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　　摘　要：概述了汽車變速箱的原理及其故障原因，歸納分析了變速箱齒輪、軸承、軸的失效形式，對(duì)其處理方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，用以減少變速箱的故障，提高變速箱的使用維護(hù)水平。
　　關(guān)鍵詞：變速箱；原理；故障；軸；軸承
　　0　引言
　　汽車變速箱是汽車的主要傳動(dòng)部件，擔(dān)負(fù)著將動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到車輪的重要使命。變速箱以其傳動(dòng)比固定，傳動(dòng)力矩大，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，使之成為汽車的關(guān)鍵性傳動(dòng)部件之一，其操作性、傳動(dòng)性和安全性的好壞直接影響到汽車的整體性能，因此在變速箱總裝完成之后必須進(jìn)行嚴(yán)格的、全面的性能檢測(cè)。車輛的特殊運(yùn)行條件和運(yùn)行環(huán)境，以及車輛行駛過(guò)程中經(jīng)常性換檔，使得實(shí)際傳遞動(dòng)力的齒輪沖擊支撐輸入、輸出軸的軸承常常會(huì)產(chǎn)生某種故障，因而對(duì)變速箱實(shí)施故障診斷顯得尤為重要。所以了解變速箱的結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及故障形成原因具有重要的意義。
　　本文介紹了汽車變速箱的構(gòu)成原理以及常見(jiàn)的故障分析。汽車一般有兩種變速箱：檔類變速箱和無(wú)極變速箱。文中分析了檔類變速箱的工作原理。
　　1　變速箱的構(gòu)成原理
　　在介紹汽車變速箱故障之前，應(yīng)對(duì)變速箱的構(gòu)成原理有個(gè)大致的了解。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的物理特性決定了變速箱的存在。任何發(fā)動(dòng)機(jī)都有其峰值轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)Z大功率及Z大扭矩在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)。變速箱可以在汽車行駛過(guò)程中在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，換檔可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其Z佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。理想情況下，變速箱應(yīng)具有靈活的變速比。變速箱通過(guò)離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，以保證變速箱的輸入軸和發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪的連接如圖1所示。 　　為了更好地理解變速箱的工作原理，圖2給出了一個(gè)2檔變速箱的簡(jiǎn)單模型。 　　輸入軸通過(guò)離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)相連，軸與其上面的齒輪是一個(gè)部件。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸入軸同步旋轉(zhuǎn)，輸入軸通過(guò)嚙合的齒輪來(lái)帶動(dòng)中間軸1旋轉(zhuǎn)。這樣，中間軸就傳遞了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。與中間軸嚙合的另一個(gè)軸是花鍵軸，花鍵軸直接和驅(qū)動(dòng)軸相連，通過(guò)差速器來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶著花鍵軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)?；ㄦI軸上與中間軸嚙合的齒輪可以在其上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止，但車輛仍在運(yùn)動(dòng)時(shí)，花鍵軸上的齒輪和中間軸都在靜止?fàn)顟B(tài)，而花鍵軸依然隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)?；ㄦI軸和其上面的齒輪是由套筒3來(lái)連接的，套筒可以隨著花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也可以在花鍵軸上左右自由滑動(dòng)來(lái)嚙合其上的齒輪。
　　當(dāng)掛進(jìn)1檔時(shí)，套筒就和花鍵軸右邊的齒輪嚙合，如圖3所示。 　　輸入軸帶動(dòng)中間軸，中間軸帶動(dòng)右邊的齒輪，齒輪通過(guò)套筒和花鍵軸相連，傳遞能量至驅(qū)動(dòng)軸上。此時(shí)，左邊的齒輪也在旋轉(zhuǎn)，但由于沒(méi)有和套筒嚙合，所以不對(duì)花鍵軸產(chǎn)生影響。
　　如圖2所示，當(dāng)套筒在兩個(gè)齒輪中間位置時(shí)，變速箱在空檔位置。兩個(gè)齒輪都在花鍵軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出速度是由中間軸上的齒輪和花鍵軸上的齒輪間的變速比所決定的。
　　如今，普遍應(yīng)用的是5檔手動(dòng)變速箱，其模型如圖4所示。 　　換檔桿通過(guò)3個(gè)連桿連接著3個(gè)換檔叉，見(jiàn)圖5所示。 　　在換檔桿的中間有個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，當(dāng)撥入1檔時(shí)，實(shí)際上是將連桿和換檔叉往反方向推。而左右移動(dòng)換檔桿時(shí)，實(shí)際上是在選擇不同的換檔叉（不同的套筒）；前后移動(dòng)時(shí)則是選擇不同的花鍵軸齒輪。
　　倒檔是通過(guò)一個(gè)中間齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖6所示，與中間齒輪嚙合的花鍵軸齒輪始終朝與其他花鍵軸齒輪相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在套筒上的齒和齒輪嚙合的過(guò)程中還存在著一個(gè)同步的過(guò)程，同步是使得套筒1上的齒和齒輪2嚙合之前產(chǎn)生一個(gè)摩擦接觸，見(jiàn)圖7所示。 　　齒輪上的錐形凸出剛好卡進(jìn)套筒的錐形缺口[圖7（b）]，兩者之間的摩擦力使得套筒和齒輪同步，套筒的外部滑動(dòng)和齒輪嚙合。
　　2　汽車變速箱的故障原因
　　隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，汽車變速箱的技術(shù)也產(chǎn)生了一系列深刻的變化，但伴隨而來(lái)的故障也時(shí)有發(fā)生。變速箱應(yīng)用廣泛，主要由若干齒輪、軸承、軸、撥叉及殼體組成，具有傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩和實(shí)現(xiàn)變扭變速的功能，是各種車輛上重要的機(jī)械部件。它運(yùn)行的正常與否直接關(guān)系到整車的工作情況。
　　綜合各類變速箱的故障原因不外乎4個(gè)方面：1）由于設(shè)計(jì)或制造不良所致，這類故障比較少見(jiàn)，一旦出現(xiàn)可請(qǐng)制造廠家處理；2）由于裝配過(guò)程中人為的失誤引起的，這類故障也常發(fā)生，但是在變速箱出廠時(shí)一般已經(jīng)解決，未得到解決的一經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以跟廠家調(diào)換；3）由于駕駛?cè)藛T維護(hù)操作不當(dāng)所致，這類故障比較常見(jiàn)，應(yīng)重點(diǎn)解決；4）變速箱內(nèi)零件磨損或損壞造成的。下面就主要零部件的失效形式進(jìn)行分析以及主要零件的修復(fù)方法。
　　3　變速箱齒輪的失效類型
　　齒輪發(fā)生故障的比例很高，它的失效類型主要是齒面的破壞和齒斷裂。
　　a）齒面的剝落。齒面如發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，在潤(rùn)滑不良、大載荷條件下會(huì)使工作面溫度過(guò)高引起齒面金屬熔融粘著并產(chǎn)生剝落。
　　b）齒面機(jī)械磨損。齒面的機(jī)械磨損是由于污物、金屬屑末、塵埃和砂粒等進(jìn)入齒的工作表面所引起，還與潤(rùn)滑不良有關(guān)。當(dāng)操作不當(dāng)產(chǎn)生沖擊時(shí)，會(huì)加速齒面的磨損。它使齒廓形狀不準(zhǔn)，從而產(chǎn)生或加大振動(dòng)沖擊。Z終可導(dǎo)致齒的折斷。
　　c）齒面腐蝕。由于所用潤(rùn)滑油失效或其它腐蝕性雜質(zhì)進(jìn)入齒面造成化學(xué)腐蝕，出現(xiàn)銹班、點(diǎn)蝕，從而引發(fā)齒輪的失效。
　　d）齒的斷裂。斷裂分疲勞斷裂和過(guò)載斷裂兩種情況，工作中齒根截面受彎矩Z大，且根部有較大的應(yīng)力集中，是危險(xiǎn)斷面，當(dāng)負(fù)荷超過(guò)一定值或在循環(huán)載荷下，齒根部會(huì)產(chǎn)生裂紋、斷裂。
　　e）齒輪溫升、變色和軟化。由于潤(rùn)滑不良引起散熱能力不足或長(zhǎng)時(shí)間超載運(yùn)轉(zhuǎn)引起齒輪溫升超標(biāo)，使齒面變色、退火軟化，造成齒輪失效。
　　4　變速箱軸承的失效形式
　　軸承Z常見(jiàn)的失效形式為軸承滾道的疲勞剝落，剝落根據(jù)Z初發(fā)生的部位可為表面起源的疲勞剝落和表面下起源的疲勞剝落。
　　a）磨損失效。由于超負(fù)荷工作或潤(rùn)滑不良造成軸承滾道、滾動(dòng)體、保持架、內(nèi)孔和軸頸非正常磨損、軸承精度超差，引起振動(dòng)和軸承失效。
　　b）疲勞失效。軸承的強(qiáng)迫安裝和潤(rùn)滑不良，使?jié)L動(dòng)體及滾道表面在交變載荷作用下加速疲勞剝落，進(jìn)而造成軸承失效。
　　c）腐蝕失效。由于沒(méi)有及時(shí)更換失效或變質(zhì)潤(rùn)滑油造成軸承表面化學(xué)腐蝕，在表面產(chǎn)生銹蝕，從而引發(fā)軸承的失效。
　　d）碎裂。由于長(zhǎng)時(shí)間高轉(zhuǎn)速、大載荷運(yùn)行及潤(rùn)滑不良引起軸承高溫抱軸，若繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承將碎裂。
　　e）粘著磨損。由于軸承內(nèi)缺乏潤(rùn)滑油，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)生成的熱量不能及時(shí)散發(fā)，造成兩金屬表面粘連剝落。
　　5　變速箱軸的失效形式
　　a）彎曲變形。軸受力過(guò)大、裝配不當(dāng)或存在內(nèi)應(yīng)力時(shí)均可引發(fā)塑性彎曲變形，引起振動(dòng)及故障。當(dāng)變形量超差時(shí)報(bào)廢。
　　b）疲勞斷裂。在交變載荷作用下，在軸的應(yīng)力集中部位可出現(xiàn)疲勞裂紋及斷裂。
　　c）扭轉(zhuǎn)變形。轉(zhuǎn)軸在傳遞動(dòng)力時(shí)產(chǎn)生彈性扭轉(zhuǎn)變形，一般不影響軸的正常工作。但當(dāng)動(dòng)力或負(fù)荷扭矩變化時(shí)，就會(huì)引起轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)扭矩超限時(shí)可使軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)永久變形。
　　6　解決辦法
　　a）維修方面
　　建立嚴(yán)格的維修制度，把好品質(zhì)關(guān)，不斷地提高維修人員的技術(shù)水平，加強(qiáng)責(zé)任心，避免強(qiáng)制裝配引起的配件損壞。在維修中對(duì)每一配件的更換都要經(jīng)過(guò)專人檢測(cè)。如軸發(fā)生疲勞斷裂則應(yīng)在維修中改變?cè)O(shè)計(jì)，消除應(yīng)力集中。
　　b）操作方面
　　操作人員應(yīng)根據(jù)不同的工況合理地使用檔位輕摘輕掛，避免在高速檔位上直接起步，經(jīng)常檢查潤(rùn)滑情況，保證變速箱有良好的潤(rùn)滑。另外，經(jīng)過(guò)一定時(shí)期使用后，酶氧化變質(zhì)及氫餾分的揮發(fā)，齒輪油的粘度將增加，同時(shí)油內(nèi)雜質(zhì)也逐漸增加，因此，必須按規(guī)定定期更換油脂。
　　c）保養(yǎng)方面
　　加強(qiáng)對(duì)汽車的保養(yǎng)，定期更換潤(rùn)滑油。選擇潤(rùn)滑油時(shí)，必須注意潤(rùn)滑油的粘度，若粘度過(guò)大，機(jī)件得不到很好的潤(rùn)滑，既增加機(jī)件的磨損，同時(shí)也增加攪動(dòng)阻力，降低了傳動(dòng)效率。在更換使用中，必須注意油脂的清潔，嚴(yán)防砂、塵、水和其他雜質(zhì)侵入油脂。
　　d）采用先進(jìn)的技術(shù)狀況診斷設(shè)備
　　加強(qiáng)對(duì)變速箱的技術(shù)狀況診斷。采用各種先進(jìn)的診斷儀器，如噪聲計(jì)、測(cè)振儀、測(cè)溫儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備，幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)變速箱的不良技術(shù)狀況，及時(shí)排除，保證變速箱的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　7　小結(jié)
　　文章概括了汽車變速箱常見(jiàn)的失效形式以及處理方法，為減少汽車變速箱的故障發(fā)生率以及延長(zhǎng)汽車變速箱的壽命奠定了基礎(chǔ)。
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