7n3 n7n3 n4 惯性式同步器工作过程 2 锁止 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M2 M1 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和锥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M2 M1 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 n3 n4惯性力矩消失 解除锁止 4 完成换档 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声 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 锁环的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 轿车 轻型车辆 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可靠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 按操纵机构距离驾驶员座位的远近分类 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 远距离操纵 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 直接操纵机构 4 2对变速器操纵机构的要求 为了保证变速器在任何情况下都能安全 准确 可靠工作 变速器操纵机构应该设置安全机构 并满足如下安全要求 设置自锁装置 防止变速器自动脱档 并保证介入档位的啮合齿轮圈齿宽接触 设置互锁装置 避免同时挂入两个档位 设置倒档锁 避免误挂入倒档 自锁 互锁装置 作用 驾驶员用变速杆推动某一拨叉轴时 自动锁止其它所有拨叉轴 自锁 互锁装置统一的结构 在某些只有两套拨叉 拨叉轴变速箱中 将自锁与互锁装置合二为一 倒档锁装置 作用 使驾驶员必须对变速杆施加更大的力 才能挂入倒档 起到提醒注意的作用 防止挂入倒档 变速器操纵机构 远距离操纵机构 定义 当变速器在汽车上的布置离驾驶员座位较远时 需要在变速杆与拨叉轴之间加装一套传动机构或辅助杠杆 实现对变速器的远距离操纵 此时 操纵机构由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成 注意远距离操纵应该具有足够的刚性 而且连接件之间的间隙要小 否则换档手感不明显 应用轿车和轻型平头汽车 第5节分动器 作用 在多轴汽车上采用分动器 将变速器的输出动力分配到各驱动桥 因此分动器一般具有一个输入轴 多个输出轴 在一些越野汽车上装有两档分动器 兼起到副变速箱的作用 分动器的输入轴与变速器的第二轴相