BBDC手动变速器和传动系基础.pdf

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1、BBDC 维修技术培训课程维修技术培训课程 初级自学教程 手动变速器和 传动系基础 出版编号：TBF00CP00104 出版年度：2005 安全注意事项 下面给出一些进行汽车维护作业时必须遵守的一般性警告： ? 佩戴安全防护眼镜以保护眼睛。 ? 按操作步骤要求在举升的车辆下进行工作 时，应在车下使用安全支架。 ? 确保点火开关始终处于 OFF 位置， 除非操 作步骤另有要求。 ? 在车上工作时，应施加驻车制动。如果是 自动变速器车辆，应将选档杆置于 PARK （驻车）档，除非特定操作要求置于其他 档位。如果是手动变速器车辆，应将档位 置于倒档（发动机关闭时）或空档（发动 机运转时） ， 除非特

2、定操作要求置于其他档 位。 ? 必须在通风良好的区域进行发动机的维修 工作，以防一氧化碳中毒。 ? 在发动机运转时，身体部位及衣服应远离 转动的部件，尤其是风扇和皮带。 ? 为防止严重烫伤，应避免接触高温金属部 件，例如散热器、排气歧管、尾管、催化 转换器和消声器。 ? 在车上工作时不得吸烟。 ? 为避免受伤，在开始工作前应摘掉戒指、 手表、项链，脱去宽松的衣服。长头发应 挽起固定于脑后。 ? 双手及其他物体不得接触风扇叶片。电动 冷却扇随时会因发动机温度升高而运转。 因此，必须确保电动冷却扇的电源完全断 开后，才能在冷却风扇附近进行操作。 警告：许多制动器摩擦片含有石棉纤维。在对制动器部件进

3、行维修时，应避免吸入其粉尘。吸入石棉 粉尘有害健康，可能导致癌症。 警告：许多制动器摩擦片含有石棉纤维。在对制动器部件进行维修时，应避免吸入其粉尘。吸入石棉 粉尘有害健康，可能导致癌症。 当用压缩空气或干刷方式清洁车辆时，从车轮制动器和离合器总成处扬起的粉尘或污垢可能含有有害 健康的石棉纤维。 车轮制动器总成和离合器面应使用推荐的石棉纤维专用吸尘器进行清洁。粉尘和污垢应使用可防止粉 尘暴扬的方法进行处置，例如使用密封袋。密封袋必须标有国家职业安全和卫生部门的使用说明，并将袋 中所装内容通知垃圾承运人。 如果手边没有用于盛装石棉的真空袋，清洁工作必须在水湿状态下进行。如果粉尘仍然产生，技术人 员

4、应戴上经政府认可的有毒粉尘过滤净化口罩。 手动变速器与传动系基础 目录 1 目录目录 目录. 1 第一课 概述 3 1.1 功率、扭矩与动力流 3 1.1.1 功率. 3 1.1.2 扭矩. 3 1.1.3 动力流. 3 1.2 基本传动系 3 1.2.1 前轮驱动. 4 1.2.2 四轮驱动. 4 1.2.3 全轮驱动. 4 1.3 传动系基本部件 5 1.3.1 离合器. 5 1.3.2 手动变速器. 5 1.3.3 传动轴. 5 1.3.4 后桥与差速器 . 5 1.3.5 分动器. 5 1.3.6 手动变速驱动桥 . 5 第二课 离合器. 6 2.1 离合器系统 6 2.2 离合器部件

5、 6 2.2.1 飞轮. 6 2.2.2 离合器片. 6 2.2.3 压盘. 7 2.2.4 离合器分离叉 . 8 2.2.5 分离轴承. 8 2.2.6 导向轴承. 8 2.3 离合器联动装置 9 2.3.1 手动杆系. 9 2.3.2 液压系统. 9 2.4 离合器工作原理 9 第三课 变速器/变速驱动桥.11 3.1 概述 11 3.1.1 齿轮. 11 3.1.2 速比. 13 3.2 手动变速器 14 3.2.1 基本手动变速器的工作原理 . 14 3.2.2 手动变速器的部件 . 15 3.3 手动变速驱动桥 19 3.3.1 手动变速驱动桥工作原理 . 19 3.3.2 差速器工

6、作原理 . 20 3.3.3 输入轴与输出轴总成 . 21 3.3.4 倒档中间齿轮 . 22 3.3.5 换档杆系. 23 目录 手动变速器与传动系基础 2 第四课 传动轴和半轴 24 4.1 传动轴 24 4.1.1 传动系的工作角 . 24 4.1.2 分段式传动轴 . 24 4.1.3 传动轴部件. 25 4.1.4 传动轴工作原理 . 27 4.2 半轴 30 4.2.1 半轴工作原理 . 30 4.2.2 内侧等速万向节 . 30 4.2.3 轴. 31 4.2.4 外侧等速万向节 . 31 4.2.5 等速万向节密封套 . 31 第五课 后桥与差速器 32 5.1 后桥与差速器

7、32 5.1.1 后桥总成的型式 . 33 5.2 后桥差速器动力流 36 5.2.1 普通型差速器 . 36 5.2.2 限滑差速器. 37 第六课 分动器与 44 系统 38 6.1 4x4 传动系 38 6.2 分动器 38 6.2.1 分动器的型式 . 38 6.3 4x4 操纵机构 39 6.3.1 手动换档杆. 39 6.3.2 分动器换档杆 . 39 手动变速器与传动系基础 第一课 概述 3 第一课第一课 概述概述 1.1 功率、扭矩与动力流功率、扭矩与动力流 本课程讲述常见车辆所用的基本传动系的作 用、功能与工作原理。传动系包括变速器、传动 轴与车轿差速器或变速驱动桥。为了理解

8、传动 系的作用与功能，需要对讨论传动系时常用的一 些术语有所了解。即功率、扭矩与动力流。 1.1.1 功率 功率是做功的速度或速率。功率大，功就做 得快。例如，用马拉犁来犁地时，用一匹马犁一 垅地需要一定的时间。如果加一匹马，用两匹马， 则所需的时间可以减半。换句话说，提高功率可 以减少做同样工作所需的时间。 内燃机生成的功率通过传动系传给车轮。 但发动机只能在一个比较窄的转速范围内发 出功率。事实上，大多数汽车发动机仅在约 1,000 到 5,000 转/分之间的转速范围内发出可以有效利 用的功率。下面你就会看到，传动系使汽车克服 了发动机输出功率的这一局限。 1.1.2 扭矩 发动机不仅生

9、成功率，还产生扭矩。当燃油 在发动机气缸内燃烧时，活塞与连杆迫使曲轴转 动。这种转动的力量称为扭矩。简言之，扭矩就 是转动力或扭力。当技师用扳手拧紧螺栓时，扭 矩作用到螺栓上。螺栓拧紧后，就拧不动了，但 尽管没有拧动，技师的扭矩还加在螺栓上。所以 说扭矩是造成转动或试图造成转动的力。 内燃机产生的扭矩一般不足以直接驱动一辆 汽车，特别是发动机转速较低时。但是传动系可 以克服发动机的这个弱点。 传动系克服发动机功率和扭矩的局限首先是 将发动机的工作转速保持在可以输出功率的狭窄 范围内。然后使发动机的扭矩倍增以保证汽车能 够工作。 传动系利用齿轮的不同组合来完成这两 件任务。 1.1.3 动力流

10、由于我们要介绍传动系部件的工作原理，因 此要涉及到动力流的概念。所谓动力流就是动力 从发动机传到汽车驱动轮所经过的路径。 理解通过传动系部件的动力流是理解传动系 部件工作原理的基础。技师必须懂得部件的工作 原理才能正确诊断与修理传动系的问题。 1.2 基本传动系基本传动系 传动系的作用是将动力从发动机传给驱动 轮。传动系有多种不同的组合，不过大多可以归 入四种基本类型后轮传动（RWD） 、前轮驱动 （FWD） 、四轮驱动（4WD）或全轮驱动（AWD） 。 在后轮驱动式汽车上，发动机的动力经变速 器、传动轴与后桥差速器传给后轮。 基本的后轮传动系基本的后轮传动系 1. 发动机 2. 变速器 3.

11、 传动轴 4. 后桥差速器 5. 后桥 6. 万向节 7. 轮胎 8. 离合器与飞轮 第一课 概述 手动变速器与传动系基础 4 1.2.1 前轮驱动 基本的前轮传动系基本的前轮传动系 1. 左半轴 2. 右半轴 3. 变速驱动桥 在前轮驱动式汽车上，动力由发动机经变速 驱动桥与半轴传给前轮。 1.2.2 四轮驱动 基本的四轮传动系基本的四轮传动系 1. 后桥 2. 后传动轴 3. 分动器 4. 前传动轴 5. 锁止式轮毂 6. 前桥差速器 7. 发动机 8. 前桥 9. 变速器 10. 万向节 11. 后桥差速器 在四轮驱动式汽车上，发动机的动力经变速 器、分动器、传动轴与后桥差速器传给后轮。

12、 司机可以利用电子开关或手动操作杆选择前 桥加力。动力经变速器、分动器、前传动轴与前 桥差速器传到前轮。 1.2.3 全轮驱动 采用变速驱动桥的全轮传动系采用变速驱动桥的全轮传动系 1. 取力器 2. 后桥 3. 传动轴 4. 变速驱动桥 5. 半轴 在全轮驱动式汽车上，动力从发动机传到驱 动轮可以有许多方式，具体与车型有关。全轮驱 动式汽车不是采用变速驱动桥就是采用变速器。 采用变速驱动桥的全轮驱动汽车通过变速驱 动桥与半轴将动力传给前轮。动力通过变速驱动 桥、取力器（PTO） 、传动轴与后桥差速器传给 后轮。 采用变速器的全轮驱动式汽车，动力经变速 器、分动器、传动轴与后桥差速器传给后轮。

13、 动力经变速器、分动器、前传动轴与前桥差速 器传到前轮。 手动变速器与传动系基础 第一课 概述 5 1.3 传动系基本部件传动系基本部件 1.3.1 离合器 司机踩下离合器踏板时离合器将发动机与变 速器或变速驱动桥分离。当司机抬起踏板时，发 动机与变速器变速驱动桥接合，汽车开动。 1.3.2 手动变速器 手动变速器由一壳体内含多个齿轮组成。通 常用螺栓固定在发动机后面。发动机扭矩通过离 合器进入变速器。变速器的齿轮使发动机的扭矩 倍增将汽车开动。变速器另一项重要的工作是给 汽车提供倒档。手动变速器用于后轮驱动与四轮 传动式汽车上。 1.3.3 传动轴 传动轴将变速器或分动器输出轴的转动扭矩 传

14、给车轿与差速器。 1.3.4 后桥与差速器 后桥有多个作用。既作为悬架部件的安装点 又负责将来自传动轴的动力经半轴传给后轮。它 利用齿圈与小齿轮组实现传动。 该齿轮副使扭矩 从传动轴传到车轿时方向改变 90 度。由于小齿轮 比齿圈小很多，后桥还提供一级减速。齿圈与小 齿轮的齿数比称为速比。 后桥差速器的作用是使后桥的两个半轴能以 不同的速度转动。转弯时由于外侧车轮比内侧车 轮走的路要长因而转得要快一些，左右半轴必须 以不同的转速转动才能相适应。 1.3.5 分动器 分动器仅用于四轮驱动或全轮驱动式汽车。 分动器的作用是将动力分别传给后桥与前桥。 许多分动器内有一齿轮减速机构，可以提供 一个低档

15、，速比一般为 2:1。 1.3.6 手动变速驱动桥 手动变速驱动桥与手动变速器十分相似。其 中也包含有齿轮机构，可以使经离合器过来的发 动机扭矩倍增。不过，有一个重要的区别。它还 提供以不同转速转动的驱动轮所需的差速作用。 因此基本上其作用相当于变速器加差速器。 第二课 离合器 手动变速器与传动系基础 6 第二课第二课 离合器离合器 2.1 离合器系统离合器系统 变速驱动桥离合器总成变速驱动桥离合器总成 1. 分泵 2. 分离轴承 3. 压盘 4. 离合器片 5. 导向轴承 6. 飞轮 7. 离合器踏板 8. 离合器总泵 离合器的作用是以可控制的方式将扭矩从发 动机传给变速器。司机踩下离合器踏

16、板时离合器 将发动机与变速器或变速驱动桥分离。当司机抬 起踏板时，发动机与变速器变速驱动桥接合， 汽车开动。 离合器在设计上须能保证接合与分离是逐渐 的并且是平滑的。不得由分离突然跳到接合状态。 要使汽车开动，发动机必须升到一定转速以获得 足够的功率。不能一下子使车轮转速达到发动机 的转速。 汽车行驶中换档也有类似的情况。驱动轮的 转速与发动机的转速不相同。为了使换档平稳， 离合器开始时须稍有些打滑，缓缓接触，然后再 逐渐抓牢。这样驱动轮就可以平缓起动，逐渐加 速，直到最后都以同样速度转动，离合器稳固接 合。 2.2 离合器部件离合器部件 离合器部件的尺寸与其所用于的汽车型式有 关。重型车使用

17、重型部件以保证离合器能够承受 汽车的负荷。不过，各种离合器都有六大件。即 飞轮、离合器片总成、压盘总成（盖、压盘、 内弹簧和操纵杆） 、离合器分离叉、分离轴承和导 向轴承。 2.2.1 飞轮 飞轮是整个离合器的装配基础。飞轮通过螺 栓接到发动机曲轴上并与曲轴一起转动。 飞轮表 面加工成平滑的表面以提供一个均匀的摩擦面。 由于飞轮很重，转动后可以帮助平滑发动机的点 火脉冲。 有的汽车使用一种称为双-质量飞轮的特殊飞 轮。这种飞轮内带减振弹簧可以进一步减小从发 动机传至变速器输入轴的点火脉冲与振动。 典型飞轮典型飞轮 2.2.2 离合器片 离合器片接收发动机的扭矩然后通过花键毂 传到变速器输入轴。

18、离合器片的两面与飞轮和压 盘接触的地方都有带凹槽的摩擦材料。 这些凹槽 使分离更为完全并增大了流过片上的冷却气流。 毂中的阻尼弹簧用来吸收发动机的振动脉冲。 注：大多数汽车采用单片离合器系统。有的 汽车采用多片离合器系统以保证有足够的扭力传 递。 手动变速器与传动系基础 第二课 离合器 7 典型的离合器片典型的离合器片 2.2.3 压盘 压盘总成用螺栓联接到发动机飞轮上。接合 时压盘对离合器片施压，使其紧贴在飞轮表面上。 压盘的一面加工成平滑表面。这面将离合器片压 到飞轮上。在压盘的另一面是离合器盖。离合器 盖用螺检固定在飞轮上，成为压盘作用弹簧的可 靠基础，使其能够推动压盘压靠到离合器片与飞

19、 轮上。 压盘类型压盘类型 虽然所有压盘作用都是一样的，但是型式有 多种。 膜片弹簧式压盘 膜片弹簧式压盘总成利用一锥形弹簧钢片将 压盘压靠在摩擦片和飞轮上。 弹簧的中心部分分 成若干个起分离杠杆作用的分离指。离合器分离 时，分离轴承被压向膜片弹簧的分离指，使弹簧 外缘撬离飞轮。此时，作用在压盘上的压紧力松 开，摩擦片与飞轮分离。 许多采用膜片式压盘的汽车都带有自动调节 器。更换离合器时，要先设置自动调节器然后再 将压盘装到车上。 膜片弹簧式压盘膜片弹簧式压盘 螺旋弹簧式压盘 有些汽车由于离合器片所需的作用力大，因 而多采用螺旋弹簧式压盘。这种压盘在离合器盖 和压盘之间设有若干螺旋弹簧。 当螺

20、旋弹簧式离合器分离时，分离轴承压靠 在固定在压盘上并等距分布的分离杠杆上。随着 杆的摆动，压盘靠向螺旋弹簧使弹簧压缩。将压 盘对离合器片和飞轮的作用力释放，使离合器得 以分离。 有的螺旋弹簧式压盘的分离杠杆上带有配 重，离合器转动时的离心力可以增加压盘对离合 器片的压力。 典型的螺旋弹簧式压盘典型的螺旋弹簧式压盘 第二课 离合器 手动变速器与传动系基础 8 2.2.4 离合器分离叉 典型离合器分离叉典型离合器分离叉 1. 离合器分离叉 2. 分离轴承 有的离合器总成采用分离叉来推动分离轴承 进出分离指或压盘的分离杠杆。分离叉装在变速 器上的一个球形支点上，利用杠杆作用使压盘接 合与分离。 离合

21、器分离叉常用于采用机械式杆系的变速 器上，不过也用于某些采用液压离合器的变速器。 2.2.5 分离轴承 典型分离轴承典型分离轴承 1. 分离套筒 2. 分离轴承 分离轴承是一个密封式滚珠轴承，作用于膜 片分离指或压盘的分离杠杆上使离合器分离。 分离轴承装在分离杠杆上或液压缸上。当司 机踩下离合器踏板时，分离轴承压入压盘分离指 或分离杠杆，迫使他们向内移动。从而释放压盘 的作用力，使离合器分离。分离轴承一般是装在 一个套筒上。 许多分离轴承设计成在完全松开离合器踏板 时与压盘接触。 2.2.6 导向轴承 许多汽车上使用了导向轴承。导向轴承装在 飞轮中心或者曲轴后端。其作用是为变速器的输 入轴提供

22、支承，使其能独立于曲轴转动。 有的前轮驱动式汽车的离合器系统不使用导 向轴承。 典型导向轴承典型导向轴承 手动变速器与传动系基础 第二课 离合器 9 2.3 离合器联动装置离合器联动装置 离合器联动装置是指离合器踏板和分离轴承 之间的连接杆件。有两种基本型式 带自动调节器的手动杆系 液压联动机构 2.3.1 手动杆系 有的汽车采用一种带自动调节器的拉索传动 机构。这种杆系将离合器踏板与分离叉连接起来。 在离合器踏板顶端接拉索的地方有一个自动调节 器，可以随着离合器片的磨损调节拉索。 工作时，弹簧加载的棘爪给分离轴承加了一 个轻度预压。棘爪与装在离合器踏板支点处的齿 扇接合。当离合器分离时，棘爪

23、与齿扇上的一个 齿啮合。如果离合器磨损，拉索松弛，棘爪便进 入扇形板的下一个齿，自动消除拉索的松弛，使 离合器保持正确的调整。 离合器手动杆系离合器手动杆系 1. 棘爪拉簧 2. 离合器拉索 3. 支点 4. 离合器踏板 5. 扇形板拉簧 6. 扇形板 7. 棘爪 2.3.2 液压系统 基本液压系统基本液压系统 1. 离合器总泵贮液罐 2. 离合器总泵 3. 离合器分泵与分离轴承 液压离合器控制机构利用油液压力推动分离 轴承靠压分离指或压盘分离杠杆。与制动系统类 似，也有总泵、液压管路和分泵。 当司机踩离合器踏板时，与总泵相连的操纵 臂迫使总泵活塞在缸内下行。 给总泵内的制动液施压，制动液又将

24、此压力 传给分泵。分泵活塞通过向外运动将此压力转换 为机械力。 这一机械作用将分离轴承顶入压盘分离指或 分离杠杆，使离合器分离。 2.4 离合器工作原理离合器工作原理 大多数轿车和轻型卡车使用单片干式离合 器。这种系统基本上是用两个盘片来夹挤位于其 间的一个盘片。中间的盘片是从动片。 由一个强力弹簧或弹簧组使两个主动片合 拢。夹紧中间的盘片直至三个盘片成为一个整体 转动。 发动机飞轮作为一个主动盘。其表面与摩擦 片贴合处加工成非常光滑的平面。另一个主动盘 称为压盘。它是一个比较重的铸铁盘，一面是光 滑的。压盘固接到离合器盖上，离合器盖通过螺 栓紧固到飞轮上，故三者一起转动。 第二课 离合器 手

25、动变速器与传动系基础 10 从动盘是一个平的钢片，钢片的两面衬有摩 擦材料。从动盘用花键与变速器的输入轴连接。 由于离合器片带内花键，套在变速器输入轴上， 因而输入轴转动时只能跟着转。但由于是直花键， 离合器片在输入轴上可以前后自由移动。 离合器分离离合器分离 1.飞轮 2.离合器片 3.压盘 4.弹簧 5.变速器输入轴 6.曲轴 当司机踩下离合器踏板时（离合器分离） ，压 盘被推离飞轮。 由于离合器片与飞轮脱离，发动 机不再驱动离合器片和变速器输入轴。 离合器分离使变速器输入轴停止转动，这样 汽车可以停下来而无需关闭发动机。如果汽车正 在行驶，卸掉输入轴上的扭矩可使变速器变速 驱动桥齿轮不承

26、受负荷从而能平滑换档。 当离合器踏板抬起时（离合器接合） ，压盘总 成将离合器片压靠在飞轮上。此举迫使离合器片 与飞轮一起转动从而带动变速器输入轴。 离合器接合离合器接合 手动变速器与传动系基础 第三课 变速器/变速驱动桥 11 第三课第三课 变速器变速器/变速驱动桥变速驱动桥 3.1 概述概述 在许多现代汽车的传动系中，手动变速器都 是一个重要的环节。手动变速器利用不同尺寸的 齿轮使发动机对驱动轮的扭矩放大。如果没有扭 矩放大，发动机在低转速下只能产生有限的扭矩。 如果没有足够的扭矩，汽车就不可能原地起步。 在正常工作条件下，发动机功率通过接合的 离合器传给变速器输入轴。输入轴将此功率传给

27、变速器的齿轮，改变扭矩和转速后送入传动系的 其它部分。 手动变速器应用于后轮驱动和四轮驱动式汽 车。前轮驱动式汽车采用手动变速驱动桥。虽然 手动变速器和变速驱动桥类似，但还是有很大的 区别。手动变速驱动桥的作用与手动变速器基本 相同。不过变速驱动桥还有一个附加功能：其中 包含有差速器，提供主减速和车轮差速作用。这 一作用是通过桥壳内的一个差速装置完成的。该 差速器直接从变速驱动桥内变速器部分的输出齿 轮接收扭矩。然后利用齿数比将扭矩倍增后，通 过半轴传至车轮。 典型的手动变速器典型的手动变速器 3.1.1 齿轮 齿轮的作用齿轮的作用 变速器或变速驱动桥中齿轮的作用是传递转 动。齿轮通常装在轴上

28、，将一个轴的转动传给另 一个轴。齿轮和轴彼此作用有三种方式： 轴带动齿轮 齿轮带动轴 齿轮在轴上空转 可以用多组齿轮来增扭减速、增速减扭、同 速传扭或者改变扭矩的方向。 齿轮转动方向 以以 1:1 速比啮合的齿轮速比啮合的齿轮 1. 齿轮顺时针转动 2. 齿轮反时针转动 进行诊断和修理时必须搞清楚齿轮在手动变 速器或变速驱动桥内的转动方向。 基本法则是两个外齿啮合的齿轮转动方向相 反。 这意味着当发动机带动齿轮顺时针转动时， 与该齿轮啮合的齿轮将反时针转动。要让从动齿 轮带动车轮顺时针转动，必须加设第三个齿轮。 由惰轮连接的两个齿轮由惰轮连接的两个齿轮 1. 输入齿轮顺时针转动 2. 惰轮反时

29、针转动 3. 输出齿轮顺时针转动 齿轮啮合的另一条基本法则是，加设第三个 齿轮后整个齿轮组的输出与输入同向。 第三课 变速器/变速驱动桥 手动变速器与传动系基础 12 齿轮设计齿轮设计 齿轮有多种型式，各有各的工作特性。手动 变速器和变速驱动桥中常用的齿轮包括： 直齿轮 斜齿轮 锥齿轮 直齿轮直齿轮 直齿轮是手动变速器变速驱动桥中所用的 最简单的齿轮型式。 其主要优点为齿是直切的，与其它齿轮的接 触可以平滑进出。 主要缺点是工作噪音大。直齿轮在高速时发 出呜呜声。 手动变速器变速驱动桥中直齿轮通常用于 倒档。 基本直齿轮基本直齿轮 斜齿轮斜齿轮 斜齿轮是手动变速器和变速驱动桥中最常用 的齿轮型

30、式。斜齿轮的切齿角与齿轮的旋转轴成 一角度。 这样在工作时总是有两个以上的齿保持完全 接触。 斜齿轮的主要优点是工作噪音比直齿轮小得 多，强度也高许多。 斜齿轮的主要缺点是齿轮啮合不能滑入滑 出。必须随时保持接触。斜齿轮有时被称为常啮 齿轮。 斜齿轮用于所有前进档齿轮，有时倒档齿轮 也用锥齿轮 基本斜齿轮基本斜齿轮 锥齿轮锥齿轮 锥齿轮的旋转轴线可相对所啮合的齿轮偏离 90 度。 锥齿轮仅在手动变速驱动桥差速器总成中用 作小齿轮和半轴齿轮。 基本锥齿轮基本锥齿轮 手动变速器与传动系基础 第三课 变速器/变速驱动桥 13 3.1.2 速比 古希腊工程师阿基米德曾经说过， “给我一根 足够长的杠杆

31、和一个支点，我可以举起地球。 ”这 句话讲的就是杠杆的增力作用。变速齿轮基本上 是一组布置在一个圆内的杠杆。通过齿轮中齿的 数目和大小的差异来增力。所以输出 300 英尺-磅 扭矩的发动机可以驱动一个 3,000.磅的汽车。这 就是传动齿轮速比的作用。速比是一个反映啮合 齿轮的齿数差异的术语。 圆杠杆（齿轮）圆杠杆（齿轮） 同一尺寸齿轮同一尺寸齿轮= 1:1 速比速比 例如： 两齿轮大小一样，齿数也相同。 主动齿轮每转一圈，从动齿轮也转一圈。 两个齿轮以同一速度转动，由于大小相同齿 数相同，因此转动扭矩也相同。 其间的唯一差别是转动方向相反。 同大小同齿数的齿轮啮合，速比为 1 比 1，因 为

32、从动齿轮每转一圈主动齿轮也转一圈。 速比通常采用数字之间夹一冒号的形式，这 样 1 比 1 的速比写作 1：1。 减速比减速比 减速齿轮减速齿轮 1. 主动齿轮为 12 齿 2. 从动齿轮为 24 齿 当主动齿轮比从动齿轮小时，从动齿轮转得 比主动齿轮慢，齿轮副起减速作用。 12 齿的小齿轮驱动 24 齿的大齿轮。 12 齿主动齿轮以 10 磅扭矩转动。但是 24 齿 从动齿轮每转一圈它要转两圈。 这样从动齿轮的转动扭矩便多了一倍。此时 从动齿轮的扭矩为 20 磅。减速比为 2:1。 某种典型的手动变速器各档速比示例： 倒档：3.40:1 一档：3.97:1 二档：2.34:1 三档：1.46

33、:1 四档：1.00:1 可以看到，1 至 3 档和倒档都是减速档。四档 为 1:1，意味着主从动齿轮齿数相同转速相同，称 为直接档。 如果发动机可生成 300 磅扭矩，配接 10:1 速 比的传动系，结果加在车轮上的扭矩为 3000 磅， 恰是驱动 3000 磅汽车所需的力量。 第三课 变速器/变速驱动桥 手动变速器与传动系基础 14 不过，减速比是有代价的。主动齿轮的转速 要比从动齿轮高出许多倍。 因而 6000 转/分的发动 机只能以 600 转/分的速度驱动 10:1 速比的传动 系。 不过汽车动起来后，保持速度所需的扭矩就 不必象起动时所需的那么大了。这样就可以改变 速比来加大转速。

34、这就是为什么手动变速器有好 几个档位。 超速档速比超速档速比 超速传动齿轮超速传动齿轮 1. 主动齿轮为 24 齿 2. 从动齿轮为 12 齿 主动齿轮转得比从动齿轮慢时称为超速传 动。 超速传动使传动系的实际转速可以快于发动 机，因为在高速时保持车速所需的扭矩很小。超 速传动比使得发动机能在较低的转速下工作，从 而改善燃油经济性。 要确定整个传动系的总速比只需用特定档位 的速比乘以主减速比。例如，假定主减速比为 3.78:1。 要求某一档位实际所用的速比，只须用该档 速比乘以 3.78。这样，如果变速器一档速比为 3.97:1，乘以主减速比 3.78:1 后，便得出从发动机 到车轮的总的减速

35、比为 15.01:1。 发动机的扭矩被 传动系放大 15.01 倍。 3.2 手动变速器手动变速器 3.2.1 基本手动变速器的工作原理 为了理解现代变速器是如何工作的，我们首 先看一下基本三档变速器的工作原理。在本节我 们将增装一个简单的齿轮组，看看基本的三档变 速器是如何工作的。 一档一档 要想获得手动变速器一档， 须用 4 个齿轮和 3 个轴如图示布置。 输入轴上的发动机小齿轮驱动固定在变速器 副轴上的一个大齿轮。 固定在副轴上的另一个小齿轮驱动第三轴即 输出轴上的一个大齿轮。 由齿轮的大小可以看到在输入轴齿轮和副轴 输入齿轮之间存在减速作用。在副轴一档齿轮和 输出轴一档齿轮之间还有进一

36、步的减速。 注意：注意：由于副轴在中间起着惰轮的作用，输 入轴和输出轴转动方向是相同的。 基本变速器一档基本变速器一档 1. 输入轴 2. 一档齿轮 3. 输出轴 4. 副轴 手动变速器与传动系基础 第三课 变速器/变速驱动桥 15 二档二档 二档的工作原理与一档基本相同。 输入轴齿轮和副轴输入轴齿轮与一档所用的 相同。但副轴二档齿轮和输出轴二档齿轮大小差 不多。 由于车已经动起来了，保持车速不需要那么 多扭矩。不过，由于车速增加，二档的速比必须 比一档低。因此副轴二档齿轮与输出轴的二档齿 轮大小差不多。 基本变速器二档基本变速器二档 1. 输入轴 2. 二档齿轮 3. 输出轴 4. 副轴 三

37、档（直接档）三档（直接档） 基本变速器的三档是直接档。直接档无齿轮 减速。输入轴与输出轴机械上直接连通。输入轴 每转一圈，输出轴跟着转一圈，得到 1:1 的速比。 基本变速器三档（直接档）基本变速器三档（直接档） 1. 输入轴 2. 输出轴 倒档倒档 手动变速器要获得倒档需要使用一个附加的 齿轮和轴。该齿轮通常被称为倒档中间齿轮。有 些变速器的倒档中间齿轮与邻接齿轮实际是滑入 滑出接触的。有些则采用常啮合的斜齿轮。 在倒档，动力仍通过输入轴进入变速器并传 给副轴输入齿轮。不过，副轴倒档齿轮与输出轴 倒档齿轮不直接接触。为了使副轴倒档齿轮将转 动传给输出轴倒档齿轮，倒档中间齿轮在其间与 两个齿轮

38、均啮合。这样便使输出轴的正常转动方 向倒过来，从而能够反向转动。 注意副轴倒档齿轮比输出轴上的倒档齿轮 小。形成一个减速比，使倒档的扭矩增大。由于 可能会原地倒车，所以需要这一点。 基本变速器倒档基本变速器倒档 1. 输入轴 2. 倒档齿轮 3. 输出轴 4. 倒档中间齿轮 5. 副轴 3.2.2 手动变速器的部件 手动变速器虽然工作原理非常简单，但要保 证在实际中能够正常使用，还是需要有许多不同 的部件。 同步器和变速齿轮同步器和变速齿轮 变速器中的齿轮是按其所用的档位命名的。 例如用于一档的齿轮称为一档齿轮。现代变速器 中前进挡齿轮均采用斜齿轮。工作噪音小，强度 高。 第三课 变速器/变速

39、驱动桥 手动变速器与传动系基础 16 但由于斜齿轮的齿有角度，不能滑动进出啮 合。因此变速齿轮没有直接靠花键装在轴上。其 内径是光滑的，可以在轴上自由转动。当需要将 齿轮与轴连在一起时，同步器啮合套移过来与齿 轮侧面的套齿接合。 这样同步器啮合套与变速齿轮锁定在一起。 同步器啮合套内径有内齿可沿着同步器毂外径上 的外齿滑动。同步器毂通过花键与轴的内径相接。 这些变速齿轮便通过同步器接到输出轴上，使齿 轮得以传递扭矩。 由于啮合套可以前后滑动，多数情况下每个 同步器配两个变速齿轮。为此同步器按其所控制 的齿轮命名。例如，1-2 档同步器配一档和二档齿 轮。 基本同步器和变速齿轮基本同步器和变速齿

40、轮 1. 同步器毂 2. 同步器啮合套 3. 锁环 4. 套齿 5. 变速齿轮 齿轮和轴转速的同步化齿轮和轴转速的同步化 同步器的另一个功能是在齿轮锁定在轴上之 前保证二者的转速先达到同步。由于齿轮的转速 与轴的转速不同，这个工作必须要做。如果齿轮 和轴的转速未同步时啮合套便与齿轮的套齿接 合，啮合套和套齿都可能受到损坏。 选定一个档位后，换档叉就将同步器啮合套 拨向变速齿轮。推动带有锥形内表面的锁环与变 速齿轮的锥形台肩接触。同步器啮合套继续移动 将滑块压向保持弹簧。随着啮合套的进一步移动， 啮合套的花键与锁环上的齿接合。 锁环和齿轮台肩之间的摩擦使在轴上自由转 动的齿轮增速或减速从而与同步

41、器达到同一速 度。 同步器工作原理同步器工作原理 1. 锁环 2. 从动齿轮 3. 同步器啮合套 在转速未同步前，锁环阻止啮合套的花键与 齿轮的套齿接合。当（与同步器相连的）锁环与 变速齿轮的齿对齐时，同步器啮合套就可以滑过 齿轮的套齿将齿轮锁定在轴上。 受到推压的滑块随之进入啮合套内径上的一 个缺口。帮助啮合套就位。 手动变速器与传动系基础 第三课 变速器/变速驱动桥 17 同步器工作原理同步器工作原理 1. 啮合套与齿轮啮合点 2. 从动齿轮 3. 锁环 4. 同步器啮合套 换挡机构换挡机构 典型换挡机构典型换挡机构-部件分解图部件分解图 1. 换档叉轴 2. 1-换档叉 3. 插销 4.

42、 选档臂 5. -换档叉 6. 插片 7. 换档叉罩 8. 选档臂 9. 互锁板 变速器利用换挡机构换档。换挡机构的常用 部件包括 换档叉；换档叉轴；互锁板；锁销 换档叉和换档叉轴换档叉和换档叉轴 变速器利用换档叉换档，换档叉插在同步器 啮合套中心的一个凹槽里。换档叉套在换档叉轴 上，换档叉轴由司机通过变速杆操纵。司机扳动 变速杆时，选档器轴随之而动。推动换档叉带动 同步器啮合套使变速齿轮啮合。 换档叉的叉头上通常带有塑料套与同步器啮 合套适配并防止换档叉磨损。 换档叉和换档叉轴换档叉和换档叉轴 1. 换档叉轴 2. 换档叉 3. 换档叉塑料套 互锁和定位装置互锁和定位装置 互锁板互锁板 1.

43、 互锁板 2. 换档盖 第三课 变速器/变速驱动桥 手动变速器与传动系基础 18 为了防止变速器损坏，换挡机构使用了互锁 装置。互锁装置可以接到选档器轴上也可以接到 换档盖上。其作用是防止变速器同时换入多个档 位。 定位装置定位装置 定位装置的作用是在选好档位后使换档叉的 位置固定。常见的是塞珠弹簧式设计，插在选档 器轴上的缺口处或一个叫作“偏置杆”的杆件上。 换档叉一经拨动，定位弹簧便迫使塞珠进入 选档器杆或或换档叉轴上的缺口里，将换档叉定 位。 典型定位装置典型定位装置 1. 定位弹簧 2. 塞珠 3. 定位板 4. 偏置杆 副轴副轴 副轴可以由一根硬化钢坯整体制出轴和一系 列齿轮，也可以

44、用一系列单个齿轮通过花键装到 一个轴上组成。有的副轴除有花键齿轮外还带有 同步器和平滑内径齿轮。 典型副轴典型副轴 轴承轴承 典型变速器轴承典型变速器轴承 1. 齿轮轴承 2. 齿轮轴承 3. 输出轴支承轴承 变速器所有的轴和很多齿轮都采用轴承支 承，这些轴承可以是带笼架的滚针轴承、滚珠轴 承或锥形滚柱轴承等。变速器内部的很多轴承拆 装时都需要专用工具。 手动变速器与传动系基础 第三课 变速器/变速驱动桥 19 外壳外壳 典型变速器壳总成典型变速器壳总成 1. 盖板 2. 盖垫 3. 变速器壳 4. 前轴承盖 5. 密封垫 6. 填塞 7. 密封垫 8. 延伸壳 9. 延伸壳密封 变速器的轴和

45、齿轮均装在外壳内。整个外壳 包括变速器壳、延伸壳与顶盖。各部分用螺栓连 接在一起，用密封垫和密封提供连接处的密封。 壳内充有变速器油为转动的轴与齿轮提供稳定的 润滑和冷却。 油泵油泵 典型油泵典型油泵 有些新式的手动变速器采用一个油泵来改善 内部机件的冷却和润滑。手动变速器所用的油泵 大多为转子式油泵，由副轴驱动。 油冷却器油冷却器 在有些汽车上可以见到的另一个新装置是油 冷却器。油冷却器属于散热器的一部分，利用发 动机冷却液冷却变速器油。 变速器油泵将热油通过油管送到冷却器。在 散热器中利用发动机冷却液将其冷却。冷却后的 油又回到变速器。 典型油冷却器典型油冷却器 1. 油冷却器进油口 2.

46、 油冷却器出油口 3. 油管 3.3 手动变速驱动桥手动变速驱动桥 3.3.1 手动变速驱动桥工作原理 手动变速驱动桥手动变速驱动桥 1. 离合器总成 2. 差速器总成 3. 输出轴 4. 输入轴 手动变速驱动桥基本上可以分为两个部分， 变速器部分和差速器部分。变速器部分所用的部 件与手动变速器一样。换档叉、同步器以及齿轮 的设计基本都是一样的。不过手动变速驱动桥与 第三课 变速器/变速驱动桥 手动变速器与传动系基础 20 手动变速器有一个很大的不同，那就是没有副轴。 所以不需要副轴是因为输入轴和主轴（有时称为 输出轴）的转动传给差速器然后传给车轮，旋转 方向与输入轴是相同的（汽车处于倒档除外

47、） 。 3.3.2 差速器工作原理 变速驱动桥的差速器有三个作用，一是将动 力传给车轮，二是提供主减速比，三是使车轮在 转弯时以不同的速度转动。 是利用装在差速器壳 内的 4 个小齿轮做到这一点的。而差速器壳则由 输出轴输出齿轮通过一个齿圈驱动。 在差速器壳内有两个半轴齿轮。半轴齿轮通 过花键与半轴连接。 在半轴齿轮之间有两个装在一根轴上的小齿 轮使半轴齿轮构成连接，小齿轮轴由差速器壳支 承。半轴齿轮只通过小齿轮与差速器壳连接。因 此实际驱动半轴齿轮的是小齿轮。 基本差速器的部件基本差速器的部件 1. 输出小齿轮 2. 半轴齿轮 3. 小齿轮 4. 齿轮架 5. 小齿轮轴 6. 减速大齿轮 7

48、. 半轴 手动变速器与传动系基础 第三课 变速器/变速驱动桥 21 3.3.3 输入轴与输出轴总成 典型手动变速驱动桥的输入与输出轴典型手动变速驱动桥的输入与输出轴 1. 倒档惰轮 2. 倒档齿轮 3. 五档齿轮 4. 四档齿轮 5. 4 档同步器 6. 三档齿轮 7. 二档齿轮 8. 一档齿轮 9. 输入轴 10. 输出轴 11. 输出小齿轮 12. 一档齿轮 13. 12 档同步器 14.二档齿轮 15. 三档齿轮 16. 四档齿轮 17. 五档齿轮 18. 五倒档齿轮同步器 19. 倒档齿轮 输入轴输入轴 变速驱动桥的输入轴将曲轴的转动传给输出 轴总成。沿其长度布置着提供各不同速比的驱动

49、 齿轮。其中有的齿轮与输入轴是一体的。有的只 是套在输入轴上，带有同步器，与手动变速器的 变速齿轮套在输出轴上的情况一样。 一档、二档和倒档齿轮与轴做成一体。 三档 和四档齿轮空套在轴上，工作时须通过同步器与 轴锁定。五档齿轮是一个独立的齿轮，通过花键 与轴直接连接。 输出轴输出轴 变速驱动桥的输出轴按选定的速比将动力传 给差速器。输出轴的一档、二档、五档和倒档从 动齿轮空套在轴上， 分别通过 1-2 档或五倒档同 步器接合。三档和四档从动齿轮与输出轴一体。 另外，差速器输出齿轮是个单独的齿轮，通 过花键与轴直接连接。 第三课 变速器/变速驱动桥 手动变速器与传动系基础 22 3.3.4 倒档中间齿轮 常啮式倒档中间齿轮常啮式倒档中间齿轮 1 .倒档中间轴座 2. 止推垫圈 3. 倒档中间齿轮 4. 滚针轴承 5. 止推垫圈 6. 倒档中间轴 变速驱动桥所用的倒档中间齿轮有两个基本 类型：常啮式和直齿圆柱齿轮式。 常啮式常啮式 常啮式为带同步器的斜齿倒档中间齿轮。它 与输入轴上的倒档主动齿轮和输出轴上的从动齿 轮均作常啮合。当五倒档同步器将倒档从动齿 轮与输出轴接合时便挂上倒档。 直齿圆柱齿轮式直齿圆柱齿轮式 有的变速驱动桥采用