变速器与分动器结构原理详解

第十五章变速器与分动器本章内容：普通齿轮式变速器、组合式变速器和分动器。本章重点：变速原理，动力传递路线，二轴式与三轴式变速器的结构特点，同步器的构造和原理。本章难点：同步器的构造和工作原理。第一节概述一、变速器的功用1.改变传动比2.倒档3.空档4.取力二、变速器的组成由变速传动机构和操纵机构组成第十二章变速器与分动器普通齿轮式轴线固定式有级式组合式（主、副变速）轴线旋转式（行星齿轮）液力式(动液式)无级式电力式综合式（液力机械式）2.按操纵方式分手动操纵式、自动操纵式、半自动操纵式三、变速器的分类1.按传动比变化方式分变速器档数（？）本章介绍的是手动操纵式有级变速器，以普通齿轮式变速器为主四、普通齿轮变速器的基本工作原理1.变速原理多级齿轮传动，传动比i≥1，减速因功率平衡，增矩2.换档原理通过改变使用不同的啮合齿轮副，改变传动比。3.变向原理（倒档）安装惰轮，增加一级传动副。主动轮1从动轮2i12=n1/n2=z2/z1i=主动齿轮齿数从动齿轮齿数第二节变速器的变速传动机构一、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1．变速传动机构的组成主要由齿轮、轴(两种)及变速器壳体等零部件组成。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；（动画）（2）通过增加齿轮传动的对数，以实现倒档。（动画）3．常见的换档方式（1）利用直齿滑动齿轮换档（动画演示）（2）利用接合套换档（动画演示）（3）利用同步器换档（动画演示）二、两轴式变速器（大部分轿车都采用两轴式变速器。）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。21431、两轴式四档轿车变速器:无中间轴，用于发动机横置前驱。输入轴固连各档齿轮，输出轴空套各档啮合齿轮。结构分析：输入轴：一、二档齿轮与轴一体；三、四档齿轮与轴通过轴承连接。输出轴：一、二档齿轮与通过轴承连接；三、四档齿轮与轴一体。2、两轴式五档轿车变速器。（动画）奥迪100型轿车变速器简图1三轴式+倒档轴的四档变速器（轻型汽车）1.组成第一轴(primaryshaft)，输入，常啮合齿轮(constant-mashgear)三、三轴式变速器（中、轻型货车上广泛采用）三轴是指汽车前进时，传递动力的轴有第一轴、中间轴和第二轴，直接档除外。中间轴(layshaft)，常啮合齿轮及各档齿轮第二轴(mainshaft)，输出轴，各档齿轮倒档轴(Reverseshaft)倒档齿轮2.四档变速器工作原理和各档传动路线3.五档变速器结构和工作原理各轴和齿轮5档—4档，3档—2档：接合套倒档—1档：滑动齿轮东风EQ1090E汽车变速器换档简图：空档一档二档三档四档五档倒档4、换档原理一轴中间轴二轴4.东风EQ1141和东风EQ1090E型汽车五档变速器结构41倒5.CA1091六档变速器传动示意图(动画)四、常用三轴式变速器结构分析1.轴的支承和定位（1）一轴、二轴：前端，滚针轴承；后端，滚柱或向心球轴承轴向定位。（2）中间轴、倒档轴：两端支承、一端定位。2.齿轮的轴向定位斜齿轮有轴向分力作用，定位方法：台肩、挡圈、止推垫片3.换档结构形式（1）滑动齿轮：直齿（2）接合套：可用斜齿（3）同步器4.润滑与密封（1）润滑：一般飞溅式（2）密封纸垫+密封胶回油螺纹挡油盘5.防止自动跳档的结构措施（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）接合套的齿端制成凸肩四、组合式变速器由主、副变速器串联而成。主变速器有4~5档+倒档，副变速器有2档(低、高)目的：增加档位数，适用于重型货车。分段式配档：副低+主1~4=1~4档副高+主1~4=5~8档插入式配档：主1+副低、高=1~2档主2+副低、高=3~4档，……主4+副低、高=7~8档54321R装有后置副变速器装有前置副变速器第三节同步器一、无同步器时的换档过程用滑动齿轮或接合套换档时，必须待啮合的轮齿的圆周速度须相等，方可平顺挂档——依赖驾驶员的操作。以CA141为例：直接档为4档（左齿轮），右齿轮为5档。低档换高档（45）高档换低档（54）中间轴（1）自低速档换入高速档4档接合时：n3=n2；n4n2分离瞬间：n3=n2；n4n3分离一段时间：n4下降较快n3下降较慢在某一时刻：n4=n3换档的最佳时刻（2）自高速档换入低速档5档接合时：n3=n4；n4n2分离瞬间：n3=n4；n3n2分离一段时间：n2下降较快n3下降较慢使得n2=n3不可能出现无换档的最佳时刻需接合离合器，踩一脚油门，使n2n3二、同步器作用、组成和分类1.作用使接合套与待接合齿圈之间迅速同步，并阻止在同步前接合。缩短换档时间，防止冲击。2.组成同步装置（推动件、摩擦件）锁止装置、接合装置3.分类按工作原理：常压式、自动增力式、惯性式(广泛采用)按摩擦锁止元件不同惯性式分为：琐环式和锁销式1.锁环式惯性同步器（1）组成锁环：带锁止角的外花键齿（锁止装置），缺口c，凸起d，带螺纹槽的内锥面（摩擦件）Cd三、同步器构造花键毂：外花键齿，滑块、定位销、弹簧（推动件）滑块定位销接合套（接合装置）：带内花键齿，有凹槽a（空档定位）a接合齿圈：外锥面，外花键齿同步器装配图（剖视图）琐环式惯性同步器的工作过程琐环式惯性同步器适用于轿车和轻型货车（2）工作原理（5挂6档）a）5档进入空档，n3n4=n7锁环凸起接触花键毂通槽后端6档5档b）接合套左移，锁环左移，摩擦产生，接触花键毂通槽前端，接合套与锁环错开半个齿，齿尖接触但不啮合，锁止作用产生。拨环力（矩）锁环上作用着两个力矩：拨环力矩M2和惯性力矩M1，只有M2M1,才能结合。M2正比于F2，取决于锁止角。M1正比于摩擦锥角。通过设置合理的锁止角和锥角，可以保证在未达到同步前，无论驾驶员施加多大的力，均为M2M1，使结合套与锁环不能结合。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。M2M1c)同步并实现结合同步后，n3=n4,惯性力矩消失，M2将锁环后拨，解除锁止，接合套穿过锁环左移。接合套与接合齿圈的齿端接触。M2d)完成换档接触面的切向分力，拨齿圈向前，接合套齿进入，与圈齿啮合。归纳：•摩擦件产生的摩擦力矩使接合套与齿轮迅速同步；•变速器输入端各零件的惯性力矩产生锁止作用，防止同步前啮合。（转动惯量宜小）中型货车以上的变速器常用锁销式惯性同步器东风EQ1090E型汽车变速器2.锁销式惯性同步器（EQ1090E）（1）组成摩擦锥环：外锥面，由三个定位销和锁销连接。定位销：中间凹槽，压入弹簧和钢球锁销：中间细，带锥面接合套：内花键，与锁销有配合锥面花键毂：外花键接合齿上装有摩擦锥盘，内锥面摩擦锥环：外锥面，由三个定位销和锁销连接定位销锁销定位销：中间凹槽，压入弹簧和钢球带有内锥面的摩擦锥盘接合齿接合套：带内花键，与锁销有配合锥面花键毂：外花键与接合套配合，内花键与轴相连（2）工作原理(45档)a）空档，n2n3=n5b）接合套左移，钢球、销带锥环左移，摩擦面接触。c）摩擦作用，锥环、锁销向前转一角度，倒角相抵，锁止作用产生：锁止面上作用力F1，推销向后；传递惯性力，使销向前，阻止套左移。力F2压锥环，二者摩擦使套、圈同步。同步时，惯性力矩消失，销向后，套可左移。(动画)3．自行增力式同步器（摩擦同步）其特点：同步环内有弹簧片，使其产生的摩擦力得到成倍的增长第四节变速器操纵机构一、功用：安全行驶(准确可靠)二、要求1.防止自动跳档（自锁）2.防止同时挂两档（互锁）3.防止误挂倒档（倒档锁）三、类型直接操纵机构和远距离（间接）操纵机构四、直接操纵机构1.选档换档机构作用：完成换档的基本动作。组成：变速杆、拨块、拨叉轴和拨叉等。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（动画）组成：自锁钢球和自锁弹簧；拨叉轴上三个凹槽。作用：保证换档到位；防止自动脱档。特点：只能移动一根拨叉轴要移动另一拨叉轴，须将已移动的拨叉轴退回原位。（2）互锁（动画）组成：互锁销，互锁钢球；作用：防止同时挂入两档。（3）倒档锁（动画）用更大的力方能挂入档位。组成：倒档锁销，倒档锁弹簧；作用：防止误挂倒档。倒档拨叉轴需要加装一套传动机构或辅助杠杆，要求传动杆件有足够的刚度。由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成五、远距离操纵机构组成：从变速杆到选档换档轴之间的所有传动件。作用：实现对变速器的远距离操纵。1．外部操纵机构2．内部操纵机构组成：选档换档轴、拨叉轴、拨叉、自锁装置、互锁装置和倒档锁装置等。六、其它操纵机构1、预选气动式操纵机构副变速器多采用预选气动式操纵机构，常见的有机械式和电控式机械式2、变速器的电控操纵机构优点：换档加速、功率动力性、经济性远距离操纵电控机械式自动变速器第四节分动器一、作用将变速器输出的动力分配到各驱动桥，同时起副变速器作用（有高低两个档）。二、分动器的构造分动器的输入轴与变速器的第二轴相连，输出轴有两个或两个以上，通过万向传动装置分别与各驱动桥相连。分动器内除了具有高低两档及相应的换档机构外，还有前桥接合套及相应的控制机构。四轮驱动HL换挡拨叉轴HL3．分动器的工作要求（1）先接前桥，后挂低速档；（2）先退出低速档，再摘下前桥；上述要求可以通过操纵机构加以保证。