摘　要：概述了汽车变速箱的原理及其故障原因，归纳分析了变速箱齿轮、轴承、轴的失效形式，对其处理方法进行了简要的介绍，用以减少变速箱的故障，提高变速箱的使用维护水平。
　　关键词：变速箱；原理；故障；轴；轴承
　　0　引言
　　汽车变速箱是汽车的主要传动部件，担负着将动力从发动机传递到车轮的重要使命。变速箱以其传动比固定，传动力矩大，结构紧凑等优点，使之成为汽车的关键性传动部件之一，其操作性、传动性和安全性的好坏直接影响到汽车的整体性能，因此在变速箱总装完成之后必须进行严格的、全面的性能检测。车辆的特殊运行条件和运行环境，以及车辆行驶过程中经常性换档，使得实际传递动力的齿轮冲击支撑输入、输出轴的轴承常常会产生某种故障，因而对变速箱实施故障诊断显得尤为重要。所以了解变速箱的结构、工作原理、运转状态及故障形成原因具有重要的意义。
　　本文介绍了汽车变速箱的构成原理以及常见的故障分析。汽车一般有两种变速箱：档类变速箱和无极变速箱。文中分析了档类变速箱的工作原理。
　　1　变速箱的构成原理
　　在介绍汽车变速箱故障之前，应对变速箱的构成原理有个大致的了解。汽车发动机的物理特性决定了变速箱的存在。任何发动机都有其峰值转速，发动机Z大功率及Z大扭矩在一定的转速范围内出现。变速箱可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比，换档可以使得发动机工作在其Z佳的动力性能状态下。理想情况下，变速箱应具有灵活的变速比。变速箱通过离合器与发动机相连，以保证变速箱的输入轴和发动机达到同步转速。变速箱与发动机和车轮的连接如图1所示。 　　为了更好地理解变速箱的工作原理，图2给出了一个2档变速箱的简单模型。 　　输入轴通过离合器和发动机相连，轴与其上面的齿轮是一个部件。当发动机旋转时，输入轴同步旋转，输入轴通过啮合的齿轮来带动中间轴1旋转。这样，中间轴就传递了发动机的动力。与中间轴啮合的另一个轴是花键轴，花键轴直接和驱动轴相连，通过差速器来驱动汽车。车轮转动会带着花键轴一起转动。花键轴上与中间轴啮合的齿轮可以在其上自由转动。当发动机停止，但车辆仍在运动时，花键轴上的齿轮和中间轴都在静止状态，而花键轴依然随车轮转动。花键轴和其上面的齿轮是由套筒3来连接的，套筒可以随着花键轴转动，同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合其上的齿轮。
　　当挂进1档时，套筒就和花键轴右边的齿轮啮合，如图3所示。 　　输入轴带动中间轴，中间轴带动右边的齿轮，齿轮通过套筒和花键轴相连，传递能量至驱动轴上。此时，左边的齿轮也在旋转，但由于没有和套筒啮合，所以不对花键轴产生影响。
　　如图2所示，当套筒在两个齿轮中间位置时，变速箱在空档位置。两个齿轮都在花键轴上自由转动，输出速度是由中间轴上的齿轮和花键轴上的齿轮间的变速比所决定的。
　　如今，普遍应用的是5档手动变速箱，其模型如图4所示。 　　换档杆通过3个连杆连接着3个换档叉，见图5所示。 　　在换档杆的中间有个旋转点，当拨入1档时，实际上是将连杆和换档叉往反方向推。而左右移动换档杆时，实际上是在选择不同的换档叉（不同的套筒）；前后移动时则是选择不同的花键轴齿轮。
　　倒档是通过一个中间齿轮来实现。如图6所示，与中间齿轮啮合的花键轴齿轮始终朝与其他花键轴齿轮相反的方向转动。在套筒上的齿和齿轮啮合的过程中还存在着一个同步的过程，同步是使得套筒1上的齿和齿轮2啮合之前产生一个摩擦接触，见图7所示。 　　齿轮上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口[图7（b）]，两者之间的摩擦力使得套筒和齿轮同步，套筒的外部滑动和齿轮啮合。
　　2　汽车变速箱的故障原因
　　随着汽车制造业的飞速发展，汽车变速箱的技术也产生了一系列深刻的变化，但伴随而来的故障也时有发生。变速箱应用广泛，主要由若干齿轮、轴承、轴、拨叉及壳体组成，具有传递运动、扭矩和实现变扭变速的功能，是各种车辆上重要的机械部件。它运行的正常与否直接关系到整车的工作情况。
　　综合各类变速箱的故障原因不外乎4个方面：1）由于设计或制造不良所致，这类故障比较少见，一旦出现可请制造厂家处理；2）由于装配过程中人为的失误引起的，这类故障也常发生，但是在变速箱出厂时一般已经解决，未得到解决的一经发现可以跟厂家调换；3）由于驾驶人员维护操作不当所致，这类故障比较常见，应重点解决；4）变速箱内零件磨损或损坏造成的。下面就主要零部件的失效形式进行分析以及主要零件的修复方法。
　　3　变速箱齿轮的失效类型
　　齿轮发生故障的比例很高，它的失效类型主要是齿面的破坏和齿断裂。
　　a）齿面的剥落。齿面如发生相对滑动，在润滑不良、大载荷条件下会使工作面温度过高引起齿面金属熔融粘着并产生剥落。
　　b）齿面机械磨损。齿面的机械磨损是由于污物、金属屑末、尘埃和砂粒等进入齿的工作表面所引起，还与润滑不良有关。当操作不当产生冲击时，会加速齿面的磨损。它使齿廓形状不准，从而产生或加大振动冲击。Z终可导致齿的折断。
　　c）齿面腐蚀。由于所用润滑油失效或其它腐蚀性杂质进入齿面造成化学腐蚀，出现锈班、点蚀，从而引发齿轮的失效。
　　d）齿的断裂。断裂分疲劳断裂和过载断裂两种情况，工作中齿根截面受弯矩Z大，且根部有较大的应力集中，是危险断面，当负荷超过一定值或在循环载荷下，齿根部会产生裂纹、断裂。
　　e）齿轮温升、变色和软化。由于润滑不良引起散热能力不足或长时间超载运转引起齿轮温升超标，使齿面变色、退火软化，造成齿轮失效。
　　4　变速箱轴承的失效形式
　　轴承Z常见的失效形式为轴承滚道的疲劳剥落，剥落根据Z初发生的部位可为表面起源的疲劳剥落和表面下起源的疲劳剥落。
　　a）磨损失效。由于超负荷工作或润滑不良造成轴承滚道、滚动体、保持架、内孔和轴颈非正常磨损、轴承精度超差，引起振动和轴承失效。
　　b）疲劳失效。轴承的强迫安装和润滑不良，使滚动体及滚道表面在交变载荷作用下加速疲劳剥落，进而造成轴承失效。
　　c）腐蚀失效。由于没有及时更换失效或变质润滑油造成轴承表面化学腐蚀，在表面产生锈蚀，从而引发轴承的失效。
　　d）碎裂。由于长时间高转速、大载荷运行及润滑不良引起轴承高温抱轴，若继续运转，轴承将碎裂。
　　e）粘着磨损。由于轴承内缺乏润滑油，轴承运转生成的热量不能及时散发，造成两金属表面粘连剥落。
　　5　变速箱轴的失效形式
　　a）弯曲变形。轴受力过大、装配不当或存在内应力时均可引发塑性弯曲变形，引起振动及故障。当变形量超差时报废。
　　b）疲劳断裂。在交变载荷作用下，在轴的应力集中部位可出现疲劳裂纹及断裂。
　　c）扭转变形。转轴在传递动力时产生弹性扭转变形，一般不影响轴的正常工作。但当动力或负荷扭矩变化时，就会引起转轴的扭转振动。当扭矩超限时可使轴产生扭转永久变形。
　　6　解决办法
　　a）维修方面
　　建立严格的维修制度，把好品质关，不断地提高维修人员的技术水平，加强责任心，避免强制装配引起的配件损坏。在维修中对每一配件的更换都要经过专人检测。如轴发生疲劳断裂则应在维修中改变设计，消除应力集中。
　　b）操作方面
　　操作人员应根据不同的工况合理地使用档位轻摘轻挂，避免在高速档位上直接起步，经常检查润滑情况，保证变速箱有良好的润滑。另外，经过一定时期使用后，酶氧化变质及氢馏分的挥发，齿轮油的粘度将增加，同时油内杂质也逐渐增加，因此，必须按规定定期更换油脂。
　　c）保养方面
　　加强对汽车的保养，定期更换润滑油。选择润滑油时，必须注意润滑油的粘度，若粘度过大，机件得不到很好的润滑，既增加机件的磨损，同时也增加搅动阻力，降低了传动效率。在更换使用中，必须注意油脂的清洁，严防砂、尘、水和其他杂质侵入油脂。
　　d）采用先进的技术状况诊断设备
　　加强对变速箱的技术状况诊断。采用各种先进的诊断仪器，如噪声计、测振仪、测温仪等监测设备，帮助操作人员及时发现变速箱的不良技术状况，及时排除，保证变速箱的正常运转。
　　7　小结
　　文章概括了汽车变速箱常见的失效形式以及处理方法，为减少汽车变速箱的故障发生率以及延长汽车变速箱的寿命奠定了基础。
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