手动变速器课件剖析

6/20/20241汽车传动系第一章第一章 汽车传动系汽车传动系授课内容：第一节第一节 概述概述第二节 离合器第三节 手动变速器第四节 万向传动装置第五节 驱动桥6/20/20242汽车传动系第三节 手动变速器一、变速器概述二、齿轮式变速器的变速传动原理三、齿轮式变速器的构造四、变速器常见故障与诊断6/20/20243汽车传动系一、变速器概述1.变速器的功用(1)改变传动比：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)设置倒挡：在发动机旋转方向不变的条件下，使汽车能倒向行驶。(3)设置空挡：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。6/20/20244汽车传动系2.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，重量轻，维修方便。6/20/20245汽车传动系3.变速器的形式(1)(1)按传动比的变化方式划分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，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。合式三种。(a)(a)有级式变速器有级式变速器 有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可分为：有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可分为：普通齿轮变速器普通齿轮变速器(齿轮轴线均固定齿轮轴线均固定)行星齿轮变速器行星齿轮变速器(部分齿轮部分齿轮(行星齿轮行星齿轮)轴线不固定轴线不固定)。(b)(b)无级式变速器无级式变速器 传动比可在一定范围内连续变化传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式常见的有液力式,机械式和电力式机械式和电力式等。等。(c)(c)综合式变速器综合式变速器 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。与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。6/20/20246汽车传动系(2)(2)按按操纵方式划分操纵方式划分，变速器可以分为强制操纵式、自动操纵式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。和半自动操纵式三种。(a)(a)强制操纵式变速器强制操纵式变速器 靠驾驶员直接操纵变速杆换档。靠驾驶员直接操纵变速杆换档。(b)(b)自动操纵式变速器自动操纵式变速器 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。位的变换。(c)(c)半自动操纵式变速器半自动操纵式变速器 可分为两类：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；一类是部分档位自动换档，部分档位手动（强制）换档；另一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另一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。时，由执行机构自行换档。6/20/20247汽车传动系二、齿轮式变速器的变速传动原理1.变速及变扭原理变速及变扭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一定相等，即 n1Z1=n2Z2。传动比：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。即：i12=n1/n2=Z2/Z1。6/20/20248汽车传动系至传动轴来自发动机在齿轮系传动中，总传动比等于各级齿轮传动的传动比的连乘积。在图示二级传动中，其传动比为:i14=n1/n4 =i12i34 =(Z2/Z1)(Z4/Z3)6/20/20249汽车传动系根据能量守恒定律，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，则传动比：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。6/20/202410汽车传动系2.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。图示即为三轴式变速器倒车时的传动情况。归纳：i=1，直接挡；i1，超速挡；i1，低速挡6/20/202411汽车传动系三、齿轮式变速器的构造变速器由变速传动机构、变速操纵机构组成。6/20/202412汽车传动系(一)变速传动机构普通有级式变速器的传动机构有二轴式和三轴式两种。1.二轴式变速器发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的汽车，由于受总体布置的影响，一般广泛采用二轴式变速器，如我国常见的桑塔纳、捷达、夏利、奥迪和富康等轿车，均采用此变速器。即只设有输入轴、输出轴和倒挡轴，而不设中间轴。图示为桑塔纳2000型轿车五挡手动变速器6/20/202413汽车传动系6/20/202414汽车传动系(1)变速器的构造6/20/202415汽车传动系1)、轴总成6/20/202416汽车传动系2)输入轴总成6/20/202417汽车传动系3)输出轴总成6/20/202418汽车传动系(2)动力传动路线6/20/202419汽车传动系空挡：一、二挡和三、四同步器接合套均位于中间位置。6/20/202420汽车传动系一挡：一、二挡同步器接合套12右移与二挡齿轮14接合齿圈接合。输入轴-输入轴二挡齿轮4-输出轴二挡齿轮14-一、二挡同 步器接合套12-一、二挡同步器齿轮毂19-输出轴。i1=3.4556/20/202421汽车传动系二挡：一、二挡同步器接合套12左移与一挡齿轮11接合齿圈接合。输入轴-输入轴一挡齿轮6-输出轴一挡齿轮11-一、二挡同 步器接合套12-一、二挡同步器齿轮毂19-输出轴。i2=1.9446/20/202422汽车传动系三挡：三、四挡同步器接合套2左移与三挡齿轮3接合齿圈接合。输入轴三、四挡同步器齿轮毂18-三、四挡同步器接合套2-输入轴三挡齿轮3-输出轴三挡齿轮15-输出轴。i3=1.2866/20/202423汽车传动系四挡：三、四挡同步器接合套2左移与四挡齿轮1接合齿圈接合。输入轴三、四挡同步器齿轮毂18-三、四挡同步器接合套2-输入轴四挡齿轮1-输出轴四挡齿轮16-输出轴。i4=0.9696/20/202424汽车传动系五挡：五挡同步器接合套8右移与五挡齿轮7接合齿圈接合。输入轴五挡同步器齿环9五挡同步 器接合套8-输入轴五挡齿轮7-输出轴五 挡齿轮10-输出轴。五挡传动比：i4=0.806/20/202425汽车传动系倒挡：倒挡滑移齿轮13右移，分别与输入轴倒挡齿轮5和一、二挡同 步器接合套12外齿圈啮合。输入轴输入轴倒挡齿轮5倒挡滑移齿轮13一、二挡同步器接合套12一、二挡同步器齿轮毂19输出轴。i倒=3.1676/20/202426汽车传动系(3)传动路线动画没有直接挡两轴五当变速器传动简图：1-输入轴 2-接合套 3-里程表齿轮 4-同步环 5-半轴 6-主减速器被动齿轮 7-差速器壳 8-半轴齿轮 9-行星齿轮 10、11-输出轴 12-主减速器主 动齿轮 13-花键毂 6/20/202427汽车传动系2.三轴式变速器对于客车或中重型载货汽车，在传动系中，要求输出更大的扭矩和实现较大的速度变动范围，一般广泛采用三轴式变速器。即变速器除了输入轴、输出轴、倒挡轴外，还设有中间轴(如图示)。6/20/202428汽车传动系三轴示意图至传动轴来自发动机轴(输入轴)轴(输出轴)倒挡轴中间轴中间轴6/20/202429汽车传动系与二轴式相比：a.在相同的径向尺寸下，可获得较大的传动比；b.可获得高传动效率的直接挡。(1)变速器构造东风EQ1092型汽车五挡变速器。6/20/202430汽车传动系东风EQ1092型汽车变速器结构图6/20/202431汽车传动系变速传动机构变速传动机构输入轴中间轴输出轴倒档轴变速齿轮结合套6/20/202432汽车传动系(2)动力传递示意图五挡接合齿圈 四、五挡接合套 四、五挡固定齿座 四挡接合齿圈三挡接合齿圈 二、三挡接合套 二、三挡固定齿座 二挡接合齿圈 6/20/202433汽车传动系(3)(3)变速器工作情况变速器工作情况6/20/202434汽车传动系(3)各挡的传动路线及传动比一档：第一轴-第一轴常啮合齿轮-中间轴常啮合齿轮-中间轴-中间轴一、倒挡齿轮-第二轴一、倒挡滑动齿轮-第二轴；i1=7.31。6/20/202435汽车传动系二档：第一轴-第一轴常啮合齿轮-中间轴常啮合齿轮-中间轴-中间轴二挡齿轮-第二轴二挡齿轮-二、三挡接合套组件-第二轴；i2=4.31。6/20/202436汽车传动系三档：第一轴-第一轴常啮合齿轮-中间轴常啮合齿轮-中间轴-中间轴三挡齿轮-第二轴三挡齿轮-二、三挡接合套组件-第二轴；i3=2.45。6/20/202437汽车传动系四档：第一轴-第一轴常啮合齿轮-中间轴常啮合齿轮-中间轴-中间轴四挡齿轮-第二轴四挡齿轮-四、五挡接合套组件-第二轴；i4=1.54。6/20/202438汽车传动系五档：第一轴-四、五挡接合套组件-第二轴；i5=1。(直接挡)6/20/202439汽车传动系倒档：第一轴-第一轴常啮合齿轮-中间轴常啮合齿轮-中间轴-中间轴一、倒挡齿轮-倒挡常啮合中间齿轮-倒挡中间齿轮-第二轴一、倒挡滑动齿轮-第二轴；i倒=7.66。6/20/202440汽车传动系(4)切诺基车三轴式4/5挡变速器6/20/202441汽车传动系与东风EQ1092型汽车五挡变速器相比：a.前者壳体采用整体式,后者采用三段式，即由前壳体、中间连接器(中间支承板)和后壳体(或二轴后轴承盖)组成。b.前者每根轴采用二点支承，后者采用三点支承，提高了轴的刚性。c.五挡、倒挡采用桑塔纳二轴式五挡变速器的结构形式，使轴的跨度减小，刚度提高。d.前者采用部分同步的换挡方式，后者采用全同步换挡方式。6/20/202442汽车传动系各挡动力传动路线示意图6/20/202443汽车传动系3.变速器的换挡装置 (1)直接滑动式(即滑移齿轮)换挡装置：直接滑动式用于直齿轮传动的挡位，换挡齿轮和轴通过花键联接。常用于一挡、倒挡，如东风EQ1092型汽车五挡变速器。(2)接合套式(即同步器)换挡装置：这种换挡装置用于斜齿轮传动的挡位，如左边示意图所示。6/20/202444汽车传动系一、倒挡齿轮直接滑移式四、五挡同步器接合套式换挡装置的两种类型换挡装置的两种类型6/20/202445汽车传动系根据换挡装置的不同，变速器又可分为全同步式变速器和部分同步式变速器。部分同步式变速器即变速器中既有滑移齿轮式换挡装置，又有接合套式换挡装置。全同步式变速器即变速器中的各挡(除倒挡)均采用同步器(接合套式)换挡机构。6/20/202446汽车传动系三轴五挡全同步变速器传动简图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-中间轴常啮合齿轮 6/20/202447汽车传动系4.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，见图示。6/20/202448汽车传动系东风EQ1092型汽车锁销式惯性同步器6/20/202449汽车传动系桑塔纳2000型轿车锁环式惯性同步器6/20/202450汽车传动系(1)(1)锁环式惯性同步器锁环式惯性同步器1)构造锁环式锁环式惯性惯性同步器主要部件有：接合套、同步器主要部件有：接合套、花键毂、锁环、滑块、弹簧等。花键毂、锁环、滑块、弹簧等。图示为北京BJ2120型汽车三档变速器中的二、三档同步器。6/20/202451汽车传动系1、4-齿轮 2-滑块 3-拔叉 5、9-锁环（同步环）6-弹簧圈 7-花键毂 8-接合套 10-接合套中部凹槽 11-花键毂轴向槽 12-锁环缺口北京BJ2120型汽车三档变速器中的二、三档同步器6/20/202452汽车传动系花键毂花键毂7 7：a.内用花键与第二轴连接；b.两端用垫片和卡环作轴向定位；c.两端与齿轮1和4之间，各有一个青铜制成的锁环(也称同步环)9和5。锁环锁环5 5、9 9：a.外有短花键齿圈，其齿形、尺寸与齿轮1、4及花键毂7上的外花键齿均相同；b.内有锥面，锥度与齿轮1和4的外锥面相同；锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩擦；c.正对接合套8的一端有倒角(称锁止角)，且与接合套齿端的倒角相同。三个滑块三个滑块2 2：a.分别嵌合在花键毂的三个轴向槽11内，并可沿槽轴向滑动；b.两个弹簧圈6将滑块压向接合套，使滑块中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽10中，起到空档定位作用；c.滑块2的两端伸入锁环9和5的三个缺口12中。只有当滑块位于缺口12的中央时，接合套与锁环的齿才可能接合。6/20/202453汽车传动系2）工作原理a.挂三挡时，拨叉3拨动接合套8并带动滑块2一起左移。当滑块的左端面与锁环9上的缺口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。b.齿轮1通过摩擦作用带动锁环9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，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(由于拨环力矩总是小于摩擦力矩(设计上予以保证)，此时，无论驾驶员施加多大的力，都挂不上挡，从而防止齿轮在同步前挂上挡，减少换挡时的冲击。c.同步后，摩擦力矩消失，在拨环力矩作用下，锁环被拨动一个角度，滑块此时位于缺口中央，接合套阻力消失，迅速左移并与齿轮顺利啮合。d.最后，完成挂档。6/20/202454汽车传动系原理图原理图定位销、滑块锁环齿轮1结合齿圈0.5齿厚齿轮1接合套86/20/202455汽车传动系（2 2）锁销式惯性同步器）锁销式惯性同步器锁销式惯性同步器主要由摩擦锥盘，摩擦锥环、接合套、花键毂、锁销和定位销等组成。图示为东风EQ1092型汽车二、三挡同步器的结构。原理（略）。6/20/202456汽车传动系摩擦锥盘摩擦锥环定位销锁销结合套钢球定位销6/20/202457汽车传动系锁销受力锁销受力锁止角6/20/202458汽车传动系5.防止自动跳档措施图示为CA1091型汽车防止自动脱挡的装置。它采用的是齿端倒斜面结构。当同步器的接合套左移与接合齿圈接合时，接合齿圈将转矩T传到接合套齿的一侧，再经接合齿圈的另一侧传给花键毂。由于接合套齿与接合齿圈齿为斜面接触，便产生了一个向左的轴向分力Q，该力即为防止跳挡的力。T T T TT T T T6/20/202459汽车传动系图示为东风EQ1090E型汽车防止自动脱挡装置。它采用的是减薄齿结构。花键毂两端齿厚各减薄0.30.4mm，从而使其中间形成一凸台。当同步器的接合套左移与接合齿圈接合时，接合齿圈将转矩传到接合套齿的一侧，再经接合齿圈的另一侧传给花键毂。由于接合套齿的后端被凸台挡住，在接触面上产生一个阻止接合套右移的作用分力Q，此力即为防止跳挡的力。6/20/202460汽车传动系(二)变速操纵机构(1)(1)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 1)1)变速器操纵机构的功用是：使驾驶员根据道路情况能变速器操纵机构的功用是：使驾驶员根据道路情况能准确地将变速器挂上或摘下所需的某个档位，准确地将变速器挂上或摘下所需的某个档位，从而改变变速器的工作状态，以保证汽车安全行驶。以保证汽车安全行驶。2)2)变速器操纵机构按距离驾驶员座位的远近分为：变速器操纵机构按距离驾驶员座位的远近分为：直接直接操纵机构和远距离操纵机构操纵机构和远距离操纵机构。a.a.直接操纵机构直接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。6/20/202461汽车传动系(a)(a)解放解放CA1091CA1091型汽车直接操纵式变速器的操纵机构型汽车直接操纵式变速器的操纵机构五、六档拨叉五、六档拨叉三、四档拨叉三、四档拨叉一、二档拨叉一、二档拨叉倒档拨叉倒档拨叉变速杆变速杆换档轴换档轴叉形拨杆叉形拨杆倒档拨叉轴倒档拨叉轴一、二档一、二档拨叉轴拨叉轴五、六档拨五、六档拨叉轴叉轴自锁钢球自锁钢球互锁销互锁销五、六档拨块五、六档拨块6/20/202462汽车传动系(b)日产W50手动五挡机械变速器1-1-变速器壳体变速器壳体 2-2-变速连动杆变速连动杆 3-3-变速操纵杆变速操纵杆6/20/202463汽车传动系(c)切诺基AW4/5变速器换挡机构1.换挡杆 2.换挡杆座3.五挡拔叉4.倒挡拔叉和拔叉臂5.五挡拔叉轴6.倒挡拔叉轴7.三四挡拔叉8.三四挡拔叉轴9.一二挡拔叉轴10.一二挡拔叉6/20/202464汽车传动系b.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。1-变速杆 2-纵向拉线 3-横向拉线6/20/202465汽车传动系(2)对变速器操纵机构的要求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：a.挂档后应保证结合套与结合齿圈（或滑移齿轮）轮齿以全齿长啮合。在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂挡或自行脱挡。为此在操纵机构中设有自锁装置。b.为了防止同时挂上两个挡而使变速器卡死或损坏，在操纵机构中设有互锁装置。c.为了防止在汽车前进时误挂倒挡，导致零件损坏，在操纵机构中设有倒挡锁装置。6/20/202466汽车传动系安装在中间支承板上的定位锁止装置2)锁止机构锁止机构6/20/202467汽车传动系安装在中间支承板上的定位锁止装置6/20/202468汽车传动系a)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。6/20/202469汽车传动系a.自锁装置自锁装置自锁钢球自锁钢球互锁钢球互锁钢球互锁销互锁销拨叉轴拨叉轴自锁弹簧自锁弹簧6/20/202470汽车传动系b）互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。6/20/202471汽车传动系互锁装置各挡工况互锁装置各挡工况拨叉轴拨叉轴互锁钢球互锁钢球互锁销互锁销空档状态空档状态6/20/202472汽车传动系C）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中。当倒档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。6/20/202473汽车传动系倒档锁销倒档锁销倒档拨块倒档拨块驾驶员在换倒档驾驶员在换倒档时要克服倒档锁时要克服倒档锁弹簧弹力，变大弹簧弹力，变大的换档阻力，可的换档阻力，可提醒驾驶员。提醒驾驶员。倒档锁弹簧倒档锁弹簧6/20/202474汽车传动系6/20/202475汽车传动系变变速速器器操操纵纵机机构构6/20/202476汽车传动系四、变速器常见故障与诊断1.变速器的异常声响1）空档发响（1）现象：怠速空档响，踩离合器响声消失。（2）原因：第一轴、常啮齿轮、轴承 第五节6/20/202477汽车传动系2）挂档后发响（1）现象：挂入某档法响；随转速升高 响声加大（2）原因：轴、花键、轴承、齿轮、操纵机构（3）诊断：各档均响，多为基础件、轴承、花键、齿轮某档响，该档齿轮 第五节6/20/202478汽车传动系2.变速器跳档（1）现象：多为中、高速负荷变化或汽车剧烈振动时发生跳入空档。（2）原因：自锁装置、齿轮、叉轴等（3）诊断：挂档无阻力或阻力甚小，说明自锁失效。否则为其他方面。第五节6/20/202479汽车传动系3.挂档困难1）现象：不能顺利挂入档位，常发生齿轮撞击声。2）原因：叉、自锁或互锁、连接杆、同步器、轴。3）诊断：开盖检查 第五节6/20/202480汽车传动系4.变速器乱档1）现象：所挂档位不符，挂档后不能退回空档或一次挂入两个档。2）原因：换档杆、互锁装置等3）诊断：重点检查换档杆、互锁装置。第五节6/20/202481汽车传动系5.变速器发热1）现象：由烫手感觉2）原因：轴承装配过紧、齿轮啮合间隙过小、齿轮油缺少或不符3）诊断：先检查油平面，油质量；在检查内部 第五节6/20/202482汽车传动系6.变速器漏油1）现象：齿轮油从轴承该或结合部为渗漏2）原因：密封、壳破、油过多、通气塞堵3）诊断：根据油迹逐一查找 第五节6/20/202483汽车传动系