第十五章变速器与分动器.doc

个人收集整理 勿做商业用途第十五章 变速器与分动器前已述及，现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系中设置了变速器.它的功用是：改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等,同时使发动机在有利的工况下工作；在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起步、怠速,并便于变速器换挡或进行动力输出。变速器有变速传动机构和操纵机构组成，根据需要,还可加装动力输出器。按传动比变化方式，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。1）有级式变速器应用最为广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同，有轴线固定式变速器（普通齿轮变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。目前，轿车和轻中型货车变速器的传动比通常有35各前进挡和一个倒挡；在重型货车用的组合式变速器中，则有更多挡位.所谓变速器挡数，均指前进挡位数。2）无级变速器的传动比在一定范围内可按无限多级变化，常用的有电力式和液力式（动液式）两种.电力式的在传动系中也有广泛采用的趋势，其变速传动部分为直流串励电动机。液力式的传动部分为液力变矩器。3）综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大值和最小式之间的几个阶段范围内作无级变化，目前应用较多。按操纵方式，变速器又可分为强制操纵式、自动操纵式和半自动操纵式三钟。1） 强制操纵式变速器靠驾驶员直接操纵变速杆换挡,为大多数汽车所采用。2） 自动操纵式变速器的传动比选择(换挡)的自动进行的。驾驶员只需操纵加速踏板，即可控制车速。3） 半自动操纵式变速器有两种形式。一种是常见的几个挡位自动操纵，其余挡位由驾驶员操纵；另一种是预选式，即驾驶员预先用按钮选定挡位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时,接通一个电磁装置或液压装置来进行换挡.在多轴驱动的汽车上,变速器之后还装有分动器,以便把力矩分别输送给驱动桥。本章主要轴向固定式变速器（以下简称变速器），并简要介绍组合式变速器和分动器，至于液力机械式变速器，将在第十六章阐述。第一节 变速器的变速传动机构一、普通齿轮式变速器 变速器的变速原理以解放CA1040系列轻型载货汽车采用的CAS520A型五挡变速器为例来说明。图15-1所视为该变速器的结构。它具有五个前进挡,一个倒挡。第一轴1的前端支撑在发动机曲轴凸缘的滑套中，后端通过球轴逞3支承在变速器前壳体的轴承孔中.齿轮2与第一轴制成一体，与齿轮42构成常啮合齿轮副。中间轴遇倒挡齿轮，一挡主动齿轮制成一体，与齿轮42构成常啮合齿轮副.中间轴与倒挡主动齿轮,一挡主动齿轮制成一体，两端用圆锥滚子轴承支承在壳体上.中间轴上的二挡主动齿轮与三挡主动齿轮为双联齿轮37。五挡主动齿轮39，常啮合齿轮42和双联齿轮37均压配在中间轴上。第一轴的前端用滚针轴承支承在第一轴齿轮内圆孔中，后端利用圆柱滚子轴承20支承在变速气后壳体31上.六个从动齿轮空套在第二轴上。花键毂29 、38、和41以其内花键与第二轴上的外花键紧配合，并且不能做轴向移动（用卡环锁止）。圆柱滚子轴承20外圈上有止动槽，槽内装有轴承挡圈，用以防止第二轴向窜动. 该变速器壳体为前后对开式结构，其结合面应涂平面密封胶（如乐泰平面密封胶），以保证壳体的密封。图所示为解放CA1040系类轻型载货汽车变速器的传动示意图。当第一轴旋转时，通过齿轮带动中间轴及其上的齿轮旋转，其从动齿轮，和随第一轴的旋转而在第二轴上空转，因此，第二轴不能被驱动。固定在第二轴上的各个花键毂，和的外圆表面上均制有与其相邻的接合齿圈齿形完全相同的外花键，分别与相应的具有内花键的各个接合套相接合，接合套可沿花键毂轴向滑动。在该变速器中,除倒挡外，各挡均采用同步器换挡。同步器是一种加装了一套同步装置的接合讨换挡机构。同步装置的作用是使变速器在汽车行进中换当时不发生接合吃的冲击，其结构和工作原理将在第二节中阐述.欲挂上一挡，可操纵变速杆,通过拨叉使接合套左移，与一挡同步器锁环的接合齿圈和一挡齿轮接合齿泉接合后,动力便可从第一轴依次经齿轮，中间轴齿轮，接合齿泉，接合套以及花键毂，传给第二轴输出。一挡传动比为 式中,表示齿轮齿数，其下表数字表示各齿轮在图中的标号,以下同次. 第一挡指的是传动比最大的前进挡，以下类推.欲脱开一挡，可通过拨叉使接合套右移，与接合齿圈脱离啮合，则变速器退回空当位置。欲挂上二挡，可通过拨叉使接合套右移,使之与二挡同步器锁环的接合齿圈和二挡齿轮接合齿圈接合后,变速器便从一挡换入了二挡。此时，动力从第一轴依次经齿轮,，中间轴，齿轮,，接合齿圈，接合套及花键毂，最后传给第二轴。其传动比为 同理，使接合套左移到与接合齿圈接合,则可得到三挡,传动比为 若使接合套左移到与接合齿圈接合，则换入第四挡此时动力从第一轴经齿轮，接合齿圈，接合套和花键毂直接传给第二轴，而不再经过中间齿轮传动，故这种挡位称为直接挡,其传动比为欲挂上五挡,可操纵变速杆，通过拨叉使接合套右移，使之穿过同步器锁环与五挡齿轮接合齿泉接合,动力便可以从第一轴依次经齿轮，,中间轴，齿轮，接合齿泉接合套及花键故，最后传给第二轴。五挡传动比为 因，该当称为超速挡.超速挡主要用于在良好路面上其轻载或空车驾驶的场合,借此提高汽车的燃油经济性。但如果发动机效率不高，则超速挡使用效率低,借有效率不显著，甚至影响汽车的动力性。则超速挡的传动比一般为.为实现汽车的倒向行使，在中间轴的一侧还设置一根较短得到挡轴图中按惯例采用展开画法,降到挡轴花在中间轴的下方。到挡轴的两端支承在变速器壳体上,甬道挡轴锁片锁止,防止其转动和轴向移动。到当中间齿轮空套在该轴上,于第二周到挡齿轮及中间轴到挡齿轮均为常啮斜齿轮.欲刮倒挡时，使接合套右移，与倒挡齿轮接合齿泉接合，即得倒挡。动力从第一轴经齿轮,中间轴齿轮，接合泉,接合套花键毂传到第二轴。由于增加了一个倒当中间齿轮，故第二轴的旋转方向与第一轴相反，汽车便倒退行使.倒挡传动比为 的数值较大,一般与相近。这是考虑到安全，希望倒车时速度尽可能低些。在变速其中利用了同步器和接合讨换挡，可把中间轴上与第二轴上向啮合的颤动齿轮制成常啮合的斜齿轮，从而减小变速器工作时的噪声,减小变速器尺寸及提高齿轮使用寿命。为了减少内摩擦引起的零件磨损及功率损耗，需在壳体内注入润滑油，采用飞溅湿润滑方式润滑各个齿轮副，轴与轴承等零件的工作表面。因此,壳体一侧有加油口，底部有放油塞，油面高度即由加油口位置控制。在第一轴常啮合齿轮和第二轴上的齿轮，上钻有径向油孔，齿轮和的轮毂端面开有径向油槽，以便润滑所在部位的滚针轴承。为防止润滑油从第一轴与轴承盖之间的间隙流入离合器而影响其摩擦性能，在轴承内安装了油封总成，轴承盖内空中有回油槽，可以防止漏油.为防止润滑油从第二轴后端流出，在变速器后轴承盖内装有油封总成23。在各轴承盖后盖上盖前后壳体等的接合面装入密垫片,并图密封胶,以防止漏油。为防止变速器工作时由于油温升高气压正大而造成润滑油渗漏现象，在变速机构及变速器后轴承盖上装有通气塞9，见图15-1。图153所示为解放CA1091型汽车六挡变速器结构。在改变速器中,一挡倒挡采用接合套换挡，二挡使用锁销式同步器，三-六挡使用锁环式同步器。图示位置为空挡位置。用拨叉拨动五六挡同步器的接合套5，使之向左或右移，便可挂上六挡或五挡；向左或向右移动同步器的接合套12，即可挂入二挡或一挡。向右拨动接合套23,便可得到倒挡。各挡传动比是文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理,来源于网络 汽车行驶中，变速器在结构上应保证不出现自动跳挡的现象。防止自动跳挡的结构有多种形式。CA1091型汽车六挡变速器采用的是齿端倒斜面的结构（图15-4）。在该变速器的所有接合齿圈及同步器接合套齿的端部两侧都制有倒斜面。挡同步器的接合套2左移与接合齿圈1接合时（图示位置），接合齿圈将转矩传倒接合套齿的一侧，再经接合套齿的另一侧传给花键毂3。由于接合齿圈与接合套齿端部位斜面接触，便产生了垂直斜面的正压力 ,其分力分别为F和，向左的分力 即为防止跳挡的轴向力。在东风EQ1090E型汽车使用的五挡变速器中,采用了减薄齿的结构来防止自动跳挡（图15-5）。在花键毂3的两端，齿厚各减薄0。30。4mm，使各牙齿中部形成一凸台。当同步器的接合套左移与接合套齿圈接合时（图示位置)，接合齿圈1将转矩传到接合套2的一侧，再由接合套的另一侧传给花键毂。由于接合套齿的后端被凸台挡住。在接触面上作用一个力，其轴向分力即为防止跳挡的阻力。上述两种变速器均为三轴式，适应于传统的发动机前置后轮驱动的布置形式。在发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的轿车和微轻型货车上,多采用两轴式变速器,其特点式输入轴和输出轴平行,无中间轴.例如,一汽大众奥迪100型轿车的012变速器即为这种形式，它是具有五个前进挡、一个倒挡的二轴式全同步器变速器（图156）。输出轴2（第一轴）和输出轴19(第二轴）平行。第一轴的前端借离合器与发动机曲轴相连，它与输入轴移挡齿轮5输入轴二挡齿轮7和输入轴倒挡齿轮13制成一体。它是一根细长轴，由四个轴承支承,其前端支承在发动机曲轴后端孔内的滚针轴承上,中间用一球轴承和一滚子轴承支承在变速器前壳体上，后端一滚子轴惩治成在变速器后壳体上.输入轴上海装有输入轴三挡齿轮8和输入轴四挡齿抡10,两个主动齿轮动通过滚针轴承空套在输入轴上，三四挡花键毂与该轴花键紧配合，输入轴五挡齿轮11与该轴是压配合，这种结构对轴得知限度轴承处的中景和齿轮的通行独豆油很高的要求。输出轴9与主减速器主动锥齿轮4制成一体,前端用大圆锥滚子轴承支承在变速器前壳体上，后端用小圆锥滚子轴承支承在变速器后壳体后端.输出轴上装有6个从动齿轮23、21、20、18、16、14，一挡、二挡和五挡、倒挡花键以其内花键与输出轴上的外花键紧配合.三、四挡从动齿轮20、18以花键与输出轴紧配合,其它各挡从动齿轮则通过滚针轴承空套在输出轴上。各挡传动比是：=39/11=3.545，=40/19=2.105，=40/28=1。429，=35/34=1。029,=31/37=0。838，=35/10=3。5。文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络由上述可见，两轴式变速器从输入轴到输出轴指通过一对齿轮传动,倒挡传动路线中也只有一个中间齿轮，因而机械效率高，噪声小。但它不可能有直接挡,因而最高挡的机械效率比直接挡低。 二、组合式变速器重型货车的装载质量大，使用条件复杂。欲保证重型车有良好的动力性,经济性和加速性,则必须扩大传动比范围并增多挡数。为避免变速器结构过于复杂和便于系列化生产，多采用组合式变速器，即以12种四挡或五挡变速器为主体，通过更换齿轮和配置不同的副变速器(一般为两挡)，得到一组不同传动比范围的变速器系列。目前，组合式变速器已成为重型车变速器主要的形式.图15-7所示为常见的一种组合式变速器传动机构示意图。它实质上是由四挡主变速器I和串联安装在主变速器之后的两挡（高速挡和低速挡)副变速器组成(副变速器输出轴19同时也是主变速器输出轴）,这样可得到8个前进挡。副变速器传动比较大时,多置于主变速器之后（图158a） ,以利于减小主变速器的质量和尺寸。组合式变速器的传动比.其中分别为主变速器和副变速器的传动比。主变速器各挡传动比间隔较小,而副变速器的一挡传动比较大.在换挡时，当主变速器接合套17右移并与齿轮18的接合齿圈接合，副变速器即挂入直接挡（高速挡），其传动比为，主变速器的四个挡位传动比即分别等于组合式变速器的四个较小的传动比.挡接合套17左移并与齿轮16的接合齿圈接合时，副变速器变卦入低速挡,传动比 1。此时将主变速器分别挂入一二三四挡，变可得到组合式变速器的四个较大的传动比，分别为= 。这种由副变速器高低速两挡传动比分别预主变速器各挡传动比搭配而组成高低两段传动比范围的配合方式,称为俄分段式配挡.它仅在四五挡间换挡时，不需要操纵副变速器。当主变速器各挡传动比间隔较大而副变速器低挡传动比又较小时,组合的得到传动比均匀的插入主变速器各挡传动比之间 ，这称为插入式配挡.它需要主副变速器交替换挡，故换挡操作较分段式复杂.倒挡轴6上有两个齿轮。期中，倒挡传动齿轮7与第一中间轴一挡齿轮5啮合,从而保证了倒挡轴随输入轴2旋转。另一倒挡齿轮8空套在倒挡轴上，与副变速器输入轴齿轮18经常啮合。欲将组合式变速器挂入倒挡，应先将主变速器置于空挡，再将接合套9右移，使之与齿轮8的接合齿圈接合。于是，动力便可从输入轴2依次经齿轮1 4 5 7 倒挡轴8接合套9齿轮8传到齿轮18.此时，若将接合套17右移，便得高速倒挡，左移变得倒低速倒挡。为了保证到车安全，常用低速倒挡。动力输出轴13与第二轴14的接合与分离,由动力输出接合套12操纵.图158所视为中国重型汽车集团公司生产的斯太尔重型汽车用的ZFS6-90型带夫变速器的两种变速器传动机构示意图。图158a所示组合式变速器也是在主变速器（五挡变速器）的后面串联安装了一个两挡副变速器,这样可得到10个前进挡。在主变速器中,除倒挡采用直齿轮传动外,其余各挡均采用斜齿齿轮传动。二-五挡采用同步器换挡，而一挡和倒挡是利用接合套11的移动完成换挡的。副变速器中的高速挡和低速挡的挂挡也采用了同步器。当副变速器中的同步器接合套17左移并与固定外齿圈16接合时，行星齿轮内齿圈15被固定而不能转动，则副变速器挂入低速挡.挡接合套17右移并与副变速器高速挡齿圈18接合时，行星齿轮轴14输出轴19行星齿轮内齿圈15与副变速器输入轴齿轮20固联在一起而同步旋转,则副变速器挂入高速挡.润滑油泵2由第一轴直接驱动，并通过第一轴和第二轴6中的中心油道，润滑第二轴上的常啮齿轮5、7、9、10、12的内孔与第二轴的配合表面以及副变速器中的行星齿轮轴14.在组合式变速器中，除上述副变速器在主变速器之后的布置形式外,当副变速器传动比较小时，也可布置.在主变速器之前(图158b）。有的重型货车为了得到更多的挡位，在主变速器的前后都装有副变速器.目前，副变速器多与主变速器制成一体。单独布置的副变速器很少应用，因为两根变速杆进行操作很不方便。 第二节 同 步 器一、无同步器时变速器的换挡过程变速器在换挡过程中，必须使所选挡位的一对待啮合齿轮齿的圆周速度相等(即同步），才能使之平顺的进入接合而挂上挡。如两齿轮轮齿不同步时即强制挂挡，势必因两齿轮间存在速度差儿发生冲击和噪声。这样，不但不易挂挡，而且影响轮齿寿命，使齿端部磨损加剧，甚至使轮齿折断。为使换挡平顺，驾驶员应采取合理的换挡操作步骤现以图15-9所示无同步器的五挡变速器中四五挡(四挡为直接挡,五挡为超速挡)互相转换的过程为例，说明其原理。第一轴1及其齿轮2直接与离合器连接,五挡齿轮4则通过齿轮6中间轴和齿轮7与齿轮保持传动关系。接合套3届花键固与第二轴5相连，而第二轴又依次通过万象传动装置驱动桥和行使系与整个汽车保持传动关系。所以齿轮2和4 的转速，从而其轮齿及其端部的花键齿的圆周速度都与离合器转速成正比;同理，接合套3的转速，从而其花键齿的圆周速度都与汽车速度成正比。（1）从低速挡（四挡）换入高速挡(五挡）变速器在四挡工作时，接合套3与齿轮2上的接合套齿圈接合，二者的圆周速度和显然相等。欲从四挡换入五挡，驾驶员应先踩下离合器踏板，使离合器分离，随即通过变速杆等将接合套3右移，推入空挡位置。在接合套3刚与齿轮2脱离接合的瞬间，仍然是。由于从齿轮6到齿轮4的升速比大于齿轮2到齿轮7的升速比,五挡齿轮4的转速永远高于齿轮2的转速，从而齿轮4的花键齿圆周速度，所以在刚推入空挡的瞬间，.为避免产生冲击，不应在此时立即将接合套3推向齿轮4而挂五挡，而需在空挡位置停留片刻。此时，由于离合器从动盘已与发动机脱离,动力传动中断,接合套3与齿轮4的转速及其花键齿的圆周速度都在逐步降低。但是，变速器上处于空挡，接合套3和齿轮4间没有联系,下降的快慢有所不同，接合套3因与整个汽车联系在一起,惯性很大，故 下降较快。而齿轮4只与中间轴及其齿轮、第一轴和离合器从动盘相联系，惯性很小，故下降较快。这样,虽然 原先大于 ，但由于下降的比 快，故在变速器推入空挡以后的某个时刻，必然会有（同步）的情况出现，而过此时刻，又将出现 的情况。所以,最好是恰在的时刻时接合套右移而挂入五挡。若与齿轮4相联系的一系列零件的惯性越小，则下降的越快，而同步情况出现的越早，并且在同样速度差的情况下，齿的冲击力也越小。这就是第十四章中提出的，要求离合器从动部分转动惯量尽可能小的理由。2）从高速挡（五挡）换入低速挡（四挡)变速器在五挡工作以及刚从五挡推入空挡时,接合套3与齿轮4的花键齿圆周速度相同，即,同时 ,故。但是退入空挡后，由于下降的比 快，根本不可能出现 的情况；相反,停留在空挡的时间越久,二者的差值将越大。所以,驾驶员在分离离合器并接合套3左移到空挡以后，随即重新接合离合器,同时踩一下加速踏板,使发动机连同离合器从动盘和第一轴一同加速到第一轴即齿轮2的转速，该转速高于接合套转速，即 ，然后在分离离合器，等待片刻，到时，即可挂入四挡（直接挡)。上述相邻挡位相互转换时所应采取的不同操纵步骤，虽然只举接合套换挡为例,但同样是用于移动齿轮换挡的情况，因为所依据的速度分析原理是一样的。由此可见,欲使一般变速器换挡时不产生轮齿或花键齿间的冲击，需要进行较复杂的操作，并应在短时间内迅速而准确地完成。这对于即使是技术很熟练的驾驶员,也易造成疲劳。因此,要求在变速器结构上采取措施，既保证挂挡平顺又使操作简化，减轻驾驶员劳动强度。同步器即是在这样的要求下产生。二、同步器的构造及原理同步其实在结合讨还当机构基础上发展起来的，其中处有钱艺术机的接合套花键毂对应齿轮上的接合齿圈外，还增设了使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致(同步)的机构，以及阻止两者在达到同步之前接合以防止冲击的结构.同步器有常压式惯性式自行增压式等种类。目前,广泛采用的是惯性式同步器。1、常压式同步器图15-10 所示为装有常压式同步器的变速器.第一轴齿轮与空套在第二轴5上的齿轮4之间装有花键毂1。花键毂以其内外花键分别与第二轴和接合套3作滑动连接.向左或向右拨动接合套，其内花键齿圈可与齿轮2或齿轮4的接合齿圈接合，即挂上直接挡或第二挡.在齿轮2与4接合齿圈相对的一侧均有一个外锥面，相应的在花键毂两侧加工出内锥面。在花键毂的径向孔内,装有定位销6，它借弹簧的压力嵌入在接合套3内切出的环形凹槽中.图1510a-c所视为挂直接挡过程中同步器的工作示意图.图15-10a 所视为接合套在空挡位置。挂直接挡时,向左拨动接合套，通过定位销带动花键毂1一同左移。当花键毂的内锥面与齿轮的外锥面接触时,花键毂即不能再继续左移。由于接合套与花键毂之间有弹簧顶住的定位销6，若驾驶员作用在接合套上的力不大，则定位销便阻止接合套在花键毂停止不动的情况下继续向左移动，此时的位置如图15-10b 所示。两锥面在驾驶员通过操纵机构加于接合套和花键毂上的力的作用互相压紧.齿轮2与花键毂存在转速差，因而两锥面一经接触，便产生摩擦作用。这种摩擦作用促使第一轴齿轮的转速降低到与花键毂的转速(亦即接合套的转速）相等，因而二者花键齿的圆周转速相等(同步）。此时，驾驶员继续增大加于接合套上的推力,使接合套克服弹簧力压下定位销6而相对花键毂继续左移，其内花键齿圈便于齿轮2的接合齿圈接合，即挂入直接挡,如图15-10c 所示。由此可见，用常压式同步器换挡与用接合套换挡相比较,在工作过程上的区别，主要在于前者的摩擦作用能使需接合的两花键齿圈迅速达到并保持同步，并且由于带弹簧的定位销6对接合套的阻力，使两齿圈在达到同步之前暂不接合。但在这种同步器中对接合套的轴向阻力是由弹簧压力造成的，故其大小有限（“常压式”的名称即由此而得）。如过驾驶员用力过猛，则可能在未达到同步前,接合套便克服弹簧压力，压下定位销而与齿轮2的接合齿圈接触,此时齿间仍将产生冲击。因此，常压式同步器工作不很可靠，目前较少采用.2、惯性同步器惯性同步器与常压式同步器一样,都是依靠摩擦作用实现同步的.但它可以从结构上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，以避免齿间冲击和发生噪声。轿车和轻中型货车广泛采用锁环式惯性同步器,其结构和工作原理可以解放 CA1091中型载货汽车六挡变速器中的五六挡同步器为例说明.该同步器构造如图15-11所示.同步器花键毂15 的内花键与轴上的外花键配合，用卡环18轴向固定。同步器接合套7的内花键齿与花键毂15的外花键齿滑动配合，接合套7可轴向移动。在花键毂两端与齿圈3和9之间，各有一个青铜制成的锁环（同步器）4和8，锁环上有断续的短花键齿圈图1511b ，花键齿的断面齿廓 尺寸即齿数与齿圈3、9及花键毂的外花键齿均相同。两个锁环上的花键齿，在对着接合套的一端都有倒角（称锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿圈上的锥形面锥度相同的内锥面，锥面上制出细牙的螺旋槽,以便两锥面接触后能破坏油膜，增加锥面间的摩擦,缩短同步时间。三个滑块5分别嵌合在花键毂的三个轴向槽b内,并可沿轴向滑动。三个定位销6分别插入三个滑块的通孔中,在弹簧16的作用下,定位销压向接合套，使定位销端部的球面正好嵌在接合套中部的凹槽a中，起到空挡定位作用。滑块5的两端深入锁环的三个缺口c中,锁环的三个凸起部d 分别伸入花键毂的三个通槽e 中，只有当凸起部d位于通槽e 的中央时，接合套与锁环的齿方能啮合。本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途图15-12所使为变速器由五挡挂入六挡时，该同步器的工作过程。当接合套刚从五挡退到空挡时（图1512a）,齿圈3和接合套7(连同锁环）都在其本身及其所联系的一系列运动件的惯性作用下，继续演员方向旋转.设它们的转速分别为，则此时.锁环4在轴向是自由的,故其内锥面与齿圈3的外锥面并不接触。若要挂入六挡，可通过五六挡拨叉拨动接合套7,并通过定位销6带动滑块5一起向左移动。当滑块左端面与锁环4的缺口c（图15-11b）端面接触时，便推动锁环移向齿圈3，使具有转速差（)的两锥面一经接触便产生摩擦作用（图1512b)。齿圈3通过摩擦作用带动锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环的凸起部d与花键毂15通槽e的另一侧面接触时,锁环便于接合套同步转动.此时, 的宽度加上接合套的一个齿厚 ，从而使接合套的齿端倒角与锁环相应的齿端倒角正好互相抵触而不能进入啮合。在上述锁环与接合套齿端倒角相互抵触的情况下，若要接合套齿圈与锁环的齿圈接合上，必须使锁环相对于接合套后退一个角度。由于驾驶员始终对于接合套十佳一个轴向力，使接合套齿端倒角加紧锁环齿端倒角，于是在锁环的锁止角斜面上作用有法向压力（见图1512b左上角的局部放大图）。力可分解为轴向力和切向力.切向力所形成的力矩试图使锁环相对于接合套向后退转，称为拨环力矩。 轴向力 则使锁环4与齿圈3的锥面产生摩擦力矩，使二者转速迅速接近，并且实际上可认为不变，只是趋近于.这是因为锁环4连同接合套7通过花键毂15与整个汽车相联系,转动惯量大，转速下降很慢，而齿圈3与离合器从动部分相联系，转动惯量很小，速度降低较前者快得多。因为齿圈3是减速旋转，根据惯性原理,所产生惯性力矩的方向与旋转方相同。此惯性力矩通过摩擦锥面作用到锁环上，阻止锁环相对于接合套向右旋转。亦即在锁环上作用这两个方向相反的力矩:其一为切向力形成的力图使锁环相对于接合套向后推转的拨环力矩；另一个为摩擦锥面上阻止锁环向后退转的惯性力矩 .在尚未等于之前，两个锥面间磨擦力矩的数值与齿圈3的惯性力矩相等.如果，则锁环4即可相对于接合套向后退转一个角度，以便二者进入接合；若,则二者不可能进入接合。摩擦力矩与轴向力 的垂直与摩擦锥面的分力成正比，而 则与切向力 成正比。都是切向力 的分力，二者的比值取决于花键齿锁止角的大小.因此，在设计同步器时，适当地选择锁止角和摩擦锥面的锥角,便能保证在达到同步(）之前,齿圈3施加在锁换4上的惯性力矩总是大于切向力 形成的拨环力矩 ，因而不论驾驶员通过操纵机构加在接合套上的轴向推力有多大，结合套齿端与锁环齿端总互向抵触而不能接合.这说明锁环4对接合套的锁止作用是齿圈3的惯性力矩造成的,而不像常压式同步器那样由定位销的弹力造成，此即“惯性式”名称的由来。只要驾驶员继续加力于接合套上，摩擦作用就迅速使齿圈3的转速降到与锁环4的转速相同,保持同步旋转，即齿圈3相对于锁环的转速和角减速度均为零，于是其惯性力矩变消失。但由于轴向力的作用，两个摩擦锥面还是紧密结合着的，因而此时切向力形成的拨环力矩变使锁环连同齿圈3及与之相连的所有零件一起相对于接合套向后退转一个角度，使锁环凸起部 由一道花键毂 的通槽中央，两个花键齿端不再抵触。此时接合套压下定位销 继续左移，而与锁环的花键齿圈进入接合（图1512c），锁环的锁止作用即行消失。接合套与锁环接合后，轴向力不再存在，锥面间的摩擦力矩也就消失。如果此时接合套花键与齿圈3的花键齿发生抵触,如图1512c 所式，则与上述相似，作用在齿圈3花键齿端斜面上的切向分力,使齿圈3及其相连零件相对于锁环及接合套转过一个角度，使接合套与齿圈3进入接合（图15-12d），从而最后完成换挡（由低速挡缓往高速档）的全过程。考虑结构布置上的合理性紧凑性及锥面间产生的摩擦力巨大等因素，锁环式同步器多用于轿车和轻型货车上;但近年来在中型货车变速器的中高挡中也开始被采用（上述变速器即为此例）。在中型及大型载货汽车的变速器中,目前较多地采用锁销式惯性同步器.当变速器第二轴上的长啮齿轮及其接合齿圈直径较大时,装用锁销式同步器不仅使齿轮的结构行驶合理，而且还可在摩擦锥面间产生较大的摩擦力矩,缩短了同步时间。现以东风EQ1090E型汽车五挡变速器中所用的锁销式同步器的四五挡同步器为例,说明其结构及工作原理(图15-13)。两个内由锥面的摩擦锥盘2分别固定在带有外花键齿轮的挟持齿轮1和6上，随齿轮一同旋转.与之相配合的两个有外锥面的摩擦锥环3,通过三个定位销4与接合套5连接.锁销8与定位销4在同一圆周上相互间隔的均匀分布。锁销8的两顶端固定在摩擦锥环3的空中,而两端的工作表面直径与接合套凸缘上相应的销孔德内直径相等，其中部直径则小于孔径。只有在锁销和接合套孔对中时,接合套方能沿锁销轴向移动。锁销8中部和接合套5上相应的锁孔两端有角度相同的倒角-锁止角。在接合套上的定位销空中部钻有斜孔,内装弹簧11，把钢球10顶向定位销中部的环槽（如AA剖面图所示），以保证同步器处于正确的空挡位置。定位销4两端深入锥环内侧面，但有间隙，故定位销可随接合套5轴向移动。锁销式同步器的工作原理与上述锁环式惯性同步器基本相同。在由四挡换入五挡时,接合套5受到拨叉的轴向推力作用,通过钢球10和定位销4带动摩擦锥换3向左移动，使之与对应的摩擦锥盘接触。具有转速差的摩擦锥环与摩擦锥盘一经接触，靠接触面的摩擦使锥环连同锁销一起相对接合套转过一个角度,因而锁销8的轴线相对接合套上销孔的轴线偏移，于是锁销中部倒角与锁孔端的倒角互相抵触，以阻止接合套继续前移.此时，锁止面上法向压紧力 的轴向分力 作用在锥盘上并使之与锥盘压紧 ，因而接合套与带接合的花键齿圈迅速达到同步.只有达到同步时，起锁止作用的齿轮1的惯性力矩消失，作用在锁销上的切向分力 才能通过锁销使摩擦锥环3,摩擦锥盘2和齿轮一同相对接合套转过一个角度,使锁销重新与销孔对中。于是，接合套便能轻易地克服钢球10的阻力而沿锁销移动，直至与齿轮1的花键齿圈接合,实现挂挡。3、 自行增力式同步器这种同步器与常压式和惯性式同步器一样，也是利用摩擦原理实现同步，主要区别在于同步环产生的摩擦力矩由于同步环内的弹簧片作用而得到成倍增长。图1514所示为波尔舍自行增力式同步器.两个齿轮通过轴程空套在第二轴上,而花键毂2与第二轴固定连接，故的外原有三个凸起的轴向键，与接合套1上的三个相应键槽配合。接合套与毂一起转动，并可相对于毂轴向移动。接合齿圈3与常啮齿轮固定连接.弹性的开口同步环4 滑块5支承块6及两个弹簧片7均装在接合齿圈内,并用挡片8加以轴向限位。滑块5的凸起部插于同步环的开口出，处于空挡时两侧有间隙，支承块内圆上的凸起则嵌入接合齿圈轴颈上相应的槽中，槽比凸起稍宽些.同步环外表面沿轴向两端制出外锥面，而接合齿圈和接合套的两侧齿端也制出与其配合的内锥面。欲使变速器有高挡换入低挡,需首新将接合套自控挡位置（图1515a）向右移动,因为开口的同步环外径稍大于接合套右侧齿端的内径，且同步环与待啮合齿轮一道旋转,接合套转速高于同步环转速，故二者一经接触便产生摩擦，同步过程开始（图1515b）。在摩擦力作用下，接合套带动同步环顺时针方向转动一个角度，使同步环开口的左端顶住滑块5凸起的左侧，推动滑块旋转并将右弹簧片7压在同步环的表面上。这时,支承块6成为支点(图15-14)。由于弹簧片对同步环施加了径向力，接合套与同步环之间的摩擦力矩便得到增强，继而弹簧片的径向力又进一步增大。这样，增大了的摩擦力矩使接合齿圈的转速上升直至达到同步。因此，这种同步器是借助于弹簧片对同步环的增力而进行工作的。只要接合套与待啮合齿轮之间存在转速差，弹簧片的支承力就阻止同步环直径缩小，因而也就阻止了接合套移动。在二者的转速差为零（同步）时,弹簧片卸除载荷，即以右弹簧片的上端为支点,弹簧片伸张，其下端顶住支承块凸起的右侧，推动接合齿圈连同低挡齿轮一道顺时针方向转动一个角度，使弹簧片松弛，于是阻止同步环直径缩小的支承力消失。此时，在不大的换挡力作用下,接合套便可压缩同步环,于右侧的接合齿圈接合，而同步环处于接合套的屋顶装凹槽里，被可靠地定位（因此15-15c）.因此，在换挡位置，毋须采用一般变速器所必须设置的自锁装置。由于弹簧片的增力作用，故这种同步器能使换挡更为省力并且迅速。综上所述,由于同步器能消除或减轻齿轮间的冲击和噪声，并式换挡轻便,故目前为各类汽车所采用。第三节 变速器的操纵机构变速器操纵机构应保证驾驶员能准确可靠地使变速器挂如所需要的任一挡位工作，并可随时使之退到空挡。大多数汽车变速器布置在驾驶员作为附近，变速杆由驾驶室底板伸出，驾驶员可直接操纵。这种操纵机构称为直接操纵式变速器操纵机构。一般由变速杆、拨块、拨叉、拨叉轴以及安全装置等组成,多集装于上盖或侧内盖，结构简单,操纵方便。图1516所示为解放CA1091型汽车六挡变速器操纵机构的组成与布置示意图。拨叉轴7、8、9和10的两端军制成语变速器盖的相应孔中，可以轴向滑动.所有的拨叉和拨块都以弹性销固定于相应的拨叉轴上。三、四挡拨叉2的上端具有拨块。拨叉2和拨块3、4、14的顶部制有凹槽。变速器处于空挡时，各凹槽在横向平面内对齐,叉形拨杆13下端的球投机伸入这些凹槽中。选挡时可使变速杆绕其中部球形支点横向摆动，则其下端推动叉形拨杆13绕换挡轴11的轴线摆动，从而使叉形拨杆下端球头对准与所选挡位对应的拨块凹槽,然后使变速杆纵向摆动，带动拨叉轴及拨叉向前或向后移动，即可实现挂挡。例如,横向摆动变速杆使叉形拨杆下端球头深入拨块3顶部凹槽中，拨块3连同拨叉轴9和拨叉5及沿纵向向前移动一定距离，便可挂入二挡；若向后移动一段距离，则挂如一挡.当时叉形拨杆下端球头深入拨块14的凹槽中,并使其向前移动一段距离时,变挂入倒挡.不同变速器的挡数和操纵机构的结构和布置都有所不同，因而相应于各挡位的变速杆上端手柄位置排列，即挡位排列也不同.因此，汽车驾驶室仪表板上（或操纵手柄上）应标有该车变速器挡位排列图（如图1516左上方图）。在有些汽车上，由于变速器离驾驶员座位较远,则需要在变速杆与拨叉之间加装一些辅助杠杆或一套传动机构，构成远距离操纵。这种操纵机构称为间接操纵式变速器操纵机构。由于布置上的原因，它多用在轿车和轻型汽车上。图15-17所示唯一汽-大中奥迪100型轿车变速器的操纵机构，由于其变速器安装在前驱动桥处,不在驾驶员的座位附近，变速器不能直接操纵，因此它是间接操纵式变速器操纵机构。外操纵机构(图1517a）由驾驶员座位附近的变速操纵杆（简称变速杆）、铰链、限位及防护装置、中间连接杆件（直通到变速器壳体处)构成。变速杆通过一系列中间连接杆件操纵变速器的内操纵机构，以进行选挡、换挡。变速杆以球形铰链为支点，可以直线前后、左右摆动.各连接杆具有足够的刚度，且连接点处间隙小,否则将影响换当时的手杆。内操纵机构（图1517b），内换挡轴1，选换挡横轴3，换挡拨叉舟楫拨叉5、6、7，挡位锁止机构（自锁装置）4、倒挡锁止机构2组成。内换挡轴1与选换挡横轴3用球铰链连接，在外操纵机构作用下,使内换挡轴1作轴向移动。当它轴向移动时,给选换挡横轴3以回转力矩,从而推动所选挡位的拨叉轴作轴向移动，拨叉轴上的拨叉推动同步器接合套进行换挡。当内换挡轴1转动时,使选换挡横轴3作轴向移动,可选择不同挡位的拨叉轴,实现选挡动作.选换挡横轴3上有换挡拨爪,用于推动换挡拨叉轴作轴向移动,进行选换挡. 为保证变速器在任何情况下都能准确 安全 可靠的工作,对变速器操纵机构提出如下要求:1保证变速器不自行脱挡或挂挡,在操纵机构中应设有自锁装置.2保证变速器不同时挂入两个挡位,在操纵机构内设互锁装置。3防止误挂倒挡,在变速器操纵机构中应设有倒挡锁。 （1)自锁装置 挂挡过程中，若操纵变速杆推动拨叉前移或后移的距离不足时,齿轮将不能在全齿宽上啮合而影响齿轮的寿命。即使达到全齿宽啮合，也可能由于汽车振动等原因，齿轮产生轴向移动而减少了齿的啮合长度，甚至完全脱离啮合。为防止上述情况，应设置自锁装置。图1518所示威东风 EQ1090E型汽车变速器的自锁和互锁装置。自锁装置由自所钢球1和自锁弹簧2组成。每根拨叉轴的上表面沿轴向分布三个凹槽。当任一根拨叉轴连同拨叉轴移动到空挡或某一工作位置时,必有一个凹槽正好对准自锁钢球1。于是，钢球在弹簧压力下嵌入该凹槽内,拨叉轴的轴向位置即被固定，从而拨叉连同滑动齿轮（或接合套）也被固定在空挡或某一工作挡位置，不能自行脱出。当需要换挡时,驾驶员必须通过变速杆对拨叉或拨叉轴施加一定的轴向力,克服弹簧的压力将钢球由拨叉轴的凹槽中挤出退回孔中,拨叉轴和拨叉方能在进行轴向移动.拨叉轴上表面相邻凹槽之间的距离,级等于为保证在全齿轮上啮合或完全推出啮合所必需的拨叉及其轴的移动距离。