变速器的变速传动机构

本节主要介绍有级式变速器的变速传动机构。

3.2.1 有级式变速器变速传动机构

1.有级式变速器传动机构的组成

有级式变速器传动机构主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。

2.有级式变速器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，如图3-1所示。

图3-1 变速器传动机构改变传动比的工作原理示意图

(2)通过增加传动齿轮的对数，以实现倒挡。前进挡时，动力由第一轴直接传给第二轴，只经过一对齿轮传动，两轴转动方向相反。倒挡时，动力由第一轴传给倒挡轴，再由倒挡轴传给第二轴，经过两对齿轮传动，第一轴与第二轴转动方向相同。图3-2所示为前进挡与倒挡的对比示意图，图3-3所示为变速器传动机构实现倒挡的工作原理示意图。

图3-2 前进挡与倒挡的对比示意图

(a)前进挡;(b)倒挡

图3-3 变速器传动机构实现倒挡的工作原理示意图

3.常见的换挡方式

1)利用滑动齿轮换挡

滑动选择式变速器采用平行的两根轴或多根轴，通过移动直齿啮合齿轮副中的一个齿轮，使之与另一个齿轮进行啮合或退出啮合，而实现挂挡或退挡，如图3-4所示。当其中一个齿轮正在转动，另一个齿轮进入啮合十分困难、传动冲击大、噪声大、承受能力低，因此利用此种换挡方式的变速器仅适用于农用和工业机械;而在轿车变速器中滑动选择式换挡形式的应用越来越少，现在汽车仅在倒挡上使用此种换挡方式。

图3-4 利用滑动齿轮换挡示意图

2)利用接合套换挡

接合套式变速器同样应用于平行轴式变速器，其轴上装有啮合齿轮，通过使用滑动接合套锁定空转齿轮来实现传动比的改变，如图3-5所示。欲挂上某一挡时，拨动接合套使之与花键毂及接合齿圈同时啮合，即挂入改挡。相对于滑动选择式变速器，其齿轮和接合套上的花键齿均有圆角，使换挡冲击减小，但在齿轮换挡时仍有齿轮碰撞。

图3-5 利用接合套换挡示意图

3)利用同步器换挡

图3-6所示为利用同步器换挡示意图，具体内容在后面章节做详细介绍。

图3-6 利用同步器换挡示意图

3.2.2 两轴式变速器变速传动机构

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)、倒挡轴、各挡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。大部分轿车都采用两轴式变速器。

这类变速器主要由输入和输出两根轴组成。与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，在一般挡位只经过一对齿轮就可以将输入轴的动力传至输出轴，所以传动效率要高一些。同样因为任何一挡都要经过一对齿轮传动，所以任何一挡的传动效率又都不如三轴变速器直接挡的传动效率高。

图3-7所示为两轴五挡变速器装置简图，这是一个横置式变速器。与纵置式变速器相比，横置式变速器没有成90°角的动力传递，传动效率要提高1%左右。横置式变速器受布置空间的限制，传递功率有限，只适合在中、低级轿车上使用，捷达、富康、夏利等轿车采用这种布置形式。纵置式变速器不受这种限制，适合在中、高级轿车上使用。

图3-7 两轴五挡变速器装置简图

1—输入轴五挡齿轮;2，12，14，15，27—轴承;3—输入轴四挡齿轮;4，29—接合套;5—变速器壳体;6—通气器;7—输入轴三挡齿轮;8—输入轴二挡齿轮;9—输入轴倒挡齿轮;10—输入轴一挡齿轮;11—离合器壳体;13—输入轴;16—主减速器主动齿轮;17—主减速器从动齿轮;18—输出轴一挡齿轮;19—输出轴倒挡齿轮;20—输出轴二挡齿轮;21—输出轴三挡齿轮;22—车速里程表传动齿轮;23—输出轴四挡齿轮;24—输出轴;25—输出轴五挡齿轮;26—放油塞;28—后壳体

在输入轴上，从左向右依次排有一挡、倒挡、二挡、三挡、四挡和五挡齿轮，其中三、四、五挡齿轮是通过轴承活套在输入轴上的。在三挡、四挡齿轮之间和五挡齿轮之后，都有通过花键与输入轴固装的花键毂。在输出轴上，与输入轴上齿轮对应的有一挡、二挡、三挡、四挡和五挡齿轮，其中一、二挡齿轮是通过轴承活套在输出轴上的。在一挡、二挡齿轮之间有通过花键与输出轴固装的花键毂，在此花键毂外的接合套上制有倒挡从动齿轮。主减速器主动齿轮与输出轴做成一体，位于输出轴最左端。

当三个接合套都位于花键毂中央时，变速器处于空挡状态;当变速器操纵机构将输出轴花键毂上接合套向左推时，一挡从动齿轮与输出轴连为一体，动力由输入轴经一挡主、从动齿轮传到输出轴。当此接合套位于中间位置时，其上边齿轮正好与输入轴倒挡齿轮相对。当变速器倒挡轴上的倒挡齿轮(图中未画出)被拨到与这两个齿轮相啮合位置时，输入轴上的动力就会经倒挡齿轮传到输出轴上。挂其余各挡的情况与挂一挡的情况相类似。

桑塔纳2000轿车两轴式变速器结构如图3-8所示，其各挡的变换如图3-9至图3-13所示。

图3-8 桑塔纳2000轿车两轴式变速器结构

图3-9 桑塔纳2000轿车的空挡

图3-10 桑塔纳2000轿车挂入一挡

图3-11 桑塔纳2000轿车挂入三挡

图3-12 桑塔纳2000轿车挂入五挡

图3-13 桑塔纳2000轿车挂入倒挡

3.2.3 三轴式变速器变速传动机构

三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)、中间轴、倒挡轴、各挡齿轮操纵机构等所构成，如图3-14所示。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，直接挡除外。

图3-14 解放CA1091型汽车三轴五挡变速器传动机构示意图

三轴五挡变速器有五个前进挡和一个倒挡，第一轴和第一轴常啮合齿轮为一个整体，是变速器的动力输入轴。第一轴前部花键插于离合器从动盘毂中。在中间轴上制有(或固装)六个齿轮，作为一个整体而转动。最前面的齿轮与第一轴常啮合齿轮相啮合，称为中间轴常啮合齿轮，从离合器输入第一轴的动力经这一对常啮合齿轮传到中间轴各齿轮上。向后依次称各齿轮为中间轴三挡、二挡、倒挡、一挡和五挡齿轮。在第二轴上，通过花键固装有三个花键毂，通过轴承安装有二轴各挡齿轮。其中从前向后，在第一和第二花键毂之间装有三挡和二挡齿轮，在第二和第三花键毂之间装有一挡和五挡齿轮，它们分别与中间轴上各相应挡齿轮相啮合。在三个花键毂上分别套有带有内花键的接合套，并设有同步机构。通过接合套的前后移动，可以使花键毂与相邻齿轮上的接合齿圈连接在一起，将齿轮上的动力传给第二轴。其中在第二个接合套上还制有倒挡齿轮。第二轴前端插入第一轴齿轮的中心孔内，两者之间设有滚针轴承。第二轴后端通过凸缘与万向传动装置相连。

当变速器第一轴被离合器从动片驱动时，第一轴常啮合齿轮通过中间轴常啮合齿轮带动中间轴转动，中间轴上各挡齿轮又带动第二轴上相应各挡齿轮转动。在各接合套都位于花键毂中央，未挂挡时，第二轴上各挡齿轮都在第二轴上空转，第二轴不输出动力，变速器处于空挡状态;当变速器操纵机构将第二轴上某一挡齿轮的接合齿圈与其邻近的花键毂通过接合套挂通时，已传到中间轴齿轮的动力经过中间轴和第二轴上的这一对齿轮、接合套及花键毂又传到第二轴上，变速器处于该挡工作状态。当第一花键毂通过接合套与前面第一轴常啮合齿轮的接合齿圈挂通时，来自输入轴的动力直接传到输出轴上，这时变速器的传动效率最高，这一挡位称为直接挡。

为了能够在发动机曲轴转动方向不变的情况下倒车行驶，在变速器中设置了倒挡轴。倒挡齿轮通过轴承活套在倒挡轴上(图中未画出)。当第二接合套位于中间位置时，其上边齿轮正好与中间轴倒挡齿轮相对。用换挡拨叉把倒挡齿轮拨到与这两个齿轮相啮合位置，中间轴上的动力就会经倒挡齿轮、第二接合套上的齿轮和第二花键毂传到第二轴上。倒挡齿轮起到了改变转动方向的作用。

变速器处在某一挡位时，输入轴与输出轴的转速之比称为变速器该挡的传动比。对于三轴变速器，其传动比可以用下式计算:

例如解放CA1091型汽车五挡变速器第三挡的传动比:

3.2.4 防止自动跳挡的措施

利用接合套换挡的变速器，由于接合套与齿圈的接合长度较短，同时汽车行驶时需要经常换挡，频繁拨动接合套将使齿端发生磨损。汽车行驶中可能会因振动等原因造成接合套与齿圈脱离啮合，即发生自动跳挡。

通过以下结构措施可以防止自动跳挡。

(1)接合套和接合齿圈的齿端制成倒斜面，如图3-15所示。

图3-15 齿端制成倒斜面的机构示意图

Q—防止跳挡的轴向力

(2)切薄花键毂齿端的齿厚，如图3-16所示。

图3-16 切薄花键毂齿端齿厚的机构示意图

Q—防止跳挡的轴向力

(3)接合套的齿端制成凸肩，如图3-17所示。

图3-17 接合套的齿端制成凸肩的机构示意图