变速器基本知识

手动变速器简介
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3 手动变速器概要
3.1 手动变速器的构造和原理
⑴ 构造 构成零部件包括以下部分： (a) 齿轮——直齿轮、斜齿轮、伞齿轮； (b) 轴——输入轴、输出轴等； (c) 轴承——球轴承、滚针轴承等； (d) 壳体——变速器壳体、离合器壳体等； (e) 机能部件——同步器等。
同时用 16 个 M10 螺栓连接起来，提高了接触面结合刚性。
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· 高速行驶时能降低油面、以减少油搅拌损失的储油箱与变速器做成一体成型。（图 4）
· 设置吸附油中杂质的大型磁石。
变速器壳体
离合器壳体
M10 螺栓
M10 螺栓
图 3 变速器壳体
3.3.2 齿轮 3.3.2.1 齿轮的分类
发动机扭矩 （kgf.m） 5 10 15 20 25 30 35
6 6
9 15 23 33
6 9 23 37
5 5.6
5.6
发动机扭矩 （kgf.m） 10 15 20 25 30
20 10
20 10
35 33 33
3.3 基本构成零部件及工作原理
3.3.1 F5M41 变速器的壳体 · 由铝合金压铸件的离合器壳体与变速器壳体两部分构成，构造简洁、轻便。（图 3） ·离合器壳体与变速器壳体两部分通过 3 个定位销保证良好的定位精度，密封垫采用液态密封胶，
发动机
半轴 前桥
半轴 差速器
半轴 差速器
图 1 FF 车 W-E、E-W 型式 2WD 布置图
发动机
半轴 前桥
发动机 离合器或
离合器或 发动机
液力变矩器 变速器 变速器 液力变矩器
中间差速器
分动器 前半轴
传动轴
前差速器 后半轴
前差速器 后半轴
分动器 前半轴
传动轴
后桥 后差速器
后差速器 后桥 图 2 FF 车 W-E、E-W 型式 4WD 布置图
说
明
直齿轮
齿向与轴线平行的圆柱齿轮
斜齿轮
齿向与轴线平行的圆柱齿轮
人字齿轮
由左右两个螺旋斜齿轮组合成一体的圆柱齿轮
伞(圆锥)齿轮 在交叉的 2 轴之间传动分度面为圆锥的齿轮副或齿轮
直齿圆锥齿轮 齿向与分度圆锥的母线一致的伞齿轮
螺旋锥齿轮 与之啮合的冕状齿轮的齿向为曲线的伞齿轮
等径锥齿轮 在正交的两个轴间传动的齿数相等的伞齿轮副
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(d) 电磁离合器 汽车用离合器要求构造简单、易于维护和检查、且安全性较高，所以普遍采用摩擦离合器。 F5M41 变速器离合器形式是干式、单片、膜片弹簧型的摩擦离合器，在高性能车中使用多片 离合器。
2.3 离合器的构造和原理
这里以手动变速器上广泛采用的干式、单片、膜片弹簧离合器为例进行说明。 ⑴ 离合器的构成零部件
压盘
离合器钢索
飞轮
膜片弹簧分离指
限位螺桩
拉式
拉
推式
推
离合器踏板
2.4 离合器控制
2.4.1 离合器控制机构 离合器控制机构有钢索式和油压式两种。
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·索式
构造简单、经济；使用钢索的原因是受布置空间的限制；不利于振动和噪音方面。
·油压式
包括主油缸、分离油缸等构成零部件，费用高；有利于振动和噪音方面。
由以下部件构成： (a) 离合器从动盘总成：
主要由摩擦片、减振器盘、从动盘本体、 从动盘毂、减振弹簧构成。 (b) 离合器压盘总成： 主要由膜片弹簧、压盘、压盘盖构成。 离合器压盘总成有拉式和推式两种。 一般情况下用推式，但在发动机扭矩比较 大、性能要求较高的车上，膜片弹簧的杠杆比 比较大，所以采用拉式。
软钢索
主油缸
限位杆
离合器踏板
离合器踏板
离合器液压软管
离合器液压钢管
[索式（软钢索）]
离合器分离油缸 [油压式]
2.4.2 F5M41 变速器的离合控制机构 · 采用易于维修保养构造的液压式离合器操纵装置。 · 该构造随着摩擦片的表面材料磨损，通过分离液压缸内的弹簧可以使分离轴承总是轻轻地与离
合器压盘的膜片弹簧保持接触。 · 采用只要使离合器动作一次就能调整完了的自动调心式离合器分离轴承。 · 考虑轴承滑动部的耐磨损性，离合器分离轴承保持架采用与离合器壳体分离的板金制品。
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常压型
①输出轴
⑤滑块
②转接套齿
⑥输入轴
③外齿圈
⑦驱动齿轮
④弹簧
⑧同步环
惯性锁止型
①输出轴
⑦球
②输入齿轮
⑧弹簧
③驱动齿轮
⑨同步环
④转接套齿
⑩定位销（推销）
⑤外齿圈
⑾锁销（导向销）
ห้องสมุดไป่ตู้⑥拨叉
⑿同步环外环
惯性锁止型（锁销式）
增力式（波尔舍 Porsche 式）
①外齿圈 ②转接套齿 ③同步齿环锁 ④同步环 ⑤锁止块 ⑥支撑块 ⑦半月钢带 ⑧档环 ⑨驱动齿轮
⑵ 原理
发动机的驱动力按照下列顺序传递到变速器：
发动机—→飞轮—→压盘盖—→压盘—→从动盘—→变速器输入轴（主传动轴）
对于切断动力，驱动力是踏在离合器踏板上的力，开始之后，离合器的动作如下：
踏下离合器踏板—→离合器钢索—→拉—→分离轴承向飞轮侧移动—→离合器控制杆—→膜
片弹簧带动压盘与从动盘分离—→切断动力
2.2 离合器的分类
(a) 摩擦离合器
干式—————单片 —————— 膜片弹簧型
———多片
——— 螺旋弹簧型
湿式
·干式：摩擦片在干燥状态下使用。
·湿式：摩擦片在油中使用。
·单片：现代汽车使用最多的类型是离合器从动盘只有一个。
·多片：离合器从动盘有二个以上。
(b) 离心离合器
(c) 流体离合器
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后置发动机 四轮驱动 （R4） 中置发动机 后轮驱动 （MR） 中置发动机 四轮驱动 （M4）
Pick-Up：皮卡车
2 离合器
赛车（SPORTS CAR） 小型乘用车
运动型轿车（SPORTS CAR） 赛车（RACING CAR）
运动型轿车（SPORTS CAR） 拉力车
2.1 离合器的作用
能够将发动机的动力传递到变速器、并且在换档时能够中断动力传递的传动装置。 离合器的性能要满足以下要求： ⑴ 能够中断从发动机到驱动系（变速器）的动力传递； ⑵ 能够平稳地传递动力； ⑶ 起动时和换档时，离合器都能够圆滑、平静地实现接合； ⑷ 要有足够的耐久性（耐摩擦性、耐热性、高速旋转强度等）； ⑸ 能够减轻发动机的转速变化（即能降低驱动系的振动、噪音）； ⑹ 为了轻量化的目的，要容易布置。
3.3.4.1 同步器的作用 ·行驶过程中换档的时候，要接合的轴侧与齿轮侧的花键的转速不同，换档操作困难。 ·同步器是利用摩擦力使两个花键的回转速度达到一致，从而能够平滑地换档。
3.3.4.2 同步器的种类
②同步环
③转接套齿
④外齿圈
①接合齿
⑤同步器弹簧
⑥ 同步器滑块
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惯性锁止型（滑块式）
图 4 储油箱
图 10 动力传递图（倒档）
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轴的相对位置 平行轴齿轮（在平 行的 2 轴之间传动 的齿轮的统称）
交叉轴齿轮（在交 叉的 2 轴之间传动 的齿轮的统称）
交错轴齿轮（在不 交叉不平行的 2 轴 之间传递运动的 齿轮的统称）
根据齿的形状 分类
齿轮的种类
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F5M41 变速器剖面图
输入轴
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倒档中间齿轮
倒档中间齿轮采用 直接滑动齿轮挂档 的形式。
倒档中间齿轮
输出轴 倒档换档杆
3.2 MMC 手动变速器的情况
（1）FF 手动变速器
型号
档位
4
5
2WD
5 5
FF
5 5
5
4WD
5 5
5
（2）FR 手动变速器 型号
2WD FR
4WD
档位
5 5 5 5 5 5 5 5
型式
F4M11 F5M11 F5M12 F5M41 F5M42 F5M51 W5M11 W5M12 W5M42 W5M51
型式
R5M11 R5M21 R5M31 R5M41 V5M11 V5M21 V5M31 V5M41
平面(半轴)齿轮 直齿轮或斜齿轮与啮合的圆盘状齿轮或齿轮副，包括轴夹角为
直角的交叉轴平面（半轴）齿轮和交错轴平面（半轴）齿轮
图 a b c
f g
I j k l abc 等 d e h
（a）直齿轮
（b）斜齿轮
（c）人字齿轮
（d）内齿轮副
（e）齿条及小齿轮 （f）直齿圆锥齿轮 （g）螺旋锥齿轮 （h）交叉轴平面齿轮
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3.3.4 同步装置（同步机构）
在 F5M41 中，同步器没有滑块，同步环上有三个凸块，其宽度与转接套齿槽的宽度差为半个齿距（PITCH/2）， 作用是限制同步环的转角，环形弹簧的作用是，在换档初期与外齿圈的六个高齿产生轴向挤压力，使同步环与 同步锥毂进行接触、摩擦后转过一个角度。二者共同代替了原来的滑块和弹簧的作用。
冕状齿轮
分度圆锥角为 90°的伞（圆锥）齿轮
螺旋齿轮
利用圆柱齿轮副在交错轴间传递运动的齿轮副
筒形蜗轮
包括筒形蜗轮蜗杆的齿轮副
鼓形蜗杆
包括鼓形蜗轮蜗杆的齿轮副
准双曲面齿轮 在交错轴间传递运动的圆锥或近似圆锥形状的齿轮或齿轮副
外齿轮
齿顶曲面在齿底曲面的外侧的齿轮
内齿轮
齿顶齿面在齿底齿面的内侧的齿轮
齿条
在一个平面内包含一串相同形状等距离齿的平板或直棒
同步装置是在换档时为了使齿轮的变换能够圆滑地进行，使转速不同的各部分（同步侧&被同 步侧）的角速度达到一致的机构（见下图）。
同步侧的惯性模量 Ir（车体侧相关零部件的 I）
Ir If
被同步侧的惯性模量 If（离合器及与输入轴相关的齿轮等零件的 I）
同步器的构成零件主要包括以下六个： ①接合齿 ②同步环 ③转接套齿 ④外齿圈 ⑤同步器弹簧 ⑥ 同步器滑块
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3.3.4.3 同步器的工作原理（以 F5M41 变速器为例）
3.4.4.1 单锥面同步器的换档过程
⑴ 空档
·轴与齿轮的转速不同。
S：外齿圈的花键
Ws：外齿圈侧的转速
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1.2 变速器的必要性
对于一般的汽车，原动机使用发动机时： （a）发动机的旋转方向一定； （b）发动机的工作区域扭矩也基本上一定。 与此相反，车辆的行驶条件需要对应从停止到起动、从低速到 100km/h 以上的高速行驶、暂 时中断动力、后退行驶（倒车）等很多用途。因此为了使发动机的性能能够十分恰当地适应各种 行驶工况，必须设有变速器。
筒形蜗杆
鼓形蜗杆
筒形蜗轮
鼓形蜗轮
（i）螺旋齿轮 （j）筒形蜗轮蜗杆
（k）鼓形蜗轮蜗杆 （l）准双曲面齿轮
3.3.2.2 手动变速器主要使用以下齿轮： 1．直齿轮 2．直齿锥齿轮斜齿轮 3．直齿锥齿轮 4．双曲线齿轮 5．螺旋齿轮
直齿轮
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斜齿轮
双曲线齿轮 蜗轮蜗杆
螺旋锥齿轮 齿条
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直齿锥齿轮
内齿轮与外齿圈
螺旋齿轮
3.3.3 轴承 3.3.3.1 轴承分类：
手动变速器使用的轴承主要有以下几种： ⑴ 球轴承 ⑵ 滚子轴承
① 滚针轴承 ② 圆柱滚子轴承 ③ 圆锥滚子轴承
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3.3.3.2 轴承构造：
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驱动方式
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具体用途 中·小型乘用车 （大众车、商用车） 跑车（SPORTY CAR） 中·小型乘用车 运动型轿车（SPORTS CAR） 商用车（大型、中型、小型） 多功能车（雪地用乘用车、RV） 高功率车（赛车（SPORTS CAR）） 高扭矩车（越野车（OFFLOAD）） 小型乘用车 小型商用车 运动型轿车（SPORTS CAR）
·FF 方式：是指变速器与驱动轴一起布置在车辆的前方位置，为此离合器、变速器通常还 要加上配置在变速器内的终减速器。一般将它们合称为传动系 （TRANS-AXLE）。
·4WD 方式：以上述方式为基础，加上分动器就构成了 4WD 方式。
前置发动机 前轮驱动 （FF） 前置发动机 后轮驱动 （FR） 前置发动机 四轮驱动 （F4） 后置发动机 后轮驱动 （RR）
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技术开发部传动室
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1 传动系概要
1.1 传动装置
将原动机（发动机）产生的扭矩传递给驱动车轮（轮胎）的装置。
基本构成如下：
⑴ 离合器
⑵ 变速装置（变速器）
⑶ 差速装置（差速器）
⑷ 传动轴
⑸ 半轴（驱动轴）
离合器或液力变矩器
离合器或液力变矩器
变速器
变速器
前车轮
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1.3 变速器的分类
（a）种类 ·手动变速器：MANUAL TRANSMISSION（M/T） ·自动变速器：AUTOMATIC TRANSMISSION（A/T）
（b）根据驱动方式分类
·FR 方式：是指发动机纵置在车辆的前方，变速器在发动机的后面，离合器介于二者之间， 并且变速器与发动机曲轴在同一轴线上的布置方式。