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手動(dòng)變速器傳動(dòng)原理
第二節(jié) 手動(dòng)變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
結(jié)合掛圖、教具演示
變速傳動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)曲軸輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上，其特點(diǎn)是傳動(dòng)比的范圍大；具有直接檔，使傳動(dòng)效率提高。其變速傳動(dòng)機(jī)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(chē)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(dòng)機(jī)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(jìn)行軸向定位。第一軸前面花鍵部分安裝離合器的從動(dòng)盤(pán)，以接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(duì)常嚙合齒輪，將動(dòng)力傳遞給中間軸，作為變速器各檔(除直接檔)的第一級(jí)齒輪傳動(dòng)。
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(dòng)齒輪，與第二軸上相應(yīng)的齒輪嚙合，構(gòu)成變速器各檔的二級(jí)齒輪傳動(dòng)。
③第二軸26為變速器的輸出軸，其后端通過(guò)凸緣43與萬(wàn)向傳動(dòng)裝置相連，將動(dòng)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(duì)第二軸進(jìn)行軸向定位。第二軸上的各檔齒輪都通過(guò)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(lái)傳遞動(dòng)力，在各齒輪的一側(cè)均制有接合齒圈，并在第二軸相應(yīng)的位置裝有花鍵轂和接合套(或同步器)等到換檔機(jī)構(gòu)，為了防止各檔齒輪的軸向移動(dòng)，在第二軸與齒輪端面之間裝有卡環(huán)對(duì)齒輪進(jìn)行軸向定位。另外，第二軸后軸承蓋內(nèi)還裝有車(chē)速里程表驅(qū)動(dòng)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(guò)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(dòng)和軸向移動(dòng)。倒檔中間齒輪32通過(guò)滾針空套在倒檔軸上，它同時(shí)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(shí)行倒車(chē)行駛。整個(gè)變速器總成由殼體前的四個(gè)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(yīng)的承孔配合定心，以保證變速器第一軸與曲軸軸線(xiàn)的同軸度。
2．各檔的傳動(dòng)過(guò)程
圖4-5即為變速器空檔位置。
①空檔位置:發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)、離合器接合時(shí)，第一軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)力通過(guò)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(dòng)下空轉(zhuǎn)。此時(shí)，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(dòng)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(guò)花鍵齒傳給第二軸。第一檔的傳動(dòng)比i1為7.640。
欲脫開(kāi)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(shí)動(dòng)力從第一軸依次經(jīng)過(guò)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(guò)花鍵齒傳給第二軸。第二檔的傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)動(dòng)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(guò)中間軸齒輪傳動(dòng)，故這種檔位稱(chēng)為直接檔，傳動(dòng)比i6等于1。
由上可知各檔傳動(dòng)比：i1>i2>i3>i4>i5>i6 =1
有些轎車(chē)和輕、中型貨車(chē)的變速器在直接檔之后，還加設(shè)一個(gè)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(shí)動(dòng)力從第一軸依次經(jīng)過(guò)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(gè)中間齒輪32，故第二軸的旋轉(zhuǎn)方向與一軸相反，汽車(chē)便倒向行駛。倒檔的傳動(dòng)比iR為
7.107。它的數(shù)值一般較大，這是考慮到安全，使倒車(chē)速度盡可能低些。
3．變速器的換檔裝置
手動(dòng)變速器的換檔裝置有直齒滑動(dòng)式、接合套式和同步器式三種。
1)直齒滑動(dòng)式換檔裝置
直齒滑動(dòng)式有于直齒輪傳動(dòng)的檔位，換檔齒輪與軸通過(guò)花鍵相聯(lián)接。在空檔情況下，與另一齒輪并不嚙合。掛檔時(shí)，通過(guò)直接移動(dòng)換檔齒輪與另一個(gè)齒輪嚙合即可，如圖4-6所示。 EQl090E型汽車(chē)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(dòng)的檔位。圖4-5所示的解放CAl092型汽車(chē)變速器的一、倒檔采用這種形式。其中間軸上的一、倒檔主動(dòng)齒輪都與軸固定在一起，而第二軸上的一檔從動(dòng)齒輪X和倒檔從動(dòng)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(lái)傳遞動(dòng)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。花鍵轂的內(nèi)花鍵齒與第二軸花鍵相結(jié)合可傳遞動(dòng)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(shí)，撥動(dòng)接合套使之與花鍵轂及接合齒圈同時(shí)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(shí)撥叉移動(dòng)量小，故操作較輕便，且換檔承受沖擊的面積增加，使換檔時(shí)沖擊減小，換檔元件的壽命長(zhǎng)。
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(chǔ)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(shí)使接合套與待嚙合齒圈的圓周速度迅速相等，即迅速達(dá)到同步狀態(tài)，并
防止二者在同步之前進(jìn)入嚙合，從而可消除換檔時(shí)的沖擊，并使換檔操縱簡(jiǎn)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(xì)介紹。
變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中還采取了一些防止自動(dòng)跳檔的措施，其結(jié)構(gòu)有多種形式。解放 CAl091型汽車(chē)變速器采用的是齒端倒斜面式防止脫檔機(jī)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(dāng)接合套2左移與接合齒圈1接合時(shí)(圖示位置)，接合齒圈將轉(zhuǎn)矩傳到接合套一側(cè)，再經(jīng)過(guò)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(gè)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(dòng)脫檔。
東風(fēng)EQl090E型汽車(chē)變速器采用的是減薄齒式防止脫檔機(jī)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(tái)。當(dāng)同步器的接合套左移與接合齒圈接合時(shí)(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(tái)擋住，在接觸面上作用一個(gè)力N，其軸向分力Q即為防止自動(dòng)脫檔的阻力。
4．變速器的潤(rùn)滑與密封
變速器中各齒輪副、軸及軸承等運(yùn)動(dòng)部件均有較高的運(yùn)動(dòng)速度，因此，必須有可靠的潤(rùn)滑。普通齒輪變速器大都采用飛濺潤(rùn)滑，只有少數(shù)重型汽車(chē)采用壓力潤(rùn)滑。
采用飛濺潤(rùn)滑的變速器，其殼體內(nèi)注入一定量的潤(rùn)滑油，依靠齒輪旋轉(zhuǎn)將潤(rùn)滑油甩到名運(yùn)動(dòng)零件的工作表面。殼體一側(cè)有加油口，通常潤(rùn)滑油液平面高度應(yīng)保持與加油口的下沿習(xí)齊。殼體底部有放油螺塞。為了潤(rùn)滑第二軸的前軸承和各個(gè)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(kāi)有徑向油槽，以便使?jié)櫥瓦M(jìn)入各襯套和軸表面。
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(yīng)部位開(kāi)有回油孔，使?jié)櫥土骰貧んw內(nèi)。裝配時(shí)應(yīng)使凹槽與油對(duì)準(zhǔn)，為了防止變速器工作時(shí)由于油溫升高，使氣壓過(guò)大而造成潤(rùn)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(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的重、輕型轎車(chē)上常常采用兩軸式變速器其特點(diǎn)是輸入軸和輸出軸平行，且無(wú)中間軸。圖4-9為與前置發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)齒輪，與之常嚙合的四個(gè)檔位從動(dòng)齒輪則通過(guò)軸承空套在輸出軸7上。所有四個(gè)前進(jìn)檔都有同步器。前驅(qū)動(dòng)橋主減速器的主動(dòng)圓柱齒輪16直接裝在輸出軸的伸出端。
當(dāng)接合套12向左或和右移動(dòng)到與相應(yīng)的接合齒圈接合時(shí)，便得到一檔或二檔；當(dāng)接合套 9向右或左移動(dòng)到與相應(yīng)的接合齒圈接合時(shí)，便得到三檔或四檔。
圖4-10所示為奧迪100型轎車(chē)五檔變速器，它是一種與發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)齒輪4、13分別用滾針軸承空套輸入軸上，五檔主動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)度的控制器。一檔、二檔、五檔、倒檔從動(dòng)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(lái)的潤(rùn)滑油收集起來(lái)，并通過(guò)孔道流至輸入軸和輸出軸右端的軸承處，以保證充分潤(rùn)滑。
當(dāng)各檔同步器接合套在中間位置時(shí)，動(dòng)力不傳給輸出軸，變速器處于空檔位置。
①當(dāng)變速器掛一檔時(shí)，一檔、二檔同步器接合套55左移，動(dòng)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(dāng)變速器掛二檔時(shí)，一檔、二檔同步器接合套右移，動(dòng)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(dòng)力傳遞路線(xiàn)相似。
④當(dāng)變速器掛倒檔時(shí)，五檔、四檔同步器接合套39右移，動(dòng)力由輸入軸倒檔齒輪78，傳給倒檔軸齒輪(圖中未畫(huà)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(dòng)比iR=Z35／Z78=35／10=3.500。由此可見(jiàn)，兩軸式變速器前進(jìn)檔從輸入軸到輸出軸只通過(guò)一對(duì)齒輪傳動(dòng)，倒檔傳動(dòng)路線(xiàn)也只有一個(gè)中間齒輪，因而機(jī)械效率高，噪聲小。
上海桑塔納轎車(chē)兩軸式變速器的結(jié)構(gòu)與一汽車(chē)奧迪100轎車(chē)基本相同。它有兩個(gè)系列產(chǎn)品：一是普通車(chē)用的四檔變速器；另一個(gè)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(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的。兩種變速器的變速傳動(dòng)機(jī)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(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)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(gè)前進(jìn)檔都采用同步器換檔。輸出軸與主減速器的主動(dòng)齒輪制成一體，變速器的動(dòng)力由輸出軸直接傳遞給主減速器和差速總成。
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