工程机械及车辆(3)

1、第三章第三章 人力换挡变速箱人力换挡变速箱 1. 变速箱的功能变速箱的功能 3. 接合套接合套/同步器同步器 2. 变速箱工作原理变速箱工作原理 W1：为什么车辆需要切换不同的档位行驶？：为什么车辆需要切换不同的档位行驶？ 阻力消耗功率阻力消耗功率动力输出功率动力输出功率 后备功率后备功率 后备功率后备功率 I II III IVV F1：变速变扭：变速变扭 4. 主轴式变速箱主轴式变速箱 5. 两轴式变速箱两轴式变速箱 6. 变速箱操纵机构变速箱操纵机构 第三章第三章 人力换挡变速箱人力换挡变速箱 W1：为什么车辆需要切换不同的档位行驶？：为什么车辆需要切换不同的档位行驶？ 驱动轮转速 发动

2、机转速 传动比i l不同档位意味着传动比不同档位意味着传动比i不同不同 阻力消耗功率阻力消耗功率动力输出功率动力输出功率 l车辆起步时，需要有更多的车辆起步时，需要有更多的 后备功率后备功率用于加速，发动机用于加速，发动机 转速需提高转速需提高(传动比传动比i需需较大较大) 后备功率后备功率 后备功率后备功率 最大功率 工作功率 发动机负荷率K l车辆正常行驶时，需要有较车辆正常行驶时，需要有较 少的少的后备功率后备功率以提高发动机以提高发动机 负荷率，发动机转速需降低负荷率，发动机转速需降低 （传动比（传动比i需需较小较小） I II III IVV l需设置多个档位，满足车辆需设置多个档位

3、，满足车辆 的的动力性动力性和和经济性经济性 F1：变速变扭：变速变扭 1. 变速箱的功能变速箱的功能 W1：为什么车辆需要切换不同的档位行驶？：为什么车辆需要切换不同的档位行驶？F1：变速变扭：变速变扭 W2：车辆倒车是否是由于发动机倒转实现？：车辆倒车是否是由于发动机倒转实现？F2：实现倒车：实现倒车 W3：发动机启动时，是否需要将动力切断？：发动机启动时，是否需要将动力切断？ 发动机发动机 带动车带动车 辆启动辆启动 一旦启动一旦启动 车辆突然车辆突然 接入动力接入动力 产生瞬时产生瞬时 的冲击的冲击 造成机件的损害造成机件的损害 驱动力不足以克驱动力不足以克 服车辆惯性力，服车辆惯性力

4、， 发动机熄火发动机熄火 F3：切断动力：切断动力 人力换挡变速器人力换挡变速器是用人力通过杠杆和拨叉来改变变速器中是用人力通过杠杆和拨叉来改变变速器中 齿轮传动副而进行换挡的变速器。齿轮传动副而进行换挡的变速器。 2. 变速箱工作原理变速箱工作原理 利用不同齿数的齿轮副相互利用不同齿数的齿轮副相互 啮合并传递动力，以改变变啮合并传递动力，以改变变 速箱的传动比速箱的传动比 1 3 低 低速档 Z Z i 2 4 高 高速档 Z Z i 2143 ZZZZ 高低 ii 2. 变速箱工作原理变速箱工作原理 利用不同齿数的齿轮副相互利用不同齿数的齿轮副相互 啮合并传递动力，以改变变啮合并传递动力，

5、以改变变 速器的传动比；速器的传动比； 1 3 低 低速档 Z Z i 2 4 高 高速档 Z Z i 2143 ZZZZ 高低 ii 通过增加齿轮传动的对数，通过增加齿轮传动的对数， 以实现倒档；以实现倒档； 7 6 5 7 低 倒档 Z Z Z Z i 3. 接合套接合套/同步器同步器 滑动换挡方式滑动换挡方式 结构特点结构特点：滑动齿轮与轴：滑动齿轮与轴 之间通过花键连接之间通过花键连接 优点优点：零部件数量少，结：零部件数量少，结 构简单构简单 缺点缺点：换挡时齿轮：换挡时齿轮不同步不同步， 挂档较困难；齿轮冲击载挂档较困难；齿轮冲击载 荷大，且该冲击主要作用荷大，且该冲击主要作用 在

6、相啮合的一两对齿上，在相啮合的一两对齿上， 容易使齿轮过早损坏；花容易使齿轮过早损坏；花 键易磨损，容易造成脱档键易磨损，容易造成脱档 现象；现象；无法使用斜齿轮无法使用斜齿轮 应用应用：换挡不频繁的传动：换挡不频繁的传动 机构或某些车辆倒档中机构或某些车辆倒档中 3. 接合套接合套/同步器同步器 接合套接合套 结构组成结构组成：由花键毂、接合套等组：由花键毂、接合套等组 成，成，接合套套装在花键毂上，花键接合套套装在花键毂上，花键 毂固装在轴上；常啮合齿轮通过轴毂固装在轴上；常啮合齿轮通过轴 承与输出轴连接，并在其端部制有承与输出轴连接，并在其端部制有 齿环齿环 花键毂花键毂 接合套接合套常

7、啮合齿轮常啮合齿轮常啮合齿轮常啮合齿轮 具有长短齿的齿环具有长短齿的齿环具有长短齿的齿具有长短齿的齿 环环 工作原理工作原理：移动接合套，使：移动接合套，使 其长齿插入齿环齿距较大的其长齿插入齿环齿距较大的 长齿之间长齿之间 优点优点：速度不同步带来的冲：速度不同步带来的冲 击，由圆周多个齿共同承受，击，由圆周多个齿共同承受， 改善了换挡条件；可用斜齿改善了换挡条件；可用斜齿 轮进行传动轮进行传动 缺点缺点：仍然没有消除换挡冲：仍然没有消除换挡冲 击击 应用应用：换挡不频繁，且：换挡不频繁，且 对换挡平稳性要求不高对换挡平稳性要求不高 的斜齿轮传动中，在工的斜齿轮传动中，在工 程机械中有一些应

8、用程机械中有一些应用 （五）啮合器（五）啮合器 啮合套在受到轴向力时，容易脱档。为此在结构上可以采用以下三种啮合套在受到轴向力时，容易脱档。为此在结构上可以采用以下三种 措施：措施： （1 1）啮合套的齿应该越过被接合的齿）啮合套的齿应该越过被接合的齿23mm23mm，这样在使用中由于接触部位，这样在使用中由于接触部位 挤压磨损，在啮合套上形成凸肩，可以阻止接合齿自动分开。挤压磨损，在啮合套上形成凸肩，可以阻止接合齿自动分开。 （2 2）将花键毂齿端的齿厚切薄，这样厚齿形成的挡肩便可以防止脱档。）将花键毂齿端的齿厚切薄，这样厚齿形成的挡肩便可以防止脱档。 （3 3）将接合齿的工作面加工成斜面，

9、使斜面产生的轴向分力防止脱档。）将接合齿的工作面加工成斜面，使斜面产生的轴向分力防止脱档。 3. 接合套接合套/同步器同步器 滑动或接合套换挡的滑动或接合套换挡的麻烦麻烦 l采用滑动齿轮或接合套换采用滑动齿轮或接合套换 挡时，必须使待啮合的轮挡时，必须使待啮合的轮 齿或接合套与接合齿环的齿或接合套与接合齿环的 圆周速度接近相同（即近圆周速度接近相同（即近 似同步时），才能顺利进似同步时），才能顺利进 入啮合而完成换挡入啮合而完成换挡 l高档换低档和低档换高档高档换低档和低档换高档 的方式有所不同的方式有所不同 3. 接合套接合套/同步器同步器 同步器同步器 优点优点：具有接合套换挡机构的全部：

10、具有接合套换挡机构的全部 优点，且无换挡冲击，操纵轻便优点，且无换挡冲击，操纵轻便 缺点缺点：结构复杂，制造精度高，轴：结构复杂，制造精度高，轴 向尺寸大，易磨损向尺寸大，易磨损 应用应用：在各类车辆变速机构中均得：在各类车辆变速机构中均得 到广泛应用到广泛应用 同步器是在接合套的基础上发展起同步器是在接合套的基础上发展起 来的。这种机构在换档时利用摩擦来的。这种机构在换档时利用摩擦 使将要进入啮合的一对齿轮的圆周使将要进入啮合的一对齿轮的圆周 速度迅速相等同步，然后才啮合，速度迅速相等同步，然后才啮合， 以避免齿轮间产生冲击以避免齿轮间产生冲击 目前广泛采用的是惯性式同步器，图示为锁销式惯性

11、同步器简图。该同步器目前广泛采用的是惯性式同步器，图示为锁销式惯性同步器简图。该同步器 由花键毂、啮合套、摩擦锥环、定位销、锁销等零件组成。花键毂用花键固装在由花键毂、啮合套、摩擦锥环、定位销、锁销等零件组成。花键毂用花键固装在 输出轴上。啮合套以内花键套装在花键毂的外花键齿上。输出轴上。啮合套以内花键套装在花键毂的外花键齿上。 3. 接合套接合套/同步器同步器 同步器同步器 两个有内锥面的钢制摩擦锥盘分两个有内锥面的钢制摩擦锥盘分 别以内花键装在两个斜齿轮的齿别以内花键装在两个斜齿轮的齿 环上，随齿轮一同旋转。环上，随齿轮一同旋转。 与之相配合的两个有外锥面的铜与之相配合的两个有外锥面的铜

12、制摩擦锥环，通过在同一圆周上制摩擦锥环，通过在同一圆周上 相互间隔均布的三个锁销和三个相互间隔均布的三个锁销和三个 定位销与啮合套相联接。定位销与啮合套相联接。 锥环锥面上制有细密螺旋槽和沟锥环锥面上制有细密螺旋槽和沟 槽槽, ,以便两锥面接触时，破坏油膜，以便两锥面接触时，破坏油膜， 增加摩擦。增加摩擦。 锁销两端分别固定在锥环的孔中，锁销两端分别固定在锥环的孔中， 其两端工作表面直径与啮合套凸其两端工作表面直径与啮合套凸 缘上相应销孔的内径相等，而中缘上相应销孔的内径相等，而中 部直径则小于外径，因此只有当部直径则小于外径，因此只有当 锁销与啮合套的销孔对中同心时，锁销与啮合套的销孔对中同

13、心时， 啮合套方能沿锁销轴向移动啮合套方能沿锁销轴向移动。 3. 接合套接合套/同步器同步器 同步器同步器 运动部件仍然转动，但待啮合齿轮转速大于啮合套运动部件仍然转动，但待啮合齿轮转速大于啮合套由四档换入五档由四档换入五档 空档空档 两锥面接触两锥面接触 啮合套左移啮合套左移 摩擦作用摩擦作用 待啮合齿轮及其锥盘带动锥环和锁销加速待啮合齿轮及其锥盘带动锥环和锁销加速 锁销中部直径小锁销中部直径小 锁销相对啮合套超前旋转一定角度锁销相对啮合套超前旋转一定角度 惯性作用惯性作用 锁止面锁止面 轴向力轴向力F2和切向力和切向力F1 产生切向力矩产生切向力矩M2和摩擦力矩和摩擦力矩M1 如果如果M2

14、M1，则锁销即可相对于啮合，则锁销即可相对于啮合 套向后退转，以便啮合套越过锁销倒套向后退转，以便啮合套越过锁销倒 角 与 待 啮 合 齿 轮 的 齿 环 套 合 ； 若角 与 待 啮 合 齿 轮 的 齿 环 套 合 ； 若 M2II-II档：档： 当发动机转速达到当发动机转速达到n n2 2时，驾驶员开始换挡，由于车辆惯性较大，可时，驾驶员开始换挡，由于车辆惯性较大，可 设车速没有降低，则换上设车速没有降低，则换上IIII档时，发动机转速应降到档时，发动机转速应降到n n1 1，离合器才能平，离合器才能平 顺无冲击地接合。顺无冲击地接合。 2 1 1 2 g g i i n n 若在若在2

15、2档时，发动机转速升到档时，发动机转速升到n2时换时换3档，则应把发动机转速降到档，则应把发动机转速降到n1，离，离 合器能无冲击接合。合器能无冲击接合。 3 2 2 1 g g i i n n 当各档位传动比按等比级数分配时，若每次发动机都是提高到转速当各档位传动比按等比级数分配时，若每次发动机都是提高到转速n n2 2换换 挡，只要发动机都降到同一低转速挡，只要发动机都降到同一低转速n n1 1，离合器就能无冲击地接合。，离合器就能无冲击地接合。即换挡过即换挡过 程中，发动机总在同一转速范围程中，发动机总在同一转速范围n n1 1到到n n2 2内工作，这样，驾驶员在起步加速时内工作，这样，驾驶员在起步加速时 操作就方便多了操作就方便多了。 手动挡车辆各档位使用情况：手动挡车辆各档位使用情况： I档档：用于起步，发动机转速不超过：用于起步，发动机转速不超过2000转转 II档档： 车速在车速在20-40Km时使用时使用 III档档：车速在：车速在40-60Km时使用时使用 IV档档： 车速在车速在60-75Km时使用时使用 V档档： 车速在车速在75Km以