底盘课件5手动变速器

1、手动变速器节概述节手动变速器的变速机构节变速器操纵机构第一节 概述一、变速器的功用1、通过改变传动比扩大汽车驱动力和速度的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时，使发动机在最有利的条件下工作。2、在发动机 旋转方向不变的条件下，使汽车能倒向行驶。3、中断发动机向驱动桥的动力传递，以使发动机能够起步、怠速，满足汽车暂时停车的需要。 此外，还可作为其他动力输出装置（举升、起吊装置等）二、变速器的类型（1）按传动比的变化方式划分，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。(a)有级式变速器：有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可分为：齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮（行星齿轮）轴线旋转的

2、行星齿轮变速器两种。(b)无级式变速器:传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机械式和电力式等。(c)综合式变速器：由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。（2）按操纵方式划分，变速器可以分为强制操纵式，自动操纵式和半自动操纵式三种。(a)强制操纵式变速器：靠驾驶员直接操纵变速杆换档。(b)自动操纵式变速器：传动比的选择和换档是自动进行的。驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换。(c)半自动操纵式变速器：可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动（强制）换档；另一

3、类是预先用按钮选定档位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。 变速器的性能要求 (1)具有合理的挡数和适当的传动比。 (2)具有倒挡和空挡。 (3)传动效率高，操纵轻便，工作可靠，无噪声。 (4)结构简单，体积小，质量轻，维修方便。三、手动变速器的工作原理普通齿轮式变速器是利用不同齿数的齿轮啮合传动实现转速和转矩的改变。在一对齿轮逐齿啮合传动中，相同时间内，两个齿轮参加啮合的齿数比定相等，故 n1Z1 = n2Z2 。传动比 i12 = n1 / n2 = Z2 / Z1 。即 输入轴转速与输出轴转速之比或被动齿轮齿数与主动齿轮齿数之比，称为传动比。组合齿轮传动中，其传动比为

4、被动齿轮齿数的连乘积与主动齿轮齿数的连乘积之比。根据能量守恒定律，齿轮传动中，输入轴功率P1应等于输出轴功率P2，即 P1=P2因为 P1=M1n1/9550千瓦， P2=M2n2/9550千瓦所以 M1n1=M2n2，传动比 i12 = n1 / n2 = M2 / M1。上式表明 若 n2 M1，得到降速增扭目的，速度降低越多，扭矩增加越大。归纳：i=1，为直接档；i1，为低速档。 1.变速器的变速原理 一对啮合传动的齿轮，设小齿轮齿数为17齿，大齿轮齿数为34齿,则在相同时间内，小齿轮转2周而大齿轮只能转1周（即小齿轮转速为大齿轮转速的2倍），可见两齿轮的转速与齿数成反比。若小齿轮是主动

5、齿轮，它的转速经大齿轮（从动齿轮）传出时转速就降低了；反之，以大齿轮为主动，它的转速经小齿轮（从动齿轮）传出时转速就升高了。汽车用齿轮式变速器就是根据这一变速原理，利用若干齿数不同的齿轮搭配啮合传动来实现变速的。图1.3.1 一对啮合齿轮 2.变速器的变向原理 由于相啮合的一对齿轮旋向相反，所以每经过一对外啮合齿轮副，则改变一次转向。经过两对齿轮(1和2，3和4)的传动其输出轴与输入轴I的转向相同。这就是普通三轴式变速器在汽车前进时的传动情况。若在中间轴与输出轴之间再加第四根轴，并在其上装有惰轮5，则又多了一对外啮合齿轮副，从而使输出轴与输入轴I的转向相反。这就是三轴式变速器倒车时的传动情况。

6、惰轮5为倒挡齿轮，其轴称倒挡轴。图1.3.2 齿轮传动的转向关系1输入轴齿轮 2中间轴常啮合齿轮 3传动齿轮 4倒挡齿轮 5输出轴齿轮典型齿轮式变速器1.变速传动机构(1)二轴式变速器结构分析1.变1.变速传动机构(1)二轴式变速器结构分析速传动机构(1)二轴式变速器结构分析各挡的动力传递情况(2)三轴式变速器第二节 手动变速器的变速传动机构变速器由变速传动机构、变速操纵机构组成形式：三轴式和二轴式一、三轴式变速器1.应用范围：发动机前置后轮驱动2.特点：传动比范围大，具有直接档传动效 率提高。3.组成：1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环 5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中

7、间轴常啮合齿轮9-倒档移动齿轮 三轴式变速器结构三轴机械变速器的三轴就是指变速器的输入轴、轴出轴和中间轴，它们构成了变速器的主体，当然还有一根倒挡轴。如图1.3.12所示 图1.3.12 换挡示意图1换挡操纵杆 22挡换挡拨叉 32挡齿轮 4输入轴 5输入齿轮 6常啮合齿轮 7中间轴2挡齿轮8中间轴1挡齿轮9中间轴倒挡齿轮 10中间轴 11倒挡齿轮轴 12输出轴 131挡和倒挡齿轮 141挡拨叉变速器前进挡位的驱动路径是：输入轴常啮合齿轮中间轴常合啮齿轮中间轴对应齿轮第2轴对应齿轮。 花键毂上分别套有带有内花键的啮合套。通过啮合套的前后移动，可以使花键毂与相邻齿轮上的接合齿圈连接在一起，将齿轮

8、上的动力传给二轴。 4.变速器的换档装置： 1）直接滑动式换档装置：直接滑动式用于直齿轮传动的档位，换档齿轮和轴通过花键联接。常用于一档、倒档。 2）接合套式换档装置：这种换档装置用于斜齿轮传动的档位。5.防止自动跳档措施：CA1091型汽车花键毂接合套接合齿圈东风EQ1090E型汽车花键毂接合套接合齿圈二、两轴式变速器1.结构： 与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，所以一般档位传动效率要高一些；但是任何一档的传动效率又都不如三轴变速器直接档的传动效率高。同步器结构与工作原理同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。同步器有常压式、惯性式、自行增力式等类型。全同步式变速器上多采用的

9、是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，其特点是依靠摩擦作用实现同步。 图1.3.4 两轴发动机横置变速器结构图1输出轴 2输入齿轮轴 34挡齿轮 43挡齿轮 52挡齿轮 6倒挡齿轮 7倒挡惰轮 81挡齿轮9输出轴小齿轮 10差速器油封 11等速万向节 12差速器小齿轮 13半轴齿轮 14大齿圈151挡/2挡同步器 163挡/4挡同步器图1.3.5 桑塔纳轿车发动机纵置5挡变速器结构图14挡齿轮 23挡齿轮 32挡齿轮 4倒挡齿轮 51挡齿轮 65挡齿轮 75挡锁环 8换挡机构壳体 95挡同步器 10齿轮箱体 111挡/2挡同步器 12变速器壳体 133挡/4挡同步器 14输出轴 15差

10、速器总成图1.3.6 桑塔纳轿车5挡变速器传动示意图2两轴4挡变速器工作过程（1）1挡 图1.3.7 两轴变速器1挡动力传递图1离合器总成 21挡主动齿轮 3输入轴 4输出轴小齿轮 51挡/2挡同步器 6至驱动轮 71挡齿轮（2）2挡 图1.3.8 两轴变速器2挡动力传递图 1离合器总成 22挡同步器 32挡齿轮 4至驱动轮 5输出轴小齿轮 （3）3挡 图1.3.9 两轴变速器3挡动力传递图 13挡/4挡同步器 23挡齿轮 3至驱动轮（4）4挡 图1.3.10 两轴变速器4挡动力传递图14挡主动齿轮 24挡齿轮 33挡/4挡同步器 4至驱动轮（5）倒挡 图1.3.11 两轴变速器倒挡动力传递图

11、1，3倒挡主动齿轮 21挡/2挡同步器 4倒挡惰轮 5倒挡齿轮和同步器套 6差速器（6）空挡 二、同步器的构造及其工作原理同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类。这里仅介绍目前广泛采用的惯性式同步器。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。惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种 惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种。采用锁环式惯性同步器，其结构如图1.3.3所示。2.同步器第三节 同步器一、无同步器的换档过程1.低档换高档高档速度V2接合套速度V3低档速度V4踩离合器，脱空档，V3=V4（瞬时）

12、因为V2V4,则V2V3 （不同步） ，由于V3下降慢（转动惯量大），V2下降快（转动惯量小），等待一会时间，当V3=V2时，再踩离合器，挂档。2.高档换低档踩离合器，脱空档，V3=V2（瞬时）因为V2V4,则V3V4（不同步）V3下降慢（转动惯量大）,V4下降快（转动惯量小），若不采取措施， V3与V4不同步差距会更大，此时，应抬起离合器，加油门，迅速提高V4，当V3=V4时，再踩离合器，挂档。归纳无同步器换档低档换高档两脚离合器，中间不加油门。高档换低档-两脚离合器，中间加油门。1.锁环式惯性同步器1）构造北京BJ212型汽车三档变速器中的二、三档同步器为例说明。只有当滑块位于缺口12的中

13、央时，接合套与锁环的齿方可能接合。图1.3.3 锁环式惯性同步器14挡齿轮 2滑块 3操纵杆 43挡齿轮 5，9锁环 6弹簧圈 7花键毂8接合套 10凹槽 11花键毂轴向槽 12锁环缺口2）工作原理a)在挂三档时，用拨叉3拨动接合套8并带动滑块2一起向左移动。当滑块左端面与锁环9的缺口12的端面接触时，便推动锁环9压向齿轮1，使锁环9的内锥面压向齿轮1的外锥面。由于两锥面具有转速差（n1n9），所以一接触便产生摩擦作用。c)齿轮1即通过摩擦作用带动锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环9的缺口12与滑块的另一侧面,接触时，锁环便与接合套同步转动。此时，接合套的齿与锁环的齿错开了约半个齿厚，

14、从而使接合套的齿端倒角面与锁环相应的齿端倒角面正好互相抵触而不能进入啮合(此时，无论驾驶员施加多大的力，都挂不上档。由于拨环力矩总是小于摩擦力矩，设计上予以保证，即与具有一定关系式。b)同步后，摩擦力矩消失，再拨环力矩作用下，锁环被拨动一个角度，滑块此时位于缺口中央，实现顺利挂档。d)最后，完成挂档。2.锁销式惯性同步器1）构造以东风EQ1090E型汽车变速器四、五锁销式惯性同步器为例，有三个定位销和三个锁销，间隔穿过接合套。特点：摩擦锥盘磨损后，可更换，成本低。2）原理：挂档时，接合套带动定位销及摩擦锥环，顶压在摩擦锥盘上，由于不同步产生摩擦力矩，此时锁销与接合套倒角相对，无论驾驶员施加多大

15、的力都无法挂上档。同步后，摩擦力矩消失，再F1产生的拨环力矩作用下，锁销被拨动一个角度，顺利挂档。归纳：同步器的作用：1）挂档操作简便，减轻驾驶员的疲劳。2）避免挂档时，由于驾驶员挂档时机掌握不好造成挂档响声。3）挂档迅速，提高燃料经济性。第四节 变速器操纵机构变速器操纵机构能让驾驶员使变速器挂上或摘下某一档，从而改变变速器的工作状态。为了保证变速器的可靠工作，变速器操纵机构应能满足以下要求：（1）挂档后应保证结合套于与结合齿圈的全部套合（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置。（2）为了防止同时挂上两个

16、档而使变速器卡死或损坏，在操纵机构中设有互锁装置。（3）为了防止在汽车前进时误挂倒档，导致零件损坏，在操纵机构中设有倒档锁装置。变速器操纵机构变速器操纵机构多采用机械式，其功用是：使驾驶员根据道路情况能准确可靠地将变速器挂入或摘离所需的某个挡位。一般由变速杆、定位块、拨叉轴、拨叉、安全装置等组成，安装在变速器上盖或侧盖内。常见的变速器操纵机构有三轴式和单轴式两种类型。图1.3.19 三轴式操纵机构示意图1换挡杆球 2盖 3弹簧座 41挡/2挡拨叉轴 5换挡杆 6联锁销 7壳体组件 8销 92挡定位块103挡/4挡拨叉 11倒挡锁 12倒挡定位块 133挡/4挡定位块 14自锁钢球及弹簧 15倒

17、挡拨叉161挡/2挡拨叉 17倒车灯开关 183挡/4挡拨叉轴 19倒挡拨叉轴 20互锁钢球 21拨叉轴堵变速器操纵机构内的安全装置主要有互锁、自锁和倒挡锁。如图：前置发动机后轮驱动汽车变速器的外操纵机构一般前置发动机后轮驱动汽车的变速器距离驾驶员座位较近，换档杆等外操纵机构多集中安装在变速器箱盖上，结构简单、操纵容易并且准确。变速器壳体变速器连动杆变速杆如图：变速器远距离外操纵机构 在发动机后置或前轮驱动的汽车上，通常汽车变速器距离驾驶员座位较远，变速杆和变速器之间 通常需要用连杆机构联接，进行远距离操纵。 变速杆横向拉杆纵向拉杆一、换档拨叉机构二、定位锁止装置1.自锁装置挂档后应保证结合套

18、于与结合齿圈的全部套合（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置。换档拨叉轴上方有三凹坑，上面有被弹簧压紧的钢珠。当拨叉轴位置处于空档或某一档位置时，钢珠压在凹坑内。起到了自锁的作用。图1.3.22 自锁装置示意图1自锁钢球 2自锁弹簧 3变速器盖 4互锁钢球 5互锁销 6拨叉轴（2）自锁装置的作用是防止变速器自动脱挡，并保证齿轮（或接合齿圈）以全齿宽啮合。图1.3.20 钢球式互锁装置工作示意图1，2，3拨叉轴 4，6互锁钢球 5互锁销 7，8，9拨叉 10变速杆下端球头（1）互锁装置是为了保证换挡拨叉轴到位并防止其他拨叉轴移动，采用专门的锁止装置。互锁装置有多种类型，常见的有两种结构：钢球式和转动钳口式。2.互锁锁装置 当中间换档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。防止同时挂上两个档而使变速器卡死或损坏，起到了互锁作用。转动钳口式互锁装置：如图1.3.21所示。 图1.3.21 转动钳口式互锁装置1变速杆 2钳口板互锁装置工作示意图自锁、互锁装置统一的结构3.倒档锁装置 当换档杆下端(红色的长方块部分)向倒档拨叉轴移动时，必须压缩弹簧才能进入倒档拨叉轴上的拨块槽