① 手动变速器的换挡装置有哪三种
手动变速器常见的换挡装置有三种:直接滑动齿轮式、啮合套式和同步器式。目前，同步器换挡装置应用广泛。
变速器的换挡装置既要保证换挡平顺和倒档，又要在结构上保证汽车行驶过程中变速器换到一定档位时不会自动换挡。防止自动换挡的常见结构有两种，即齿端倒锥式和齿变薄式。
1)直接滑动换挡装置。
直齿轮传动的齿轮采用直接滑动换挡装置，换挡齿轮通过花键与轴连接，常用于一档和倒档。
2)接合套筒移动装置。
啮合套换挡装置用于斜齿轮传动的齿轮。
当要换挡某一挡时，拨动关节套，使其同时与花键毂和关节齿圈啮合，即换挡。由于啮合齿短，换挡时拨叉运动小，啮合套换挡装置操作简单，增加了换挡轴承冲击面积，降低了换挡时的冲击力，延长了换挡元件的使用寿命。
下面以四档和五档相互转换的五速变速器中的啮合套换挡装置为例，介绍换挡装置的工作过程，如图3所示。6.
它利用操作机构轴向移动套在花键毂4上的连接套3，使其内齿圈与齿轮5或齿轮2端面上的外连接齿圈啮合，从而得到五档或四档。①从低速档。
变速器在低速档工作时，啮合套3与齿轮2上的啮合齿圈啮合，二者啮合的圆周速度为w1=w2，如图3.6所示。如果从这个低档换到高档，驾驶员首先要踩下离合器踏板，使离合器分离，然后用换挡控制机构向右移动接合套，使其处于空挡位。当耦合套筒3和齿轮2上的耦合刚刚分开时，w2和w3被认为是相等的。；
由于齿轮2的转速小于齿轮5的转速，所以圆周速度W2
此时，由于离合器分离，变速器第一轴上的变速器部分已经中断了与发动机的动力传递。此外，与第二轴相比，第一轴甚至相关传动部件的转动惯量都很小，因此下降得更快。
当变速器处于高速档时，接合套3与齿轮5上的接合齿圈接合，如图3所示。6.参考从低挡换到高挡的分析，无论是高挡工作时还是高挡换到空挡的瞬间，啮合套3上的啮合齿圈与齿轮5的圆周速度是相等的，即w5=w3，w5=w2，因为w5=w3，如图3所示。7(b)。此时，也不宜立即从空档换低档。但停留在空挡位时，由于w2下降速度比w3快，w3=w2不可能发生，且空挡位停留时间越长，w3与w2的间隙越大，根本不可能达到自然同步状态，说明随时换挡都会产生冲击。对此，驾驶员应采用“两脚离合”的换挡步骤。即第一次踩下离合器踏板时，发动机动力切断，高挡变为空挡(然后松开离合器踏板，动力接合，踩下油门加油，这样当发动机转速提高时，2挡及其接合的齿圈转速相应提高，直至W2 w3。此时，踩下离合器踏板切断动力，迫使02迅速下降到W2=w3，对应的时间t0是从空挡换到低档的最佳时间，如图3所示。7(b)。
此时，啮合套3被操作机构向左移动，与齿轮2上的啮合齿圈啮合，低速齿轮啮合，因此不会发生齿间冲击。从高挡换到低挡时，更重要的是驾驶员把握好最佳时机。
接合套式换挡装置换挡操作方法同样适用于滑移齿轮式换挡装置。但受驾驶经验及其 他因素的影响，要求在很短的时间内迅速准确地实施完成所需的换挡，要靠相当熟练的操 作技能，使驾驶员劳动强度增大，并且在实际中完全做到无冲击换挡是很困难的。因此， 采用同步器换挡装置已成为越来越广泛应用的先进技术。
(3)同步器换挡装置
同步器换挡装置是在啮合套换挡装置的基础上，加装同步元件的换挡装置，简称同步器。
同步器是关节套换挡装置的继承和发展。同步器保证了换挡时关节套与待啮合齿圈的圆周速度快速相等，缩短了变速器换挡时间，防止同步前啮合，消除了换挡时的冲击。
同步器有常压式、惯性式和自增压式。这里只介绍目前广泛使用的惯性同步器。惯性同步器依靠摩擦力实现同步，并在其上设置特殊机构，保证在实现同步之前，接合套与待接合的花键齿环不会接触，从而避免齿间冲击。根据结构，V型惯性同步器可分为锁环型和锁销型。锁环式惯性同步器广泛应用于汽车、轻型和中型卡车的传动装置中。 @2019
② 请各位高手帮我搞篇论文，题目是《PLC实现机床主轴自动换挡》。
主轴是机床高速旋转的运动机构，是机床的关键部件，其性能直接影响零件的加工质量。在实际加工过程中，对于不同的材料为了保证零件的表面粗糙度、形位公差及切削力等，需要主轴有不同的转速。主轴的变速一般采用电控或变速箱来实现。电控主轴直接采用变频系统控制主轴的转速，而主轴变速箱则采用不同的齿轮组合实现几挡不同转速的控制。许多机床采用主轴变速箱形式。主轴的转速与输出功率必须配套，如果用单一的齿轮比，虽然可以改变主轴转速，但不可能充分利用主轴电机的功率。为了兼顾主轴的转速与功率，必须采用不同的齿轮组合。
今年初，我们成功地完成了一台五坐标数控龙门铣床的技术改造。其主轴采用变速箱变速，控制系统为西门子SINUMERIK 840C数控系统 ，坐标及主轴驱动采用西门子SIMODRIVER 611A。根据该机床的主轴换挡结构，结合控制系统的特点，通过内置式PLC控制程序，对主轴换挡进行了自动控制处理。
1 主轴换挡机构
该机床的主轴换挡机构由两个双向电磁阀(SOL1～SOL4)控制两个油缸，分别推动两个齿轮组上下移动，每组齿轮有上下两个位置，变换齿轮变速比，产生4挡转速。在主轴箱内安装了4个挡位检测开关(SW1～SW4)。压力继电器(PS1)检测换挡液压压力。其换挡结构见图1。
2 控制系统的信号与数据接口
控制系统由NCK和PLC模块组成，它们之间靠数据块传递消息。机床的输入输出点接入PLC的输入输出模块中。NC系统给主轴发出速度指令电压。系统主轴数据块中存放有主轴换挡的有关数据，通过PLC程序，对这些数据进行实时操作。系统可以有8挡转速控制。该机床采用了其中4挡，相邻挡位间可以存在转速的交叉。
为实现主轴的自动换挡，在机床数据中预先设置了主轴4个换挡转速范围。NC控制系统依据不同的挡位给主轴驱动装置发出不同的指令电压，对应主轴电机不同的转速。
输入信号：挡位检测信号SW1～SW4，换挡液压压力PS1，主轴电机停转Nmin，主轴电机实际转速Nact；
输出信号：换挡电磁阀SOL1～SOL4，电机驱动指令电压Vist。
系统主轴数据块包含摆动速度、摆动频率、内置换挡范围、当前挡位、换挡命令、目标挡位、换挡结束标志、主轴电机运行状态、主轴禁止和主轴PLC控制等数据。控制系统的信号流见图2。
系统可采用SW1～SW4检测开关的状态组合编码作为当前主轴挡位的标志。电磁阀及检测开关状态见表1。
表1 主轴换挡状态 换挡号 SOL1 SOL2 SOL3 SOL4 SW1 SW2 SW3 SW4
第一挡 1 0 1 0 1 0 1 0
第二挡 0 1 1 0 0 1 1 0
第三挡 1 0 0 1 1 0 0 1
第四挡 0 1 0 1 0 1 0 1
3 主轴自动换挡的PLC实现
主轴换挡的控制过程是在PLC中实现的。PLC接受到NCK发出的换挡命令，先检查主轴电机是否处于停转状态，如果未停，PLC向主轴发“主轴禁止”命令，使主轴停止。PLC设定一个特定定时器，根据目标挡位，给相应的换挡液压油缸(SOL1～SOL4)发出输出命令，推动相应的齿轮运动。同时，启动主轴摆动模式，设置摆动频率，使齿轮在移动中啮合。定时器定时到了以后，PLC检测相应的挡位开关是否生效，如果生效，说明换挡齿轮啮合到位，同时上报NCK换挡生效，并向数据块填写“当前挡位”。此时，主轴自动进入下一挡转速。否则，PLC进行错误报警处理。主轴换挡控制流程见图3。
在PLC设计中，必须注意的是：
为了使主轴换挡不致于混乱，在PLC程序的初始化模块中，系统一通电就扫描机床挡位检测开关，在数据块中设置“当前挡位”，对系统状态进行初始化。
必须把主轴的转速降为零后，才能对运行中的主轴换挡，否则会造成齿轮碰坏。
在主轴转入下一挡转速前，相应的换挡油缸必须移动到位，使相应的齿轮啮合。
为了更好地啮合，油缸在移动过程中，控制主轴作轻微的来回摆动，这样可缩短换挡时间，同时也避免齿轮硬顶造成撞伤和精度破坏。
4 结束语
当前，国内广泛开展的机床改造翻新将涉及到主轴换挡的问题。主轴换挡控制处理得当，不仅可以提高机床的加工精度，而且可以延长主轴的使用寿命。
本课题针对SIEMENS 840C控制数据接口及机床换挡机构的特点，采用机电一体化，通过PLC程序的设计，实现了在数控程编中只要写上主轴转速，数控系统将自动实现换挡。改造后的主轴，换挡自如，运行可靠。对换挡过程中出现的油缸行程不到位、换挡压力不够都有及时的报警提示与错误处理。机床主轴的自我保护功能是设计者必须注意的问题。在换挡中可能会出现液压方面的问题，如换挡压力不够、液压电磁阀失灵造成油缸不到位。换挡超时时，系统要提出明确的报警，禁止主轴换挡，以保护主轴。在换挡过程中，巧妙地利用主轴的摆动模式可实现柔性换挡。同时应利用定时器，对输出命令的响应作出定时检查。
③ 手动变速器换挡锁装置有哪些
为了保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作，变速器操纵机构一般都锋兆有换挡锁止装置，它包括自锁装置、互锁装置和倒档锁止装置。
(1)自锁装置自锁装置用于防止变速器自动换挡或挂档，保证轮齿与全齿宽啮合。大多数变速器自锁装置都是用自锁钢球来轴向定位锁紧换挡轴。
(2)互锁装置互锁装置用于防止两个档凯颂位同时啮合。联锁装置由联锁钢球和联锁销组成。
(3)倒档锁止装置倒档锁止装置是用来防止挂错倒档的。倒档锁的作用是使驾驶员必须在变速杆上施加银孙租更大的力才能换入倒档，因此可以起到警示作用，防止驾驶员误换入倒档。
④ 变速器操纵机构有几种换挡锁装置
为了保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作，变速器操纵机构一般都具有换挡锁装置，包括自锁装置、互锁装置和倒挡锁装置。不同变速器换挡锁装置的结构类型有所不同，下面以直接操纵式变速器为例进行说明。
1.自锁装置
自锁装置用于防止变速器自动脱挡或挂挡，并保证轮齿以全齿宽啮合。大多数变速器的锁止装置都是采用自锁钢球对拨叉轴进行轴向定位锁止的。在变速器盖中钻有一个深孔，孔中装入自锁钢球和自锁弹簧，其位置正处于拨叉轴的正上方，每根拨叉轴对着钢球1表面沿轴向设有三个凹槽，槽的深度小于钢球的半径。中间的凹槽对正钢球时为空挡位置，前边或后边的凹槽对正钢球时则处于某一工作挡位置，相邻凹槽之间的距离保证齿轮处于全齿长啮合或是完全退出啮合。凹槽对正钢球时，钢球便在自锁弹簧的压力作用下嵌入该凹槽内，拨叉的轴向位置便被固定，不能自行挂挡或自行脱挡。当需要换挡时，驾驶员通过变速杆对拨叉轴施加一定的轴向力，克服自锁弹簧的压力而将自锁钢球从拨叉轴凹槽中挤出并推回孔中。拨叉轴可滑过钢球进行轴向移动，并带动拨叉及相应的接合套或滑动齿轮轴向移动，当拨叉轴移至其中一凹槽与钢球对正时，钢球又被压入凹槽，驾驶员具有很强的手感，此时拨叉所带动的接合套或滑动齿轮便被拨入空挡或被拨入另一工作挡位。
2.互锁装置
互锁装置用于防止同时挂上两个挡位。互锁装置由互锁钢球和互锁销组成。
当变速器处于空挡时，所有拨叉轴的侧面凹槽同互锁钢球、互锁销都在一条直线上。当移动中间拨叉轴3时，轴3两侧的内钢球从其侧凹槽中被挤出，而两外钢球2和4则分别嵌入拨叉轴1和5的侧面凹槽中，因而将拨叉轴1和5刚性地锁止在其空挡位置。若欲移动拨叉轴5，则应先将拨叉轴3退回到空挡位置。于是在移动拨叉轴5时，钢球4便从拨叉轴5的凹槽中被挤出，同时通过互锁销6和其他钢球将拨叉轴3和1均锁止在空挡位置。同理，当移动拨叉轴1时，则拨叉轴3和5被锁止在空挡位置。由此可知，互锁装置工作的机理是当驾驶员用变速杆推动某一拨叉轴时，自动锁止其余拨叉轴，从而防止同时挂上两个挡位。
3.倒挡锁装置
倒挡锁装置的作用是防止误挂入倒挡。当驾驶员想挂倒挡时，必须用较大的力，使变速杆4下端压缩弹簧2，将锁销推入锁销孔内，才能使变速杆下端进入拨块3的凹槽中进行换挡。由此可见，倒挡锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加更大的力才能挂入倒挡，起到警示注意作用，以防误挂入倒挡。