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手动变速器传动原理
第二节 手动变速器的变速传动机构
结合挂图、教具演示
变速传动机构主要由一系列相互啮合的齿轮副及其支承轴以及壳体组成，其主要作用是改变发动机曲轴输出的转速、转矩和转动方向。下面分别介绍三轴式和二轴式变速器的结构和工作原理。
一、三轴式变速器
三轴式变速器广泛用于发动机前置、后轮驱动的汽车上，其特点是传动比的范围大；具有直接档，使传动效率提高。其变速传动机构包括壳体、第一轴(输入轴)、第二轴(输出轴)、中间轴、倒档轴、各档齿轮和轴承等。
1、基本结构
图4-4所示为解放CAl092型汽车六档变速器的结构图，它有三根轴：第一轴1、中间轴20和第二轴26，其传动机构示意图如图4-5所示。
①第一轴1为输入轴，前端用向心球轴承支承在曲轴后端的中心孔内，后端则利用圆柱滚子轴承在变速器壳体上，并进行轴向定位。第一轴前面花键部分安装离合器的从动盘，以接受发动机的动力。后端的齿轮2与轴制成一体，与中间轴上的齿轮38构成一对常啮合齿轮，将动力传递给中间轴，作为变速器各档(除直接档)的第一级齿轮传动。
②中间轴30的两端均由圆柱滚子轴承支承在壳体上、轴上的所有齿轮都与之固定。除齿轮38外，中间轴上的其他齿轮都为主动齿轮，与第二轴上相应的齿轮啮合，构成变速器各档的二级齿轮传动。
③第二轴26为变速器的输出轴，其后端通过凸缘43与万向传动装置相连，将动力输出，其前端轴颈用滚针轴承支承在第一轴后端的轴承孑L内，后端轴颈则由圆柱滚子轴承支承在壳体后壁的轴承孑L内。后端轴承外圈也装有弹性挡圈，对第二轴进行轴向定位。第二轴上的各档齿轮都通过衬套或滚针轴承空套在轴上，与中间轴上的各档齿轮均为常啮合。为了使这些空套的齿轮与第二轴联接起来传递动力，在各齿轮的一侧均制有接合齿圈，并在第二轴相应的位置装有花键毂和接合套(或同步器)等到换档机构，为了防止各档齿轮的轴向移动，在第二轴与齿轮端面之间装有卡环对齿轮进行轴向定位。另外，第二轴后轴承盖内还装有车速里程表驱动蜗杆42及蜗轮。
④除了上述三根主要轴外，在中间轴的一侧，还装有一根很短的倒档轴31。它是固定式轴，其轴端与壳体上的轴承孔为过盈配合以防止漏油，轴外端还用锁片固定在壳体上，防止其转动和轴向移动。倒档中间齿轮32通过滚针空套在倒档轴上，它同时与第二轴上的倒档齿轮25和中间轴上的倒档齿轮29常啮合。它作为惰轮置于齿轮25与29之间，可使第二轴的旋转方向与第一轴方向相反，即实行倒车行驶。整个变速器总成由壳体前的四个螺栓固定到飞轮壳53上，并以第一轴轴承盖46的外圆面与飞轮壳相应的承孔配合定心，以保证变速器第一轴与曲轴轴线的同轴度。
2．各档的传动过程
图4-5即为变速器空档位置。
①空档位置:发动机旋转、离合器接合时，第一轴旋转动力通过常啮合齿轮2、38传递给中间轴，第二轴上的齿轮在中间轴齿轮的带动下空转。此时，各档接合套5、12、20,23处于中间位置，第二轴不转。
②要挂上一档，使接合套20右移，与一档齿轮接合齿圈21接合后，动力便可以从第一轴依次经齿轮2、38、中间轴、齿轮33、32、接合齿圈21、接合套20、花键毂28，再通过花键齿传给第二轴。第一档的传动比i1为7.640。
欲脱开一档，将接合套20左移，使接合套与接合齿圈套21脱离啮合，则变速器退回到空档。若将接合套20继续左移使之与二档同步器锁环19的接合齿圈和二档齿轮接合齿圈18接合后，变速器就从一档换X-档。此时动力从第一轴依次经过齿轮2、38、中间轴、齿轮34、 17、接合齿圈18、接合套20、花键毂28，再通过花键齿传给第二轴。第二档的传动比i2为
4.835。
③同理，欲挂上三档，使接合套12右移与接合齿圈15接合，其传动比，i3为2.857。 ④欲挂上四档，使接合套12左移与接合齿圈10接合，其传动比i4为1.895。
⑤欲挂上五档，使接合套5右移与接合齿圈7接合，其传动比i5为1．337。
⑥欲挂上六档，使接合套5左移与接合齿圈3接合，此时动力从第一轴经齿轮2、接合齿圈
3、接合套5和花键毂40直接传给第二轴，而不再经过中间轴齿轮传动，故这种档位称为直接档，传动比i6等于1。
由上可知各档传动比：i1>i2>i3>i4>i5>i6 =1
有些轿车和轻、中型货车的变速器在直接档之后，还加设一个超速档(i
如果欲挂上倒档，使接合套23右移与接合齿圈24接合。此时动力从第一轴依次经过齿轮 2,38、中间轴、齿轮29、32、25接合齿圈24、接合套23、花键毂27传到第二轴。由于增加了一个中间齿轮32，故第二轴的旋转方向与一轴相反，汽车便倒向行驶。倒档的传动比iR为
7.107。它的数值一般较大，这是考虑到安全，使倒车速度尽可能低些。
3．变速器的换档装置
手动变速器的换档装置有直齿滑动式、接合套式和同步器式三种。
1)直齿滑动式换档装置
直齿滑动式有于直齿轮传动的档位，换档齿轮与轴通过花键相联接。在空档情况下，与另一齿轮并不啮合。挂档时，通过直接移动换档齿轮与另一个齿轮啮合即可，如图4-6所示。 EQl090E型汽车的一档和倒档就是采用这种变速换档装置。
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。图4-5所示的解放CAl092型汽车变速器的一、倒档采用这种形式。其中间轴上的一、倒档主动齿轮都与轴固定在一起，而第二轴上的一档从动齿轮X和倒档从动齿轮25都空套在轴上。为了这些齿轮在挂档后与第二轴联接起来传递动力，在各齿轮的一侧分别制有接合齿圈21和24，靠近接合齿圈的一侧安装了花键毂28和27。花键毂的内花键齿与第二轴花键相结合可传递动力，其外花键齿则套着接合套20和23。接合套的内齿与花键毂的外花键及接合齿圈三者之间的齿形和齿数都相同。欲挂某一档时，拨动接合套使之与花键毂及接合齿圈同时啮合，即挂人该档。
接合套式换档装置由于其接合齿短，换档时拨叉移动量小，故操作较轻便，且换档承受冲击的面积增加，使换档时冲击减小，换档元件的寿命长。
3)同步器式换档装置
同步器式换档装置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。它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相等，即迅速达到同步状态，并
防止二者在同步之前进入啮合，从而可消除换档时的冲击，并使换档操纵简单。解放 CAl092六档变速器除一、倒档外，其它各档均采用同步器换档。
同步器的结构和工作原理将在下一节详细介绍。
变速器的变速传动机构中还采取了一些防止自动跳档的措施，其结构有多种形式。解放 CAl091型汽车变速器采用的是齿端倒斜面式防止脱档机构(图4-7)。它是将接合套外齿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。当接合套2左移与接合齿圈1接合时(图示位置)，接合齿圈将转矩传到接合套一侧，再经过接合套的另一侧传给花键毂3。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N，其分力分别为F和9，其轴向分力Q即防止自动脱档。
东风EQl090E型汽车变速器采用的是减薄齿式防止脱档机构。在该变速器二三档、四五档同步器花键毂外齿圈3的两端，齿厚各减薄0.3-0.4mm，使各齿中部形成一凸台。当同步器的接合套左移与接合齿圈接合时(图4-8所示位置)，接合齿圈1的转矩传给接合套2的一侧，再有接合套2的另一侧传给花键毂。由于接合套的后端被花键毂中部的凸台挡住，在接触面上作用一个力N，其轴向分力Q即为防止自动脱档的阻力。
4．变速器的润滑与密封
变速器中各齿轮副、轴及轴承等运动部件均有较高的运动速度，因此，必须有可靠的润滑。普通齿轮变速器大都采用飞溅润滑，只有少数重型汽车采用压力润滑。
采用飞溅润滑的变速器，其壳体内注入一定量的润滑油，依靠齿轮旋转将润滑油甩到名运动零件的工作表面。壳体一侧有加油口，通常润滑油液平面高度应保持与加油口的下沿习齐。壳体底部有放油螺塞。为了润滑第二轴的前轴承和各个空套齿轮的衬套或轴承，有的召轮钻有径向油孔，或在轮毂端面开有径向油槽，以便使润滑油进入各衬套和轴表面。
为了防止润滑油泄漏，变速器盖与壳体以及各轴承盖与壳体的结合面装有密封垫或用召封胶密封；第一轴和第二轴与轴承盖之间则用自紧油封或回油螺纹密封。在轴承盖下部一赶制有回油凹槽，在壳体的相应部位开有回油孔，使润滑油流回壳体内。装配时应使凹槽与油对准，为了防止变速器工作时由于油温升高，使气压过大而造成润滑油渗漏，在变速器盖上等有通气塞。 二、两轴式变速器
在发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的重、轻型轿车上常常采用两轴式变速器其特点是输入轴和输出轴平行，且无中间轴。图4-9为与前置发动机横向布置相配合使用的两轴式变速器。在变速器输入轴1上固定装有一、二、三、四档主动齿轮，与之常啮合的四个档位从动齿轮则通过轴承空套在输出轴7上。所有四个前进档都有同步器。前驱动桥主减速器的主动圆柱齿轮16直接装在输出轴的伸出端。
当接合套12向左或和右移动到与相应的接合齿圈接合时，便得到一档或二档；当接合套 9向右或左移动到与相应的接合齿圈接合时，便得到三档或四档。
图4-10所示为奥迪100型轿车五档变速器，它是一种与发动机前置纵向布置形式相配合使用的两轴式变速器。该变速器具有五个前进档和一个倒档，全部采用同步器换档。主减速器、差速器和变速器装在同一个壳体中。变速器壳体由铝合金的前壳体1和后壳体16两部分组成。 输入轴72的油封装在离合器分离轴承71的分离套筒上，输入轴由球轴承邱和两个滚针轴承2、21支承在壳体上。一档、二档、倒档齿轮75、76、78直接在输入轴上加工而成，三、四档主动齿轮4、13分别用滚针轴承空套输入轴上，五档主动齿轮15压装在输入轴上。输入轴花键上套有三、四档同步器的花键毂8。
输出轴与主减速器主动齿轮80制成一体，两端用圆锥滚子轴承30、61支承在壳体上，而且在轴承后端装有一控制轴承热膨胀长度的控制器。一档、二档、五档、倒档从动齿轮 58、48、42、35分别用滚针轴承空套在输出轴上，并分别装有轴向定位的卡环。五档、倒档和一、二档同步器花键毂38、54用花键套在输出轴上，并用卡环轴向定位。集油器17把飞溅来的润滑油收集起来，并通过孔道流至输入轴和输出轴右端的轴承处，以保证充分润滑。
当各档同步器接合套在中间位置时，动力不传给输出轴，变速器处于空档位置。
①当变速器挂一档时，一档、二档同步器接合套55左移，动力由输入轴上的一档齿轮
75、输出轴上的一档齿轮58传给接合套，再经同步器花键毂传给输出轴。
②当变速器挂二档时，一档、二档同步器接合套右移，动力由输入轴上的二档齿轮76、输出轴上的二档齿轮48传给接合套，再经同步器花键毂传给输出轴。
③挂三档、四档、五档与挂一档、二档的动力传递路线相似。
④当变速器挂倒档时，五档、四档同步器接合套39右移，动力由输入轴倒档齿轮78，传给倒档轴齿轮(图中未画出)。再经输出轴倒档齿轮35、同步器接合套和花键毂传至输出轴，传动比iR=Z35／Z78=35／10=3.500。由此可见，两轴式变速器前进档从输入轴到输出轴只通过一对齿轮传动，倒档传动路线也只有一个中间齿轮，因而机械效率高，噪声小。
上海桑塔纳轿车两轴式变速器的结构与一汽车奥迪100轿车基本相同。它有两个系列产品：一是普通车用的四档变速器；另一个是桑塔纳2000用的五档变速器，五档变速器是在四档变速器基础上改进设计的。两种变速器的变速传动机构如图4-11所示，包括输入轴总成和输出轴总成。其四档变速器有四个前进档和一个倒档，其输入轴和输出轴各档齿轮均为常啮合齿轮。在输出轴的一、二档齿轮和输入轴的三、四档齿轮之间分别装有一锁环式同步器，四个前进档都采用同步器换档。输出轴与主减速器的主动齿轮制成一体，变速器的动力由输出轴直接传递给主减速器和差速总成。
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