第1章第3节.doc

第三节 变速器由于活塞式内燃机转矩Me,转速ne变化范围小，不能满足复杂多变的使用条件对驱动力Ft,车速Va变化范围大的要求，为扩大驱动轮Me,nt变化范围，适应各种行驶条件，保证发动机在较有利工况（功率发挥较充分，经济性较好）下工作。传动系中必须设置能起变速作用的装置变速器。一、变速器功用、组成、要求、分类1、功用：改变转速、转矩（改变传动比）、扩大Ft,Va变化范围；实现倒车；中断动力传递（发动机不熄火）向外输出动力，以驱动其它工作装置。2、组成：变速传动机构、操纵机构，按需要可加装动力输出器。3、要求：有足够多排档和合适速比，保证汽车动力性经济性较高；传动效率高，工作平顺，噪声小，无冲击；工作可靠，不串档，不掉档；结构简单，操纵轻便，便于维修。4、类型：按传动比变化方式分： 1）有级式：采用齿轮传动，有若干个档位，各构传动比不变。又分为普通式（定轴轮系）和行星齿轮式（施转轮系）两种。有级式结构简单，通常只有35个前进档，1个倒档。重型货车、大型客车，一般有610个前进档。采用组合式变速器。2）无级式：传动比在一定范围内连续变化（档数无限多）。无级式变速器分为液压式、电力式、摩擦式。汽车上常用液力式（液力变矩器），超重型汽车用电力式，近年来也采用摩擦式。3）综合式：由液力变矩器与齿轮式变速器组合成液力机械变速器。其传动比可在最大值、最小值之间几个间断的范围内无级变化。应用很多。按变速器操纵方式分： 1）强制操纵式：靠驾驶员用手直接操纵变速杆换档，也称手排档式。大多数汽车采用。2）自动操纵式：档位（传动比）的选择和换档过程是自动进行的。这种变速器操纵杆常有56位置，驾驶员通过操纵杆可选择换档方式，但不能直接换档（倒档，L档除外）。这种变速器在前进中档位的变换是根据发动机负荷和车速的大小，由电脑或液压系统控制执行元件实现的。驾驶员只需操纵加速踏板控制车速。3）半自动操纵式：分两种：一种是常用几个档位自动操纵，其余档位由驾驶员直接操纵；另一种是预选式，驾驶员预先用按钮选定档位，通过电磁装置或液压装置来换档。多轴驱动汽车，变速器之后还装有分动器。二、变速器变速传动机构变速器由变速传动机构和操纵机构组成。变速传动机构是指变速器中用来改变传动比的传动部分。（一）三轴式变速器这种变速器具有四根平行的轴，其中第一轴与第二轴同心，中间轴在一、二轴下方或侧方。前进档一般通过两对外啮合齿轮传动，动力需经过一轴，中间轴才能传到二轴。故常称为三轴或变速器。这种变速器有直接档，动力可直接从一轴传到二轴。此外还有一倒档轴，倒档时，通过三对外啮合齿轮传动，动力需经过一轴、中间轴、倒档轴传到二轴。1、解放CA1091六档变速器1）特点：六个前进档，一个倒档，无超速档；四个平行轴，一、二轴同心，中间轴在一、二轴之下，倒档轴在左侧； 全部齿轮均匀斜齿常啮合齿轮；换档方式：一、倒档采用接合套，其余用同步器。（二档锁销式，其余锁环式）2）各档动力传递空档：第一轴旋转，通过常啮合齿轮带动中间轴及上面齿轮旋转，第二轴上的所有齿轮都旋转，但第二轴不转。档：第二轴上一、二档接合套后移与一档齿轮齿圈套合。动力由第一轴 常啮合齿轮 中间轴 中间轴一档齿轮 第二轴一档齿轮 一、二档接合套 第二轴输出 i =7.640档：第二轴上一、二档接合套前移与二档齿轮齿圈套合。动力由第一轴 常啮合齿轮 中间轴 中间轴二档齿轮 第二轴二档齿轮 一、二档接合套 第二轴输出 i =4.835档：第二轴上三、四档接合套后移与三档齿轮齿圈套合。动力由第一轴 常啮合齿轮 中间轴 中间轴三档齿轮 第二轴三档齿轮 三、四档接合套 第二轴输出 i 2.857档：第二轴上三、四档接合套前移与三档齿轮齿圈套合。动力由第一轴 常啮合齿轮 中间轴 中间轴四档齿轮 第二轴四档齿轮 三、四档接合套 第二轴输出 i 1.895V档：第二轴上五、六档接合套后移与五档齿轮齿圈套合。动力由第一轴 常啮合齿轮 中间轴 中间轴五档齿轮 第二轴五档齿轮 五、六档接合套 第二轴输出 i 1.337 档：第二轴上五、六档接合套前移与第一轴后端齿轮齿圈套合。动力由第一轴 接合套 第二轴输出。 1倒档：第二轴倒档齿轮齿圈上的倒档接合套前移倒档花键毂上外齿套合。动力由第一轴 常啮合齿轮 中间轴 中间轴倒档齿轮 倒档轴倒档齿轮 第二倒档齿轮 倒档接合套 第二轴输出。7.107档位图： 2、东风EQ1090变速器特点：五个前进档，一个倒档，无超速档；一、倒档为直齿轮，其它为斜齿常啮合；换档方式：一、倒档移动齿轮，其它档同步器；其它与CA1091相似。档位图：各档传动比： 倒7.31 4.31 2.45 1.54 1 7.66（二）两轴式变速器这种变速器只有3根轴，无中间轴，第一轴与第二轴平行，前进档均一对齿轮传动，无直接档。倒档两对齿轮传动。奥迪100变速器。特点：五个前进档，一个倒档，无直接档；全部齿轮均为斜齿常啮合；无中间轴，各前进档一对齿轮传动，倒档两对；换档方式：全部采用同步器。各档传动比： 倒3.545 2.105 1.300 0.943 0.789 3.500（39/11） （40/19） (39/30) (34/36) (30/38) (35/10) （三）组合式变速器用于重型货车，一般由一个四档或五档变速器和一个两档副变速器组合而成。通过更换齿轮副和配置不同副变速器，可得到一组不同档数，不同传动比范围的变速器系列。主、副变速器配档方式：分段式配档：副变高、低两档传动比分别与主变各档传动比搭配成高、低两段传动比范围。仅在高、低档间操纵副变。（主变各档传动比间隔较小，副变低档传动比较大）。插入式配档：主变各档传动比间隔较大，副变低档传动比较小。组合得到的传动比均匀地插入主变各档传动比之间。需要主、副变交替换档，较复杂。副变安装位置：在主变之后、副变传动比相差较大（周转轮系），分段配档（图16-13）在主变之前、副变传动比相差较小（定轴轮系），插入配档（图16-14）前、后均有档位多。三、同步器（一）无同步器，变速器换档过程采用移动齿轮，或接合套换档时，必须使新档位待啮合的一对齿轮的轮齿（或接合套与接合齿圈上的相应内、外花键齿）的圆周速度相等（同步）才能平顺地挂上档，如没同步之前强行挂档，将产生齿间的冲击和噪声，影响齿的工作寿命，甚至折断。为换档平顺，驾驶员应采用一套正确而迅速的操作方法（两脚离合器）。CA1091六档变速器五、六档换档过程：由于齿轮均为常啮合，第二轴上五档齿轮3经中间轴五档齿轮5和常啮轮齿轮1和4与第一轴保持经常传动关系。接合套、花键毂与二轴相连。因此齿轮1、3转速及其端部接合齿圆周速度V1、V3与离合器从动盘转速成正比。同理，接合套的转速及其花键齿的圆周速度V2与车速成正比。并且V1V3。1、由低档换高档（五档 六档） 在换档之前和刚退入空档的瞬间，V2=V3V2，必有一瞬间t1时，V1=V2同步，此时挂入六档不会产生冲击。过了此时，则V1V2，挂档也要产生冲击。为加快换档过程，通常要放松离合器踏板，利用发动机对变速器第一轴制动。然后再踩离合器然后挂五档。正确驾驶方法： 2、由高档换低档（六档 五档）换档前及退入空档瞬间，V2=V1V3，但退入空档后V3下降比V2下降快，不会出现V3=V2，（只有完全停车）。且空档时间越长，二者相差越大。因此减档时，应在放松离合器踏板的同时，还应踩加速踏板，才可挂入四档。正确操作方法： 可见，无同步器换档时，要想换档无冲击，必须进行一套较复杂的操作过程。而且这些操作应在短时间内迅速完成。这就要求驾驶员操作技术相当熟练，容易疲劳，因此现代手排档变速器上普遍采用一种方便换档，换档无冲击的装置同步器。同步器功用：保证换档平顺，简化操作。（二）同步器构造及工作原理同步器是在接合套换档机构基础上发展起来的。同步器类型有常压式、惯性式和自增力式，目前广泛应用惯性式。1、常压式同步器1）组成：花键毂：借内花键装在轴上，可轴向移动，毂两端加工有内锥面，两侧齿轮加工相应的外锥面。接合套：内花键与花键毂套合，而可与两侧齿轮齿圈套合。定位销、弹簧：装在花键毂相应孔中，空档时，定位销在弹簧作用下顶在接合套内的凹槽中。2）工作过程：换档时，接合套通过定位销带动花键毂轴向移动，使毂的内锥面与要进入传动的齿轮外锥面接触，产生摩擦力矩，使接合套花键齿与齿轮齿圈逐步达到同步。由于弹簧定销的作用，在同步之前暂不能接合，同步后，加力则进入接合。可见，这种同步器的同步作用由内、外摩擦锥面的摩擦实现的，不同步二者就有摩擦作用。同步前限制挂档（接合套移动）靠定位销及弹簧。由于弹簧对接合套的阻力大小是一定的，不变的，故称常压式。如驾驶员用力过猛，则可能在同步之前接合套克服弹簧压力，压下定位销与待接合的齿圈接触而产生冲击，目前很少采用。2、惯性式同步器：分为锁环式和锁销式两种：惯性式与常压式同步原理相同，都是依靠摩擦锥面的摩擦作用实现同步。二者不同在于：该同步器在结构上能保证接合套与待接合的齿轮齿圈在达到同步之前不可能接触。以避免齿间的冲击和噪声。锁环式同步器常用于轿车、轻型汽车，如奥迪100 、解放CA1091等。锁销式同步器用于中、重型汽车，如EQ1090,CA1091二档。两种惯性式同步器工作原理相同，但结构上相差较大。仅介绍锁销式同步器构造及工作原理（EQ1090用两套锁销式同步器）1、同步器构造：两摩擦锥盘（内锥面）分别固定在带外花键齿圈的四、五档齿轮上，随齿轮一起旋转。五档齿轮为一轴常啮合齿轮，四档齿轮用滚针轴承支承在二轴上。两摩擦锥环（外锥面）通过三个锁销和三个定位销与接合套相连，锁销、定位销在同一圆周上均匀布置。锁销两端固定在摩擦锥环的孔中，两端工作表面直径与接合套凸缘上销孔内径相等。中部直径小于孔径，只有在锁销与接合套孔对中时，接合套才能沿锁销移动。在锁销中部和相应的接合套孔的两端有角度相同的倒角锁上角。接合套上定位销孔中部钻有斜孔，内装弹簧、钢球，顶在定位销中部的环槽中，保证同步器处在正确的空档位置。定位销两端靠在锥环内侧面上，但有间隙。定位销可随接合套移动。接合套内花键与花键毂外花键配合，可在其上滑动。花键毂借内花键固定在第二轴上。2）工作原理：设四档 五档在同步器接合套刚从四档退入空档时，五档齿圈、接合套（连同摩擦锥环）都在惯性作用下继续旋转。此时，n套n环M1时，锁销可相对接合套后退一个角度，可挂五档。若M2M1，则锁销不能退转，就不能挂入五档。式中，摩擦锥面摩擦系数 摩擦锥面半锥角 摩擦锥面摩擦半径（平均） （）式中，锁销轴线所在圆周半径 锁销锁止面倒角若要M2M1，只要即可。因此在设计同步器，只要适当选择及材料，就可保证同步器之前 ，M2M1,避免换档时的冲击和噪声。摩擦锥面摩擦力矩M1存在的条件：驾驶员对接合套施加轴向力，其大小等于锁止面的切向力F1不同步，在实现同步过程中，机件（五档齿轮等）因旋转速度变化产生惯性力矩Mj。而同步前，Mj=M1由于同步过程中，惯性力矩经摩擦锥面传动锁销，使锁销倒角与接合套倒角始终相抵靠，而使接合套不能挂入新档。由于锁止作用是惯性作用造成的，而不是定位销、定位弹簧和钢球造成的，故称惯性式。若实现了同步，则惯性力矩消失。但轴向力作用还使摩擦锥面紧贴在一起，F2产生的拨环力矩M2使锥环连同锥盘及齿轮等相对接合套后退一角度，锁销与销孔对中，接合套便能轻易克服钢球弹簧的阻力，顺利挂上五档。如五档换四档，同步器同样起作用。只是四档齿轮被加速到与接合套同步后，接合套才能与四档齿轮齿圈接合挂入四档。3、自行增力式同步器（自学）四、变速器操纵机构功用：保证准确、可靠地挂入需要的任一档位，并可随时退档，一般变速器均采用非自动手操纵。操纵型式：直接操纵变速杆和操纵机构直接安装在变速器盖上。远距离操纵 变速杆和变速器换档拨叉间通过一套传动机构或辅助杠杆进行操纵。操纵机构组成：变速杆，换档拨叉，拨叉轴，锁定装置。锁定装置及功用：自锁装置：防止变速器自动挂档、掉档，保证全齿长啮合互锁装置：防止串档（同时挂两档）倒档锁：防止前进中误挂倒档选档锁：方便选档，保证挂入正确档位。副变速器操纵机构多选用预选气动换档，