汽车底盘构造与检修课件：课题三 变速器 109页

课题三 变速器 任务内容组成 3.1 　概述 一、变速器的功能 （ 1 ）改变传动比。 （ 2 ）实现倒挡。 （ 3 ）实现空挡。 二、变速器的分类 分类方法 分类 特征 按操纵方式分 手动变速器 靠驾驶员直接操纵变速杆进行换挡，换挡机构简单，工作可靠，操作复杂 自动变速器 根据汽车的运行状况自动换挡，无离合器，通过加速踏板控制车速，操作简单，结构复杂 半自动变速器 组合式 常用挡位采用自动换挡，其余挡位由驾驶员手动操作 预选式 驾驶员先用按钮选定挡位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通自动控制和执行机构进行自动换挡 按传动比变化方式分 有级变速器 平行轴齿轮式 变速器具若干个数值一定的传动比 行星齿轮式 无级变速器 机械传动 传动比在一定范围内连续变化 液力传动 电力传动 综合式变速器（液力自动变速器） 一般是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，其传动比在几个区段内无级变化。这种结构既可得到较大的传动比，又可实现无级变速 表 3-1 变速器类型 1 ．按传动比变化方式分类 （ 1 ）有级式变速器。 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（普通变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。 （ 2 ）无级式变速器。其传动比在一定的数值范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式（动液式）两种。 （ 3 ）综合式变速器。 图 3-1 　有级式变速器 2 ．按操纵方式分类 （ 1 ）强制操纵式变速器。 强制操纵式变速器是靠驾驶员直接操纵变速杆换挡。 图 3-2 　综合式变速器 图 3-3 　强制操纵式变速器 （ 2 ）自动操纵式变速器。自动操纵式变速器传动比选择和换挡是自动进行的 。 （ 3 ）半自动操纵式变速器。如图 3-4 所示，这种变速器有两种型式：一种是常用的几个挡位自动操纵，其余挡位则由驾驶员操纵；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。 图 3-4 　半自动操纵式变速器 三、手动变速器的工作原理 1 ．传动比的定义 传动比 i = 输入轴转速 / 输出轴转速 多级齿轮传动的传动比 i ＝各级齿轮传动比的乘积，如图 3-6 所示。 图 3-5 　普通齿轮变速器的工作原理 图 3-6 　多级齿轮传动的传动比 i 2 ．变速器变矩原理 设主动轮转速为 n 1 ，齿数为 z 1 ，转矩为 M 1 ；从动轮转速为 n 2 ，齿数为 z 2 ，转矩为 M 2 ，则两轮传动比（主动轮转速与从动轮转速之比值） i 12 为 i 12 = n 1 / n 2 = z 2 / z 1 n 2 = n 1 · z 1 / z 2 当 z 1 < z 2 时， i 12 ＞ 1 ， n 2 ＜ n 1 ，称为减速传动，如图 3-7 （ a ）所示；当 z 1 > z 2 时， i 12 ＜ 1 ， n 2 ＞ n 1 ，称为增速传动，如图 3-7 （ b ）所示，这就是齿轮传动的变速原理。 图 3-7 　齿轮传动原理 汽车上使用的手动变速器，可分为两轴式和三轴式两种。 图 3-8 　两轴式变速器示意图 图 3-9 　三轴式变速器示意图 3 ．换挡原理 变速器的换挡，通常采用接合套、滑移齿轮或同步器等装置使齿轮或齿圈啮合或脱开来实现。 在变速器中，把传动比值 i ＞ 1 的挡位称为降速挡，即变速器输出轴转速低于发动机转速； i ＝ 1 的挡位称直接挡，即变速器输出轴转速与发动机转速相等； i ＜ 1 的挡位称为超速挡，即变速器输出轴转速超过发动机的转速。 4 ．变向原理 故两轴式变速器在输入轴与输出轴之间加装了一倒挡轴和倒挡齿轮（也称为惰轮）；而三轴式变速器则在中间轴与输出轴之间加装了一倒挡轴和倒挡齿轮，就可使输出轴转向改变，从而使汽车能反向行驶。 图 3-10 　前进挡与倒挡的对比 3.2 　变速器的变速传动机构 变速器包括变速传动机构和操纵机构两大部分。 根据主要轴的数目可分为两轴式（见图 3-11 ）和三轴式变速器（见图 3-12 ）。 图 3-11 　两轴式变速器 图 3-12 　三轴式变速器 一、两轴式变速器 两轴是指汽车前进时，传递动力的轴只有第一轴和第二轴。 两轴式变速器多应用在发动机前置前轮驱动（轿车）或发动机后置后轮驱动（客车）的汽车上 。 1. 发动机前置横向布置的二轴式变速传动机构 图 3-13 　捷达王轿车五挡变速器 1 —离合器壳体； 2 —差速器； 3 —输出轴； 4 、 15 、 16 、 17 、 18 —一、五、四、三、二挡从动齿轮； 5 —输入轴； 6 、 7 、 8 、 9 、 11 、 12 —一、倒、二、三、四、五挡主动齿轮； 10 —三、四挡同步器； 13 —五挡同步器； 14 —变速器壳体盖； 19 —一、二挡同步器； 20 —倒挡轴倒挡齿轮； 挡位 动力传递路线 一 动力→输入轴→输入轴一挡齿轮→输出轴一挡齿轮→输出轴上一、二挡同步器→输出轴→动力输出 二 动力→输入轴→输入轴二挡齿轮→输出轴二挡齿轮→输出轴上一、二挡同步器→输出轴→动力输出 三 动力→输入轴→输入轴三、四挡同步器→输入轴三挡齿轮→输出轴三挡齿轮→输出轴→动力输出 四 动力→输入轴→输入轴三、四挡同步器→输入轴四挡齿轮→输出轴四挡齿轮→输出轴→动力输出 五 动力→输入轴→输入轴五挡同步器→输入轴五挡齿轮→输出轴五挡齿轮→输出轴→动力输出 倒挡 动力→输入轴→输入轴倒挡齿轮→倒挡轴上倒挡齿轮→输出轴倒挡齿轮→输出轴→动力反向输出 表 3-2 捷达王五挡变速器动力传递路线 2. 发动机前置纵向布置的二轴式变速传动机构 （ 1 ）基本结构。 （ 2 ）动力传递路线。 图 3-14 　桑塔纳 2000GSi 330 型两轴式变速器结构图 图 3-15 　桑塔纳 2000 轿车的空挡 图 3-16 　桑塔纳 2000 轿车挂入一挡 图 3-17 　桑塔纳 2000 轿车挂入三挡 图 3-18 　桑塔纳 2000 轿车挂入五挡 图 3-19 　桑塔纳 2000 轿车挂入倒挡 挡位 动力传递路线 一 变速器操纵杆从空挡向左、向前移动，实现： 动力→输入轴→输入轴一挡齿轮→输出轴一挡齿轮→输出轴上一、二挡同步器→输出轴→动力输出 二 变速器操纵杆从空挡向左、向后移动，实现： 动力→输入轴→输入轴二挡齿轮→输出轴二挡齿轮→输出轴上一、二挡同步器→输出轴→动力输出 三 变速器操纵杆从空挡向前移动，实现： 动力→输入轴→输入轴三、四挡同步器→输入轴三挡齿轮→输出轴三挡齿轮→输出轴→动力输出 四 变速器操纵杆从空挡向后移动，实现： 动力→输入轴→输入轴三、四挡同步器→输入轴四挡齿轮→输出轴四挡齿轮→输出轴→动力输出 五 变速器操纵杆从空挡向右、向前移动，实现： 动力→输入轴→输入轴五挡同步器→输入轴五挡齿轮→输出轴五挡齿轮→输出轴→动力输出 倒挡 变速器操纵杆从空挡向右、向后移动，实现： 动力→输入轴→输入轴倒挡齿轮→倒挡轴上倒挡齿轮→输出轴倒挡齿轮→输出轴→动力反向输出 表 3-3 桑塔纳 2000 型五挡变速器动力传递路线 二、三轴式变速器 三轴式变速器除有第一轴、第二轴外，还增设了中间轴。 其特点是空间布置比较灵活，传动比的范围大，可设有直接挡传动。 图 3-21 所示为解放 CA1040 系列轻型载货汽车变速器的传动示意图。 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套换挡机构。 同步装置的作用是使变速器在汽车行驶时换挡不发生接合齿的冲击。 图 3-20 　解放 CA1040 系列轻型载货汽车变速器结构 1 —第一轴； 2 —第一轴常啮合齿轮； 3 —第一轴后轴承（球轴承）； 4 —第四、五挡同步器锁环； 5 —轴套； 6 —变速叉轴； 7 —变速器前壳体； 8 —选挡拨头； 9 —通气塞； 10 —变速机构座； 11 —第二轴五挡齿轮； 12 —限位块； 13 —第二轴三挡齿轮； 14 —变速叉杆； 15 、 18 —变速叉； 16 —倒车灯开关总成； 17 —自锁钢球； 19 —接合套； 20 —第二轴后轴承（圈柱滚子轴承）； 21 —变速器后轴承盖； 22 —变速器第二轴； 23 —油封总成； 24 —第二轴凸缘； 25 —第二轴辅助轴承； 26 —速度表主动齿轮； 27 —隔套； 28 —第二轴倒挡齿轮； 29 、 38 、 41 —花毂键； 30 —中间轴后轴承； 31 —变速器后壳体； 32 —一挡同步锁环； 33 —第二轴一挡齿轮； 34 —涂平面密封胶的平面； 35 —第二轴二挡齿轮； 36 —放油塞； 37 —中间轴二、三挡双联齿轮； 39 —中间轴五挡齿轮； 40 —二、三挡同步器锁环； 42 —中间轴常啮合齿轮； 43 —中间轴； 44 —中间轴前轴承； 45 —第一轴轴承盖； 46 —第二轴前轴承（滚针轴承）； 47 —速度表从动齿轮； 48 —换挡臂； 49 —防尘罩； 50 —倒挡阻尼弹簧； 51 —换挡轴； 52 —倒挡轴； 53 —减磨片； 54 —倒挡中间齿轮 一挡传动比为 图 3-21 　解放 CA1092 型汽车变速器传动机构简图 1 —第一轴； 2 —第一轴常啮合传动齿轮； 3 —第一轴接合齿圈； 4 —六挡同步器锁环； 5 、 12 、 20 、 23 —接合套； 6 —五挡同步器锁环； 7 —五挡齿轮接合齿圈； 8 —第二轴五挡齿轮； 9 —第二轴四挡齿轮； 10 —四挡齿轮接合齿圈； 11 —四挡同步器锁环； 13 、 27 、 28 、 40 —花键毂； 14 —三挡同步器锁环； 15 —三挡齿轮接合齿圈； 16 —第二轴三挡齿轮； 17 —第二轴二挡齿轮； 18 —二挡齿轮接合齿圈； 19 —   一、二挡同步器摩擦盘及摩擦环； 21 —   一挡齿轮接合齿圈； 22 —第二轴一挡齿轮； 24 —倒挡齿轮接合齿圈； 25 —第二轴倒挡齿轮； 26 —第二轴； 29 —中间轴倒挡齿轮； 30 —中间轴； 31 —倒挡轴； 32 —倒挡中间齿轮； 33 —中间轴一挡齿轮； 34 —中间轴二挡齿轮； 35 —中间轴三挡齿轮； 36 —中间轴四挡齿轮； 37 —中间轴五挡齿轮； 38 —中间轴常啮合传动齿轮； 39 —变速器壳体； 40 —花键毂 二档 传动比为 三档 传动比为 五挡传动比为 倒挡传动比为 图 3-22 所示为解放 CA1091 型汽车六挡变速器结构。 在该变速器中，一挡和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。 各挡传动比是 图 3-22 　解放 CA1091 型汽车六挡变速器结构简图 3.3 　同步器 一、无同步器的换挡过程 采用直齿轮滑动齿轮或接合套换挡时，应当在待啮合的一对齿轮接合齿圈的圆周速度相等时，即达到同步的时候使两者进入啮合，才能保证换挡时齿轮之间无冲击、无噪声，做到平顺换挡。 1 ．由低速挡换入高速挡 图 3-23 　无同步器变速器换挡机构 1 —第一轴； 2 —第一轴常啮合传动齿轮； 3 —接合套； 4 —第二轴低挡齿轮； 5 —第二轴； 6 —中间轴低挡齿轮； 7 —中间轴； 8 —中间轴常啮合传动齿轮 2 ．由高速挡换入低速挡 图 3-24 　无同步器的换挡过程 二、同步器的结构和工作原理 1 ．锁环式同步器 （ 1 ）锁环式惯性同步器的构造如图 3-25 、图 3-26 所示，它由锁环滑块、弹簧圈、花键毂及接合套等组成。 （ 2 ）锁环式惯性同步器工作过程。 图 3-25 　锁环式惯性同步器 图 3-27 　锁环式惯性同步器工作过程 1 —六挡接合齿圈； 2 —锁环（同步环）； 3 —接合套； 4 —定位销； 5 —滑块； 6 —弹簧； 7 —花键毂； 8 —凸起部 2 ．锁销式惯性同步器 图 3-28 　锁销式惯性同步器结构图 1 —一轴齿轮； 2 —摩擦锥盘； 3 —摩擦锥环； 4 —定位销； 5 —接合套； 6 —二轴四挡齿轮； 7 —二轴； 8 —锁销； 9 —花键毂； 10 —钢球； 11 —弹簧 3.4 　变速器操纵机构 一、变速器操纵机构的结构及 工作原理 1 ．直接操纵式 图 3-29 　四挡直接操纵机构图 选挡时可使变速杆绕其中部支点横向摆动，以其下端球头对准与所选挡位相应的拨叉向前或向后移动，即实现挂挡。 2 ．远距离操纵式 图 3-30 所示为奥迪 100 型轿车的变速器杆件式操纵机构，远距离操纵按变速器与操纵手柄之间加装的传动元件不同可分为杆件式、拉索式和变速杆安装在转向管柱上的 3 种形式。 图 3-30 　杆件式操纵机构 本田汽车公司雅阁（ ACCORD ）牌轿车的 H2J4 型变速器就是采用拉索式远距离操纵机构，其机构布置如图 3-31 所示。 选挡及换挡用两根拉索分别控制。 图 3-31 　拉索式操纵机构 图 3-32 所示为丰田汽车公司花冠（ CORONA ）牌轿车的变速操纵机构，它将选挡和换挡用两套杆件联动操纵，外选挡杆和外换挡杆分别与变速器内的选挡杆和换挡杆连接。 图 3-32 　变速杆安装在转向管柱上 二、变速器安全装置 变速器操纵机构要保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作，应满足下列要求。 （ 1 ）防止变速器自行挂挡或挂挡后自行脱挡，并能保持传动齿轮全齿长啮合。 （ 2 ）防止同时挂入两个挡。 （ 3 ）防止误挂入倒挡。 1 ．自锁装置 2 ．互锁装置 （ 1 ）钢球式互锁装置。 （ 2 ）钳口式互锁装置。 图 3-33 　自锁和互锁装置 1 —自锁钢球； 2 —自锁弹簧； 3 —变速器盖； 4 —互锁钢球； 5 —互锁销； 6 —拨叉轴 图 3-34 　钢球式互锁装置工作原理 1 、 2 、 3 —拨叉轴； 4 、 6 —互锁钢球； 5 —互锁销 图 3-35 　钳口式互锁装置 3 ．倒挡锁装置 为防止误挂倒挡，操纵机构中应设有倒挡锁。 它有弹簧锁销式、锁片式、扭簧式、锁簧式等多种形式，应用最多的是弹簧锁销式。 图 3-36 　倒挡锁装置 3.5 　分动器 一、分动器的功能 （ 1 ）将变速器输出的动力分配到各驱动桥 （ 2 ）兼起副变速器的作用 （ 3 ）降速增扭 二、分动器的构造 1 ．齿轮传动机构 （ 1 ） 3 个输出轴式分动器。 ① 结构。 图 3-37 　 3 个输出轴式分动器 1 —输入轴； 2 —分动器壳； 3 、 5 、 6 、 9 、 10 、 13 、 15 —齿轮； 4 —换挡接合套； 7 —分动器盖； 8 —后桥输出轴； 11 —中间轴； 12 —中桥输出轴； 14 —换挡拨叉； 16 —前桥接合套； 17 —前桥输出轴 ② 工作情况。 空挡：图 3-38 所示为分动器空挡位置。 高速挡：将接合套 4 左移与齿轮 13 的齿圈接合时为高速挡，动力→输入轴 l →齿轮 3 →齿轮 13 →接合套 4 →中间轴 8 →齿轮 9 ，再分别经齿轮 6 、 11 传到输出轴 7 和 10 。 低速挡：将接合套 14 右移，轴 15 和 9 相连接，便接上了前驱动桥，再将接合套 4 右移与齿轮 12 的齿圈接合时为低速挡，动力→输入轴→齿轮 5 →齿轮 12 →接合套 4 →中间轴 8 →齿轮 9 ，再分别传到输出轴 7 、 10 、 15 ，三轴的转速相同。 图 3-38 　 3 个输出轴式分动器空挡位置 l —输入轴； 2 —分动器壳； 3 、 5 、 6 、 9 、 11 、 12 、 13 —齿轮； 4 —换挡接合套； 7 —后桥输出轴； 8 —中间轴； 10 —中桥输出轴； 14 —前桥接合套； 15 —前桥输出轴 （ 2 ）两个输出轴式分动器。 ① 结构。 ② 工作情况。 高速挡：换挡齿毂 7 左移与太阳轮 6 的内齿接合为高速挡（传动比为 l ）。动力→输入轴 l →太阳轮 6 →齿毂 7 →后桥输出轴 10 。 低速挡：接合套 8 右移与齿轮 9 接合，齿毂 7 右移与行星架 5 接合，分动器处于四轮驱动低挡（ 4l ）。动力→输入轴 l →太阳轮 6 →行星轮 3 →行星架 5 →换挡齿毂 7 →输出轴 10 →后桥→花键毂 17 →齿轮 9 →链条 16 →齿轮 14 →前桥输出轴 15 。 图 3-39 　典型两轴式分动器的结构示意图 l —输入轴； 2 —分动器壳； 3 —行星轮； 4 —齿圈； 5 —行星架； 6 —太阳轮； 7 —换挡齿毂； 8 —接合套； 9 、 14 —齿轮； 10 —后桥输出轴； 11 —转子式油泵； 12 —里程表驱动齿轮； 13 —油封； 15 —前桥输出轴； 16 —锯齿式链条； 17 —花键毂 2 ．操纵机构 （ 1 ）对操纵机构的要求。 ①非先接上前桥，不得换入低挡；非先退出低挡，不得摘下前桥。为此要有互锁装置。 ② 为防止自动换挡和脱挡，须有自锁装置。 （ 2 ）操纵机构的构造。操纵机构由操纵杆、杠杆机构（或摆板机构）、拨叉轴、拨叉、自锁及互锁装置等组成。 互锁装置有钉式、板式、球销式和摆板滑槽凸面式。 图 3-40 　螺钉式互锁装置 1 —换挡操纵杆； 2 —前桥操纵杆； 3 —螺钉； 4 、 7 —传动杆； 5 —换挡拨叉； 6 —前桥接合套拨叉； 8 —摇臂； 9 —轴； 10 —支撑臂 图 3-41 　球销式互锁装置 l —前桥接合叉轴； 2 —互锁销； 3 —高低挡变速叉轴； 4 —自锁钢球； 5 —弹簧； 6 —螺塞 图 3-42 　摆板滑槽凸面式互锁装置 l —自锁弹簧； 2 —自锁销； 3 —摆板； 4 —滑槽； 5 —高低挡拨叉； 6 —接、摘前桥驱动拨叉； 7 —凸面； 8 —转轴； n —空挡； 4h —四轮驱动高挡； 2h —两轮（后轮）驱动高挡； 4l —四轮驱动低挡 3.6 　变速器的常见故障与维修 一、漏油 1 ．现象 变速器盖周边、壳体侧盖周边、加油口螺塞、放油口螺塞、第一轴回油螺纹、第二轴油封（或回油螺纹）或各轴承盖等处有明显漏油痕迹。 2 ．原因 （ 1 ）结合平面变形或加工粗糙。 （ 2 ）结合平面处密封垫片太薄、硬化或损坏。 （ 3 ）变速器盖、壳体侧盖和轴承盖等处固定螺钉松动或上紧顺序不符合要求。 （ 4 ）油封与轴颈安装不同轴，油封装反，油封本身磨损、硬化或轴颈与轴不同轴。 （ 5 ）回油螺纹与轴颈安装不同轴，回油螺纹沟槽污物沉积严重或有加工毛刺阻碍回油。 （ 6 ）油封轴颈磨损成沟槽。 （ 7 ）加油口盖、放油口螺栓松动或螺纹损坏。 （ 8 ）壳体有铸造缺陷或裂纹。 3 ．诊断方法 图 3-43 　变速器漏油诊断流程图 二、异响 1 ．现象 变速器齿轮的啮合声、轴承的运转声等噪声太大；变速器发出干磨、撞击等不正常响声。 2 ．原因 （ 1 ）滚动轴承缺油（如第一轴前导轴承），滚珠磨损失圆，滚道有麻点、脱层、伤痕，内外滚道在轴上或壳体内转动，或轴承间隙太大。 （ 2 ）齿轮加工精度差或热处理工艺不当等造成齿轮偏摇或齿形发生变化。 （ 3 ）齿隙过大或花键配合间隙太大。 （ 4 ）修复过的齿面没有对毛刺、凸起等进行修整。 （ 5 ）齿面剥落、脱层、缺损、磨损过甚或换件修复中齿轮未成对更换。 （ 6 ）第一轴、第二轴或中间轴弯曲变形。 （ 7 ）壳体轴承孔镗孔镶套修复后，使两孔中心距发生变动或使两轴线不平行。 （ 8 ）经修复后的变速叉弯度不对或变速叉磨损后单边堆焊太厚，致使相关齿轮位置不准。 （ 9 ）第二轴紧固螺母松动或其他各轴轴向定位失准。 （ 10 ）自锁装置凹槽、钢球磨损过甚或自锁弹簧疲劳、折断，造成挂挡时越位。 （ 11 ）个别齿轮断裂。 （ 12 ）齿轮油不足、变质、规格不符合要求或油中有杂物。 3 ．诊断方法 图 3-44 　变速器异响诊断流程图 三、跳挡 1 ．现象 汽车重载加速或爬越斜坡时，变速杆有时从某挡自动跳回到空挡位置。 2 ．原因 （ 1 ）相啮合的一对离合器式齿轮在啮合部位磨损成锥形。 （ 2 ）由于离合器壳后孔中心位置变动、离合器壳与变速器壳接合平面相对曲轴轴线的垂直度变动或第一轴、第二轴轴承过于松旷等原因，造成第一轴、第二轴、曲轴三者不在同一轴线上。 （ 3 ）挂入挡位后齿轮啮合未达轮齿全长或自锁钢球未进入凹槽内。 （ 4 ）各轴轴向间隙或径向间隙太大。 （ 5 ）有多道常啮齿轮的变速器，装在第二轴上的常啮齿轮轴向间隙或径向间隙太大。 （ 6 ）自锁装置凹槽、钢球磨损严重或自锁弹簧疲劳、折断。 3 ．诊断方法 图 3-45 　变速器跳挡诊断流程图 四、挂挡困难 1 ．现象 离合器技术状况良好，且变速器操纵机构工作困难，挂挡困难。 2 ．原因 同步器故障。 3 ．故障诊断与排除方法 （ 1 ）检查同步器锁环的内锥面螺旋槽磨损情况。 （ 2 ）检查同步器滑块在花键毂内的滑动情况。 （ 3 ）检查同步器花键毂与接合套的轴向移动，轴向移动应无卡滞现象。 （ 4 ）如同步器技术状况良好而仍出现挂挡困难时，则应检查变速器的其他机构。