取力器
取力器（Power take-off，简称PTO），又称作功率输出器，是一种通过齿轮啮合来传递动力的装置，是将发动机的一部分动力传递给整车上装设施，使整车实现额外动力输出的一种专用总成。取力器是应用于专用汽车上的一种关键设备，使专用汽车具有车辆行驶外的动力输出，实现特殊的专用功能。
第一台自动变速器是奔驰汽车公司1914年推出，之后美国为了让战争期间的JEEP满足于生产和作业的需求，新型的取力器装置就诞生了。取力器发展大概分为三个时期：初期的取力器采用多轴式直齿滑动块啮合传动，其特点是换挡工作步骤清晰，缺点是会出现打齿、脱挡现象；发展时期的取力器采用全斜齿传动，齿轮平稳啮合，但仍会出现脱挡现象。20世纪末汽车同步器的成功研制使得取力器的换挡性能大大提高有效地防止了脱挡、跳挡现象但换挡变得繁琐；21世纪进入了取力器的成熟期，这时期全球的研发专利大量增加。在换挡机构、箱体制造方法和齿轮润滑方面均改进后，取力器品质得到大幅度提高。
取力器是完成专用汽车与其上装设备之间动力传递的重要构件，主要由传动齿轮、轴类、轴承和相关壳体组成。取力器的分类方式有很多种，常见的就是根据功率输出渠道来分类，功率输出渠道是由取力器的所在位置决定的，一种是按最终功率输出形式，还有一种是按取力器本身结构的挡位。取力器的功率输出可以通过很多渠道来完成，笼统地可以分为从发动机两端取力、从变速箱取力、从传动轴取力。取力器的性能和参数主要根据车辆的用途而定，并且必须与所连接的变速器、发动机、齿轮泵或空压机的性能参数匹配。不同用途的专用车辆需配置不同性能、参数的取力器。结合汽车取力器的发展历程和现代市场的需求，兼具各项优良性能如振动小、噪声低等的低成本轻量化设计将成为取力器的发展方向。
简史
世界上第一台自动变速器是由梅赛德斯-奔驰集团在1914年推出，后来美国为了让JEEP在战争期间尽可能满足生产和作业的需求，在此背景下研究开发了作为功率输出装置的新式的取力器，取力器的诞生为美国在第二次世界大战取得胜利作了巨大的贡献。
取力器的发展衍变在总体上可以划分成三个阶段：
开始时，取力器应用多根轴的直齿滑块啮合来实现动力传递，其外壳体一般使用沙型铸造工艺，操纵机构配备多个拉杆或者拔挡摇杆。优点为在挂挡过程中的工作进程条理，不容易发生挂错挡的故障。缺点为直齿的滑动块在进入啮合的过程中存在打齿的风险，滑块啮合发热量比较大，容易掉挡，壳体比较粗笨，因为壳体精细度不够而造成气密性差，由于壳体外壁较厚而导致取力器的散热性不好。
中期的取力器应用全斜齿的齿轮进行动力传递，通过法兰滑块啮合实现挂挡动作，外壳体采用铸铁工艺生产加工，操纵机构配备多个拉杆或者拔挡摇杆。其优点是斜齿轮在啮合传递动力的工作时比较稳定，不会产生打齿现象。缺点则与早期的取力器相同，在动力传递过程中存在脱档的风险，同时由于壳体笨重，气密性和散热性能较差。
到了20世纪末，取力器采用了可以使两对转速不同的齿轮实现转速相同的同步器，使得挂挡性能大幅提升。由于引进了同步器，在原理上可以较好地避免出现掉挡的问题。但此时的取力器还是采用多拉杆、多拨挡摇杆，存在挂挡操作复杂的劣势。取力器的发展在21世纪进入了成熟期，在操纵机构、壳体加工制造工艺和齿轮润滑方面的技术均有较为明显的进步，齿轮和轴承的润滑环境得到优化，齿轮在啮合时产生的噪声也大大减小，取力器整体的散热性能也显著改进，取力器综合性能得到极大程度的提升。
基本原理
取力器按照结构形式可以分为接合套式和齿轮式两种。
接合套式取力器的工作原理
需要取力器截取汽车柴油机的动力前，必须是汽车在停止行驶的状态下进行。踩下离合器，打开取力器开关，在操纵装置的作用下，取力器拨叉轴向左运动。拨叉轴带动拨叉推动接合套向左移动，与变速器中间轴上的动力输出齿圈啮合。
当接合套与动力输出齿圈完全啮合后，挂上相应的档位，抬起离合器。此时，柴油机的动力传递关系为：柴油机飞轮一汽车离合器一主变速器一副变速器中间轴一动力输出齿圈一接合套一输出轴一输出轴连接凸缘。柴油机的旋转扭矩即可由取力器截取并从输出轴连接突缘输出。
当需要断开取力器的动力输出时，踩下离合器，变速器挂空挡，关闭取力器开关。在操纵装置的作用下，取力器拨叉轴向右运动。拨叉轴带动拨叉推动接合套向右移动，与动力输出齿圈脱离啮合。此时，取力器输出轴不转，取力器停止向外输出旋转力矩。
齿轮式取力器的工作原理
在汽车停止行驶的状态下，当需要取力器截取汽车柴油机的动力时，踩下离合器，打开取力器开关，在操纵装置的作用下，取力器拨叉轴向右运动。拨叉轴带动拨叉推动滑动齿轮向右移动，与中间齿轮啮合。
当滑动齿轮与中间齿轮完全啮合后，抬起离合器。此时，柴油机的动力传递关系为：柴油机飞轮→汽车离合器→变速器中间轴→中间轴取力齿轮→取力器取力齿轮→中间齿轮→滑动齿轮→输出轴→输出轴连接凸缘，柴油机的旋转扭矩即可由取力器截取并从输出轴连接突缘输出。
当需要断开取力器的动力输出时，踩下离合器，关闭取力器开关。在操纵装置的作用下，取力器拨叉轴向左运动。拨叉轴带动拨叉推动滑动齿轮向左移动，与中间齿轮脱离啮合。此时，取力器输入轴及输人轴上的齿轮在变速器中间轴取力齿轮的带动下继续旋转，但输出轴不转，取力器停止向外输出旋转力矩。
构造组成
接合套式取力器的构造
接合套式取力器的结构原理如下图所示，其通常安装在副变速器的中间轴后端。
在加长的中间轴的后端制有花键，花键上套装有动力输出齿圈。齿圈后端用止退垫片和锁紧螺母固定。
输出轴通过前后滚珠轴承支撑在取力器壳体上。前后轴承中间有隔套定位。输出轴内端制有花键，接合套套装在花键上，并可以在输出轴上轴向滑动。轴的外端连接有突缘，可以将动力输出。
接合套内孔中的一端制有花键槽，另一端制有内齿。接合套的外圈上开有环槽，以利于拨叉的工作，故称为拨叉槽。
拨叉固定在拨叉轴上，拨叉轴支撑在取力器的孔内，另一端在操纵装置的操纵下，可以轴向运动。
齿轮式取力器的构造
齿轮式取力器的结构原理如下图所示，主要由输入轴、取力齿轮、输出轴、滑动齿轮、拨叉拨叉轴取力器壳等组成。
输入轴两端通过轴承支撑在取力器壳体上。轴上设置有取力齿轮和中间齿轮，取力齿轮与变速器中间轴取力齿轮常啮合在一起。
输出轴前、后方通过轴承支撑在取力器壳体上，轴的中部制有花键，滑动齿轮在花键轴上可以轴向滑动，轴的后端安装有连接突缘，以便动力输出。
滑动齿轮的内部制有花键，外缘一端制有齿，在取力时与主动轴的中间齿轮啮合，外缘的另一端制有拨叉槽。
拨叉轴前、后方支撑在取力器壳的孔中，中间固定有拨叉。拨叉轴在操纵装置的带动下轴向运动，通过拨叉推动滑动齿轮在输出轴上轴向运动。
操纵机构
取力器的操纵机构，可分机械式和气压式。机械式操纵机构的操纵杆一般位于驾驶室内，平时被锁止在空挡位置，以免发生意外的接合。气压式操纵机构用一个安装在仪表板上的开关控制一个电磁空气阀向取力器气缸中供气或排气，使取力器接通或脱开，它的结构一般分为单向气操纵及双向气操纵。
常见分类
取力器的分类方式有很多种，常见的就是根据功率输出渠道来分类，功率输出渠道是由取力器的所在位置决定的，一种是按最终功率输出形式，还有一种是按取力器本身结构的挡位。取力器的功率输出可以通过很多渠道来完成，笼统地可以分为从发动机两端取力、从变速箱取力、从传动轴取力。在车辆应用上，采用最多的还是从变速箱和传动轴取力。
按取力方式分类
1、发动机后端取力。发动机后端取力，一般都是在飞轮处，它的优点是不受主离合器控制，但因改变了曲轴末端的结构，对于平衡会有一些影响。这种取力形式的应用比较常见，液压水泵专用车的取力方式也是采用此种。
2、发动机前端取力。发动机前端取力，通常是曲轴连接，一般都是由正时齿轮室或由风扇、水泵的皮带轮输出，例如气刹制动系统中的气泵，某些专用工作装置所用的液压马达等。由于该方式的取力器到附加装置的距离较长，且需要转换传动方向，机械传动结构很复杂，所以一般采用液压传动。
3、变速箱后盖取力。变速箱后盖取力，这种结构的取力齿轮装在中间轴上的两个相邻挡齿轮之间的空间部分，不需要加长。取力齿轮多为直齿轮。故当取力器为单挡时，结构非常简单。例如，在自卸车举升泵应用中，取力器是一组变速齿轮，它与变速箱使用齿轮连接与举升泵轴连接。取力器在变速箱里有一个单独挡位，挂上这挡加油门后，举升泵就可以运转。
4、变速箱上盖取力。此方案是改装变速箱的上盖，将取力器叠置于变速箱之上，用一个惰轮和变速轮常啮合，再由该惰轮将动力传给取力器的输出轴。这种取力器有与发动机同转速输出的特点，因而适合于需要有高转速输入的工作装置，多用于消防车。变速箱侧盖取力又可分为左侧盖取力和右侧盖取力。一般在变速箱左侧和右侧都留有标准的取力接口。也有专门生产与之配套的取力器厂家，所以这种取力器较常用。
5、从传动轴取力。从传动轴取力，可以从分动器或者传动轴输出功率。对于有分动器的汽车底盘，可采用分动器取力方式。
当从分动器输入轴取力齿轮取力时，其转速和扭矩变化也很大，取力器用单挡即可满足要求。多用于液罐车、绞盘、液压起重机或木材装卸起重机的液压泵。当从分动器输入轴后端取力时，先把变速箱挂直接挡，再通过一个转换装置，取力时就会自动切断传动轴后段的传动，齿轮不受力，可以实现全功率输出。这种装置主要用于水泥液压水泵专用车。传动轴取力是将取力器作为独立总成，设置于传动轴之间。它转动的过程中具有良好的动平衡性能，工作可靠性高，结构也比较简单。在消防车上有应用。
按功率输出分类
取力器按功率输出形式可分为部分功率输出和全功率输出两种。全功率输出下可以得到发动机最大扭矩。根据取力器本身的速比i来看，i=1.00就是全功率取力，主要用于液压水泵专用车、混凝土搅拌车、水泥液压水泵专用车、高空消防车等需要大功率的专用车上。
全功率取力器取力形式也有两类。一种是在离合器外壳和变速箱之间，在变速箱一轴上有个常啮合齿，接通和断开时要分开离合器，使用时变速箱挂空挡，这种结构主要用于高规格消防车；另一种全功率取力器设置在传动轴中间，用一个转换装置，取力时会自动切断传动轴后段的传动，此时变速箱要求挂直接挡，这种装置主要用于水泥液压水泵专用车。
部分功率输出，具体可以分为i=0.37~0.48的助力器用于自卸汽车举升泵，i=0.48~0.88用于液压起重机液压泵，i=0.88~1.54用于液罐车液压泵，i=1.51~1.87用于市政工程车高压泵。
功率输出同时再根据使用要求细分两种情况。一种是行车和停车时都能输出功率，如搅拌车在行车搅拌，停车搅拌、装料、卸料多个工况下均需要取力器带动液压泵液压马达转动。另一种是只在停车时输出功率两种形式。
按挡数分类
取力器有一个单挡或多挡的齿轮箱，按照挡位多少其可分为单挡式和多挡式两种。单挡式主要用来驱动发电机、自卸车液压泵等机构，多挡式主要用于驱动绞盘（需要正、倒两个挡位）等机构。如果取力点设在变速器后端或分动器上，则只要一个挡位即可。
按实现挂挡的方式分类
取力器挂挡的方式分为很多种，按实现挂挡的方式分类可分为电动、气动、手动和液压驱动等，其中大多数取力器采用气动的方式进行挂挡操作。
主要特点
取力器实质上是一种单级变速器，其基本参数有总速比（发动机转速与取力器输出转速之比）、额定输出转矩、输出轴旋向和结构质量等。取力器的性能和参数主要根据车辆的用途而定，并且必须与所连接的变速器、发动机、齿轮泵或空压机的性能参数匹配。不同用途的专用车辆需配置不同性能、参数的取力器。为了满足各类专用汽车不同的需求，取力器的结构类型、产品规格和技术形式也都不相同，使得针对不同上装设备，取力器的额定转速、额定功率和输出接口条件也都有差别。
取力器在设计和制造过程中是严格按照行业标准制造，并已大致确定了其使用工况范围。如自卸车，由于受其用途限制，单次连续工作时间不是很长，因而不必选择功率太大，要求连续工作的取力器，以免造成不必要的资源浪费。而液压水泵专用车、消防车、散装水泥车、水泥搅拌运输车、起重车及油田专用车等，因需要连续工作较长时间，就要选择功率较大、能连续运转的取力器。
应用领域
取力器为应用于专用汽车上的一种关键设备，使专用汽车具有车辆行驶外的动力输出，实现特殊的专用功能。专用汽车一般是为了实现某种专用功能，在通用的汽车底盘上进行改装而成的一类汽车。大多数汽车仅有一个发动机作为动力来源，其动力输出主要为汽车行走提供动力。为满足专用汽车的多功能动力需要，一般在车辆上采用取力器以提供专用功能的动力输出。在企业应用方面：取力器大都应用在环卫车、自卸车、公安消防车、建筑材料搅拌车、危化品车等专用车辆上面，针对不一样车辆使用环境对取力器各方面的性能要求也都不一样。
发展趋势
结合汽车取力器的发展历程和现代市场的需求，取力器的发展趋势主要包括以下几点：
1、兼具各项优良性能如振动小、噪声低等的低成本轻量化设计将成为汽车取力器研究工作的一大难题更是发展方向。
2、取力器轻量化技术有望结合逐渐精细化的纳米技术，进一步寻求取力器轻量化技术和成本的新平衡。
3、专用汽车取力器各项参数的系列化、通用化、标准化设计服务于取力器的动态特性及有关设计理论方法。
4、针对取力器的专业虚拟样机综合开发技术不断的完善和成熟，通过静力学与动力学的紧密结合以及不同类型软件联合仿真实现高精度、低成本的动力学分析平台，提高取力器动态特性分析的合理性、时效性及精确性。
故障检修
取力器不工作，应从机械传动方面、气路控制方面、电器控制方面来进行判断和排除。
机械类故障
取力器正常工作需要可靠的机械传动，包括花键副传动、轴承、啮合齿套、传动齿轮等，主要失效形式有以下几种：
1、挂挡异响。声音一般来自啮合齿套，挂挡冲击导致其内、外齿出现毛刺、翻边，甚至引起变形或打齿，需拆箱检查啮合齿套，采用油石人工修复，变形严重需换件。
2、传动齿轮打齿。齿轮打齿一般为长期润滑不良、箱内含有机械杂质、齿轮质量缺陷引起，需更换配件，并按要求保养。
3、轴承烧蚀、散架。轴承损坏也是需拆箱检查润滑油是否变质及有异物，换件处理。
控制气路类故障
气路控制系统由气缸、活塞、电磁阀、减压阀、连接气管路等组成，结合气路原理，可以清楚地判断出故障元件，主要原因有：
1、气路件生锈、卡滞。空气中的水分积存于气缸、电磁阀内部引起生锈、卡滞、无动作，应进行除锈或换件处理。
2、密封件老化、磨损。密封件失效后会引起气缸各腔窜气、漏气，可拆开气管路接头检查，确认故障件并更换。
电路类故障
电路元器件由电磁阀、取力及空挡翘板开关、反馈信号开关以及连接线路等，主要故障有：
1、电磁阀损坏。常闭、常通电磁阀通电后阀芯无动作，可以确定其损坏，换件处理。
2、翘板开关无电。测量来电保险及电线电压，可以做出判断。特殊情况是设计上为防止误操作而增加了“互锁”电路，如分动箱空挡互锁、手制动互锁等，满足条件才能来电。
3、取力器工作指示灯不亮。指示开关损坏或行程调整不到位引起，可挂合取力后，进行调整或换件处理。