2.3　變速器

車輛在起步、爬坡及重負(fù)載時(shí)，需要較大驅(qū)動(dòng)力，以免車輛因扭矩不夠而抖動(dòng)，甚至熄火；而在平坦路面高速行駛時(shí)，則無(wú)須太大驅(qū)動(dòng)力，反而要有較高轉(zhuǎn)速，以節(jié)省燃料；且必要時(shí)，車輛要能倒退。另外，變速器的各擋變速齒輪，可提高車輛的行駛性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最經(jīng)濟(jì)、有效的情況下使用，且變速段分得越多，車輛的行駛性能越理想，但變速段分得太多，會(huì)導(dǎo)致行車操控不便，故各變速段間的齒輪減速比，應(yīng)存在一定的關(guān)系，使行車操控方便。

綜上所述，變速器須具備下列的功能：

（1）增加減速比，以增大車輪扭矩。

（2）增加車輪的轉(zhuǎn)速，以節(jié)省燃料。

（3）改變車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以利倒車行駛。

（4）利用空擋的作用，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪間的動(dòng)力。

2.3.1　齒　輪

齒輪可傳遞較大的扭矩，且可得確定的速度比，故廣泛應(yīng)用在變速器等構(gòu)件上。

一　齒輪的特性

（1）齒輪（見圖2-15）與齒輪之間的動(dòng)力傳遞不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，因而主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的速度比可保持一定。

（2）可改變運(yùn)動(dòng)方向：當(dāng)兩齒輪是外接時(shí)，兩齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，但若在兩齒輪間加一惰輪，則轉(zhuǎn)動(dòng)方向就會(huì)發(fā)生變化；而內(nèi)接時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。

（3）可改變扭矩或轉(zhuǎn)速：當(dāng)減速比大于1時(shí)，產(chǎn)生減速作用，即被動(dòng)輪轉(zhuǎn)速變小、扭矩變大；當(dāng)減速比小于1時(shí)，產(chǎn)生加速作用，即被動(dòng)輪轉(zhuǎn)速變大、扭矩變小。

（4）齒輪與齒輪直接接觸傳動(dòng)，所占空間較小，但兩軸間的距離不能相距太遠(yuǎn)。

二　減速比

齒輪的作用如圖2-16所示。大齒輪A為主動(dòng)輪，節(jié)圓半徑Ra（直徑Da），轉(zhuǎn)速Na，齒數(shù)ta，扭矩Ta；小齒輪B為被動(dòng)輪，節(jié)圓半徑Rb（直徑Db），轉(zhuǎn)速Nb，齒數(shù)tb，扭矩Tb。

（1）大齒輪A的齒距為Pc，a=，小齒輪B的齒距為Pc，b=

因?yàn)閮升X輪的齒距相等（注：齒距為沿節(jié)圓上一齒的任意點(diǎn)到相鄰齒上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的弧線距離，如P1、P2。），所以

即=，兩齒輪的齒數(shù)與節(jié)圓直徑成正比。

（2）又兩齒輪接觸點(diǎn)上的切線速度（V）相等，所以，

即兩齒輪的轉(zhuǎn)速與節(jié)圓直徑成反比。

（3）若大齒輪A作用在小齒輪B的力為F，依據(jù)力矩原理可得

大齒輪A的扭矩為Ta=FRa；小齒輪B的扭矩為Tb=FRb。所以扭矩比==。

即兩齒輪的扭矩與節(jié)圓直徑成正比。故

即兩齒輪的扭矩與節(jié)圓直徑、齒數(shù)成正比，而與轉(zhuǎn)速成反比。

2.3.2　變速器種類

一　手動(dòng)變速器種類

變速器有手動(dòng)變速器與自動(dòng)變速器兩大類。手動(dòng)變速器可分滑動(dòng)式、永久嚙合式與同步式等三大類，目前以同步式使用最為廣泛。

1　滑動(dòng)式

滑動(dòng)式手動(dòng)變速器使用正齒輪，且換擋時(shí)須將齒輪前、后移動(dòng)，因此長(zhǎng)度較長(zhǎng)（見圖2-17）；且因主軸齒輪的周邊線速度與副軸齒輪的周邊線速度并不相同，因而換擋時(shí)齒輪嚙合困難，必須使用離合器，才能順利換擋。因?yàn)閾Q擋困難、齒輪磨損快與噪聲大等缺點(diǎn)，該類變速器已被淘汰。

2　永久嚙合式

永久嚙合式手動(dòng)變速器采用斜齒輪，且副軸上各擋齒輪與主軸上各齒輪直接嚙合在一起（見圖2-18）；換擋時(shí)，移動(dòng)齒輪接合套將換擋齒輪與齒輪接合套相接合，故可減少噪聲，延長(zhǎng)使用壽命，但仍有用離合器來(lái)?yè)Q擋及齒輪側(cè)推力較大的缺點(diǎn)。

3　同步式

同步式手動(dòng)變速器是永久嚙合式手動(dòng)變速器的改良（見圖2-19）。在齒輪接合套上裝等速調(diào)節(jié)裝置，稱為同步調(diào)速裝置，如此可使換擋容易而無(wú)噪聲，且不必使用離合器換擋，甚為方便，已為車輛廣泛使用。

二　自動(dòng)變速器種類

自動(dòng)變速器可分為機(jī)械式、液壓機(jī)械式與電子控制式等三大類。

1　機(jī)械式

機(jī)械式自動(dòng)變速器包含了鋼帶及一組鋼帶盤（見圖2-20）。鋼帶溝深度受油壓控制，自靜止起步至最高速度時(shí)，產(chǎn)生無(wú)段式的變速，且沒有換擋的沖擊及能提供高度運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

2　液壓機(jī)械式

液壓機(jī)械式自動(dòng)變速器由液體傳動(dòng)部分（如液力變矩器）、機(jī)械齒輪變速機(jī)構(gòu)（如行星齒輪組）及控制換擋動(dòng)作的油壓控制系統(tǒng)等組成，如圖2-21所示（圖中PRND21是擋位置示）。

3　電子控制式

電子控制式自動(dòng)變速器是目前自動(dòng)變速器的通稱。一般自動(dòng)變速器的變速操作都是由油壓控制的，而電子控制式自動(dòng)變速器則以電子來(lái)控制油壓的操控部分，使變速反應(yīng)迅速而靈敏，且變速模式可以增多，以提高車輛的加速性及經(jīng)濟(jì)性。

頭腦風(fēng)暴

◎變速器為何能夠增進(jìn)扭力？

2.3.3　同步式變速器

同步式變速器一般有4個(gè)前進(jìn)擋（1、2、3、4擋）及1個(gè)倒退擋，或另加一超速傳動(dòng)擋，即形成5個(gè)前進(jìn)擋及1個(gè)倒退擋。通常由變速器外殼、變速器延伸殼、離合器軸、主軸、副軸、各擋齒輪、同步器調(diào)速總成與變速操縱機(jī)構(gòu)等組成，如圖2-22所示。

一　構(gòu)件

1　變速器外殼

小型車的變速器外殼由鋁合金壓鑄而成，作為變速器的骨架，其上有加油及測(cè)量油面高度等裝置。

2　變速器延伸殼

用以安裝變速操縱機(jī)構(gòu)、里程表驅(qū)動(dòng)裝置及倒車燈開關(guān)等。

3　離合器軸

離合器軸是變速器的輸入軸（主動(dòng)軸）。離合器軸上鑄有一主驅(qū)動(dòng)齒輪，將球軸承安裝在變速器外殼上；其前端與飛輪（或曲軸）的向?qū)лS承相浮接，以保持曲軸與離合器軸在同一中心線上，后端亦以向?qū)лS承與主軸相浮接，以支撐主軸質(zhì)量并保持兩軸在同一中心線上。

4　主軸

主軸是變速器動(dòng)力輸出軸。軸上各齒輪依大小順序與副軸齒輪相嚙合，但在主軸上空轉(zhuǎn)。其同步器可在軸上左右移動(dòng)，以作為換擋之用。

5　副軸

軸上各齒輪與軸制成一體（轉(zhuǎn)動(dòng)），各齒輪的齒數(shù)不同，產(chǎn)生變速作用。

6　惰輪軸

軸上裝有一惰輪，作為倒擋改變動(dòng)力的傳動(dòng)方向。

7　同步器調(diào)速總成

同步器調(diào)速總成由同步中心齒轂、同步齒套、調(diào)速銅錐環(huán)、調(diào)速鍵等組成，并與主軸嚙合傳動(dòng)。在換擋時(shí)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)欲嚙合的兩齒輪的速度，使周邊線速度相近，完成換擋動(dòng)作。

8　變速操縱機(jī)構(gòu)

變速操縱機(jī)構(gòu)有直接操縱式與遙控操縱式兩種。由變速撥叉與變速撥叉軸傳遞變速桿的動(dòng)作，并使同步機(jī)構(gòu)的同步齒套做軸向移動(dòng)，以進(jìn)行換擋動(dòng)作。

二　鍵式同步器調(diào)速總成

1　構(gòu)造

鍵式同步器調(diào)速總成構(gòu)造如圖2-23所示。

（1）同步中心齒轂。同步中心齒轂內(nèi)、外皆有齒槽。內(nèi)齒槽與主軸的槽齒相嚙合，外齒槽與同步齒套的內(nèi)槽齒相嚙合，且其外齒轂上尚有3～4道鍵槽，以裝置調(diào)速鍵。

（2）同步齒套。同步齒套內(nèi)槽齒與同步中心齒轂齒槽相嚙合，齒套上有槽溝，以安裝變速撥叉；換擋時(shí)，變速撥叉可使齒套在中心齒轂上左、右滑動(dòng)。

（3）調(diào)速鍵。通常有3～4塊調(diào)速鍵安裝在同步中心齒轂的鍵槽上，并用2條環(huán)形鍵彈簧將調(diào)速鍵向外壓緊在同步齒套的凹槽上。換擋時(shí)，調(diào)速鍵擠壓調(diào)速銅錐環(huán)，使調(diào)速銅錐環(huán)與主軸齒輪產(chǎn)生調(diào)速作用。

（4）調(diào)速銅錐環(huán)。調(diào)速銅錐環(huán)內(nèi)有錐狀細(xì)紋溝槽，外部并制有犬齒。換擋時(shí)，調(diào)速銅錐環(huán)受調(diào)速鍵擠壓，錐狀細(xì)紋溝槽與主軸錐體部相嚙合，由兩者摩擦產(chǎn)生調(diào)速作用，使主軸齒輪與調(diào)速銅錐環(huán)（同步器調(diào)速總成）的線速度相等，順利完成換擋動(dòng)作。

2　調(diào)速作用

調(diào)速作用如圖2-24所示。下面以1擋換2擋為例進(jìn)行說(shuō)明。

（1）換擋前，主軸2擋齒輪與副軸2擋齒輪相嚙合，并在主軸上高速空轉(zhuǎn)，而同步器調(diào)速總成則與主軸一起低速轉(zhuǎn)動(dòng)。換2擋時(shí)，變速撥叉將同步齒套向主軸2擋齒輪滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)調(diào)速鍵擠壓調(diào)速銅錐環(huán)，使其內(nèi)部錐狀細(xì)紋溝槽向左輕抵主軸2擋齒輪錐體部，產(chǎn)生輕微摩擦，此時(shí)同步齒套尚未與高速銅錐環(huán)犬齒相嚙合。

（2）當(dāng)同步齒套越過(guò)調(diào)速鍵凸出部繼續(xù)向左滑動(dòng)，此時(shí)調(diào)速鍵向調(diào)速銅錐環(huán)施予更大擠壓力，促使調(diào)速銅錐環(huán)內(nèi)部錐狀細(xì)紋溝槽與主軸2擋齒輪錐體部更緊密配合，如此由兩者摩擦作用，使調(diào)速銅錐環(huán)與主軸2擋齒輪的速度幾近相等，且此時(shí)同步齒套已越過(guò)調(diào)速銅錐環(huán)接合套，使同步齒套與調(diào)速銅錐環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）當(dāng)同步齒套、調(diào)速銅錐環(huán)與主軸2擋齒輪線速度相同時(shí)，齒套很容易越過(guò)調(diào)速銅錐環(huán)的接合套，而與主軸2擋齒輪的接合套相嚙合，完成調(diào)速與換擋的動(dòng)作。

調(diào)速工作的順序如下：變速撥叉→同步齒套→調(diào)速鍵→調(diào)速銅錐環(huán)→調(diào)速銅錐環(huán)錐狀細(xì)紋溝槽→主軸齒輪錐體部→同步齒套、調(diào)速銅錐環(huán)上的接合套與主軸（2擋）齒輪上的接合套線速度相同→完成調(diào)速與換擋。

2.3.4　各速擋動(dòng)力傳遞及減速比

發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)，離合器踏板未踩下時(shí)，無(wú)論在何種擋位，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力即經(jīng)由離合器軸→離合器軸驅(qū)動(dòng)齒輪→副軸驅(qū)動(dòng)齒輪→副軸各擋齒輪→主軸1、2、3擋及惰輪軸齒輪，主軸1、2、3擋齒輪在主軸上空轉(zhuǎn)。

一　空擋

變速撥叉未移動(dòng)，因而主軸上的1、2、3擋齒輪在主軸上空轉(zhuǎn)，主軸沒有動(dòng)力輸出。

二　1擋

1擋動(dòng)力傳遞路線如圖2-25所示。

（1）變速撥叉將1、2擋同步器總成向右滑動(dòng)，與主軸1擋齒輪的接合套相嚙合，因而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由離合器軸→離合器軸驅(qū)動(dòng)齒輪→副軸驅(qū)動(dòng)齒輪→副軸1擋齒輪→主軸1擋齒輪→主軸1擋齒輪的接合套→1、2擋同步器總成（同步齒套→同步中心齒轂）→主軸→動(dòng)力輸出。

三　2擋

2擋動(dòng)力傳遞路線如圖2-26所示。

（1）變速撥叉將1、2擋同步器總成向左滑動(dòng)，與主軸2擋齒輪的接合套相嚙合，因而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由主軸2擋齒輪的接合套→1、2擋同步器總成→主軸→動(dòng)力輸出。

四　3擋

3擋動(dòng)力傳遞路線如圖2-27所示。

（1）變速撥叉將3、4擋同步器總成向右滑動(dòng)，與主軸3擋齒輪的接合套相嚙合，因而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由主軸3擋齒輪的接合套→3、4擋同步器總成→主軸→動(dòng)力輸出。

五　4擋（直接傳動(dòng)）

4擋動(dòng)力傳遞路線如圖2-28所示。

（1）變速撥叉將3、4擋同步器總成向左滑動(dòng)，與離合器軸驅(qū)動(dòng)齒輪的接合套相嚙合，此時(shí)離合器軸與主軸成一體轉(zhuǎn)動(dòng)，因而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力直接由離合器軸向主軸輸出。

（2）減速比=1：1。

六　倒擋

倒擋動(dòng)力傳遞路線如圖2-29所示。

（1）變速撥叉將主軸倒擋齒輪向左滑動(dòng)，與倒擋惰輪相嚙合，因而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由離合器軸驅(qū)動(dòng)齒輪→副軸驅(qū)動(dòng)齒輪→副軸倒擋齒輪→惰輪軸惰輪齒輪→主軸倒擋齒輪→主軸→動(dòng)力輸出。其中惰輪軸惰輪齒輪用以改變動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，而與倒擋減速比無(wú)關(guān)。

2.3.5　變速器操縱機(jī)構(gòu)

變速器操縱機(jī)構(gòu)由變速桿、變速滑軌、撥叉（桿）、定位機(jī)構(gòu)及聯(lián)鎖裝置等組成。

一　變速器操縱機(jī)構(gòu)種類

變速器操縱機(jī)構(gòu)有晉級(jí)式與選擇式兩大類。晉級(jí)式變速時(shí)，由低速擋依序換擋到最高速擋，一般用于機(jī)車；選擇式可分為直接操縱式與遙控操縱式兩大類，一般用于轎車上。

（1）直接操縱式有連桿式[見圖2-30（a）]及整體式[見圖2-30（b）]兩種。整體式操縱變速桿時(shí)，直接移動(dòng)變速滑軌與撥叉；而連桿式操縱變速桿時(shí)，須借由連桿連接到變速器內(nèi)，以操控變速滑軌與撥叉。

（2）遙控操縱式以轉(zhuǎn)向盤柱式為主（見圖2-31）。轉(zhuǎn)向盤柱式操縱變速桿時(shí)，直接操控?fù)軛U。兩根撥桿均作為撥動(dòng)撥叉之用，或一根撥桿作擋位（1、2、3、4擋或倒擋）選擇用，另一根撥桿作為撥動(dòng)撥叉推向各擋位（1、2、3、4擋或倒擋）之用。

二　定位機(jī)構(gòu)與聯(lián)鎖裝置

（1）定位機(jī)構(gòu)由定位鋼珠、定位彈簧及變速滑軌等組成。當(dāng)變速滑軌移到所需位置時(shí)，定位彈簧把定位鋼珠壓入滑軌凹槽，以固定滑軌位置，防止因振動(dòng)產(chǎn)生的跳擋現(xiàn)象，如圖2-32所示。

（2）聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)由聯(lián)鎖銷、鋼珠及變速滑軌等組成。當(dāng)一根變速滑軌（A）移動(dòng)后，由聯(lián)鎖銷及鋼珠的裝置，防止另一根變速滑軌（B或C）的移動(dòng)，以防止兩組主軸的擋位齒輪同時(shí)與主軸嚙合，導(dǎo)致變速器受損。唯有先前變速滑軌（A）移回空擋（凹槽對(duì)正鋼珠）時(shí)，變速滑軌（A、B、C）始能再移動(dòng)，進(jìn)行換擋動(dòng)作，如圖2-33所示。