你不知道的手动变速箱:换挡杆下的玄机
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发布时间：2022-09-08 10:11
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时间：2024-12-04 15:38
●传输功能
一般来说，变速器是一种能够改变汽车发动机的转速、扭矩和动力方向，并将驱动力传递给传动系统的装置。
-改变传动比。
一般来说，汽车发动机燃烧燃油来获得动力，其输出扭矩和功率在发动机的整个转速范围内总是在变化的。从车辆对驱动力的需求来看，单纯依靠发动机产生的扭矩无法满足汽车行驶时所要面对的各种复杂路况。例如，在起步或爬坡时，变速箱的低档可以在低速时提高发动机的转速，以输出更大的扭矩。当车辆在高速巡航时，发动机的速度和扭矩输出被变速器的高速档降低，从而降低了油耗。由于现代发动机的这种不完美特性，变速器应运而生。变速箱在不同工况下使用不同的传动比，使车辆和发动机在各种工况下都能发挥出最佳的动力性能。
——提供倒档
一台发动机在设计之初就决定了曲轴的旋转方向，所以想要倒车只能依靠变速箱，而这个任务可以通过外啮合齿轮的反转特性轻松完成。
★为什么会有换到倒档的特殊动作？
大家学车的时候都用过手动变速箱，也有朋友爱用手动变速箱。相信大家对手动变速箱的熟悉程度不亚于自己的左右手。不知道大家有没有考虑过，有些手动变速箱操作到倒档时会有一个特殊的动作，或者你要按住变速杆上的一个按钮，或者你要稍微抬起变速杆。这是为什么？是只是为了帅气的动作，还是需要用一套非常复杂的部件把手动变速箱换到倒档？其实原理很简单。看完下面这个叫做倒档的锁止机构你就明白了。
●倒档锁定机构
为了防止车辆前进时误挂倒档，对变速器挡位造成较大冲击，损坏零件，通常在手动变速器上设计一个倒档锁止机构。当换档杆置于极限位置时，锁止机构中的挡块会被挡板挡住，这将使倒档无法接通。此时，只有按住倒档按钮，止动块才能继续在挡板上移动，从而接合倒档。
下面的视频生动地为大家展示了反向锁定机构的工作原理。它依靠安装在变速杆下方的挡板，挡板与挡块配合，防止齿轮错位。
更多精彩视频，均在车载家庭视频频道。
●双轴和三轴手动变速器
手动变速器的基本结构包括动力输入轴和输出轴，加上组成变速器的齿轮，这是手动变速器最基本的部件。输入轴与离合器连接，离合器传递的动力通过输入轴直接传递给齿轮组。齿轮组由不同直径的齿轮组成，不同的齿轮组合产生不同的传动比。在正常行驶中换档意味着改变传动比。输入轴的动力在齿轮之间传递，再由输出轴传递给车轮，这是手动变速器的基本工作原理。
如果按照齿轮的传动方式来分类手动变速器，那么目前常见的有两种类型:两轴式和三轴式。
——双轴式
顾名思义，双轴手动变速器只有两个轴，即输入轴和输出轴。它具有结构简单、体积小的优点。同时中挡传动效率高，噪音低，更适合前置发动机和前轮驱动的普通车辆。也是目前应用最广泛的汽车传动形式。
“两轴5速手动变速器最常见的解剖图”
——三轴型
三轴手动变速器除了输入轴和输出轴外，还有一个中间轴，中间轴主要用来固定各种齿轮的传动齿轮。由于三轴变速器的每个齿轮由两对齿轮驱动，所以输入轴和输出轴的旋转方向是相同的。这种变速器通常更适用于前置发动机和后轮驱动的车辆。
●工作原理
接下来，我们将通过一个简单的模型来告诉你手动变速箱换挡的工作原理。下图是3轴2速变速器的简单结构模型。
输入轴通过离合器连接到发动机，输入轴与上齿轮成一体。红色齿轮轴称为中间轴，中间轴上的三个齿轮也与轴固定在一起。*的是输出轴，动力最终通过输出轴传递给车轮。上两个齿轮通过滚针轴承与输出轴连接，滚针轴承可在输出轴上自由转动。输出轴上的套筒通过花键安装在输出轴上，可以随输出轴转动。
其实手动变速器的换挡原理并不深刻。可以看到，动力从输入轴传递到中间轴，再传递到输出轴上的两个齿轮。但由于两个蓝色齿轮与输出轴没有刚性连接，此时处于空旋转状态，相当于空齿轮。当输出轴上的套筒与右侧的蓝色齿轮连接时，动力最终会通过套筒传递到输出轴上。同时，由于没有与套筒结合，左蓝色齿轮转动自如。所谓换挡，其实就是套筒在选择和哪个档位结合，结合后也决定了此时的传动比。
传统5速手动变速箱的换挡原理是一样的，只是变速箱中增加了套筒和齿轮组的数量，使其有更多的档位。倒档通过在中间轴和输出轴之间增加一个齿轮来实现。由于增加了一个啮合齿轮，倒档将总是以与其他齿轮相反的方向旋转。这个齿轮也叫惰轮，因为它只起到改变齿轮转动方向的作用。
对于两轴手动变速器，其工作原理与三轴手动变速器相似。它还取决于套筒来选择两侧自由旋转齿轮的组合。组合后，动力可以通过套筒传递到输出轴。
换挡手感出众的秘密
●传动齿轮类型
“螺旋齿轮的设计在民用手动变速器中应用较多”
普通民用车辆使用的手动变速器，其内啮合齿轮基本为斜圆柱齿轮。这种齿轮的齿与齿轮轴线成一定角度。这种齿形可以使牙齿逐渐啮合，而不是突然啮合所有的牙齿，所以啮合操作时的噪音也较小。同时，它也有缺点:由于螺旋齿，它在啮合时会产生轴向推力，这就需要特殊的轴承来承受这种轴向载荷。此外，由于较大的啮合面积，齿轮磨损实际上增加了。
另一种是直齿轮，主要用于赛车的手动变速箱。这种齿面完全接触的形式增加了齿轮的强度，但在齿轮啮合时也会产生噪音。同时，由于其传动效率高，可以使车辆在车轮上获得更大的动力，因此也广泛应用于赛车传动领域。普通民用变速箱的倒档通常采用直齿轮，这也是倒车时变速箱发出的声音会更大的原因之一。
★换档杆为什么会抖动？
每天打开收音机或网站，总会看到很多骑手问专家他们的换挡杆在抖。原因是什么？汽车公司连这种小事都做不好吗？这就是手动变速器换挡机构的原因。
●换档机构
变速箱的换挡机构用于执行驾驶员的换挡操作，其质量也直接关系到操作的舒适性。目前主要分为推杆式和拉线式。
——推杆式
如图所示，连接推杆的换挡控制方式比较简单直接，但是存在一个很大的问题，就是操作时变速器的振动会传递到换挡杆上，所以人们操作这个振动杆自然会不舒服。现在你明白为什么换档杆会晃动了。
——斜拉索类型
拉锁式换挡机构，又称软轴机构，利用两根拉线完成换挡动作。这种结构设计可以更好地抑制来自变速器的振动，也是目前应用最广泛的换挡机构。
下面的视频给大家展示了软轴手动变速器换挡机构的工作原理，它通过一个用于选挡的拉链和一个用于换挡的拉链完成换挡动作。
更多精彩视频，均在车载家庭视频频道。
●同步器
要想换挡平顺，那么换挡前后两个主动挡的转速必须一致。即使它们不一致，至少速度应该相似。然而，由于换档前后两组的传动比不同，因此在驾驶过程中转速不可能保持一致。如果没有同步器，驾驶员可以用空一脚油两脚离合器的挡位方式来均衡两挡之间的速度，这也是为什么以前所有没有同步器的手动挡车型在换挡时都需要使用两脚离合器的原因。
对于带同步器换挡的变速器，换挡是否平顺很大程度上取决于同步器的优劣。同步器，说白了就是设置在组合套和齿轮组上的摩擦片。与普通摩擦片不同，它的摩擦面是圆锥形的。这套摩擦片的作用是在圆盘的直齿和竖齿接触之前提前摩擦，将速度较高的一方的能量传递给速度较低的一方，使速度较低的一方可以提高速度，实现与速度较高的一方的速度同步。这样既能保证正常换挡，又能起到缓冲作用，锥形摩擦片的数量和材质直接影响同步器的性能。经典的大众MQ200手动变速箱的同步器有三组锥形摩擦片，这也有助于其出色的换挡手感。
了解了手动变速器的一般结构后，我们再来看看它的优缺点。优势显而易见。它结构简单，性能可靠，制造和维护成本低，传动效率高。另外，由于是纯机械控制，换挡响应快，能最直接地表达驾驶员的驾驶意愿，所以驾驶起来更有乐趣。然而，与自动变速器相比，它的操作相对繁琐。如果操作不熟练，换挡时往往会有明显的顿挫感。
那么，一台优秀的手动变速器有哪些特点呢？首先，变速箱必须有良好的换挡感觉，清晰明确的档位，合理的横向和纵向行程，低的挡位进入阻力和吸入感。此外，更重要的是，齿轮之间的传动比安排要合理，因为齿轮之间的传动比分配直接影响车辆行驶过程中动力连接的平顺度，通常要求低挡大力加速，高挡节油。
全文总结:如今，随着我国各大城市交通拥堵的日益加剧，手动排挡操作繁琐的弊端在堵车走走停停的状态下更加突出。因此，目前在国内汽车市场上，手动挡车型的市场正在被各种自动变速箱车型所侵蚀，而在汽车工业高度发达的欧洲，手动挡车型仍然占据着较大的市场份额。这说明，在很多追求纯粹驾驶乐趣的人眼里，离合器、油门、变速杆之间微妙的协调快感是自动挡无法替代的。
@2019
