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1、手动变速箱的基本工作原理一、变速箱的作用发动机的物理特性决定了变速箱的存在。首先，任何发动机都有其峰值转速；其次，发 动机最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。比如，发动机最大功率出现在 5500 转。变 速箱可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比， 换档可以使得发动机工 作在其最佳的动力性能状态下。理想情况下，变速箱应具有灵活的变速比。无级变速箱（C VT）就具有这种特性，可以较好的发挥发动机的动力性能。二、CVT无级变速箱有着连续的变速比。其一直因为价格、尺寸及可靠性的关系而没有大量装备汽 车。现在，改进的设计使得 CVT 的使用已比较普遍。 国产 AUDI 2.8 CVT
2、变速箱通过离合器与发动机相连，这样，变速箱的输入轴就可以和发动机达到同步转速。奔驰 C级 Sport Coupe 6 速手动变速箱一个 5 档的变速箱提供 5 种不同的变速比，在输入轴和输出轴间产生转速差。三、简单的变速箱模型为了更好的理解变速箱的工作原理，下面让我们先来看一个 2 档变速箱的简单模型， 看 看各部分之间是如何配合的输入轴（绿色）通过离合器和发动机相连，轴和上面的齿轮是一个部件。轴和齿轮（红色）叫做中间轴。它们一起旋转。轴（绿色）旋转通过啮合的齿轮带动中间轴 的旋转，这时，中间轴就可以传输发动机的动力了。轴（黄色）是一个花键轴，直接和驱动轴相连，通过差速器差速器来驱动汽车。车轮
3、转动会带着花 键轴一起转动。齿轮（蓝色）在花键轴上自由转动。在发动机停止，但车辆仍在运动中时，齿轮（蓝色）和 中间轴都在静止状态，而花键轴依然随车轮转动。齿轮（蓝色）和花键轴是由套筒套筒来连接的，套筒可以随着花键轴转动，同时也可以在花键轴 上左右自由滑动来啮合齿轮（蓝色）。1 档 挂进 1 档时，套筒就和右边的齿轮（蓝色）啮合。见下图：如图所示，输入轴（绿色）带动中间轴，中间轴带动右边的齿轮（蓝色），齿轮通过套 筒和花键轴相连，传递能量至驱动轴上。在这同时，左边的齿轮（蓝色）也在旋转，但由于 没有和套筒啮合，所以它不对花键轴产生影响。当套筒在两个齿轮中间时（第一张图所示），变速箱在空挡位置。两
4、个齿轮都在花键轴 上自由转动，速度是由中间轴上的齿轮和齿轮（蓝色）间的变速比决定的。四、真正的变速箱 如今，5 档手动变速箱应用已经很普遍了，以下是其模型。换档杆通过三个连杆连接着三个换档叉，见下图在换挡杆的中间有个旋转点，当你拨入 1 档时，实际上是将连杆和换档叉往反方向推。 你左右移动换档杆时，实际上是在选择不同的换档叉（不同的套筒）；前后移动时则 是选择不同的齿轮（蓝色）。倒档 通过一个中间齿轮（紫色）来实现。如图所示，齿轮（蓝色）始终朝其他齿轮（蓝 色）相反的方向转动。因此，在汽车前进的过程中，是不可能挂进倒档的，套筒上的齿和齿 轮（蓝色）不能啮合，但是会产生很大的噪音。同步装置 同步
5、是使得套筒上的齿和齿轮（蓝色）啮合之前产生一个摩擦接触，见下图齿轮（蓝色）上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口，两者之间的摩擦力使得套筒和齿 轮（蓝色）同步，套筒的外部滑动，和齿轮啮合。汽车厂商制造变速箱时有各自的实现方式，这里介绍的是一个基本的概念！五 传动比的分配多级减速器各级传动比的分配，直接影响减速器的承载能力和使用寿命，还会影响其体 积、重量和滑。传动比一般按以下原则分配：使各级传动承载能力大致相等；使减速器的尺 寸与质量较小；使各级齿轮圆周速度较小；采用油浴润滑时，使各级齿轮副的大齿轮浸油深 度相差较小。低速级大齿轮直接影响减速器的尺寸和重量，减小低速级传动比， 即减小了低速级大齿
6、轮及包容它的机体的尺寸和重量。增大高速级的传动比，即增大高速级大齿轮的尺寸，减小 了与低速级大齿轮的尺寸差， 有利于各级齿轮同时油浴润滑； 同时高速级小齿轮尺寸减小后 ， 降低了高速级及后面各级齿轮的圆周速度，有利于降低噪声和振动，提高传动的平稳性。故 在满足强度的条件下，末级传动比小较合理。减速器的承载能力和寿命，取决于最弱一级齿轮的强度。仅满足于强度能通得过，而不 追求各级大致等强度常常会造成承载能力和使用寿命的很大浪费。 通用减速器为减少齿轮的数量，单级和多级中同中心距同传动比的齿轮一般取相同参数。当 a 和 i 设置较密时，较易 实现各级等强度分配；a 和 i 设置较疏时，难以全部实现
7、等强度。按等强度设计比不按等强 度设计的通用减速器约半数产品的承载能力可提高 10%-20%。和强度相比，各级大齿轮浸油深度相近是较次要分配的原则，即使高速级大齿轮浸不到 油，由结构设计也可设法使其得到充分的润滑。单级齿轮减速器的传动比最大不超过 10， 当总传动比要求超过此值时， 应采用二级 &EzM = 或多级减速器。此时就应考虑各级传动比的合理分配问题，否则将影响到减速器外形尺寸的 大 q3c+qY 小、承载能力能否充分发挥等。根据使用要求的不同，可按下列原则分配传动比： Zl6 Kr8 T5 (1)使各级传动的承载能力接近于相等； % ?p.g: n (2)使减速器的外廓尺寸和质量最小
8、； cQ7 jvn (3)使传动具有最小的转动惯量； G c+ J (4)使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等。可以下载传动比分配软件来分配：http:/ . page=1&toread=1在车辆的正常行驶中，发动机是制造动力的环节，离合器是传递动力的枢纽，而变速箱则是实现在不同行驶状况下车辆的正常运转，即分配动力的环节。变速箱分为手动变速箱和自动变速箱，手动变速箱是较为传统的变速箱类型，它操作起来比较麻烦，但是可以更直接的表现驾驶者的意愿。自动变速箱灵活性比较差，本身以电脑控制，很多情况下无法直接表达驾驶者的意愿，但是操作简单。也正是因为表现上的区别，至今为止手动变速箱仍然占有相当重要的地位
9、，特别是对于看重驾驶乐趣的欧洲市场。手动变速箱是有不同齿比的齿轮组构成的，它工作的基本原理就是通过切换不同的齿手动变速箱是有不同齿比的齿轮组构成的，它工作的基本原理就是通过切换不同的齿 轮组，来实现齿比的变换。轮组，来实现齿比的变换。 作为分配动力的关键环节，变速箱必须有动力输入轴和输出轴这 两大件，再加上构成变速箱的齿轮，就是一个手动变速箱最基本的组件。动力输入轴与离合 器相连，从离合器传递来的动力直接通过输入轴传递给齿轮组，齿轮组是由直径不同的齿轮 组成的，不同的齿轮比例所达到的动力传输效果是完全不同的，平常驾驶中的换挡也就是指 换齿轮比。在变速箱的齿轮组里，分为主动齿轮和从动齿轮，所谓主
10、动轮也就是附着动力带动其他齿 轮的齿轮，而从动轮很显然就是被带动的那个齿轮了。当主动轮为小齿轮，从动轮是大直径 齿轮的时候，由于小齿带动大齿转动，所以车轮运转的速度很慢，但是其产生的轮端扭矩却 是比较大的。车辆在起步时要克服轮胎与地面的摩擦力，还要承载比较重的车身，所以需要 很大的扭矩来驱动，作为起步挡的一挡就需要小齿带动大齿的齿轮组合，也就是大齿轮比。 那么，如果从动齿轮的直径适当减小，齿轮比变小，相应的就很容易明白了，此时扭矩有所 减小，速度开始增加，这个挡位主要用来应对交通状况复杂的城市驾驶，一般为二挡或者三 挡的齿轮组。如果我们继续将从动齿的直径缩小，直到主动齿与从动齿的直径相等，也就
11、是 比为 1 的时候，此时能量损耗比较小，扭矩和速度都比较理想，适合日常公路的行驶，这个 挡位一般称为直接挡，通常是最高挡之前的那个挡，例如五挡变速箱就是四挡。当然，这是 根据不同得车辆上所配备的不同齿比的变速箱而言的。那么，所谓超速挡就不用过多言说， 就是从动齿的直径大于主动齿， 齿比小于 1 的， 这种组合会产生较大的速度， 和较小的扭矩 ， 适应于优质路况，从而起到节省燃油的目的。了解了齿比与挡位的关系，我们再看变速箱的结构就比较好理解了。了解了齿比与挡位的关系，我们再看变速箱的结构就比较好理解了。输入轴上面设置的 必须是主动轮，输出轴上设置的必须是从动轮。现在汽车上大多采用的是双轴，即
12、单独的输 入轴和输出轴，上面分别布置相应尺寸的齿轮，输入轴上的齿轮将动力传输给输出轴上的齿 轮，继而带动输出轴转动，将动力输出。当然在一些级别较高的车上还有配备三轴，四轴甚 至五轴的，那些则作为特有技术，在这里暂不讨论。根据以上我们所说的齿比排列，以输入 轴的方向为前端，在输入轴上齿轮的排列从前至后依次为小齿轮到大齿轮，输出轴上的依次 大齿轮到小齿轮，这样，就完成了各挡位的齿轮组和的要求，下面就开始运转。在变速箱的齿轮组中，各个挡位的主动齿轮和从动齿轮都是采用的斜齿，这样可以让齿轮 与齿轮之间保持常咬合状态， 从而大幅度降低噪音。 斜齿与斜齿之间是不能直接进行切换的 ， 因为它们之间是处于常咬
13、合状态。但是在汽车行驶过程中，换挡是要更换齿轮比的，通过对 换挡杆的操作来选择适合的挡位，因此在变速箱的机构中，就必须存在可以切换齿轮组的装 置。我们分开来看齿轮组与操纵杆。首先，在一挡与二挡，三挡与四挡，五挡与六挡依次类 推的斜型齿轮内侧上，布置棘齿，再在两个面对的直齿中间布置带有 U 型槽的圆盘，此圆 盘的内侧空心面上铸有凹槽式的花键，而这个花键刚好能与输入轴上的花键相咬合，也就可 以达到将圆盘固定在输入轴上的目的，那么，现在我们要解决的首要问题就是让所要选择的 挡位齿轮上的直齿与圆盘相连，这就可以实现输入轴带动圆盘，圆盘带动棘齿，棘齿带动斜 型齿轮，斜型齿轮再带动从动齿轮的动力传输，然而
14、，只要在棘齿与圆盘的表面上同样设置 棘齿，二者就能够顺利的结合分离了。换挡的操纵机构，是由拨叉来实现的。换挡的操纵机构，是由拨叉来实现的。现在再来看换挡杆的机构设置，在我们肉眼能看 到的换挡杆的末端，连接一根杆，杆上布置多个拨叉，每两个挡位之间就布置一个拨叉，我 们在上面说过的有 U 型凹槽的圆盘，在这里就是关键了。拨叉是有开口和弹力的金属环， 其直径大小刚好可以卡进圆盘的凹槽内。当驾驶员按下换挡杆时，此时拨叉与圆盘相连接， 然后驾驶员将换挡杆推向所需要的挡位，即将圆盘推向该挡位齿轮组上的直齿，二者内侧面 上的立齿相咬合，动力传输的路径就建立了。值得注意的是，拨叉的开口方向都是不同的， 当接通
15、一个圆盘时，原本卡在另一组圆盘上的拨叉会因为位置错开而脱离，这就做到了换挡 时各挡位之间互不干扰。换挡杆的操纵系统分为拉线式和杆式，工作原理基本一致，只是性能上稍有差别。拉线式由于钢丝有一定的弯曲度，所以，传动效率较低，工作久了会导致挡位不清晰，但是体积较 小，所以震动较小，换挡间隙比较大；而杆式的则比较直接，所以挡位清晰。同步器的出现，使得手动变速箱换挡的技术难度大幅度降低。同步器的出现，使得手动变速箱换挡的技术难度大幅度降低。解决了正常的换挡，还有 一个问题也是不容忽视的。由于换挡的时候，换挡前后两组主动齿轮的转速要一致，就算不 一致，也至少保证速度相近，但是由于前后两组齿轮比是不同的，所
16、以在行驶过程中是不可 能出现这样的情况的， 当然了， 有的司机可以采用加一脚油的方式来逼平二者的转速， 但是 ， 就算是技术娴熟的老司机，刚好使二者转速一致的几率也是非常小的，这样一来就会造成响 齿的现象， 对变速箱的寿命有一定的影响。 现在绝大多数车的变速箱， 都不存在这个问题了 ， 因为它们都装备了“同步器”。它其实说白了就是在圆盘和齿轮组上布置了摩擦片，与一般摩 擦片不同的是， 它的摩擦面是锥形的。 这组摩擦片的作用是在直齿和圆盘的立齿相接触以前 ， 提前进行摩擦，来将转速较大的一方的能量传递给转速较小的一方，使得转速较小的一方提 升转速，达到与转速较大的一方转速同步。这样不仅可以保证正常换挡，还能起到缓冲的作 用，锥面摩擦片组的数目与材质直接影响到了同步器性能的优劣。总结：总结：手动变速箱说简单也简单，它的结构要比自动变速箱简单得多，不仅制造成本低，而且手动变速箱说简单也简单，它的结构要比自动变速箱简单得多，不仅制造成本低，而且 可靠性高，维护成本低。因此在一些级别较低的车型上，可靠性高，维护成
