汽车理论与构造-十三章手动变速器与分动器0211.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,图,14,四冲程柴油机示意图,第十三章 手动变速器与分动器,一、变速器的功用与分类,1.,变速器的功用,1,）实现变速变矩。变速器通过改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下工作；,2,）实现汽车倒驶。由于内燃机是不能反向旋转的，利用变速器的倒档，实现汽车的倒向行驶；,3,）必要时中断传动。利用变速器中的空档，中断动力传递，使发动机能够起动和怠速运转，满足汽车暂时停车或滑行的需要；,4,）实现动力输出，驱动其他机构。如有需要，可将变速器作为动力输出器，驱动其他机构。如自卸车的液压举升装置等。,第一节 概述,第十三章 手动变速器与分动器,2.,变速器的类型,1,）按传动比变化方式分类,（,1,）有级变速器。,目前使用最广的一种。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比，传动比成阶梯式变化。轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有,3-6,个前进档和一个倒档，在重型货车用的组合式变速器中，则有更多档位。,（,2,）无级变速器。,其传动比在一定范围内可连续地变化。常见的有电力式和液力式及机械式，多用液力式。,（,3,）综合式变速器。,它是由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，目前应用较多。,第十三章 手动变速器与分动器,2.,变速器的类型,2,）按操纵方式不同分类,（,1,）强制操纵式变速器。,靠驾驶员直接操纵变速杆进行换档。这种变速器的换档机构简单，工作可靠并且经济省油。,（,2,）自动操纵式变速器。,其传动比的选择和换档是自动进行的。所谓,“,自动,”,，是指机械变速器每个档位的变换是借助反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换档系统的执行元件而实现的。驾驶员只需操纵加速踏板和制动装置来控制车速。此种方式因操作简便，目前运用较多。,（,3,）半自动操纵式变速器。,此种变速器有两种形式：一种是几个常用档位可自动操纵，其余几个档位由驾驶员操纵；另一种是预选式的，即驾驶员先用按钮选定档位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通自动控制和执行机构进行自动换档。,第十三章 手动变速器与分动器,二、普通齿轮变速器的工作原理,1,变速变矩原理,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改变的。,单级齿轮传动的传动比,主动轮转速与从动轮转速之比值。,多级齿轮传动的传动比,从上述公式可知：,当,i,1,时，为降速增扭矩传动，其档位称为降速档；,当,i,1,时，为增速降扭矩传动，其档位称为超速档；,当,i,=1,时，为等速等扭矩传动，其档位称为直接档。,习惯上把变速器传动比值较小的档位称为高档，传动比值较大的档位称为低档；变速器档位的变换称为换档，由低档向高档变换称为加档（或升档），反之称为减档（或降档）。变速器就是通过档位变换来改变传动比，从而实现多级变速的。,第十三章 手动变速器与分动器,2,换档原理,变速器的换档，通常采用接合套、滑移齿轮或同步器等装置使齿轮或齿圈啮合或脱开来实现。,两轴式变速器示意图,三轴式变速器示意图,第十三章 手动变速器与分动器,3.,变向原理,由齿轮传动原理可知，一对相啮合的外齿轮旋向相反，每经过一传动副，其轴改变一次转向。故两轴式变速器在输入轴与输出轴之间加装了一倒档轴和倒档齿轮（也称为惰轮），而三轴式变速器则在中间轴与输出轴之间加装了一倒档轴和倒档齿轮，就可使输出轴转向改变，从而使汽车能倒向行驶,。,第十三章 手动变速器与分动器,变速器包括变速传动机构和换档操纵机构两部分。,变速传动机构是变速器的主体，主要有一系列相互啮合的齿轮副及其支承轴，以及作为基础件的壳体组成。其功用是改变转速、转矩和旋转方向。操纵机构的功用是实现换档。,按照工作轴数量（不含倒档轴）可分为,3,轴式变速器和,2,轴式变速器。,第十三章 手动变速器与分动器,第二节 齿轮变速器的变速传动机构,第十三章 手动变速器与分动器,一,.,两轴式齿轮变速器,在发动机前置前轮驱动（,FF,型）和发动机后置后轮驱动（,RR,型）的中、轻型轿车上，由于布置的需要，采用了两轴式变速器，如奥迪,100,型、一汽捷达、神龙富康、天津威驰、东南菱帅等轿车。其特点是，只有输入轴和输出轴（不包括倒档轴）两根轴，无中间轴，且输入轴与输出轴平行。,前置发动机又有纵向布置（如奥迪,100,、桑塔纳）和横向（宝来、捷达、东南菱帅、花冠、威驰）布置两种形式，所以与其配用的两轴式变速器也有两种不同的结构形式。,第十三章 手动变速器与分动器,发动机前置纵向布置的二轴式变速传动机构,当发动机前置纵向布置时，发动机旋转方向与车轮旋转方向垂直，所以主减速齿轮为一对圆锥齿轮。,第十三章 手动变速器与分动器,2,发动机前置横向布置的二轴式变速传动机构,当发动机横置时，由于变速器的输出轴与驱动桥轴线平行，故主减速器采用一对圆柱斜齿轮。,第十三章 手动变速器与分动器,一,.,两轴式变速器变速传动机构,图,13-3,是一汽奥迪,100,型轿车变速器传动简图，该变速器具有五个前进挡和一个倒挡，所有挡位均用锁环式惯性同步器换挡。,第十三章 手动变速器与分动器,图,13-4,变速器动力传递简图,1-,输入轴,2,、,3,、,4,、,9,、,10-,一、二、三、四、五挡主动齿轮,5,、,8,、,16,、,19,、,24,、,27-,同步器锁环,6,、,17,、,25-,同步器接合套,7,、,18,、,26-,同步器花键毂,11,、,13-,倒挡主、从动齿轮,12-,输出轴,14-,倒挡齿轮轴,15-,倒挡中间齿轮,20,、,21,、,22,、,23,、,28-,五、四、三、二、一挡从动齿轮,29-,主减速器主动锥齿轮,奥迪,100,型轿车变速器的动力传递路线及传动比,档位,动 力 传 递 路 线,传动比,空档,操纵变速杆，使各档同步器接合套处于中间位置，此时动力不传给输出轴。,一档,操纵变速杆,将接合套,25,左移，动力由输入轴依次经齿轮,2,、齿轮,28,、同步器花键毂传给输出轴。,39/11=3.545,二档,操纵变速杆，将接合套,25,右移，动力由输入轴依次经齿轮,3,、齿轮,23,、同步器花键毂传给输出轴。,40/19=2.105,三档,操纵变速杆，将接合套,6,左移，动力由输入轴依次经同步器的花键毂、齿轮,4,、齿轮,22,传给输出轴。,40/28=1.429,四档,操纵变速杆,将接合套,6,右移，动力由输入轴依次经同步器花键毂、齿轮,9,，齿轮,21,传给输出轴。,35/34=1.029,五档,操纵变速杆,将接合套,17,左移，动力由输入轴依次经齿轮,10,、齿轮,20,、同步器花键毂传给输出轴。,31/37=0.838,倒档,操纵变速杆,将接合套,17,右移，动力由输入轴依次经倒档齿轮,11,，倒档中间齿轮,15,，输出轴倒档齿轮,13,及同步器花键毂传给输出轴。反向输出动力。,35/10=3.5,第十三章 手动变速器与分动器,第十三章 手动变速器与分动器,二,.,三轴式齿轮变速器传动机构,在发动机前置后轮驱动（,FR,型）的汽车上，常采用三轴式变速器，如丰田皇冠、日产公爵等轿车、各类皮卡、面包车及国产解放型和东风载货汽车等。其特点是传动比范围较大，有直接档，传动效率高。,图,13-5,所示为东风,EQ1090E,型汽车变速器的结构图。变速器通过四个螺栓固定在飞轮壳后端面上，其传动部分主要由第一轴、第二轴、中间轴和传动齿轮构成。另外还有倒档轴。,第十三章 手动变速器与分动器,图,13-5,东风,EQ1090E,型汽车变速器结构图。,第十三章 手动变速器与分动器,东风,EQ1090E,变速器动力传递简图。,东风,EQ1090E,型汽车变速器的动力传递路线及传动比,档位,动 力 传 递 路 线,传动比,空档,操纵变速杆，使各档同步器接合套处于中间位置，此时动力不传给输出轴，,一档,操纵变速杆,将一档从动齿轮,12,左移，与齿轮,18,相啮合，动力便从第一轴依次经过齿轮,2,、,23,、中间轴,15,、齿轮,18,、,12,经花键传给第二轴输出。,7.31,二档,操纵变速杆，将接合套,9,右移，与接合齿圈,10,接合，动力由第一轴依次经过齿轮,2,、,23,、中间轴,15,、齿轮,20,、,11,、接合齿圈,10,、接合套,9,和花键毂,24,传给第二轴。,4.31,三档,操纵变速杆，将接合套,9,左移，与接合齿圈,8,接合，动力由第一轴依次经过齿轮,2,、,23,、中间轴,15,、齿轮,21,、,7,、接合齿圈,8,、接合套,9,和花键毂,24,传给第二轴。,2.45,四档,操纵变速杆,将接合套,4,右移，使之与接合齿圈,5,接合，动力由第一轴依次经过齿轮,2,、,23,、中间轴,15,、齿轮,22,、,6,、接合齿圈,5,、接合套,4,和花键毂,25,传给第二轴。,1.54,五档,操纵变速杆,将接合套,4,左移，使之与接合齿圈,3,接合，动力由第一轴依次经过齿轮,2,、接合齿圈,3,、接合套,4,和花键毂,25,传给第二轴。,1,倒档,操纵变速杆,将一档从动齿轮,12,右移，与齿轮,17,相啮合，动力便从第一轴依次经过齿轮,2,、,23,、中间轴,15,、齿轮,18,、,19,、,17,、,12,经花键传给第二轴反向输出。,7.66,第十三章 手动变速器与分动器,第十三章 手动变速器与分动器,第三节、同步器,手动变速器的换档方式,1,直齿滑动齿轮式换档装置,（多用于倒档）。它是通过移动齿轮直接换档，齿轮为直齿，内孔有花键孔套在花键轴上，由拨叉移动齿轮与另一轴上的齿轮进入啮合或退出啮合。由于直齿轮传动冲击大，噪声大。承载能力低，所以这种换档装置应用得越来越少。,第十三章 手动变速器与分动器,手动变速器的换档方式,2.,接合套式换档这种换档装置。,用于常啮合斜齿轮传动的档位，它利用移动套在花键毂上的接合套与传动齿轮上的接合齿圈相啮合或退出来进行换档。该换档装置由于其接合齿短，换档时拨叉移动量小，故操作轻便，且换档元件承受冲击的工作面积增加，使换档冲击减小，换档元件的寿命增长。,第十三章 手动变速器与分动器,3,同步器式换档装置。,它是在接合套式换档装置的基础上又加装了同步元件而构成的一种换档装置，可以保证在换档时使接合套与待啮合齿圈的圆周速度迅速达到同步，并防止二者同步前进入啮合，从而可消除换档时的冲击，并使换档操纵简单，因而得到广泛应用,。,无同步器的换档过程,1,由低速档换入高速档,当变速器在低速档工作时，有,v,3,=v,4,，且,v,4,v,2,；,刚拨入空档瞬时，,v,3,=v,4,，故有,v,3,v,4,，因而,v,3,v,4,。,变速器在退入空档后,v,4,比,v,3,比下降快，,v,4,与,v,3,相差得愈来愈远，因而不会自然地出现两者相交的同步点。,故驾驶员须在变速器由高速档退入空档时随即抬起离合器踏板，使离合器重新接合，同时踩一下加速踏板使发动机加速，待加速到,v,4,v,3,后，再踏下离合器踏板，使离合器分离并稍等片刻，待到,v,3,与,v,4,出现相交的同步点时即可挂入低速档。,无同步器的换档过程,结论：,由上述可见，采用上述无同步器的换档装置的变速器操纵起来相当复杂，不仅易使驾驶员产生疲劳，而且容易加速齿轮的损坏。因此，现代汽车齿轮式变速器越来越多地采用同步器换档装置。,第十三章 手动变速器与分动器,同步器的构造及工作原理,同步器的功用是使接合套与待接合的齿圈二者之间迅速达到同步，并阻止二者在同步前进入啮合；消除换档时的冲击，缩短换档时间；简化换档过程，使换档操作简捷而轻便。同步器有惯性式、常压式、自增力式多种等多种类型，它们均是由同步装置（包括推动件和摩擦件）、锁止装置和接合装置三部分组成。广泛应用的是惯性式同步器。,第十三章 手动变速器与分动器,同步器的构造及工作原理,第十三章 手动变速器与分动器,同步器的构造及工作原理,1,锁环式惯性同步器,1,）构造,主要由同步器花键毂、接合套、两个锁环（也称同步环）、三个滑块和滑块弹簧等组成。,第十三章 手动变速器与分动器,细牙螺旋槽,滑块,同步器的构造及工作原理,1,锁环式惯性同步器,1,）构造,主要由同步器花键毂、接合套、两个锁环（也称同步环）、三个滑块和滑块弹簧等组成。,第十三章 手动变速器与分动器,同步器的构造及工作原理,1,锁环式惯性同步器,1,）构造,主要由同步器花键毂、接合套、两个锁环（也称同步环）、三个滑块和滑块弹簧等组成。,第十三章 手动变速器与分动器,同步器的构造及工作原理,1,锁环式惯性同步器,1,）构造,主要由同步器花键毂、接合套、两个锁环（也称同步环）、三个滑块和滑块弹簧等组成。,第十三章 手动变速器与分动器,1,锁环式惯性同步器,2,）工作原理,（,1,）空档位置：,接合套刚从,2,档退到空档，此时，锁环是轴向自由的。在圆周方向上，接合套通过滑块靠在锁环缺口的一侧,推动锁环一起旋转。此时，接合套,8,、锁环,9,的转速分别为,n,8,、,n,9,。接合齿圈,1,（也即,3,档齿轮）其转速为,n,1,。,此时,n,8,n,9,，,n,1,n,8,，故,n,1,n,9,。,2,）工作原理,(2,）第一阶段（同步开始）,要挂入,3,档时，操纵换档杆向左推动接合套，而接合套与滑块通过滑块中心的凸起部分相啮合，便同时推动锁环压在齿轮,1,的锥面部分上，起动同步器运作。由于齿圈,1,与锁环,9,转速不相等，即,n,1,n,9,，所以两者一经接触便在其锥面之间产生摩擦力矩,M,1,。齿圈,1,便通过摩擦力矩,M,1,的作用带动锁环,9,相对于接合套,8,超前转过一个角度，直到锁环缺口的另一侧压紧。移动的量等于缺口与滑块宽之差。所以，从上往下看时，接合套里的花键与同步器锁环上的花键并未处于互相啮合的位置。,2,）工作原理,(3,）第二阶段（同步继续及锁止过程）,当换档杆继续移动时，使得相对峙的接合套齿端倒角与锁环齿端倒角恰好互相抵住（由设计保证），因而接合套不能再向右移动进入啮合，即被,“,锁止,”,。（图,b,）由于驾驶员始终作用在接合套上一个轴向推力，于是在相互抵触的倒角斜面上产生正压力,F,N,。,F,N,可分解为轴向力,F,1,和切向分力,F,2,。,F,2,便形成一个力图拨动锁环向后倒转的拨环力矩,M,2,。同时,F,1,则使锁环,9,与齿圈,1,的锥面进一步压紧，产生更大的摩擦力矩,M,1,，迫使待啮合的齿圈,1,相对于锁环,9,迅速减速，以尽早与锁环同步。由于齿圈,1,及与其相联系的第一轴等零件的减速旋转，便产生一个与其旋转方向相同的惯性力矩，作用到锁环上，阻止锁环相对于接合套向后倒转。在待接合齿圈,1,与锁环,9,未达到同步之前，摩擦锥面的摩擦力矩在数值上就等于此惯力矩（即,M,1,）。如果,M,1,M,2,，锁环则不能够倒转，并通过其齿端锁止角阻止接合套进入啮合，这就是锁环的锁止作用。,2,）工作原理,(4,）第三阶段（完成同步）,随着驾驶员继续推下换档杆,对接合套施加推力，摩擦锥面之间的摩擦力矩就会使齿圈,1,的转速迅速降低，直至与接合套和锁环同步，赖以产生阻止作用的惯性力矩也就消失。此时驾驶员还在继续向前拨动接合套，故拨环力矩,M,2,仍存在，,M,2,使锁环及接合齿圈相对接合套向后退转一个角度，两锁止角不再接触，接合套得以继续右移与待啮合的四档接合齿圈进入啮合。但是，如果此时接合套的花键齿恰好与齿圈的花键齿发生抵触（图,c,），则作用于接合套上的轴向力在齿圈的倒角面上也将会产生一个切向分力，靠此切向分力便可拨动齿圈及与其相联系的零件相对于接合套转过一个角度，从而使接合套与齿圈进入啮合，即最终完成换入,2,档的过程,第十三章 手动变速器与分动器,2.,锁销式惯性同步器,图,8-22,为东风,EQ1090E,型汽车变速器的四、五挡同步器。,锁销式惯性同步器,1-,第一轴五挡齿圈,2-,摩擦锥盘,3-,摩擦锥环,4-,定位销,5-,接合套,6-,第二轴四挡齿轮,7-,第二轴,8-,锁销,9-,花键毂,10-,钢球,11-,弹簧,第十三章 手动变速器与分动器,第四节、变速器操纵机构,1,变速器操纵机构的功用,变速器操纵机构的功用是保证驾驶员根据使用条件，准确可靠地使变速器挂入所需要的档位工作，并可随时使之退入空档。,2,对变速器操纵机构的要求,（,1,）能防止变速器自动换档和自动脱档，为此，在操纵机构中应设有自锁装置。,（,2,）能保证变速器不会同时挂入两个档位，为此，在操纵机构中应设有互锁装置。,（,3,）能防止汽车前进时误挂倒档，为此，在操纵机构中应设有倒档锁装置。,3,变速器操纵机构的类型,（,1,）直接操纵式,直接操纵式变速器的变速杆及所有换档操纵装置都设置在变速器盖上，驾驶员可直接操纵变速杆来拨动变速器盖内的换档操纵装置进行换档。它具有换档位置易确定、换档快、换档平稳等优点。当变速器距离驾驶员座位较近，多使用此种操纵形式。,第十三章 手动变速器与分动器,3,变速器操纵机构的类型,（,2,）远距离操纵式,当变速器距离驾驶员座位较远，变速杆不能直接布置在变速器盖上，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。为此在变速杆与变速器之间加装了一套传动杆件构成远距离操纵的型式。它具有变速杆占据的驾驶室空间小，驾驶室乘坐方便等优点，但换档操作的准确性和可靠性稍差。,图示为变速杆安装在驾驶室地板上的典型双钢索换档联动装置。,第十三章 手动变速器与分动器,换档拨叉机构,换档拨叉机构主要由变速杆、叉形拨杆、换档轴、各档拨块、拨叉轴及拨叉等组成。各种变速器由于档位及档位排列位置不同。其拨叉和拨叉轴的数量及排列位置也不相同。,第十三章 手动变速器与分动器,第十三章 手动变速器与分动器,定位锁止装置,1,自锁装置,自锁装置的功用是对各档拨叉轴进行轴向定位锁止，以防止其自动产生轴向移动而造成自动挂档或自动脱档，并保证各档传动齿轮以全齿长啮合。,自锁装置一般由自锁钢球及自锁弹簧组成。当需要换档时，驾驶员通过变速杆对拨叉轴施加一定的轴向力，克服弹簧的压力而将自锁钢球从拨叉轴凹槽中挤出，拨叉轴便可滑过钢球进行轴向移动，当拨叉轴移至其上另一凹槽与钢球相对正时，钢球又被压入凹槽，此时拨叉所带动的接合套或滑动齿轮便被拨入空档或另一工作档位。,第十三章 手动变速器与分动器,2,）互锁装置：,互锁装置的作用是阻止两根拨叉轴同时移动，即当拨动一根拨叉轴轴向移动时，其他拨叉轴都被锁止，从而可以防止同时挂入两个挡位。图示为锁球式互锁装置，它由互锁钢球和互锁销组成。两个钢球直径之和等于拨叉轴表面间距离加一个槽深。,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。,第十三章 手动变速器与分动器,3,）倒挡锁装置：,倒挡锁装置要求驾驶员必须进行与挂前进挡不同的操纵方式或对变速杆施加更大的力，才能挂入倒挡，从而防止无意中误挂倒挡。倒挡锁也有多种类型，最常用的是弹簧锁销式倒挡锁。,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中。,驾驶员在换倒档时要克服倒档锁弹簧弹力，变大的换档阻力，可提醒驾驶员。,当倒档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。,防止自动跳档的结构形式：,第十三章 手动变速器与分动器,齿端倒斜面式（锥形）,将接合套内齿,2,的两端及接合齿圈,1,、,4,的齿端都制有相同斜度的倒斜面。档接合套,2,左移与接合齿圈,1,接合时（图示位置）。由于接合齿圈,1,与接合套,2,齿端部为斜面接触，便产生一个垂直斜面的正压力,F,N,，其分力分别为,F,F,和,F,Q,，其轴向分力,F,Q,即可防止自动跳档。,第十三章 手动变速器与分动器,减薄齿式。,在花键毂,3,的外齿圈两端，齿厚各减薄,0.3-0.4mm,。使各齿中部形成一凸台。当同步器的接合套,2,左移与接合齿圈,1,接合时（图示位置）。由于接合套的后端被花键毂中部凸台档住，在接触面上便产生一个正压力,F,N,，其轴向分力,F,Q,即可防止自动跳档。,第十三章 手动变速器与分动器,第五节、分动器,多轴驱动的越野汽车，其传动系统中均装有分动器。分动器也是一个齿轮传动装置，其主要功用是将变速器输出的动力分配到各个驱动桥。分动器一般单独安装在车架上，其输入轴直接或通过万向传动装置与变速器第二轴相连，其输出轴则有若干个，分别经万向传动装置与各驱动桥连接。分动器与变速器一样，也由齿轮传动机构和操纵机构两部分组成。,第十三章 手动变速器与分动器,（）齿轮传动机构东风型越野汽车装用的三输出轴式分动器结构示意图如图所示。,第十三章 手动变速器与分动器,（,2,）操纵传动机构,分动器操纵原则：,非先接上前桥，不得换入低档。,非先退出低档，不得摘下前桥。,