手動變速箱工作原理

手動變速器工作原理假如您開的是用換擋桿換擋的汽車，您腦海中也許會出現(xiàn)這幾種問題：通過換擋按鈕換擋的H形跟變速器內(nèi)的齒輪有什么關(guān)系嗎？移動變速桿時，變速器中哪些部件會移動？因操作不妥而聽到可怕刺耳的聲音時，這個刺耳的聲音是從哪里發(fā)出的？汽車在高速公路上減速時，假如不小心換到倒擋會出現(xiàn)什么狀況？是不是整個變速器都會爆炸？在本文中，我們將理解手動變速器的內(nèi)部構(gòu)造，從而回答以上所有問題以及有關(guān)問題。汽車需要變速器，這是由汽車發(fā)動機(jī)的物理特性決定的。首先，任何發(fā)動機(jī)均有速度極限，轉(zhuǎn)速超過這個最大值，發(fā)動機(jī)就會爆炸。另一方面，假如讀過馬力及其應(yīng)用，您就會懂得，在馬力和扭矩都到達(dá)最大值時，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍很小。例如，發(fā)動機(jī)也許在5,500轉(zhuǎn)/分時產(chǎn)生最大馬力。在汽車加速或者減速時，變速器的存在使發(fā)動機(jī)與驅(qū)動輪之間的齒比可以發(fā)生變化。通過變化齒比，就能使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速保持在速度極限如下，并且使發(fā)動機(jī)靠近最佳性能轉(zhuǎn)速區(qū)。在理想狀況下，變速器齒比變化范圍非常大，因而發(fā)動機(jī)總是以單一的最佳性能轉(zhuǎn)速運(yùn)行。這就是無級變速器（CVT）的概念。CVT的齒比范圍幾乎沒有任何限制。過去，CVT在成本、尺寸和可靠性方面都不能與四速和五速變速器抗衡，因此在量產(chǎn)汽車中看不到它們。目前，設(shè)計方面的改善使CVT得到了普及。\o"豐田"豐田普銳斯就是使用CVT的混合動力汽車。變速器通過離合器與發(fā)動機(jī)連接變速器通過離合器與發(fā)動機(jī)連接。因此，變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)相似。奔馳C級運(yùn)動型跑車六速手動變速器五速變速器為輸入軸提供五種不一樣的齒比，以便在輸出軸產(chǎn)生不一樣的轉(zhuǎn)速值。如下是某些經(jīng)典的齒比：擋位速比發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分時變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速一擋2.315:11,295二擋1.568:11,913三擋1.195:12,510四擋1.000:13,000五擋0.915:13,278為了協(xié)助理解原則變速器的基本原理，下圖顯示了處在空擋狀態(tài)的簡樸兩速變速器。二速變速器讓我們來看看圖中的每一種部件，以及它們是怎樣裝配的：綠色軸將發(fā)動機(jī)與離合器連接起來。綠色軸和綠色齒輪連在一起，形成一種整體。（離合器是用于連接發(fā)動機(jī)和變速器或斷開其間連接的裝置。踩下離合器踏板時，發(fā)動機(jī)與變速器斷開，此時雖然汽車并不移動，但發(fā)動機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn)。而松開離合器踏板時，發(fā)動機(jī)和綠色軸就直接連在一起。綠色軸和齒輪的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)相似。)紅色軸及紅色齒輪稱為副軸。它們也連為一種整體，因此副軸上的所有齒輪和副軸自身作為整體旋轉(zhuǎn)。綠色軸與紅色軸直接通過各自的嚙合齒輪連接起來，因此當(dāng)綠色軸轉(zhuǎn)動時，紅色軸也會轉(zhuǎn)動。因此，一旦離合器接合，副軸就直接從發(fā)動機(jī)獲得動力。黃色軸是花鍵軸，通過連接到汽車驅(qū)動輪的差速器直接與驅(qū)動軸相連。假如車輪轉(zhuǎn)動，黃色軸也將隨之轉(zhuǎn)動。藍(lán)色齒輪連在軸承上，因此會隨黃色軸轉(zhuǎn)動。假如發(fā)動機(jī)已關(guān)閉，但汽車還在滑行，則在藍(lán)色齒輪和副軸停止運(yùn)動時，黃色軸仍也許在藍(lán)色齒輪內(nèi)部轉(zhuǎn)動。軸環(huán)將兩個藍(lán)色齒輪中的一種連接到黃色驅(qū)動軸上。它通過齒槽直接與黃色軸相連，并與黃色軸一起轉(zhuǎn)動。但軸環(huán)也可以沿著黃色軸左右滑動，從而選擇性地接合兩個藍(lán)色齒輪中的一種。軸環(huán)中的齒稱為犬齒，可與藍(lán)色齒輪側(cè)面的孔相接合。一擋齒輪下圖顯示了當(dāng)軸環(huán)換到一擋時怎樣結(jié)合右邊的藍(lán)色齒輪：一擋圖中，發(fā)動機(jī)的綠色軸轉(zhuǎn)動副軸，副軸則轉(zhuǎn)動右邊的藍(lán)色齒輪。齒輪通過軸環(huán)驅(qū)動黃色驅(qū)動軸。同步，左邊的齒輪也在轉(zhuǎn)動，但只是在其軸上空轉(zhuǎn)，對黃色軸并不產(chǎn)生影響。當(dāng)軸環(huán)位于兩個齒輪之間時（如第一圖所示），變速器為空擋狀態(tài)。黃色軸上以不一樣速率運(yùn)轉(zhuǎn)的兩個藍(lán)色齒輪都通過其與副軸的速比來控制。通過以上討論，您可以回答如下幾種問題：在換擋時，假如操作錯誤，聽到可怕的碾磨聲，這個聲音不是誤嚙合齒輪發(fā)出的。從圖中可以看出，所有輪齒總是處在完全嚙合狀態(tài)。這種碾磨聲是犬齒接合藍(lán)色齒輪側(cè)孔失敗發(fā)出的。這里顯示的變速器沒有“同步”，因此使用此變速器時，您必須雙踩離合。雙踩離合在老式汽車中很常見，而在某些\o"現(xiàn)代"現(xiàn)代賽車中也仍然很常用。在雙踩離合時，先合下離合踏板，使發(fā)動機(jī)與變速器分離。這樣可消除犬齒的壓力，從而將軸環(huán)切換至空擋狀態(tài)。然后松開離合器踏板，使發(fā)動機(jī)恢復(fù)“對的速度”。該速度就是發(fā)動機(jī)下一齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。這樣做的目的，在于使下一種藍(lán)色齒輪與軸環(huán)以相似的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這樣犬齒就能接合。然后再次踩下踏板并將軸環(huán)鎖定到新齒輪中。每換一種齒輪，都必須踩下和松開兩次離合器，因此稱為“雙離合”。此外，您還可以理解換擋按鈕的微小線性位移怎樣實(shí)現(xiàn)齒輪更換。換擋按鈕移動連接到撥叉的桿。撥叉使軸環(huán)在黃色軸上滑動，從而與兩個齒輪中的一種接合。如今，五速手動變速器在汽車上已經(jīng)相稱普遍了。其內(nèi)部構(gòu)造如下圖所示：五速手動變速器有三個撥叉，由換擋桿接合的三個桿控制。俯看換擋叉軸，它們在空擋、倒擋、一擋和二擋中的情形如下圖所示：各檔位狀況注意，換擋桿中部有一種旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。在將旋鈕前推接合一擋齒輪時，實(shí)際上是在推進(jìn)桿和撥叉，以便將一擋齒輪拉回來?？梢钥吹剑笥乙苿幼兯贄U也是在接合不一樣的撥叉（從而接合不一樣的軸環(huán)）。將旋鈕前后移動也就移動了軸環(huán)，使它們接合一種齒輪。惰輪倒擋齒輪由一種小惰輪（紫色）來操控。惰輪是兩個不互相接觸的傳動齒輪中間起傳遞作用的齒輪，同步跟這兩個齒輪嚙合，用來變化被動齒輪的轉(zhuǎn)動方向，使之與積極齒輪相似。它的作用只是變化轉(zhuǎn)向并不能變化傳動比，稱之為惰輪。惰輪又稱過橋齒輪，它的齒數(shù)多少對傳動比數(shù)值大小沒有影響，但對末輪的轉(zhuǎn)向?qū)a(chǎn)生影響。因此，通過惰輪，該圖中的藍(lán)色倒擋齒輪就會總是與其他所有藍(lán)色齒輪的轉(zhuǎn)動方向相反。因此，當(dāng)汽車前進(jìn)時，不也許將變速器切換到倒擋（由于犬齒不能嚙合）。但它們會產(chǎn)生大量的噪音同步器由于變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉(zhuǎn)，變換檔位時會存在一種"同步"問題。兩個旋轉(zhuǎn)速度不一樣樣齒輪強(qiáng)行嚙合必然會發(fā)生沖擊碰撞，損壞齒輪。因此，舊式變速器的換檔要采用"兩腳離合"的方式，升檔在空檔位置停留半晌，減檔要在空檔位置加油門，以減少齒輪的轉(zhuǎn)速差。但這個操作比較復(fù)雜，難以掌握精確。因此設(shè)計師發(fā)明出"同步器"，通過同步器使將要嚙合的齒輪到達(dá)一致的轉(zhuǎn)速而順利嚙合。同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類。目前所有同步式變速器上采用的是慣性同步器，它重要由接合套、同步鎖環(huán)等構(gòu)成，它的特點(diǎn)是依托摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步。接合套、同步鎖環(huán)和待接合齒輪的齒圈上均有倒角（鎖止角），同步鎖環(huán)的內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸產(chǎn)生摩擦。鎖止角與錐面在設(shè)計時已作了合適選擇，錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步，同步又會產(chǎn)生一種鎖止作用，防止齒輪在同步前進(jìn)行嚙合。當(dāng)同步鎖環(huán)內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸后，在摩擦力矩的作用下齒輪轉(zhuǎn)速迅速減少（或升高）到與同步鎖環(huán)轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)，齒輪相對于同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速為零，因而慣性力矩也同步消失，這時在作用力的推進(jìn)下，接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合，并深入與待接合齒輪的齒圈接合而完畢換檔過程。不一樣制造商生產(chǎn)的變速器和同步器的實(shí)現(xiàn)方式各不相似，但基