BJ212汽车变速箱
拆装报告
目录
综述
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4579一、变速箱概念及其分类一、变速箱概念及其分类·······二、变速箱的工作原理二、变速箱的工作原理········三、变速箱的发展历程三、变速箱的发展历程··············四、变速箱未来的发展趋势四、变速箱未来的发展趋势············9
产品分析
········12一、变速箱拆装过程一、变速箱拆装过程················12
二、变速箱结构简介········15二、变速箱结构简介················15
三、变速箱功能分析三、变速箱功能分析························21
四、同步器四、同步器····································27
五、变速箱操纵机构五、变速箱操纵机构························32
六、改进建议六、改进建议·································35
课程总结
21273235
综述
一.变速箱概念及其分类
变速箱，英文名称gearbox，一般是指汽车变速
箱，是用来变速的装置，它是整辆汽车传动系的主要部件之一。变速箱具有这样几个功能：①改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如不同的路况等，同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的情况下工作；②在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；③利用空档，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。变速箱是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。
变速箱在分类上有两种方式：按操纵方式和按传动比变化方式的不同来分。按操纵方式划分，它分为强制操纵式、自动操纵式和半自动操纵式三种。其中，强制操纵式变速器靠驾驶员直接操纵变速杆换档；对于自动操纵式变速器来说，驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换；半自动操纵式变速器可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动（强制）换档；另一类是预先用按钮选定
档位，在踩下离合踏板或松开加速踏板时，由执行机构自动换挡。按传动比的变化方式划分，变速箱可分为有级式变速器、无级式变速器和综合式变速器三种。有级式变速器有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动，又可分为：齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮（行星齿轮）轴线旋转的行星齿轮变速器两种；无级式变速器的传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机械式和电力式等；综合式变速器由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。
自动变速器与无级变速器的区别在于，自动变速器能够自动实现两档之间的变速，还是有档位的；而无级变速器可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使车速变化更为平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。
二.变速箱的工作原理
手动变速箱MT主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而自动变速箱AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。
其中液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，直接输入发动机动力传
递扭矩和离合作用。
手动变速器无级变速器
泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台主动风扇吹出的风力会带动另一台被动风扇的叶片旋转，流动的空气——风力成了动能传递的媒介。如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮以提高液体的传递效率。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大且效率偏低，因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮提高效率，液压操纵系统会随发动机工作变化自行操纵行星齿轮，从而实现自动换档。
三.变速箱的发展历程
1894年，一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展。变速器为汽车重要的组成部分，是承担放大发动机扭矩，配合引擎功扭特性，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的主要装置。
使用最早的是手动变速器，1889年法国人标志研制成功的齿轮变速箱是它的雏形，最早也叫有级式变速箱，后来叫手动式变速箱。国内最早的东风解放车全是手动变速器，但手动变速器也并非一成不变，早期有这样一种说法，中国的驾驶员是世界上技术最好的（当然21世纪中国的驾驶员又都变成了马路杀
手），技术最好一部分是由于中国早期的路况实在是太烂，另一部分就是依赖于早期的变速器，那时国内还在实用不带同步器的变速器，换挡要依据经验来判断发动机转速和汽车速度是否同步才能进行，并且升档和降档要求的油离配合还不一样。这样的驾驶员技术当然世界最牛了。
在汽车变速箱的发展历史中，主要经历了从手动到自动的发展过程。目前世界上使用最多的汽车自动变速器为MT手动式变速箱、AT液力自动变速器、AMT电子控制机械式自动变速器、CVT金属带式无级自动变速器四种型式。
接下来说说自动变速箱，1904年美国通用汽车公司的凯迪拉克汽车采用手操纵的三挡行星齿轮变速器；福特汽车采用手操纵的二挡行星齿轮变速器；1908年，世界上第一台自动变速箱在美国诞生。当然，这个时候它的技术含量与制造工艺都不能与现代相比，不过构造原理已经奠定了。第一台自动变速箱只有两速(即前进与后退)，及至世界上第一个汽车厂家——通用汽车将自动变速箱用于量产车型，已经有了长足的发展。1926年别克小轿车开始使用液力机械传动的变速器；1933年美国的瑞欧汽车使用了一种半自动变速器；1928年美国克莱斯勒汽车公司采用液力耦合器，并在1939年，首先成功的研制了由液力耦合器和行星齿轮变速器组成的4挡液力变速器，并装与该公司生产的轿车OLDSMOBILE上。该变速器认为是自动变速器的代表，是当今自动变速器的原始形式。随着新技术的不断发展，自动变速器结构不断发展，逐步走向成熟。
四.变速箱未来的发展趋势
随着时间的推移，手动变速器的市场占有率会逐渐降低，自动变速器将不断增加。发展趋势紧紧围绕安全、环保、节能、操纵轻便化、换档自动化、智能化、整车电子集成控制一体化等方面展开。
另外各国汽车变速器专家向着汽车变速箱的以下五个主要研究方向展开研究。
1．手动变速器发展趋势
手动变速箱的许多最近的发展集中在为降低成本和体积的新制造方法上。传统来说，变速箱制造包含大量的昂贵的机器，以及为机械加工和装配操作所需留出的空间限制的设计。最新的技术包括，比如说在最新的Ford／Getrag6速变速箱中可以看到的激光焊接冲压钢滑动齿轮选择器轴套。为替代前一代变速箱的铸铁拨叉，这种精致而坚固的设计方案可以导致更少的对内部的伤害。齿轮盘片的激光和摩擦焊接同时保证了所需机器设计空间的降低，这是一种由雷诺公司在5速副轴原型变速箱设计中发明的技术，命名为EMl，曾在2000年展出并因为它的简单和轻便仅22公斤却能提供140N·m的转矩而出名。另一个方面上，设计人员也在其齿轮提供高转矩输出的设计上认真地研究过，提高了耐久性和低噪声水平。
2．自动变速器发展趋势分析
(1)摩擦传动CVT
金属带式无级变速箱(VDT—CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机(2．8L)的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱MultitronicCVT，能传动142kw(193bhp)功率，280N·m扭矩。这是真正意义的无级变速器。另一种摩擦传动CVT(名为ExtroidCVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上，新款公爵(Cedric)车也装用这种
CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330N·m／194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了几个问题。无级变速(CVT)是汽车变速箱始终追逐的目标；摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的；摩擦传动CVT传动效率低是必然的；摩擦传动CVT的效率、功率无法与齿轮变速相比。
(2)液力传动
人们经常把液力自动变速器(AT)和无级变速器
(CVT)两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换挡和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是，液力自动变速器(AT)不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。
(3)电控机械式自动变速器
电控机械式自动变速器(简称“AMT")和液力自
动变速器(AT)一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换挡控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。
(4)齿轮无级变速器
齿轮无级变速器(简称“CCVT”)这是一种全新
的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。
产品分析部分
一.变速箱拆装过程
此次我们研究的BJ212变速箱为三档变速箱（如上图所示），由于只有四个档位（包括倒档档位），拆装过程也比较简单。具体拆卸步骤如下：
（1）将变速箱放在合适的地方。
（2）拧下变速箱箱盖螺丝，取下变速器上盖。
（3）拧下变速箱前盖螺丝，取下前盖。
（4）拧下第一轴后轴承盖和第二轴后轴承盖螺丝，取下第一轴后轴承盖和第二轴后轴承盖，拆下进油螺丝、出油螺丝。
（5）拆下中间轴和倒档轴后端锁片，用专用工具拔出中间轴，中间轴上齿轮掉落至箱底。
（6）将第二轴后轴承及二轴系推至箱内（在此之前先取下锁环），从上盖抽出二轴及上面的零件。
（7）取出同步器锁环、二、三档同步器齿套、滑块及弹簧，取下调整垫、齿毂、同步锁环、二档齿轮及止推垫圈、一档和倒档滑动齿轮。
（8）将变速箱第一轴及轴承推至箱内（在此之前先取下第一轴后轴承止推环），从上盖抽出一轴及上面的零件。
（9）从上盖取出中间轴上的齿轮、固定垫片、止动垫圈、滚柱轴承及支承套等。
（10）用特殊工具抽出倒档轴，取出倒档齿轮。变速箱装配过程则是拆卸过程的逆过程。
注意：
A:在拆的时候，需要边拆边记录。同时，应该有一到两个人画机构简图和拆卸草图，以便安装和测绘方便。而对于零部件的记录则更重要，这是保证拆装有序的基础和保障。
B：整齐摆放零件。由于变速器中有很多小部件，例如大量不同大小、类型的螺丝，为了确保不丢零件，必须将不同的小零件分类整理摆放，最好用纸包住，并在纸上标注。
C：拆装过程中要严格遵守拆装顺序，方式合理，避免损坏零件，严禁暴力拆装。
二.变速箱结构简介
该变速器主要分为四个轴系：第一轴系（输入
轴）、第二周系（输出轴）、中间轴系及倒档轴系。
（1）第一轴系
主要零件：第一轴、第一轴后轴承、第一轴后轴承
止推环、第一轴后轴承锁环、第一轴后轴承挡油圈。
第一轴系与外置发动机的动力输出轴相连接，
负责将动力引入变速箱内。
（2）第二轴系
主要零件：第二轴、第二轴后轴承、第二轴后轴承锁环、第二轴一倒档齿轮、第二轴二档齿轮、第二轴二三档同步器齿毂、第二轴二三档同步器齿环、第
二轴二档齿轮带齿环。
经过变速作用，二轴系将改变后的扭矩传递到箱体外部。
（3）中间轴系
主要零件：中间轴、中间轴齿轮体常啮齿轮、中间轴齿轮体滚针轴承、中间轴隔套、中间轴齿轮体二档齿轮、中间轴齿轮体一档齿轮、中间轴齿轮体倒档
齿轮。
中间轴系在一档、二档和倒档时将一轴的动力传递给二轴
（4）倒档轴系
主要零件：倒档轴、倒档中间齿轮及衬套。
倒档轴系可将传输的动力反向。
（5）箱体结构
箱体上除了各个螺孔之外，在箱体的侧面与底面分别有一个进油孔和出油孔，保证内部结构的及时润
滑与废油的及时排除。
（6）箱盖
三.变速箱功能分析
变速箱是改变速比的装置，现在一般乘运车的
最大速比大于4，而最小速比在0.7～0.8之间。本次拆装的BJ212三档变速器的具体技术参数如下：
为了实现上述各速比间的转换，需要变速箱内个部件的紧密配合。
变速器由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩。结构简图如下：
空档
下面是变速的具体过程：
在不挂档的情况下，有两对常啮齿轮（不包括倒档齿轮），即第一轴常啮齿轮与中间轴常啮齿轮是常啮合
的，第二轴二档齿轮与中间轴二档齿轮是常啮合的。
一档示意图
挂一档时，第二轴一倒档齿轮向左移动，与中间轴一档齿轮相啮合，动力按如上图方向传输。
二档示意图
挂二档时，二、三档同步器齿套向右滑动，与第二轴同步器齿环结合，动力传输过程如上图。
三档示意图
挂三档时，二、三档同步器齿套向左滑动，与第一轴三档齿环结合，动力由第一轴直接传输至第二轴，如上图所示。
倒档示意图
挂倒档时，第二轴一倒档齿轮向右滑动，与倒
档齿轮啮合，通过倒档齿轮，将动力由中间轴传至第二轴，此时倒档齿轮不改变传送比，只是改变了转动的方向，动力传输过程如上图。
在换档过程中，还涉及同步器的作用，下章再进行讲解。
四、同步器
（1）同步器的概念及分类
同步器（Synchronizer），是使在换挡中相互接
合的齿轮实现同步的装置。
同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类，使用最广泛的是惯性同步器。惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在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。惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种。
我们研究的BJ212汽车变速箱用的是锁环式惯性同步器。
（2）同步器的作用
由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时合存在一个"同步"问题。两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。因此，旧式变速器的换档要采用"两脚离合"的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。
同步器就是汽车变速箱中的每一个档位的齿轮与发动机输出的转速保持一致，减少换档离合过程中齿间冲击，所以现在的车换档只用踩一脚离合器踏板，原来的车都需要踩两次，目的就是人为使其同步。
（3）同步器的工作原理
以二档换三档为例：
锁环式同步器结构图1和4－接合齿；2和11－滑块；3－拨叉；5和9－锁环；12－锁环上缺口（三个）8－接合套；7－花键毂；6－弹簧圈；
锁环式同步器的主要组成：接合套、花键毂、滑块、弹簧圈、锁环、齿轮前的摩擦锥面。
当变速器由二档换入三档时，接合套8从二档退到空档，齿轮1和接合套8连同锁环9都在其本身及其所联系的一系列运动件的惯性作用下，继续沿原方
向（如下图箭头所示）旋转。
锁环式惯性同步器工作过程示意图
在挂三档时，用拨叉3拨动接合套8并带动滑块2一起向左移动。当滑块左端面与锁环9的缺口12的端面接触时，便推动锁环9压向齿轮1，使锁环9的内锥面压向齿轮1的外锥面。由于两锥面具有转速差（n1＞n9），所以一接触便产生摩擦作用。齿轮1即通过摩擦作用带动锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环9的缺口12与滑块的另一侧面接触
时，锁环便与接合套同步转动。此时，接合套的齿与锁环的齿错开了约半个齿厚，从而使接合套的齿端倒角面与锁环相应的齿端倒角面正好互相抵触而不能进入啮合。
驾驶员的换档操纵力通过接合套作用于锁环的锁止角斜面上，在此斜面上产生的法向压力为N。法向压力N可分解为轴向力F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩M2有使锁环相对于接合套向后转动的趋势（M2即拨环力矩）。轴向力Fl则使齿轮1通过摩擦锥面对锁环9作用一与转动方向同向摩擦力矩M1。这一摩擦力矩M1阻止锁环相对接合套向后退转。
如果拨环力矩M2大于摩擦力矩M1，则锁环9
即可相对于接合套向后退转一个角度，以便二者进入接合；若M2＜M1（此时还有滑块对锁环缺口一侧的阻挡作用），则二者相对位置不变，不可能进入接合。在设计同步器时，适当地选择锁止角和摩擦锥面的锥角，便能保证在达到同步（n1=n9）之前，齿轮1施加在锁环9上的摩擦力矩M1总是大于切向力F2形成的拨环力矩M2，不论驾驶员通过操纵机构加在接合套上的轴向推力有多大，接合套齿端与锁环齿端总是互相抵触而不能接合。
锁环9对接合套的锁止作用是由于上述摩擦力
矩M1造成的。因为此摩擦力矩的作用与锁环9（及与之连接的接合套8、花键毂7、变速器输出轴及整个汽车等）和齿轮1（及与之连接的离合器从动部分和变速器内部分齿轮）两部分的转动惯性有关，故称此种同步器为"惯性式"同步器。
继续加力于接合套上，摩擦作用使齿轮1与锁环9转速很快趋于一致，紧接着两者间的相互转动趋势也迅速降低，摩擦力矩M1也相应迅速降低。当拨环力矩M2大于摩擦力矩M1时，便使锁环相对于接合套向后退转一个角度。在锁环的摩擦带动下，齿轮1及与之相连的所有零件跟锁环一起相对于接合套向后退转一个角度。当滑块对正缺口12的中央时,接合套花键齿圈与锁环的花键齿圈不再抵触，接合套8继续左移，而与锁环的花键齿圈进入接合状态，锁环的锁止作用即行消失。
接合套与锁环接合后，轴向力F1不再存在，锥
面间的摩擦力矩也就消失。如果此时接合套8花键齿与齿轮1的花键齿发生抵触，则接合套8花键齿作用在齿轮1花键齿端斜面上有切向分力，使齿轮1及其相连零件相对于锁环及接合套转过一个角度，使接合套与齿轮l进入接合，而最后完成了换入三档（由低速档换入高速档）的全过程。
五、变速箱操纵机构
变速器操纵机构能让驾驶员使变速器挂上或摘下某一档来改变变速器的工作状态。为了保证变速器的
可靠工作，变速器操纵机构应能满足以下要求：
（1）挂档后应保证结合套于与结合齿圈的全部套合
（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。
在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速
器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置：
（2）为了防止同时挂上两个档而使变速器卡死或损坏，在操纵机构中设有互锁装置：(由于没有拆卸
bj212
变速箱的箱盖，故用五档变速箱互锁装置讲解)
六、改进建议
北京212型吉普车,在我国城乡使用很广,在我们查阅资料过程中,发现一项调查中19辆车的变速箱齿轮都有不同程度的损坏,有的十分严重,统计列表如
下：
我们查阅了齿轮的理论硬度，与齿轮的实际硬度比较，基本符合，材质也对。对各种原因进行逐项调查分析,排除了大部因素,最后一致认为拨叉失控,导致挂双档是打齿的主要原因。由于两变速轨之间的锁止弹簧失效,弹力不足,使锁止钢球不能卡住变速轨。导致两个变速轨同时运动,一个在档位,另一个又挂上了新档位,有两个齿轮同时给一个齿轮输人不同转速客扭矩,互相干涉而打齿。
所以应该更换新的锁止弹簧。但由于使用时间
长了弹簧老化,又有可能出现原来的故障。所以,只换新的锁止弹簧不能保证彻底解决间题,我们也可以将弹簧换成柱销。虽然保证了不串档位,也有不少的缺点：换档时手感不好,变速杆的活动间隙大,换档没有一个顺滑的过程。所以，我们可以将以上两个办法结合起来,即将锁止弹簧换成新的,又在弹簧中心加装一个柱销,在换档时和原车的手感完全一样,又彻底杜绝
了挂双档的问题，柱销外径D=弹簧内孔径-（0.8～
1.2）,柱销长度L=两轨中心距-球直径x2+轨直径+凹深。
另外，同步器本身容易损坏，特别对重载和频繁换档的车辆来说，同步器应该及时更换，所以厂家最好研究更加耐用更加先进的同步器。
此外，厂家可以在汽车上安装手自一体变速器，顾名思义，“手自一体”就是将汽车的手动换挡和自动换挡结合在一起的变速方式。手动挡因为自己可以自由调节挡位及转速，驾驶起来有种畅快的感觉，运动感十足，富有驾驶乐趣。在手动变速器不能正常工作时，驾驶员还可以使用自动变速，并及时维修。
另外，我发现好像这个变速器没有观察油位的装置。这样对于润滑系统的工作不太方便，我想也应该设计一个装置用来观察油位，以便及时更换润滑油。
课程总结
在第一周，我们拆装了光驱，收获很大。这次两周对于变速箱的拆装与研究，更加激起了我对于机械的浓厚兴趣。
经过两周多的对于变速箱的研究，我对bj212汽车三档变速器有了较为清晰的认识，对变速器的工作原理有了深入了解。通过查阅资料，对变速箱的发展历史及发展趋势也有了一定了解。
这次小学期的实践也让我认识到自己的一些不
足，如团队合作能力还不是很强，拆卸机器的逻辑还不是太清楚，以后还需要在这方面进行锻炼。
科学之路很漫长，需要我们这一代的共同努
力，这次实践为我们以后的工作和学习奠定了良好的基础，相信我们以后会做得更好。
参考资料：
《黑龙江交通科技》1995年第3期；
《北京BJ212轻型越野汽车构造图册》,北京汽车制造厂北京内燃机总厂编；人民交通出版社出版
新浪网——新浪汽车——汽车知识——变速器
百度——百度百科——变速箱
清华大学汽车实验室BJ212汽车变速器原理图
《机械制图》，田凌、冯涓、刘朝儒编；清华大学出版社出版
BJ212汽车变速箱
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4579一、变速箱概念及其分类一、变速箱概念及其分类·······二、变速箱的工作原理二、变速箱的工作原理········三、变速箱的发展历程三、变速箱的发展历程··············四、变速箱未来的发展趋势四、变速箱未来的发展趋势············9
产品分析
········12一、变速箱拆装过程一、变速箱拆装过程················12
二、变速箱结构简介········15二、变速箱结构简介················15
三、变速箱功能分析三、变速箱功能分析························21
四、同步器四、同步器····································27
五、变速箱操纵机构五、变速箱操纵机构························32
六、改进建议六、改进建议·································35
课程总结
21273235
综述
一.变速箱概念及其分类
变速箱，英文名称gearbox，一般是指汽车变速
箱，是用来变速的装置，它是整辆汽车传动系的主要部件之一。变速箱具有这样几个功能：①改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如不同的路况等，同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的情况下工作；②在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；③利用空档，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。变速箱是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。
变速箱在分类上有两种方式：按操纵方式和按传动比变化方式的不同来分。按操纵方式划分，它分为强制操纵式、自动操纵式和半自动操纵式三种。其中，强制操纵式变速器靠驾驶员直接操纵变速杆换档；对于自动操纵式变速器来说，驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换；半自动操纵式变速器可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动（强制）换档；另一类是预先用按钮选定
档位，在踩下离合踏板或松开加速踏板时，由执行机构自动换挡。按传动比的变化方式划分，变速箱可分为有级式变速器、无级式变速器和综合式变速器三种。有级式变速器有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动，又可分为：齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮（行星齿轮）轴线旋转的行星齿轮变速器两种；无级式变速器的传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机械式和电力式等；综合式变速器由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。
自动变速器与无级变速器的区别在于，自动变速器能够自动实现两档之间的变速，还是有档位的；而无级变速器可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使车速变化更为平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。
二.变速箱的工作原理
手动变速箱MT主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而自动变速箱AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。
其中液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，直接输入发动机动力传
递扭矩和离合作用。
手动变速器无级变速器
泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台主动风扇吹出的风力会带动另一台被动风扇的叶片旋转，流动的空气——风力成了动能传递的媒介。如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮以提高液体的传递效率。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大且效率偏低，因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮提高效率，液压操纵系统会随发动机工作变化自行操纵行星齿轮，从而实现自动换档。
三.变速箱的发展历程
1894年，一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展。变速器为汽车重要的组成部分，是承担放大发动机扭矩，配合引擎功扭特性，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的主要装置。
使用最早的是手动变速器，1889年法国人标志研制成功的齿轮变速箱是它的雏形，最早也叫有级式变速箱，后来叫手动式变速箱。国内最早的东风解放车全是手动变速器，但手动变速器也并非一成不变，早期有这样一种说法，中国的驾驶员是世界上技术最好的（当然21世纪中国的驾驶员又都变成了马路杀
手），技术最好一部分是由于中国早期的路况实在是太烂，另一部分就是依赖于早期的变速器，那时国内还在实用不带同步器的变速器，换挡要依据经验来判断发动机转速和汽车速度是否同步才能进行，并且升档和降档要求的油离配合还不一样。这样的驾驶员技术当然世界最牛了。
在汽车变速箱的发展历史中，主要经历了从手动到自动的发展过程。目前世界上使用最多的汽车自动变速器为MT手动式变速箱、AT液力自动变速器、AMT电子控制机械式自动变速器、CVT金属带式无级自动变速器四种型式。
接下来说说自动变速箱，1904年美国通用汽车公司的凯迪拉克汽车采用手操纵的三挡行星齿轮变速器；福特汽车采用手操纵的二挡行星齿轮变速器；1908年，世界上第一台自动变速箱在美国诞生。当然，这个时候它的技术含量与制造工艺都不能与现代相比，不过构造原理已经奠定了。第一台自动变速箱只有两速(即前进与后退)，及至世界上第一个汽车厂家——通用汽车将自动变速箱用于量产车型，已经有了长足的发展。1926年别克小轿车开始使用液力机械传动的变速器；1933年美国的瑞欧汽车使用了一种半自动变速器；1928年美国克莱斯勒汽车公司采用液力耦合器，并在1939年，首先成功的研制了由液力耦合器和行星齿轮变速器组成的4挡液力变速器，并装与该公司生产的轿车OLDSMOBILE上。该变速器认为是自动变速器的代表，是当今自动变速器的原始形式。随着新技术的不断发展，自动变速器结构不断发展，逐步走向成熟。
四.变速箱未来的发展趋势
随着时间的推移，手动变速器的市场占有率会逐渐降低，自动变速器将不断增加。发展趋势紧紧围绕安全、环保、节能、操纵轻便化、换档自动化、智能化、整车电子集成控制一体化等方面展开。
另外各国汽车变速器专家向着汽车变速箱的以下五个主要研究方向展开研究。
1．手动变速器发展趋势
手动变速箱的许多最近的发展集中在为降低成本和体积的新制造方法上。传统来说，变速箱制造包含大量的昂贵的机器，以及为机械加工和装配操作所需留出的空间限制的设计。最新的技术包括，比如说在最新的Ford／Getrag6速变速箱中可以看到的激光焊接冲压钢滑动齿轮选择器轴套。为替代前一代变速箱的铸铁拨叉，这种精致而坚固的设计方案可以导致更少的对内部的伤害。齿轮盘片的激光和摩擦焊接同时保证了所需机器设计空间的降低，这是一种由雷诺公司在5速副轴原型变速箱设计中发明的技术，命名为EMl，曾在2000年展出并因为它的简单和轻便仅22公斤却能提供140N·m的转矩而出名。另一个方面上，设计人员也在其齿轮提供高转矩输出的设计上认真地研究过，提高了耐久性和低噪声水平。
2．自动变速器发展趋势分析
(1)摩擦传动CVT
金属带式无级变速箱(VDT—CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机(2．8L)的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱MultitronicCVT，能传动142kw(193bhp)功率，280N·m扭矩。这是真正意义的无级变速器。另一种摩擦传动CVT(名为ExtroidCVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上，新款公爵(Cedric)车也装用这种
CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330N·m／194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了几个问题。无级变速(CVT)是汽车变速箱始终追逐的目标；摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的；摩擦传动CVT传动效率低是必然的；摩擦传动CVT的效率、功率无法与齿轮变速相比。
(2)液力传动
人们经常把液力自动变速器(AT)和无级变速器
(CVT)两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换挡和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是，液力自动变速器(AT)不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。
(3)电控机械式自动变速器
电控机械式自动变速器(简称“AMT")和液力自
动变速器(AT)一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换挡控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。
(4)齿轮无级变速器
齿轮无级变速器(简称“CCVT”)这是一种全新
的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。
产品分析部分
一.变速箱拆装过程
此次我们研究的BJ212变速箱为三档变速箱（如上图所示），由于只有四个档位（包括倒档档位），拆装过程也比较简单。具体拆卸步骤如下：
（1）将变速箱放在合适的地方。
（2）拧下变速箱箱盖螺丝，取下变速器上盖。
（3）拧下变速箱前盖螺丝，取下前盖。
（4）拧下第一轴后轴承盖和第二轴后轴承盖螺丝，取下第一轴后轴承盖和第二轴后轴承盖，拆下进油螺丝、出油螺丝。
（5）拆下中间轴和倒档轴后端锁片，用专用工具拔出中间轴，中间轴上齿轮掉落至箱底。
（6）将第二轴后轴承及二轴系推至箱内（在此之前先取下锁环），从上盖抽出二轴及上面的零件。
（7）取出同步器锁环、二、三档同步器齿套、滑块及弹簧，取下调整垫、齿毂、同步锁环、二档齿轮及止推垫圈、一档和倒档滑动齿轮。
（8）将变速箱第一轴及轴承推至箱内（在此之前先取下第一轴后轴承止推环），从上盖抽出一轴及上面的零件。
（9）从上盖取出中间轴上的齿轮、固定垫片、止动垫圈、滚柱轴承及支承套等。
（10）用特殊工具抽出倒档轴，取出倒档齿轮。变速箱装配过程则是拆卸过程的逆过程。
注意：
A:在拆的时候，需要边拆边记录。同时，应该有一到两个人画机构简图和拆卸草图，以便安装和测绘方便。而对于零部件的记录则更重要，这是保证拆装有序的基础和保障。
B：整齐摆放零件。由于变速器中有很多小部件，例如大量不同大小、类型的螺丝，为了确保不丢零件，必须将不同的小零件分类整理摆放，最好用纸包住，并在纸上标注。
C：拆装过程中要严格遵守拆装顺序，方式合理，避免损坏零件，严禁暴力拆装。
二.变速箱结构简介
该变速器主要分为四个轴系：第一轴系（输入
轴）、第二周系（输出轴）、中间轴系及倒档轴系。
（1）第一轴系
主要零件：第一轴、第一轴后轴承、第一轴后轴承
止推环、第一轴后轴承锁环、第一轴后轴承挡油圈。
第一轴系与外置发动机的动力输出轴相连接，
负责将动力引入变速箱内。
（2）第二轴系
主要零件：第二轴、第二轴后轴承、第二轴后轴承锁环、第二轴一倒档齿轮、第二轴二档齿轮、第二轴二三档同步器齿毂、第二轴二三档同步器齿环、第
二轴二档齿轮带齿环。
经过变速作用，二轴系将改变后的扭矩传递到箱体外部。
（3）中间轴系
主要零件：中间轴、中间轴齿轮体常啮齿轮、中间轴齿轮体滚针轴承、中间轴隔套、中间轴齿轮体二档齿轮、中间轴齿轮体一档齿轮、中间轴齿轮体倒档
齿轮。
中间轴系在一档、二档和倒档时将一轴的动力传递给二轴
（4）倒档轴系
主要零件：倒档轴、倒档中间齿轮及衬套。
倒档轴系可将传输的动力反向。
（5）箱体结构
箱体上除了各个螺孔之外，在箱体的侧面与底面分别有一个进油孔和出油孔，保证内部结构的及时润
滑与废油的及时排除。
（6）箱盖
三.变速箱功能分析
变速箱是改变速比的装置，现在一般乘运车的
最大速比大于4，而最小速比在0.7～0.8之间。本次拆装的BJ212三档变速器的具体技术参数如下：
为了实现上述各速比间的转换，需要变速箱内个部件的紧密配合。
变速器由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩。结构简图如下：
空档
下面是变速的具体过程：
在不挂档的情况下，有两对常啮齿轮（不包括倒档齿轮），即第一轴常啮齿轮与中间轴常啮齿轮是常啮合
的，第二轴二档齿轮与中间轴二档齿轮是常啮合的。
一档示意图
挂一档时，第二轴一倒档齿轮向左移动，与中间轴一档齿轮相啮合，动力按如上图方向传输。
二档示意图
挂二档时，二、三档同步器齿套向右滑动，与第二轴同步器齿环结合，动力传输过程如上图。
三档示意图
挂三档时，二、三档同步器齿套向左滑动，与第一轴三档齿环结合，动力由第一轴直接传输至第二轴，如上图所示。
倒档示意图
挂倒档时，第二轴一倒档齿轮向右滑动，与倒
档齿轮啮合，通过倒档齿轮，将动力由中间轴传至第二轴，此时倒档齿轮不改变传送比，只是改变了转动的方向，动力传输过程如上图。
在换档过程中，还涉及同步器的作用，下章再进行讲解。
四、同步器
（1）同步器的概念及分类
同步器（Synchronizer），是使在换挡中相互接
合的齿轮实现同步的装置。
同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类，使用最广泛的是惯性同步器。惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在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。惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种。
我们研究的BJ212汽车变速箱用的是锁环式惯性同步器。
（2）同步器的作用
由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时合存在一个"同步"问题。两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。因此，旧式变速器的换档要采用"两脚离合"的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。
同步器就是汽车变速箱中的每一个档位的齿轮与发动机输出的转速保持一致，减少换档离合过程中齿间冲击，所以现在的车换档只用踩一脚离合器踏板，原来的车都需要踩两次，目的就是人为使其同步。
（3）同步器的工作原理
以二档换三档为例：
锁环式同步器结构图1和4－接合齿；2和11－滑块；3－拨叉；5和9－锁环；12－锁环上缺口（三个）8－接合套；7－花键毂；6－弹簧圈；
锁环式同步器的主要组成：接合套、花键毂、滑块、弹簧圈、锁环、齿轮前的摩擦锥面。
当变速器由二档换入三档时，接合套8从二档退到空档，齿轮1和接合套8连同锁环9都在其本身及其所联系的一系列运动件的惯性作用下，继续沿原方
向（如下图箭头所示）旋转。
锁环式惯性同步器工作过程示意图
在挂三档时，用拨叉3拨动接合套8并带动滑块2一起向左移动。当滑块左端面与锁环9的缺口12的端面接触时，便推动锁环9压向齿轮1，使锁环9的内锥面压向齿轮1的外锥面。由于两锥面具有转速差（n1＞n9），所以一接触便产生摩擦作用。齿轮1即通过摩擦作用带动锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环9的缺口12与滑块的另一侧面接触
时，锁环便与接合套同步转动。此时，接合套的齿与锁环的齿错开了约半个齿厚，从而使接合套的齿端倒角面与锁环相应的齿端倒角面正好互相抵触而不能进入啮合。
驾驶员的换档操纵力通过接合套作用于锁环的锁止角斜面上，在此斜面上产生的法向压力为N。法向压力N可分解为轴向力F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩M2有使锁环相对于接合套向后转动的趋势（M2即拨环力矩）。轴向力Fl则使齿轮1通过摩擦锥面对锁环9作用一与转动方向同向摩擦力矩M1。这一摩擦力矩M1阻止锁环相对接合套向后退转。
如果拨环力矩M2大于摩擦力矩M1，则锁环9
即可相对于接合套向后退转一个角度，以便二者进入接合；若M2＜M1（此时还有滑块对锁环缺口一侧的阻挡作用），则二者相对位置不变，不可能进入接合。在设计同步器时，适当地选择锁止角和摩擦锥面的锥角，便能保证在达到同步（n1=n9）之前，齿轮1施加在锁环9上的摩擦力矩M1总是大于切向力F2形成的拨环力矩M2，不论驾驶员通过操纵机构加在接合套上的轴向推力有多大，接合套齿端与锁环齿端总是互相抵触而不能接合。
锁环9对接合套的锁止作用是由于上述摩擦力
矩M1造成的。因为此摩擦力矩的作用与锁环9（及与之连接的接合套8、花键毂7、变速器输出轴及整个汽车等）和齿轮1（及与之连接的离合器从动部分和变速器内部分齿轮）两部分的转动惯性有关，故称此种同步器为"惯性式"同步器。
继续加力于接合套上，摩擦作用使齿轮1与锁环9转速很快趋于一致，紧接着两者间的相互转动趋势也迅速降低，摩擦力矩M1也相应迅速降低。当拨环力矩M2大于摩擦力矩M1时，便使锁环相对于接合套向后退转一个角度。在锁环的摩擦带动下，齿轮1及与之相连的所有零件跟锁环一起相对于接合套向后退转一个角度。当滑块对正缺口12的中央时,接合套花键齿圈与锁环的花键齿圈不再抵触，接合套8继续左移，而与锁环的花键齿圈进入接合状态，锁环的锁止作用即行消失。
接合套与锁环接合后，轴向力F1不再存在，锥
面间的摩擦力矩也就消失。如果此时接合套8花键齿与齿轮1的花键齿发生抵触，则接合套8花键齿作用在齿轮1花键齿端斜面上有切向分力，使齿轮1及其相连零件相对于锁环及接合套转过一个角度，使接合套与齿轮l进入接合，而最后完成了换入三档（由低速档换入高速档）的全过程。
五、变速箱操纵机构
变速器操纵机构能让驾驶员使变速器挂上或摘下某一档来改变变速器的工作状态。为了保证变速器的
可靠工作，变速器操纵机构应能满足以下要求：
（1）挂档后应保证结合套于与结合齿圈的全部套合
（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。
在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速
器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置：
（2）为了防止同时挂上两个档而使变速器卡死或损坏，在操纵机构中设有互锁装置：(由于没有拆卸
bj212
变速箱的箱盖，故用五档变速箱互锁装置讲解)
六、改进建议
北京212型吉普车,在我国城乡使用很广,在我们查阅资料过程中,发现一项调查中19辆车的变速箱齿轮都有不同程度的损坏,有的十分严重,统计列表如
下：
我们查阅了齿轮的理论硬度，与齿轮的实际硬度比较，基本符合，材质也对。对各种原因进行逐项调查分析,排除了大部因素,最后一致认为拨叉失控,导致挂双档是打齿的主要原因。由于两变速轨之间的锁止弹簧失效,弹力不足,使锁止钢球不能卡住变速轨。导致两个变速轨同时运动,一个在档位,另一个又挂上了新档位,有两个齿轮同时给一个齿轮输人不同转速客扭矩,互相干涉而打齿。
所以应该更换新的锁止弹簧。但由于使用时间
长了弹簧老化,又有可能出现原来的故障。所以,只换新的锁止弹簧不能保证彻底解决间题,我们也可以将弹簧换成柱销。虽然保证了不串档位,也有不少的缺点：换档时手感不好,变速杆的活动间隙大,换档没有一个顺滑的过程。所以，我们可以将以上两个办法结合起来,即将锁止弹簧换成新的,又在弹簧中心加装一个柱销,在换档时和原车的手感完全一样,又彻底杜绝
了挂双档的问题，柱销外径D=弹簧内孔径-（0.8～
1.2）,柱销长度L=两轨中心距-球直径x2+轨直径+凹深。
另外，同步器本身容易损坏，特别对重载和频繁换档的车辆来说，同步器应该及时更换，所以厂家最好研究更加耐用更加先进的同步器。
此外，厂家可以在汽车上安装手自一体变速器，顾名思义，“手自一体”就是将汽车的手动换挡和自动换挡结合在一起的变速方式。手动挡因为自己可以自由调节挡位及转速，驾驶起来有种畅快的感觉，运动感十足，富有驾驶乐趣。在手动变速器不能正常工作时，驾驶员还可以使用自动变速，并及时维修。
另外，我发现好像这个变速器没有观察油位的装置。这样对于润滑系统的工作不太方便，我想也应该设计一个装置用来观察油位，以便及时更换润滑油。
课程总结
在第一周，我们拆装了光驱，收获很大。这次两周对于变速箱的拆装与研究，更加激起了我对于机械的浓厚兴趣。
经过两周多的对于变速箱的研究，我对bj212汽车三档变速器有了较为清晰的认识，对变速器的工作原理有了深入了解。通过查阅资料，对变速箱的发展历史及发展趋势也有了一定了解。
这次小学期的实践也让我认识到自己的一些不
足，如团队合作能力还不是很强，拆卸机器的逻辑还不是太清楚，以后还需要在这方面进行锻炼。
科学之路很漫长，需要我们这一代的共同努
力，这次实践为我们以后的工作和学习奠定了良好的基础，相信我们以后会做得更好。
参考资料：
《黑龙江交通科技》1995年第3期；
《北京BJ212轻型越野汽车构造图册》,北京汽车制造厂北京内燃机总厂编；人民交通出版社出版
新浪网——新浪汽车——汽车知识——变速器
百度——百度百科——变速箱
清华大学汽车实验室BJ212汽车变速器原理图
《机械制图》，田凌、冯涓、刘朝儒编；清华大学出版社出版