手動(dòng)變速器原理及應(yīng)用-變速器研究所

1、變速器研究所變速器研究所目目 錄錄11 1、變速器基本功能及要求、變速器基本功能及要求2 2、選換擋性能指標(biāo)、選換擋性能指標(biāo)3 3、同步器工作原理及實(shí)際應(yīng)用、同步器工作原理及實(shí)際應(yīng)用4 4、同步器結(jié)構(gòu)分析、同步器結(jié)構(gòu)分析5 5、換擋定位方式、換擋定位方式6 6、防脫檔結(jié)構(gòu)、防脫檔結(jié)構(gòu)7 7、換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析、換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析8 8、換擋故障模式分析、換擋故障模式分析21 1 變速器基本功能及要求變速器基本功能及要求1）保證汽車具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性；2）設(shè)置空檔，使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離；3）設(shè)置倒檔，實(shí)現(xiàn)倒車功能；4）操縱簡單、可靠、方便、迅速、省力；5）傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、低噪聲；6）體積

2、小，質(zhì)量輕，承載能力強(qiáng)，工作可靠；檔位數(shù)：檔位數(shù)：影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用率、燃料的經(jīng)濟(jì)性；最大速比：最大速比：影響動(dòng)力性及爬坡性；最小速比：最小速比：影響汽車的最高車速及經(jīng)濟(jì)性；整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算實(shí)現(xiàn)整車功能需要；實(shí)現(xiàn)整車功能需要；簡單、方便：簡單、方便：整車布置要求；可靠：可靠：變速器不得有跳檔、脫檔、亂檔等現(xiàn)象； 迅速、省力：迅速、省力：對(duì)變速器選換擋性能性能提出的要求； 傳動(dòng)效率高傳動(dòng)效率高：整車經(jīng)濟(jì)性提出的要求；工作平穩(wěn)、低噪聲工作平穩(wěn)、低噪聲：整車對(duì)變速器提出的性能性能要求；體積小、質(zhì)量輕：體積小、質(zhì)量輕：整車對(duì)變速器提出的性能性能要求；承載能力強(qiáng)承載能力強(qiáng), ,工作可靠：工作可靠

3、：整車對(duì)變速器提出的功能要求;同步器工作原理及計(jì)算齒輪強(qiáng)度計(jì)算軸承壽命分析32 2 選換擋性能指標(biāo)選換擋性能指標(biāo)1）選換擋力適中；2）選換擋過程無卡滯，具有吸入感；3）換擋無抖動(dòng)、異響，脫檔、亂檔等現(xiàn)象；1）各彈性元件取力適中； 2）同步器鎖止角合理；1）各運(yùn)動(dòng)元件活動(dòng)間隙合理；2）同步器滑動(dòng)靈活； 3）選檔準(zhǔn)確定位；4）同步環(huán)準(zhǔn)確分度； 1）合理調(diào)整換擋定位行程、齒套運(yùn)動(dòng)行程的關(guān)系；2）同步環(huán)活動(dòng)間隙合理（軸向/徑向）； 3）設(shè)置防脫檔結(jié)構(gòu):結(jié)合齒/同步器齒套； 4）設(shè)置自鎖、互鎖、五倒檔互鎖裝置；換擋力 轎車、微型車變速器300N; 輕、中型貨車變速器400N;43.1 3.1 同步器工作

4、原理同步器工作原理預(yù)同步鎖 止滑 移穿 越結(jié) 合撥叉受F作用力推動(dòng)齒套帶動(dòng)滑塊+彈簧前移消除同步環(huán)活動(dòng)間隙，在摩擦力矩的作用下同步環(huán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。同步器彈簧，分度同步器彈簧，分度同步器齒套在F的作用下繼續(xù)前移，由于同步環(huán)偏轉(zhuǎn)使得齒套鎖止角面受阻產(chǎn)生摩擦力矩、撥環(huán)力矩,摩擦力矩摩擦力矩, ,撥環(huán)力矩?fù)墉h(huán)力矩當(dāng)摩擦力矩等于撥環(huán)力矩時(shí)，使得齒套在同步環(huán)鎖止面上滑移， 0當(dāng)=0時(shí)，摩擦力矩消失，齒套脫離同步環(huán)隨機(jī)進(jìn)入結(jié)合齒齒套內(nèi)花鍵進(jìn)入結(jié)合齒外花鍵實(shí)現(xiàn)結(jié)合， =0 換擋困難、沖擊、打齒換擋困難、沖擊、打齒1 1）摩擦錐面錐角）摩擦錐面錐角 摩擦錐面錐角過小，導(dǎo)致銅環(huán)與齒輪錐面脫不開抱死，導(dǎo)致?lián)Q擋困難。根據(jù)

5、右上圖模型可推導(dǎo)出: atan 其中，摩擦系數(shù)，一般取0.1 0.12。 在實(shí)際應(yīng)用中一般取6.5102 2）同步器彈簧工作力）同步器彈簧工作力P P及剛度及剛度: : P過小，預(yù)同步過程中使同步環(huán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的摩擦力矩小，容易產(chǎn)生換擋沖擊，嚴(yán)重情況下（快速換擋）出現(xiàn)換擋打齒；P過大，容易造成同步器齒套及滑塊過早磨損導(dǎo)致同步器失效。同時(shí)，由于P過大導(dǎo)致靜摩擦力過大導(dǎo)致?lián)Q擋困難、卡滯等現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中，同步器彈簧工作里一般取8 15N.3 3）同步器結(jié)構(gòu)尺寸）同步器結(jié)構(gòu)尺寸 如右下圖，在實(shí)際應(yīng)用中，一般 X1X2,其中： X2同步環(huán)有效活動(dòng)間隙； X1鎖止尖角距離； 若X2大于X1,則容易出現(xiàn)預(yù)同

6、步預(yù)同步過程中，摩擦錐面尚未接觸，還沒有產(chǎn)生使同步環(huán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)并形成鎖止位置的摩擦力矩時(shí)，同步器齒套就穿越同步環(huán)，導(dǎo)致不同步嚙合造成換擋打齒及換擋沖擊沖擊。 在設(shè)計(jì)過程中，一般同步環(huán)活動(dòng)間隙為0.7mm, X1-X2=0.2 0.3mm.5 前提條件前提條件整車條件下，從動(dòng)盤與壓盤徹底分離3.2 3.2 同步器實(shí)際應(yīng)用同步器實(shí)際應(yīng)用3.2 3.2 同步器實(shí)際應(yīng)用同步器實(shí)際應(yīng)用 換擋困難、沖擊、打齒換擋困難、沖擊、打齒4 4）同步環(huán)接近尺寸、分度尺寸）同步環(huán)接近尺寸、分度尺寸 接近尺寸Z同步環(huán)偏轉(zhuǎn)角度后，同步器齒套相對(duì)滑塊開始軸向移動(dòng)時(shí)，同步器齒套與同步環(huán)倒角之間的軸向距離； 分度尺寸a同步環(huán)偏轉(zhuǎn)

7、角度后，同步器齒套與同步環(huán)花鍵齒中心線的距離； 接近尺寸應(yīng)大于0，一般為0.2 0.3mm;分度尺寸一般等于花鍵齒的1/4周節(jié)，即同步環(huán)旋轉(zhuǎn)圓周方向的間隙。6 右圖為非對(duì)稱結(jié)合齒同步器結(jié)構(gòu)升檔過程完成預(yù)同步過程的狀態(tài)(1 2),同步過程完成預(yù)同步過程、產(chǎn)生摩擦力矩之后同步環(huán)反方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)一定角度，齒套結(jié)合齒接近同步環(huán)結(jié)合齒，其中齒套與同步環(huán)倒角軸向距離即為接近尺寸Z,齒套結(jié)合齒中心與同步環(huán)中心之間距離即為分度尺寸a.在換擋過程中，已發(fā)生的動(dòng)作有： 齒套受力軸向移動(dòng)齒套帶動(dòng)滑塊推動(dòng)同步環(huán)錐面形成摩擦力矩Tc 同步環(huán)發(fā)生反向偏轉(zhuǎn)； 在此階段同步器滑塊停留在齒套凹槽內(nèi)。1 齒輪結(jié)合齒 25 同步環(huán)

8、3 同步器齒套 4 同步器滑塊7 右圖同步器完成預(yù)同步之后，齒套在換擋力的作用下繼續(xù)前移，由于1 2在摩擦力矩的作用下使得同步環(huán)沿1 1方向方向偏轉(zhuǎn)。在換擋力F的作用下，同步環(huán)鎖止角的斜面受一個(gè)正壓力N，其軸向分力S=Fcos（S=F），切向分力T=Fsin。 力S推動(dòng)同步環(huán)，使同步錐面之間形成正壓力。由于轉(zhuǎn)速差的存在，兩錐面間產(chǎn)生摩擦力矩Tc。 力T則形成一個(gè)撥環(huán)力矩，撥環(huán)力矩使同步環(huán)脫離鎖止面，但同步錐體上摩擦力矩卻要阻止同步環(huán)反轉(zhuǎn)。只要在設(shè)計(jì)時(shí)保證摩擦力矩Ti大于撥環(huán)力矩，就能保證鎖止面始終靠緊，從而阻止齒套移動(dòng)。 右圖換擋狀態(tài)：1） 1 2 ；2） Tc Ti ；3）齒套受阻靜止在同步

9、環(huán)鎖止面上。 換擋時(shí)不產(chǎn)生換擋沖擊，在同步后才能換的鎖止條件是： Tc Ti (1)其中：F作用在齒套上的正壓力；摩擦系數(shù)；R摩擦錐面有效半徑； r鎖止節(jié)圓半徑；錐面角度； 鎖止角度（2）（3） 換擋困難、沖擊、打齒換擋困難、沖擊、打齒5 5）同步器鎖止角）同步器鎖止角 同步環(huán)鎖止角一般在5262之間，其中，1）多錐同步器結(jié)構(gòu)比單錐結(jié)構(gòu)的同步環(huán)鎖止角要小；2）齒套、同步環(huán)、結(jié)合齒鎖止角的關(guān)系為： 齒套 同步環(huán) 結(jié)合齒3.2 3.2 同步器實(shí)際應(yīng)用同步器實(shí)際應(yīng)用當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、換擋力、換擋時(shí)間計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、換擋力、換擋時(shí)間計(jì)算 其中，稱為博格華納系數(shù)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一般以值（12）來評(píng)判換

10、擋性能的好壞。實(shí)踐證明，值在上述范圍內(nèi)時(shí)，同步器均可獲得滿意的換擋效果。當(dāng)值小于下限值時(shí)易出現(xiàn)換擋沖擊，特別當(dāng)同步環(huán)使用磨損到一定程度后，摩擦面的摩擦系數(shù)會(huì)有所下降，出現(xiàn)換擋沖擊的情況更加嚴(yán)重；當(dāng)值大于上限值時(shí)則引起換擋力增大。綜合公式（1）、（2）、(3)可以得出:1icTT（4）換擋過程機(jī)理分析換擋過程機(jī)理分析變變 量量TcTc與與TiTi之間關(guān)之間關(guān)系系齒套、同步環(huán)動(dòng)作滑滑 塊塊J/tTcTiTc最大，齒套受同步環(huán)鎖止角阻力 F 停止移動(dòng)，被同步齒輪加速；滑塊右端面受壓力(P)最大J/t Tc=Ti齒套開始開始在同步環(huán)鎖止面上滑移滑移，同步環(huán)沿方向2回轉(zhuǎn)作用在滑塊上的力P=0，齒套開始脫

11、離滑塊最高點(diǎn)；J/t TcTi齒套在同步環(huán)鎖止面上滑移滑移使同步環(huán)沿方向2回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)同步環(huán)脫離滑塊右端面=0，J/t=0 Tc=0Ti同步過程完成，齒套脫離同步環(huán)鎖止面P同步過程完成后，同步過程完成后，在齒套鎖止角在齒套鎖止角T Ti i的作用下同步環(huán)繼續(xù)沿方向的作用下同步環(huán)繼續(xù)沿方向2 2回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)齒套向前移動(dòng)？回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)齒套向前移動(dòng)？齒套直接脫離同步環(huán)鎖止面向前移動(dòng)？齒套直接脫離同步環(huán)鎖止面向前移動(dòng)？83.2 3.2 同步器實(shí)際應(yīng)用同步器實(shí)際應(yīng)用94.1 4.1 同步器結(jié)構(gòu)同步器結(jié)構(gòu)三錐三錐圖示為三錐同步器結(jié)構(gòu) 內(nèi)環(huán)通過卡腳與外環(huán)連成一個(gè)整體，外環(huán)卡腳裝配在齒轂凹槽內(nèi)，整體由同步器齒轂帶動(dòng)，同步

12、器外環(huán)、內(nèi)環(huán)、齒轂、齒套轉(zhuǎn)速一致；中環(huán)通過卡腳與檔位齒輪相配練成一個(gè)整體，與檔位齒輪速度一致。由此，檔位齒輪的各摩擦錐面與同步器可形成速度差。同步器外環(huán)同步器中環(huán)齒 套滑塊槽滑 塊齒 轂內(nèi)環(huán)卡腳中環(huán)卡腳分度槽同步器內(nèi)環(huán)滑塊+齒套槽的作用？雙錐同步器結(jié)構(gòu)？雙錐同步器結(jié)構(gòu)？10 右圖列舉幾種常見的同步器結(jié)構(gòu)，其中：圖圖 一一 鋼球+圈簧+滑塊結(jié)構(gòu)，由同步環(huán)凸臺(tái)安裝在同步器齒轂滑塊槽內(nèi)，控制同步環(huán)分度尺寸分度尺寸，由滑塊軸向長度控制同步環(huán)軸向活動(dòng)間隙同步環(huán)軸向活動(dòng)間隙X2X2.圖一圖 二圖 三圖 四為什么出現(xiàn)此現(xiàn)象？圖三、圖四圖三、圖四 兩種結(jié)構(gòu)基本一致，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上圖四方案優(yōu)于圖三方案：圖四同步環(huán)

13、分度尺寸由同步環(huán)凸臺(tái)與同步器齒轂槽配合間隙臺(tái)控制，不影響滑塊軸向移動(dòng)的靈活性。4.2 4.2 同步器結(jié)構(gòu)分析同步器結(jié)構(gòu)分析115 5 換擋定位方式換擋定位方式叉軸端面結(jié)合齒端面叉軸擋圈結(jié)合齒端面內(nèi)置限位塊 常見換擋系統(tǒng)中的換擋移動(dòng)行程有：1）換擋指旋轉(zhuǎn)角度；2）撥叉+叉軸移動(dòng)行程；3）同步器齒套移動(dòng)行程。其中，任一個(gè)運(yùn)動(dòng)件基本上均有自定位及行程限位裝置自定位及行程限位裝置。合理調(diào)整換擋運(yùn)動(dòng)件的行程可有效避免磨撥叉、異響、抖動(dòng)及跳檔等跳檔等異常問題。126 6 防脫檔結(jié)構(gòu)防脫檔結(jié)構(gòu)防脫臺(tái)階防脫臺(tái)階結(jié)構(gòu)對(duì)檔位齒輪結(jié)構(gòu)有相關(guān)要求，花鍵齒厚減薄量為0.25左右。防脫倒錐常用結(jié)構(gòu)，倒錐角一般要求在3.5

14、6之間，且花鍵有效結(jié)合長度1.5mm。137 7 換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 自鎖自鎖 在檔、空擋位定位作用，防止運(yùn)動(dòng)零件竄動(dòng)導(dǎo)致異響、磨損等異?，F(xiàn)象，主要元件有：1）撥叉；2）同步器齒套；3）換擋指。 互鎖互鎖 保證每次換擋過程中只能推動(dòng)總成中的任一個(gè)同步器齒套實(shí)現(xiàn)換擋； 五倒檔互鎖五倒檔互鎖 防止從五檔直接掛入倒檔；147 7 換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 下圖換擋系統(tǒng)箭頭所指元件在換擋系統(tǒng)中起到什么作用？是如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)檔位的換擋動(dòng)作？“王字槽王字槽”的的優(yōu)點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)？158 8 換擋故障模式分析換擋故障模式分析一級(jí)故障一級(jí)故障二級(jí)故障二級(jí)故障故障分析故障分析備備 注注摘不下檔摘不下檔1、錐面角度設(shè)計(jì)不合理/自鎖同步容量計(jì)算2、同步器齒環(huán)與結(jié)合齒錐面抱死換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掛不上檔掛不上檔1、無法同步/離合器未徹底脫開2、無法同步/其他檔位同步環(huán)未脫開換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掛檔過程掛檔過程不正常不正常打齒響1、無法正常鎖止/鎖止角設(shè)計(jì)不合理同步容量計(jì)算2、鎖止角結(jié)合面接觸不良同步容量計(jì)算兩段感1、齒套穿越時(shí)，同步齒輪相對(duì)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)同步換擋過程2、離合器或某檔位同步環(huán)脫開不徹底3、后備量太大換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同步時(shí)間長1、同步容量不夠：a)a)鄰檔比太大；鄰檔比