汐言微博:手动变速器-工作原理

手动变速器
手动变速器（Manual Transmission，简称MT）又称机械式变速器，即必须用手拨动变速杆（俗称“挡把”）才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。轿车手动变速器大多为四挡或五挡有级式齿轮传动变速器，并且通常带同步器，换挡方便，噪音小。手动变速在操纵时必须踩下离合，方可拨得动变速杆。
手动变速器是与自动变速器相对而言的，其实在自动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。手动变速器是利用大小不同的齿轮配合而达到变速的。最常见的手动变速器多为5挡位（4个前进挡 、1个倒挡），也有的汽车采用6挡位变速器。一般来说，手动变速器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶者技术好，手动变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。
手动变速器工作原理
http://auto.bowenwang.com.cn/transmission.htm
在了解原理之前，首先要了解什么是换挡杆？
它是用在汽车变速器上的，主要作用是支持汽车换挡作用。换挡杆是个杆件，常见的分为1|2档换挡杆，3|4档换挡杆，及五档换挡杆。五档换挡杆一般集成倒档功能的。在换挡杆上要安装换挡拨叉，换挡轴叉，以实现其功能的组合。
现在的手动变速箱齿轮都是常啮合的，齿轮不需要转换，一直在运转。简单说来，除了直接档，其他每档有一组齿轮，传动比各不同，输出轴上的齿轮与输出轴通过轴承连接，不会同步运动，通过花键在输出轴上装几个同步器，每个同步器可以控制两个档位，需要哪个档就把同步器挂到相应的齿轮上，使得齿轮和输出轴同步运转，就实现了换档。所以换档杆仅仅是通过换档轴、拨块、拨叉来控制同步器就可以了。
踩下离合器和空档是不一样的，空档时，变速器内所有齿轮由发动机驱动，一直处于运转状态，只是同步器没有挂在齿轮上，输出轴不转动；而踩下离合器是切断了发动机的动力，变速器内齿轮由车辆的惯性力驱动，如车辆静止，齿轮不转。简单的说是一样的。都是动力触底途径脱离。换挡就是在主动轮和从动轮之间分别连接不同齿数的齿轮组，来改变从动比，以获得需要的转速和扭矩！比如起步和上坡时需要的是扭矩，就挂低速档。在高速公路需要的是转速，就挂高速档。    都是切断动力源，对于行车的效果是一样的。不过踩离合要废离合片的，等红灯时时间稍长还是挂空挡吧。
如果您开的是用换挡杆换挡的汽车，您脑海中可能会浮现这样几个问题：
1、通过换挡按钮换挡的H形跟变速器内的齿轮有什么关系？
2、移动变速杆时，变速器中哪些部件会移动？ 因操作不当而听到可怕刺耳的声音时，这个刺耳的声音是从哪里发出的？
3、汽车在高速公路上减速时，如果不小心换到倒挡会出现什么情况？是不是整个变速器都会爆炸？
在本文中，我们将从了解手动变速器的内部结构，从而来回答以上所有问题以及相关问题。
汽车需要变速器，这是由汽车在行驶的过程中对不同路况情况下对不同的行驶车速的一个需要，这个不同的行驶速度是由发动机的物理特性决定的。 首先，任何发动机都有速度极限的，转速超过这个最大值，发动机就会爆炸。 其次，如果读过马力及其应用，您就会知道，在马力和扭矩都达到最大值时，发动机的转速变化范围很小。 例如，发动机可能在5500转/分时产生最大马力。 在汽车加速或者减速行驶时，变速器的存在使发动机与驱动轮之间的齿比发生变化。 通过改变齿比，使发动机转速保持在速度极限以下，并且使发动机接近最佳性能转速区。
在理想情况下，变速器齿比的变化范围非常大，因而发动机总是以单一的最佳性能转速运行。 这就是无级变速器（CVT：Continuously Variable Transmission连续不断的调节变速器）的概念。
CVT的齿比范围几乎没有任何限制。 过去，CVT在成本、尺寸和可靠性方面都不能与四速和五速变速器抗衡，所以在量产汽车中看不到它们。 目前，设计方面的改善使CVT得到了普及。 丰田普锐斯就是使用CVT的混合动力汽车。

变速器通过离合器与发动机连接
变速器通过离合器与发动机连接。 因此，变速器输入轴的转速与发动机相同。

奔驰C级运动型跑车六速手动变速器
五速变速器为输入轴提供五种不同的齿比，以便在输出轴产生不同的转速值。 以下是一些典型的齿比：
挡位
速比
发动机转速为3000转/分时
变速器输出轴的转速
一挡
2.315:1
1295
二挡
1.568:1
1913
三挡
1.195:1
2510
四挡
1.000:1
3000
五挡
0.915:1
3278
为了帮助了解标准变速器的基本原理，下图显示了处于空挡状态的简单两速变速器。

二速变速器
让我们来看看图中的每一个部件，以及它们是如何装配的：
绿色轴将发动机与离合器连接起来。 绿色轴和绿色齿轮连在一起，形成一个整体。 （离合器：是用于连接发动机和变速器或断开其间连接的装置。 踩下离合器踏板时，发动机与变速器断开，此时虽然汽车并不移动，但发动机仍在运转。 而松开离合器踏板时，发动机和绿色轴就直接连在一起。 绿色轴和齿轮的转速与发动机相同。)
红色轴及红色齿轮称为副轴。 它们也连为一个整体，因此副轴上的所有齿轮和副轴本身作为整体旋转。 绿色轴与红色轴直接通过各自的啮合齿轮连接起来，所以当绿色轴转动时，红色轴也会转动。 因此，一旦离合器接合，副轴就直接从发动机获得动力。
黄色轴是花键轴，通过连接到汽车驱动轮的差速器直接与驱动轴相连。 如果车轮转动，黄色轴也将随之转动。
蓝色齿轮连在轴承上，因此会随黄色轴转动。 如果发动机已关闭，但汽车还在滑行，则在蓝色齿轮和副轴停止运动时，黄色轴仍可能在蓝色齿轮内部转动。
轴环将两个蓝色齿轮中的一个连接到黄色驱动轴上。 它通过齿槽直接与黄色轴相连，并与黄色轴一起转动。 但轴环也可以沿着黄色轴左右滑动，从而选择性地接合两个蓝色齿轮中的一个。 轴环中的齿称为犬齿，可与蓝色齿轮侧面的孔相接合。
一挡齿轮：
下图显示了当轴环换到一挡时如何结合右边的蓝色齿轮：

一挡
图中，发动机的绿色轴转动副轴，副轴则转动右边的蓝色齿轮。 齿轮通过轴环驱动黄色驱动轴。 同时，左边的齿轮也在转动，但只是在其轴上空转，对黄色轴并不产生影响。
当轴环位于两个齿轮之间时（如第一图所示），变速器为空挡状态。 黄色轴上以不同速率运转的两个蓝色齿轮都通过其与副轴的速比来控制。
通过以上讨论，您可以回答下面几个问题：
在换挡时，如果操作错误，听到可怕的碾磨声，这个声音不是误啮合齿轮发出的。 从图中可以看出，所有轮齿总是处于完全啮合状态。 这种碾磨声是犬齿接合蓝色齿轮侧孔失败发出的。
这里显示的变速器没有“同步”，所以使用此变速器时，您必须双踩离合。 双踩离合在老式汽车中很常见，而在一些现代赛车中也仍然很常用。 在双踩离合时，先合（踩）下离合踏板，使发动机与变速器分离。 这样可消除犬齿的压力，从而将轴环切换至空挡状态。 然后松开离合器踏板，使发动机恢复“正确速度”。 该速度就是发动机下一齿轮的运转速度。 这样做的目的，在于使下一个蓝色齿轮与轴环以相同的转速运行，这样犬齿就能接合。 然后再次踩下踏板并将轴环锁定到新齿轮中。 每换一个齿轮，都必须踩下和松开两次离合器，因此称为“双离合”。
另外，您还可以了解换挡按钮的微小线性位移怎样实现齿轮更换。 换挡按钮移动连接到拨叉的杆。 拨叉使轴环在黄色轴上滑动，从而与两个齿轮中的一个接合。
现在我们来看看真正的变速器。 下面的动画显示了一个带倒挡的四速变速器的内部工作状况。
如今，五速手动变速器在汽车上已经相当普遍了。 其内部结构如下图所示：

五速手动变速器
有三个拨叉，由换挡杆接合的三个杆控制。 俯看换挡叉轴，它们在空挡、倒挡、一挡和二挡中的情形如下图所示：

各档位情况
注意，换挡杆中部有一个旋转点。 在将旋钮前推接合一挡齿轮时，实际上是在推动杆和拨叉，以便将一挡齿轮拉回来。 可以看到，左右移动变速杆也是在接合不同的拨叉（从而接合不同的轴环）。 将旋钮前后移动也就移动了轴环，使它们接合一个齿轮。

惰轮
倒挡齿轮由一个小惰轮（紫色）来操控。 该图中的蓝色倒挡齿轮总是与其他所有蓝色齿轮的转动方向相反。 因此，当汽车前进时，不可能将变速器切换到倒挡（因为犬齿不能啮合）。 但它们会产生大量的噪音！
同步器：
新式客车的手动变速器采用同步器，这样就不需要使用双踩离合。 同步器的作用：在与犬齿接触前，使轴环与齿轮发生有摩擦的接触。 这样，在犬齿接合前，就可以使轴环和齿轮速度达到同步，如图所示：

同步器的作用是：在与犬齿接触前，使轴环与齿轮发生有摩擦的接触
蓝色齿轮上的锥体接合轴环中的锥形区域，锥体与轴环间的摩擦使轴环和齿轮同步。 轴环的外部随之滑动，使犬齿接合齿轮。
不同制造商生产的变速器和同步器的实现方式各不相同，但基本原理是一样的。