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手動變速器傳動原理
第二節(jié) 手動變速器的變速傳動機構(gòu)
結(jié)合掛圖、教具演示
變速傳動機構(gòu)主要由一系列相互嚙合的齒輪副及其支承軸以及殼體組成，其主要作用是改變發(fā)動機曲軸輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動方向。下面分別介紹三軸式和二軸式變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理。
一、三軸式變速器
三軸式變速器廣泛用于發(fā)動機前置、后輪驅(qū)動的汽車上，其特點是傳動比的范圍大；具有直接檔，使傳動效率提高。其變速傳動機構(gòu)包括殼體、第一軸(輸入軸)、第二軸(輸出軸)、中間軸、倒檔軸、各檔齒輪和軸承等。
1、基本結(jié)構(gòu)
圖4-4所示為解放CAl092型汽車六檔變速器的結(jié)構(gòu)圖，它有三根軸：第一軸1、中間軸20和第二軸26，其傳動機構(gòu)示意圖如圖4-5所示。
①第一軸1為輸入軸，前端用向心球軸承支承在曲軸后端的中心孔內(nèi)，后端則利用圓柱滾子軸承在變速器殼體上，并進行軸向定位。第一軸前面花鍵部分安裝離合器的從動盤，以接受發(fā)動機的動力。后端的齒輪2與軸制成一體，與中間軸上的齒輪38構(gòu)成一對常嚙合齒輪，將動力傳遞給中間軸，作為變速器各檔(除直接檔)的第一級齒輪傳動。
②中間軸30的兩端均由圓柱滾子軸承支承在殼體上、軸上的所有齒輪都與之固定。除齒輪38外，中間軸上的其他齒輪都為主動齒輪，與第二軸上相應的齒輪嚙合，構(gòu)成變速器各檔的二級齒輪傳動。
③第二軸26為變速器的輸出軸，其后端通過凸緣43與萬向傳動裝置相連，將動力輸出，其前端軸頸用滾針軸承支承在第一軸后端的軸承孑L內(nèi)，后端軸頸則由圓柱滾子軸承支承在殼體后壁的軸承孑L內(nèi)。后端軸承外圈也裝有彈性擋圈，對第二軸進行軸向定位。第二軸上的各檔齒輪都通過襯套或滾針軸承空套在軸上，與中間軸上的各檔齒輪均為常嚙合。為了使這些空套的齒輪與第二軸聯(lián)接起來傳遞動力，在各齒輪的一側(cè)均制有接合齒圈，并在第二軸相應的位置裝有花鍵轂和接合套(或同步器)等到換檔機構(gòu)，為了防止各檔齒輪的軸向移動，在第二軸與齒輪端面之間裝有卡環(huán)對齒輪進行軸向定位。另外，第二軸后軸承蓋內(nèi)還裝有車速里程表驅(qū)動蝸桿42及蝸輪。
④除了上述三根主要軸外，在中間軸的一側(cè)，還裝有一根很短的倒檔軸31。它是固定式軸，其軸端與殼體上的軸承孔為過盈配合以防止漏油，軸外端還用鎖片固定在殼體上，防止其轉(zhuǎn)動和軸向移動。倒檔中間齒輪32通過滾針空套在倒檔軸上，它同時與第二軸上的倒檔齒輪25和中間軸上的倒檔齒輪29常嚙合。它作為惰輪置于齒輪25與29之間，可使第二軸的旋轉(zhuǎn)方向與第一軸方向相反，即實行倒車行駛。整個變速器總成由殼體前的四個螺栓固定到飛輪殼53上，并以第一軸軸承蓋46的外圓面與飛輪殼相應的承孔配合定心，以保證變速器第一軸與曲軸軸線的同軸度。
2．各檔的傳動過程
圖4-5即為變速器空檔位置。
①空檔位置:發(fā)動機旋轉(zhuǎn)、離合器接合時，第一軸旋轉(zhuǎn)動力通過常嚙合齒輪2、38傳遞給中間軸，第二軸上的齒輪在中間軸齒輪的帶動下空轉(zhuǎn)。此時，各檔接合套5、12、20,23處于中間位置，第二軸不轉(zhuǎn)。
②要掛上一檔，使接合套20右移，與一檔齒輪接合齒圈21接合后，動力便可以從第一軸依次經(jīng)齒輪2、38、中間軸、齒輪33、32、接合齒圈21、接合套20、花鍵轂28，再通過花鍵齒傳給第二軸。第一檔的傳動比i1為7.640。
欲脫開一檔，將接合套20左移，使接合套與接合齒圈套21脫離嚙合，則變速器退回到空檔。若將接合套20繼續(xù)左移使之與二檔同步器鎖環(huán)19的接合齒圈和二檔齒輪接合齒圈18接合后，變速器就從一檔換X-檔。此時動力從第一軸依次經(jīng)過齒輪2、38、中間軸、齒輪34、 17、接合齒圈18、接合套20、花鍵轂28，再通過花鍵齒傳給第二軸。第二檔的傳動比i2為
4.835。
③同理，欲掛上三檔，使接合套12右移與接合齒圈15接合，其傳動比，i3為2.857。 ④欲掛上四檔，使接合套12左移與接合齒圈10接合，其傳動比i4為1.895。
⑤欲掛上五檔，使接合套5右移與接合齒圈7接合，其傳動比i5為1．337。
⑥欲掛上六檔，使接合套5左移與接合齒圈3接合，此時動力從第一軸經(jīng)齒輪2、接合齒圈
3、接合套5和花鍵轂40直接傳給第二軸，而不再經(jīng)過中間軸齒輪傳動，故這種檔位稱為直接檔，傳動比i6等于1。
由上可知各檔傳動比：i1>i2>i3>i4>i5>i6 =1
有些轎車和輕、中型貨車的變速器在直接檔之后，還加設一個超速檔(i
如果欲掛上倒檔，使接合套23右移與接合齒圈24接合。此時動力從第一軸依次經(jīng)過齒輪 2,38、中間軸、齒輪29、32、25接合齒圈24、接合套23、花鍵轂27傳到第二軸。由于增加了一個中間齒輪32，故第二軸的旋轉(zhuǎn)方向與一軸相反，汽車便倒向行駛。倒檔的傳動比iR為
7.107。它的數(shù)值一般較大，這是考慮到安全，使倒車速度盡可能低些。
3．變速器的換檔裝置
手動變速器的換檔裝置有直齒滑動式、接合套式和同步器式三種。
1)直齒滑動式換檔裝置
直齒滑動式有于直齒輪傳動的檔位，換檔齒輪與軸通過花鍵相聯(lián)接。在空檔情況下，與另一齒輪并不嚙合。掛檔時，通過直接移動換檔齒輪與另一個齒輪嚙合即可，如圖4-6所示。 EQl090E型汽車的一檔和倒檔就是采用這種變速換檔裝置。
2)接合套式換檔裝置
這種換檔裝置用于斜齒輪傳動的檔位。圖4-5所示的解放CAl092型汽車變速器的一、倒檔采用這種形式。其中間軸上的一、倒檔主動齒輪都與軸固定在一起，而第二軸上的一檔從動齒輪X和倒檔從動齒輪25都空套在軸上。為了這些齒輪在掛檔后與第二軸聯(lián)接起來傳遞動力，在各齒輪的一側(cè)分別制有接合齒圈21和24，靠近接合齒圈的一側(cè)安裝了花鍵轂28和27�；ㄦI轂的內(nèi)花鍵齒與第二軸花鍵相結(jié)合可傳遞動力，其外花鍵齒則套著接合套20和23。接合套的內(nèi)齒與花鍵轂的外花鍵及接合齒圈三者之間的齒形和齒數(shù)都相同。欲掛某一檔時，撥動接合套使之與花鍵轂及接合齒圈同時嚙合，即掛人該檔。
接合套式換檔裝置由于其接合齒短，換檔時撥叉移動量小，故操作較輕便，且換檔承受沖擊的面積增加，使換檔時沖擊減小，換檔元件的壽命長。
3)同步器式換檔裝置
同步器式換檔裝置是在接合套式換檔裝置的基礎上又加裝了同步元件而構(gòu)成的一種換檔裝置。它可以保證在換檔時使接合套與待嚙合齒圈的圓周速度迅速相等，即迅速達到同步狀態(tài)，并
防止二者在同步之前進入嚙合，從而可消除換檔時的沖擊，并使換檔操縱簡單。解放 CAl092六檔變速器除一、倒檔外，其它各檔均采用同步器換檔。
同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理將在下一節(jié)詳細介紹。
變速器的變速傳動機構(gòu)中還采取了一些防止自動跳檔的措施，其結(jié)構(gòu)有多種形式。解放 CAl091型汽車變速器采用的是齒端倒斜面式防止脫檔機構(gòu)(圖4-7)。它是將接合套外齒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左移與接合齒圈1接合時(圖示位置)，接合齒圈將轉(zhuǎn)矩傳到接合套一側(cè)，再經(jīng)過接合套的另一側(cè)傳給花鍵轂3。由于接合齒圈1與接合套2齒端部為斜面接觸，便產(chǎn)生一個垂直斜面的正壓力N，其分力分別為F和9，其軸向分力Q即防止自動脫檔。
東風EQl090E型汽車變速器采用的是減薄齒式防止脫檔機構(gòu)。在該變速器二三檔、四五檔同步器花鍵轂外齒圈3的兩端，齒厚各減薄0.3-0.4mm，使各齒中部形成一凸臺。當同步器的接合套左移與接合齒圈接合時(圖4-8所示位置)，接合齒圈1的轉(zhuǎn)矩傳給接合套2的一側(cè)，再有接合套2的另一側(cè)傳給花鍵轂。由于接合套的后端被花鍵轂中部的凸臺擋住，在接觸面上作用一個力N，其軸向分力Q即為防止自動脫檔的阻力。
4．變速器的潤滑與密封
變速器中各齒輪副、軸及軸承等運動部件均有較高的運動速度，因此，必須有可靠的潤滑。普通齒輪變速器大都采用飛濺潤滑，只有少數(shù)重型汽車采用壓力潤滑。
采用飛濺潤滑的變速器，其殼體內(nèi)注入一定量的潤滑油，依靠齒輪旋轉(zhuǎn)將潤滑油甩到名運動零件的工作表面。殼體一側(cè)有加油口，通常潤滑油液平面高度應保持與加油口的下沿習齊。殼體底部有放油螺塞。為了潤滑第二軸的前軸承和各個空套齒輪的襯套或軸承，有的召輪鉆有徑向油孔，或在輪轂端面開有徑向油槽，以便使?jié)櫥瓦M入各襯套和軸表面。
為了防止?jié)櫥托孤�，變速器蓋與殼體以及各軸承蓋與殼體的結(jié)合面裝有密封墊或用召封膠密封；第一軸和第二軸與軸承蓋之間則用自緊油封或回油螺紋密封。在軸承蓋下部一趕制有回油凹槽，在殼體的相應部位開有回油孔，使?jié)櫥土骰貧んw內(nèi)。裝配時應使凹槽與油對準，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，在變速器蓋上等有通氣塞。 二、兩軸式變速器
在發(fā)動機前置前輪驅(qū)動或發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的重、輕型轎車上常常采用兩軸式變速器其特點是輸入軸和輸出軸平行，且無中間軸。圖4-9為與前置發(fā)動機橫向布置相配合使用的兩軸式變速器。在變速器輸入軸1上固定裝有一、二、三、四檔主動齒輪，與之常嚙合的四個檔位從動齒輪則通過軸承空套在輸出軸7上。所有四個前進檔都有同步器。前驅(qū)動橋主減速器的主動圓柱齒輪16直接裝在輸出軸的伸出端。
當接合套12向左或和右移動到與相應的接合齒圈接合時，便得到一檔或二檔；當接合套 9向右或左移動到與相應的接合齒圈接合時，便得到三檔或四檔。
圖4-10所示為奧迪100型轎車五檔變速器，它是一種與發(fā)動機前置縱向布置形式相配合使用的兩軸式變速器。該變速器具有五個前進檔和一個倒檔，全部采用同步器換檔。主減速器、差速器和變速器裝在同一個殼體中。變速器殼體由鋁合金的前殼體1和后殼體16兩部分組成。 輸入軸72的油封裝在離合器分離軸承71的分離套筒上，輸入軸由球軸承邱和兩個滾針軸承2、21支承在殼體上。一檔、二檔、倒檔齒輪75、76、78直接在輸入軸上加工而成，三、四檔主動齒輪4、13分別用滾針軸承空套輸入軸上，五檔主動齒輪15壓裝在輸入軸上。輸入軸花鍵上套有三、四檔同步器的花鍵轂8。
輸出軸與主減速器主動齒輪80制成一體，兩端用圓錐滾子軸承30、61支承在殼體上，而且在軸承后端裝有一控制軸承熱膨脹長度的控制器。一檔、二檔、五檔、倒檔從動齒輪 58、48、42、35分別用滾針軸承空套在輸出軸上，并分別裝有軸向定位的卡環(huán)。五檔、倒檔和一、二檔同步器花鍵轂38、54用花鍵套在輸出軸上，并用卡環(huán)軸向定位。集油器17把飛濺來的潤滑油收集起來，并通過孔道流至輸入軸和輸出軸右端的軸承處，以保證充分潤滑。
當各檔同步器接合套在中間位置時，動力不傳給輸出軸，變速器處于空檔位置。
①當變速器掛一檔時，一檔、二檔同步器接合套55左移，動力由輸入軸上的一檔齒輪
75、輸出軸上的一檔齒輪58傳給接合套，再經(jīng)同步器花鍵轂傳給輸出軸。
②當變速器掛二檔時，一檔、二檔同步器接合套右移，動力由輸入軸上的二檔齒輪76、輸出軸上的二檔齒輪48傳給接合套，再經(jīng)同步器花鍵轂傳給輸出軸。
③掛三檔、四檔、五檔與掛一檔、二檔的動力傳遞路線相似。
④當變速器掛倒檔時，五檔、四檔同步器接合套39右移，動力由輸入軸倒檔齒輪78，傳給倒檔軸齒輪(圖中未畫出)。再經(jīng)輸出軸倒檔齒輪35、同步器接合套和花鍵轂傳至輸出軸，傳動比iR=Z35／Z78=35／10=3.500。由此可見，兩軸式變速器前進檔從輸入軸到輸出軸只通過一對齒輪傳動，倒檔傳動路線也只有一個中間齒輪，因而機械效率高，噪聲小。
上海桑塔納轎車兩軸式變速器的結(jié)構(gòu)與一汽車奧迪100轎車基本相同。它有兩個系列產(chǎn)品：一是普通車用的四檔變速器；另一個是桑塔納2000用的五檔變速器，五檔變速器是在四檔變速器基礎上改進設計的。兩種變速器的變速傳動機構(gòu)如圖4-11所示，包括輸入軸總成和輸出軸總成。其四檔變速器有四個前進檔和一個倒檔，其輸入軸和輸出軸各檔齒輪均為常嚙合齒輪。在輸出軸的一、二檔齒輪和輸入軸的三、四檔齒輪之間分別裝有一鎖環(huán)式同步器，四個前進檔都采用同步器換檔。輸出軸與主減速器的主動齒輪制成一體，變速器的動力由輸出軸直接傳遞給主減速器和差速總成。
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