检修手动变速器的操纵机构

时间：2023-11-06 百科知识版权反馈

【摘要】：手动变速器操纵机构功用是保证驾驶员能准确可靠地将变速器挂入所需要的档位，并可随时退至空档。变速器操纵机构按照变速操纵杆（变速杆）位置的不同，可分为直接操纵式和远距离操纵式两种类型。如图3－3所示，解放CA1091中型货车六档变速器操纵机构就采用这种形式。多用于发动机前置后轮驱动的车辆。

学习任务2　检修手动变速器的操纵机构

学习任务描述

客户驾驶一辆桑塔纳2000轿车，在低档起步时，汽车起步不灵敏甚至不能起步；行驶过程中欲挂的档位不能顺利挂入，还伴有齿轮撞击的声音；汽车加速行驶时，行驶速度不能随发动机的转速升高而升高，并产生糊味和冒烟等现象。于是打救援电话，4S店将问题车辆拖至维修部门，维修人员经过测试之后，确定现象与车主所述一致，根据以往经验判断此故障很有可能是汽车挂档困难引起的，请你维修该车辆。

相关知识学习

一、换档操纵机构

手动变速器操纵机构功用是保证驾驶员能准确可靠地将变速器挂入所需要的档位，并可随时退至空档。变速器操纵机构按照变速操纵杆（变速杆）位置的不同，可分为直接操纵式和远距离操纵式两种类型。目前汽车中手动、普通齿轮变速器换档执行方式有两种：一是采用直齿滑动齿轮，如东风EQ1092的一、倒档的换档方式；二是采用同步器换档，这种方式应用最广泛，几乎所有的变速器都是采用同步器进行换档。

（一）直接操纵式

这种形式的变速器布置在驾驶员座椅附近，变速杆由驾驶室底板伸出，驾驶员可以直接操纵。如图3－3所示，解放CA1091中型货车六档变速器操纵机构就采用这种形式。多用于发动机前置后轮驱动的车辆。

图3－3　解放CA1091中型货车六档变速器直接操纵式操纵机构

1－五、六档拨叉；2－三、四档拨叉；3－一、二档拨块；4－五、六档拨块；5－一、二档拨叉；6－倒档拨叉；7－五、六档拨叉轴；8－三、四档拨叉轴；9－一、二档拨叉轴；10－倒档拨叉轴；11－换档轴；12－变速杆；13－叉形拨杆；14－倒档拨块；15－自锁弹簧；16－自锁钢球；17－互锁销

拨叉轴7、8、9和10的两端均支承于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、四档拨叉2的上端具有拨块。拨叉2和拨块3、4、14的顶部制有凹槽。变速器处于空档时，各凹槽在横向平面内对齐，叉形拨杆13下端的球头即伸入这些凹槽中。选档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绕换档轴11的轴线摆动，从而使叉形拨杆下端球头对准与所选档位对应的拨块凹槽，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，即可实现挂档。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即沿纵向向前移动一定距离，便可挂入二档；若向后移动一段距离，则挂入一档。当使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，便挂入倒档。

各种变速器由于档位数及档位排列位置不同，其拨叉和拨叉轴的数量及排列位置也不相同。例如，上述的六档变速器的六个前进档用了三根拨叉轴，倒档独立使用了一根拨叉轴，共有四根拨叉轴；而东风EQ1092的五档变速器具有三根拨叉轴，其二、三档和四、五档各占一根拨叉轴，一档和倒档共用一根拨叉轴。

（二）远距离操纵式

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，构成远距离操纵机构。这种操纵机构多用于发动机前置前轮驱动的轿车，如桑塔纳2000轿车的5档手动变速器，由于其变速器安装在前驱动桥处，远离驾驶员座椅，需要采用这种操纵方式，如图3－4所示。

图3－4　桑塔纳2000轿车5档手动变速器的远距离操纵机构

1－支撑杆；2－内换档杆；3－换档杆接合器；4－外换档杆；5－倒档保险档块；6－换档手柄座；7－变速杆；8－换档标记

而在变速器壳体上具有类似于直接操纵式的内换档机构，如图3－5所示。

图3－5　桑塔纳2000轿车5档手动变速器的内换档机构

1－五、倒档拨叉轴；2－三、四档拨叉轴；3－定位拨销；4－倒档保险挡块；5－内换档杆；6－定位弹簧；7－一、二档拨叉轴

另外，有些轿车和轻型货车的变速器，将变速杆安装在转向柱管上，如图3－6所示，因此，在变速杆与变速器之间也是通过一系列的传动件进行传动的，这也是远距离操纵方式。它具有变速杆占据驾驶室空间小、乘坐方便等优点。

图3－6　柱式换档操纵机构

二、换档锁装置

为了保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作，变速器操纵机构一般都具有换档锁装置，包括自锁装置、互锁装置和倒档锁装置。

（一）自锁装置

自锁装置用于防止变速器自动脱档或挂档，并保证轮齿以全齿宽啮合。大多数变速器的自锁装置都采用自锁钢球对拨叉轴进行轴向定位锁止。如图3－7所示，在变速器盖中钻有3个深孔，孔中装入自锁钢球和自锁弹簧，其位置正处于拨叉轴的正上方，每根拨叉轴对着钢球的表面沿轴向设有3个凹槽，槽的深度小于钢球的半径。中间的凹槽对正钢球时为空档位置，前边或后边的凹槽对正钢球时则处于某一工作档位置，相邻凹槽之间的距离保证齿轮处于全齿长啮合或是完全退出啮合。凹槽对正钢球时，钢球便在自锁弹簧的压力作用下嵌入该凹槽内，拨叉轴的轴向位置便被固定，不能自行挂档或自行脱档。当需要换档时，驾驶员通过变速杆对拨叉轴施加一定的轴向力，克服自锁弹簧的压力而将自锁钢球从拨叉轴凹槽中挤出并推回孔中，拨叉轴便可滑过钢球进行轴向移动，并带动拨叉及相应的接合套或滑动齿轮轴向移动，当拨叉轴移至其另一凹槽与钢球相对正时，钢球又被压入凹槽，驾驶员具有很强的手感，此时拨叉所带动的接合套或滑动齿轮便被拨入空档或被拨入另一工作档位。

图3－7　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

（二）互锁装置

互锁装置用于防止同时挂上两个档位。如图3－8所示，互锁装置由互锁钢球和互锁销组成。当变速器处于空档时，所有拨叉轴的侧面凹槽同互锁钢球、互锁销都在一条直线上。当移动中间拨叉轴3时，如图3－8（a）所示，轴3两侧的内钢球从其侧凹槽中被挤出，而两外钢球2 和4则分别嵌入拨叉轴1和轴5的侧面凹槽中，因而将轴1和轴5刚性地锁止在其空档位置。若欲移动拨叉轴5，则应先将拨叉轴3退回到空档位置。于是在移动拨叉轴5时，钢球4便从轴5的凹槽中被挤出，同时通过互锁销6和其他钢球将轴3和轴1均锁止在空档位置，如图3－8（b）所示。同理，当移动拨叉轴1时，则轴3和轴5被锁止在空档位置，如图3－8（c）所示。由此可知，互锁装置工作的机理是：当驾驶员用变速杆推动某一拨叉轴时，自动锁止其余拨叉轴，从而防止同时挂上两个档位。

图3－8　互锁装置工作示意图

l、3、5－拨叉轴；2、4－互锁钢球；6－互锁销

有的三档变速器将自锁和互锁装置合二为一，如图3－9所示，其中a＝b。

图3－9　合二为一的自锁和互锁装置

1－锁销；2－锁止弹簧；3－拨叉轴

（三）倒档锁装置

倒档锁装置用于防止误挂倒档。如图3－10所示为常见的锁销式倒档锁装置。当驾驶员想挂倒档时，必须用较大的力作用于变速杆4下端压缩弹簧2，将锁销推入锁销孔内，才能使变速杆下端进入拨块3的凹槽中进行换档。由此可见，倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力，才能挂入倒档，起到警示注意作用，以防误挂倒档。

图3－10　锁销式倒档锁装置

1－倒档锁销；2－倒档锁弹簧；3－倒档拨块；4－变速杆

三、同步器的装置

（一）功用

同步器的功用是使接合套与待啮合的齿圈迅速同步，缩短换档时间；且防止在同步前啮合而产生换档冲击。

想一想：如果没有同步器，变速器的换档的过程是怎样的呢？带着这样的问题，我们进入下面的学习。

（二）无同步器的换档过程

以无同步器五档变速器的四、五档互换为例进行介绍，图3－11所示为其结构简图，采用接合套进行换档。

图3－11　无同步器五档变速器的四、五档简图

1－一轴；2－一轴常啮合齿轮；3－接合套；4－二轴四档齿轮；5－二轴；6－中间轴四档齿轮；7－中间轴；8－中间轴常啮合齿轮；9－花键毂

1．低档换高档（四档换五档）

变速器在四档工作时，接合套3与二轴四档齿轮4上的接合齿圈啮合，两者接合齿圆周速度v₃＝v₄。欲换入五档时，驾驶员先踩下离合器踏板，离合器分离，再通过变速操纵机构将接合套3左移，处于空档位置。此时仍是v₃＝v₄，因二轴四档齿轮4的转速低于一轴常啮合齿轮2的转速，圆周速度v₄＜v₂。所以在换入空档的瞬间，v₃＜v₂，为避免齿轮冲击，不应立即换入五档，应先在空档停留片刻。在空档位置时，变速器输入轴各零件已与发动机中断了动力传递且转动惯量较小，再加上中间轴齿轮有搅油阻力，所以v₂下降较快，如图3－12（a）所示；而整个汽车的转动惯性大，导致接合套3（与第二轴转速相同）的圆周速度v₃下降慢，因图3－12（a）中两直线v₃、v₂的倾斜度不同而相交，交点即为同步状态（v₃＝v₂）。此时将接合套左移与齿轮2上的齿圈啮合挂入五档，不会产生冲击。但自然减速出现同步的时刻太晚，应在摘下四档后，立即抬起离合器踏板，利用发动机怠速工况迫使一轴更快地减速，v₂下降较快，如图3－20（a）中虚线所示，同步点出现得早，缩短了换档时间。

2．高档换低档（五档换四档）

变速器在五档工作时以及由五档换入空档的瞬间，接合套3与一轴常啮合齿轮2接合齿圈圆周速度相同，即v₃＝v₂，因v₂＞v₄，故v₃＞v₄，如图3－12（b）所示。但在空档时v₄下降得比v₃快，即v₄与v₃不会出现相交点，不可能达到自然同步状态。所以驾驶员应在变速器退回空档后，立即抬起离合器踏板，同时踩下加速踏板，使发动机连同离合器从动盘和一轴都从B点开始升速，让v₄＞v₃，如图3－12（b）中虚线所示，再踩下离合器踏板稍等片刻，v₃＝v₄（同步点A），即可换入四档。

图3－12　无同步器的换档过程

（a）低档换高档；（b）高档换低档

图3－12（b）中还有一次同步时刻A′，利用这一点来缩短换档时间，由于此点是踩加速踏板过程中出现的，要求有熟练的操作技能。

由此可见，欲使无同步器变速器换档时不产生换档冲击，需采取较复杂的操作，不仅易使驾驶员产生疲劳，且降低齿轮的使用寿命。

同步器是在接合套的基础上进一步发展起来的，下面通过介绍的同步器结构和原理来进一步了解同步器的功用。

（三）同步器的构造及工作原理

目前所采用的同步器几乎都是摩擦式惯性同步器，按锁止装置不同，可分为锁环式惯性同步器和锁销式惯性同步器。

1．锁环式惯性同步器

锁环式同步器的结构如图3－13所示，花键毂7用内花键套装在二轴外花键上，用垫圈、卡环轴向定位。花键毂7两端与齿轮1和4之间各有一个青铜制成的锁环（即同步环）5和9。

图3－13　锁环式惯性同步器

1－—轴常啮合齿轮的接合齿圈；2－滑块；3－拨叉；4－二轴齿轮；5、9－锁环（同步环）；6－弹簧圈；7－花键毂；8－接合套；10－环槽；11－三个轴向槽；12－缺口

锁环上有短花键齿圈，其花键的尺寸和齿数与花键毂、齿轮1和4的外花键齿相同。两个齿轮和锁环上的花键齿，靠近接合套8的一端都有倒角（锁止角），与接合套齿端的倒角相同。锁环有内锥面，与齿轮1、4的外锥面锥角相同。在环锁内锥面上制有细密的螺纹（或直槽），当锥面接触后，它能及时破坏油膜，增加锥面间的摩擦力。锁环内锥面摩擦副称为摩擦件，外沿带倒角的齿圈是锁止件，锁环上还有三个均布的缺口12。三个滑块2分别装在花键毂7上三个均布的轴向槽11内，沿槽可以轴向移动。滑块被两个弹簧圈6的径向力压向接合套，滑块中部的凸起部位压嵌在接合套中部的环槽10内。滑块和弹簧是推动件。滑块两端伸入锁环5的缺口12中，滑块窄缺口宽，两者之差等于锁环的花键齿宽。锁环相对滑块顺转和逆转都只能转动半个齿宽，且只有当滑块位于锁环缺口的中央时，接合套与锁环才能接合。

以二档换三档为例，说明同步器的工作原理，如图3－14所示。

图3－14　锁环式惯性同步器工作原理

1－待啮合齿轮的接合齿圈；2－滑块；8－接合套；9－锁环（同步环）

（1）空档位置：接合套8刚从二档退入空档时，如图3－14（a）所示，三档齿轮1、接合套8、锁环9以及与其有关联的运动件，因惯性作用而沿原方向继续旋转（图示箭头方向）。由于齿轮1是高档齿轮（相对于二档齿轮来说），所以接合套8、锁环9的转速低于齿轮1的转速。

（2）挂档：欲换入三档时，驾驶员通过变速杆使拨叉3推动接合套8连同滑块2一起向左移动，如图3－14（b）所示，滑块又推动锁环移向齿轮1，使锥面接触。驾驶员作用在接合套上的轴向推力，使两锥面有正压力N，又因两者有转速差，所以产生摩擦力矩。通过摩擦作用，齿轮1带动锁环相对于接合套向前转动一个角度，使锁环缺口靠在滑块的另一侧（上侧）为止，此时接合套的内齿与锁环上错开了约半个齿宽，接合套的齿端倒角面与锁环的齿端倒角面互相抵住。

（3）锁止：驾驶员的轴向推力使接合套的齿端倒角面与锁环的齿端倒角面之间产生正压力形成一个企图拨动锁环相对于接合套反转的力矩，称为拨环力矩。这样在锁环上同时作用着方向相反的摩擦力矩和拨环力矩，同步器的结构参数可以保证在同步前（存在摩擦力矩）拨环力矩始终小于摩擦力矩，所以在同步之前无论驾驶员施加多大的操纵力，都不会挂上档，即产生锁止作用，如图3－14c所示。

（4）同步啮合：随着驾驶员施加于接合套上的推力加大，摩擦力矩不断增加，使齿轮1的转速迅速降低。当齿轮1、接合套8和锁环9达到同步时，作用在锁环上的摩擦力矩消失。此时在拨环力矩的作用下，锁环9、齿轮1以及与之相连的各零件都对于接合套反转一角度，滑块2处于锁环缺口的中央如图3－14（c）所示，键齿不再抵触，锁环的锁止作用消除。接合套压下弹簧圈继续左移（滑块脱离接合套的内环槽而不能左移），与锁环的花键齿圈进入啮合。进而再与齿轮1进入啮合，如图3－14（d）所示，换入三档。

锁环式同步器尺寸小、结构紧凑、摩擦力矩也小，多用于轿车和轻型车辆。

以桑塔纳2000轿车五档变速器的同步器为例，在装配同步器时，花键毂的细槽应朝向接合套拨叉槽的对面一侧，如图3－15所示。花键毂上有3个凹口，接合套上有3个凹陷的内齿。安装时，3个凹口应与3个凹陷的内齿相吻合，这样可以安装滑块。再装弹簧圈，相互间隙120°，弹簧圈弯的一端应嵌入一个滑块中，如图3－16所示。

图3－15　装配同步器

图3－16　装入弹簧圈和滑块

2．锁销式惯性同步器

大、中型货车普遍采用锁销式惯性同步器，下面以东风EQ1092汽车五档变速器的四、五档同步器为例进行简介。四、五档锁销式惯性同步器的结构如图3－17所示。

图3－17　锁销式惯性同步器

1－一轴齿轮；2－摩擦锥盘；3－摩擦锥环；4－定位销；5－接合套；6－二轴四档齿轮；7－二轴；8－锁销；9－花键毂；10－钢球；1l－弹簧

两个带有内锥面的摩擦锥盘2，以其内花键分别固装在带有接合齿圈的斜齿轮1和6上，随齿轮一起转动。两个有外锥面的摩擦锥环3，其上有圆周均布的三个锁销8、三个定位销4与接合套5装在一起。定位销与接合套的相应孔是滑动配合，定位销中部切有一小段环槽，接合套钻有斜孔，内装弹簧11，把钢球10顶向定位销中部的环槽，使接合套处于空档位置，定位销随接合套能轴向移动。定位销两端伸入两锥环3内侧面的弧线形浅坑中，定位销与浅坑有周向间隙，锥环相对接合套在一定范围内作周向摆动。锁销中部环槽的两端和接合套相应孔两端切有相同的倒角；锁销与孔对中时，接合套才能沿锁销轴向移动；锁销两端铆接在锥环相应的孔中。2个锥环、3个锁销、3个定位销和接合套构成一个部件，套在花键毂9的齿圈上。

锁销式惯性同步器的工作原理与锁环式惯性同步器类似。

换档时接合套受到拨叉的轴向推力作用，通过钢球10、定位销4推动摩擦锥环3向前移动。因摩擦锥环与锥盘有转速差，故接触后的摩擦作用使锥环和锁销相对于接合套转过一个角度，锁销与接合套上相应孔的中心线不再同心，锁销中部倒角与接合套孔端的锥面相抵触，在同步前，作用在摩擦面的摩擦力矩总大于拨销力矩，接合套被锁止不能前移，防止在同步前接合套与齿圈进入啮合。同步后摩擦力矩消失，拨销力矩使锁销、摩擦锥盘和相应的齿轮相对于接合套转过一个角度，锁销与接合套的相应孔对中，接合套克服弹簧11的张力压下钢球并沿锁销向前移动，完成换档。