变速箱基础知识

JA培训中心教材变速箱基础知识（第一版）变速箱设计部主编JAC出版社前言伴随着这些年我国汽车工业的迅猛发展，变速箱箱新产品新结构层出不穷，新技术、新概念的变速箱产品也在积极的孕育之中。

变速箱是汽车的重要组成系统之一，汽车设计人员掌握其结构和工作原理是非常重要的，为此，本书将重点讲述变速箱的任务、基本组成、结构原理、参数的选择等知识，提供给有关同志参考。

目录第一章传动系的主要任务、组成及传动比 (2)第一节汽车的行驶条件 (2)第二节传动系的基本任务和组成 (3)第二章手动变速器的设计 (5)第一节变速箱档位和各档传动比的关系 (5)第二节变速箱换档原理与操作 (6)第三节齿轮传动的基本知识 (7)第四节变速箱的故障及排除 (7)第三章 AMT的基本知识 (8)第一节自动变速箱分类 (8)第二节AMT的基本概念........................... (8)第三节AMT的结构 (9)第四节AMT的工作原理 (10)第四章AT的基本知识 (11)第一节AT的基本概念 (11)第二节自动变速器结构 (11)第五章其他自动变速箱 (14)第一节CVT的基本知识 (14)第二节DCT的基本知识 (15)第三节总结 (16)第一章传动系的主要任务、组成及传动比第一节汽车的行驶条件汽车行驶中包含着许多的矛盾，如牵引力和行驶阻力的矛盾、高速行驶和行车安全的矛盾、动力性和经济性的矛盾等，其中牵引力和行驶阻力这对矛盾决定着汽车的行驶状态，所以是汽车行驶中的主要矛盾。

●汽车行驶的牵引力和阻力汽车所以能够行驶，是依靠本身发动机的动力，经过传动系传到驱动轮上，产生牵引力克服行驶阻力而行驶的，如图所示，发动机传到驱动轮上的扭矩为kT，车轮的工作半径为kr，则车轮外缘的切向力为F：kkrTF=由图可知，P为推动汽车前进的动力，称为汽车行驶的牵引力，则kkk rTFF==如果发动机的输出扭矩为e M ，传动系传递效率为m η，传动系的总传动比为总i ，那么：km e k r i T F 总η=汽车行驶的阻力主要包括滚动阻力f F 、空气阻力w F （俗称风阻）、上坡阻力i F 、加速阻力j F 四种，下面主要介绍前两种阻力：滚动阻力f F 主要是由于轮胎和路面之间的变形引起的，汽车的自重越大、轮胎和路面的变形越大，则滚动阻力越大，表述为：f G F f ∙=f 为滚动阻力系数，其具体数值与路面、轮胎、车速等具体状态有关，所以不同的情况f 值是不一样的。

如果汽车行驶在坡路上则表述为：αcos ∙∙=f G F f空气阻力主要是因为迎面受空气流的压力、车后受空气压力降低形成的旋涡影响、同时车身周围空气粒子对车身的摩擦力影响而形成的，其大小主要与车辆行驶速度、迎风面积、及车身造型结构有关，表述为：132KSv F w =● 汽车行驶的条件以下，我们将讨论各种条件下汽车行驶的条件。

汽车平地（上/下坡）起步条件，这时由于车辆的速度很小，我们可以忽略风阻的影响，所以行驶条件为：平地：j f k F F F +≥上/下坡：i j f k F F F F ±+≥汽车速等速行驶时，此时，牵引力与阻力大小相等，汽车所受到的阻力可能包含上述四种阻力的影响，所以其行驶条件为：i j w f k F F F F F ±±+≥上述方程式也称为牵引平衡方程式。

以上方程式虽然从牵引力和阻力两方面表述汽车行驶的条件，但却忽略了汽车本身的附着力ϕF 。

所以汽车能够行驶的条件有二：①牵引力必须大于等于行驶阻力之和；②牵引力必须小于附着力；以上称为汽车牵引的附着条件，其方程式表述为：i j w f k F F F F F F ±±+≥≥ϕ第二节 传动系的基本任务和组成传动系的基本任务是：将发动机提供的扭矩提供给驱动车轮，同时为适应驾驶条件，适当地改变扭矩。

● 发动机与汽车牵引条件的矛盾大家都知道，现代发动机具有扭矩小、转速高、扭矩变化范围小、发动机不能反转、不能带负荷启等特点，所以，上述特性与汽车的正常工作对牵引力的要求存在一些矛盾，具体表现为下述五对矛盾：第一，是扭矩小的问题，例如一台2吨的汽车，发动机所能提供的最大扭矩为250Nm ，最高转速为5500rpm ，轮胎半径为0.35m ，静摩擦系数为0.05，平地起步，除滚动阻力外忽略其他阻力的影响，那么该车启动所需的扭矩为：m N .34305.035.08.92000=⨯⨯⨯第二，发动机不能直接提供343Nm 的扭矩。

其次，发动机的高转速对驱动轮来说又是不必要的，假如直接将发动机连接到驱动轮，并且能进行行使那么汽车的速度为：h Km /34.725100060550014.3235.0=⨯⨯⨯⨯该速度显然不可能出现在日常的驾驶中。

第三，发动机扭矩变化范围小，不能应付如上坡、加速、起步或者其他困难条件下的行驶。

第四，在行驶过程中，汽车不仅需要前进，有时也但发动机不能反转。

第五，发动机不能带负荷启动，所以在发动机启动时必须要有动力中断装置。

因此，为了解决上述五对矛盾，汽车传动系中必须要出现相应的系统来解决，对于第一、二两对矛盾，我们在汽车中加入主减速器，它的作用是将输入转速与输入扭矩进行变换后再行输出，通常它对转速和扭矩的变换比率为一常数，我们称为主减速比主i ：主输入输出i T T ⨯=主输入输出i ϖϖ=为了解决第三、四对矛盾，我们在汽车中加入变速箱，它的作用是将输入扭矩与输入转速进行多选择的转换，有时，还能根据需要输出与发动机转速相反的转速和扭矩，从而实现倒车功能。

为解决第五点矛盾，我们在传动系中加入离合器系统（或液力变矩器系统），从而实现在汽车启动和选换档时的扭矩中断。

除了以上三个系统外，传动系还包括前左/右半轴、传动轴及万向节、差速器、后左/右半轴、分动器（四驱车）等，● 传动系的最小传动比、主减速比和最大传动比的设计最小传动比min 总i 的设计与整车的最高车速max V 关系非常大，一般情况下，只有在设定整车的最大车速后，再根据发动机的性能参数设定整车的min 总i ，整车传动比总i 与整车V 的关系为：h km i i nr h km i i n r s m i i n r n r V k e k k e k k e k k k /377.0/6026.3/602602000⋅⋅=⋅⋅=⋅==πππk i 表示变速箱速比；0i 表示主减速比；e n 表示发动机转速；k r 表示轮胎半径；k n 表示轮胎转速，其中0i i i k ⋅=总，所以min 总i 为：maxmax min /377.0V hkm n r i e k ⋅=总一般情况下，在设计时考虑到发动机的储备功率，min 总i 的设计值通常比理论植小。

同时，由于变速箱通常有直接档和超速档，故主减速比0i 通常设计为略等于min 总i ，即0i ≈min 总i最大传动比max 总i 的设计通常和整车的最大爬坡度有关，一般情况下轿车的最大爬坡度设计为30%～80%，SRV 的最大爬坡度设计为30%～60%，以下为最大爬坡度的牵引力附着条件：ϕηψ后后总总m G r i M G k e ≤≤/max max max各参数定义：总G ——整车满载载荷 后G ——平路后轴承载载荷max ψ——道路最大阻力max e M ——发动机最大扭矩 η——传动系机械效率后m ——后轴载荷再分配系数 ϕ——附着系数由上式可得知：ηϕηψmax max max max max ;e k e kM r m G i M r G i ⋅≤≥后后总总总同时 根据上述条件，在设定好主减速比0i 的基础上，通过以上关系方程式，我们可得到max 总i ，再由常识我们可以知道，在传动系传动比最大的时候，是整车挂1档工作的时候，所以，我们由此可以设定1档的传动比1i ，即0max1i i i 总=第二章 手动变速器的设计第一节 变速箱档位和各档传动比的关系变速箱是为了适应行驶阻力的变化，改变驱动车轮的扭矩而设置的。

就动力性而言，档位数越多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。

就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗。

所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。

档数的多少还影响到档与档之间的传动比比值。

比值过大会造成换档困难。

一般认为比值不宜大于1.7～1.8。

因此，如最大传动比与最小传动比之比值越大，档位数也应越多。

轿车的行驶车速高，比功率大，最高档的后备功率也大，即相对而言最高档的驱动力与I 档驱动力间的范围小，即i tmax /i tmin 小，但为了节省燃油，普遍采用5档变速箱，也有采用6档变速箱或者更高的档位数。

如下图所示，驾驶员用I 档起步，随着发动机转速的提高，汽车的行驶速度也随之增加。

当发动机转速达到n2时，驾驶员开始换档，假设换档过程中车速没有降低，则换上Ⅱ档时，发动机转速应将到n1，离合器才能平顺无冲击的接合。

若每次发动机都是提高到转速n2换档，只要发动机都降到同一低转速n1，离合器就能无冲击的接合。

就是说，换档过程中，发动机总在同一转速范围n1～n2内工作，这样，驾驶员在起步加速时操作就方便得多了。

不过，按等比级数分配传动比的主要目的还在于利用发动机提供的功率，提高汽车的动力性。

当汽车需要大功率（如全力加速或上坡）时，若排挡选择恰当，具有等比级数分配传动比的变速箱，能够使发动机经常在接近外特性最大功率P emax处的大功率范围内运转，从而增加了汽车的后备功率，提高了汽车的加速和爬坡能力。

第二节变速箱换档原理与操作汽车在行驶过程中经常需要频繁的换档，对换档的要求，就是减小换档对齿轮的冲击，以免缩短齿轮的寿命，同时要求换档过程必须迅速完成，力求汽车的行驶惯性损失最小。

以JAC的LC5T86变速箱为例。

如下图所示。

在输入轴和输出轴之间，共有五对正常啮合的齿轮，他们各自代表五个不同的前进档，在空挡状态下，他们不提供动力的有效传输，只有在挂档状态下，同步器与其中一个齿轮啮合，才能进行动力的有效传输。

倒档通过倒档齿轮（直接轮）的移动进行直接啮合进行动力的有效传输。

选档时，换档轴轴向移动，使其换档头对准与所选档位相应的拨块，然后是换档轴沿轴向转动，带动换档头推动拨叉轴及拨叉向前养或向后移动，即可实现挂档。

以1档换3档为例。

首先踩下离合器踏板，中断发动机与变速箱间的动力传输，再将手柄从1档移到3档，在这过程中，选换档轴通过换档头将1/R拨叉轴移到中间位置，带动同步器脱离与1档齿轮的啮合，1档齿轮与输出轴间的动力传输随之断开，操纵手柄带动选换档轴以及换档头移到3/4拨块位置，换档头推动拨块移动，带动拨叉和同步器移到3档位置，3档齿轮与同步器啮合，构成变速箱内部新的动力传输路线，松开离合器踏板，发动机与变速箱以及整车间的动力传输恢复，发动机以新的传动比向整车提供动力。