你不知道的手動變速箱：換擋桿下的玄機(jī)

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可以說，一臺變速器的好壞以及它與發(fā)動機(jī)的匹配程度，將直接影響車輛的動力性和平順性。與市場上常見的AT、CVT、DCT、AMT等自動變速器相比，傳統(tǒng)手動變速器的表面雖然看起來更“簡單”“原始”，但冰冷的機(jī)械零件中卻隱藏著各種奧秘。同時(shí)，要做出手感出眾的MT也絕非易事。

●傳輸功能

一般來說，變速器是一種能夠改變汽車發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩和動力方向，并將驅(qū)動力傳遞給傳動系統(tǒng)的裝置。

-改變傳動比。

一般來說，汽車發(fā)動機(jī)燃燒燃油來獲得動力，其輸出扭矩和功率在發(fā)動機(jī)的整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)總是在變化的。從車輛對驅(qū)動力的需求來看，單純依靠發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的扭矩?zé)o法滿足汽車行駛時(shí)所要面對的各種復(fù)雜路況。例如，在起步或爬坡時(shí)，變速箱的低檔可以在低速時(shí)提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以輸出更大的扭矩。當(dāng)車輛在高速巡航時(shí)，發(fā)動機(jī)的速度和扭矩輸出被變速器的高速檔降低，從而降低了油耗。由于現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的這種不完美特性，變速器應(yīng)運(yùn)而生。變速箱在不同工況下使用不同的傳動比，使車輛和發(fā)動機(jī)在各種工況下都能發(fā)揮出最佳的動力性能。

——提供倒檔

一臺發(fā)動機(jī)在設(shè)計(jì)之初就決定了曲軸的旋轉(zhuǎn)方向，所以想要倒車只能依靠變速箱，而這個(gè)任務(wù)可以通過外嚙合齒輪的反轉(zhuǎn)特性輕松完成。

★為什么會有換到倒檔的特殊動作？

大家學(xué)車的時(shí)候都用過手動變速箱，也有朋友愛用手動變速箱。相信大家對手動變速箱的熟悉程度不亞于自己的左右手。不知道大家有沒有考慮過，有些手動變速箱操作到倒檔時(shí)會有一個(gè)特殊的動作，或者你要按住變速桿上的一個(gè)按鈕，或者你要稍微抬起變速桿。這是為什么？是只是為了帥氣的動作，還是需要用一套非常復(fù)雜的部件把手動變速箱換到倒檔？其實(shí)原理很簡單。看完下面這個(gè)叫做倒檔的鎖止機(jī)構(gòu)你就明白了。

●倒檔鎖定機(jī)構(gòu)

為了防止車輛前進(jìn)時(shí)誤掛倒檔，對變速器擋位造成較大沖擊，損壞零件，通常在手動變速器上設(shè)計(jì)一個(gè)倒檔鎖止機(jī)構(gòu)。當(dāng)換檔桿置于極限位置時(shí)，鎖止機(jī)構(gòu)中的擋塊會被擋板擋住，這將使倒檔無法接通。此時(shí)，只有按住倒檔按鈕，止動塊才能繼續(xù)在擋板上移動，從而接合倒檔。

下面的視頻生動地為大家展示了反向鎖定機(jī)構(gòu)的工作原理。它依靠安裝在變速桿下方的擋板，擋板與擋塊配合，防止齒輪錯(cuò)位。

更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。

●雙軸和三軸手動變速器

手動變速器的基本結(jié)構(gòu)包括動力輸入軸和輸出軸，加上組成變速器的齒輪，這是手動變速器最基本的部件。輸入軸與離合器連接，離合器傳遞的動力通過輸入軸直接傳遞給齒輪組。齒輪組由不同直徑的齒輪組成，不同的齒輪組合產(chǎn)生不同的傳動比。在正常行駛中換檔意味著改變傳動比。輸入軸的動力在齒輪之間傳遞，再由輸出軸傳遞給車輪，這是手動變速器的基本工作原理。

如果按照齒輪的傳動方式來分類手動變速器，那么目前常見的有兩種類型:兩軸式和三軸式。

——雙軸式

顧名思義，雙軸手動變速器只有兩個(gè)軸，即輸入軸和輸出軸。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)中擋傳動效率高，噪音低，更適合前置發(fā)動機(jī)和前輪驅(qū)動的普通車輛。也是目前應(yīng)用最廣泛的汽車傳動形式。

“兩軸5速手動變速器最常見的解剖圖”

——三軸型

三軸手動變速器除了輸入軸和輸出軸外，還有一個(gè)中間軸，中間軸主要用來固定各種齒輪的傳動齒輪。由于三軸變速器的每個(gè)齒輪由兩對齒輪驅(qū)動，所以輸入軸和輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。這種變速器通常更適用于前置發(fā)動機(jī)和后輪驅(qū)動的車輛。

●工作原理

接下來，我們將通過一個(gè)簡單的模型來告訴你手動變速箱換擋的工作原理。下圖是3軸2速變速器的簡單結(jié)構(gòu)模型。

輸入軸通過離合器連接到發(fā)動機(jī)，輸入軸與上齒輪成一體。紅色齒輪軸稱為中間軸，中間軸上的三個(gè)齒輪也與軸固定在一起。黃色的是輸出軸，動力最終通過輸出軸傳遞給車輪。上兩個(gè)齒輪通過滾針軸承與輸出軸連接，滾針軸承可在輸出軸上自由轉(zhuǎn)動。輸出軸上的套筒通過花鍵安裝在輸出軸上，可以隨輸出軸轉(zhuǎn)動。

其實(shí)手動變速器的換擋原理并不深刻。可以看到，動力從輸入軸傳遞到中間軸，再傳遞到輸出軸上的兩個(gè)齒輪。但由于兩個(gè)藍(lán)色齒輪與輸出軸沒有剛性連接，此時(shí)處于空旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，相當(dāng)于空齒輪。當(dāng)輸出軸上的套筒與右側(cè)的藍(lán)色齒輪連接時(shí)，動力最終會通過套筒傳遞到輸出軸上。同時(shí)，由于沒有與套筒結(jié)合，左藍(lán)色齒輪轉(zhuǎn)動自如。所謂換擋，其實(shí)就是套筒在選擇和哪個(gè)檔位結(jié)合，結(jié)合后也決定了此時(shí)的傳動比。

傳統(tǒng)5速手動變速箱的換擋原理是一樣的，只是變速箱中增加了套筒和齒輪組的數(shù)量，使其有更多的檔位。倒檔通過在中間軸和輸出軸之間增加一個(gè)齒輪來實(shí)現(xiàn)。由于增加了一個(gè)嚙合齒輪，倒檔將總是以與其他齒輪相反的方向旋轉(zhuǎn)。這個(gè)齒輪也叫惰輪，因?yàn)樗黄鸬礁淖凖X輪轉(zhuǎn)動方向的作用。

對于兩軸手動變速器，其工作原理與三軸手動變速器相似。它還取決于套筒來選擇兩側(cè)自由旋轉(zhuǎn)齒輪的組合。組合后，動力可以通過套筒傳遞到輸出軸。

●傳動齒輪類型

“螺旋齒輪的設(shè)計(jì)在民用手動變速器中應(yīng)用較多”

普通民用車輛使用的手動變速器，其內(nèi)嚙合齒輪基本為斜圓柱齒輪。這種齒輪的齒與齒輪軸線成一定角度。這種齒形可以使牙齒逐漸嚙合，而不是突然嚙合所有的牙齒，所以嚙合操作時(shí)的噪音也較小。同時(shí)，它也有缺點(diǎn):由于螺旋齒，它在嚙合時(shí)會產(chǎn)生軸向推力，這就需要特殊的軸承來承受這種軸向載荷。此外，由于較大的嚙合面積，齒輪磨損實(shí)際上增加了。

另一種是直齒輪，主要用于賽車的手動變速箱。這種齒面完全接觸的形式增加了齒輪的強(qiáng)度，但在齒輪嚙合時(shí)也會產(chǎn)生噪音。同時(shí)，由于其傳動效率高，可以使車輛在車輪上獲得更大的動力，因此也廣泛應(yīng)用于賽車傳動領(lǐng)域。普通民用變速箱的倒檔通常采用直齒輪，這也是倒車時(shí)變速箱發(fā)出的聲音會更大的原因之一。

★換檔桿為什么會抖動？

每天打開收音機(jī)或網(wǎng)站，總會看到很多騎手問專家他們的換擋桿在抖。原因是什么？汽車公司連這種小事都做不好嗎？這就是手動變速器換擋機(jī)構(gòu)的原因。

●換檔機(jī)構(gòu)

變速箱的換擋機(jī)構(gòu)用于執(zhí)行駕駛員的換擋操作，其質(zhì)量也直接關(guān)系到操作的舒適性。目前主要分為推桿式和拉線式。

——推桿式

如圖所示，連接推桿的換擋控制方式比較簡單直接，但是存在一個(gè)很大的問題，就是操作時(shí)變速器的振動會傳遞到換擋桿上，所以人們操作這個(gè)振動桿自然會不舒服。現(xiàn)在你明白為什么換檔桿會晃動了。

——斜拉索類型

拉鎖式換擋機(jī)構(gòu)，又稱軟軸機(jī)構(gòu)，利用兩根拉線完成換擋動作。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更好地抑制來自變速器的振動，也是目前應(yīng)用最廣泛的換擋機(jī)構(gòu)。

下面的視頻給大家展示了軟軸手動變速器換擋機(jī)構(gòu)的工作原理，它通過一個(gè)用于選擋的拉鏈和一個(gè)用于換擋的拉鏈完成換擋動作。

更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。

●同步器

要想換擋平順，那么換擋前后兩個(gè)主動擋的轉(zhuǎn)速必須一致。即使它們不一致，至少速度應(yīng)該相似。然而，由于換檔前后兩組的傳動比不同，因此在駕駛過程中轉(zhuǎn)速不可能保持一致。如果沒有同步器，駕駛員可以用空一腳油兩腳離合器的擋位方式來均衡兩擋之間的速度，這也是為什么以前所有沒有同步器的手動擋車型在換擋時(shí)都需要使用兩腳離合器的原因。

對于帶同步器換擋的變速器，換擋是否平順很大程度上取決于同步器的優(yōu)劣。同步器，說白了就是設(shè)置在組合套和齒輪組上的摩擦片。與普通摩擦片不同，它的摩擦面是圓錐形的。這套摩擦片的作用是在圓盤的直齒和豎齒接觸之前提前摩擦，將速度較高的一方的能量傳遞給速度較低的一方，使速度較低的一方可以提高速度，實(shí)現(xiàn)與速度較高的一方的速度同步。這樣既能保證正常換擋，又能起到緩沖作用，錐形摩擦片的數(shù)量和材質(zhì)直接影響同步器的性能。經(jīng)典的大眾MQ200手動變速箱的同步器有三組錐形摩擦片，這也有助于其出色的換擋手感。

了解了手動變速器的一般結(jié)構(gòu)后，我們再來看看它的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)勢顯而易見。它結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，制造和維護(hù)成本低，傳動效率高。另外，由于是純機(jī)械控制，換擋響應(yīng)快，能最直接地表達(dá)駕駛員的駕駛意愿，所以駕駛起來更有樂趣。然而，與自動變速器相比，它的操作相對繁瑣。如果操作不熟練，換擋時(shí)往往會有明顯的頓挫感。

那么，一臺優(yōu)秀的手動變速器有哪些特點(diǎn)呢？首先，變速箱必須有良好的換擋感覺，清晰明確的檔位，合理的橫向和縱向行程，低的擋位進(jìn)入阻力和吸入感。此外，更重要的是，齒輪之間的傳動比安排要合理，因?yàn)辇X輪之間的傳動比分配直接影響車輛行駛過程中動力連接的平順度，通常要求低擋大力加速，高擋節(jié)油。

全文總結(jié):如今，隨著我國各大城市交通擁堵的日益加劇，手動排擋操作繁瑣的弊端在堵車走走停停的狀態(tài)下更加突出。因此，目前在國內(nèi)汽車市場上，手動擋車型的市場正在被各種自動變速箱車型所侵蝕，而在汽車工業(yè)高度發(fā)達(dá)的歐洲，手動擋車型仍然占據(jù)著較大的市場份額。這說明，在很多追求純粹駕駛樂趣的人眼里，離合器、油門、變速桿之間微妙的協(xié)調(diào)快感是自動擋無法替代的。