1、 第十一章 變速箱(變速器） 第一節 工程機械變速箱的發展狀況 第二節 變速箱的功用及工作原理 第三節 機械換擋變速箱 第四節 定軸式動力換擋變速箱 第五節 行星齒輪式動力換擋變速箱二、變速箱的工作原理傳動比：（1為主動齒輪，2位從動齒輪）前進檔后退檔（1）按操縱方式的不同可分為動力換擋變速箱和人人 力換擋力換擋變速箱兩種。動力換擋：動力換擋： 齒輪a、b用軸承支承在軸上，與軸空轉連接，通過相應的換擋離合器可分別將不同擋位的齒輪相固連，從而實現換擋。換擋離合器的分離與結合一般是液壓操縱，液壓油是由柴油機帶動的液壓泵供給的，可見，換擋的動力是由柴油機提供的，所以稱為“動力換擋”。人力換擋：人力換

2、擋：人力換擋變速箱是用人力撥動變速箱齒輪或嚙合套進行換擋的。同汽車用變速箱一樣，人力換擋變速箱換擋時，需先踩下離合器，然后變換擋位。汽車人力換擋兩檔變速箱簡單模型1擋空擋五檔手動變速箱簡易模型在變速箱中齒輪與軸的連接情況有如下幾種：固定連接空轉連接滑動連接機械掛檔的兩種方式：撥動滑移齒輪換擋撥動嚙合套換擋 與動力換擋變速箱相比，人力換擋變速箱的結構簡單、工作可靠、制造方便、重量輕、傳動效率高。但人力換擋變速箱采用人力操縱，勞動強度大。同時在換擋時，動力切斷的時間較長，這些因素影響了工程機械的作業效率的提高，并使工程機械在惡劣路面上行駛時通過性差。目前人力換擋變速箱已很少采用。 動力換擋變速箱結

3、構復雜、制造困難、精度高、重量大、體積也比較大，而且由于換擋元件（離合器）有摩擦功率損失，傳動效率較低。但是動力換擋變速箱操縱輕便，換擋快，換擋時動力切斷的時間可降低到最低限度，能實現在大負荷的情況下換擋不停車，這大大有利于工程機械生產效率的提高。由于工程機械作業時換擋頻繁，迫切需要改善換擋操作。因此，雖然動力換擋變速箱的結構復雜、制造困難，動力換擋變速箱在工程機械上的應用愈來愈廣泛。（2） 按輪系型式的不同可分為按輪系型式的不同可分為行星式變速箱行星式變速箱和和定軸定軸式變速箱式變速箱。定軸式變速箱：變速箱中所有的齒輪都有固定的旋轉軸線，這種齒輪軸線均固定的變速箱為定軸式變速箱。定軸式變速箱

4、的換擋方式可有兩種：人力換擋和動力換擋。 按前進擋時參加傳動的軸數不同，定軸式變速箱可分為二軸式、平面二軸式、空間三軸式與多軸式等不同類型。由于二軸式變速箱擋數較少，變速范圍較小，一般用在小型車輛上。行星式變速箱：變速箱中有的齒輪軸線在空間旋轉（即沒有固定的軸線），這種軸線旋轉的齒輪與行星的運動相似，故稱為行星輪。裝有這種行星輪的變速箱稱為行星式變速箱。行星式變速箱只有動力換擋一種方式。 隨著擋數增多，變速箱中齒輪嚙合對數相應增多，結構也隨之復雜，因此，變速箱的擋位數是有限的，各擋傳動比之間有一定間隔，故稱它為有級式變速箱。 不同車輛的變速箱擋位數與結構形式不完全一樣，但對變速箱的基本要求則是

5、相同的。 無級變速變矩器，CVT，靜液壓傳動一、變速傳動機構一、變速傳動機構 T220履帶推土機空間三軸式變速箱。三根軸呈空間三角形布置，以保證各擋齒輪副的傳動關系 它是由箱體、齒輪、軸和軸承等零件組成的，具有五個前進擋和四個倒擋。二、變速操縱機構二、變速操縱機構 變速操縱機構包括換擋機構與鎖止裝置，其功能是保證按需要順利可靠進行換擋。 對操縱機構的要求一般是：保證工作齒輪正常嚙合；不能同時換入兩個擋；不能自動脫擋；在離合器接合時不能換擋；要有防止誤換到最高擋或倒擋的保險裝置。對于每一種機械的變速箱的操縱機構，應根據不同的作業和行駛條件來決定對它的要求。（一）換擋機構（一）換擋機構 換擋機構主

6、要由變速桿、滑桿等組成。變速桿用球頭支承在支座內，由彈簧將球頭壓緊在支座內；球頭受銷子限制不能隨意旋轉，以防止變速桿轉動。滑桿上有V形槽可由鎖定銷（屬鎖定裝置）鎖定在某一位置上；滑桿端有凹槽，變速桿下端可插入其中進行操縱。換擋時，操縱變速桿通過滑桿撥動滑動齒輪以實現換擋。每根滑桿可以控制兩個不同擋位，根據擋位的數目確定滑桿數目。 （二）鎖止裝置（二）鎖止裝置 對變速箱操縱機構的要求，主要由鎖止裝置來實現。鎖止裝置一般包括鎖定機構、互鎖機構、聯鎖機構以及防止誤換到最高擋或倒檔的保險裝置。1鎖定機構 鎖定機構用來保證變速箱內各齒輪處在正確的工作位置，在工作中不會自動脫擋。2互鎖機構 用來防止同時撥

7、動兩根滑桿而同時換上兩個擋位。常用的互鎖機構有框板式和擺架式。框板式互鎖機構是一塊具有“王”字形導槽的鐵板，每條導槽對準一條滑桿；由于變速桿下端只能在導槽中移動，從而保證了不會同時撥動兩根滑桿，也就不會同時換上兩個擋。3擺架式互鎖機構擺架式互鎖機構 是一個可以擺動的鐵架，用是一個可以擺動的鐵架，用軸銷懸掛在操縱機構殼體內。變軸銷懸掛在操縱機構殼體內。變速桿下端置于擺架中間，可以作速桿下端置于擺架中間，可以作縱向運動。擺架兩側有卡鐵縱向運動。擺架兩側有卡鐵A和和B，當變速桿，當變速桿1下端在擺架下端在擺架2中間中間運動而撥動某一根滑桿運動而撥動某一根滑桿3時，卡時，卡鐵鐵A和和B則卡在相鄰兩根滑

8、桿則卡在相鄰兩根滑桿3的的撥槽中，因而防止了相鄰滑桿也撥槽中，因而防止了相鄰滑桿也被同時撥動，故而不會同時換上被同時撥動，故而不會同時換上兩個擋。兩個擋。4聯鎖機構聯鎖機構 聯鎖機構是用聯鎖機構是用來防止主離合器未來防止主離合器未徹底分離時換擋。徹底分離時換擋。變速桿與換向桿的換擋位置如圖變速桿與換向桿的換擋位置如圖115所示所示 三、T220推土機變速箱的潤滑和密封 T220推土機變速箱采用強制潤滑與飛濺潤滑相結合。 該變速箱各空轉齒輪的滑動軸承和前蓋上的三個軸承采用強制潤滑。中間軸和輸出軸前端有擋油盤44和合金鑄鐵密封圈43擋油，防止大量潤滑油經雙列球面滾柱軸承而流失（回變速箱底部）。擋油

9、盤上設有節流小孔，適量的潤滑油可經此小孔去潤滑雙列球面滾柱軸承。 三根軸后端的滾柱軸承和所有齒輪，都是通過飛濺的潤滑油來潤滑。 為了防止變速箱漏油，所有可能外泄的靜止結合面都用O形橡膠密封圈來密封。前端伸出箱體外的輸入軸用自緊橡膠油封來密封。花鍵與萬向節接盤連接處用O形橡膠密封圈和橡膠墊來防止漏油。 強制潤滑效果好，但結構較復雜，經常用在工作條 件較差的齒輪和軸承上，而工作條件較好的齒輪與軸承則采用飛濺潤滑。第四節 定軸式動力換擋變速箱 ZL15動力換擋變速箱與液力變矩器24組裝后工作，動力經變矩器，由渦輪軸25上的齒輪23傳給變速箱內的齒輪2和4。變速箱內裝有前進低擋離合器軸總成19和倒退高

10、速擋離合器軸總成16。離合器的從動摩擦片通過漸開線花鍵分別套在離合器轂體5和22的內花鍵上。離合器主動摩擦片通過漸開線花鍵分別套在齒輪2、20、4和雙聯齒輪17的外花鍵上。齒輪8、14通過漸開線花鍵安裝在中間軸12上，齒輪10通過漸開線花鍵安裝在輸出軸9上。變速箱前輸出端或后輸出端安裝手制動裝置。變速箱殼體的下部（即變速箱的吸油管處）裝有濾網26、磁鐵螺塞27。 一、ZL15裝載機定軸式動力換擋變速箱（一）工作原理（一）工作原理 由發動機傳來的動力經液力變矩器增大扭矩后傳至與由發動機傳來的動力經液力變矩器增大扭矩后傳至與渦輪軸相聯的齒輪渦輪軸相聯的齒輪Z1。 當速度操縱桿和換向操縱桿處于中間位

11、置（即空擋）當速度操縱桿和換向操縱桿處于中間位置（即空擋）時齒輪時齒輪Z2、Z3空轉，因此車輛停止不動。空轉，因此車輛停止不動。 當換向操縱閥桿處于前進位置，速度操縱桿處于低當換向操縱閥桿處于前進位置，速度操縱桿處于低速擋位置時，從操縱閥出來的壓力油經管道和前進速擋位置時，從操縱閥出來的壓力油經管道和前進低擋端蓋及離合器轂體軸的軸向孔油道進入離合器低擋端蓋及離合器轂體軸的軸向孔油道進入離合器活塞，活塞在壓力油作用下使活塞，活塞在壓力油作用下使F、I兩離合器的主從兩離合器的主從動磨擦片接合。動磨擦片接合。 由輸入齒輪由輸入齒輪Z1輸入的動力，經齒輪輸入的動力，經齒輪Z2、Z6、Z7、Z8、Z9、

12、Z10、Z11傳給輸出軸，帶動前后驅動橋驅動輪胎傳給輸出軸，帶動前后驅動橋驅動輪胎轉動，實現前進一擋。轉動，實現前進一擋。 當換向操縱桿處于前進位置，速度操縱桿處于高速擋當換向操縱桿處于前進位置，速度操縱桿處于高速擋位置時，與一擋相同。壓力油進入離合器活塞，使位置時，與一擋相同。壓力油進入離合器活塞，使F、兩離合器的主從動摩擦片接合，動力經齒輪兩離合器的主從動摩擦片接合，動力經齒輪Z1、Z2、Z4、Z5、Z8、Z9、Z10、Z11傳到輸出軸，使前后傳傳到輸出軸，使前后傳動軸旋轉，通過前后驅動橋驅動輪胎轉動，實現前進動軸旋轉，通過前后驅動橋驅動輪胎轉動，實現前進二擋。二擋。 倒退一擋、倒退二擋實

13、現的過程與前進擋相同。其傳動路線為： 倒退一擋：由齒輪Z1輸入的動力經齒輪Z3、離合器 R、齒輪Z5、Z4、離合器I、齒輪Z6、Z7、Z8、Z9、Z10、Z11傳給輸出軸并帶動前后傳動軸轉動，通過前后驅動橋驅動輪胎轉動，實現倒退一擋。 倒退二擋：由齒輪Z1輸入的動力經齒輪Z3、離合器I、齒輪Z5、Z4、離合器、齒輪Z8、Z9、Z10、Z11傳給輸出軸并帶動前后傳動軸轉動，通過前后驅動橋驅動輪胎轉動，實現倒退二擋。 （二）換擋離合器（二）換擋離合器 變速箱中裝有四變速箱中裝有四個換擋離合器，即前個換擋離合器，即前進擋離合器，倒退擋進擋離合器，倒退擋離合器，離合器，I擋離合器，擋離合器，擋離合器。

14、擋離合器。 圖圖119所示所示為換擋離合器的結為換擋離合器的結構簡圖。構簡圖。 換擋離合器為濕式離合器。 主動片2和從動片3各有四片，主動齒輪1的外花鍵為離合器的主動轂，用兩個軸承支承的軸7上，主動齒輪的外花鍵與主動片2的內花鍵連接，并可在其上做軸向移動，從動片3的外花鍵與被動轂4的內花鍵連接也可在其上做軸向移動，彈簧6一端抵住活塞5的左側面，另一端通過彈簧支承座9和擋圈11支承在軸7上。 當壓力油經過油道A進入活塞5右面油室時，活塞便克服彈簧力左移，將所有的主動片和從動片壓緊，離合器結合，傳遞動力。（三）變速箱油路系統（三）變速箱油路系統圖圖1111 操縱閥操縱閥1.閥體；閥體；2.速度閥桿

15、；速度閥桿；3.換向閥桿；換向閥桿；4.5.9.彈簧；彈簧；6.截斷閥閥芯；截斷閥閥芯；7.油封；油封；8.截斷活塞；截斷活塞；10.鋼球鋼球變速箱操縱閥由速度閥、換向閥和截斷閥及閥體等組成變速箱操縱閥由速度閥、換向閥和截斷閥及閥體等組成. 速度閥由速度閥桿2、彈簧9和鋼球10組成，拉動速度閥桿2可使變速箱分別處于一擋、空擋和二擋。 換向閥由換向閥桿3、彈簧4和鋼球組成，拉動換向閥桿3可使變速箱分別處于前進擋、空擋和倒退擋。 換向閥和速度閥的組合就可以實現前進一擋和二擋，倒退一擋和二擋。例如，當拉出換向閥桿3時，從主調壓閥來的壓力油進入換向閥，通過a孔進入變速箱的前進離合器，壓力油推動活塞，使

16、離合器主從動片接合，變速箱就掛上了前進擋。當速度閥處于一擋或二擋位置時，就實現了前進一擋或前進二擋。同理，當壓下換向閥桿時，壓力油從b孔進入變速箱倒退離合器，壓力油推動活塞，使離合器主、從動片結合，變速箱就掛上了倒退一擋或倒退二擋。 截斷閥由控制閥總成、閥芯6、彈簧5組成。當裝載機在道路上行駛不踩制動踏板時，截斷閥處于中間位置，當駕駛員踏下踏板時從制動系統來的壓力油進入控制油室推動活塞8，活塞推動閥桿使閥芯6運動，壓縮彈簧5。此時截斷閥閥芯將換向閥去往變速箱離合器的油道（a孔和b孔）截斷，使前進或倒退離合器分離，不再傳遞動力。這樣不但有利于裝載機制動，還可在裝載機鏟裝時將全部動力用于工作裝置。

17、 齒圈齒圈行星齒輪行星齒輪行星架行星架太陽輪太陽輪行星排各元件裝配圖行星排各元件裝配圖單行星行星排 一、簡單行星排一、簡單行星排 簡單行星排是由太陽輪t、齒圈q、行星架j和行星輪4組成。由于行星輪軸線旋轉與外界連接困難，故在行星排中只有太陽輪t、齒圈q和行星架j等三個元件能與外界連接，并稱之為基本元件。在行星排傳遞運動過程中，行星輪只起到傳遞運動的惰輪作用，與傳動比無直接關系。 0)1(-jqttqjqjtnnnzznnnn此式為行星排三元件的轉速關系式，有二個自由度。此式為行星排三元件的轉速關系式，有二個自由度。 當某一元件固定后，當某一元件固定后，則行星排變成一自由度系則行星排變成一自由度

18、系統，即可由轉速方程式確統，即可由轉速方程式確定另外兩元件的轉速比定另外兩元件的轉速比（即行星排傳動比）。這（即行星排傳動比）。這樣，通過將行星排三個基樣，通過將行星排三個基本元件分別作為固定件、本元件分別作為固定件、主動件或從動件，則可組主動件或從動件，則可組成六種方案。成六種方案。0)1(jqtnnn0)1(jqtnnn 三元件中給一個元件以約束，整個輪系就有了三元件中給一個元件以約束，整個輪系就有了確定的運動關系確定的運動關系n齒圈固定（齒圈固定（nq=0）A：t輸入，j輸出1jttjnni11tjjtnniB：j輸入，t輸出n太陽輪固定（太陽輪固定（nt=0）A：q輸入，j輸出B：j輸

19、入，q輸出0)1(jqtnnn1jqqjnni1qjjqnnin行星架固定（行星架固定（nj=0）A：t輸入，q輸出B：q輸入，t輸出0)1(jqtnnnqttqnni可作倒檔位可作倒檔位1tqqtnni直接擋傳動 使用閉鎖離合器將三元件中的任何兩個元件連成一體，則行星排中所有元件（包括行星輪）之間都沒有相對運動，如像一個整體，各元件以同一轉速旋轉，傳動比為1，從而形成直接擋傳動。0)1(jqtnnn例如使太陽輪和齒圈連成一體同理，當 或 時，都可得出同一結論。 如果行星排中三個基本元件都不受約束，則各元件處于運動不定的自由狀態，此時行星排不能傳遞運動。行星齒輪機構（行星排）變速方案表行星齒輪

20、機構（行星排）變速方案表 行星齒輪變速器中的所有齒輪都處于常嚙合狀態，行星齒輪變速器中的所有齒輪都處于常嚙合狀態，擋位變換必須通過以不同方式對行星齒輪機構的基本元擋位變換必須通過以不同方式對行星齒輪機構的基本元件進行約束件進行約束( (即固定或連接某些基本元件即固定或連接某些基本元件) )來實現。能對來實現。能對這些基本元件實施約束的機構，就是行星齒輪變速器的這些基本元件實施約束的機構，就是行星齒輪變速器的換擋執行機構。換擋執行機構。 執行機構主要由離合器、制動器和單向離合器三種執行機構主要由離合器、制動器和單向離合器三種執行元件組成，離合器和制動器是以液壓方式控制行星執行元件組成，離合器和制

21、動器是以液壓方式控制行星齒輪機構元件的旋轉，而單向離合器則是以機械方式對齒輪機構元件的旋轉，而單向離合器則是以機械方式對行星齒輪機構的元件進行鎖止。行星齒輪機構的元件進行鎖止。二二、換擋執行機構、換擋執行機構 1. 多片離合器多片離合器(1) 作用作用 自動變速器中的濕式自動變速器中的濕式多片離合器是用來連接輸多片離合器是用來連接輸入軸或輸出軸和某個基本入軸或輸出軸和某個基本元件，或將行星齒輪機構元件，或將行星齒輪機構中某兩個基本元件連接在中某兩個基本元件連接在一起實現轉矩的傳遞。一起實現轉矩的傳遞。(2) 構造構造 一般為多片摩擦式，是液壓控制的執行元件。一般為多片摩擦式，是液壓控制的執行元

22、件。基本組成基本組成: :離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、離合器片離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、離合器片（鋼片、摩擦片）、花鍵轂（鋼片、摩擦片）、花鍵轂 摩擦片摩擦片與旋轉的花鍵轂的齒鍵連接，可軸向移動，為輸與旋轉的花鍵轂的齒鍵連接，可軸向移動，為輸入端，片上有鋼基粉末冶金層或合成纖維層。入端，片上有鋼基粉末冶金層或合成纖維層。從動鋼片從動鋼片與轉動鼓的內花鍵連接也可軸向移動，可輸出與轉動鼓的內花鍵連接也可軸向移動，可輸出扭矩。扭矩。活塞活塞為環狀，另外活塞上有密封圈、回位彈簧。為環狀，另外活塞上有密封圈、回位彈簧。花鍵轂花鍵轂輸入軸輸入軸彈簧彈簧活塞活塞殼體殼體主動盤主動盤壓盤壓盤從動盤從

23、動盤卡環卡環(3)工作情況：工作情況：離合器接合：當壓力油經油道進入活塞左面的液壓缸離合器接合：當壓力油經油道進入活塞左面的液壓缸時，液壓力克服彈簧力使活塞右移，將所有離合器片時，液壓力克服彈簧力使活塞右移，將所有離合器片壓緊。壓緊。離合器分離：當控制閥將作用在離合器液壓缸的油壓離合器分離：當控制閥將作用在離合器液壓缸的油壓力撤除后，離合器活塞在回位彈簧的作用下回復原位，力撤除后，離合器活塞在回位彈簧的作用下回復原位，并將缸內的變速器油從進油孔排出。并將缸內的變速器油從進油孔排出。 離合器自由間隙：離合器處于分離狀態時，離合器片離合器自由間隙：離合器處于分離狀態時，離合器片之間有一定的軸向間隙

24、，以保證鋼片和摩擦片之間無之間有一定的軸向間隙，以保證鋼片和摩擦片之間無軸向壓力。軸向壓力。2.2.制動器制動器 制動器的功用是固定行星齒輪機構中的基本元件，制動器的功用是固定行星齒輪機構中的基本元件，阻止其旋轉。阻止其旋轉。其結構與片式離合器相同。不同之處是其結構與片式離合器相同。不同之處是制動器從動片的外緣花鍵齒與固定的變速器外殼連接，制動器從動片的外緣花鍵齒與固定的變速器外殼連接，可軸向移動，以便接合時將主動件制動，使行星齒輪可軸向移動，以便接合時將主動件制動，使行星齒輪機構改組換擋。該種制動器接合的平順性好，間隙無機構改組換擋。該種制動器接合的平順性好，間隙無須調整，其缺點是軸向尺寸大。須調整，其缺點是軸向尺寸大。片式制動器工作過程片式制動器工作過程3. 單向離合器單向離合器（自由輪機構或超越離合器）（自由輪機構或超越離合器） 作用：作用：單方向固定行星齒輪機構中某個基本元件單方向固定行星齒輪機構中某個基本元件