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1、第十五章 变速器与分动器,第十五章 变速器与分动器,一、主要内容,1.变速器的功用和类型；2.变速器的变速传动机构；3.同步器；4.变速器的操纵；5.分动器；,第1节 变速器的功用与类型,1.1变速器的功用：(1)改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的范围，以适应经常变化的行驶工况，使发动机工作在高效区。(2)实现倒车；(3)利用空档，中断动力传递。,1.2 变速器的组成：（1）变速传动机构；（2）变速操纵机构。,第1节 变速器的功用与类型,1.3 变速器的类型：按传动比的变化范围：有级式变速器：无级式变速器：综合式变速器：,按操纵方式分类：强制操纵式：自动操纵式：半自动操纵式：,1.3变速器的
2、类型：,第2节 变速器的变速传动机构,2.3 三轴变速器,2.1 有级式变速器变速传动机构的组成、工作原理和常见的换档方式,2.2 两轴式变速器,2.4 防止跳档的结构和措施,1变速传动机构的组成变速传动机构主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。,2.1有级式变速器变速传动机构的组成、工作原理和常见的换档方式,2变速传动机构的工作原理（1）利用不同齿数的齿轮对相互啮合，以改变变速器的传动比；（2）通过增加齿轮传动的对数，以实现倒档。,1变速传动机构的组成变速传动机构主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。,2.3有级式变速器变速传动机构的组成、工作原理和常见的换档方式,2变速传动机构的工作原
3、理（1）利用不同齿数的齿轮对相互啮合，以改变变速器的传动比；（2）通过增加齿轮传动的对数，以实现倒档。,3常见的换档方式,（1）利用滑动齿轮换档,3常见的换档方式,（1）利用滑动齿轮换档,（2）利用接合套换档,3常见的换档方式,（1）利用滑动齿轮换档,（2）利用接合套换档,（3）利用同步器换档,变速传动机构主要作用是改变转速和转矩的大小，方向。按工作轴的数量（不包括倒档轴）可以分为：两轴和三轴两种类型。两轴变速器 输入轴动力输入轴齿轮/输出轴齿轮输出轴动力 有两种类型的轴：输入轴、输出轴 三轴变速器：输入轴动力输入轴齿轮/中间轴齿轮输出轴齿轮 输出轴动力 有三种类型的轴：输入轴、中间轴、输出轴
4、,两轴式变速器变速传动机构主要由第一轴（即动力输入轴）、第二轴（即动力输出轴）、倒档轴、各档齿轮及变速器壳体所构成。两轴是指汽车前进时，传递动力的轴只有第一轴和第二轴。大部分轿车都采用两轴式变速器。,2.2 两轴式变速器,2.2 两轴式变速器,a.传动链b.支撑方式c.操纵方式d.润滑方式与密封,2.2 两轴式变速器,a.传动链：输入轴动力输入轴齿轮/输出轴齿轮输出轴动力。并通过改变不同输入轴齿轮/输出轴齿轮啮合，实现不同的档位。b.支撑方式：采用圆柱滚子轴承、滚针轴承、向心球轴承作为支撑。滚针轴承具有可承受较大的径向刚度大；径向尺寸小，可以不安装内圈和外圈，因此便于安装在狭小空间内。c.操纵
5、方式：通过各档拨叉，推动同步器（或者结合套）实现换档操作。d.润滑方式与密封：变速箱壳体内注入齿轮油，采用飞溅方式润滑齿轮副、轴、轴承等，同时也通过在齿轮上钻径向孔，或者在齿轮轮毂上开径向油槽的方式，来润滑所在部位的轴承；变速器的润滑油应避免流入到前端的离合器和后端的万向节。,直接档的定义：将输入轴和输出轴直接连接输出动力的档位，该档效率最高。,小结,两轴变速器特点：无中间轴，输入轴和输出轴平行；没有直接档，因此高速档的效率比三轴变速器低；在传动线路中只有一对齿轮啮合，机械效率高，噪音小。输入轴和输出轴旋转方向相反；结构简单，紧凑、容易布置；在FF或RR布置的汽车上广泛采用，一般将主减速器和差
6、速器也集成在变速箱内。,2.3 三轴变速器,a.传动链b.支撑方式c.操纵方式d.润滑方式与密封,a.传动链：输入轴动力输入轴齿轮/中间轴齿轮中间轴齿轮/输出轴齿轮输出轴动力。并通过改变不同中间轴齿轮/输出轴齿轮啮合，实现不同的档位。b.支撑方式：采用圆柱滚子轴承、滚针轴承、向心球轴承作为支撑。滚针轴承具有可承受较大的径向刚度大；径向尺寸小，可以不安装内圈和外圈，因此便于安装在狭小空间内。c.操纵方式：通过各档拨叉，推动同步器（或者结合套）实现换档操作。d.润滑方式与密封：变速箱壳体内注入齿轮油，采用飞溅方式润滑齿轮副、轴、轴承等，同时也通过在齿轮上钻径向孔，或者在齿轮轮毂上开径向油槽的方式，
7、来润滑所在部位的轴承；变速器的润滑油应避免流入到前端的离合器和后端的万向节。,直接档的定义：将输入轴和输出轴直接连接输出动力的档位，该档效率最高。,小结,2.3 三轴变速器,1,00,05,04,03,02,01,23,22,21,24,25,0R,R,2R,4,2,3,5,2.3.2 三轴变速器各档位传动比的计算,输入轴齿轮1：Z01=22；中间轴齿轮00：Z00=43；中间轴1档齿轮01：Z01=11；中间轴2档齿轮02：Z02=19；中间轴3档齿轮03：Z03=26；中间轴4档齿轮04：Z04=33；中间轴5档齿轮05：Z05=38；中间轴倒档齿轮0R：Z0R=11；输出轴1档齿轮21：
8、Z21=43；输出轴2档齿轮21：Z21=47；输出轴3档齿轮23：Z23=38；输出轴4档齿轮24：Z24=32；输出轴5档齿轮25：Z25=26；输出轴倒档齿轮2R：Z2R=40；倒档中间齿轮R：ZR=23,1档传动比：I1=(Z00/Z1)(Z21/Z01)=(43/22)(43/11)=7.640,直接档传动比：为1。,倒档传动比：IR=(Z00/Z1)(ZR/Z0R)(Z2R/ZR)=7.107,说明1：,采用接合套或者同步器换档与移动齿轮换档的比较：中间轴和输出轴上啮合齿轮副可制成常啮合的斜齿轮，有利于提高承载能力，同时降低工作时的噪音，提高齿轮的使用寿命；在传递的动力相等的前提下
9、还可以减小齿轮的尺寸，从而减小变速向的尺寸。因为接合齿圈的齿宽可以较窄，使得结合和脱离更迅速，驾驶员做功减少；减少换档时的冲击，噪音小；在接合齿圈与齿轮采用花键连接的结构中，接合齿圈和同步器损坏后可以更换，避免了齿轮整体报废的情形，经济性好。接合齿圈和同步器的寿命比移动齿轮短，需要经常更换。,说明2：,三轴变速箱如果采用一根中间轴，啮合齿轮副产生的径向力将引起输出轴的变形，这种变形引起输出轴的抖动，并引起传动系统的工作异常。在中型以上的汽车上这种变型更为明显，因此有时采用双中间轴的方式来消除输出轴的变形,说明3：,有些汽车设置了传动比小于1的档位，称之为超速档，用于在良好路面或者轻载行驶，提高
10、汽车的燃油经济性。如果发动机的功率不高，超速档的应用率不高，节油效果不明显，还导致在该档位汽车的驱动力不足，影响动力性（加速、爬坡）。,说明4：,三轴变速箱在前进档时，输入轴与输出轴旋转方向一致；输入轴的长度较短，强度较好、容易制造。,2.4 防止跳档的结构和措施,原因：接合套与接合齿圈的结合长度短；经常换档引起接合套的齿端磨损等原因，使汽车在正常行驶时因振动造成接合套与接合脱离，发生自动跳档。,2.3.3 防止跳档的结构措施,典型的防止跳档的结构措施：齿端制成倒斜面；花键毂齿端的齿厚切薄；接合齿套齿端形成凸肩。,（1）接合套和接合齿圈的齿端制成倒斜面,（2）花键毂齿端的齿厚切薄,（3）接合套
11、的齿端制成凸肩,第3节 同步器,3.1 无同步器时变速器的换档过程,齿轮2、齿轮4及其端部接合齿圈的转速由离合器输出轴的转速决定，并跟随其变化。接合套及其端部接合花键的转速由汽车行驶速度决定，并跟随其变化,采用滑动齿轮或接合套换档时，必须使待啮合的轮齿(或接合套与接合齿圈花键齿)的圆周速度一致（同步），才能顺利进入啮合而完成挂档。,第3节 同步器,3.1 无同步器时变速器的换档过程,3.1.1自低速档换入高速档,3.1.2自高速档换入低速档,高档换低档和低档换高档实现同步的方法还有所不同。,3.1.1自低速档换入高速档,4档接合时：V3=V2；V4V2,分离瞬间：V3=V2；V4V3,分离一段
12、时间：V4下降较快 V3下降较慢使得 V4=V3,换档的最佳时机,3.1.2自高速档换入低速档,5档接合时：V3=V4；V4V2,分离瞬间：V3=V4；V3V2,分离一段时间：V2下降较快 V3下降较慢使得 V2=V3不可能出现,无换档的最佳时机,接离合器，加速,V2V3,3.1.3 同步器的作用,无同步器的普通变速器的操纵复杂，换档过程中容易产生冲击，对驾驶员的熟练程度要求高，容易造成驾驶员的疲劳。为克服上述缺点，在普通变速箱上采用同步器，使换档时即将啮合齿轮的接合部位与接合套的速度相等，即实现同步。,3.2 同步器的构造和原理,3.2.1 同步器的分类,常压同步器；惯性式同步器；锁环式、锁
13、销式自行增力式同步器；,3.2 同步器的构造和原理,3.2.2 惯性式同步器的的构造和原理,特点：惯性同步器靠摩擦原理工作，其特点是:在结构上保证了接合部位在未达到同步时不能接触，因此可以避免冲击和噪音发生。分为：锁环式和锁销式。广泛应用于轿车和轻型、中型车辆。,惯性式同步器的构造,惯性式同步器的构造,惯性式同步器的构造：组成：同步环、结合套、花键毂、滑块、定位销与弹簧；,惯性式同步器的工作原理,惯性式同步器工作过程,以变速器由5档换入6档为例。,1.变速器由5档退入空档。n4=n7n3n7n3n4,花键毂,6挡接合齿圈,接合套,锁环,滑块,2.锁止。,惯性式同步器工作过程,拨环力（矩）,在同
14、步环上作用着两个力矩：拨环力矩M2和惯性力矩M1，只有当M2M1,才能作到结合。M1正比于F1；M2正比于F2。二者均是Fn的分力，相对关系取决于锁止角。通过设置合理的锁止角可以保证在未达到同步前，无论驾驶员施加多大的力，都保证M2M1，而使结合套与同步环不能结合。因为这个锁止作用是由惯性力矩造成的，因此称之为惯性同步器。,3.同步并实现结合,惯性式同步器的工作过程,n3=n4惯性力矩消失，解除锁止。,4.完成换档,惯性式同步器的工作过程,在结构上保证了接合部位在未达到同时不能接触，因此可以避免冲击和发生的噪音。,惯性式同步器的换挡工作过程,3.2.4 锁环式同步器的特点,结构紧凑；径向尺寸小
15、；锥面间产生摩擦力不大；结合齿端面作为锁止面，容易磨损而失效；适用于转矩不大的高速档或者轿车和轻型车辆。,3.2.5 锁销式同步器的特点,3.2.6 锁销式同步器的工作原理,3.2.6 锁销式同步器的工作原理,锁销式同步器在结构上允许采用较大的摩擦面，摩擦锥面之间可以产生较大的摩擦力矩，并缩短同步时间，减少驾驶员的疲劳。,3.2 同步器的构造和原理,3.2.6 自行增力式同步器的构造和原理,3.2 同步器的构造和原理,3.2.6 自行增力式同步器的构造和原理,弹簧片的变形使得摩擦力矩大大提高，使得换档更省力、更迅速，提高了换档的效率。,第4节 变速器的操纵机构,4.1 变速器操纵机构的功用和类
16、型,功用：让驾驶员根据路面情况能准确地将变速器挂上或者摘下所需要的某个档位，以保证汽车安全行驶。,分类：直接操纵机构；远距离操纵,直接操纵机构 变速器布置在驾驶员作为附近，变速杆由驾驶室地板伸出，驾驶员可以直接操纵换档。,组成：变速杆、拨块、拨叉、拨叉轴、安全装置。安装位置：安装在变速器的上盖或者侧盖内；特点：结构紧凑、简单、操纵方便。,注意：每一根拨叉轴最多实现2个档位，档位越多换档操纵机构越复杂。对于不同的变速箱，其档位排列不同，因此在仪表板上或者操纵手柄上应该有变速箱档位排列图。,2操纵机构的安全装置,作用：保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作。,1）自锁装置组成：自锁钢球和
17、自锁弹簧；作用：保证换档到位;防止自动脱档。,2）互锁装置组成：互锁销，互锁钢球；作用：防止同时挂入两档。,作用：驾驶员用变速杆推动某一拨叉轴时，自动锁止其它所有拨叉轴。,3）倒档锁组成：倒档锁销，倒档锁弹簧；作用：防止误挂倒档。,作用：使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，才能挂入倒档，其倒提醒注意的作用，防止挂入倒档。,4.2 对变速器操纵机构的要求,为了保证变速器在任何情况下都能安全、准确、可靠工作，变速器操纵机构应该设置安全机构，并满足如下安全要求：设置自锁装置，防止变速器自动脱档，并保证介入档位的啮合齿轮圈齿宽接触；设置互锁装置，避免同时挂入两个档位；设置倒档锁，避免误挂入倒档，。,自锁
18、、互锁装置统一的结构,在某些只有两套拨叉、拨叉轴变速箱中，将自锁与互锁装置合二为一。,远距离操纵机构,定义：变速器布置远离驾驶员座位，需要在变速杆与拨叉之间加装辅助杠杆或者传动机构，构成远距离操纵机构。注意 远距离操纵应该具有足够的刚性，而且连接件之间的间隙要小，否则换档手感不明显。,两种远距离操纵机构,第5节 分动器,作用：在多轴驱动汽车上采用分动器，将变速器的输出动力分配到各驱动桥。因此分动器一般具有一个输入轴、多个输出轴。在一些越野汽车上装有两档分动器，兼起到副变速箱的作用。,前桥,后桥,中间桥,输入轴,H,L,分动器结构,中间轴,注意：非先接上前桥，不得挂入低速档；非先退出低速档，不得摘下前桥。原因：低速档转矩较大，避免中、后桥过载。,切诺基分动器结构示意图,作业73页：1、2、3。附加题：1.简述两轴、三轴普通变速箱的特点。2.在三轴普通变速箱中倒档是如何实现的。2.简述防止跳档的几种措施。3.以图15-13为例说明不采用同步器换档的缺点；4.同步器有几种，惯性同步器优点。5.分动器的作用是什么？在低速档转矩输出较大的车辆中。对分动 器的操纵由什么样的要求，为什么？还需掌握的内容：能结合传动图计算变速箱各档的传动比；为什么锁环式惯性同步器的在未达到同步时不能结合？能照实物或图片说出锁环式惯性同步器各元件的名称、装配关系,
