一、变速器的功用和分类
1.变速器的功用
（1）实现变速变矩。变速器可扩大发动机转速和转矩的变化范围，以满足不同工况的要求。
（2）实现汽车倒驶。利用变速器的倒挡可以保证在发动机旋转方向不变的情况下实现车辆的倒向行驶。
（3）必要时中断传动。发动机只能在无负荷情况下起动，而且起动后转速必须保持在最低稳定转速以上，所以在汽车起步以前，发动机与驱动轮之间的传动路线必须被切断。
（4）实现动力输出，驱动其他机构。如有需要，变速器可作为动力输出器，驱动其他机构，如自卸车的液压举升装置等。
2.变速器的类型
（1）按传动比变化方式分类。
①有级变速器。有级变速器采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。
②无级变速器。无级变速器的传动比在一定范围内可连续地变化。常见的有电力式、液力式及机械式。
③综合式变速器。综合式变速器是由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，目前应用得较多。
（2）按操纵方式分类。
①手动变速器。手动变速器靠驾驶员直接操纵变速杆进行换挡。这种变速器的换挡机构简单、工作可靠并且经济省油。
②自动变速器。所谓“自动”，是指变速器借助反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换挡。驾驶员只需操纵加速踏板和制动装置来控制车速。此种方式操作简便，目前运用得较多。
③半自动操纵式变速器。此种变速器有两种形式：一种是几个常用挡位可自动操纵，其余几个挡位由驾驶员操纵；另一种是预选式的，即驾驶员先用按钮选定挡位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通自动控制和执行机构进行自动换挡。
二、普通齿轮变速器的工作原理
1.变速变矩原理
普通齿轮变速器是利用不同齿数的齿轮啮合传动实现转速和转矩改变的。
如图2-12所示，设主动齿轮转速为n1，齿数为z1，转矩为M1；从动齿轮的转速为n2，齿数为z2，转矩为M2。主动齿轮（输入轴）转速与从动齿轮（输出轴）转速之比为传动比（i1，2），则
图2-12 齿轮变速原理
1—主动齿轮；2—从动齿轮；3—输入轴；4—输出轴
汽车变速器里有若干个齿轮。不同的搭配会得到不同的传动比。多级齿轮传动比=所有从动齿轮齿数的连乘积/所有主动齿轮齿数的连乘积。汽车变速器某一挡位的传动比就是指在这一挡位时各挡齿轮传动比的乘积。
当i＞1时，此时变速器实现降速增矩，处于低挡位，且i越大，挡位越低；当i=1时，变速器处于直接挡；当i＜1时，此时变速器实现升速降矩，处于超速挡。
2.换挡原理
如图2-13所示，采用不同齿轮啮合会引起传动比变化，输出轴转速、扭矩发生变化，即挡位改变。当输入轴、输出轴齿轮不与中间轴齿轮啮合时，动力不能传递到输出轴，此时变速器处于空挡。
图2-13 换挡原理
1—输入轴；2—输出轴；3—中间轴
3.变向原理
如图2-14所示，由齿轮传动原理可知，一对相啮合的外齿轮旋向相反，每经过一传动副，其轴改变一次转向。故两轴式变速器在输入轴与输出轴之间加装了一倒挡轴和倒挡齿轮（也称为惰轮），而三轴式变速器则在中间轴与输出轴之间加装了一倒挡轴和倒挡齿轮，这样就可使输出轴转向改变，从而使汽车能倒向行驶。
三、齿轮变速器的变速传动机构
变速器包括变速传动机构和换挡操纵机构两部分。
变速传动机构是变速器的主体，主要由一系列相互啮合的齿轮副及其支承轴，以及作为基础件的壳体组成。其功用是改变转速、转矩和旋转方向。换挡操纵机构的功用是实现换挡。
按照工作轴数量（不含倒挡轴），变速器可分为三轴式变速器和两轴式变速器。
1.三轴式五挡变速器
图2-15所示为东风EQ1090E型汽车变速器的结构图。
图2-14 变向原理
1—主动轮；2—惰轮；3—从动轮
图2-15 三轴式五挡变速器（东风EQ1090E）结构组成
1—第一轴；2—第一轴常啮合齿轮；3—第一轴齿轮接合齿圈；4、9—接合套；5—四挡齿轮接合齿圈；6—第二轴四挡齿轮；7—第二轴三挡齿轮；8—三挡齿轮接合齿圈；10—二挡齿轮接合齿圈；11—第二轴二挡齿轮；12—第二轴一挡、倒挡滑动齿轮；13—变速器壳体；14—第二轴；15—中间轴；16—倒挡轴；17、19—倒挡中间齿轮；18—中间轴一挡齿轮；20—中间轴二挡齿轮；21—中间轴三挡齿轮；22—中间轴四挡齿轮；23—中间轴常啮合传动系统；24、25—花键毂；26—第一轴轴承盖；27—轴承盖回油螺纹；28—通气塞；29—车速里程表传动齿轮；30—中央制动器底座
（1）三轴式五挡变速器的结构组成。
①第一轴。第一轴前端用轴承支撑在曲轴中心孔内，后端由变速器壳体的前壁支撑。
②中间轴。轴承将中间轴两端支撑在壳体上。
③第二轴。第二轴前端插进第一轴后端中心孔轴承内，后端由轴承固定在壳体上。
④倒挡轴。两个倒挡中间齿轮制成一体，通过滚针轴承套在倒挡轴上。
（2）各挡动力传递情况。
①空挡。操纵变速杆，使各挡同步器接合套处于中间位置，此时动力不传给输出轴。
②一挡。操纵变速杆，将一挡从动齿轮12左移，与齿轮18相啮合，动力便从第一轴依次经过齿轮2、啮合传动系统23、中间轴15、齿轮18与12经花键传给第二轴。
③二挡。操纵变速杆，将接合套9右移，与接合齿圈10接合，动力便由第一轴依次经过齿轮2、啮合传动系统23、中间轴15、齿轮20、齿轮11、接合齿圈10、接合套9和花键毂24传给第二轴。
④三挡。操纵变速杆，将接合套9左移，与接合齿圈8接合，动力便由第一轴依次经过齿轮2、啮合传动系统23、中间轴15、齿轮21、齿轮7、接合齿圈8、接合套9和花键毂24传给第二轴。
⑤四挡。操纵变速杆，将接合套4右移，使之与接合齿圈5接合，动力便由第一轴依次经过齿轮2、啮合传动系统23、中间轴15、齿轮22、齿轮6、接合齿圈5、接合套4和花键毂25传给第二轴。
⑥五挡。操纵变速杆，将接合套4左移，使之与接合齿圈3接合，动力便由第一轴依次经过齿轮2、接合齿圈3、接合套4和花键毂25传给第二轴。
⑦倒挡。操纵变速杆，将一挡从动齿轮12右移，与齿轮17相啮合，动力便从第一轴依次经过齿轮2、啮合传动系统23、中间轴15、齿轮18、齿轮19、齿轮17、齿轮12经花键传给第二轴。
2.两轴式五挡变速器
前置发动机布置形式有纵向布置和横向布置两种形式，所以与其配合的两轴式变速器也对应有两种不同的结构形式。
（1）发动机前置、纵向布置的两轴式变速器。
当发动机前置、纵向布置时，发动机旋转方向与车轮旋转方向垂直。下面以发动机纵向布置的桑塔纳2000型轿车两轴式变速器为例（图2-16）。
此变速器的变速传动机构有输入轴总成和输出轴总成。两轴平行布置。输入轴也是离合器的从动轴，与离合器从动盘连接。输出轴连接主减速器主动齿轮。该变速器具有五个前进挡和一个倒挡，同步器全部采用锁环式惯性同步器。
（2）发动机前置、横向布置的两轴式变速器。
当发动机横向布置时，由于输出轴与驱动桥轴线平行，因此变速器配有圆柱斜齿轮主减速器。发动机前置横向布置的两轴式变速器传动示意图如图2-17所示。
图2-16 桑塔纳2000型轿车两轴式变速器
图2-17 发动机前置、横向布置的两轴式变速器传动示意图
四、同步器
手动变速器的结构内部有一个非常重要的设备，那就是“同步器”。同步器的作用是显而易见的。它是解决在换挡操作中发动机转速与变速箱转速不一致问题的机械装置，可以有效地避免挂不上挡，消除换挡时的齿轮响声等。如果没有同步器，一个慢速旋转的齿轮被强行塞入一个高速旋转的齿轮中，肯定会发生打齿的现象。
同步器是手动变速器换挡最常使用的部件。目前绝大多数变速器都是利用同步器换挡。同步器可使接合套与待啮合的齿圈迅速同步，缩短了换挡时间，克服了换挡冲击，减少了换挡操作步骤和难度。
1.同步器的分类
（1）常压式同步器。
用常压式同步器换挡时，摩擦作用能使需接合的两个花键齿圈迅速地达到并保持同步。并且由于带弹簧的定位销对接合套的阻力，两个齿圈在达到同步之前暂不接合。但在此种同步器中，对接合套的轴向阻力是由弹簧压力造成的，故其大小有限（“常压式”的名称即由此而得）。如果驾驶员用力较猛，则可能在未达到同步前，接合套便克服弹簧压力，压下定位销而与齿轮的接合齿圈接触，此时齿间仍将产生冲击。因此常压式同步器不可靠，目前较少被采用。
（2）惯性式同步器。
惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的。其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。惯性式同步器能够确保同步啮合换挡，目前得到广泛应用。
（3）惯性增力式同步器。
惯性增力式同步器又称“波尔舍”（Porsehe）同步器。这种同步器与常压式和惯性式同步器一样，也是利用摩擦原理实现同步的，主要区别在于同步环产生的摩擦力矩由于同步环内的弹簧片作用而得到成倍的增长。
2.惯性式同步器的特点和应用
（1）锁环式惯性同步器。
锁环式惯性同步器的特点：同步毂内花键与第二轴外花键配合，用垫圈、卡环轴向定位。滑块被两个弹簧圈的径向力压向接合套，滑块中部的凸起部位嵌入接合。
（2）锁销式惯性同步器。
锁销式惯性同步器的特点：以锁销代替锁环，锁销中部和接合套上相应的销孔所在两个端面的倒角产生锁止。
（3）锁环式多锥惯性同步器。
锁环式多锥惯性同步器的特点：在锁环式两个锥面间插入两个辅助同步锥，锥表面的有效摩擦面积成倍增加，同步转矩相应增加，减小换挡力或缩短同步时间。
3.惯性式同步器的结构与工作原理
这里以锁环式惯性同步器为例来讲解惯性式同步器的工作原理。
（1）锁环式惯性同步器的构造。
锁环式惯性同步器的构造如图2-18所示。
（2）锁环式惯性同步器的工作原理。
如图2-19所示，锁环式惯性同步器工作时会经历空挡、挂挡、锁止和同步啮合四个过程。
图2-18 锁环式惯性同步器的构造
1—锁环；2—花键毂；3—定位滑块；4—结合套；5—锁环；6—齿圈；7—拨叉；8—齿圈；9—定位凹槽；10—定位滑块；11—缺口
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图2-19 锁环式惯性同步器的四个工作过程
五、变速器操纵机构
1.变速器操纵机构的功用
变速器操纵机构的功用是保证驾驶员根据使用条件，准确可靠地使变速器挂入所需要的挡位工作，并可随时使之退入空挡。操纵机构由操纵杆、杠杆机构、拉杆、拨叉轴、拨叉、自锁及互锁装置等组成。
2.对变速器操纵机构的要求
（1）变速器不应自行脱挡或自行挂挡，要保证轮齿以全齿长啮合，即应有自锁装置。
（2）变速器不应同时挂入两个挡位，即应有互锁装置。
（3）变速器不应误挂入倒挡，即应有倒挡锁装置。
分动器挂入低挡工作时，其输出转矩较大。为避免中、后驱动桥超载，分动器必须接上前桥，以分担一部分载荷。因此，分动器必须满足以下操纵原则：非先接上前桥，不得换入低挡；非先退出低挡，不得摘下前桥。
3.变速器操纵机构的类型
（1）直接操纵式。
直接操纵式变速器操纵机构布置在驾驶员座椅旁。变速杆由驾驶室地板伸出，变速杆及所有操纵装置都设置在变速器壳体上。驾驶员可以直接操纵变速器进行换挡。
（2）远距离操纵式。
在有些汽车上，由于变速器离驾驶员座位较远，变速杆及其他操纵装置不能安装在变速器壳上。变速杆与拨叉之间需要加装一些辅助杠杆或一套传动机构，构成远距离操纵机构。远距离操纵式变速器操纵机构具有变速杆占据的驾驶室空间小、驾驶员乘坐方便等优点，但换挡操作的准确性和可靠性稍差。
图2-20所示为变速杆安装在驾驶室地板上的典型双钢索换挡联动装置。
图2-20 典型双钢索换挡联动装置（远距离操纵式）
1—横向拉杆；2—变速器换挡拉杆；3—用于挂挡动作的挂挡拉索；4—用于选挡动作的选挡拉索；5—隔热板
4.换挡拨叉机构
换挡拨叉机构主要由变速杆、叉形拨杆、换挡轴、各挡拨块、拨叉轴及拨叉等组成（图2-21）。各种变速器由于挡位及挡位排列位置不同，其拨叉和拨叉轴的数量及排列位置也不相同。
5.定位锁止机构
（1）自锁装置。
自锁装置用于防止变速器自动脱挡或挂挡，并保证轮齿以全齿宽啮合。大多数变速器的自锁装置都是采用自锁钢球对拨叉轴进行轴向定位锁止。如图2-22所示，变速器盖中钻有三个深孔。孔中装有自锁钢球和自锁弹簧，其位置正处于拨叉轴的正上方。每根拨叉轴对着钢球的表面沿轴向设有三个凹槽。槽的深度小于钢球的半径。
（2）互锁装置。
互锁装置的作用是阻止两根拨叉轴同时移动，即当拨动一根拨叉轴轴向移动时，其他拨叉轴都被锁止，从而可以防止同时挂入两个挡位。图2-23所示为锁球式互锁装置，它由互锁钢球和互锁销组成。两个钢球直径之和等于拨叉轴表面间距离加一个槽深。
图2-21 换挡拨叉机构
1—互锁柱销；2—自锁钢球；3—自锁弹簧；4—倒挡拨块；5—变速杆；6—换挡轴；7—倒挡拨叉轴；8—一、二挡拨叉轴；9—三、四挡拨叉轴；10—五、六挡拨叉轴；11—一、二挡拨叉；12—五、六挡拨块；13—一、二挡拨块；14—三、四挡拨叉；15—五、六挡拨叉；16—倒挡拨叉；17—三、四挡拨块
图2-22 自锁装置
图2-23 锁球式互锁装置
（3）倒挡锁装置。
倒挡锁装置用于防止误挂倒挡。图2-24所示为常见的锁销式倒挡锁装置。当驾驶员想挂倒挡时，必须用较大的力使变速杆4下端压缩弹簧2，将锁销推入锁销孔内，才能使变速杆下端进入拨块3的凹槽中进行换挡。
图2-24 锁销式倒挡锁装置
1—倒挡锁销；2—倒挡锁弹簧；3—倒挡拨块；4—变速杆
一、任务准备
1.工作准备
洁具：准备□ 清洁□
毛巾：准备□ 清洁□
逃生门：位置明确□ 通道畅通□
灭火器：红色□ 黄色□ 绿色□ 处理意见：
5S：整理□ 整顿□ 清洁□ 清扫□ 素养□
2.工具准备
两轴式手动变速器□ 自动变速器□ 手自一体变速器□ 齿轮□ 轴□
同步器□ 锁止装置□ 挂图□
3.实训安排
（1）分组：班级按3人1小组，划分成多个小组。
（2）每组分工：3人小组中1人发指令，1人操作，1人记录，相互配合完成实训。
（3）每组时间：每组在15分钟内完成训练。
（4）实训方式：按每轮2组，共2轮进行轮流训练。
（5）实训设备：变速器总成、实训操作台。
4.安全事项
（1）手动变速器台架稳固。□
（2）工作台清洁、稳固。□
二、实施步骤
1.认识变速器
手动变速器、CVT自动变速器、AT自动变速器、DSG双离合变速器。
2.认识变速器的部件
壳体□ 齿轮传动组□ 圆柱斜齿轮□ 圆锥斜齿轮□ 输入轴□ 一挡主动齿轮□
倒挡主动齿轮□ 二挡主动齿轮□ 四挡齿轮□ 三挡齿轮□
三、四挡同步器：同步环□ 结合套□ 花键毂□
五挡同步器：滑块□ 弹簧□ 花键毂□ 同步环□ 结合套□ 五挡主动齿轮□
一、二挡拨叉及拨叉轴□ 三、四挡拨叉及拨叉轴□ 五挡拨叉轴□ 五挡拨叉□
内换挡杆□ 自锁装置□ 互锁装置□ 倒挡锁装置□
三、清洁及整理
整理：所用工量具□
清洁场地：座椅□ 地板□ 工作台□ 零件盘□ 工位场地□
一、填空题
1.变速器包括_________传动机构和换挡操纵机构。
2.变速器按传动比变化方式可分为________、_______和________三种。
3.惯性式同步器是依靠________作用实现同步的。
二、选择题
1.三轴式变速器的结构包括（ ）等。
A.输入轴
B.输出轴
C.中间轴
D.倒挡轴
2.锁环式惯性同步器加速同步过程的主要动力是（ ）。
A.作用在锁环上的推力
B.惯性力
C.摩擦力
D.以上各因素
3.变速器的操纵机构由（ ）组成。
A.变速杆
B.变速叉
C.变速轴
D.安全装置
三、简答题
1.简述变速器传动比的含义。
2.变速器操纵机构中有哪些锁止机构？各有什么作用？
3.同步器有什么作用？
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