第18章 变速器

1、第 17 章 变速箱有三种类型的轴：输入轴（第一轴）、中间轴、输出轴（第二轴）有三种类型的轴：输入轴（第一轴）、中间轴、输出轴（第二轴）三轴变速器三轴变速器 动力传递路径动力传递路径输入轴输入轴输入轴齿轮输入轴齿轮中间轴齿轮中间轴齿轮输出轴齿轮输出轴齿轮输出轴输出轴变速器的传动比变速器的传动比 变速器传动比变速器传动比 i i12=n n1 1/n/n2 2= z= z2 2/z /z1 1= M= M2 2/M/M1 1 其中，其中，z z1 1 、n n1 1 、MM1 1为主动齿轮的为主动齿轮的参数，参数，z z2 2 、n n2 2 、 MM2 2为从动齿为从动齿轮的参数。轮的参数。

2、主动轮1从动轮2i i =主动齿轮齿数主动齿轮齿数从动齿轮齿数从动齿轮齿数三种换挡方式三种换挡方式三轴五速变速器传动机构三轴五速变速器传动机构输入轴中间轴输出轴倒档轴变速齿轮结合套变速器壳滚动轴承滚动轴承中心孔中心孔二轴支承二轴支承滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承三轴五速变速器传动示意图三轴五速变速器传动示意图第一轴前端支撑在发动机曲轴凸缘的滑套中，后端支撑在变速箱第一轴前端支撑在发动机曲轴凸缘的滑套中，后端支撑在变速箱前壳体的轴承孔中前壳体的轴承孔中第二轴前端用滚针轴承支撑在第一轴齿轮内孔中，后端支撑在变第二轴前端用滚针轴承支撑在第一轴齿轮内孔中，后端支撑在变速箱后壳体的轴承

3、孔中速箱后壳体的轴承孔中Z6Z5Z7Z8Z3Z4Z9Z2Z12Z1Z11Z10一档传动路线及传动比一档传动路线及传动比此时其它档位齿轮作何运动？此时其它档位齿轮作何运动？思思考考Z6Z5Z7Z8Z3Z4Z9Z2Z12Z1Z11Z10二档传动路线及传动比二档传动路线及传动比Z6Z5Z7Z8Z3Z4Z9Z2Z12Z1Z11Z10三档传动路线及传动比三档传动路线及传动比Z6Z5Z7Z8Z3Z4Z9Z2Z12Z1Z11Z10四档传动路线及传动比四档传动路线及传动比五档换档过程五档换档过程Z6Z5Z7Z8Z3Z4Z9Z2Z12Z1Z11Z10五档传动路线及传动比五档传动路线及传动比 倒档换档过程倒档换档

4、过程Z6Z5Z7Z8Z3Z4Z9Z2Z12Z1Z11Z10倒档传动路线及传动比倒档传动路线及传动比 三轴六速变速器三轴六速变速器输入轴输入轴中间轴中间轴输出轴输出轴1档档2档档3档档4档档5档档6档档 三轴六速变速器传动示意图三轴六速变速器传动示意图三轴六速变速器三轴六速变速器各档位传动比的计算各档位传动比的计算输入轴齿轮输入轴齿轮2 2：Z2=22Z2=22；中间轴齿轮中间轴齿轮3838：Z38=43Z38=43；中间轴；中间轴1 1档齿轮档齿轮33 33 ：Z33=11Z33=11；中间轴；中间轴2 2档齿档齿轮轮34 34 ：Z34=19Z34=19；中间轴；中间轴3 3档齿轮档齿轮35

5、 35 ：Z35=26Z35=26；中间轴；中间轴4 4档齿轮档齿轮36 36 ：Z36=33Z36=33；中间轴；中间轴5 5档齿轮档齿轮37 37 ：Z37=38Z37=38；中间轴倒档齿轮；中间轴倒档齿轮29 29 ：Z29=11Z29=11；输出轴输出轴1 1档齿轮档齿轮22 22 ：Z22=43Z22=43；输出轴；输出轴2 2档齿轮档齿轮17 17 ：Z17=47Z17=47；输出轴；输出轴3 3档齿轮档齿轮1616：Z16=38Z16=38；输出轴；输出轴4 4档齿轮档齿轮9 9 ：Z9=32Z9=32；输出轴；输出轴5 5档齿轮档齿轮8 8 ：Z37=26Z37=26；输出轴倒

6、档齿轮；输出轴倒档齿轮25 25 ：Z25=40Z25=40；倒档中间齿轮倒档中间齿轮3232：Z32=23Z32=231 1档传动比：档传动比：I1=(Z38/ Z2)I1=(Z38/ Z2)(Z22/ Z33)=(43/22)(Z22/ Z33)=(43/22)(43/11)=7.640(43/11)=7.640直接档传动比：直接档传动比：1 1。倒档传动比：倒档传动比：IR=(Z38/ Z2)IR=(Z38/ Z2)(Z32/ Z29)(Z32/ Z29)(Z25/Z32)=7.107(Z25/Z32)=7.107动力传动路线：动力传动路线：动力动力输入轴输入轴输入轴齿轮输入轴齿轮中间轴

7、齿轮中间轴齿轮输出轴齿输出轴齿轮轮动力动力输出轴。通过改变不同中间轴齿轮与输出轴齿轮啮合，实现不同输出轴。通过改变不同中间轴齿轮与输出轴齿轮啮合，实现不同的档位。的档位。支撑方式：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载荷，径向尺寸小，可以不安装内圈和外圈，便承具有可承受较大的径向载荷，径向尺寸小，可以不安装内圈和外圈，便于安装在狭小空间内。于安装在狭小空间内。操纵方式：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。通过各档拨叉，推动同步器（或者结合套）实现换档操作。润滑方式与

8、密封：润滑方式与密封：变速箱壳体内注入齿轮油，采用变速箱壳体内注入齿轮油，采用润滑齿轮副、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，槽的方式，来润滑所在部位的轴承， 。 直接档定义：直接档定义：将输入轴和输出轴直接连接输出动力，该档效率最高。将输入轴和输出轴直接连接输出动力，该档效率最高。三轴变速器小结三轴变速器小结三轴变速器说明三轴变速器说明 采用接合套或者同步器换档与移动齿轮换档的比较采用接合套或者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

9、啮合的斜齿轮，有利于提高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，从而减小变速器的尺寸。动力相等的前提下还可以减小齿轮的尺寸，从而减小变速器的尺寸。因为接合齿圈的齿宽可以较窄，使得结合和脱离更迅速，故驾驶员因为接合齿圈的齿宽可以较窄，使得结合和脱离更迅速，故驾驶员做功减少；做功减少；减少换档时的冲击，噪音小；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在接合齿圈与齿轮采用花键连接的结

10、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。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。接合齿圈和同步器的寿命比移动齿轮短，需要经常更换。三轴变速箱如果采用一根中间轴，啮合齿轮副产生的径向力将引起三轴变速箱如果采用一根中间轴，啮合齿轮副产生的径向力将引起输出轴的变形，这种输出轴的变形，这种，并引起传动系统的工作，并引起传动系统的工作异常。在中型以上的汽车上这种变型更为明显，因此有时采用异常。在中型以上的汽车上这种变型更为明显，因此有时采用的方式来消除输出轴的变形。的方式来消除输出轴的变形。有些汽车设置了传动比小

11、于有些汽车设置了传动比小于1 1的档位，称之为的档位，称之为，用于在良好路，用于在良好路面或者轻载行驶，提高汽车的燃油经济性；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，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）。还导致在该档位汽车的驱动力不足，影响动力性（加速、爬坡）。三轴变速箱在前进档时，输入轴与输出轴旋转方向一致；三轴变速箱在前进档时，输入轴与输出轴旋转方向一致；输入轴的长度较短，强度较好、容易制造。输入轴的长度较短，强度较好、容易制造。三轴变速器说明三轴变速器说明

12、防止跳档的结构措施防止跳档的结构措施由于接合套与接合齿圈的结合长度短以及经常换档引由于接合套与接合齿圈的结合长度短以及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动造成接合套与接合齿圈齿圈脱离，发生自动跳档。脱离，发生自动跳档。典型的防跳档结构措施典型的防跳档结构措施接合套与结合齿圈的齿端制接合套与结合齿圈的齿端制成倒斜面；成倒斜面；花键毂齿端的齿厚切薄；花键毂齿端的齿厚切薄；接合套齿端形成凸肩。接合套齿端形成凸肩。接合套与结合齿圈的接合套与结合齿圈的齿端制成到斜面齿端制成到斜面花键毂齿端的齿厚切薄花键毂齿端的齿厚

13、切薄接合套的齿端制成凸肩接合套的齿端制成凸肩同步器同步器无同步器时变速器的换档过程无同步器时变速器的换档过程齿轮齿轮2 2、齿轮、齿轮4 4及其端部接合齿圈的转速由离合器输出轴的转速及其端部接合齿圈的转速由离合器输出轴的转速决定，并跟随其变化；决定，并跟随其变化；接合套及其端部接合花键的转速由汽车行驶速度决定并，并跟接合套及其端部接合花键的转速由汽车行驶速度决定并，并跟随其变化；随其变化；五档齿轮五档齿轮4 4的转速永远高于齿轮的转速永远高于齿轮2 2的转速。的转速。低挡换入高挡低挡换入高挡高挡换入低挡高挡换入低挡同步器的作用同步器的作用无同步器的普通变速器的操纵复杂，换档过程中容无同步器的普

14、通变速器的操纵复杂，换档过程中容易产生冲击，对驾驶员的熟练程度要求高，容易造易产生冲击，对驾驶员的熟练程度要求高，容易造成驾驶员的疲劳。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换档时即将啮合齿轮的接合部位与接合套的速度相等，即实现同步。等，即实现同步。同步器的分类同步器的分类常压同步器；常压同步器；惯性式同步器：锁环式、锁销式惯性式同步器：锁环式、锁销式自行增力式同步器。自行增力式同步器。惯性式同步器惯性式同步器惯性同步器靠摩擦原理工作；惯性同步器靠摩擦原理工作；在结构上保证了接合部位在

15、未达到同时不在结构上保证了接合部位在未达到同时不能接触，因此可以避免冲击和发生的噪音；能接触，因此可以避免冲击和发生的噪音；广泛应用于轿车和轻型、中型车辆。广泛应用于轿车和轻型、中型车辆。锁环式惯性同步器的结构锁环式惯性同步器的结构同步器花键毂的内花键同步器花键毂的内花键与轴上的外花健配合，用与轴上的外花健配合，用卡环轴向固定。卡环轴向固定。同步器接合套的内花键同步器接合套的内花键与花键毂的外花键滑动配与花键毂的外花键滑动配合，接合套可轴向移动。合，接合套可轴向移动。花键毂与齿圈之间有一青铜制成的花键毂与齿圈之间有一青铜制成的（），锁环），锁环上有断续的短花键齿圈；上有断续的短花键齿圈；花键齿

16、的断面齿廓、尺寸及数量与对应齿圈及花键毂的外花键齿的断面齿廓、尺寸及数量与对应齿圈及花键毂的外花键齿均相同。花键齿均相同。锁环式惯性同步器的结构锁环式惯性同步器的结构锁环上的花键齿在对着锁环上的花键齿在对着接合套的一端都有倒角接合套的一端都有倒角（），且与接合套），且与接合套齿端的倒角相同。齿端的倒角相同。锁环具有与齿圈上的锥锁环具有与齿圈上的锥形面锥度相同的内锥面；形面锥度相同的内锥面；锥面上制出锥面上制出，以便两锥面接触后能，以便两锥面接触后能，增加锥面间的，增加锥面间的摩擦，缩短同步时间。摩擦，缩短同步时间。三个滑块分别嵌合在花键毂的三个三个滑块分别嵌合在花键毂的三个轴向槽内，可沿轴向滑

17、动。轴向槽内，可沿轴向滑动。锁环式惯性同步器的结构锁环式惯性同步器的结构三个定位销分别插入三三个定位销分别插入三个滑块的通孔中，在弹簧个滑块的通孔中，在弹簧的作用下，定位销压向结的作用下，定位销压向结合套，使定位销端部的球合套，使定位销端部的球面正好嵌在接合套中部的面正好嵌在接合套中部的凹槽中，起到空挡定位的凹槽中，起到空挡定位的作用。作用。锁环的三个凸起部分别伸入花键毂的三个通槽中；锁环的三个凸起部分别伸入花键毂的三个通槽中；只有当凸起部位于通槽的中央时，接合套与锁环的齿方能结合只有当凸起部位于通槽的中央时，接合套与锁环的齿方能结合; ;通槽宽度为锁环凸起部宽度加上接合套的一个齿厚。通槽宽度

18、为锁环凸起部宽度加上接合套的一个齿厚。滑块两端伸入锁环的三个缺滑块两端伸入锁环的三个缺口中。口中。锁环式惯性同步器的结构锁环式惯性同步器的结构组成：花键毂、接组成：花键毂、接合套、锁环、滑块、合套、锁环、滑块、定位销、弹簧等。定位销、弹簧等。锁环式惯性同步器的工作原理锁环式惯性同步器的工作原理假定以低速挡换入高速挡；假定以低速挡换入高速挡；当从低速挡退到空挡当从低速挡退到空挡时时,n,n4 4=n=n7 7,n,n3 3nn7 7即即,n,n3 3nn4 4。锁环式惯性同步器的工作原理锁环式惯性同步器的工作原理接合套左移，定位接合套左移，定位销带动滑块左移；销带动滑块左移；锁环相对接合套超前锁

19、环相对接合套超前一个角度；一个角度；滑块推动锁环移向齿滑块推动锁环移向齿圈，产生摩擦；圈，产生摩擦；接合套齿与锁环齿错开半个齿厚；接合套齿与锁环齿错开半个齿厚；接合套齿端倒角与锁环齿端倒角相接合套齿端倒角与锁环齿端倒角相互抵触；互抵触；两齿端产生相互作用力。两齿端产生相互作用力。锁环式惯性同步器的工作原理锁环式惯性同步器的工作原理切向力切向力F F2 2所形成的力矩试图使锁所形成的力矩试图使锁环相对于接合套向后退转，称为环相对于接合套向后退转，称为M M2 2；轴向力轴向力F F1 1使锁环和齿圈锥面相互使锁环和齿圈锥面相互压紧，使两者转速迅速接近。压紧，使两者转速迅速接近。惯性力矩惯性力矩M

20、 M1 1与轴向力与轴向力F F1 1的垂直于的垂直于摩擦锥面的分力成正比，而拔环力摩擦锥面的分力成正比，而拔环力矩则与切向力矩则与切向力F F2 2成正比。成正比。如果如果M M2 2MM1 1，锁环可相对接合套向，锁环可相对接合套向后退转，进入结合；后退转，进入结合；如果如果M M2 2MM1 1，则二者不可能结合。，则二者不可能结合。齿圈作减速旋转，产生与旋转方齿圈作减速旋转，产生与旋转方向相同的向相同的M M1 1，并通过摩擦，并通过摩擦锥面作用到锁环上，阻止锁环相对锥面作用到锁环上，阻止锁环相对接合套向后旋转。接合套向后旋转。锁环式惯性同步器的工作原理锁环式惯性同步器的工作原理F F

21、1 1 和和F F2 2都是法相力都是法相力F FN N的分力，二的分力，二者的比值取决于花键齿锁止角的大者的比值取决于花键齿锁止角的大小。小。的由来的由来锁环对接合套的锁止作用是齿圈锁环对接合套的锁止作用是齿圈的惯性力矩造成的。的惯性力矩造成的。在设计同步器时，适当选择在设计同步器时，适当选择和和，便能保证在，便能保证在达到同步之前，齿圈施加在锁环上达到同步之前，齿圈施加在锁环上的惯性力矩的惯性力矩M M1 1总大于切向力总大于切向力F F2 2形成形成的拔环力矩的拔环力矩M M2 2。锁环式惯性同步器的工作原理锁环式惯性同步器的工作原理接合套继续左移；接合套继续左移；拔环力矩拔环力矩M M

22、2 2使齿圈相使齿圈相对结合套向后退转；对结合套向后退转；齿圈与锁环转速相等，齿圈与锁环转速相等，惯性力矩消失；惯性力矩消失；接合套进一步左移，接合套进一步左移，锁环的花键齿圈进入结锁环的花键齿圈进入结合，锁止作用消失；合，锁止作用消失；锁环式惯性同步器的工作原理锁环式惯性同步器的工作原理接合套继续左移；接合套继续左移；作用在齿圈花键齿端作用在齿圈花键齿端斜面上的切向分力使齿斜面上的切向分力使齿圈相对于锁环及接合套圈相对于锁环及接合套转过一个角度；转过一个角度；接合套花键齿与齿圈接合套花键齿与齿圈花键齿抵触；花键齿抵触；接合套与齿圈结合，接合套与齿圈结合，完成换挡。完成换挡。 锁环式惯性同步器

23、的特点锁环式惯性同步器的特点 锁环式惯性同步器的结构及工作原理锁环式惯性同步器的结构及工作原理结构紧凑；结构紧凑；径向尺寸小；径向尺寸小；锥面间产生摩擦力不大；锥面间产生摩擦力不大；结合齿端面作为锁止面，容易磨损而失效；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或者轿车和轻型车辆。适用于转矩不大的高速档或者轿车和轻型车辆。 锁销式惯性同步器的结构锁销式惯性同步器的结构组成：花键毂、接合套、摩擦锥环、摩擦锥盘、锁销、定位销、组成：花键毂、接合套、摩擦锥环、摩擦锥盘、锁销、定位销、钢球、弹簧等。钢球、弹簧等。锁销式惯性同步器的工作原理锁销式惯性同步器的工作原理两种惯性式同步器的比

24、较两种惯性式同步器的比较锁环式惯性同步器锁环式惯性同步器: :结构紧凑，但径向尺寸小、锥结构紧凑，但径向尺寸小、锥面间摩擦力矩较小，所以多用于传递转矩不大的轿面间摩擦力矩较小，所以多用于传递转矩不大的轿车和轻型货车的变速器；车和轻型货车的变速器；锁销式惯性同步器锁销式惯性同步器: :在结构上允许采用直径较大的在结构上允许采用直径较大的摩擦锥面，摩擦锥面间可产生较大的摩擦力矩，缩摩擦锥面，摩擦锥面间可产生较大的摩擦力矩，缩短了同步时间，多用在中型和重型汽车上。短了同步时间，多用在中型和重型汽车上。常压式同步器常压式同步器靠摩擦作用使接合部位达到同步；靠摩擦作用使接合部位达到同步；接合套与齿圈的接

25、合只需克服带弹簧的压力，接合套与齿圈的接合只需克服带弹簧的压力，没有结构上的保障；没有结构上的保障；工作不可靠，可能产生未同步就啮合的情况，工作不可靠，可能产生未同步就啮合的情况，并造成冲击。并造成冲击。自行增力式同步器自行增力式同步器特点在于，同步环产生的摩擦力矩由于同步环特点在于，同步环产生的摩擦力矩由于同步环内的弹簧片作用而成倍增长。内的弹簧片作用而成倍增长。 变速器的操纵机构变速器的操纵机构变速器操纵机构的功用和类型变速器操纵机构的功用和类型 分类分类直接操纵机构直接操纵机构远距离操纵远距离操纵功用：功用：让驾驶员根据路面情况能准确地将变速器挂上让驾驶员根据路面情况能准确地将变速器挂上

26、或者摘下所需要的某个档位，以保证汽车安全行驶。或者摘下所需要的某个档位，以保证汽车安全行驶。间接操纵式变速器操纵机构间接操纵式变速器操纵机构原因：变速器布置远离驾驶员座位，需要在原因：变速器布置远离驾驶员座位，需要在变速杆与拨叉之间加装辅助杠杆或者传动机变速杆与拨叉之间加装辅助杠杆或者传动机构，构成远距离操纵机构。构，构成远距离操纵机构。组成：外部操纵机构和内部操纵机构。组成：外部操纵机构和内部操纵机构。外部操纵机构外部操纵机构组成：从变速杆到选挡换挡轴之间的所有传动件。组成：从变速杆到选挡换挡轴之间的所有传动件。内部操纵机构内部操纵机构组成：选挡换挡轴、拔叉轴、拔叉、自锁装置、互组成：选挡换挡轴、拔叉轴、拔叉、自锁装置、互锁装置、倒挡锁等。锁装置、倒挡锁等。靠两杆的退和拉，消除传动靠两杆的退和拉，消除传动的间隙，增加换档的手感。的间隙，增加换档的手感。间接操纵机构设计要点间接操纵机构设计要点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