输出轴离合器式手动变速箱工作原理分析

成起强 李江江 王新 房亮

摘要： 本文讨论了一种手动变速箱的新结构，可以提高滑动齿轮换挡和啮合套换挡变速箱的换挡平顺性，结构简单，制造成本低，可靠性高。

Abstract： This article introduces an new construction in sliding gear and collar shift transmission，which can improve the shift on the go and with simple construction， lower cost and high reliability.

关键词： 变速箱；离合器；滑动齿轮；啮合套；同步器

Key words： transmission；clutch；sliding-gear；collar；synchronizer

中图分类号：TH133.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）17-0124-02

1 现有手动变速箱介绍

目前车辆手动换挡变速箱换挡采用的方式主要有滑动齿轮换挡、啮合套换挡和同步器换挡三种方式。三种方式的变速箱各有优点，又都存在一些问题。滑动齿轮换挡和啮合套换挡方式的变速箱结构较简单，可靠性高，但存在换挡困难的问题。目前，这种问题的解决这方法一是提高驾驶员的驾驶技能，使其能够准确掌握输入轴、輸出轴在换档时的速度，找到各档位的换挡点，但该方法对驾驶员的驾驶技术要求较高，驾驶员劳动强度大，掌握起来难度大；二是在变速箱中使用同步器，同步器的出现显著提高了换挡平顺性，但每个同步器最多只能保证两个挡位的换挡操作，一个变速箱需要安装多个同步器。同时，同步器换挡的变速箱结构相对复杂、制造成本高。并且，同步器中的同步环采用铜质材料制成，寿命及可靠性较低。

2 输出轴式变速箱工作原理

基于上述手动变速箱分析，车辆在行进间换挡过程中，当驾驶员先操纵传动离合器切断从发动机输入到变速箱的动力，再摘掉啮合挡位后，变速箱输入轴失去动力。但此刻变速箱输出轴仍然会从车轮反向获得动力，由于此时车轮变成主动件，原来的减速齿轮副变成增速齿轮副，变速箱内原来输入轴、输出轴接近的转速瞬间转速差变大，造成驾驶员挂接新的挡位过程中因为两个轴的转速差过大而出现打齿现象，表现出挂挡困难。

鉴于目前手动变速箱结构的实际问题，笔者设计一款新的变速箱结构，弥补上述结构的缺点。将输出轴设计成两部分，以单向离合器相连接，输出轴上的全部齿轮安装在输出轴的前部与输入轴上各齿轮完成各种变速功能。当动力从发动机向车轮方向传递时，单向离合器结合；当动力从车轮反向传递时单向离合器分离。这种结构可以有效避免挂挡过程中的打齿现象。

变速箱基本结构：1-输入轴离合器、2-输入轴、3-输入轴第一主动齿轮、4-输入轴第二主动齿轮、5-输出轴前段、6-输入轴倒档主动齿轮、7-锁止离合套驱动轴、8-中间轴、9-锁止离合套、10-输出轴前段花键、11-输出轴后段花键、12-输出轴离合器、13-输出轴后段、14-锁止离合套回位弹簧、15-锁止离合套拨动轴、16-倒档变速轴、17-倒档滑动齿轮、18-输出轴第二滑动齿轮、19-输出轴第一滑动齿轮、20-倒档中间齿轮。

各工况变速箱的工作情况分述如下：

2.1 前进挡阶段

当车辆处于前进状态时，输入轴离合器及输出轴离合器均结合，输出轴第一滑动齿轮啮合在输入轴第一主动齿轮上，输入轴驱动输出轴前段转动，输出轴前段驱动输出轴后段转动，发动机动力能够顺利输出到车轮（图1）。

2.2 车辆换挡阶段

当车辆处于换挡状态时，驾驶员分离输入轴离合器变速箱输入轴失去动力；车轮变成主动件，动力会反向输入给变速箱，这时由于输出轴离合器单向传动的特点，反向驱动的输出轴离合器处于分离状态，此时，变速箱输入轴与变速箱输出轴前段处于失去驱动力的状态，输出轴滑动齿轮通过拨叉实现与输入轴上输入轴第二主动齿轮的啮合，完成平顺换挡操作（图2）。

2.3 倒档阶段

当车辆需要后退时，输入轴离合器分离，倒档滑动齿轮通过拨叉与倒档中间齿轮啮合，倒档中间齿轮与输入轴倒档主动齿轮相啮合，同时，倒档变速轴与锁止离合套拨动轴相联动，使锁止离合套通过其内的锁止离合套内花键将输出轴前段与输出轴后段锁止到一起，实现输出轴后段的转动（图3）。

2.4 发动机制动阶段

当车辆下坡，需要发动机制动时，驾驶员单独操纵锁止离合套，锁止输出轴前段和输出轴后段，再挂接前进一挡，车辆就具有发动机制动功能（图4）。

3 结论

通过上述分析，输出轴离合器的设计替代了传统变速箱复杂的同步器部分，简化了手动变速箱的结构、降低了制造成本、提高了变速箱的可靠性；提高滑动齿轮换档和啮合套换挡变速箱的操作平顺性，实现行进间换档；减少变速箱中有色金属的使用，提高了使用寿命及运行的可靠性。

输出轴离合器式变速箱，通过锁止离合套驱动轴的设计，使锁止离合套拨动轴能够单独驱动，使其能够在车辆的前进状态下依然能够工作，实现了发动机的制动功能，更增强了变速箱的实用性。

参考文献：

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