項目四變速器與分動器４.１概述４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)４.３同步器４.４變速器操縱機構(gòu)返回４.１概述４.１.１變速器的功用與分類由于汽車上廣泛采用活塞式發(fā)動機，其扭矩和轉(zhuǎn)速變化的范圍較小，而汽車行駛條件非常復雜，要求驅(qū)動力和行駛速度能在相當大的范圍內(nèi)變化。另外，活塞式發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)方向是一定的,而實際運行過程中除向前行駛外,還需要倒向行駛.為此在傳動系統(tǒng)中設置了變速器。１．變速器的功用變速器的主要功用有：變速變扭；在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向不變的條件下，使汽車能倒向行駛；利用空擋，使發(fā)動機與傳動系統(tǒng)中斷動力傳遞，以利于發(fā)動機起動、怠速和變速換擋或進行動力輸出。在多軸驅(qū)動的汽車上，還裝有分動器，把扭矩分配到各個驅(qū)動橋。下一頁返回４.１概述２．變速器的分類１）按操縱方式分類（１）手動變速器。手動變速器靠駕駛員直接操縱變速桿進行換擋，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。（２）自動變速器。自動變速器根據(jù)汽車的運行狀況自動換擋，無離合器，通過加速踏板控制車速，操作簡單，結(jié)構(gòu)復雜。（３）手自一體變速器。手自一體變速器即可以選擇自動擋模式，又可以選擇手動擋模式。２）按傳動比變化方式分類上一頁下一頁返回４.１概述（１）有級變速器。有級變速器具有若干個數(shù)值一定的傳動比，有定軸齒輪式和行星齒輪式兩種。（２）無級變速器。無級變速器傳動比在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，其傳動方式有機械傳動、液力傳動及電力傳動。（３）綜合式變速器（液力機械自動變速器）。綜合式變速器一般是由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機械變速器，其傳動比在幾個區(qū)段內(nèi)無級變化。４.１.２普通齒輪變速器的工作原理普通齒輪變速器由若干可變換傳動比的齒輪副和外殼組成，從而實現(xiàn)變速、變扭和變向。上一頁下一頁返回４.１概述１．變速原理由齒輪傳動的原理可知，一對齒數(shù)不同的齒輪嚙合傳動時可以變速，而且兩齒輪的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。設主動齒輪轉(zhuǎn)速為ｎ１，齒數(shù)為Ｚ１；從動齒輪轉(zhuǎn)速為ｎ２，齒數(shù)為Ｚ２。傳動比即是主動輪（即輸入軸）轉(zhuǎn)速與從動輪（即輸出軸）轉(zhuǎn)速的比值，用字母ｉ１２表示，即若小齒輪為主動輪，如圖４－１（ａ）所示，其轉(zhuǎn)速經(jīng)大齒輪傳出時就降低了，即ｎ１＞ｎ２，稱為減速傳動，此時傳動比ｉ＞１；若大齒輪為主動輪，如圖４－１（ｂ）所示，其轉(zhuǎn)速經(jīng)小齒輪傳出時就升高了，即ｎ１＜ｎ２，稱為增速傳動，此時傳動比ｉ＜１。上一頁下一頁返回４.１概述這就是齒輪傳動的變速原理，汽車變速器就是根據(jù)這一原理利用若干大小不同的齒輪副傳動來實現(xiàn)變速的。一對齒輪傳動只能得到一個固定的傳動比，構(gòu)成一個擋位。為了擴大變速器輸出轉(zhuǎn)速的變化范圍，通常都采用多組大小不同的齒輪嚙合傳動，構(gòu)成不同的擋位，從而可得到不同的輸出轉(zhuǎn)速。一般轎車和輕、中型客貨車輛的變速器通常有３～６個前進擋和一個倒擋。所謂變速器擋數(shù)就是指其前進擋數(shù)。傳動比值ｉ＞１的擋位稱為降速擋，其輸出軸轉(zhuǎn)速低于發(fā)動機轉(zhuǎn)速，而且傳動比越大則輸出轉(zhuǎn)速越低；ｉ＝１的擋位稱為直接擋，其輸出軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相等；ｉ＜１的擋位稱為超速擋，其輸出軸轉(zhuǎn)速超過發(fā)動機轉(zhuǎn)速。上一頁下一頁返回４.１概述變速器就是通過擋位變換來改變傳動比，實現(xiàn)多級變速的。由齒輪傳動的原理可知，齒輪傳動的扭矩與其轉(zhuǎn)速成反比。２．變向原理外嚙合的一對齒輪旋向相反，每經(jīng)一傳動副，其軸便改變一次轉(zhuǎn)向，所以，二軸式變速器的倒擋是在輸入軸與輸出軸之間加裝了一根倒擋軸和倒擋齒輪（此為惰輪），使其輸出軸與前進擋時的旋向相反，從而可以使汽車倒向行駛。三軸式變速器前進擋的輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)向相同，其倒擋則是在中間軸與輸出軸之間加裝一根倒擋軸和倒擋齒輪，使輸出軸與輸入軸轉(zhuǎn)向相反，從而可使汽車倒駛（圖４－２）。上一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)４.２.１兩軸式變速器兩軸式齒輪變速器主要應用于發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動（ＦＦ方式）和發(fā)動機后置、后輪驅(qū)動（ＲＲ方式）的中、輕型轎車上，以便于汽車的總體布置。目前，轎車上采用發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動的布置型式越來越廣泛，其中前置發(fā)動機又有縱向布置和橫向布置兩種型式，與其配用的兩軸式變速器也有兩種不同的結(jié)構(gòu)型式。圖４－３所示為桑塔納轎車變速器，它是一種典型的與縱向布置發(fā)動機配合使用的兩軸變速器。１．基本構(gòu)造下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)該變速器變速傳動機構(gòu)包括輸入軸總成和輸出軸總成，它共有四個前進擋和一個倒擋。輸入軸與輸出軸各擋齒輪均為常嚙合齒輪，所有擋位均用鎖環(huán)式慣性同步器進行換擋。輸入軸也叫主動軸或第一軸，第一軸前端與離合器從動盤通過花鍵連接，中間及后端通過軸承支承在變速器殼體上。第一軸上共有五個齒輪，其中一、二擋齒輪和倒擋齒輪與第一軸固定，三、四擋齒輪分別用滾針軸承空套在第一軸上。位于三、四擋齒輪中間的同步器通過花鍵轂與軸連接。輸出軸也叫從動軸或第二軸，與主減速器主動錐齒輪制成一體，通過前后兩端的軸承支承在變速器殼體上。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)第二軸上一、二擋齒輪用滾針軸承空套在軸上，三、四擋齒輪與軸固定。同步器位于一、二擋齒輪之間，倒擋齒輪與該同步器接合套連成一體。２．各擋的動力傳遞過程離合器從動盤將動力傳給變速器輸入軸，駕駛員可通過變速器操縱機構(gòu)掛上所需擋位。（１）空擋。圖４－４所示為變速器的空擋位置。當輸入軸１旋轉(zhuǎn)時，一、二擋及倒擋的主動齒輪與之同步旋轉(zhuǎn)。三、四擋主動齒輪（８、２）則處于自由狀態(tài)。一、二擋的從動齒輪（１５、２１）隨輸入軸１的旋轉(zhuǎn)而在輸出軸２４上空轉(zhuǎn)，輸出軸２４不被驅(qū)動，汽車處于靜止或空擋滑行狀態(tài)。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)（２）一擋。操縱變速桿，通過一、二擋換擋撥叉使一、二擋同步器接合套１８右移，經(jīng)一擋同步器鎖環(huán)１７作用，使一擋從動齒輪１５與一、二擋同步器在接合套１８的作用下同步旋轉(zhuǎn)。這樣，從離合器傳來的發(fā)動機扭矩，經(jīng)輸入軸１上的一擋主動齒輪１１及與其常嚙合的一擋從動齒輪１５、同步器接合套１８和花鍵轂１４，經(jīng)花鍵傳到輸出軸２４，直至主減速器。一擋傳動比為ｉ１＝３.４５５。（３）二擋。操縱變速桿，通過一、二擋換擋撥叉使一、二擋同步器接合套１８左移，退出一擋進入空擋。繼續(xù)向左推動該換擋撥叉，使一、二擋同步器接合套１８借助同步器鎖環(huán)１９作用，使二擋從動齒輪２１與該擋同步器花鍵轂１４同步旋轉(zhuǎn)。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)發(fā)動機傳來的扭矩經(jīng)輸入軸１上的二擋主動齒輪９及與其常嚙合的二擋從動齒輪２１、同步器接合套１８和花鍵轂１４，經(jīng)花鍵傳到輸出軸２４，直至主減速器。二擋傳動比為ｉ２＝１.９４４。（４）三擋。操縱變速桿，通過三、四擋換擋撥叉推動三、四擋同步器接合套５右移，經(jīng)三擋同步器鎖環(huán)６作用，使三擋主動齒輪８與三、四擋主動齒輪同步器花鍵轂２５同步旋轉(zhuǎn)。則來自發(fā)動機的扭矩從輸入軸１上的花鍵傳到三、四擋同步器，經(jīng)該同步器接合套５到三擋主動齒輪８，以及與其常嚙合的三擋從動齒輪２２，由于三擋從動齒輪與輸出軸固定，所以此時動力直接由三擋從動齒輪傳給輸出軸２４，直至主減速器。三擋傳動比為ｉ３＝１.２８６。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)（５）四擋。操縱變速桿，通過換擋撥叉使三、四擋同步器接合套５左移，退出三擋進入空擋。繼續(xù)向左推動該換擋撥叉，使三、四擋同步器接合套５借同步器鎖環(huán)４作用，使四擋主動齒輪２與該擋同步器花鍵轂２５同步旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機傳來的扭矩，從輸入軸１上的花鍵經(jīng)三、四擋同步器花鍵轂２５，經(jīng)該同步器接合套５傳到四擋主動齒輪２，傳給與之常嚙合的四擋從動齒輪２３，傳到輸出軸２４，直至主減速器。四擋傳動比為ｉ４＝０.９０９。（６）倒擋。要使汽車能倒向行駛，在輸入軸１與輸出軸２４之間增設一個倒擋齒輪軸１２和一個倒擋中間齒輪（惰輪）１３，倒擋軸是固定式軸，倒擋中間齒輪空套在倒擋軸上，可以在倒擋撥叉的作用下左右移動。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)掛倒擋時，用倒擋撥叉撥動倒擋軸上的倒擋中間齒輪１３，使其同時與輸入軸上的倒擋主動齒輪１０及輸出軸一、二擋同步器接合套上的倒擋從動齒輪相嚙合。發(fā)動機傳來的扭矩經(jīng)輸入軸上的倒擋齒輪傳給中間惰輪，再傳至倒擋從動齒輪，最后由一、二擋同步器花鍵轂１４傳給輸出軸。由于在動力傳遞的過程中多了一個中間惰輪，所以輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向與各前進擋位相反。倒擋傳動比為ｉＲ＝３.１６７。該變速器除倒擋外，所有前進擋均為一對常嚙合齒輪，故傳動效率比較高。由于采用了全同步器換擋，換擋迅速、操縱輕便，減少了換擋時的沖擊和噪聲。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)這種布置方式使得傳動系統(tǒng)減少了零件數(shù)量，結(jié)構(gòu)更為緊湊，并且有效地減小了體積和重量。但給加工制造方面帶來了一定困難，有些零件必須經(jīng)過特殊工藝加工才能達到要求。圖４－５所示為與發(fā)動機前置橫向布置的傳動系統(tǒng)相配用的兩軸式變速器。變速器的輸入軸１通過離合器與橫向布置的發(fā)動機曲軸相連，輸入軸上的各擋主動齒輪均與輸入軸固連，與之常嚙合的四個擋位的從動齒輪則都通過軸承空套在輸出軸７上。四個前進擋也都采用同步器換擋，但兩個鎖環(huán)式同步器都安裝在輸出軸上。前橋驅(qū)動的主減速器主動齒輪１６也裝在輸出軸７的輸出端。由于主減速器的主動齒輪１６與從動齒輪１４軸線平行，故采用圓柱齒輪傳動。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)４.２.２三軸式變速器在發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的汽車上，常采用三軸式變速器，其特點是傳動比范圍較大，有直接擋，傳動效率高。下面以豐田皇冠轎車Ｗ５５型變速器為例向大家介紹三軸式變速器的基本結(jié)構(gòu)和動力傳遞，豐田皇冠轎車Ｗ５５型變速器如圖４－６所示。１．基本構(gòu)造豐田皇冠轎車Ｗ５５型變速器，有五個前進擋和一個倒擋。變速器內(nèi)有輸入軸（第一軸）、輸出軸（第二軸）、中間軸和倒擋軸。其中第一軸和第二軸軸線互相重合。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)第一軸（即離合器的輸出軸）的前端用導向軸承支承在曲軸尾端的中心孔內(nèi)，后端用球軸承支承在變速器殼體上。其后端制有常嚙合齒輪及齒圈。第二軸的前端通過滾子軸承支承在第一軸后端的內(nèi)孔中，后端則通過圓柱滾子軸承支承在變速器殼體上。軸上用花鍵套裝著三、四擋與一、二擋同步器的花鍵轂和接合套，以及三擋、二擋、一擋齒輪，倒擋齒輪及五擋齒輪。在一擋齒輪與倒擋齒輪之間裝有中間板，第二軸中間球軸承支承在中間板上。中間軸的兩端分別用圓柱滾子軸承和球軸承支承在變速器殼體上，中間軸承支承在中間板上。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)其上固裝著中間軸常嚙合齒輪，三擋、二擋、一擋齒輪，倒擋齒輪、五擋齒輪，它們分別與第一軸和第二軸上的相應齒輪常嚙合。倒擋軸是固定式軸，其軸端以過盈配合裝配于殼體上的軸承孔內(nèi)，其上套裝有倒擋齒輪。２．各擋的動力傳遞過程圖４－７所示為豐田皇冠轎車Ｗ５５型變速器傳動機構(gòu)簡圖。（１）空擋。操縱變速桿，使各擋同步器接合套處于中間位置，此時動力由第一軸經(jīng)常嚙合齒輪２、１７傳至中間軸，第二軸上的齒輪都在中間軸相應齒輪的帶動下空轉(zhuǎn)，動力不能傳給輸出軸。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)（２）一擋。操縱變速桿，使接合套１３右移與齒輪５的接合齒圈接合，動力由第一軸依次經(jīng)齒輪２、齒輪１７、中間軸、中間軸一擋齒輪１２、第二軸一擋齒輪５，再經(jīng)過齒圈，一、二擋接合套１３、花鍵轂傳給第二軸。（３）二擋。操縱變速桿，使接合套１３左移與齒輪４的接合齒圈接合，動力由第一軸依次經(jīng)齒輪２、齒輪１７、中間軸、齒輪１４、齒輪４，再經(jīng)過齒圈、接合套１３、花鍵轂傳給第二軸。（４）三擋。操縱變速桿，使接合套１６右移與齒輪３的接合齒圈接合，動力由第一軸依次經(jīng)齒輪２、齒輪１７、中間軸、齒輪１５、齒輪３，再經(jīng)過齒圈、接合套１６、花鍵轂傳給第二軸。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)（５）四擋。操縱變速桿，使接合套１６左移與齒輪２的接合齒圈接合，動力經(jīng)由第一軸接合套１６、花鍵轂直接傳給第二軸。此為直接擋，輸出軸與輸入軸轉(zhuǎn)速相同，傳動比為１。（６）五擋。操縱變速桿，使接合套１０右移與齒輪７的接合齒圈接合，動力由第一軸１、依次經(jīng)齒輪２、齒輪１７、中間軸、齒輪９、齒輪７，再經(jīng)過齒圈、接合套１０、花鍵轂傳給第二軸。（７）倒擋。操縱變速桿，使倒擋惰輪右移與齒輪１１和齒輪６同時嚙合，動力由第一軸依次經(jīng)齒輪２、齒輪１７、中間軸、齒輪１１、倒擋惰輪、齒輪６、花鍵轂傳給第二軸。由于增加了倒擋惰輪，所以第二軸的轉(zhuǎn)向與第一軸相反，此時動力反向輸出。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)１）軸的支承和軸向定位由于第一、二軸都是轉(zhuǎn)動軸，所以其與殼體間都采用軸承支承，其中大都是滾珠軸承或滾柱軸承。為了適應現(xiàn)代汽車對其可靠性和使用壽命的要求，錐形軸承的使用也日益增多。第二軸前端多用滾針軸承支承于第一軸后端孔內(nèi)，這種支承使第二軸前端的徑向松曠量要受本身支承和第一軸兩支承軸承共三處支承的影響，所以其支承剛度差。某些重型汽車為了提高支承剛度，第二軸前端支承于殼體中間隔壁上（同時使中間軸又增加一個支承）。第一軸一般為離合器從動軸，前端支承于曲軸后端孔內(nèi)。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)第一、二軸的軸向定位大都是靠后軸承，常見的一種型式如圖４－８（ａ）所示。在軸承外環(huán)上裝有彈性擋圈５，擋在殼體端面上，使軸承不能向殼體內(nèi)移動，又靠軸承蓋壓住軸承外環(huán)端面使軸承不能向外移動，實現(xiàn)軸承的軸向定位。為確保軸向定位，這種型式的軸承蓋密封墊４厚度應恰當，使之既保證密封，又使軸承蓋壓在主軸承外環(huán)端面。有時難以兩方面兼顧時，可在軸承蓋與軸承外環(huán)端面間加金屬調(diào)整墊片６。中間軸大多數(shù)為轉(zhuǎn)動式，軸向定位同第一、二軸一樣靠一端的軸承定位。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)另外，也有的中間軸和幾乎所有的倒擋軸為固定式軸，用過盈配合壓裝在殼上以防漏油，再用鎖片定位，如圖４－８（ｂ）所示。為了裝配方便，固定式軸兩端軸頸直徑稍有差異，有定位槽的一端稍粗，裝配時應使軸的另一端穿過殼體和齒輪。為了拆裝方便，有的倒擋軸還在軸的外端制有螺紋孔，以便使用拉具將軸拉出。軸只能有一個支承定位，否則，由于軸和殼體的材料不同，膨脹系數(shù)不同，當溫度變化時，因二者的伸縮量不同，相互之間就可能產(chǎn)生拉壓應力而導致?lián)p壞。２）變速器換擋結(jié)構(gòu)型式上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)普通齒輪式變速器的換擋裝置常見的有直接滑動齒輪式、接合套式和同步器式三種結(jié)構(gòu)型式。（１）直接滑動齒輪式換擋裝置。采用直齒輪傳動的擋位常采用這種換擋型式，它是通過直接移動嚙合齒輪副中的一個齒輪，使之與其另一個齒輪進入嚙合或退出嚙合，從而實現(xiàn)掛擋或退擋。由于直齒齒輪傳動沖擊大，噪聲大，承載能力低，應用得越來越少，只是在某些轎車的倒擋中應用。（２）接合套式換擋裝置。接合套式換擋裝置的齒輪副做成常嚙合齒輪，其中的從動齒輪浮套在軸上，在一側(cè)制有短的接合齒圈，然后靠與軸有傳動關系的接合套與其接合齒圈接合換擋。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)接合套有外接合式和內(nèi)接合式兩種，采用接合套換擋，其齒輪副一般都是常嚙合斜齒輪。斜齒輪傳動與直齒輪相比，同時嚙合的齒數(shù)多，強度高，承載能力強，且對一個齒來說，是從一端逐漸進入嚙合或退出嚙合，因而沖擊小、噪聲小、壽命長，因此大多數(shù)變速器除不常用的低速擋和倒擋外，大都采用斜齒輪傳動。但斜齒輪傳動有軸向分力，要采用能承受軸向力的軸承及其他措施。接合套換擋由于接合齒短，換擋時撥叉移動量小，操作較輕便，且換擋元件承受沖擊的工作面增加，使換擋元件的壽命增長，因而它雖仍不能完全消除換擋沖擊，也較直齒滑動齒輪優(yōu)越得多。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)另外，它與同步器換擋結(jié)構(gòu)相比壽命較長，維修也較方便，特別對重型汽車來說，因各擋的速比差較小，換擋容易，所以目前仍較多采用接合套換擋。（３）同步器式換擋裝置。同步器式換擋裝置是在接合套換擋機構(gòu)的基礎上又加裝了同步元件而構(gòu)成的一種換擋裝置。由于一對齒輪在進入嚙合開始時的圓周速度必須相等，即達到同步狀態(tài)，否則就會在齒端發(fā)生沖擊和噪聲，使齒輪壽命降低。同步器換擋機構(gòu)就是在接合套的基礎上增加了同步元件和防止在同步前嚙合的元件，它可以保證在換擋時使接合套與待接合齒圈的圓周速度迅速相等，并防止二者在同步之前進入嚙合，從而消除換擋沖擊，使操作簡捷和輕便。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)轎車的變速器，前進擋多采用同步器換擋。３）防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)變速器換擋裝置除應能保證順利地掛擋和退擋外，在結(jié)構(gòu)上還必須保證，在汽車行駛過程中，當變速器換入某一擋位后不會出現(xiàn)自動脫擋現(xiàn)象。自動脫擋是變速器的主要故障之一，特別是直接擋，由于接合齒輪組不在同一軸上，存在兩軸同軸度誤差，更易脫擋。所以大多數(shù)變速器在齒輪上采取了防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)，其型式有接合套齒端倒斜面式和花鍵轂減薄齒式兩種型式。圖４－９所示為接合套齒端倒斜面式防止脫擋結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)它是將接合套２的兩端及接合齒圈１、４的齒端都制有相同斜度的倒斜面。當接合套２向左或右移動，與接合齒圈１或４相嚙合時，兩齒之間即以倒斜面接觸傳遞動力。圖示位置為左端接合，這時由于斜面的作用使接合齒圈與接合套之間的嚙合力產(chǎn)生一個向左的軸向作用力，阻止接合套２自動向右移動，即防止其自動脫擋。桑塔納、奧迪轎車變速器的同步器接合套與接合齒圈均采用這種防止自動脫擋結(jié)構(gòu)。齒端的倒斜面是在接合齒圈及接合套的花鍵加工完畢后，利用專用機床擠壓成形，最后進行熱處理的。圖４－１０所示為花鍵轂減薄齒式防止脫擋結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)它是將花鍵轂３外齒的兩端減?。?３～０.４ｍｍ，使各花鍵齒中部形成一個凸臺。當接合套２向左或向右移動與接合齒圈１、４接合傳遞動力時，其后端將被花鍵轂齒上的凸臺擋住，從而防止自動脫擋，圖示位置為左端接合，當需要摘擋時，駕駛員放松加速踏板，發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速降低，花鍵轂３則在慣性作用下相對于接合齒圈和接合套超前轉(zhuǎn)過一個角度，使接合套與花鍵轂分離，便可以順利地摘擋。豐田巡洋艦變速器便采用這種形式。４）變速器的潤滑與密封變速器中各齒輪副、軸與軸承等運動部件均有較高的運動速度，因此，必須具有可靠的潤滑，大多數(shù)采用飛濺潤滑，只有少數(shù)重型汽車采用壓力潤滑。上一頁下一頁返回４.２普通齒輪變速器的變速傳動機構(gòu)采用飛濺潤滑的變速器，其殼體內(nèi)注有一定量的潤滑油，依靠齒輪旋轉(zhuǎn)將潤滑油甩到各運動零件的工作表面。殼體一側(cè)有加油口，殼體底部有放油螺塞。為了潤滑第二軸的前軸承和各個空轉(zhuǎn)齒輪的襯套或軸承，有的齒輪均勻地在其齒間底部鉆有徑向油孔，有的齒輪則在其輪轂端面開有徑向油槽，以便使?jié)櫥瓦M入各襯套和軸承表面。為了防止?jié)櫥托孤兯倨魃w與殼體以及各軸承蓋與殼體的接合面之間都裝有密封墊或用密封膠密封；第一軸和第二軸與軸承蓋的孔之間則用橡膠自緊油封或回油螺紋予以密封，并且一般在軸承蓋下部制有回油凹槽，在殼體的相應部位開有回油孔，使沉積的潤滑油流回殼體內(nèi)，裝配時應使凹槽與油孔對準。為了防止變速器工作時由于油溫升高使氣壓過大而造成潤滑油滲漏，在變速器蓋上都裝有通氣塞。上一頁返回４.３同步器４.３.１無同步器時的換擋過程采用直齒滑動齒輪或接合套換擋時，應在待嚙合的一對齒輪的輪齒或接合套與接合齒圈的圓周速度相等時，即達到同步的時候使兩者進入嚙合，才能避免沖擊和噪聲，實現(xiàn)平順換擋。為此，駕駛員在換擋時必須采取合理的換擋操作步驟。下面以無同步器的兩個擋位之間的換擋過程予以說明。如圖４－１１所示，第一軸１及齒輪２、中間軸７、齒輪８和６、空套在第二軸５上的低擋齒輪４均與離合器從動盤保持著經(jīng)常的傳動關系，接合套３通過花鍵轂與第二軸５相連，亦均與整個汽車保持經(jīng)常的傳動關系。下一頁返回４.３同步器若接合套３向右移動與低擋齒輪４上的接合齒圈相接合構(gòu)成低速擋，而接合套３向左移動與齒輪２上的接合齒圈相接合則構(gòu)成高速擋。１．由低速擋換入高速擋變速器在低速擋工作時，接合套３與齒輪４上的接合齒圈接合，此時兩者接合齒的圓周速度相等，即ｖ３＝ｖ４。要由低速擋換入高速擋時，駕駛員應先踩下離合器踏板，使離合器分離，隨即撥動變速桿將接合套３向左移，將變速器撥入空擋位置，使接合套３與低擋齒輪４脫離嚙合。上一頁下一頁返回４.３同步器剛撥入空擋時，仍然是ｖ３＝ｖ４，由于低擋齒輪４的轉(zhuǎn)速低于齒輪２的轉(zhuǎn)速，因而兩齒輪上的接合齒圈的圓周速度ｖ４＜ｖ２，所以，在剛撥入空擋的瞬間，ｖ３＜ｖ２，即接合套３與高擋齒輪２的接合齒圈的圓周速度不相等，為了避免產(chǎn)生沖擊，這時不能立即掛高速擋，而應在空擋位置稍停片刻，待ｖ３＝ｖ２，即兩者達到同步時再將變速器掛入高速擋。變速器撥入空擋后，ｖ２和ｖ３都將會逐漸地下降，但兩者下降的速度不同。由于踩下離合器踏板后，與齒輪２相聯(lián)系的變速器第一軸及其隨動零件已與發(fā)動機中斷了動力傳遞，而且其轉(zhuǎn)動慣量較小，再加上中間軸齒輪有攪油阻力，所以ｖ２下降得較快；而由于接合套３與變速器第二軸及整個汽車相聯(lián)系，其轉(zhuǎn)動慣量較大，所以ｖ３下降得較慢。上一頁下一頁返回４.３同步器用圖４－１２中的直線表示，可以看出直線ｖ２和ｖ３表現(xiàn)為不同的斜率，而且ｖ２斜率較大。因此，必然會出現(xiàn)兩直線相交于一點的時刻。此時ｖ３＝ｖ２，即兩者達到同步狀態(tài)，稱為同步點。如果駕駛員恰好在此時將變速器掛入高速擋，即將接合套３左移與齒輪２上的齒圈接合，就會使二者平順地進入嚙合。但是，在踩下離合器踏板后，如果讓齒輪２及與其相聯(lián)系的變速器第一軸等旋轉(zhuǎn)零件自然減速，則ｖ２下降得太慢，會推遲出現(xiàn)同步的時間。上一頁下一頁返回４.３同步器為此，實際操作過程中，應在踩下離合器踏板將變速器撥入空擋后，立即抬起離合器踏板使離合器重新接合，利用發(fā)動機的怠速迫使變速器第一軸及齒輪２等迅速減速，使ｖ２迅速下降，如圖４－１２中虛線所示，這樣可盡早出現(xiàn)同步點，縮短換擋時間，在達到同步后再次踩下離合器踏板，將變速器由空擋掛入高速擋，即完成由低速擋向高速擋的變換過程。２．由高速擋換入低速擋在高速擋工作時，以及剛剛由高速擋撥入空擋時，接合套３與齒輪２接合齒圈的圓周速度相等，即ｖ３＝ｖ２，并且ｖ２＞ｖ４，因而ｖ３＞ｖ４。上一頁下一頁返回４.３同步器即接合套３與低擋齒輪４的接合齒圈圓周速度不相等，所以此時不能掛入低速擋。變速器在退入空擋后，ｖ３和ｖ４也同時下降，但因ｖ４比ｖ３下降得快一些，如圖４－１３實線所示，隨著空擋時間的延長，ｖ３與ｖ４相差得越來越遠，因而不會自然地出現(xiàn)兩者相交的同步點。為此，駕駛員應在變速器由高速擋退入空擋時隨即抬起離合器踏板，使離合器重新接合，同時踩加速踏板使發(fā)動機加速，帶動變速器第一軸及齒輪４等加速到ｖ４＞ｖ３，如圖４－１３中虛線所示。然后再踩下離合器踏板，使離合器分離并稍等片刻，待到ｖ４虛線與ｖ３出現(xiàn)相交的同步點時即可掛入低速擋。上一頁下一頁返回４.３同步器由此可見，欲使換擋時不出現(xiàn)換擋沖擊，變速器操縱起來相當復雜，且要迅速準確地完成，既增加了駕駛員操作的勞動強度，又容易加速齒輪的損壞。因此，越來越多地采用同步器換擋裝置。４.３.２同步器的構(gòu)造及其工作原理同步器是在接合套換擋裝置的基礎上發(fā)展起來的，其功用是使接合套與待接合的齒圈二者之間迅速達到同步，并阻止二者在同步前進入嚙合，從而可消除換擋時的沖擊，縮短換擋時間，簡化換擋過程。同步器由同步裝置（包括推動件和摩擦件）、鎖止裝置和接合裝置三部分組成，目前所有的同步器幾乎都采用摩擦式同步裝置，但其鎖止裝置不同，因此工作原理亦有所不同。上一頁下一頁返回４.３同步器按工作原理同步器可分為常壓式和慣性式兩大類。目前應用最廣泛的是各種類型的慣性同步器，這里只介紹鎖環(huán)式慣性同步器。現(xiàn)以豐田Ｗ５５型汽車五擋變速器中的一、二擋同步器為例說明其構(gòu)造和工作原理。１．構(gòu)造如圖４－１４（ａ）所示，鎖環(huán)式慣性同步器主要由花鍵轂１０、接合套５、鎖環(huán)（也稱同步環(huán)）４和６組成。同步器在第二軸上的裝配關系如圖４－１４（ｂ）所示?；ㄦI轂１０以其內(nèi)花鍵套裝在第二軸的外花健上，并用墊圈和卡環(huán)軸向固定，花鍵轂的外花鍵與接合套５的內(nèi)花鍵相嚙合。兩端與齒輪２和８之間各有一個青銅制的鎖環(huán)。上一頁下一頁返回４.３同步器鎖環(huán)上有短花鍵齒圈，其花鍵齒的尺寸和齒數(shù)，與花鍵轂、齒輪２和８的外花鍵齒均相同。兩個齒輪和鎖環(huán)上的花鍵齒，在對著接合套的一端，都有倒角———稱為鎖止角，且都與接合套齒端的倒角相同。鎖環(huán)具有內(nèi)錐面，其錐角與齒輪２和８齒圈上的外錐面相同，兩者之間通過錐面相接觸。在鎖環(huán)內(nèi)錐面上車制有細密的螺紋槽，使兩錐面接觸后能夠破壞錐面間的油膜，提高摩擦系數(shù)，以便增加錐面之間的摩擦力，鎖環(huán)的另一端有三個缺口。鎖環(huán)內(nèi)錐面摩擦副是摩擦件，外沿帶倒角的齒圈是鎖止件。三個滑塊分別安裝在花鍵轂的三個均布的軸向槽中，并可沿槽軸向移動。上一頁下一頁返回４.３同步器兩個彈簧圈用來靠其徑向力將滑塊壓向接合套，使滑塊中部的凸起部位壓嵌在接合套中部的環(huán)槽中?；瑝K與彈簧形成了推動件?；瑝K兩端伸入鎖環(huán)的缺口中，但滑塊的寬度較缺口寬度小，二者之差等于鎖環(huán)上的花鍵齒寬，而且缺口與花鍵齒有恰當?shù)闹芟蛭恢茫规i環(huán)相對于花鍵轂左右只能轉(zhuǎn)動半個齒，而且只有當滑塊位于鎖環(huán)缺口的中央位置時，接合套與鎖環(huán)才能進入嚙合。２．工作原理現(xiàn)在以該變速器由三擋換入四擋過程為例說明鎖環(huán)式慣性同步器的工作原理，如圖４－１５所示。１）空擋位置上一頁下一頁返回４.３同步器圖４－１５（ａ）所示為接合套５剛從三擋退到空擋時的情況。此時接合套處于中間位置，接合套５和花鍵轂１０連同鎖環(huán)４（與第二軸相聯(lián)系）以及待嚙合的四擋齒圈３（與第一軸相聯(lián)系），都在其自身及其所聯(lián)系的一系列運動件的慣性作用下，繼續(xù)沿原方向（圖中箭頭所示方向）旋轉(zhuǎn)。設接合套５、鎖環(huán)４和齒圈３的轉(zhuǎn)速分別為ｎ５、ｎ４和ｎ３，顯然此時ｎ４＝ｎ５，ｎ３＞ｎ５，故ｎ３＞ｎ４。此時鎖環(huán)是軸向自由的，其內(nèi)錐面與齒圈的外錐面并不接觸。２）接合套移動，摩擦力矩產(chǎn)生要掛入二擋時，通過變速器操縱機構(gòu)向左推動接合套５，并帶動滑塊一起向左移動。上一頁下一頁返回４.３同步器當滑塊左端面與鎖環(huán)的缺口底面接觸時，便推動鎖環(huán)移向齒圈３，使兩錐面相接觸。由于駕駛員作用在接合套上的推力，使兩錐面間產(chǎn)生正壓力，同時齒圈３與鎖環(huán)４轉(zhuǎn)速不相等，即ｎ３＞ｎ４，所以兩者一經(jīng)接觸便在其錐面之間產(chǎn)生摩擦力矩Ｍ１。通過摩擦力矩Ｍ１的作用，齒圈３帶動鎖環(huán)４相對于接合套５及花鍵轂１０快轉(zhuǎn)（順轉(zhuǎn)）一個角度，直到鎖環(huán)缺口靠在滑塊的另一側(cè)（圖中上側(cè)）為止，如圖４－１５（ｂ）所示。隨后鎖環(huán)即與接合套同步轉(zhuǎn)動。此時接合套鎖環(huán)上的齒錯開了約半個齒厚，接合套齒端的倒角與鎖環(huán)齒端的倒角恰好互相抵住，因而接合套不能再向左移動進入嚙合。３）鎖止作用的產(chǎn)生上一頁下一頁返回４.３同步器在上述兩倒角相互抵觸的情況下，如果要使接合套與鎖環(huán)齒圈進入嚙合，則必須使鎖環(huán)相對于接合套向后倒轉(zhuǎn)一個角度。此時，駕駛員作用在接合套并通過接合套作用在鎖環(huán)齒端倒角面上的軸向力Ｆ１可以分解成法向正壓力Ｎ及切向分力Ｆ２，如圖４－１５（ｂ）所示。切向力Ｆ２便形成一個力圖撥動鎖環(huán)相對于接合套向后倒轉(zhuǎn)的力矩Ｍ２，稱為撥環(huán)力矩。軸向力Ｆ１則使鎖環(huán)４與齒圈３的錐面進一步壓緊，產(chǎn)生更大的摩擦力矩Ｍ１，迫使待嚙合的齒圈３相對于鎖環(huán)４迅速減速而趨向與鎖環(huán)同步。上一頁下一頁返回４.３同步器由于齒圈３的減速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)慣性原理，便產(chǎn)生一個與其旋轉(zhuǎn)方向相同的慣性力矩，此慣性力矩通過摩擦錐面以摩擦力矩的形式傳遞到鎖環(huán)上，阻止鎖環(huán)相對于接合套向后倒轉(zhuǎn)。在待接合齒圈３與鎖環(huán)４未達到同步之前，摩擦錐面的摩擦力矩在數(shù)值上等于此慣性力矩。這就是說，在待嚙合齒圈與鎖環(huán)及接合套之間未達到同步之前，在鎖環(huán)上作用著方向相反的兩個力矩：一個是齒端倒角面上力圖撥動鎖環(huán)相對于接合套向后倒轉(zhuǎn)的撥環(huán)力矩Ｍ２，另一個是摩擦錐面上阻止鎖環(huán)向后倒轉(zhuǎn)的慣性力矩（即摩擦力矩）Ｍ１。上一頁下一頁返回４.３同步器如果Ｍ２＞Ｍ１，鎖環(huán)即可相對于接合套向后倒轉(zhuǎn)一個角度，以便接合套進入嚙合；如果Ｍ１＞Ｍ２，鎖環(huán)則不能夠倒轉(zhuǎn)，而通過其齒端鎖止角阻止接合套進入嚙合，這就是鎖環(huán)的鎖止作用。由于鎖環(huán)的鎖止作用是依靠待嚙合的齒圈３及與其相聯(lián)系的零件的慣性力矩而形成的，因此稱為慣性式同步器。對于一定的軸向推力Ｆ１，撥環(huán)力矩Ｍ２的大小取決于鎖環(huán)及接合套齒端倒角（即鎖止角）的大小，而慣性力矩Ｍ１的大小則取決于摩擦錐面的錐角大小。實際上同步器在設計時，都經(jīng)過適當?shù)剡x擇齒端倒角和摩擦錐面錐角，保證在達到同步之前始終保持Ｍ１＞Ｍ２，而且，不論駕駛員施加的軸向力Ｆ１有多大，鎖環(huán)都能夠有效地阻止接合套進入嚙合，從而使同步器起到鎖止作用，防止在同步前掛上擋。上一頁下一頁返回４.３同步器４）同步嚙合隨著駕駛員對接合套施加推力不斷加大，摩擦錐面之間的摩擦力矩不斷增加，使齒圈３的轉(zhuǎn)速迅速降低，直至齒圈３與鎖環(huán)４及接合套達到同步，相對角速度為零。此時慣性力矩消失，于是在撥環(huán)力矩Ｍ２的作用下，鎖環(huán)４連同齒圈３一起相對于接合套向后倒轉(zhuǎn)一個角度，使滑塊處于鎖環(huán)缺口的中央，接合套５與鎖環(huán)的花鍵齒不再相抵觸，鎖環(huán)的鎖止作用消除，接合套壓下彈簧圈繼續(xù)向左移動，而與鎖環(huán)的花鍵齒圈進入嚙合。接合套與鎖環(huán)進入嚙合后，軸向力不再作用于鎖環(huán)上，因此鎖環(huán)與齒圈錐面間的摩擦力矩也就消失了。上一頁下一頁返回４.３同步器此時駕駛員還要繼續(xù)向前撥動接合套，使接合套最終與待嚙合的四擋接合齒圈３進入嚙合。如果此時接合套的花鍵齒恰好與齒圈３的花鍵齒發(fā)生抵觸，如圖４－１５（ｃ）所示，則作用于接合套上的軸向力在齒圈３的倒角面上也將會產(chǎn)生一個切向分力，靠此切向分力便可撥動齒圈３及與其相聯(lián)系的零件相對于接合套轉(zhuǎn)過一個角度，從而使接合套５與齒圈３進入嚙合，如圖４－１５（ｄ）所示，最終完成換入四擋的過程。反之，如果由高速擋換入低速擋，上述過程也適用，但此時齒圈７和齒輪８是被加速到與鎖環(huán)６（亦即接合套５）同步，從而使接合套先后與鎖環(huán)及齒圈７進入嚙合而完成換擋過程。上一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)４.４.１變速器操縱機構(gòu)的功用及要求變速器操縱機構(gòu)的功用是進行擋位變換，為了保證變速器能夠準確地掛入選定的擋位，并可靠工作，變速器操縱機構(gòu)必須滿足下列幾點要求：（１）能夠防止自動掛擋及自動脫擋，并保證各擋傳動齒輪以全齒長嚙合。掛擋時駕駛員對于是否掛入了擋位應具有“手感”，為此，在操縱機構(gòu)中應設有自鎖定位裝置。（２）能夠保證不會同時掛入兩個擋位，避免同時嚙合的兩擋齒輪因其傳動比不同而互相卡住，造成運動干涉甚至造成零件損壞。為此，在操縱機構(gòu)中必須設有互鎖裝置。下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)（３）能夠防止誤掛倒擋，防止汽車在前進中因誤掛倒擋而造成極大的沖擊，使零件損壞，并防止在汽車起步時誤掛倒擋而造成安全事故。為此，在操縱機構(gòu)中應當設有倒擋鎖。４.４.２變速器操縱機構(gòu)的構(gòu)造變速器操縱機構(gòu)通常由變速操縱機構(gòu)和定位鎖止裝置兩部分組成。１．變速操縱機構(gòu)變速操縱機構(gòu)根據(jù)其變速操縱桿（簡稱變速桿）與變速器的相互位置的不同，可分為直接操縱式和遠距離操縱式兩種類型。１）直接操縱式上一頁下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)變速桿及所有換擋操縱裝置都設置在變速器蓋上，變速器布置在駕駛員座位的近旁，變速桿由駕駛室底板伸出，駕駛員可直接操縱變速桿來撥動變速器蓋內(nèi)的換擋操縱裝置進行換擋。這種操縱機構(gòu)一般由變速桿、撥塊、撥叉、撥叉軸及安全裝置等組成。多集裝于上蓋或側(cè)蓋內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單、操縱方便。大多數(shù)轎車和長頭貨車的變速器都采用這種操縱型式。一種六擋變速器直接操縱式操縱機構(gòu)如圖４－１６所示。變速桿的上部為駕駛員直接操縱的部分，伸到駕駛室內(nèi)，其中間通過球節(jié)支承在變速器蓋頂部的球座內(nèi)，并用彈簧罩壓緊以消除間隙。上一頁下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)球節(jié)上開有豎槽，固定于變速器蓋的銷釘伸入該槽內(nèi)與其滑動配合，從而使變速桿只能夠以球節(jié)為支點前后左右擺動，而不能轉(zhuǎn)動。變速桿的下端為一削扁了的球頭。４根撥叉軸的兩端均支承于變速器蓋相應的座孔中，可在孔中軸向滑動，以便為撥叉的移動導向。所有撥叉和撥塊都以彈性銷固定于相應的撥叉軸上。三、四擋撥叉和一、二擋撥塊、五、六擋撥塊及倒擋撥塊頂部制有凹槽。變速器處于空擋位置時，各凹槽在橫向平面內(nèi)對齊，叉形撥桿下端的球頭即伸入這些凹槽中。選擋時可使變速桿繞其中部球形支點橫向擺動，則其下端推動叉形撥桿繞換擋軸的軸線擺動，從而使叉形撥桿下端的球頭對準與所選擋位對應的撥塊凹槽，然后使變速桿縱向擺動，帶動撥叉軸及撥叉向前或向后移動，即可實現(xiàn)掛擋。上一頁下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)不同變速器的擋數(shù)和操縱機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與布置都有所不同，相應于各變速桿上端手柄位置排列即擋位排列也不相同，因此，各汽車駕駛室內(nèi)的操縱手柄上都標有變速器擋位排列圖。２）遠距離操縱式有些汽車，由于其總體布置的需要，變速器的安裝位置離駕駛員座位較遠，因而變速桿不能直接布置在變速器蓋上，為此在變速桿與變速器之間加裝了一套傳動桿件，構(gòu)成了遠距離操縱的型式。圖４－１７所示為變速桿安置在駕駛室底板上的遠距離操縱機構(gòu)，其變速桿在駕駛員座位近旁穿過駕駛室底板安裝在車架上，中間通過一系列的傳動桿件與變速器相連。上一頁下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)換擋時，駕駛員對控制桿的操縱通過拉索３作用在變速器上。有些轎車和輕型貨車的變速器，將變速桿安裝在轉(zhuǎn)向柱管上，如圖４－１８所示。采用這種型式的變速操縱機構(gòu)，可以減少變速桿占據(jù)的駕駛室空間，使駕駛室乘坐方便，但換擋操作的準確性和可靠性較差，故應用較少。２．定位鎖止裝置變速器定位鎖止裝置包括自鎖裝置、互鎖裝置和倒擋鎖裝置，其結(jié)構(gòu)和工作原理如下。１）自鎖裝置上一頁下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)所謂自鎖就是對各擋撥叉軸進行軸向定位鎖止，以防止其自動產(chǎn)生軸向移動而造成自動掛擋或自動脫擋。大多數(shù)變速器的自鎖裝置都是采用定位鋼球?qū)懿孑S進行軸向定位鎖止。圖４－１９所示的自鎖裝置是在變速器蓋３的前端凸起部鉆有深孔，在孔中裝入自鎖鋼球１及自鎖彈簧２，其位置正處于撥叉軸４的正上方，每根撥叉軸對著鋼球的表面沿軸向設有三個凹槽，槽的深度小于鋼球的半徑。中間的凹槽對正鋼球時為空擋位置，前邊或后邊的凹槽對正鋼球時則處于某一工作擋位置，相鄰凹槽之間的距離保證齒輪處于全齒長嚙合或是完全退出嚙合。上一頁下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)凹槽對正鋼球時，鋼球便在自鎖彈簧的壓力作用下嵌入該凹槽內(nèi)，撥叉軸的軸向位置便被固定，其撥叉及相應的接合套或滑動齒輪便被固定在空擋位置或某一工作擋位置，而不能自行掛擋或自行脫擋。當需要換擋時，駕駛員通過變速桿對撥叉軸施加一定的軸向力，克服彈簧的壓力而將自鎖鋼球從撥叉軸凹槽中擠出并推回孔中，撥叉軸便可滑過鋼球進行軸向移動，并帶動撥叉及相應的接合套或滑動齒輪軸向移動，當撥叉軸移至其另一凹槽與鋼球相對正時，鋼球又被壓入凹槽，此時撥叉所帶動的接合套或滑動齒輪便被撥入空擋或被撥入另一工作擋位。上一頁下一頁返回４.４變速器操縱機構(gòu)２）